FR2560644A1

FR2560644A1 - Soupape d'injection electromagnetique

Info

Publication number: FR2560644A1
Application number: FR8503232A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-05
Filing date: 1985-03-05
Publication date: 1985-09-06
Also published as: GB2196181B; GB8721545D0; GB8721546D0; IT1183470B; GB2204998B; DE3408012A1; JPS60209664A; GB2204998A; CA1257517A; GB8721547D0; GB2196182A; GB2155693A; GB8505345D0; GB2199370A; GB8811245D0; GB2196181A; GB8721548D0; US4984549A; GB8813145D0; IT8519756A0

Abstract

LA SOUPAPE ELECTROMAGNETIQUE EST PREVUE EN PARTICULIER POUR L'INJECTION DU CARBURANT DANS UN MOTEUR A EXPLOSION. UN ELECTROAIMANT 85 POSSEDE UNE ARMATURE MOBILE 88 DE MASSE TRES INFERIEURE A CELLE DE L'OBTURATEUR 94. UNE CERTAINE LIBERTE EST PREVUE ENTRE L'OBTURATEUR 94 ET L'ARMATURE 88 POUR QUE CELLE-CI N'AGISSE QUE DANS UN SENS SUR L'OBTURATEUR. UN RESSORT DE RAPPEL 82 MAINTIENT L'ARMATURE 88 EN POSITION DE REPOS AU DEBUT DU FONCTIONNEMENT. AU DEBUT DE SA COURSE D'ATTRACTION, L'ARMATURE 88 PREND DE LA VITESSE SANS AGIR SUR L'OBTURATEUR 94, POUR VENIR LE FRAPPER AVEC UNE ENERGIE CINETIQUE IMPORTANTE FAVORABLE A UNE MANOEUVRE FRANCHE ET RAPIDE DE L'OBTURATEUR. APPLICATION AUX SOUPAPES ELECTROMAGNETIQUES, NOTAMMENT POUR L'INJECTION DU CARBURANT DANS LES MOTEURS A EXPLOSION.

Description

La présente invention concerne une soupape élec-

tromagnétique d'injection de carburant notamment pour moteurs à combustion

interne.Cette soupape d'injection convient pour assurer l'in-

jection directe du carburant dans la chambre de combustion, à des pressions dépassant 1.000 bars. Mais on peut aussi uti- liser cette soupape d'une manière avantageuse, pour injecter

le carburant à basse pression dans la tubulure d'aspiration.

Un circuit électronique spécial est prévu pour commander la

soupape à injection. On propose également un système de ré-

gulation approprié pour la pompe qui alimente la soupape.

Dans les moteurs Diesel, on cherche à obtenir des pressions d'injection très élevées, dépassant 1.000 bars,

pour améliorer l'utilisation du carburant et réduire la for-

mation de substances polluantes. En général, on impose à cet effet une courbe d'injection qui part avec une pente très

raide, et qui définit une phase d'injection strictement déli-

mitée. L'instant précis du début de l'injection et la durée de celle-ci doivent être adaptés aux conditions imposées pour

les caractéristiques et les performances du moteur considéré.

Il est facile de faire varier celles-ci avec un système de

commande électronique.

Pour effectuer une injection à haute pression, on

utilise actuellement des systèmes d'injection qui sont pres-

que exclusivement mécaniques, et comportent une pompe, une

tuyauterie de liaison et un injecteur. Au début de l'opéra.

tion d'injection, le carburant subit une compression dans la pompe, et l'énergie de celle-ci se transmet sous forme d'une

onde de pression, jusqu'à l'injecteur.

Au cours de l'opération d'injection, et à la sui-

te de celle-ci, des ondes de pression intenses cheminent par réflexion entre la pompe et le gicleur. L'amplitude de ces

ondes peut atteindre plusieurs centaines de bars. Sous l'ef-

fet de ces ondes de pression, en particulier après que le

gicleur s'est refermé, il peut arriver localement que la va-

leur instantanée de la pression tombe à zéro dans le circuit

d'injection, soit en-dessous de la tension de vapeur du car-

burant. Ceci entraîne des phénomènes de cavitation en cer-

8859 FR.

tains endroits du système d'injection, avec des contraintes

brusques et intenses, dues aux chocs qui se produisent alors.

Pour obtenir une chute de pression rapide en fin d'injection, la pompe d'injection comporte en général des pistons de détente,-associés aux clapets à haute pression, pour permettre une augmentation de volume du carburant dans la tuyauterie. Mais il n'est pas toujours possible d'atténuer

ainsi l'amplitude de l'onde de pression transmise par réfle-

xion au moment de la fermeture brusque de l'aiguille d'injec-

tion, et cette onde de pression réfléchie provoque souvent

une nouvelle ouverture de l'aiguille. C'est alors que se pro-

duit une seconde pulvérisation de carburant, particulièrement

indésirable, avec un retard lié à la durée de transit de 1'-

onde de pression; et le carburant en cause, insuffisamment

atomisé, participe à la combustion d'une manière incomplète.

Dans les pompes d'injection, le cycle de pompage

s'effectue avec un calage angulaire fixé par rapport à l'an-

gle de rotation de la pompe. En conséquence, la pompe subit une fatigue mécanique considérable, analogue à un choc, car l'augmentation de la pression interne de la pompe se produit

alors en totalité dans un laps-de temps très bref, correspon-

dant à un angle de rotation de faible amplitude. Or le laps de temps de parcours de ce petit angle de rotation devient de plus en plus court lorsque la vitesse du moteur augmente, alors que la section des passages d'écoulement de l'injecteur reste la même, et la pression d'injection devrait en princie pe augmenter comme le carré de la vitesse du moteur. Mais

cette brusque augmentation de pression est heureusement ab-

sorbée en majeure partie par l'élasticité de la tuyauterie

d'injection, et par la compressibilité du carburant.

Il n'en est pas moins vrai que cette augmentation de la pression d'injection qui dépend de la vitesse du moteur

entraîne des problèmes délicats pour la régulation de l'in.

jection du carburant, en vue d'une bonne utilisation de ce-

lui-ci. A basse vitesse, la pression de la pompe est en gé-

néral trop faible pour soulever complètement l'aiguille d'-

injection. En outre, l'augmentation de pression efficace en début d'injection est affectée aussi par l'effet de capacité

8859 FR

3. de la chambre de pression du gicleur, o existe une certaine

quantité de carburant. Dès l'ouverture partielle de l'aiguil-

le, la majeure partie de la pression du carburant en regard

du siège de l'injecteur se transforme en vitesse avec un ef-

fet de tourbillon interne dans l'injecteur. Il ne reste donc

plus qu'une faible marge de pression transformable en vites-

se, à la sortie des trous de l'injecteur, et l'atomisation

ainsi obtenue est très médiocre. On peut réduire ces diffi-

cultés avec des injecteurs à noyau central. Un effet de pul-

lO vérisation secondaire se produit en outre, à cause du rebon-

dissement inévitable de l'aiguille quand celle-ci retombe sur

son siège.

Avec les fortes variations de la pression d'injec-

tion utile, qui sont liées à la vitesse du moteur, il est difficile de bien adapter le gicleur aux besoins du moteur,

et on ne peut obtenir ainsi des conditions d'injection opti-

mum que dans une plage étroite de vitesse et de puissance du moteur. D'autre part, la transmission de l'énergie de la pompe par des ondes de pression implique certains retards de

réaction à l'extrémité des tuyauteries, et ceci complique en-

core une bonne adaptation de l'instant exact de l'injection,

suivant les besoins instantanés du moteur au régime de fonc-

tionnement considéré. Sur un moteur de forte puissance et de

grande taille, le problème devient impossible à traiter, en rai-

son de la longueur des conduites, et on a donc recours alors à

des systèmes d'injecteurs compliqués, o chaque injecteur est as-

socié directement à une pompe séparée, pour constituer un ensemble

unitaire, monté sur la culasse de chaque cylindre du moteur.

Pour obtenir une meilleure adaptation des systèmes

d'injection connus à commande mécanique, en vue de mieux r6--

pondre aux besoins d'un moteur, on a proposé un dispositif

électronique à effet indirect, pour commander la dose d'in-

jection et l'instant précis de l'opération (DE OS 3 024 424 Al). Chaque injecteur comporte alors un organe détecteur à

induction, pour déterminer le début et la durée de l'injec-

tion. Les signaux des détecteurs à induction sont envoyés avec d'autres paramètres de fonctionnement du moteur, à un

8859 FR

4.

bloc électronique de régulation qui actionne un électro-ai-

mant pour régler le fonctionnement d'une pompe d'injection mécanique de type usuel. Mais ce système ne permet pas de commander correctement les opérations d'injection, qui ne sont pas satisfaisantes sur des plages étendues de fonction-

nement du moteur en cause.

Pour éviter les problèmes liés au transit des on-

des de pression du carburant, qui sont à la base de la plu-

part des difficultés des systèmes d'injection connus à com-

mande mécanique, on peut utiliser des soupapes d'injection dont l'aiguille est commandée directement par un dispositif électromagnétique. Dans ce cas, la chambre de pression de la soupape d'injection reçoit le carburant sous une pression de valeur constante, et les fluctuations de pression sont donc beaucoup moins importantes lorsque la soupape fonctionne; la

course de l'aiguille en est donc peu influencée. Mais la réa-

lisation d'un électro-aimant pour une telle soupape d'injec-

tion présente d'énormes difficultés, car il faut que cet é-

lectro-aimant soit assez rapide, et qu'il agisse efficacement

malgré les efforts hydrauliques importants que subit l'ai-

guille d'injection; il faut aussi que la consommation d'éner-

gie soit d'un coût acceptable.

A cause des difficultés liées à une commande di-

recte de l'aiguille d'injection par un électro-aimant, on a proposé des systèmes de commande à deux étages (DE OS 2 914 966, DE OS 2 927 440). L'injecteur est alors pourvu d'un piston d'injection complémentaire, monté directement en

regard du gicleur, et commandé hydrauliquement, à une pres-

sion relativement faible, de l'ordre de 100 à 300 bars. A cause de ce mode de transmission hydraulique, le débit dans la tuyauterie d'arrivée est augmenté, en fonction du taux

de transmission. Le carburant est prélevé de manière discon-

tinue sur la tuyauterie d'arrivée. Il en résulte un débit

intermittent qui provoque des oscillations de pression, a-

vec une amplitude qui dépend presque uniquement de la vites-

se d'arrivée du carburant. Par rapport à un injecteur à com-

mande directe, et pour une même section de la tuyauterie d'-

alimentation, l'amplitude des oscillations de pression est

8859 FR

5. 2560644

5. donc augmentée dans une proportion qui correspond au rapport de transmission. Et en même temps, à cause de la pression qui est alors plus faible, l'amplitude relative augmente dans

les mêmes proportions. Donc, pour une même section de tuyau-

terie et avec un rapport de transmission ayant une valeur normale de l'ordre de 5, l'amplitude des oscillations de

pression est multipliée par 25. En prévoyant une capacité d'-

amortissement disposée directement dans l'injecteur, on ne peut atténuer qu'en partie ces oscillations de pression. Mais le principal inconvénient de ce système, par rapport au cas des injecteurs à commande directe, est d'être beaucoup plus

onéreux à réaliser.

