EP3387248A1 - Injecteur de carburant - Google Patents

Injecteur de carburant

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EP3387248A1
EP3387248A1 EP16806118.2A EP16806118A EP3387248A1 EP 3387248 A1 EP3387248 A1 EP 3387248A1 EP 16806118 A EP16806118 A EP 16806118A EP 3387248 A1 EP3387248 A1 EP 3387248A1
Authority
EP
European Patent Office
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valve
movable member
fuel injector
fuel
face
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16806118.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Quentin ROUSSOT
Nicolas Rodier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Borgwarner US Technologies LLC
Original Assignee
Delphi Technologies IP Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Delphi Technologies IP Ltd filed Critical Delphi Technologies IP Ltd
Publication of EP3387248A1 publication Critical patent/EP3387248A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel injector more particularly adapted to a "common rail" type injection equipment, the injector itself being provided with a nozzle whose needle is directly opened or closed by a solenoid electromagnetic actuator. .
  • a prior art fuel injector includes a solenoid actuator and movable magnetic core acting directly on a valve member to open or close fuel injection holes.
  • valve member thus solicited moves in a frank and brutal manner and, a too rapid movement of the needle, especially at the opening, hinders easy control and accuracy of the injection.
  • the present invention aims to remedy the disadvantages mentioned above by proposing a simple and economical solution.
  • the invention proposes a fuel injector comprising a pressurized fuel circuit extending from an inlet mouth in the injector to injection holes, via a valve seat controlling the opening or the closing said injection holes.
  • the injector further comprises an electromagnet actuator provided with a fixed solenoid generating a magnetic field when it is electrically powered, and a nozzle in the body of which a movable member is guided sliding along a longitudinal axis, the movable member. extending between a low end defining the valve seat and a high end.
  • the upper end of the mobile member defines a magnetic core adapted to cooperate with the solenoid so that when the solenoid is energized, the magnetic field attracts and moves the movable member to an open position in which the valve seat opens a passage fuel injection and, when the solenoid is not powered, the limb mobile is pushed by a needle spring to a closed position in which said passage is closed prohibiting fuel injection.
  • the injector is provided with a control chamber defining a damper able to slow down in use the movement of the movable member to the open position.
  • the control chamber is defined within the movable member, said chamber being in fluid communication with the valve seat.
  • the damper includes an inlet valve controlling said fluid communication, the valve being movable between a first position in which the fluid communication is restricted and a second position in which the fluid communication is widely open.
  • the damper further comprises a valve spring continuously biasing said intake valve to the first position.
  • the opening force generated by the magnetic field is greater than the sum of the closing forces exerted on the mobile member according to the general formula:
  • F is the force of the needle spring
  • F is the force of the valve spring
  • FH is the force due to the hydraulic imbalance of the moving limb.
  • the valve moves to the second position when the movable member moves to the closed position.
  • the valve comprises a tubular body partially arranged in the control chamber, said tubular body being permanently pressed against a face of the actuator, the valve needle spring being compressed between said tubular body and a face of the Control Chamber.
  • the valve comprises a movable member arranged in the tubular body.
  • the tubular body comprises a peripheral wall extending axially from a first end arranged in the control chamber to a second end bearing against one face of the actuator.
  • the tubular body is further provided with a radial face open at its center forming an inner shoulder, the movable member of the valve in the first position being in abutment against said radial face.
  • FIG. 1 is a schematic overview of an injector according to the invention.
  • FIG. 2 is a diagram in longitudinal section of the nozzle of
  • FIG. 3 is a bottom view of the pole piece adapted to the injector of Figures 1 and 2, this view showing a passage arranged for the fuel.
  • FIG. 4 is a construction alternative to FIG.
  • Figures 5 and 6 are diagrams in section according to two embodiments of a valve seat of an injector nozzle adapted to the injector of Figures 1 and 2.
  • a fuel injector 10 shown in FIG. 1 has an elongate body extending along a longitudinal axis X and comprises an actuator portion 12, shown at the top of the figure, and a hydraulic portion 14 shown at the bottom of the figure. The boundary between the two parts 12, 14, being symbolized by a solid line.
  • a pressurized fuel supply circuit 16 extends from an inlet mouth 18, generally arranged at the top of the injector, to injection holes 20 located at the bottom of the nozzle. hydraulic portion 14 and for vaporizing fuel pressurized in a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a solenoid 24 of toroidal shape electrically connected by connecting son extending upwardly to a connector 26 adapted to receive the complementary connector of a control unit.
  • a movable valve member 32 In the body 30 of the hydraulic portion 14 is slidably arranged along the longitudinal axis X a movable valve member 32 extending between a high end and a thin and pointed low end which has helped to generalize the known name of needle .
  • a magnetic core 34 is integral with the upper end and the lower end cooperates with an inner face of the hydraulic portion body 30 to form a valve seat 36, said seat 36 extending in a circular line of diameter D36.
  • the valve member 32 is movable between a fully open position PO in which the valve seat 36 is open, the pointed end being remote from the inner face of the body leaving the pressurized fuel an open passage to the injection holes. and, a closed position PF where said passage is closed, the pointed end being in sealing contact against the inner face of the body 30 thus retaining the fuel upstream of the valve seat 36 closed.
  • the actuator 12 and hydraulic 14 parts are firmly held together by means of an injector nut 38 which on the one hand rests against a radial shoulder of the body of the hydraulic part and, on the other hand is screwed to the body 22 of the actuator part.
  • the movements of the mobile member 32 are directly controlled by the actuator.
  • the solenoid 24 when the solenoid 24 is electrically powered, it generates a magnetic field M which loops around the solenoid ring, passes through the pole piece 28 and the magnetic core 34 attracting to the open position PO the movable valve member 32.
  • the diagram of Figure 2 allows to clarify the first description of Figure 1 and focusing on the lower part of the injector and detailing in particular an embodiment.
  • the body 22 of the actuator portion extends downwardly to a transverse radial face 40 in which opens a cylindrical housing for the arrangement of the solenoid 24 and the pole piece 28.
