FR2467994A1 - Valve d'injection electromagnetique pour carburant pour moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une valve d'injection notamment pour moteur à combustion interne. La valve comporte un boîtier métallique creux 10 contenant un enroulement magnétique 11 relié à une source de pulsations électriques, une armature 17 placée dans le boîtier 10 à proximité de l'enroulement 11, une buse creuse 4 supportée par le boîtier et un élément de valve 5 dont une partie est liée rigidement à l'armature 17. L'élément de valve 5 comporte une partie avant 57 munie d'un certain nombre de trous 20. La valve de l'invention convient particulièrement pour les moteurs à injection électronique.

Description

I L'invention concerne une valve d'injection fonctionnant

électromagnétiquement du type utilisé dans les systèmes d'injection contrôlés électroniquement pour l'alimentaton des moteurs à allumage controlé. En particulier, elle concerne une valve d'injection qui détermine la quantité de carburant amenéeau moteur en ouvrant un orifice de décharge d'une section transversale constante pendant un temps déterminé qui est une fraction de la période du

cycle d'opération du moteur.

Des valves de ce type sont connues.

Les problèmes posés par les valves connues sont sensi-

blement les suivants: - il faut disposer leur orifice de décharge dans le conduit d'admission d'une manière telle que le carburant est maintenu aussi loin que possible des parois du conduit pour des raisons d'économie d'énergie et de limitation des éléments polluants; - on utilise un élément de valve ayant une longueur avantageuse pour la disposition du conduit d'admission, mais qui a une masse réduite en vue de limiter les effets de l'inertie mécanique sur le temps du mouvement de l'élément de valve; - il faut minimiser le frottement entre les surfaces formant guides de l'élément de valve en vue de réduire par ailleurs son temps de mouvement et d'augmenter la durée de vie des éléments qui sont soumis au frottement; - il faut définir la quantité de carburant injectée par cycle d'injection par la dimension de l'orifice de

décharge seule, ceci étant obtenu en éliminant des change-

mentssoudain de trajectoire dansla direction du courant d'alimentation située en amont de l'orifice de décharge, ceci permettant aussi l'utilisation d'orifices ayant des dimensions relativement petites, grâce auxquelles l'effet d'atomisation sur le carburant est élevé; - la construction de l'injecteurdDit pouvoir être faite à une échelle industrielle à bas prix; - on doit limiter la dispersion dimensionnelle des parties calibrées dans une production en masse en rendant le débit de carburant dépendant seulement de l'orifice de décharge à l'extrémité de la tuyère. Ces problème et d'autres sont résolus par la valve d'injection selon l'invention, constituée un boitier creux contenant un enroulement électromagnétique relié à une source d'impulsions

électriques, une armature contenue dans le boitier à proxi-

mité de l'enroulement, une tuyère creuse supportée par le boitier de manière à se projeter hors de celui-ci d'une longueur définie par les exigences géométriquesdu conduit d'admission en vue de pouvoir y placer d'une manière convenable l'orifice de décharge du carburant situé à l'extrémité avant de la tuyère, un élément de valve ayant une extrémité rigide avec l'armature, sa surface externe étant en contact avec la surface interne de la tuyère en vue de former le guide pour le glissement ou coulissement de l'élément de valve et sa seconde extrémité se terminant en une partie conique conçue pour venir en contact avec un siège conique prévu dans la tuyère immédiatement en amont d'un trou, ladite seconde extrémité supportant aussi, un déflecteur d'atomisation de carburant qui, ensemble avec le trou prévu dans la tuyère détermine l'orifice de

décharge, ladite partie conique formant une vanne ou ferme-

ture étanche lorsqu'elleestmabtenue en contact avec le siège conique sous l'action d'une force élastique, tandis qu'elle ouvre l'orifice de décharge sous l'action d'un champs magnétique pour permettre la décharge de carburant, la valve d'inection comportant on outre des moyens de limitation arrangés pour limiter le mouvement d'ouverture de l'élément de valve, un système de conduit au moyen duquel le carburant amené à la valve sous pression par le système d'alimentation passe de l'entrée vers une zone disposée en amont du siège de vanne et qui est disposé entre la surface externe de l'élément de valve et la surface interne de la tuyère et étant caractérisée en ce que ledit système de conduit traverse l'intérieur de l'élément de valve d'une manière longitudinale en ligne droite et que la communication entre le système de conduit et ladite zone en amont du siège de vanne est pourvue d'un certains nombre de tous dont l'axe à une composante importante parallèle à l'axe

principal de l'injecteur.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le ressort fournissant la force de fermeture pour l'injecteur est disposé entre une butée ajustable prévue dans le système de conduit du carburant et une zone interne de

l'élément de valve très proche du siège de la valve.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celles- ci apparaîtront plus clairement au cours de la descrption explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel: - la figure 1 est une vue en section d'un mode de réalisation préféré de l'invention selon un plan de symétrie; - la figure 2 est une section selon la ligne AA de

la figure 1.

