Brevet FR3017685A1 — publié le 20150821

"Système d'électroaimants poly-entrefers pour soupape électromagnétique, notamment pour injecteur de carburant dans un moteur à propulsion thermique " La présente invention porte sur un système d'électroaimants polyentrefers pour soupape électromagnétique, notamment mais pas uniquement pour injecteur de carburant dans un moteur à propulsion thermique, ceci préférentiellement pour un véhicule automobile. Dans ce qui va suivre, un exemple de soupape électromagnétique va être donné en tant qu'injecteur électrique. Il est à garder à l'esprit que ceci n'est pas limitatif et que la soupape électromagnétique peut servir à d'autres applications que pour l'injection électrique. De manière classique un injecteur de carburant dans un moteur à propulsion thermique, que l'injecteur soit électrique ou mécanique, commande le passage du carburant à travers une buse d'injection munie de plusieurs trous, ce passage étant suivi de la vaporisation du carburant. Pour cela il est prévu une aiguille qui bouche ou ouvre séquentiellement la buse d'injection et sert d'organe d'obturation. Contrairement à un injecteur mécanique pour lequel une élévation de la pression du carburant provoque la montée de l'aiguille et en conséquence l'ouverture de l'injecteur, pour un injecteur électrique, il est utilisé un dispositif électromécanique pour effectuer le mouvement de l'aiguille. Du fait de leur fonctionnement indépendant de la pression, de tels injecteurs électriques peuvent être utilisés dans des systèmes d'injection à rail, notamment dans un système à rampes reliées entre elles, système aussi connu sous la dénomination anglaise de « common rail » ou rampe commune. Dans tous ces systèmes, le carburant est maintenu en permanence à une pression très élevée. Les injecteurs électriques se divisent en deux catégories, à savoir les injecteurs à électroaimant et les injecteurs piézo-électriques. L'avantage majeur des injecteurs piézo-électriques est leur rapidité de fonctionnement et la répétabilité du mouvement de la valve de l'injecteur. Les mouvements de dilatation et de rétractation des éléments piézo-électriques sont quasiment instantanés. Ce qui a été énoncé pour les injecteurs peut être étendu à toutes les soupapes électromagnétiques qui peuvent être séparées en soupapes à électroaimant et soupapes piézoélectriques. La présente invention concerne les soupapes électromagnétiques à électroaimant pouvant former des injecteurs électriques. Dans de telles soupapes électromagnétiques à électroaimant, il est prévu un organe d'obturation, avantageusement une aiguille, pouvant se déplacer entre une position d'ouverture et de fermeture de l'obturation provoquée par la soupape électromagnétique. Dans une telle soupape électromagnétique, il est aussi prévu une chambre logeant un électroaimant composé d'un noyau magnétique et d'une bobine électromagnétique ou solénoïde. La bobine est alimentée électriquement et il est donc prévu une alimentation électrique qui traverse la soupape électromagnétique avec une étanchéité prévue avec l'extérieur au point de passage de l'alimentation électrique à travers la paroi de la soupape électromagnétique, la pression régnant à l'intérieur de la soupape pouvant être très élevée et devant être conservée. Il est prévu un induit mobile sous l'action de l'électroaimant. L'induit est solidaire de l'aiguille en tant qu'organe d'obturation de la soupape électromagnétique et la position de l'induit implique la mise en position séquentielle en ouverture ou en fermeture de la soupape électromagnétique par l'organe d'obturation. Lorsque l'électroaimant est alimenté électriquement, une force magnétique est créée entre l'électroaimant et l'induit. Cette force magnétique met en mouvement l'induit qui est lié à l'organe d'obturation de la soupape et le met par exemple dans une position d'ouverture de la soupape. Avantageusement, un organe de rappel est prévu pour remettre dans sa position de départ l'induit quand aucune force magnétique n'est appliquée sur lui. Pour obtenir d'aussi bons résultats que les soupapes ou injecteurs piézoélectriques, il a été essayé d'augmenter le bobinage du solénoïde formant fréquemment la bobine des soupapes électromagnétiques. Cela requiert cependant une augmentation de dimension, notamment en largeur de la soupape électromagnétique, ce qui n'est toujours pas possible étant donné l'encombrement réduit dans lequel une telle soupape travaille. Il a aussi été essayé d'augmenter la puissance de l'alimentation électrique de la soupape à électroaimant, ce qui n'est pas toujours possible, ce qui n'est pas toujours possible pour des raisons thermiques. Le problème à la base de la présente invention est, pour une