  • the high pressure circuit 16 which extends axially X in the body 22, passes to the center of the pole piece 28 and opens at the center of said transverse face 40.
  • the pole piece 28 arranged in the central space of the toroidal solenoid is a part of revolution along the longitudinal axis X and which extends axially upwardly from a circular lower face 42 and then along a cylindrical base, then a central portion conical pyramidal up to a cylindrical top again of small section. From the center of the summit to the center of the lower face 42 extends axially X a central channel 44 integral with the high pressure circuit 16. In the center of the lower face 42, the pole piece is provided with a star passage 46 creating a communication of fluid between the high pressure circuit 16 and the hydraulic part 14 and, a bearing surface extending from the lower face 42.
  • FIG. 3 represents an example of the pole piece 28, seen from below, the star passage 46 being in cross with four branches.
  • the skilled person will realize fluid communications to one or two branches, there is the limit to continue to speak of star, or three branches or more.
  • the diagram of Figure 3 symbolizes four rectangular branches of other shapes that can also be adopted.
  • the body 30 of the hydraulic part has a peripheral wall 48 defining a continuous interior space comprising an upstream space 50 of large section and a narrower downstream space 52.
  • the magnetic core 34 is slidably fitted along the longitudinal axis X in the upstream space 50 and the narrow portion 54 of the mobile member is guided in the downstream space 52 by a low guide 56 fitted axially sliding against the inner wall of the downstream space 52.
  • Passages 58 formed in the core 34 allow the passage of fuel from the upstream space 50 to the downstream space 52.
  • these passages 58 are vertical holes arranged on the periphery of the nucleus and, the person skilled in the art will be able to arrange all kinds of passages 58, are in full material, either as straight or helical peripheral notches but, whatever they are, these passages allow a free circulation of the pressurized fuel.
  • passages not shown allow the flow of fuel on either side of the bottom guide 56, said passages not shown being often helical grooves made at the periphery of the bottom guide 56.
  • the core 34 and the narrow portion 54 of the movable member are two distinct pieces.
  • the core 34 is provided with a blind axial bore 60 forming a control chamber 60, which is cylindrical and open in the center of the upstream face 62 of the core, said control chamber 60 being closed downstream by the narrow portion 54 the movable member which is inserted into the bore and permanently fixed to the core so as to form a bottom 64 to the control chamber 60.
  • said bottom formed by the upper end of the narrow portion 54 the movable member comprises a peripheral annular face 66 and a central cylindrical protrusion whose vertex face 68 is circular and transverse.
  • valve 70 comprising a hollow valve body 72 in which is arranged a movable member 74.
  • valve body 72 is a cylindrical and tubular piece of which a peripheral wall 76 is partially closed at one end by a transverse shoulder 78 provided with an axial opening 80.
  • the peripheral wall 76 extends axially X from a lower annular face 82 arranged facing the bottom of the chamber 60 to an upper annular face 84 which is also the upper face of the shoulder 78.
  • the peripheral wall 76 and the shoulder 78 define a cylindrical internal space limited by the internal cylindrical face 86 of the peripheral wall 76 and by the lower face 88 of the shoulder, in which space is arranged axially sliding the mobile member 74.
  • the outer face 90 of said peripheral wall 76 is cylindrical and is slidably fitted against the inner wall in the bore 60. most of it is guided in the control chamber 60 emerges partially from it, the upper face 84 of the shoulder, transverse annular face, bearing against the lower face 42 of the pole piece. More precisely, said upper face 84 bears only against the portions of the lower face 42 of the pole piece which are between the branches of the star passage 46.
  • the lower face 42 of the pole piece is a plane and smooth disk, only the central channel 44 opening at the center of this face 42 and the upper face 84 of the valve body is provided with radial passages forming the star passage 46, radial passages through which the fuel can flow from the central channel 44 into the upstream space 50.
  • radial passages forming the star passage 46, radial passages through which the fuel can flow from the central channel 44 into the upstream space 50.
  • four radial radial passages are shown but the skilled person will know to make other alternatives with different passages in number.
  • Said mobile valve member 74 is a cylinder extending axially between a lower transverse face 92, arranged facing the bottom of the chamber 60 and a transverse upper face 94 arranged facing the lower face 88 of the shoulder.
  • the mobile member 74 is further provided with an axial channel 96 passing through and opening in the center of the lower face 92 and the center of the upper face 94.
  • Said channel 96 is provided with a restriction 98 of small section, said restriction 98 being, according to the construction mode of the diagram of Figure 2, arranged close to the upper face 94, but can also be arranged in the center of the axial channel 96 or near the bottom face 92 of the movable member.
  • a circular protrusion forming a sealing lip 100 of diameter D100 adapted to be in sealing contact against the lower face 88 of the shoulder.
  • a needle spring 102 compressed between the peripheral annular surface 66 of the bottom of the chamber and the lower face 82 of the wall of the body and a valve spring 104 compressed between the circular face 68 of top of the protrusion of the bottom of the chamber and the lower face 92 of the movable member.
  • the valve spring 104 generates an axial force F 104 and, said valve spring 104 is calculated as a function of the diameter D 100 of the sealing lip, so that the force F 104 generated is of the order of magnitude of the force generated by the pressurized fuel on the movable member 74 of the valve during the closing phase of the needle which is detailed below in the description.
  • the needle spring 102 continuously urges the upper face 84 of the valve body toward a bearing against the portions of the lower face 42 of the pole piece extending between the branches of the star passage and the valve spring 104 urges permanently the sealing lip 100 towards a bearing against the underside of the shoulder.
  • the movable valve member 74 is a ball of a diameter greater than that of the opening 80 so that the valve spring 104 permanently urges the ball to a closed position of the opening 80.
  • the valve body 72 is provided with a restricted orifice extending through the wall of the valve body from the peripheral wall 76 of the body to the control chamber. Said orifice itself forming a restriction equivalent to the restriction 98 mentioned above, the ball never blocking the restricted orifice.
  • the valve seat 36 At the end of the body of the movable portion is formed a small cavity known as the bag 106, the injection holes 20 passing through the wall of the body between said bag 106 and the outer face of the body.