La figure 1 montre un boitier métallique creux intérieu-

rement 10 contenant trois compartiments 1, 2 et 3 disposés

les uns à la suite des autres de la droite vers la guache.

Le compartiment 1 abrite un enroulement 11 qui reçoit des pulsions électriques au moyen de deux rheophores ou rhéostats qui le relirtau circuit de controle électronique, non représenté, formant une partie du circuit de contrôle de la valve d'injection. L'enroulement 11 est supporté par un support isolant 12 coaxial à l'axe de symétrie de la valve. Le compartiment 1 est lié à la droite à un couvercle ou une plaque 13 percé d'un trou dans son centre

pour permettre à un tube 14, construit en acier ferromagné-

tique, d'être inséré dans l'intérieur de la valve, pour les besoins suivants: - permettre à la conduite de connection au régulateur de pression de la pompe d'être reliée à partir du système d'injection à la valve au moyen du manchon d'entrée de carburant 15; - former le noyau magnétique pour le champs attaché à l'enroulement 11 lorsque ce dernier est activé; - retenir dans sa partie intérieur le tube traversant 6 qui amène le carburant de l'entrée 15 vers une zone à proximité du point de délivrance, et dont l'extrémité avant en 161 supporte le ressort 19. Le compartiment contient aussi la partie droite de l'armature 17, qui est construiiteen fer particulièrement perméable au champs magnétique, et est donc soumise à une hystéresis magnétique pratiquement nulle. L'armature 17 a la forme d'un solide intérieurement creux de révolution pour lui permettre d'être traversée par le tube 16. Elle comprend une cavité pour allègement 170, et une zone filetée 171, et un étranglement annulaire 172 qui défint l'extrémité de la course le long de laquelle l'extrémité de l'élément

de valve 5 peut être visséedans la zone filetée 171.

Le compartiment 2 contient à peu près l'ensemble de la partie 171 de l'armature 17. Il communique directement avec la cavité 1, et est limité à l'extrémité gauche par le trou dans l'élément annulaire 18, qui est en un matériau

particulièrement résistant aux chocs.

Le compartiment 3 contient l'élément annulaire 18 et supporte la partie droite de la tuyère d'injection 4 d'une manière telle que cette dernière reste rigide et coaxiale

par rapport à l'ensemble de la valve d'injection.

La tuyère 4 comporte une partie sensiblement cylindrique 41 destinée à être logée dans la cavité 3. Pour assurer une rigidité mécanique entre la cavité 3 et la partie 41 de la tuyère 4, l'extrémité 31 du boitier 10 est calfeutrée ou matée. Le but de ceci est de mettre en place d'une manière convenable l'injecteur dans le conduit d'alimentation du moteur, non rqrésenté. Pour cette raison, la partie 42 peut avoir une longueur considérable. L'intérieur de la tuyère 42 communique avec l'extérieur par un orifice 49, en amont duquel se trouve un siège conique 48. Un déflecteur 59 formant une partie de l'élément de valve 5 est inséré dans l'orifice 49 pour déterminer l'orifice par lequel le carburant est déchargé de l'intérieur vers l'extérieur de la valve d'injection. Le déflecteur 59 est supporté par un élément conique 58, qui, sous la poussée du ressort 19 forme une valve étanche contre le

siège 48.

L'intérieur de la tuyère ou buse 4 possède deux surfaces cylindriques 45 et 46 qui définissent les zones de support et de guidage pour l'élément de valve 5 qui lui même possède deux zones externes 55 et 56 qui sont insérées dans les premières respectivement et qui seront

décrites avec plus de détails ci-dessous.

L'élément de valve 5 inséré dans la cavité dans la buse ou tuyère 4 est aussi creux intérieurement. Cette structure est telle qu'eILe permet au carburant de s'écouler vers l'extrémité de sortie de la valve le long du chemin

en ligne droite le plus direct.

