EP4088017B1 - Actionneur électromagnétique - Google Patents

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EP4088017B1
EP4088017B1 EP20823858.4A EP20823858A EP4088017B1 EP 4088017 B1 EP4088017 B1 EP 4088017B1 EP 20823858 A EP20823858 A EP 20823858A EP 4088017 B1 EP4088017 B1 EP 4088017B1
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actuator
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heat
elastic device
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Christophe Tapin
Romain Vit
Thierry Thibault
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Phinia Delphi Luxembourg SARL
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Phinia Delphi Luxembourg SARL
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0017—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/26—Fuel-injection apparatus with elastically deformable elements other than coil springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/50—Arrangements of springs for valves used in fuel injectors or fuel injection pumps

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic actuator for a fuel injector used in vehicle engines.
  • Fuel injection systems for modern internal combustion engines, particularly compression ignition engines, include a plurality of fuel injectors arranged to emit an atomized jet of high pressure fuel into a combustion chamber of the engine.
  • a fuel injector known for use in such a system includes an injection needle.
  • the needle is slidable within the bore formed in a nozzle body and cooperable with a seat to control the delivery of fuel through one or more outlet openings.
  • the movement of the needle is controlled by means of a high pressure control chamber and a low pressure chamber which communicates with the low pressure drain tank.
  • an actuator is electrically energized to effect the opening, which causes the movement of an armature and a valve member, also called a valve stem by professionals, in contact therewith, identified as a control valve.
  • the document US2019242344 A1 discloses such an actuator.
  • the control valve is located in the low pressure chamber, the control valve then moves upwards against the action of a coil spring of the actuator.
  • the present invention aims to solve the problem of armature displacement caused by oscillations undergone by the spring.
  • the invention consists of an electromagnetic actuator of a diesel fuel injector.
  • the actuator comprises a fixed electric coil provided with an axial blind hole, an elastic device compressed between a pin and a control rod moving towards the coil when the latter is electrically powered.
  • the elastic device permanently pushes a valve assembly comprising the control rod fixed to a magnetic armature to a position remote from the coil.
  • the valve assembly comprises the elastic device arranged in a blind hole.
  • the elastic device comprises an elastic member and a heat-shrinkable element encapsulating the elastic member.
  • the heat-shrinkable element is further heat-shrunk around the elastic member.
  • the heat-shrinkable element has a wall of substantially constant thickness.
  • the elastic member is a helical compression spring.
  • a diesel fuel injector comprises an electromagnetic actuator as described above.
  • top-to-bottom orientation is chosen arbitrarily and words and expressions such as "above, below, above, below" may be used without any intention of limiting the invention.
  • the injector 10 comprises a needle 12 sliding in a bore 14.
  • the injector 10 extends along a longitudinal axis X.
  • the movement of the needle 12 is controlled by means of two chambers, a high pressure control chamber 16 and a low pressure chamber 18, which communicates with the low pressure drain tank.
  • an actuator 20 comprising a coil 22 and which is electrically energized during the opening step, engages a movable magnetic armature 24 moving towards the coil 22 and a valve member 26 in contact and fixed to the armature 24.
  • the valve member 26 is also called the control rod 26.
  • the control rod 26 and the armature 24 fixed together constitute a valve assembly 28.
  • the valve assembly 28, located in the low pressure chamber 18, moves upwards against the action of a resilient device 30 of the actuator 20, thus the valve assembly 28 moves away from its seat.
  • fuel can escape from the control chamber 16 to the low pressure chamber 18 which is at a low pressure of the order of 5 bars with peaks of up to 25 bars through a return passage (not shown).
  • the electromagnetic actuator 20 of the diesel fuel injector 10 comprises a calibration pin 32 and the elastic device 30 compressed between the pin 32 and the control rod 26.
  • the elastic device 30 pushes back in permanently the valve assembly 28 to a position remote from the spool 22.
  • the elastic device 30 is arranged in an axial blind hole 34.
  • the elastic device 30 comprises an elastic member 36 and a heat-shrinkable element 38 encapsulating the elastic member 36.
  • the elastic device 30 is compressed between the pin 32 arranged in the bottom of the blind hole 34 and the control rod 26.
  • the heat-shrinkable element 38 is heat-shrunk around the elastic member 36.
  • the heat-shrinkable element 38 has a wall of substantially constant thickness of a value of 0.05 mm after shrinking.
  • the elastic member 36 is a helical compression spring 36.