La demande de brevet allemand DE OS 2 949 393 dé-

crit une soupape d'injection dont l'aiguille est commandée

directement par un électro-aimant à armature hélicoïdale a-

yant plusieurs enroulements excités en même temps. Pour ré-

duire les effets de rebondissement, l'électro-aimant comporte deux éléments télescopiques,, de profil conique, pour absorber par friction l'énergie cinétique en fin de course

de fermeture.

Grâce à la forme spéciale ainsi prévue, on obtient

un circuit magnétique à paroi mince et à faible taux de per-

tes par courants de Foucault, avec une armature mobile légère

qui permet d'avoir un mouvement rapide pour un effort magnéti-

que important. En outre, grâce à la forme allongée de l'arma-

ture, assez peu soumise aux efforts latéraux, l'équipage mo-

bile présente une bonne fiabilité.

Pour obtenir avec cet électro-aimant des mouvements assez rapides de l'aiguille d'injection qu'il commande, il faut que la majeure partie de l'énergie d'induction magnétique arrive au moment voulu, dans un laps de temps très bref. Il faut donc disposer à cet effet, et dans un laps de temps très bref, d'une énergie électrique énorme. En régime soutenu, la consommation d'énergie électrique est plus forte que dans le cas o le circuit magnétique comporte une seule bobine, en

proportion du nombre des bobines. En effet, l'excitation é-

lectrique nécessaire pour une induction donnée dépend surtout

de la longueur de l'entrefer et non de la surface de l'entre-

8859 FR

6.26 44

fer de travail.

Tous comptes faits, ce circuit magnétique est oné-

reux à fabriquer, le bobinage du noyau est compliqué, et les entrefers multiples demandent des tolérances d'usinage très étroites. En outre, 'l'usure des cônes d'amortissement semble critique. Pour simplifier la fabrication de l'électro-aimant et améliorer le rendement de la conversion d'énergie, il est

intéressant d'utiliser un électro-aimant à un seul enroule-

ment, pourvu qu'on obtienne ainsi un effort de manoeuvre suf-

fisant, et une atténuation suffisante des pertes magnétiques et par courants de Foucault. Grâce à leur simplicité, les

formes de révolution sont avantageuses. Les soupapes d'injec-

tion électromagnétiques connues que l'on va décrire mainte-

nant comportent un électro-aimant à un seul enroulement: Ces soupapes d'injection électromagnétiques connues ont toutes un circuit magnétique fermé en matière solide, à faible hystérésis et à forte perméabilité, avec au moins un entrefer de travail qui fonctionne à l'ouverture; c'est dans

ce circuit magnétique que se crée la majeure partie de l'ef-

fort mécanique responsable du mouvement de l'armature. Dans la suite de cet exposé, ces entrefers sont appelés entrefers de travail. Pour empêcher un collage de l'armature en position

haute, sous l'effet du magnétisme rémanent, le circuit magné-

tique est réalisé de manière à laisser subsister un faible

entrefer en position haute de l'armature. A cet effet, on li-

mite mécaniquement la course de l'armature, ou on prévoit un interstice radial autour de celle-ci. Dans l'exposé qui suit

ces entrefers sont appelés entrefers résiduels. On peut obte-

nir le même résultat en appliquant sur l'armature et sur les pôles du circuit magnétique une couche de revêtement mince, d'une substance non magnétisable, qui améliore en même temps

la résistance à l'usure et à la corrosion.

On sait qu'entre les surfaces lisses il se produit des forces d'adhésion d'ordre hydraulique. Pour atténuer cet effet d'adhésion hydraulique et améliorer la résistance à l'usure des surfaces en cause, il est recommandé (DE OS 3 013 694) d'assurer une rugosité de l'ordre de 0,5 micromètre

8859 FR

7.

à l'endroit des surfaces jointives du noyau ou de l'armatu-

re. L'une des deux surfaces jointives doit être aussi lisse

que possible. L'explication complète des phénomènes physi-

ques en jeu dans cet interstice sort des limites de notre exposé. On pense en général que la section transversale

des pièces polaires doit toujours %tre faible ou du moins pas augmen-

tée au voisinage des entrefers de travail. On obtient ainsi toujours à l' en-

droit de chaque entrefer, en position haute de l'armature, une induction qui correspond au régime de saturation de la

matière du circuit magnétique. Comme l'effort mécanique aug-

mente en fonction du carré de l'induction dans l'entrefer, on obtient la valeur maximum possible de l'effort magnétique

pour la saturation des pièces polaires, avec une valeur don-

née de la section de ces pièces, Pour assurer un dosage très précis de la quantité de carburant injectée à chaque manoeuvre de la soupape, il faut que le mouvement de l'armature comporte un faible taux de rebondissement. Dans une précédente demande de brevet, le Demandeur a déjà exposé qu'on peut réduire le rebondissement

d'une manière considérable, en disposant une masse addition-

nelle entre l'armature et son ressort de rappel, en adaptant

l'un à l'autre le mouvement de l'armature et celui de la mas-

se additionnelle, par un choix judicieux des valeurs des ef-

forts et des masses en cause, pour assurer une dissipation

de l'énergie cinétique de l'armature à la fin du premier cy-

cle de rebondissement, grâce aux sens inverses des déplace-

ments de l'armature et de la masse additionnelle à l'instant

considéré (Demande de brevet allemand DE-A 3 314 899.6).

On a également exposé dans la demande précitée

qu'en combinant à ce système de masse additionnelle un res-

sort de rappel dont la courbe présente une variation brus-

que, on obtient un mouvement à très faible taux de rebondis-

sement, avec une durée de retour très brève. Certains pen-

saient cependant que la réalisation d'une soupape d'injection électromagnétique dotée d'un tel système combiné présentait des difficultés techniques considérables, en raison de la course extrêmement faible de l'armature, et qu'il était donc

8859 FR

8. 2560644

préférable d'adopter un ressort à caractéristique linéaire à

très forte pente.

Le rendement de conversion de l'énergie électri-

que est souvent très fortement réduit par les pertes dues aux lignes de force qui passent en dehors de l'entrefer de

travail, et par les pertes liées aux courants de Foucault.

On peut réduire fortement les pertes par courants de Foucault en utilisant des circuits magnétiques à parois minces. Quant aux pertes dues aux lignes de force inutiles, elles peuvent

surtout être réduites par une configuration géométrique judi-

dieuse des entrefers.

Dans le brevet britannique GB 1 459 598, et dans la demande de brevet européen EP O 054 107 on a décrit une soupape d'injection électromagnétique comportant un circuit

magnétique à paroi mince et une armature mobile de forme pla-

te. Les soupapes d'injection électromagnétiques à armature plate ont un mouvement peu satisfaisant et assez infidèle, à cause du guidage médiocre de cette armature. Et le rendement de conversion de l'énergie électrique est médiocre dans une

telle soupape, car en position de fermeture les circuits ma-

gnétiques ont des pertes magnétiques importantes, en raison

de leur double entrefer de travail, et de l'emplacement défa-

vorable de ces entrefers, en-dessous de l'enroulement.

Ainsi que le Demandeur l'a déjà exposé dans une

autre demande de brevet, on peut améliorer nettement le gui-

dage de l'armature et le rendement électromagnétique, par rapport au cas des circuits magnétiques à armature plate, en

adoptant un circuit magnétique à paroi mince ayant une arma-

ture en cuvette (Demande de brevet allemand P 3 314 900.3).

Dans le cas d'un électro-aimant de taille relativement impor-

tante, on assure le guidage de l'armature en la suspendant

à un tube de guidage à paroi mince. Les pertes dues aux li-

gnes de force inutiles sont alors fortement réduites parrap-

port au cas d'un électro-aimant à armature plate, mais le

taux de pertes magnétiques est encore considérable, en par-

ticulier avec de petits électro-aimants dont l'armature a u-

ne course relativement importante.

Beaucoup de spécialistes pensent que dans un é-

9. lectro-aimant dont le circuit magnétique comporte un double

entrefer de travail la vitesse de soulèvement est considéra-

blement réduite, par rapport au cas d'un circuit magnétique à un seul entrefer de travail. C'est le cas par exemple d'un électro-aimant à armature plate, si on le compare à un élec- tro-aimant à plongeur. En effet, pour une même valeur totale

de la section des pièces polaires, et donc pour un même ef-

fort maximum, l'entrefer simple a une longueur double de 1'-

autre, alors que la surface des pièces polaires est divisée

par deux. Donc, pour un même enroulement, l'induction du cir-

cuit magnétique est divisée par quatre, et le taux d'augmen-

tation du courant d'excitation est quadruple. Ce point de vue était encore partagé par le Demandeur lorsqu'il a déposé sa demande de brevet allemand DE-A 3 314 900.3, et se trouve aussi par exemple dans la demande de brevet allemand DE-OS

3 149 916.

On obtient pour l'armature une masse particuliè-

rement faible dans une soupape d'injection ayant une armatu-

re sphérique. En général cette armature sphérique est montée en-dessous de l'enroulement de l'électro-aimant (Demandes de brevets européens EP O 051 009, 0 007 724, O 063 052). Ces

soupapes d'injection ont un taux élevé de pertes magnétiques.

Elles ont des pièces polaires de forme plane ou conique. Dans ces soupapes d'injection connues à pôles coniques, le noyau

est fixé du côté opposé au pôle, ce qui entraîne des problè-

mes de centrage (demande de brevet allemand DE-OS 3 111 327).

Comme l'a proposé le Demandeur, on réduit sensiblement les

pertes magnétiques en disposant l'entrefer de travail à l'in-

térieur de l'enroulement (Demande de brevet allemand

3 320 610.4). Dans la présente invention, on propose en ou-

tre de réaliser une partie du circuit magnétique en éléments en tôle mince, et de le monter dans un bottier en matière

non magnétique, pour réduire les pertes par courants de Fou-

cault.