L'élément de valve est composé des parties suivantes une extrémité filetée 51 conçue pour être vissée dans

le filetage 171 de l'armature 17; une zone extrême cylindri-

que 50 qui vient en aboutement contre l'extrémité filetée 172 pour définir la position relative de l'élément de valve 5 contre l'armature 17; une zone intermédiaire cylindrique 52 contenue dans l'anneau 18 mais sans toucher son extrémité intere; un anneau 53 ayant un diamètre externe plus grand que le diamètre interne de l'anneau 18 de sorte que le contact entre la surface gauche de l'anneau 15 et la surface droite de l'anneau 53 définit la fin de la courEe d'ouverture de l'élément de valve 5. Une zone prismatique 54 possédant deux surfaces 54, et 56 conçue pour coopérer avec les cavités 45 et 46 de la tuyère 4 en vue de guider axialement l'élément de valve 5; une zone frontale 57 possédant un certain nombre de trous ou d'orifices 20 et supportant un élément tronconique 58 destiné à coopérer avec la surface tronconique 48 de la tuyère 4 en vue de fermer d'une manière étanche le passage vers l'extérieur de la valve; l'élément de valve 5 se terminant avec le déflecteur 59 de profil cannelé de sorte que lorsque le déflecteur 59 est inséré dans l'orifice ou trou 49, il

définit l'orifice de décharge de la valve d'injection.

L'élément de valve 5 est déplacé vers la droite par le champs magnétique créé par l'activation électrique de l'enroulement 11. Ce champs magnétique attire l'armature 17 et en conséquence l'élément de valve 5 lié rigide avec elle, vers la droite jusqu'à ce que l'anneau 55 vienne en aboutement contre l'anneau 18. L'élément de valve 5 est déplacé vers la gauche par le ressort 19 qui est disposé entre un siège 60 prévu dans la zone extrême de l'élément

de valve 5, et la partie avant 161 du tube traversant 16.

Pour tarer le ressort 19 avec la charge de fermeture nécessaire le tube 16 est mis en place correctement et fixé à l'intérieur du tube 14 par poinçonnage des zones

162 et 163.

Finalement la valve possède trois éléments annulaires

21, 22 et 23 pour assurer une fermeture étanche vers l'ex-

térieur contre une fuite de carburant et pour empêcherle

carburant de venir en contact avec l'enroulement 11.

Durant le fonctionnement, qui constite en des mouvements de fermeture et d'ouverture alternatifs de l'élément de valve 5, le carburant entre dans la valve par l'entrée 15 à une pression provoquée par la pompe d'alimentation et

régulée par un régulateur de pression, non rgrésenté.

Le carburant passe ensuite à travers le tube traversant 16 pour entrerdans lacavité 5A de l'élément de valve 5, puis passe à travers les orifices 20 dans l'espace entre les extrémités de la tuyère 4 et de l'élément de valve 5, prenant un chemin direct entre l'entrée 15 et les orifices

, en vue de minimiser la chute de pression.

Lorsque l'enroulement 11 est activé, l'élément de valve est attiré par la droite de sorte que la partie tronconique 59 ouvre le siège 48 sur lequel le carburant se décharge à partir de l'orifice annulaire 49 et s'atomise dans le courant d'air passant à travers le conduit d'échappement, danslequel la valve est insérée. L'atomisation est favorisée

par la taille du déflecteur 59.

Quand l'enroulement 11 est désactivé, le ressort 19 pousse sur la partie tronconique 49 de la tuyère 4 pour réaliser une fermeture étanche de sorte que le carburant

n'est plus déchargé à partir de la valve.

Le débit de carburant qui passe à travers l'orifice

49 en une unité de temps dépend de la puissance délivrée.

Si n est la vitesse rotationnelle du moteur, alors la fréquence de fonctionnement f de l'élément de valve 5 est proportionnel à n (généralement f = 0,5 n). La période T pendant laquelle l'élément de valve réalise ainsi que complet d'ouverture et de fermeture est l'inverse de la

fréquence f.

La période T est la somme de quatre tempst1,t2,t3, et t4 définis de la manière suivante: 1 est le temps durant lequel l'élément de valve se déplace vers la droite commençant à partir du moment du début de l'activation de l'enroulement 11, et terminant au moment auquel l'anneau 53 vient en aboutement contre l'anneau 18. -t1 dépend seulement des caractéristiques

mécaniques et électromagnétiques de la valve.