soupape électromagnétique muni d'au moins un électroaimant, d'accroître la force magnétique créée pour initier le mouvement d'un induit pour la fermeture ou l'ouverture de la soupape tout en conservant un encombrement de la soupape électromagnétique modéré notamment en largeur. A cet effet, la présente invention concerne une soupape électromagnétique à organe d'obturation et présentant au moins un électroaimant et un induit associé, l'induit étant relié à l'organe d'obturation mobile entre une position de fermeture et une position d'ouverture de la soupape, caractérisée en ce qu'elle comporte un système d'au moins deux électroaimants avec pour chacun un induit associé, lesdits au moins deux électroaimants étant disposés successivement dans la direction de déplacement de l'organe d'obturation, les induits étant solidarisés ensemble par un élément de liaison. Avantageusement, chaque électroaimant comporte une partie fixe en matériau magnétique et au moins une bobine alimentée électriquement. Avantageusement, ladite au moins une bobine est enroulée sur ou solidarisée avec la partie fixe. Avantageusement, au moins une bobine d'un électroaimant entoure à distance l'élément de liaison. Avantageusement, l'élément de liaison est sous la forme d'un arbre. Avantageusement, au moins un induit est sous la forme d'une pastille en matériau magnétique. Avantageusement, au moins un induit est en fer-cobalt. Avantageusement, une pièce intercalaire est disposée entre au moins un induit et son électroaimant associé, ladite pièce intercalaire laissant un entrefer résiduel entre l'induit et l'électroaimant. Avantageusement, au moins un induit présente des bords au moins partiellement relevés en formant une ou des pointes dirigées vers l'électroaimant associé. Avantageusement, les bobines sont montées en série pour leur alimentation électrique. Avantageusement, la soupape électromagnétique est un injecteur électrique de carburant dans un moteur à propulsion thermique. L'invention concerne aussi un ensemble d'injection de carburant dans un moteur à propulsion thermique, lequel présente un tel injecteur électrique de carburant. Avantageusement, l'injecteur électrique est un injecteur sous pression entre au moins une rampe commune contenant un carburant sous pression et la chambre de combustion du moteur à propulsion thermique. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une coupe d'un 25 mode de réalisation d'une soupape électromagnétique poly-entrefers selon la présente invention, ladite soupape comportant deux électroaimants, - la figure 2 est une représentation schématique d'une forme de réalisation d'un induit pouvant être utilisé dans une soupape électromagnétique selon la présente invention, un seul électroaimant étant 30 montré pour ladite soupape à cette figure. En se référant à la figure 1, il est schématiquement représenté une soupape électromagnétique 1 avec un système présentant deux électroaimants avec, chacun, une bobine 3, 3a. Ceci n'est pas limitatif et la soupape électromagnétique 1 selon l'invention peut comprendre plus de deux électroaimants. Avantageusement mais non limitativement, la soupape électromagnétique 1 est un injecteur électrique à électroaimants qui injecte le carburant dans un moteur à propulsion thermique, avantageusement celui d'un véhicule automobile. Chaque électroaimant de la soupape électromagnétique 1, quand alimenté électriquement, exerce une force sur un induit 2, 2a respectif, l'induit 2, 2a suivant une course limitée donnée. Cette course est limitée, d'une, part à une position correspondant à la position d'ouverture de la soupape électromagnétique 1 et, d'autre part, à une position de fermeture de la soupape électromagnétique 1. Avantageusement, la position d'ouverture de la soupape électromagnétique 1 est atteinte quand l'induit 2, 2a est attiré par l'électroaimant tandis que la position de fermeture de la soupape électromagnétique 1 est atteinte quand l'induit 2, 2a est le plus éloigné de l'électroaimant. De manière pratique, l'induit 2, 2a peut être rappelé dans cette position de fermeture, par un moyen élastique non montré à la figure 1, préférentiellement un ressort. L'inverse est aussi possible. Chaque électroaimant de la soupape électromagnétique 1 est composé d'une partie fixe 4, 4a, en matériau magnétique. La partie fixe 4, 4a porte une bobine respective 3, 3a, enroulée sur ou solidarisée avec sa partie fixe associée 4, 4a. Les bobines 3, 3a sont alimentées électriquement, ce qui n'est pas montré aux figures. Ces bobines 3, 3a peuvent être montées en série. La dénomination bobine doit être prise dans son sens large, c'est-à30 dire désigner un élément qui crée un champ magnétique. Une bobine 3, 3a peut, par exemple, être