  • the pressurized fuel occupies the entire free volume in the body 30 of the hydraulic part, in particular between the lower face 42 of the pole piece and the upstream face 62 of the core, the inside of the control chamber 60, the downstream space 52 from the core to the valve seat 36.
  • the valve body 72 is applied against the underside of the pole piece by the needle spring 102 and the lip 100 of the movable member 74 is held by the spring of valve 104 sealingly bears against the shoulder 78 of the valve body.
  • the movable member 32 is held in the closed position PF by the first 102 and second 104 springs which exert forces on him permanently urging towards this closed position PF.
  • the mobile member 32 is hydraulically slightly unbalanced because, in the closed position, the pressure under the seat 36 in the bag 106, is low and the sum of the surfaces of the faces of the moving member 32 subjected to the pressure of the fuel and generating on the mobile member a closing force is slightly greater than the sum of the surfaces of the faces of the movable member 32 subjected to the pressure of the fuel and generating on the movable member an opening force, the difference being the area under the seat 36 of the extreme point of the mobile member.
  • This hydraulic imbalance is all the more important as the diameter D36 of the seat is large.
  • the solenoid 24 is electrically powered and generates the magnetic field M which attracts the movable core 34 to the pole piece.
  • the opening force generated by the magnetic field M must overcome the forces of the two springs 102, 104, and the hydraulic imbalance related to the seat dimension 36. If the springs generate weak forces, some Newtons, the hydraulic imbalance may generate a greater force and, in order to use a known solenoid whose attraction force remains modest, modelings and tests have been carried out by making seats in two different configurations.
  • Opening force FM of the magnetic field 150N;
  • Diameter D36 of the seat 0.7 mm.
  • control chamber had a diameter of 4 mm and a volume of 20 mm 3 .
  • the closing force FH expressed in Newtons, due to the hydraulic imbalance is calculated as a function of the fuel pressure P, expressed in bar, and of the seat diameter D36, expressed in mm, according to the formula:
  • the actuator must be able to lift the movable member according to the general formula:
  • a second configuration illustrated in FIG. 6 is a double-contact seat 36.
  • the bag 106 is of the order of 1.5 mm in diameter and the mobile member 32 is provided at its pointed end with an axial extension penetrating to the bottom of the bag 106, so that in the closed position PF the movable member 32 contacts the body in a first circular line 110 of first diameter Dl 10 at the top of the bag and a second circular line 112 of second diameter Dl 12 at the bottom of the bag.
  • the movable member 32 is provided with an internal channel 114 creating a fluid communication between the upstream internal downstream space 52 to the first circular line 110 and the end of said downstream extension 108 to the second circular line 112.
  • the injection holes 20 open in an annular space 116 between the circular lines 110, 112, and the internal channel 114 allows the pressurized fuel to reach a small space under said extension 108.
  • the imbalance in the closed position PF is limited to the annular area between the first diameter D1 and the second diameter D1 12, and an embodiment in which said diameters DUO, D112 are very close to each other minimizes the hydraulic imbalance.
  • This dual contact configuration requires that the two contacts are sealed so that the extension 108 is slightly flexible and deformable at the second circular line 112 of contact.
  • the pressurized fuel flows into the bag 106, or the annular space 116, where the pressure increases which contributes to the effort of opening of the mobile member.
  • the volume of the control chamber 60 decreases and the pressurized fuel which was in the control chamber 60 contributes to keeping the movable member 74 of the valve in sealing engagement against the body 72 of the valve, the fuel that leaves the control chamber through the axial channel 96 and its restriction 98.
  • This passage restricts the flow of fuel and therefore, the pressure in the control chamber 60 increases and generates a force opposing the lifting of the mobile member 32 and slowing down the opening movement.
  • a third phase of operation illustrated in FIG. 8, or the closing phase of the needle, the power supply of the solenoid is interrupted.
  • the mobile member 32 is then subjected to the forces of the two springs 102, 104 only, the mobile member in the open position PO being
  • the movable valve member is a ball
  • the ball closes the opening 80 and, when the solenoid is energized, the needle begins to rise, the ball remains plated against the opening 80 and the compressed fuel in the control chamber escapes through the restricted orifice extending through the wall of the valve body.
  • the two springs 102, 104 push back the needle and, during the closing movement of the needle, the pressure in the control chamber decreases and the Pressurized fuel can push the ball back and open the opening 80 so that the pressure in the control chamber increases.

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Abstract

Un injecteur de carburant (10) comprend un solénoïde (24) et une buse dans le corps (30) duquel un membre mobile (32) est guidé coulissant selon un axe longitudinal (X), le membre mobile (32) s'étendant entre une extrémité basse et une extrémité haute pourvue d'un noyau magnétique apte à coopérer avec le solénoïde (24). Lorsque le solénoïde (24) est alimenté le membre mobile (32) se déplace vers une position ouverte et, lorsque le solénoïde (24) n'est pas alimenté, le membre mobile (32) est repoussé vers une position fermée. L'injecteur (10) est de plus pourvu d'une chambre de contrôle définissant un amortisseur apte à ralentir en utilisation le déplacement du membre mobile (32) vers la position ouverte.

Description

INJECTEUR DE CARBURANT DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un injecteur de carburant plus particulièrement adapté à un équipement d'injection de type « à rampe commune », Pinjecteur lui-même étant pourvu d'une buse dont l'aiguille est directement ouverte ou fermée par un actionneur électromagnétique à solénoïde.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Un injecteur de carburant de l'art antérieur comprend un actionneur à solénoïde et noyau magnétique mobile agissant directement sur un membre de vanne de sorte à ouvrir ou fermer des trous d'injections de carburant.
Le membre de vanne ainsi sollicité se déplace de manière franche et brutale et, un déplacement trop rapide de l'aiguille, notamment à l'ouverture, nuit à un contrôle facile et à la précision de l'injection.
RESUME DE L'INVENTION
La présente invention vise à remédier aux inconvénients mentionnés précédemment en proposant une solution simple et économique.