- 't est le temps durant lequel l'élément de valve est totalement ouvert. Il commence à la fin de't1 et se

termine lorsque cesse l'activation de l'enroulement11.

t2 dépend de la puissance délivrée par le moteur.

-t3 est le temps durant lequel l'élément de valve

se déplace vers la gauche sous l'action du ressort 19.

Il commence à la fin de-t2 et se termine quand la partie conique 59 vient en aboutement contre le siège 48.t3 dépend des caractéristiques du circuit électromgnétique,

des caractéristiques mécaniques de l'injecteur c'est-à-

dire la masse de l'élément de valve 5, la force du ressort 19 et le frottement sur les guides. Il ne dépend pas de

la puissance délivrée par le moteur.

- Enfin'C4 est le temps durant lequel l'élément de valve 5maintient l'orifice de décharge 43 fermé sous l'action du ressort 19. Il commence à la fin de-t3 et dure tant que l'enroulement 11 reste désactivé.t4 dépend de la puissance délivrée par le moteur. Des quantités d'essence et de carburant _ 1,_2,_3 et une quantité nulle sont déchargée à travers l'orifice de décharge durant les tempst 1,M2,t3,-t, respectivement. La quantité Q déchargée dans la valve d'injection dans une unité de temps est donc dorne par

Q = f.x (q 1 q 2 + q 3).

L'unité électronique, non représentée, envoie une

succession de pulsations I1 par unité de temps à l'enroule-

ment 11 qui devient activé. Chaque période T est la somme des temps T1 et T2, durant lesqueles se produisent succes-

sivement les pulsations I1 et les poses qui les suivent.

Ainsi T = T1 + T2, T1 étant la période d'activation et

T2 la période de désactivation.

On admettra par exemple que la puissance délivrée par le moteur doit être changée sans changer sa vitesse rotationnelle. Ceci signifie que la quantité Q d'essence délivrée par unité de temps doit être change enchangeant la durée T1 des pulsations I1 tout en maintenant la relation

T = T1 +T2.

Le temps T1 est égal à la somme des tempst1 ett2 et le temps T2 est égal à la somme des tempst 3 etct4 tels

que définis ci-dessus.

On admettra pour simplifier que les quantités d'essence q1 ' q2, q3, délivrées durant les temps t1,t2 et t3 sont proportionnelles à ces temps respectifs pour un orifice de décharge donné et une pression d'alimentation donnée,

c'est-à-dire pour une dimension donné du système d'injection.

Ainsi un débit Q1 est donné par la relation: (1) Q1 = f x (K1 t 1 + k2 t21 + K3 t31) Une autre valeur pour le débit Q pour la même fréquence f est donnée par la relation: (2) Q2 = f x (K1 t12 + K2 t22 + K3 t32) On a montré que les temps t11 ='12 et t31 = -32 car ils

dépendent des caractéristiques mécaniques et électromagnéti-

ques de la valve. A partir de ceci, le débit Q n'est pas

proportionnel au temps d'activation T1 de l'enroulement 11.

Cependant, il s'en approche d'une manière proportionnelle en minimisant l'inertie de l'élément de valve 5 et les frotementsde glissement, c'est à dire en faisant tendre

les temps 1 et 't3 vers zéro.

De même, on peut montrer que le débit Q est sensible-

ment proportionnel au produit de la fréquence et du temps T, comme définis ci-dessus, lorsque le moteur fonctionne à1des vitesses différentes, pourvu que]iinertie et les

frotements soient minimisés.

L'inertie est minimisée en rendant la masse de l'élément de valve 5 a minimale et ceci est particulièrementpossible dans le cas de la valve de l'invention en donnant à l'élément de valve une configuration géométrique creuse, qui lui permet d'être alégé sur pratiquement toute sa structure dont la longueur peut ainsi être considérable sans que sa

masse soit sensiblement augmentée.

Un autre aspect de la légereté de l'élément de valve est montré dans la figure 2. On peut voir à par-tr de cette figure que la partie

de 1' élément de valve 5 se trouvant entre la zone de fer-

meture 59 et l'anneau de limitation 63 a une surface externe en forme d'un prisme, résultant du développement d'un polygone avec des cotés alternés droits et des cotés en

forme d'arcs de cercle.

Dans l'exemple illustré, cette configuration géométrique

comporte trois cotés droits reliés par trois arcs de cercle.