Dans la soupape d'injection proposée dans la de-

* mande de brevet européen 0 007 724, l'armature sphérique

est rappelée en position de fermeture par des efforts hy-

drauliques ce qui rend inutile un ressort de rappel. Cette

8859 FR

10. 256064

soupape d'injection comporte un alésage central avec des fentes disposées radialement. En fin de course d'ouverture, l'arrivée au gicleur d'injection est en partie obturée par l'armature sphérique, et l'étranglement ainsi ménagé entre le passage d'arrivée et le reste de la zone qui entoure l'ar- mature sphérique produit une différence de pression qui crée

les efforts hydrauliques. Le circuit magnétique de cette sou-

pape comporte un entrefer résiduel important, disposé dans le sens radial, dans lequel l'armature sphérique se centre sous l'action des efforts hydrauliques. Mais les oscillations hydrodynamiques empêchent l'établissement d'un écoulement

stationnaire assez longtemps après le début du mouvement d'-

ouverture, et la moindre excentricité suffit à provoquer des

efforts magnétiques défavorables, orientés dans le sens ra-

dial. C'est pourquoi on peut douter de la stabilité et de la

fidélité du mouvement de l'armature de cette soupape électro-

magnétique. Pour améliorer l'effet d'atomisation du carburant,

dans le cas de l'injection pratiquée dans la tubulure d'aspi-

ration d'un moteur à explosion, on prévoit souvent un courant d'air secondaire autour du jet de carburant pulvérisé qui sort du gicleur d'injection. Ce courant d'air secondaire provient

d'une dérivation en aval du filtre à air d'admission du mo-

teur à explosion. La soupape d'injection est alors montée en

aval du papillon d'étranglement de l'air d'admission, de sor-

te qu'on dispose de la différence de pression à l'endroit du

papillon d'étranglement pour produire le courant d'air secon-

daire. Dans ces soupapes d'injection connues, le courant d'-

air secondaire a sensiblement la même température que le cou-

rant d'air secondaire aspiré par le moteur.

Ces soupapes d'injection connues ont un rendement

électromagnétique médiocre. Cependant, pour obtenir des ma-

noeuvres suffisamment rapides avec une faible consommation d'énergie, on utilise en général des circuits électroniques

spéciaux pour commander ces soupapes, en excitant leur élec-

tro-aimant avec un à-coup énergique de courant pour assurer

le soulèvement de l'aiguille d'injection, et en réduisant en-

suite le courant efficace de l'enroulement, par exemple par

8859 FR

11. 2560644

des coupures modulées, jusqu'au niveau d'intensité beaucoup

plus faible qui suffit pour maintenir provisoirement l'arma-

ture en position d'ouverture. On assure l'excitation directe-

ment à la tension du circuit de bord du véhicule considéré.

Pour répondre à des.exigences particulières d'ordre dynami-

que, on peut réaliser une excitation préalable, avant le cy-

cle de manoeuvre proprement dit. Ces circuits de commande

sont compliqués et contribuent à grever le prix de revient.

On connaît également d'après des brevets antérieurs des cir-

cuits prévus pour actionner des électro-aimants en assurant

une excitation rapide, grâce à la décharge d'un condensateur.

Jusqu'à présent, on n'a pas utilisé un circuit de ce genre

pour commander une soupape d'injection électromagnétique.

Particularités de la soupape d'injection conforme à l'inven-

tion.

Dans la manoeuvre cyclique d'une soupape d'injec-

tion électromagnétique courante, on peut considérer quatre phases principales:

Au cours de la première phase, qui suit immédiate-

ment l'application du courant d'excitation, l'armature mobile

ne bouge pas. Dans l'exposé qui suit, on appelle cette premiè-

re phase le retard à l'ouverture. Le mouvement de l'armature s'amorce dès que l'effort magnétique l'emporte sur l'effort mécanique antagoniste. Le laps de temps qui s'écoule entre le début du mouvement de l'armature et l'arrivée de celle-ci

en fin de course d'ouverture s'appelle la durée d'ouverture.

Dans les soupapes d'injection courantes, l'armature est rigi-

dement liée à l'aiguille d'injection. Celle-ci effectue donc les mêmes mouvements que l'armature. Après coupure du courant d'excitation, le mouvement de retour de l'armature samorce avec un certain retard, en raison des courants de Foucault et de l'effet d'amortissement électrique de l'enroulement. Ce deuxième retard est appelé retard à la fermeture. Le mouvement de retour de l'armature s'amorce dès que l'effort mécanique de rappel l'emporte sur les efforts magnétiques adverses. Le laps de temps qui s'écoule jusqu'au retour de l'armature à

sa position de repos s'appelle durée de fermeture.

Dans une soupape d'injection électromagnétique,

8859 FR

t 60644 12. au moins au début de l'excitation, on peut négliger l'effet de la résistance de l'enroulement sur l'allure de la courbe d'établissement de l'effort magnétique. Celui-ci est lent à s'établir, et au début du mouvement de l'armature, dans le sens de l'ouverture, celle- ci subit donc une accélération

assez faible, car la marge d'effort moteur est encore mince.

Ainsi, suivant l'effort de tarage du ressort de rappel, le début de la course de l'armature est assez lent, quoique déjà

fonction du cube ou de la quatrième puissance du temps, envi-

ron. Il faut donc en général jusqu'à 75 % de la durée d'ou-

verture pour que l'armature ait effectué le premier tiers de

sa course.

Dans les soupapes d'injection à haute pression,

au début du soulèvement de l'aiguille, il faut un effort mo-

teur très important pour vaincre l'effort hydrostatique qui

applique l'aiguille sur son siège. Mais l'effort d'appui di-

minue très vite, dès le début du mouvement de l'aiguille, car il se produit une égalisation de pression en regard de la face de portage de l'aiguille, dès le début du soulèvement de celle-ci, et l'effort hydraulique s'en trouve fortement

réduit. C'est pourquoi l'effort moteur nécessaire pour soule-

ver l'aiguille diminue rapidement quand la course augmente, jusqu'à représenter seulement 10 à 20 % environ de l'effort d'ouverture. Pour commander l'aiguille des vannes d'injection électromagnétiques à haute pression d'un genre courant, il faut des électro-aimants extrêmement énergiques, capables de

fournir un effort maximum largement supérieur à l'effort d'-

ouverture de l'aiguille sollicitée par son ressort de rappel, afin de pouvoir manoeuvrer l'aiguille à un rythme assez ra-

pide. En fin de course d'ouverture l'effort moteur de l'é-

lectro-aimant dépasse de très loin l'effort mécanique anta-

goniste; il suffirait ainsi d'une faible partie du travail de l'électroaimant pour vaincre l'effort antagoniste. Mais à cause de cette marge excédentaire - très importante - de l'effort moteur de l'électro-aimant, la durée de retour est

longue. En outre, même avec une excitation préalable de 1'-

enroulement, il faut fournir à celui-ci la majeure partie de

8859 FR

13. 256-0644

l'énergie électrique pendant la phase de soulèvement qui est courte. Finalement, avec la tension de bord d'un véhicule,

soit 12 V en général, il faut fournir des pointes d'intensi-

té qui dépassent facilement lO0 A. Au contraire, dans la soupape d'injection confor-

me à l'invention, on utilise l'énergie cinétique de l'arma-

ture pour vaincre les efforts hydrauliques importants. A cet

effet, on s'arrange pour que l'armature vienne heurter l'ai-

guille d'injection à une vitesse relativement élevée, après un déplacement qui correspond à environ 30 % de la course de

l'armature. Cette solution offre un certain nombre d'avanta-

ges: Il n'est plus nécessaire que l'effort magnétique maximum dépasse la valeur de l'effort hydraulique maximum qui maintient l'aiguille appliquée sur son siège. On

peut donc utiliser des électro-aimants très petits dont l'ar-

mature a une masse de faible valeur. Deuxièmement, la durée du mouvement de l'aiguille d'injection est beaucoup plus courte que la durée du mouvement de l'armature dans le même

sens. Il suffit donc d'appliquer à l'enroulement un effet d'-

excitation relativement lent pour obtenir déjà une manoeuvre d'ouverture suffisamment rapide de l'aiguille d'injection. On fait ainsi travailler l'électro-aimant en utilisant presque

complètement les possibilités de celui-ci. Le mouvement d'ou-

verture de l'aiguille d'injection s'amorce avec une vitesse

initiale importante, grâce à quoi la transformation de pres-

sion s'effectue pratiquement sans retard dans les trous du

gicleur. On obtient ainsi une excellente qualité d'atomisa-

tion immédiatement après le début de l'injection. La durée de manoeuvre d'ouverture ainsi obtenue a une valeur typique de 0,2 ms environ, ce qui semble n'avoir jamais été égalé

jusqu'à présent avec les vannes d'injection électromagnéti-

ques de types connus. Malgré cette durée de manoeuvre d'ou-

verture très faible, les mouvements sont doux et très fidèles,

avec une faible vitesse d'arrivée en bout de course d'ouver-

ture. Ceci améliore donc les conditions de fatigue et d'usure

des pièces en cause.

Pour obtenir des durées de retour de faible valeur,

8859 FR

14.

il convient de faire agir dans la course d'ouverture de 1'-

aiguille d'injection un système de ressort à masse addition-

nelle et à variation brusque de réaction élastique, comme ex-

posé par le Demandeur dans sa demande antérieure de brevet allemand 3 314 900.3. Ce document prévoit une masse addition- nelle montée entre l'armature et le ressort de rappel, avec un agencement tel que la masse supplémentaire se sépare de

l'armature lorsque celle-ci est venue frapper l'aiguille, li-

bérant ainsi l'armature de l'effort du ressort de rappel.

Ainsi, lorsque l'armature tend à rebondir, elle subit un ef-

fort magnétique largement prépondérant qui amortit son rebon-

dissement. On choisit les valeurs en jeu dans ce système dy-

namique pour que le choc qui se produit ensuite entre l'arma-

ture et la masse additionnelle ait lieu avec des vitesses de

rencontre dirigées en sens opposés, si bien que l'énergie ci-

nétique de l'armature se trouve ainsi absorbée dans une large mesure. Cependant, on persistait à penser qu'un ressort de rappel à réaction très raide pourrait permettre d'obtenir un mouvement beaucoup plus fidèle qu'avec un ressort de rappel ayant une courbe de réaction à variation brusque. Mais depuis

lors, on a pu montrer qu'avec Un système comportant un res-

sort de rappel à variation brusque, on peut réaliser des mé-

canismes dont les mouvements sont très fidèles, et très peu sensibles à des imperfections mineures de fabrication, ou à l'effet de l'usure éventuelle. Par exemple, une variation d'environ 10 % de la zone d'action du ressort principal provoque sur

la durée de manoeuvre à- la fermeture une variation d' environ 2% seule-

ment, pour prendre un cas intéressant en pratique. C'est pourquoi il convient d'utiliser de préférence des ressorts à variation brusque, plus faciles à fabriquer, plut8t que

des ressorts à réaction linéaire raide.

Dans le système proposé, l'effort de rappel du ressort principal est élevé, à peine inférieur à l'effort magnétique maximum, si bien que la manoeuvre de fermeture de l'aiguille d'injection peut alors s'effectuer presque sans

retard, et avec une forte accélération initiale. Lorsque 1'-

aiguille d'injection est retombée en appui sur son siège, l'armature se sépare de l'aiguille pour poursuivre sa course

8859 FR

2560O44

pratiquement sans avoir ralenti, si bien qu'on dispose d'un

effort excédentaire considérable pour amortir le rebondisse-

ment de l'aiguille.