composée de spires enroulées sur la partie fixe 4,4a donc présenter la forme d'un solénoïde. Par contre, la bobine peut être aussi sous la forme d'une ou de branches conductrices rigides portées par la partie fixe 4, 4a de l'électroaimant. Les induits 2, 2a associés respectivement à chaque électroaimant sont des éléments mobiles à l'intérieur de la soupape électromagnétique 1. Les induits 2, 2a peuvent être de dimensions réduites notamment en épaisseur. Chaque induit 2, 2a s'étend préférentiellement à la base de son électroaimant. Chaque induit 2, 2a peut être, par exemple, sous forme d'une pastille à base d'un matériau magnétique, par exemple en fer-cobalt, mais ceci n'est pas obligatoire. Inversement et ceci représente un grand avantage de la présente invention, contrairement à l'état de la technique, pour lequel des aimants ou des induits coûteux doivent être employés pour garantir la création d'un champ magnétique suffisamment fort, selon la présente invention il peut être utilisé des éléments magnétiques de fabrication courante et moins chers, étant donné que le champ magnétique créé est au moins doublé par la présence d'au moins deux électroaimants. Les induits 2, 2a sont avantageusement solidarisés entre eux par un élément de liaison 5, avantageusement un arbre qui peut être plein ou creux, s'étendant selon la direction de déplacement des induits 2, 2a. L'élément de liaison 5 peut s'étendre à travers au moins l'électroaimant qui est le plus proche de l'organe d'obturation de la soupape électromagnétique 1 quand il y a deux électroaimants ou à travers tous les électroaimants sauf celui qui est le plus éloigné de l'organe d'obturation de la soupape électromagnétique 1 quand il y a plus de deux électroaimants. En fonctionnement, quand un courant d'alimentation circule dans chaque bobine 3, 3a, enroulée autour ou solidarisée à la partie fixe 4, 4a, il est créé un champ magnétique qui va circuler dans la partie fixe 4, 4a et va se fermer via l'induit 2, 2a en l'attirant vers l'électroaimant. Les deux induits 2, 2a qui sont montés sur un même élément de liaison 5 en étant mécaniquement solidaires vont donc se déplacer dans un mouvement axial par rapport aux électroaimants. Ainsi, pour un diamètre ou une largeur donné de la soupape électromagnétique 1 et sans augmentation de ce diamètre ou de cette largeur, en disposant dans la soupape électromagnétique un nombre n d'électroaimants avec un entrefer entre chacun d'entre eux et leur induit associé, on obtient une force multipliée par n par rapport à celle créée par un seul électroaimant, ce qui permet de diminuer la puissance de chaque électroaimant, les puissances des électroaimants associés dans la soupape 1 s'additionnant. Les électroaimants sont en effet agencés pour générer une force sur une course donnée dans la même direction. Leurs forces magnétiques s'additionnent sans qu'il y ait besoin d'utiliser des électroaimants plus puissants. Selon l'invention, la soupape électromagnétique 1 à organe d'obturation présentant au moins un électroaimant et un induit 2, 2a associé, l'induit 2, 2a étant relié à l'organe d'obturation mobile entre une position de fermeture et une position d'ouverture de la soupape 1 comportant un système d'au moins deux électroaimants avec pour chacun un induit 2, 2a associé, lesdits au moins deux électroaimants étant disposés successivement dans la direction de déplacement de l'organe d'obturation, les induits 2, 2a étant solidarisés ensemble par un élément de liaison 5. La taille de l'élément de liaison 5 montré à la figure 1 n'est pas limitative. Cet élément de liaison 5 qui peut être avantageusement mais pas seulement sous la forme d'un arbre creux ou plein peut avoir différentes formes, par exemple aussi sous la forme d'une plaque. De même, la base de l'électroaimant dirigée vers son induit associé 25 ne présente pas forcément une bifurcation comme montrée à la figure 1. La forme de cette base peut être sélectionnée de manière à optimiser le flux magnétique. Avantageusement, pour que l'induit 2, 2a ne soit pas rappelé trop fortement contre la base de l'électroaimant associé par le moyen de rappel 30 élastique mentionné précédemment, ceci après l'interruption de l'alimentation électrique de la bobine 3, 3a de l'électroaimant, il est prévu une pièce intercalaire 6 logée entre le bas de l'électroaimant et l'induit 2, 2a. A la figure 1, la pièce intercalaire 6 est seulement montrée pour l'électroaimant supérieur mais ceci est aussi valable pour l'électroaimant inférieur. Cette pièce intercalaire 6 peut être déformable pour atténuer le contact avec l'induit 2, 2a et être en un matériau magnétique ou non magnétique. La pièce intercalaire 6 occupe au moins une portion de l'entrefer entre