  • the elastic member 36 is arranged in the axial blind hole 34.
  • the axial helical spring 36 extends along the longitudinal axis X.
  • the helical spring 36 extends between a first turn 40 in contact with the magnetic armature 22 and a last turn 42 in contact with the pin 32.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne un actionneur électromagnétique pour un injecteur de carburant utilisé dans les moteurs de véhicule.
    • ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
  • Des systèmes d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne moderne, en particulier les moteurs à allumage par compression, comprennent une pluralité d'injecteurs de carburant agencés pour émettre un jet atomisé de carburant à haute pression dans une chambre de combustion du moteur.
  • Un injecteur de carburant connu pour être utilisé dans un tel système. Il comprend une aiguille d'injection. L'aiguille est glissante à l'intérieur de l'alésage formé dans un corps de buse et pouvant coopérer avec un siège pour commander la distribution de carburant à travers une ou plusieurs ouvertures de sortie. Le mouvement de l'aiguille est contrôlé à l'aide d'une chambre de commande à haute pression et d'une chambre à basse pression qui communique avec le réservoir de vidange à basse pression. Lorsqu'au début de l'injection, un actionneur est alimenté électriquement pour réaliser l'ouverture, ce qui entraine le déplacement d'une armature et un élément de soupape, également appelé tige de vanne par les professionnels, en contact avec celui-ci, identifié comme une soupape de commande. Le document US2019242344 A1 divulgue un tel actionneur. La soupape de commande est située dans la chambre à basse pression, la soupape de commande se déplace alors vers le haut contre l'action d'un ressort de bobine de l'actionneur. A ce stade, la longueur du ressort est réduite et une oscillation se propage de spire en spire pour ensuite se propager sur la soupape de commande et l'oscillation fait ainsi des allers retours créant des perturbations du flux de carburant. La propagation de l'oscillation vient perturber le déplacement de l'armature solidaire de l'organe de soupape. Cela engendre des hautes fréquences qui perturbe les multiples injections. Il se produit alors des oscillations sur les forces appliquées pour fermer ou ouvrir la soupape de commande. Ce problème s'explique par un déplacement perturbé de l'armature causé par des oscillations subies par le ressort. Ce problème sera résolu par la présente invention, qui va être décrite plus loin.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • La présente invention vise à résoudre le problème de déplacement de l'armature causé par les oscillations subies par le ressort. L'invention consiste en un actionneur électromagnétique d'un injecteur de carburant diesel. L'actionneur comprend une bobine électrique fixe pourvue d'un trou borgne axial, un dispositif élastique comprimé entre un pion et une tige de commande se déplaçant vers la bobine lorsque celle-ci est électriquement alimentée. Le dispositif élastique repousse en permanence un ensemble de soupape comprenant la tige de commande fixée à une armature magnétique vers une position éloignée de la bobine. L'ensemble de soupape comprend le dispositif élastique agencé dans un trou borgne. De plus le dispositif élastique comprend un membre élastique et un élément thermo rétractable encapsulant le membre élastique. L'élément thermo-rétractable est de plus thermo rétracté autour du membre élastique. En outre l'élément thermo-rétractable a une paroi d'épaisseur sensiblement constante. Le membre élastique est un ressort héliocoïdale de compression. De plus un injecteur de carburant diesel comprend un actionneur électromagnétique tel que décrit ci-dessus.
    • 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 :
    • [Fig 1] est une coupe axiale de l'actionneur électromagnétique selon l'invention comprenant un ressort encapsulé.
    • [Fig 2] est une coupe de l'invention comprenant un élément thermo rétractable, un ressort et un membre élastique.
    DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
  • Pour faciliter et clarifier la description qui suit, l'orientation de haut en bas est choisi arbitrairement et, les mots et expressions tels que " ci-dessus, ci-dessous, dessus, dessous ..." peuvent être utilisé sans aucune intention de limiter l'invention.
  • Conformément à la figure 1 est représenté une partie de l'injecteur 10 de carburant diesel selon l'invention. L'injecteur 10 comprend une aiguille 12 coulissante dans un alésage 14. L'injecteur 10 s'étend le long d'un axe longitudinal X.