En outre, avec un ressort de rappel à variation brusque, on peut améliorer la fidélité du processus d'injec- tion sur une série d'opérations successives. A ce sujet, il

convient d'étudier d'abord l'effet perturbateur d'une fluc-

tuation de la tension appliquée à l'électro-aimant de comman-

de: Dans la dose élémentaire de carburant injectée à

chaque opération, en fonction de la durée d'un signal élec-

trique de commande, on peut considérer qu'il y a deux parties: correspondant respectivement à la quantité injectée au cours des phases d'écoulement en régime transitoire et à une autre

quantité injectée en régime d'écoulement stabilisé, qu'on ap-

pelle "partie stationnaire". On règle en général l'importance de cette partie stationnaire en faisant varier la course de l'aiguille d'injection, pour modifier le débit d'écoulement à travers la soupape d'injection. Quant à la partie "non

stationnaire" de la dose de carburant injectée à chaque ma-

noeuvre de la soupape, elle dépend dans une large mesure du

comportement dynamique de la soupape d'injection. On peut mo-

difier ce comportement en faisant varier l'effort élastique du ressort de rappel. Dans une soupape d'injection courantes

qui comporte un seul ressort de rappel, une variation de 1'-

effort élastique de ce ressort affecte à la fois le mouvement

d'ouverture et le mouvement de fermeture. Si on augmente 1'-

effort élastique du ressort de rappel, la durée totale de la

manoeuvre d'ouverture augmente et la durée totale de la ma-

noeuvre de fermeture diminue. Comme ces deux effets ont des résultats opposes quant à la valeur de la dose de carburant

injectée à chaque manoeuvre, on constate qu'une forte disper-

sion de l'effort de tarage du ressort de rappel est accepta-

ble sur diverses soupapes d'injection d'un système. Mais en raison de cette forte dispersion de l'effort de tarage des

divers ressorts de rappel considérés, les quantités élémen-

taires débitées à chaque manoeuvre par les soupapes d'injec-

tion correspondantes ne seront identiques entre elles que

8859 FR

16. 2560644

pour une certaine valeur de la tension d'excitation, corres-

pondant à la tension de réglage adoptée à l'origine pour ces soupapes. Si la tension d'excitation varie, il se produit donc une dispersion entre les quantités élémentaires débitées par ces soupapes d'injection, ce qui est indésirable bien en- tendu. On obtient des résultats beaucoup plus favorables avec les soupapes d'injection ayant chacune un ressort de rappel à variation brusque de réaction, tel que proposées par le Demandeur. Dans ce cas, il suffit en effet d'effectuer

un réglage de l'effort du ressort de rappel comprimé en posi-

tion haute de l'armature, ce qui est pratiquement sans effet sur l'effort du ressort de rappel détendu, dans la position qui correspond au début de la manoeuvre d'ouverture. Mais pour l'allure de cette manoeuvre d'ouverture, l'effort du ressort de rappel détendu en position basse de l'armature a un rôle absolument prépondérant. Ainsi, le réglage précité n'a une influence notable que sur la manoeuvre de retour, si bien que, même en cas de variation de la tension d'excitation, on obtient des variations uniformes de la dose d'injection sur toutes les soupapes considérées, et que les réactions du circuit de commande électronique peuvent être amenagées en conséquence. Jusqu'à présent, on avait pensé en général qu'il fallait un effet de butée rigide, indéformable, pour réduire

le rebondissement.. Mais on a constaté qu'il est possi-

ble d'améliorer l'atténuation des rebonds avec des butées

souples. Il faut pourtant alors que la butée soit ju-

dicieusement étudiée pour avoir une fréquence natu-

relle située dans la zone vibratoire o le rebondissement de l'aiguille d'injection et le déplacement de la butée associée s'effectuent en sens inverses. Faute de quoi, les rebonds augmenteront.. En outre, avec une butée souple on

réduit fortement l'effet d'impact et donc l'usure.

Dans les conditions proposées de fonctionnement

dynamique, l'effort hydraulique maximum est supérieur à 1'-

effort magnétique maximum, et il faut que l'aiguille d'injec-

tion soit soumise de toutes parts à la pression du carburant.

8859 FR

17.

Bien entendu, on pourrait séparer le haut et le bas de l'ai-

guille d'injection par un guidage étroitement ajusté, en com-

pensant alors par un ressort hélicoïdal l'effort hydrostati-

que résiduel en position d'ouverture de l'aiguille. Mais avec ce système, on aurait des efforts de soulèvement fortement variables suivant les variations de pression du carburant,

et donc une fidélité très médiocre des mouvements d'ouvertu-

re. En outre, l'étanchéité de l'aiguille d'injection demande

un ajustage de très grande précision, et en cas d'excentrici-

té de l'effort du ressort hélicoïdal, l'aiguille d'injection

subirait des efforts perturbateurs considérables.

Si les pièces en mouvement sont exposées à la pleine valeur de la pression du carburant, il faut réaliser en conséquence les diverses surfaces en jeu, d'une manière spéciale, en particulier dans une soupape d'injection à. haute pression. Lorsque deux surfaces lisses sont appliquées l'une

sur l'autre, le film de carburant qui existe dans l'intersti-

ce correspondant tend à se déplacer, au point de permettre un contact intime entre les pièces considérées, en particulier si la pression d'appui est élevée. Ce phénomène est appelé ci-après collage hydraulique. Donc si les pièces mobiles de la soupape d'injection qui sont prévues pour venir en butée l'une sur l'autre ont à cet endroit des surfaces lisses, on risque d'avoir entre ces surfaces un collage énergique dès la première manoeuvre, au point d'empêcher les manoeuvres suivantes. Une étude minutieuse des phénomènes hydrauliques en jeu dans les plages de contact entre pièces mobiles montre que l'écoulement qui se produit en un tel endroit peut être divisé en plusieurs phases: Au cours de la première phase, qui correspond à la fermeture encore incomplète de l'interstice, l'écoulement

est presque uniquement soumis à des efforts d'accélération.

Par rapport aux autres genres d'efforts, l'importance des

efforts de réaction d'ordre mécanique est faible et négli-

geable. Au fur et à mesure de la fermeture de l'interstice,

l'écoulement est le siège d'une déperdition d'énergie d'im-

portance croissante, en raison de l'énergie cinétique du li-

8859 FR

18.

quide qui se trouve repoussé. Cette énergie cinétique, pres-

que entièrement absorbée par effet de turbulence, assure un amortissement perceptible du mouvement des pièces venant en

appui l'une sur l'autre. L'effort de réaction mécanique aug-

mente comme le carré de la vitesse de rapprochement des sur-

faces d'appui, et aussi comme l'inverse du carré de l'inters-

tice correspondant. Pour des interstices annulaires, l'effort

de réaction varie comme le cube de l'inverse de la cote d'é-

cartement, et pour des surfaces rondes la variation est pro-

portionnelle à la quatrième puissance du diamètre.

Lorsque l'interstice devient très étroit, les for-

ces de frottement finissent par devenir prépondérantes dans

l'écoulement. Elles augmentent en fonction linéaire de la vi-

tesse de rapprochement, et comme l'inverse du cube de la va-

leur de l'interstice. Vers la fin du mouvement de rapproche-

ment, la résistance de frottement au sein du liquide est très

importante à cause de l'étroitesse du passage, et l'évacua-

tion du liquide s'en trouve fortement contrariée. Si à ce mo-

ment la vitesse de rapprochement des deux surfaces n'a pas

été sérieusement ralentie par l'effet d'amortissement préc6-

dent, il se produit une augmentation de pression extrêmement

importante au sein du liquide entre les deux faces d'appui.

Et cette augmentation de pression se combine à la compressi-

bilité du liquide, pour provoquer une inversion de mouvement, presque sans pertes. Le Demandeur emploie pour ce phénomène l'expression de "phase d'élasticité liquide". Au cours de cette phase, il peut se produire des pressions atteignant plusieurs milliers de bars, même dans une soupape d'injection

à basse pression.

Après cette inversion du mouvement, le volume de l'interstice augmente. Dans le cas d'un interstice entre deux faces parallèles et lisses, l'arrivée du liquide venant de

l'extérieur est insuffisante pour suivre le mouvement et 1'-

écoulement s'interrompt. En raison de la diminution locale de la pression, l'air dissous dans le carburant se dégage et

des phénomènes de cavitation apparaissent.

Avec un interstice ayant un profil approprié pour

assurer une alimentation suffisante en liquide, on peut évi-

8859 FR

19. 2S60644

ter le collage hydraulique et l'interruption de l'écoulement.

Dans cette étude des écoulements hydrauliques en jeu dans

l'interstice, les équations de Navier-Stokes qui sont appli-

cables en dynamique des fluides donnent des équations diffé6-

rentielles non linéaires compliquées, qu'on ne peut traiter que par des procédés numériques. C'est pourquoi il n'est possible d'énoncer des règles précises de dimensions que pour

un cas déterminé.

En général, on obtient des conditions hydrauliques favorables lorsque l'une des deux surfaces d'appui associées

en butée a été usinée à la meule de l'intérieur vers l'exté-

rieur dans le sens de l'écoulement, avec une rugosité de 1 à micromètres environ, alors que l'autre surface a subi un trai- tement approprié, par exemple par polissage, pour être bien lisse. La zone de portage de la surface usinée à la meule ne doit pas dépasser lO %, Pour réduire l'usure, on durcit les deux surfaces d'appui, de préférence par nitruration. Les sillons d'abrasion orientés dans la direction de l'écoulement permettent l'évacuation des fragments minuscules susceptibles

de se détacher, de manière à ne pas entraver ensuite l'6cou-

lement du liquide.

Une autre solution possible pour empêcher un col-

lage hydraulique consiste à donner à l'une des faces d'appui une forme épanouie, en collerette, en cuvette ou en membrane, avec une légère élasticité, pour obtenir un portage annulaire

sur l'autre face d'appui lorsque l'interstice a disparu. Lors-

* que les efforts d'appui changent, les faces d'appui associées en butée peuvent se séparer l'une de l'autre,leurs profils en regard se détachant alors l'un de l'autre d'abord en bordure

puis progressivement vers l'intérieur dans le sens de l'écou-

lement, de manière à favoriser l'arrivée du liquide dans l'-

interstice. On peut améliorer les effets d'interaction entre les pièces en cause en donnant une forme de profil légèrement

cambré à l'une des deux faces associées en butée. Si les sur-

faces d'appui associées sont bombées, il faut choisir la fré-

quence naturelle des pièces mobiles en cause, en les adaptant l'une à l'autre, comme déjà indiqué, pour obtenir un effet

de choc avec des mouvements instantanés de sens opposés.

8859 FR

20. 2560644

On peut également donner à l'une des deux surfa-

ces d'appui associées un profil en chanfrein, pour que la section de l'interstice aille en augmentant du centre vers l'extérieur. L'angle d'obliquité correspondant ne doit pas dépasser 1 , et même avoir habituellement une valeur beaucoup plus faible. Avec des interstices intéressant des surfaces

de grandes dimensions, on peut ainsi obtenir un effet d'amor-

tissement énergique en fin du mouvement d'ouverture, afin de supprimer le rebondissement qui se produit

alors.