Dans ce but, l'invention propose un injecteur de carburant comprenant un circuit de carburant pressurisé s'étendant depuis une bouche d'entrée dans Γ injecteur jusqu'à des trous d'injections, via un siège de vanne contrôlant l'ouverture ou la fermeture desdits trous d'injections. L'injecteur comprend de plus un actionneur à électroaimant pourvu d'un solénoïde fixe générant un champ magnétique lorsqu'il est électriquement alimenté et, d'une buse dans le corps duquel un membre mobile est guidé coulissant selon un axe longitudinal, le membre mobile s'étendant entre une extrémité basse définissant le siège de vanne et une extrémité haute.
Avantageusement, l'extrémité haute du membre mobile définit un noyau magnétique apte à coopérer avec le solénoïde de sorte que lorsque le solénoïde est alimenté, le champ magnétique attire et déplace le membre mobile vers une position ouverte dans laquelle le siège de vanne ouvre un passage permettant l'injection de carburant et, lorsque le solénoïde n'est pas alimenté, le membre mobile est repoussé par un ressort d'aiguille vers une position fermée dans laquelle ledit passage est fermé interdisant l'injection de carburant.
De plus, l'injecteur est pourvu d'une chambre de contrôle définissant un amortisseur apte à ralentir en utilisation le déplacement du membre mobile vers la position ouverte.
La chambre de contrôle est définie à l'intérieur du membre mobile, ladite chambre étant en communication de fluide avec le siège de vanne.
L'amortisseur comprend un clapet d'admission contrôlant ladite communication de fluide, le clapet étant mobile entre une première position dans laquelle la communication de fluide est restreinte et, une seconde position dans laquelle la communication de fluide est largement ouverte.
L'amortisseur comprend de plus un ressort de clapet sollicitant en permanence ledit clapet d'admission vers la première position.
Plus particulièrement, la force d'ouverture générée par le champ magnétique est supérieure à la somme des forces de fermeture exercées sur le membre mobile selon la formule générale :
FM > F + F + FH dans laquelle FM est la force d'ouverture du champ magnétique ;
F est la force du ressort d'aiguille ;
F est la force du ressort de clapet ;
FH est la force due au déséquilibre hydraulique du membre mobile. En utilisation, le clapet se place vers la seconde position lorsque le membre mobile se déplace vers la position fermée.
Particulièrement, le clapet comprend un corps tubulaire pour partie agencé dans la chambre de contrôle, ledit corps tubulaire étant en permanence appuyé contre une face de l'actionneur, le ressort d'aiguille de vanne étant comprimé entre ledit corps tubulaire et une face de la chambre de contrôle.
Le clapet comprend un membre mobile agencé dans le corps tubulaire. Le corps tubulaire comprend une paroi périphérique s 'étendant axialement d'une première extrémité agencée dans la chambre de contrôle jusqu'à une seconde extrémité en appui contre une face de l'actionneur. Le corps tubulaire est de plus pourvu d'une face radiale ouverte en son centre formant un épaulement intérieur, le membre mobile du clapet en première position se trouvant en appui contre ladite face radiale.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels:
- la figure 1 est vue schématique d'ensemble d'un injecteur selon l'invention.
- la figure 2 est un schéma en coupe longitudinale de la buse de
Γ injecteur de la figure 1.
- la figure 3 est une vue de dessous de la pièce polaire adaptée à l'injecteur des figures 1 et 2, cette vue montrant un passage aménagé pour le carburant.
- la figure 4 est une alternative de construction à la figure 3.
- les figures 5 et 6 sont des schémas en coupe selon deux modes de réalisation d'un siège de vanne d'une buse d'injecteur adapté à l'injecteur des figures 1 et 2.
- les figures 7 et 8 similaires à la figure 2 illustrent deux phases de fonctionnement de la buse d'injecteur.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
Un injecteur 10 de carburant représenté en figure 1 a un corps allongé s'étendant selon un axe longitudinal X et comprend une partie actionneur 12, représentée en haut de la figure, et une partie hydraulique 14 représentée en bas de la figure. La limite entre les deux parties 12, 14, étant symbolisé par un trait plein. Dans l'injecteur 10, un circuit 16 d'amené de carburant pressurisé s'étend depuis une bouche d'entrée 18, généralement agencée en haut de l'injecteur, jusqu'à des trous d'injections 20 situées tout en bas de la partie hydraulique 14 et destinés à vaporiser du carburant pressurisés dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Dans l'ensemble de cette description, des termes relatifs tels que « haut, bas, au-dessus, en dessous... » seront utilisés dans un but de clarté et de simplification, en référence au sens arbitraire des figures et sans intention limitative de l'étendue de l'invention.
De plus, en partie basse du corps 22 de la partie actionneur 12 est agencé un solénoïde 24 de forme torique électriquement relié par des fils de connexion s'étendant vers le haut jusqu'à un connecteur 26 adapté à recevoir le connecteur complémentaire d'une unité de commande. Dans l'espace central du solénoïde torique 24 est agencée une pièce polaire 28 magnétique d'axe X percée pour aménager une partie du circuit haute pression 16.
Dans le corps 30 de la partie hydraulique 14 est agencé coulissant selon l'axe longitudinal X un membre de vanne 32 mobile s'étendant entre une extrémité haute et une extrémité basse fine et pointue ce qui a contribué à généraliser le nom connu d'aiguille. Un noyau magnétique 34 est solidaire de l'extrémité haute et, l'extrémité basse coopère avec une face interne du corps 30 de partie hydraulique pour former un siège de vanne 36, ledit siège 36 s'étendant selon une ligne circulaire de diamètre D36. Le membre de vanne 32 est mobile entre une position entièrement ouverte PO dans laquelle le siège de vanne 36 est ouvert, l'extrémité pointue étant éloignée de la face interne du corps en laissant au carburant pressurisé un passage ouvert vers les trous 20 d'injection et, une position fermée PF où ledit passage est fermé, l'extrémité pointue étant en contact étanche contre la face interne du corps 30 retenant ainsi le carburant en amont du siège de vanne 36 fermé.