  • Le mouvement de l'aiguille 12 est contrôlé à l'aide de deux chambres, une chambre de commande 16 à haute pression et une chambre à basse pression 18, qui communique avec le réservoir de vidange à basse pression. Lorsque débute l'injection, un actionneur 20 comprenant une bobine 22 et qui est alimenté électriquement lors de l'étape d'ouverture, engage une armature 24 magnétique mobile se déplaçant vers la bobine 22 et un élément de soupape 26 en contact et fixé à l'armature 24. L'élément de soupape 26 est appelé aussi la tige de commande 26. La tige de commande 26 et l'armature 24 fixés ensemble constitue un ensemble de soupape 28. L'ensemble de soupape 28, situé dans la chambre à basse pression 18, se déplace vers le haut contre l'action d'un dispositif élastique 30 de l'actionneur 20, ainsi l'ensemble de soupape 28 s'éloigne loin de son siège. En conséquence, le carburant peut s'échapper de la chambre de commande 16 vers la chambre basse pression 18 qui est à une basse pression de l'ordre de 5 bars avec des pointes pouvant atteindre 25 bars par un passage de retour (non représenté).
  • Comme représenté dans la figure 1, l'actionneur 20 électromagnétique de l'injecteur 10 de carburant diesel comprend un pion 32 de tarage et le dispositif élastique 30 comprimé entre le pion 32 et la tige de commande 26. Le dispositif élastique 30 repousse en permanence l'ensemble de soupape 28 vers une position éloignée de la bobine 22. Le dispositif élastique 30 est agencé dans un trou borgne 34 axial. Le dispositif élastique 30 comprend un membre élastique 36 et un élément thermo rétractable 38 encapsulant le membre élastique 36. Le dispositif élastique 30 est comprimé entre le pion 32 agencé dans le fond du trou borgne 34 et la tige de commande 26. L'élément thermo rétractable 38 est thermo rétracté autour du membre élastique 36. L'élément thermo-rétractable 38 a une paroi d'épaisseur sensiblement constante d'une valeur de 0,05 mm après rétreint. Comme représenté dans la figure 1 et la figure 2, le membre élastique 36 est un ressort 36 hélicoïdal de compression. Le membre élastique 36 est agencé dans le trou borgne 34 axial. Le ressort 36 hélicoïdal axial s'étend selon l'axe longitudinal X. Le ressort 36 hélicoïdal s'étend entre une première spire 40 en contact avec l'armature 22 magnétique et une dernière spire 42 en contact avec le pion 32.
  • Nous allons décrire la méthode de réalisation de l'invention dans ce qui suit:
    • pourvoir le membre élastique 36 et l'élément thermo rétractable 38,
    • encapsuler le membre élastique 36 par l'élément thermo rétractable 38,
    • faire glisser l'élément thermo rétractable 38 sur le membre élastique 36 et positionnez-la au centre du membre élastique 36,
    • chauffer l'élément thermo rétractable 38, à l'aide d'un générateur d'air chaud.
    LISTE DES REFERENCES UTILISEES
    • 10
    injecteur
    12
    aiguille
    14
    alésage
    16
    chambre de commande
    18
    chambre basse pression
    20
    actionneur
    22
    bobine
    24
    armature
    26
    tige de commande
    28
    ensemble de soupape
    30
    dispositif élastique
    32
    pion
    34
    trou borgne
    36
    membre élastique
    38
    élément thermo rétractable
    40
    première spire
    42
    dernière spire
    X
    axe longitudinal

Claims (4)

  1. Actionneur (20) électromagnétique d'un injecteur (10) de carburant diesel, l'actionneur (20) comprenant :
    - une bobine (22) électrique fixe pourvue d'un trou borgne (34) axial,
    - un dispositif élastique (30) comprimé entre un pion (32) et une tige de commande (26) se déplaçant vers la bobine (22) lorsque celle-ci est électriquement alimentée, le dispositif élastique (30) repoussant en permanence un ensemble de soupape (28) comprenant la tige de commande (26) fixée à une armature (24) magnétique vers une position éloignée de la bobine (22), l'ensemble de soupape (28) comprenant le dispositif élastique (30) agencé dans un trou borgne (34),
    caractérisé en ce le dispositif élastique (30) comprend un membre élastique (36) et un élément thermo rétractable (38) encapsulant le membre élastique (36).
  2. Actionneur (20) selon la revendication précédente, dans lequel l'élément thermo-rétractable (38) est thermo rétracté autour du membre élastique (36), l'élément thermo-rétractable (38) ayant une paroi d'épaisseur sensiblement constante.
  3. Actionneur (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le membre élastique (36) est un ressort héliocoïdale de compression.
  4. Injecteur (10) de carburant diesel comprenant un actionneur (20) électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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