Les autres effets hydrauliques associés au dépla-

cement des pièces mobiles de la soupape d'injection ont très peu d'importance, pourvu qu'on ait prévu des passages de section suffisante pour les équilibrages de pression. Ceci paraît du au fait que les anomalies de pression s'équilibrent à la vitesse du son au sein du carburant. Par contre, les pièces indiduelle, ont une vitesse maximum très fai ble, de l'o dre de 1 à-2 m/sec, si bien qu'il suffit de s'en tenir aux effets hydrostatiques

pour étudier les effets des mouvements de ces pièces au sein du car-

burant liquide, sauf en ce qui concerne les phénomènes hydro-

dynamiques en jeu dans les interstices des faces d'appui as-

sociées en butée.

Bien entendu, des oscillations hydrodynamiques in-

tenses peuvent se produire, mais elles ont peu d'influence sur les mouvements des diverses pièces mobiles de la soupape d'injection. On peut avoir recours à ces oscillations pour agir judicieusement sur l'opération d'injection. Mais il faut

vérifier que ces oscillations se produisent seulement à. l'en-

droit du gicleur d'injection, sans induire aucun effet de couplage dans les tuyauteries de liaison montées entre les diverses soupapes d'injection du moteur considéré. Il faut en effet stabiliser la pression du carburant dans tout le

système en amont des-soupapes d'injection en évitant de com-

promettre la fidélité des opérations d'injection assurées par chaque soupape. A cet effet, on peut avantageusement prévoir des éléments compressibles au voisinage immédiat du

gicleur d'injection ou de l'obturateur de chaque soupape.

Comme l'amplitude des oscillations de pression dépend direc-

8859 FR

21. 2560644

tement de la vitesse d'écoulement du carburant, il faut don-

ner aux passages d'arrivée du carburant vers chacune des sou-

papes d'injection une section aussi forte que possible.

Dans les soupapes d'injection à basse pression, prévues pour assurer l'injection du carburant dans la tubu- lure d'aspiration du moteur, on peut améliorer la qualité

d'atomisation du carburant en prévoyant un courant d'air d'-

atomisation, d'une manière connue. Dans les soupapes d'injec-

tion connues du genre en question, le courant d'air d'atomi-

sation provient d'une dérivation prise en aval du filtre à air d'admission du moteur. La soupape d'injection est montée en aval du papillon d'étranglement de l'air d'admission du moteur; on profite ainsi de la différence de pression créée

par le papillon pour faire circuler le courant d'air d'atomi-

sation. Mais à pleine ouverture du papillon, la différence de pression disparaît à peu près complètement, et le courant

d'air de circulation est pratiquement interrompu.

Par contre, lorsque le papillon est ouvert le cou-

rant d'air d'admission est intense, et provoque une chute de

pression notable à l'endroit du filtre à air d'admission.

Ainsi, la tubulure d'aspiration du moteur est le siège d'une dépression suffisante par rapport à l'extérieur, au moins pendant des périodes importantes du cycle de fonctionnement du moteur, et on peut utiliser cette dépression pour obtenir

un courant d'air d'atomisation ayant une vitesse élevée. A-

vec une dépression de 50 millibars par exemple, on peut déjà avoir un courant d'air de quelque 100 m/s, et cette vitesse

permet d'améliorer l'atomisation de manière très satisfaisan-

te.

On peut également utiliser la dépression de la tu-

bulure d'aspiration du moteur à pleine ouverture du papillon en faisant arriver le courant d'air d'atomisation à partir

d'un filtre à air séparé, réservé au courant d'air d'atomi-

sation. Cette disposition est particulièrement intéressante, car les dépressions importantes de la tubulure d'aspiration sont liées aux vitesses élevées de l'air de combustion, et

donc à un effet d'étranglement important à l'endroit du fil-

tre d'air d'admission du moteur, tandis qu'à l'endroit du

8859 FR

22 -v..K)$Oq

22. 2560644

filtre réservé à l'air d'atomisation l'effet d'étranglement

tend alors à diminuer, car la vitesse du courant d'air d'ato-

misation est plus faible. Une solution particulièrement sim-

ple et efficace consiste à disposer le filtre séparé du cou-

rant d'air d'atomisation directement sur la soupape d'injec-

tion, en faisant passer le courant d'air d'atomisation à tra-

vers la zone de la soupape o se trouve l'enroulement de l'é-

lectro-aimant, ce qui permet en même temps d'améliorer le re-

froidissement de cet enroulement.

On peut améliorer encore de manière importante l'effet d'atomisation du carburant et donc le rendement du moteur en chauffant l'air d'atomisation. A cet effet, on peut prévoir un échangeur de chaleur, constitué par exemple par un serpentin enroulé en hélice, que l'on dispose directement dans le courant des gaz chauds d'échappement du moteur. On place cet échangeur de chaleur entre le filtre à air et le dispositif atomiseur. Ainsi, lorsque le papillon est fermé,

l'air de combustion qui arrive au moteur est constitué pres-

que uniquement d'air d'atomisation à haute température. On assure ainsi un excellent effet de nébulisation du carburant

dont les condensations sur la tubulure d'admission sont ré-

duites en conséquence. La température élevée de l'air d'ad-

mission réduit le délai d'allumage du moteur à puissance ré-

duits, ce qui améliore donc le rendement du moteur. En amé-

liorant ainsi la combustion dans le moteur on peut étendre la plage de fonctionnement en mélange pauvre et réduire ainsi

les émissions polluantes. Quand on ouvre alors progressive-

ment le papillon, le courant d'air d'atomisation à haute tem-

pérature se trouve mélangé à une proportion croissante d'air

froid, de sorte que la température de l'air de combustion di-

minue. Ceci permet de conserver une marge suffisante par rap-

port à la limite de détonation du moteur. A pleine ouverture

du papillon, l'échauffement de l'air de combustion est négli-

geable, en raison de la faible proportion d'air d'atomisa-

tion. Mais on obtient encore à ce régime une forte améliora-

tion de l'effet d'atomisation, à cause de la température é-

levee de l'air d'atomisation. D'autre part, la vitesse du

courant d'air d'atomisation est fortement augmentée par l'é-

8859 FR

chauffement de l'air, en particulier aux faibles différences de pression, car une augmentation de température de l'air pour une même différence de pression provoque toujours une

forte augmentation de la vitesse d'écoulement. En outre, com-

me le mélange carburé ainsi obtenu est très bien adapté aux besoins du moteur, la plage à prévoir pour le réglage du point d'allumage est beaucoup plus étroite. Le chauffage de

l'air d'atomisation peut cependant donner lieu à des problè-

mes sérieux en ce qui concerne l'injection, en raison des 0l bulles de vapeur qui tendent à se former au sein du carburant dans la soupape d'injection. Pour éviter l'apparition de ces bulles de vapeur, il est donc toujours nécessaire de prévoir

une protection calorifuge de la soupape d'injection parrap-

port au dispositif d'atomisation, et d'assurer un refroidis-

sement supplémentaire de la soupape d'injection, en y faisant

circuler un courant de carburant frais.

Aux puissances élevées, les performances des mo-

teurs à explosion sont limitées par l'apparition des phénomè-

nes de détonation. Sur les moteurs modernes on évite les ef-

fets de détonation en réduisant l'avance à l'allumage, en fonction des réactions d'un détecteur de détonation. Mais en réduisant l'avance à l'allumage, on réduit aussi le rendement du moteur. Or en injectant de l'eau dans le moteur on peut en améliorer le rendement aux régimes de grande puissance, car

on réduit ainsi fortement les températures extrêmes de com-

bustion sans sacrifice sur le rendement intrinsèque de la combustion dans le moteur. Cette réduction des températures

de pointe permet une forte réduction du taux d'oxydes d'azo-

te, et en général on peut éviter ainsi d'avoir à réduire 1'-

avance à l'allumage. On peut même d'habitude l'augmentero On peut obtenir une excellente adaptation des caractéristiques de fonctionnement du moteur en injectant de l'eau à basse pression dans la tubulure d'aspiration du moteur, au moyen d'une soupape d'injection électromagnétique asservie à un détecteur de détonation. Grace à cette disposition, on réduit la consommation d'eau, et comme l'injection d'eau n'a lieu

qu'aux régimes de forte puissance, et donc à forte tempéra-

ture du moteur, l'eau ne risque pas de se condenser dans le

8859 FR

24. 2560644

moteur et il n'y a pas de risque de corrosion. Il n'y a pas

lieu de stipuler des conditions particulières quant à la qua-

lité de pulvérisation de l'eau, car celle-ci entre forcément

dans le moteur en gouttelettes assez grosses, pour se vapori-

ser seulement en fin de compression et pendant la combustion.

Il suffit donc pour l'alimentation d'une simple cuve à flot-

teur associée à un gicleur, comme dans un carburateur, avec

une électro-vanne de débit asservie au détecteur de détona-

tion. Des essais effectués par le Demandeur ont montré

qu'avec une injection d'eau la combustion s'effectue prati-

quement sans résidus, et qu'on évite ainsi à peu près complè-

tement des dépôts de résidus de combustion dans le moteur.

En outre, l'emploi du système d'injection en question sur un moteur à explosion permet une suralimentation par compresseur d'admission presque illimitée, jusqu'aux limites pratiques de résistance mécanique du moteur. Dans un moteur à compresseur de suralimentation l'injection d'eau sepratique toujours en amont du compresseur, afin d'améliorer l'atomisation par

brassage et d'améliorer aussi le rendement du compresseur.

Même avec des moteurs à explosion de type courant, l'injection d'eau permet d'utiliser des carburants à très

faible indice d'octane, sans sacrifice sur le taux de com-

pression du moteur. On obtient une excellente adaptation des caractéristiques du moteur en prévoyant une injection d'eau

associée au système d'atomisation à air chaud que l'on a dé-

crit plus haut.

Pour avoir une bonne fidélité quant au dosage

précis de la quantité élémentaire de carburant débitée à cha-

que manoeuvre d'une soupape d'injection, il est obligatoire

d'étalonner les soupapes d'injection habituellement avec du carbu-

rant. La production de soupapes d'injection à basse pression est

fortement ie.i effectue.cat. u alia$. ai -c-de l'air. En ce qui con-

cerne la "partie stationnaire" définie plus haut pour la quantité élémentaire de carburant débitée à chaque manoeuvre

de la soupape, on obtient des conditions identiques d'écou-

lement pour l'air et pour le carburant, si on opère à une même valeur du nombre de Reynolds. En outre, en opérant avec

8859 FR

25. 2560644

de l'air, il faut une vitesse d'écoulement largement subsoni-

que pour avoir des conditions comparables. Il suffit donc

d'une différence de pression de quelque dizaine de anbars pour réa-

liser l'écoulement de l'air. Mais dans les conditions ambian-

tes, la viscosité cinématique de l'air est beaucoup plus for-

te que celle du carburant. On peut réduire la viscosité cin6-

matique de l'air en augmentant la pression. En général une pression d'air de 5 à 10 bars est suffisante, c'est donc une valeur très supérieure à celle d'une soupape d'injection de carburant à basse pression, qui fonctionne entre 0,7 et 3

bars environ.