l'induit 2, 2a et l'électroaimant. Il peut ainsi se créer un entrefer résiduel entre l'induit 2, 2a et son électroaimant associé. La figure 2 montre une forme préférentielle pour un induit 2b, cet induit 2b pouvant remplacer au moins un des induits 2, 2a de la figure 1, 10 avantageusement les deux induits 2, 2a. Pour générer une force plus importante, les surfaces d'interaction entre la portion inférieure ou base de la partie fixe 4 de l'électroaimant et l'induit 2b pastille sont augmentées par rapport aux surfaces d'interaction montrées à la figure 1. Ceci peut être effectué en donnant une forme conique 15 aux extrémités de l'induit 2b. Ainsi, ces extrémités présentent des bords au moins partiellement relevés 7 vers le haut en formant une ou des pointes dirigées vers l'électroaimant associé, notamment vers la partie fixe 4. Pour une soupape électromagnétique 1 selon l'invention, il est avantageux qu'au moins un induit 20 2, 2a, 2b présente de tels bords au moins partiellement relevés 7. Le bord interne des pointes des bords au moins partiellement relevés 7 peut suivre le contour de la base de la partie fixe 4. En se référant à toutes les figures, la soupape électromagnétique 1 selon la présente invention peut servir d'injecteur électrique de carburant dans 25 un moteur à propulsion thermique. La présente invention concerne donc, dans une application préférentielle, un ensemble d'injection de carburant dans un moteur à propulsion thermique, lequel présente tel un injecteur électrique de carburant. Avantageusement, l'injecteur électrique est un injecteur sous pression 30 entre au moins une rampe commune contenant un carburant sous pression et la chambre de combustion du moteur à propulsion thermique. REVENDICATIONS1. Soupape électromagnétique (1) à organe d'obturation et présentant au moins un électroaimant et un induit (2, 2a, 2b) associé, l'induit (2, 2a, 2b) étant relié à l'organe d'obturation mobile entre une position de fermeture et une position d'ouverture de la soupape (1), caractérisée en ce qu'elle comporte un système d'au moins deux électroaimants avec pour chacun un induit (2, 2a, 2b) associé, lesdits au moins deux électroaimants étant disposés successivement dans la direction de déplacement de l'organe d'obturation, les induits (2, 2a, 2b) étant solidarisés ensemble par un élément de liaison (5). 2. Soupape électromagnétique (1) selon la revendication précédente, dans laquelle chaque électroaimant comporte une partie fixe (4, 4a) en matériau magnétique et au moins une bobine (3, 3a) alimentée électriquement. 3. Soupape électromagnétique (1) selon la revendication précédente, dans laquelle ladite au moins une bobine (3, 3a) est enroulée sur ou solidarisée avec la partie fixe (4, 4a). 4. Soupape électromagnétique (1) selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans laquelle ladite au moins une bobine (3, 3a) d'un électroaimant entoure à distance l'élément de liaison (5). 5. Soupape électromagnétique (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle l'élément de liaison est sous la forme d'un arbre (5). 6. Soupape électromagnétique (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans laquelle au moins un induit (2, 2a, 2b) est sous la forme d'une pastille en matériau magnétique. 7. Soupape électromagnétique (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans laquelle au moins un induit (2, 2a, 2b) est en fer-cobalt. 8. Soupape électromagnétique (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans laquelle une pièce intercalaire (6) est disposée entre au moinsun induit (2, 2a, 2b) et son électroaimant associé, ladite pièce intercalaire (6) laissant un entrefer résiduel entre l'induit (2, 2a, 2b) et l'électroaimant. 9. Soupape électromagnétique (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans laquelle au moins un induit (2, 2a, 2b) présente des bords au moins partiellement relevés (7) en formant une ou des pointes dirigées vers l'électroaimant associé. 10. Soupape électromagnétique (1) selon la revendication précédente, dans laquelle les bobines (3, 3a) sont montées en série pour leur alimentation électrique. 11. Soupape électromagnétique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, laquelle est un injecteur électrique de carburant dans un moteur à propulsion thermique. 12. Ensemble d'injection de carburant dans un moteur à propulsion thermique, lequel présente un injecteur électrique de carburant selon la revendication précédente. 13. Ensemble d'injection de carburant selon la revendication précédente, dans lequel l'injecteur électrique est un injecteur sous pression entre au moins une rampe commune contenant un carburant sous pression et la chambre de combustion du moteur à propulsion thermique.