Les parties actionneur 12 et hydraulique 14 sont fermement maintenues solidaires l'une de l'autre au moyen d'un écrou d'injecteur 38 qui d'une part est en appui contre un épaulement radial du corps de la partie hydraulique et, d'autre part est vissé au corps 22 de la partie actionneur.
Les déplacements du membre mobile 32 sont directement commandés par l'actionneur. Ainsi, lorsque le solénoïde 24 est électriquement alimenté, il génère un champ magnétique M qui boucle autour du solénoïde torique, passe par la pièce polaire 28 et le noyau magnétique 34 attirant vers la position ouverte PO le membre mobile de vanne 32. Le schéma de la figure 2 permet de préciser la première description de la figure 1 et se centrant sur la partie basse de l'injecteur et en détaillant en particulier un mode de réalisation.
Le corps 22 de la partie actionneur s'étend vers le bas jusqu'à une face radiale 40 transverse dans laquelle s'ouvre un logement cylindrique permettant l'agencement du solénoïde 24 et de la pièce polaire 28. De plus le circuit haute pression 16, qui s'étend axialement X dans le corps 22, passe au centre de la pièce polaire 28 et débouche au centre de ladite face transverse 40.
La pièce polaire 28 agencée dans l'espace central du solénoïde torique est une pièce de révolution selon l'axe longitudinal X et qui s'étend axialement vers le haut depuis une face inférieure 42 transverse circulaire puis selon une embase cylindrique, puis une partie centrale conique pyramidale jusqu'à un sommet à nouveau cylindrique de petite section. Du centre du sommet au centre de la face inférieure 42 s'étend axialement X un canal central 44 partie intégrante du circuit haute pression 16. Au centre de la face inférieure 42, la pièce polaire est pourvue de passage en étoile 46 créant une communication de fluide entre le circuit haute pression 16 et la partie hydraulique 14 et, d'une face d'appui en prolongement de la face inférieure 42.
La figure 3 représente un exemple de la pièce polaire 28, en vue de dessous, le passage en étoile 46 étant en croix à quatre branches. Alternativement à cette croix, l'homme du métier saura réaliser des communications de fluide à une ou deux branches, il est là limite de continuer à parler d'étoile, voire à trois branches ou plus. De même le schéma de la figure 3 symbolise quatre branches rectangulaires d'autres formes pouvant également être adoptées. Le corps 30 de la partie hydraulique a une paroi périphérique 48 définissant un espace intérieur continu comprenant un espace amont 50 de large section et un espace aval 52 plus étroit. Le noyau magnétique 34 est ajusté coulissant selon l'axe longitudinal X dans l'espace amont 50 et, la partie étroite 54 du membre mobile est guidée dans l'espace aval 52 par un guide bas 56 ajusté axialement coulissant contre la paroi interne de l'espace aval 52. Des passages 58 aménagés dans le noyau 34 permettent le passage du carburant de l'espace amont 50 à l'espace aval 52. Dans le schéma de la figure 2 ces passages 58 sont des trous verticaux agencés à la périphérie du noyau et, l'homme du métier saura aménager toutes sortes de passages 58, soient en pleine matière, soient en tant qu'échancrures périphériques droites ou hélicoïdales mais, quels qu'ils soient, ces passages permettent une circulation libre du carburant pressurisé.
De manière similaire, des passages non représentés permettent la circulation du carburant de part et d'autre du guide bas 56, lesdits passages non représentés étant souvent des gorges hélicoïdales réalisées à la périphérie du guide bas 56.
Selon un mode de réalisation schématisé en figure 2, le noyau 34 et la partie étroite 54 du membre mobile sont deux pièces distinctes
complémentairement agencées. Le noyau 34 est pourvue d'un alésage axial aveugle 60 formant une chambre de contrôle 60, celle-ci étant cylindrique et ouverte au centre de la face amont 62 du noyau, ladite chambre de contrôle 60 étant obturée en aval par la partie étroite 54 du membre mobile qui est insérée dans l'alésage et définitivement fixée au noyau de sorte à former un fond 64 à la chambre de contrôle 60. Selon le schéma de la figure 2, ledit fond formé par l'extrémité haute de la partie étroite 54 du membre mobile comprend une face annulaire périphérique 66 et une protrusion cylindrique centrale dont la face de sommet 68 est circulaire et transverse.
Dans la chambre de contrôle 60 est agencé un clapet 70 comprenant un corps de clapet 72 creux dans lequel est agencé un membre mobile 74.
Selon le mode de réalisation de la figure 2, le corps de clapet 72 est une pièce cylindrique et tubulaire dont une paroi périphérique 76 est partiellement refermée à une extrémité par un épaulement 78 transverse pourvu d'une ouverture axiale 80.
La paroi périphérique 76 s'étend axialement X depuis une face annulaire inférieure 82 agencée en regard du fond de la chambre 60 jusqu'à une face annulaire supérieure 84 qui est également la face supérieure de l'épaulement 78.
La paroi périphérique 76 et l'épaulement 78 définissent un espace interne cylindrique limité par la face cylindrique interne 86 de la paroi périphérique 76 et par la face inférieure 88 de l'épaulement, espace dans lequel est agencé axialement coulissant le membre mobile 74.
La face externe 90 de ladite paroi périphérique 76 est cylindrique et est ajustée coulissante contre la paroi interne dans l'alésage 60. Le corps 72 dont la majeure partie est guidée dans la chambre de contrôle 60 émerge partiellement de celle-ci, la face supérieure 84 de l'épaulement, face annulaire transverse, étant en appui contre la face inférieure 42 de la pièce polaire. Plus précisément, ladite face supérieure 84 n'est en appui que contre les portions de la face inférieure 42 de la pièce polaire qui se trouvent entre les branches du passage en étoile 46.