La manoeuvre d'ouverture d'une soupape d'injection

est en général fortement influencée par les effets hydrosta-

tiques. C'est pourquoi l'étalonnage d'une soupape d'injection, en ce qui concerne a partie "non stationnaire" de la dose d'injection, directement liée au comportement dynamique de la soupape, doit s'effectuer à une pression d'air qui correspond à la pression d'injection du carburant. Ce faisant, on ne tient pas compte évidemment des effets d'amortissement du carburant sur la manoeuvre de la soupape, ni des effets des

oscillations hydrodynamiques. Cependant on retrouve bien ain-

si les bouts de course des diverses phases de mouvement, qui ont le plus d'importance pour la partie "non stationnaire" de la dose d'injection. Avec ce procédé d'étalonnage, on peut

tenir compte des écarts possibles en introduisant des coeffi-

cients de correction appropriés. Pour mesurer les déplace-

ments de l'armature et étudier son mouvement, on peut avoir recours à des cellules photo-électriques, par exemple, ou se

référer aux réactions électrodynamiques de tension dans l'en-

roulement de l'électro-aimant.

Dans la soupape d'injection proposée, on utilise

l'énergie cinétique de l'armature pour vaincre l'effort d'ou-

erture, et ceci permet d'avoir pour l'aiguille d'injection des durées de manoeuvre d'ouverture assez brèves, avec des durées relativement longues pour le mouvement de l'armature dans le même sens. Ceci demande une faible augmentation du

taux d'induction dans le circuit magnétique. Dans ces condi-

tions, le taux de pertes par courants de Foucault est égale-

8859 FR

26. 256064d

ment très faible, et on peut donc avoir un circuit magnéti-

que à paroi relativement mince. Avec ce faible taux de per-

tes, on divise environ par dix la valeur de l'intensité maxi-

mum d'alimentation, par rapport à une soupape électromagnéti-

que courante. En théorie, et pour une même valeur initiale de l'inductance, l'allure d'établissement de l'effort magnétique ne dépend pas du fait que l'électro-aimant ait un entrefer de travail simple, ou un double entrefer. En effet, tout dépend en principe de l'énergie accumulée qui correspond au champ magnétique et de la course de l'armature. Pour une durée de fonctionnement donnée, la consommation d'énergie électrique dépend donc uniquement de la valeur initiale de l'inductance

de l'électro-aimant, en négligeant la résistance de l'enrou-

lement.

Avec un électro-aimant à double entrefer de tra-

vail, il faut multiplier par quatre le nombre de tours de l'enroulement d'excitation pour avoir la même inductance que dans un aimant à un seul entrefer de travail. Donc, pour un même trajet de courant et une même densité de courant, il

faut aussi multiplier par quatre la section de l'enroulement.

En outre, la section des pÈles est réduite de moitié, et la longueur totale de l'entrefer est doublée. Tout cela augmente donc fortement la réluctance du circuit magnétique, et donc

le taux de pertes magnétiques de l'électro-aimant. Or l'ef-

fort magnétique diminue en fonction du carré du taux de per-

tes, si bien que les pertes magnétiques ont une grande impor-

tance pour le comportement dynamique. Les pertes magnétiques

augmentent l'inductance de l'enroulement et réduisent forte-

ment l'effort magnétique en régime de saturation, en posi-

tion basse de l'armature.

D'autre part, dans un électro-aimant à double en-

trefer de travail, les pertes par courants de Foucault sont

réduites environ de trois quarts, puisque l'épaisseur de pa-

roi du circuit magnétique est deux fois plus faible. Pour a-

voir un taux de pertes par courants de Foucault suffisamment

bas, il faut que la paroi du circuit magnétique ait une é-

paisseur de 0,5 à 1 mm au maximum.

8859 FR

27. 2560644

Mais avec un circuit magnétique à paroi aussi mince, dans une soupape d'injection de dimensions courantes, en position basse de l'armature, la résistance magnétique des entrefers est beaucoup plus forte que celle qui existe entre le noyau et la culasse. Il se forme donc un champ intense

de fuites, qui court-circuite les entrefers. Dans les soupa-

pes d'injection à basse pression dont l'électro-aimant com-

porte une armature plate, ce champ de fuites peut représenter

par exemple, pour un circuit magnétique de dimensions couran-

tes, jusqu'à 75 % du flux total, ce qui réduit d'autant le rendement de conversion d'énergie dans l'électro-aimant. Or le comportement dynamique de l'électro-aimant dépend surtout de la vitesse d'établissement du champ magnétique en début d'attraction, et il est donc très important de réduire le champ de fuites pour obtenir des mouvements rapides, avec un faible taux de pertes. Pour obtenir des rendements favorables il faut avoir recours à certaines configurations spéciales

pour les pièces polaires. Avec de faibles valeurs des sec-

tions polaires, il est intéressant d'utiliser des électro-

aimants à un seul entrefer de travail, à cause de leur réluc-

tance réduite. Il faut alors que l'entrefer de travail soit situé sensiblement au centre de l'enroulement, car il existe

en cet endroit une concentration des lignes de force permet-

tant une conversion d'énergie à un faible taux de pertes. A-

vec les électro-aimants i double entrefer de travail, on ob-

tient le meilleur rendement avec une armature en coupelle, dont le profil épouse celui de l'enroulement, et dont les pôles sont disposés de manière i recouvrir chacun environ un

quart de l'enroulement (Demande de brevet allemand 3 314 900.3.

Avec des enroulements de forme allongée, on obtient alors une réduction de l'ordre de 75 % pour le champ de fuites, par rapport au cas d'un électro-aimant i armature plate, avec la

même valeur de section polaire et un enroulement de même di-

mensions. Avec cette disposition des pôles, on obtient un

rendement aussi bon que dans un électro-aimant à simple en-

trefer de travail disposé au centre de l'enroulement, mais on profite alors d'une section polaire réduite de moitié, ce qui réduit donc fortement les pertes par courants de Foucault

8859 FR

28. 2560644

pour une même valeur de l'effort magnétique.

Dans les électro-aimants à armature en coupelle, on éprouve des difficultés pour assurer l'étanchéité et la fixation de l'enroulement. A cet égard, il est intéressant d'utiliser un circuit magnétique à double entrefer de tra-

vail, dans lequel le p6le extérieur de l'armature est consti-

tué par un collier de faible diamètre. Des électro-aimants de ce genre sont décrits dans la demande de brevet allemand OS

3 149 916 et dans la demande de brevet européen 0 076 459.

Dans les deux cas, il s'agit d'électro-aimants ayant une ar-

mature courte, et dont les pÈles sont situés en-dessous de

l'enroulement, c'est-à-dire avec un champ de pertes important.

En particulier dans le cas de la soupape d'injection décrite dans la demande de brevet allemand OS 3 149 916, il semble qu'avec un circuit magnétique à paroi relativement épaisse il

soit difficile d'avoir une amélioration par rapport aux sou-

papes d'injection connues à simple entrefer de travail. La solution en question a pourtant un avantage, car l'effort

d'attraction s'y établit à peu près sans composante transver-

sale, même si l'armature est suspendue avec une légère excen-

tricité, ce qui est toujours possible.

Avec ces électro-aimants, on obtient de bien meil-

leurs rendements, en disposant le pÈle intérieur au-dessus

du centre de l'enroulement. On a un effort d'attraction maxi-

mum lorsque les sections polaires ont sensiblement la même

valeur, et en disposant le pÈle intérieur sensiblement à hau-

teur du quart supérieur de l'enroulement. Pour les soupapes d'injection à basse pression de dimensions appropriées, il

suffit souvent d'avoir un effort d'attraction de faible va-

leur, que l'on peut obtenir avec un seul entrefer de travail

et un circuit magnétique dont la paroi a une épaisseur de 1'-

ordre de 0,5 mm. Là encore, un entrefer double est intéres-

sant pour assurer la suspension de l'armature sans composan-

te transversale. A cet effet, on peut augmenter fortement la section du pÈle extérieur, afin de réduire la réluctance de

l'entrefer correspondant et donc réduire le champ de fuites.

Avec cette configuration, on obtient le meilleur rendement

en disposant le pÈle intérieur sensiblement au centre de 1'-

8859 FR

29. 2560644

* enroulement. Avec des efforts mécaniques antagonistes de faible valeur et

une armature très légère, il suffit d'avoir un effort d'at-

traction également faible. Donc, dans une soupape d'injection à basse pression, à la différence des solutions habituelle-

ment adoptées, on peut aller jusqu'à agrandir la section po-

laire par rapport à la section courante du circuit magnéti-

que, afin de réduire la réluctance des entrefers et donc le champ de fuites, en réduisant du même coup les pertes par courants de Foucault. Avec une telle configuration, on obtient une conversion d'énergie à peu près sans pertes. Pour les mmes conditions de fatigue thermique et d'inductance que dans un

électro-aimant classique, cette réluctance réduite permet d'-

avoir des enroulements beaucoup plus petits, avec un faible

nombre de tours. Mais d'autre part, avec les dimensions habi-

tuelles, la section polaire n'est pas supérieure à celle du reste du circuit magnétique, afin d'avoir un faible champ de fuites, et ceci donne en régime de saturation des efforts

d'attraction importants, très supérieurs à l'effort antago-

niste et entraînant donc une durée importante pour la manoeu-

vre de retour. On cherche à réduire cette durée en réduisant l'intensité de maintien avec un dispositif électronique. Au contraire, avec la solution proposée, on peut utiliser des circuits d'actionnement simples sans artifice de réduction de l'intensité de maintien, et la dynamique du système est améliorée du même coup. En outre, la solution proposée permet aussi d'effectuer une modification simple, pour améliorer les soupapes d'injection électromagnétiques déjà en usage, car il suffit alors de réduire la section du

noyau au-dessus du pôle par un simple pergage..

On peut obtenir une autre réduction importante du

champ de fuites des circuits magnétiques de dimensions habi-

tuelles, en particulier sur des petites soupapes d'injection électromagnétiques, en ménageant de grandes ouvertures dans la jupe du circuit magnétique de révolution, qui entoure

complètement l'enroulement. Ce faisant, on augmente la r6-

luctance entre la jupe et le noyau, ce qui a pour effet de

réduire l'intensité du champ de fuites.