Entre la surface externe et l'élément de valve 6 et la surface de la tuyère 4, trois conduits C1, C2, et C3 sont crées qui relient la cavité 57 à la cavité 43 et, tout en augmentant la légèreté de l'élément de valve 5 ils diminuent l'effet de pompage du au déplacement alternatif de l'élément de valve sur le carburant se trouvant dans cette zone, réduisant ainsi le frottement dé à la viscosité du liquide. Comme la légereté de l'élément de valve 5 est obtenue en enlevant de la matière de la partie centrale il forme une structure resserrée et étroite ou de faible dimension. Cependant en vue de pouvoir utiliser un élément de valve dont la longueur n'a pas à être limitéeàcauoe des problème d'instabilité élastique provenant des efforts combinés de flexion et de compression, le ressort 19 a été disposé entre le siège 50 et la surface 161 que sorte que durant les périodes de fonctionnement de la valve, l'élément de valve 5 est soumis seulement à des efforts

à la traction.

Finalement on devra noter que le positionnement de la valve 19 diminue le frottement dû au glissements entre les guides 45 et 46 et les surfaces 55 et 56 sui glissent

sur eux.

C'est parce que la force de fermeture fournie par le ressort 19 se situe entre les deux zones de support 45 et 46 que le frottement produit durant le mouvement de l'âément

de valve 5 est proportionnel à la force.

Cependant si le ressort 19 devait agir sur la longueur entière de l'élément de valve 5, et en particulier s'il devait agir vers la droite au delà des zones de support, le frottement serait augmenté d'un facteur résultant du rapport de la longueur del'élément de valve 5 à la distance entre les zones de support. Un frottement plus important aurait pour résultat évident de ralentir la vitesse du mouvement de l'élément de valve avec une augmentation des temps 1 et t et une usure plus importante des éléments

qui viennent en contact durant le déplacement.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrûLt et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques

des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-

ci sont exécutées suimnt son esprit et mises en oeuvre dans

le cadre de la protection comme revendiquée.

il

Claims (3)

R E V E N D I C A T I 0 N S

1. Valve d'injection, du type comprenant un boitier creux contenant un enroulement électromagnétique relié à une source de pulsations électriques, une armature contenue dans le boitier à proximité de l'enroulement, une tuyère ou buse creuse supportée par le boitier de manière à venir en projection hors de celui-ci sur une longueur définie par les nécessités géométriquesdu conduit d'alimentation en vue de pouvoirymdtre en place d'une manière convenable à l'intérieur l'orifice de décharge du carbuant situé à l'extrémité avant de la tuyère, un élément de valve ayant une extrémité rigide avec l'armature, sa surface externe étant en contact avec la surface interne de la tuyère en vue de former un guide pour le glissement de l'élément de valve et sa seconde extrémité comprenant une partie conique destinée à venir en contact avec un siège conique prévu dans la tuyère immédiatement en amont d'un orifice, ladite

seconde extrémité supportant aussi un déflecteur d'atomisa-

tion du carburant qui, ensemble avec l'orifice prévu dans la tuyère définit l'orifice de décharge de carburant, ladite partie conique formant une vanne de fermeture quand elle est en contact avec le siège conique sous l'action d'une force élastique tandis qu'elle ouvre l'orifice de décharge sous l'action d'un champs magnétique pour permettre la décharge du carburant à partir de la valve, la valve d'injection comprenant en outre des moyens de limitation destinés à limiter le iouvement d'ouverture de l'élément de valve, un système de enduit au moyen duquel le carburant amené à la valve sous pression par le sytème d'alimentation passe de l'entrée vers une zone disposée en amont du siège de vanne et qui est disposé entre la surface externe de l'élément de valve et la surface interne de la tuyère, valve d'injection caractérisée en ce que ledit système de conduit traverse l'intérieur de l'élément de valve d'une manière longitudinale et en ligne droite et en ce que l'espace de communication entre ledit système de oenduit et ladite zone

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en amont du siège est pourvu d'un certain nombre d'orifices dont l'axe a une composante importante parràEèlbe à l'axe

principal de l'injecteur.

2. Valve d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ressort (19) qui fournit la force de fermeture pour l'élément de valve (5) est disposé entre une butée ajustable (161) constituée par l'extrémité avant d'un tube (16) formant une partie dudit système de conduit d'alimentation de carburant et une zone (50) à l'intérieur

de l'éléent de valve (5) et très proche du siège de vanne.

3. Valve d'injection selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que le ressort (19) est disposé entre les deux surfaces (45 et 46) qui constituent les guides sur lesquels les deux zones externes (55 et 56) de l'élément

de valve (5) glissent respectivement.