Dans une alternative de construction illustrée en figure 4, la face inférieure 42 de la pièce polaire est un disque plan et lisse, seul le canal central 44 débouchant au centre de cette face 42 et, la face supérieure 84 du corps de clapet est pourvue de passages radiaux formant le passage en étoile 46, passages radiaux par lesquels le carburant peut s'écouler depuis le canal central 44 jusque dans l'espace amont 50. En figure 4, quatre passages radiaux en étoile sont représentés mais l'homme du métier saura réaliser d'autres alternatives avec des passages en nombre différents.
Ledit membre mobile 74 de clapet est un cylindre s'étendant axialement entre une face inférieure 92 transverse, agencée en regard du fond de la chambre 60 et, une face supérieure 94 transverse agencée en regard de la face inférieure 88 de l'épaulement. Le membre mobile 74 est de plus pourvu d'un canal axial 96 traversant et débouchant au centre de la face inférieure 92 et au centre de la face supérieure 94. Ledit canal 96 est pourvu d'une restriction 98 de faible section, ladite restriction 98 étant, selon le mode construction du schéma de la figure 2, agencée à proximité de la face supérieure 94, mais pouvant également être agencée au centre du canal axial 96 ou à proximité de la face inférieure 92 du membre mobile. De plus, sur la face supérieure 94 est agencée une protrusion circulaire formant une lèvre d'étanchéité 100 de diamètre D100 adaptée à être en contact étanche contre la face inférieure 88 de l'épaulement.
Dans la chambre de contrôle 60 sont agencés un ressort d'aiguille 102 comprimé entre la face annulaire 66 périphérique du fond de la chambre et la face inférieure 82 de la paroi du corps et, un ressort de clapet 104 comprimé entre la face circulaire 68 de sommet de la protrusion du fond de la chambre et la face inférieure 92 du membre mobile. Le ressort de clapet 104 génère une force F 104 axiale et, ledit ressort de clapet 104 est calculé en fonction du diamètre D 100 de la lèvre d'étanchéité, de sorte que la force F 104 générée soit de l'ordre de grandeur de la force générée par le carburant pressurisé sur le membre mobile 74 de clapet lors de la phase de fermeture de l'aiguille qui est détaillée plus bas dans la description. Le ressort d'aiguille 102 sollicite en permanence la face supérieure 84 du corps de clapet vers un appui contre les parties de la face inférieure 42 de la pièce polaire s 'étendant entre les branches du passage en étoile et, le ressort de clapet 104 sollicite en permanence la lèvre d'étanchéité 100 vers un appui contre la face inférieure de l'épaulement.
Dans une alternative non représentée, le membre mobile de clapet 74 est une bille d'un diamètre supérieur à celui de l'ouverture 80 de sorte que le ressort de clapet 104 sollicite en permanence la bille vers une position fermée de l'ouverture 80. De plus, le corps de clapet 72 est pourvu d'un orifice restreint s 'étendant au travers de la paroi du corps de clapet depuis la paroi périphérique 76 du corps jusqu'à la chambre de contrôle. Ledit orifice formant lui-même une restriction équivalente à la restriction 98 ci-dessus mentionnée, la bille ne bouchant jamais l'orifice restreint.
Sous le noyau mobile 34 s'étend, dans l'espace aval 52, la partie étroite
54 jusqu'à son extrémité pointue formant le siège de vanne 36. A l'extrémité du corps de la partie mobile est formé une petite cavité connue sous le nom de sac 106, les trous d'injection 20 traversant la paroi du corps entre ledit sac 106 et la face extérieure du corps.
Le fonctionnement de l'injecteur 10 est maintenant brièvement décrit.
Dans une première phase le solénoïde 24 n'est pas alimenté
électriquement. Le carburant pressurisé occupe tout le volume libre dans le corps 30 de la partie hydraulique, notamment entre la face inférieure 42 de la pièce polaire et la face amont 62 du noyau, l'intérieur de la chambre de contrôle 60, l'espace aval 52 du corps depuis le noyau jusqu'au siège de vanne 36. Le corps de clapet 72 est appliqué contre la face inférieure de la pièce polaire par le ressort d'aiguille 102 et, la lèvre 100 du membre mobile 74 est maintenue par le ressort de clapet 104 en appui étanche contre l'épaulement 78 du corps de clapet. Le membre mobile 32 est maintenu en position fermée PF par les premier 102 et second 104 ressorts qui exercent sur lui des forces le sollicitant en permanence vers cette position fermée PF. De plus, le membre mobile 32 est hydrauliquement légèrement déséquilibré car, en position fermée, la pression sous le siège 36 dans le sac 106, est faible et la somme des surfaces des faces du membre mobile 32 soumises à la pression du carburant et générant sur le membre mobile une force de fermeture est légèrement supérieure à la somme des surfaces des faces du membre mobile 32 soumises à la pression du carburant et générant sur le membre mobile une force d'ouverture, la différence étant l'aire comprise sous le siège 36 de l'extrême pointe du membre mobile. Ce déséquilibre hydraulique est d'autant plus important que le diamètre D36 du siège est grand.
Dans une seconde phase, ou phase d'ouverture de l'aiguille, illustrée en figure 7, le solénoïde 24 est électriquement alimenté et génère le champ magnétique M qui attire le noyau mobile 34 vers la pièce polaire. Pour que le membre mobile 32 se déplace de la position fermée PF vers la position ouverte PO la force d'ouverture générée par le champ magnétique M doit vaincre les forces des deux ressorts 102, 104, et le déséquilibre hydraulique lié à la dimension du siège 36. Si les ressorts génèrent des forces faibles, quelques Newtons, le déséquilibre hydraulique peut engendrer quant à lui une force plus importante et, dans le but d'utiliser un solénoïde connu dont la force d'attraction reste modeste, des modélisations et des essais ont été menés en réalisant des sièges selon deux configurations distinctes.
Des essais et modélisations ont été menés avec succès en choisissant les valeurs suivantes :
Force d'ouverture FM du champ magnétique = 150N ;
Force F 102 du ressort l'aiguille = 25N ;
Diamètre D 100 de lèvre de 2 mm ;
Force F 104 du ressort de clapet = 5N ;
Diamètre D36 du siège = 0,7 mm.
Pour ces calculs la chambre de contrôle avait un diamètre de 4mm et un volume de 20 mm3.