8859 FR

30. 2560644

Dans les soupapes d'injection a haute pression, pour obtenir des efforts d'attraction suffisants, il faut

prévoir des sections polaires importantes, l'entrefer corres-

pondant ayant ainsi une faible réluctance. Grâce aux disposi-

tions proposées plus haut, on peut réduire encore davantage

le champ de fuites, au point d'obtenir un rendement électro-

magnétique assez élevé, même avec des matériaux de perméabi-

lité très faible. On peut ainsi utiliser des matériaux compo-

sites comportant une poudre à faible hystérésis qui est enro-

bée de matière plastique isolante. Ces matériaux ont une ré-

sistance électrique élevée, qui empêche à peu près complète-

ment l'apparition de courants de Foucault. Mais en général leur perméabilité relative maximum ne peut guère dépasser une valeur de 200 à 300. Avec ces matériaux, on peut réaliser des circuits magnétiques compacts, de solidité suffisante, à même de supporter des pressions élevées. Pour avoir une suspension fiable de l'armature, on fixe celle-ci à un tube de guidage allongé et à paroi mince qui sert en même temps de butée, pour ne pas soumettre ce matériau magnétique relativement tendre à des contraintes excessives. L'armature peut être réalisée par

emboutissage en même temps que le tube de guidage, pour cons-

tituer une seule pièce avec celui-ci. Pour augmenter le flux magnétique, on peut confectionner le tube à paroi mince dans un matériau à faible hystérésis, durci par nitruration pour

améliorer sa résistance à l'usure. Ce traitement de durcisse-

ment affecte à peine les qualités de faible hystérésis. A-

vec des enroulements ayant une résistance suffisante en com-

pression, on peut comprimer directement le matériau magnéti-

que autour de l'enroulement, ce qui facilite l'enrobage étan-

che de celui-ci, en simplifiant la fabrication.

Pour réaliser des soupapes à injection à haute

pression, les enroulements classiques à fil bobiné convien-

nent mal, Il suffit en effet de prévoir un petit nombre de

tours par conséquent en un petit nombre de niveaux pour ces enrou-

lements pour leas faibles inductances qui sont nécessaires. Entre

les extrémités de ces niveaux, il apparaît des maxima d'induc-

tion, en particulier en raison des extra-courants de rupture, et l'isolant du fil bobiné peut alors

8859 FR

31. 2560644

en souffrir. Les enroulements constitués avec un ruban mince

sont beaucoup plus intéressants, car ils supportent des con-

traintes mécaniques et électriques bien plus élevées. Pour

une production en grande série, ces enroulements en ruban bo-

biné sont aussi moins coûteux que les enroulements en fil bo-

biné. Pour réaliser ces enroulements, on peut prendre par e-

xemple un ruban mince d'aluminium anodisé en surface, avec le-

quel une couche isolante intermédiaire est superflue. On peut

également supprimer la monture profilée avec un tel enroule-

ment, au profit d'une meilleure utilisation du volume d'en-

combrement disponible. De préférence, cet enroulement subit

une imprégnation de matière plastique sous vide, ce qui amé-

liore sa solidité. Les contacts aux extrémités peuvent être assurés par exemple au moyen de douilles fendues dans le sens

de la longueur, ce qui améliore encore la solidité de l'ensem-

ble. On peut aussi rabattre les extrémités du ruban conduc-

teur, en les mettant en saillie à angle droit par rapport aux spires. Avec un enroulement qui présente ainsi une solidité suffisante, il est intéressant de l'enrober directement avec

le matériau magnétique composite à base de poudre, en effec-

tuant au besoin plusieurs opérations.

Sidle volume de logement de l'enroulement doit être scellé de manière étanche, il est intéressant d'utiliser pour l'enroulement une monture profilée en céramique. On utilise

alors de préférence les nouveaux matériaux céramiques à gran-

de résistance mis au point pour les fabrications de moteurs et de turbines. Pour améliorer la résistance mécanique de la

monture profilée, il est bon d'enrouler le ruban sur sa mon-

ture en tendant au maximum le ruban, afin d'introduire un

effet de précontrainte dans la monture.

On va maintenant décrire à titre d'exemples quel-

ques modes de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la Figure 1 représente une soupape d'injection électromagnétique à haute pression conforme à l'invention; - les Figures 2a, 2b, 2c, sont des graphiques pour expliquer le fonctionnement de la soupape de la Figure l, au cours de son mouvement de soulèvement; la Figure 2a

8859 FR

32. 2560644

indiquant les efforts en jeu, alors que la Figure 2b repré-

sente la variation de vitesse de l'armature, et la Figure 2c le mouvement de la masse additionnelle de la soupape;

- les Figures 3a, 3b, 3c, sont des schémas de dé-

tail d'un électro-a-imant interne à double entrefer, prévu pour un mode de réalisation avantageux de la soupape conforme à l'invention; - les Figures 4a et 4b sont des schémas de détail d'un électro-aimant perfectionné pour la soupape d'injection conforme à l'invention; - la Figure 5 représente une soupape d'injection à basse pression, pour des moteurs à explosion o l'injection s'effectue dans la tubulure d'aspiration; - la Figure 6 est un schéma des efforts en jeu dans la soupape de la Figure 5; - la Figure 7 représente une soupape d'injection électromagnétique à armature sphérique; - la Figure 8 représente une soupape d'injection

électromagnétique à armature sphérique, comportant un dispo-

sitif atomiseur; - la Figure 9 représente une soupape d'injection électromagnétique pourvue d'un dispositif atomiseur à air chaud;

- la Figure 10 est un schéma des circuits de com-

mande d'une pompe d'injection à réglage indirect;

- la Figure lla est un schéma d'un circuit de com-

mande associé à deux soupapes d'injection électromagnétique; - la Figure llb est un schéma d'un autre circuit

de commande pour un nombre quelconque d'électro-aimants.

La Figure 1 représente une soupape d'injection à

haute pression conforme à l'invention. On en explique ci-a-

près le fonctionnement, en se référant à un mouvement cycli-

que caractéristique, dont la phase de soulèvement est étudiée

dans la Figure 2.

La soupape d'injection de la Figure 1 comporte un

électro-aimant dont le circuit magnétique, en matière compo-

site en poudre, estconstitué par un noyau 19, une culasse 21 et une armature 23. L'enroulement 18 est logé dans un support

8859 FR

33. 2560644

profilé en céramique 20. Le noyau 19 s'étend presque jusqu'à l'extrémité inférieure du support 20 de l'enroulement, pour soutenir mécaniquement celui-ci. On peut donc utiliser une

matière céramique de solidité relativement faible pour réali-

ser le support 20 de l'enroulement. Le circuit magnétique ne comporte qu'un seul entrefer de travail, afin d'obtenir une surface polaire aussi grande que possible. C'est pourquoi, malgré la position du pôle de travail, situé en-dessous de l'enroulement, ce qui est défavorable en principe et malgré

la faible perméabilité magnétique du matériau de l'électro-

aimant, on obtient des taux de fuite d'une valeur encore ac-

ceptable. Grâce au faible diamètre du pôle latéral, la face

inférieure du support de l'enroulement est complètement recou-

verte. Ceci permet d'appliquer à l'ensemble du circuit magné-

tique un effort de compression énergique, dans le sens longi-

tudinal, en vue d'en assurer l'étanchéité d'une manière fia-

ble. L'emploi d'un produit d'étanchéité ou d'un adhésif peut

faciliter cette opération d'étanchéité.

L'électro-aimant est logé dans le bottier 16. De préférence, celui-ci est en fonte austénitique moulée à haute résistance, non magnétisable. Le bottier 16 est fermé par un couvercle vissé 13. La butée 17 sert à déterminer l'entrefer

résiduel qui subsiste sous le pôle central lorsque l'armatu-

re est soulevée. La masse additionnelle 22 est suspendue à

la butée 17, dont la partie en forme de coupelle située au-

dessus de l'électro-aimant sert en outre à protéger la matiè-

re composite en poudre, relativement tendre, pour éviter d'abi-

mer cette matière quand on ferme le bottier en vissant le cou-

vercle en place. Le noyau 19 est fixé solidement à la butée 17, de préférence par collage, ou directement par extrusion au cours de la fabrication du noyau, pour pouvoir usiner en même temps la surface polaire du noyau et la surface d'appui de la butée, en prenant la pièce dans un seul étau. En outre, il est intéressant de blinder l'armature 21 à l'endroit de ses points de portage dans le bottier, au moyen d'une plaque

solidement fixée, pour réduire les risques de dégâts à l'as-

semblage. Pour réduire la réluctance, on peut utiliser des plaques faites d'un matériau à faible hystérésis, que l'on

8859 FR

34 2560644

durcit superficiellement, de préférence par nitruration, pour améliorer leur tenue à l'usure. Dans le mode de réalisation proposé pour le circuit magnétique, il est possible d'avoir un faible diamètre interne pour la partie à haute pression de la soupape d'injection, grâce à quoi les contraintes mécaniques

de cette partie sont réduitesOn peut ainsi utiliser un boî-

tier compact ayant une paroi relativement peu épaisse.

La masse additionnelle 22 déborde légèrement en saillie sur la face de retenue de la butée 17, de manière à

obtenir une variation brusque dans la courbe de l'effort é-

lastique deréarmement. On choisit l'importance de cette sail-

lie de la masse additionnelle pour que l'effort du ressort principal 15 agisse vers la fin de la course de soulèvement sur une distance d'environ 30 à 50 % de la course totale de l'aiguille de la soupape d'injection. L'importance de cette saillie n'a pas un caractère absolument critique, de sorte qu'on peut éviter d'avoir à la régler si la fabrication s'est effectuée à une précision convenable. En agissant sur la vis de réglage 14, on peut ajuster l'effort élastique du ressort principal 15, et donc aussi l'effort de réarmement vers la

fin de la course de soulèvement de l'aiguille. A son extré-

mité inférieure, la vis de réglage 14 porte un embout tubu-

laire de guidage 26 sur lequel sont montés deux ressorts 28 et 35, à faible réaction. Ces deux ressorts ont des courbes caractéristiques à faible pente ascendante, de sorte que

l'effort élastique de chacun de ces ressorts varie peu lors-

qu'on fait tourner la vis de réglage 14. Le ressort intéri-

eur 35 sert à appliquer l'aiguille 33 de la soupape d'injec-

tion sur son siège, même en l'absence de pression dans le système, afin d'assurer en toute occurence une étanchéité

d'appui convenable de l'aiguille 33 sur son siège, même lors-

que le moteur est à l'arrêt. Le ressort extérieur 28 sert à

réarmer l'armature, en fournissant un effort au début du mou-

vement de l'armature, pour empêcher celle-ci de rebondir con-

tre l'aiguille en fin de réarmement, ce qui provoquerait a-

lors un nouveau soulèvement indésirable de l'aiguille d'in-

jection. L'effort du ressort de réarmement de l'armature est transmis par la coupelle 29 à la rondelle de liaison 30 qui

8859 FR

est disposée dans le guide tubulaire à paroi mince 24 de l'armature. On règle la course utile de l'armature et celle de l'aiguille d'injection au moyen de rondelles d'épaisseurs appropriées, à savoir une rondelle de réglage 36 pour la course de l'armature, et une rondelle de réglage 37 pour la

course de l'aiguille. Ces deux rondelles de réglage sont ap-

pliquées fermement l'une contre l'autre, en appui sur le

corps 31 du gicleur grâce à un manchon de serrage 27. La sou-

pape d'injection se monte par vissage dans la culasse du mo-

teur enagissant sur la tête 25 profilée comme un écrou, L'-

aiguille d'injection 33 coulisse dans le guide 32 qui assure

son guidage.