La force de fermeture FH, exprimée en Newtons, due au déséquilibre hydraulique est calculée en fonction de la pression P du carburant, exprimée en bars, et du diamètre D36 du siège, exprimé en mm, selon la formule :
FH = [P / 10] . [(π . D362) / 4] Pour une pression P d'utilisation de 2000 bars et le diamètre D36 de 0,7 mm la force hydraulique FH est de 77N.
Pour assurer un fonctionnement correct de l'injecteur, l'actionneur doit être capable de soulever le membre mobile selon la formule générale :
FM > F102 + F104 + FH ou encore :
FM > F102 + F104 + [P / 10] . [(π . D362) / 4]
Les valeurs ci-dessus sont un exemple possible de choix :
150 > 25 + 5 + 77
D'autres valeurs respectant la formule générale ci-dessus énoncée peuvent être sélectionnées par exemple en les choisissant dans les encadrements suivants :
100N < Force FM du champ magnétique < 180N
15N < Force F 102 du ressort 1 ' aiguille < 5 ON
IN < Force F 104 du ressort de clapet < 10N
0,5 mm < Diamètre D36 du siège < 1 mm
Une seconde configuration illustrée en figure 6 est un siège 36 à double contact. Le sac 106 est de l'ordre de 1,5 mm de diamètre et le membre mobile 32 est pourvu à son extrémité pointue d'une extension 108 axiale pénétrant jusqu'au fond du sac 106, de sorte qu'en position fermée PF le membre mobile 32 contacte le corps selon une première ligne circulaire 110 de premier diamètre Dl 10 en haut du sac et, une seconde ligne circulaire 112 de second diamètre Dl 12 au fond du sac. De plus, le membre mobile 32 est pourvu d'un canal interne 114 créant une communication de fluide entre l'espace aval interne 52 amont à la première ligne circulaire 110 et l'extrémité de ladite extension 108 aval à la seconde ligne circulaire 112. Les trous d'injection 20 s'ouvrent dans un espace annulaire 116 compris entre les lignes circulaires 110, 112, et, le canal interne 114 permet au carburant pressurisé d'atteindre un petit espace sous ladite extension 108. Selon cette seconde configuration le déséquilibre hydraulique en position fermé PF est limité à l'aire annulaire comprise entre le premier diamètre Dl 10 et le second diamètre Dl 12 et, une réalisation dans laquelle lesdits diamètres DUO, D112 sont très proches l'un de l'autre permet de minimiser le déséquilibre hydraulique. Cette configuration à double contact impose pour que les deux contacts soient étanches que l'extension 108 soit donc légèrement flexible et déformable au niveau de la seconde ligne circulaire 112 de contact.
Selon cette seconde configuration du siège, la formule générale ci-dessus énoncée devient :
FM > F102 + F104 + [P / 10] . [(π . ( | DUO2 - Dl 122 | ) / 4] Un intérêt de cette seconde configuration apparaît immédiatement puisque les diamètres de sièges Dl 10, Dl 12, peuvent être choisis plus grand que selon la première configuration, seule la différence entre ces diamètres importe.
Lors de cette seconde phase de fonctionnement durant laquelle le membre mobile 32 se déplace en position ouverte PO, le carburant pressurisé circule jusque dans le sac 106, ou l'espace annulaire 116, où la pression augmente ce qui contribue à l'effort d'ouverture du membre mobile. En remontant vers la position ouverte PO le volume de la chambre de contrôle 60 diminue et, le carburant sous pression qui était dans la chambre de contrôle 60 contribue à maintenir le membre mobile 74 du clapet en appui étanche contre le corps 72 du clapet, le carburant sortant de la chambre de contrôle par le canal axial 96 et sa restriction 98. Ce passage restreint le flux de carburant et donc, la pression dans la chambre de contrôle 60 augmente et engendre une force s 'opposant à la levée du membre mobile 32 et ralentissant le mouvement d'ouverture.
Dans une troisième phase de fonctionnement, illustrée en figure 8, ou phase de fermeture de l'aiguille, l'alimentation électrique du solénoïde est interrompue. Le membre mobile 32 est alors soumis aux seules forces des deux ressorts 102, 104, le membre mobile en position ouverte PO étant
hydrauliquement quasiment équilibré. Un léger déséquilibre peut être créé par une chute de pression entre l'amont du siège 36 et le sac 106. En effet, la levée du membre mobile 32 ouvre au niveau du siège 36 un passage de fluide restreint vers les trous d'injection 20. Le membre mobile 32 commence à se déplacer vers la position fermée PF et le volume de la chambre de contrôle 60 augmente et donc la pression dans la chambre de contrôle 60 diminue. Se faisant, le carburant sous pression qui arrive via le canal central 44 de la pièce polaire appui sur le membre mobile 74 de clapet qui se déplace dans le corps 72 et comprime un peu plus le ressort de clapet 104. La lèvre d'étanchéité 100 quitte alors le contact avec le corps et ouvre un large passage au carburant qui peut sans restriction entrer dans la chambre de contrôle 60, ce qui contribue à une fermeture rapide du membre mobile 32.
Dans l'alternative dans laquelle le membre mobile de clapet est une bille, lorsque le solénoïde n'est pas alimenté la bille ferme l'ouverture 80 et, lorsque le solénoïde est alimenté, l'aiguille commence à se lever, la bille reste plaquée contre l'ouverture 80 et le carburant comprimé dans la chambre de contrôle s'échappe via l'orifice restreint s'étendant au travers de la paroi du corps de clapet. Lorsque l'alimentation est coupée et que l'aiguille est en position ouverte, les deux ressorts 102, 104, repoussent l'aiguille et, au cours du mouvement de fermeture de l'aiguille, la pression dans la chambre de contrôle diminue et le carburant pressurisé peut repousser la bille et ouvrir l'ouverture 80 de sorte que la pression dans la chambre de contrôle augmente.
LISTE DES REFERENCES UTILISEES
X axe longitudinal
PO position ouverte du membre de vanne
PF position fermée du membre de vanne
10 injecteur
12 partie actionneur
14 partie hydraulique
16 circuit haute pression de carburant
18 bouche d'entrée
20 trous d'injection
22 corps de la partie actionneur
24 solénoïde
26 connecteur
28 pièce polaire
30 corps de la partie hydraulique 32 membre mobile de vanne
34 noyau magnétique
36 siège de vanne
38 écrou d'injecteur
5 40 face basse du corps de partie actionneur
42 face inférieure de la pièce polaire
44 canal central dans la pièce polaire
46 passage en étoile
48 paroi périphérique du corps de partie hydraulique
10 50 espace amont interne au corps de partie hydraulique
52 espace aval interne au corps de partie hydraulique
54 partie étroite du membre mobile
56 guide bas
58 passage de carburant
15 60 alésage - chambre de contrôle
62 face amont du noyau
64 fond de la chambre de contrôle
66 face annulaire périphérique
68 face de sommet du fond
20 70 clapet
72 corps de clapet
74 membre mobile de clapet
76 paroi périphérique du corps de clapet
78 épaulement
25 80 ouverture axiale dans l'épaulement
82 face annulaire inférieure de la paroi périphérique
84 face annulaire supérieure du corps / de l'épaulement
86 face interne du corps de clapet
88 face inférieure de l'épaulement
30 90 face externe du corps de clapet
92 face inférieure du membre mobile
94 face supérieure du membre mobile
96 canal axial 98 restriction
100 lèvre d'étanchéité
102 premier ressort - ressort d'aiguille
104 second ressort - ressort de clapet
106 sac
108 extension
110 première ligne circulaire
112 seconde ligne circulaire
114 canal interne
116 espace annulaire
M champ magnétique
D36 diamètre du siège
D100 diamètre de la lèvre circulaire
DUO diamètre de la première ligne circulaire
Dl 12 diamètre de la seconde ligne circulaire
FM force d'ouverture du champ magnétique
FH force de fermeture due au déséquilibre hydraulique
F 102 force du ressort l'aiguille
F 104 force du ressort de clapet

Claims

REVENDICATIONS
1. Injecteur de carburant (10) comprenant un circuit (16) de carburant pressurisé s'étendant depuis une bouche d'entrée (18) jusqu'à des trous d'injections (20) via un siège (36) de vanne contrôlant l'ouverture ou la fermeture desdits trous d'injections, l'injecteur (10) comprenant de plus un actionneur à électroaimant pourvu d'un solénoïde (24) fixe générant un champ magnétique (M) lorsqu'il est électriquement alimenté et, d'une buse dans le corps (30) duquel un membre mobile (32) est guidé coulissant selon un axe longitudinal (X), le membre mobile (32) s'étendant entre une extrémité basse définissant le siège (36) de vanne et une extrémité haute,
caractérisé en ce que
l'extrémité haute du membre mobile est pourvue d'un noyau magnétique (34) apte à coopérer avec le solénoïde (24) de sorte que, lorsque le solénoïde (24) est alimenté le champ magnétique (M) attire et déplace le membre mobile (32) vers une position ouverte (PO) dans laquelle le siège de vanne (36) ouvre un passage permettant l'injection de carburant et, lorsque le solénoïde (24) n'est pas alimenté, le membre mobile (32) est repoussé par un ressort d'aiguille (102) vers une position fermée (PF) dans laquelle ledit passage est fermé interdisant l'injection de carburant,
l'injecteur (10) étant de plus pourvu d'une chambre de contrôle (60) définissant un amortisseur apte à ralentir en utilisation le déplacement du membre mobile (32) vers la position ouverte (PO).
2. Injecteur de carburant (10) selon la revendication précédente dans lequel la chambre de contrôle (60) est définie à l'intérieur du membre mobile (32), ladite chambre (60) étant en communication de fluide avec le siège de vanne (36).
3. Injecteur de carburant (10) selon la revendication 2 dans lequel l'amortisseur comprend un clapet (70) d'admission contrôlant ladite
communication de fluide, le clapet (70) étant mobile entre une première position dans laquelle la communication de fluide est restreinte et une seconde position dans laquelle la communication de fluide est largement ouverte.
4. Injecteur de carburant (10) selon la revendication 3 dans lequel l'amortisseur comprend de plus un ressort de clapet (104) sollicitant en permanence ledit clapet d'admission vers la première position.
5. Injecteur de carburant (10) selon la revendication 4 dans lequel la force d'ouverture FM générée par le champ magnétique (M) est supérieure à la somme des forces de fermeture exercées sur le membre mobile (32) selon la formule générale :
FM > F 102 + F 104 + FH dans laquelle
FM est la force d'ouverture du champ magnétique ;
F 102 est la force du ressort d'aiguille ;
F 104 est la force du ressort de clapet ;
FH est la force due au déséquilibre hydraulique du membre mobile (32).
6. Injecteur de carburant (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 dans lequel, en utilisation, le clapet (70) se place vers la seconde position lorsque le membre mobile (32) se déplace vers la position fermée (PF).
7. Injecteur de carburant (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 dans lequel le clapet (70) comprend un corps (72) tubulaire pour partie agencé dans la chambre de contrôle, ledit corps (72) tubulaire étant en permanence appuyé contre une face (42) de l'actionneur, le ressort d'aiguille (102) de vanne étant comprimé entre ledit corps (72) tubulaire et une face (66) de la chambre de contrôle.
8. Injecteur de carburant (10) selon la revendication 7, dans lequel le clapet (70) comprend un membre mobile (74) agencé dans le corps (72) tubulaire.
9. Injecteur de carburant (10) selon la revendication 8 dans lequel le corps (72) tubulaire comprend une paroi périphérique (76) s 'étendant axialement (X) d'une première extrémité (82) agencée dans la chambre de contrôle jusqu'à une seconde extrémité (84) en appui contre une face (42) de l'actionneur, le corps (72) tubulaire étant de plus pourvu d'une face radiale ouverte en son centre formant un épaulement intérieur (78), le membre mobile (74) du clapet en première position se trouvant en appui contre ladite face radiale.
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