Le guide 32 de l'aiguille d'injection peut être pourvu d'encoches de décharge, qui assurent une distribution uniforme de la pression dans l'interstice du guide. Cette disposition particulière présente un intérêt dans le cas de

la soupape d'injection conforme à l'invention, à la différen-

ce des injecteurs courants, car les conditions de fonctionne-

ment sont sensiblement différentes dans le cas considéré. En

outre, on peut monter l'aiguille d'injection avec un jeu re-

lativement important, pour assurer, dans certaines limites,

un centrage spontané de l'aiguille. La réalisation de ce gui-

de associé à l'aiguille d'injection conforme à l'invention demande une précision d'usinage beaucoup moins stricte que pour les injecteurs mécaniques courants, car on ne demande pas au guide-d'injection en question d'assurer une fonction d'étanchéité spéciale, Le corps 31 du gieleur comporte à sa partie Minférieure une paroi relativement mince, afin d'avoir à cet

endroit une fréquence propre assez basse. On choisit la va-

leur de cette fréquence propre, pour réduire encore le rebond dissement de l'aiguille d'injection. Ce rebondissement en

lui-même a déjà une durée qui est de l'ordre de la microse-

conde seulement, mais on le réduit encore grâce au mouvement

contraire de la partie plate de la base du corps de l'injec-

teur. En outre, cette forme flexible réduit la fatigue méca-

nique du siège de l'aiguille d'injection.

8859 FR

36. 2

Dans la soupape d'injection proposée, en choisis-

sant convenablement le diamètre et la longueur des canaux d'alimentation du siège de cetL soupape, ainsi que le volume de carburant en-dessous du guide de l'aiguille d'injection, il est possible d'obtenir presque n'importe quel processus

d'injection à volonté. Dans la soupape d'injection représen-

tée, les canaux d'alimentation percés dans le guide 32 de

l'aiguille de la soupape ont été réalisés avec des sections re-

lativement minces. Il en résulte une chute de pression très marquée à l'ouverture de la soupape, et ceci entraîne de for-

tes oscillations de pression pendant l'injection. Ce mode de fonctionnement peut être favorable pour certains moteurs. La fréquence d'oscillation est alors déterminée essentiellement par la longueur du canal d'arrivée. Avec un canal court, on peut obtenir un régime d'oscillation à fréquence relativement

basse en utilisant la résonance de capacité du volume de car-

burant situé en-dessous du guide de l'aiguille d'injection.

On peut utiliser cette disposition pour réaliser un effet de préinjection avant l'injection principale. Mais en général, on réalisera des canaux d'arrivée avec un calibre aussi fort

que possible, de manière à obtenir un régime d'injection pra-

tiquement sans oscillations, avec une courbe de pression à

forte pente ascendante, afin de réduire les efforts mécani-

ques nécessaires pour soulever l'aiguille d'injection.

Dans la soupape d'injection représentée, on a pré-

vu en outre un organe d'amortissement 34, en matière plasti-

que beaucoup plus compressible que le carburant. On assure

ainsi une atténuation des oscillations de pression et un ef-

fet d'accumulation. En outre, la durée de séjour du carburant

dans la soupape d'injection se trouve abrégée. Cependant 1'-

emploi d'un tel amortisseur n'est intéressant que pour des

pressions de carburant relativement faibles.

On va maintenant étudier, en référence à la Figu-

re 2, le graphique du mouvement de la soupape d'injection de la Figure 1. Toutes les caractéristiques sont représentées

à l'échelle réelle de ce mouvement cyclique.

On a représenté sur la Figure 2a la variation de

l'effort magnétique Fmag et la somme de l'ensemble des ef-

8859 FRmag

8859 F

37. 2560644

forts résistants d'ordre mécanique Fmech' en fonction de la valeur "s" de la course de l'armature mobile. On voit que

l'effort magnétique augmente très rapidement lorsque la cour-

se augmente. A première vue, c'est surprenant, puisque l'ef-

fort magnétique augmente environ comme le carré du temps, et donc très lentement au début. Mais cette lente augmentation

de l'effort magnétique est associée à une augmentation éga-

lement lente de l'accélération de l'armatures, si bien que la course de celle-ci est faible au début. Cependant, malgré la

lenteur d'établissement de l'effort magnétique, il existe u-

ne énergie cinétique importante pour vaincre leeffort de ré-

sistance à l'ouverture de la soupape, pour soulever Itaiguil-

le d'injection, peu après le début de la course de celle-ci.

Le mouvement de l'armature s'amorce dès que l'ef-

fort magnétique l'emporte sur l'effort élastique du ressort

de réarmement de l'armature. Au bout d'une course sl, l'ar-

mature vient heurter l'aiguille d'injection. L'intégrale du travail utile pour l'accélération de l'armature en vue du

soulèvement de l'aiguille est représentée par les zones ha-

churées de la Figure 2a.

Le graphique de la Figure 2b représente la varia-

tion de la vitesse de l'armature, en fonction de la course "s" de celleci, et la Figure 2c représente la variation de la course "s" de l'armature, en fonction du temps "t't. On voit que même à l'endroit de sa course sI assez brève, la vitesse de l'armature a déjà atteint plus de la moitié de sa valeur finale. Mais pour cette course brève, il faut un délai tl, qui est très long, car il représente beaucoup plus que la moitié de la durée complète du mouvement de soulèvement,

Lorsque l'armature vient heurter l'aiguille d'in-

jection, cet impact entraîne une perte de vitesse A v1 qui est très faible, à cause de la grande différence qui existe entre la masse de l'armature et celle de l'aiguille. Mais l'effort antagoniste d'ordre mécanique augmente brusquement

et dépasse largement l'effort magnétique. Le travail d'ou-

verture provenant de l'énergie cinétique des pièces mobiles est représenté par la zone à hachures croisées de la Figure

2a. Il en résulte une légère réduction de la vitesse d'ou-

8859 FR

38. e2560644 verture. Dès que l'effort antagoniste d'ordre mécanique est

retombé en-dessous de l'effort magnétique, la vitesse recom-

mence à augmenter.

Lorsque l'armature a parcouru la course s2, les pièces mobiles viennent heurter la masse additionnelle à 1'- instant t2, ce qui provoque un autre effet d'impact avec une légère perte. La vitesse diminue légèrement, pour augmenter

à nouveau avec un gradient plus faible. Le mouvement d'ouver-

ture de l'aiguille d'injection prend fin à l'instant t3, ce

qui représente une durée relativement courte tA pour ce mou-

vement d'ouverture.

A l'instant t3, l'armature vient frapper sa butée et rebondit. Ceci entraine une perte considérable d'énergie et de vitesse, car la butée est fixe et donc immobile. Mais

la masse additionnelle poursuit librement sa course, et sou-

lage ainsi l'armature de la majeure partie de l'effort du

ressort de rappel. Grâce à quoi, le phénomène de rebondisse-

ment de l'armature est fortement abrégé, et si on a choisi correctement la valeur de la masse additionnelle, l'énergie cinétique résiduelle se trouve dissipée dans une large mesure dans un nouveau choc entre l'armature et la masse addition_ nelle animées de vitesses de sens opposés. Le trajet de la masse additionnelle est représenté sur la Figure 2c par un tracé en pointillé. On peut lire sur la Figure 2b ltordre de grandeur de la perte de vitesse. Pour toutes ces raisons, on

obtient un mouvement extrêmement rapide et doux, et la fati-

gue mécanique imposée aux pièces de structure est bien plus faible, grâce à la faible valeur de la vitesse maximum, par

rapport à une soupape d'injection courante.

Dans le cas de la soupape d'injection de la Figu-

re 1, on a utilisé un électro-aimant d'un rendement assez défavorable, mais avec lequel on peut avoir un enroulement monté sur un support profilé en céramique de solidité assez

faible. Sur les schémas de la Figure 3, on a indiqué quel-

ques détails de réalisation plus favorables pour un tel é-

lectro-aimant.

On voit sur la Figure 3a un électro-aimant à dou-

* ble entrefer de travail. Cet électro-aimant comporte un noyau

8859 FR

39. 2560644

, un enroulement 41 et une armature 43. L'entrefer exté-

rieur de travail est réalisé avec un profil oblique, afin

d'obtenir une faible réluctance associée à des efforts trans-

versaux réduits, en cas d'excentricité. Pour ré-

duire encore les efforts radiaux et pour avoir une armature

de plus faible encombrement on peut prévoir un entrefer exté-

rieur de travail ayant un profil à gradins, avec au moins deux gradins. Le circuit magnétique est constitué de matière

composite à base de poudre.

La Figure 3b représente un électro-aimant pour soupape d'injection à haute pression, confectionné en matière composite en poudre, avec un pôle extérieur en collerette..Cet électro-aimant comporte une armature 52, un guide tubulaire 53 et une culasse 46. L'enroulement 50 est constitué par un

ruban raccordé à deux bagues métalliques fendues 48 et 49.

La monture 47 de l'enroulement est en céramique à haute ré-

sistance. Le pôle interne est situé à l'endroit le plus favo-

rable pour la construction de l'électro-aimant, de telle sor-

te que l'armature recouvre environ les 3/4 de la longueur de

la bobine. La culasse 46 est renforcée par une rondelle mé-

tallique 51 à sa base, et par la butée 44 en haut. La butée

44 sert en même temps à soutenir la masse additionnelle 45.

La butée et la bobine sont montées ensemble à la presse, en

une seule opération, et fixées à la culasse, le guide tubu-

laire étant de même fixé à l'armature. En périphérie, la cu-

lasse présente de grandes ouvertures, pour réduire le champ

de pertes.

La Figure 3c est un agrandissement de détail des faces de butée de l'électro-aimant de la Figure 3bo Le guide

tubulaire 53 est pourvu de rainures radiales assurant un é-

quilibrage de pression à la fermeture de l'interstice cor-

respondant. La surface du tube de guidage est trempée et rec-

tifiée. Les faces de contact de la butée 44 et de la masse

additionnelle 45 sont chanfreinées des deux côtés, pour em-

pêcher un effet de collage hydraulique. Par rapport à un chanfrein pratiqué d'un seul côté, les chanfreins sur les

deux côtés réduisent la fatigue mécanique des faces de con-

tact en butée. Bien entendu, les faces de contact peuvent

8859 FR

40. 2560644

également être rectifiées dans le sens radial, comme déjà ex-

posé. La Figure 4a représente un électro-aimant à pôle externe en collerette, en matière à faible hystérésis. Pour simplifier la fabrication, l'armature et le tube de guidage

forment une seule pièce 66. Comme on ne demande pas une per-

méabilité trop élevée pour la matière du circuit magnétique,

l'armature est réalisée de préférence en acier spécial re-

cuit, de forte résistivité électrique, durci par exemple par nitruration ou revtement pour. en améliocerlanésistance superficielle à l'usure. Pour atténuer les pertes par courants de Foucault,

on peut fendre l'armature dans le sens de la longueur. La pa-

roi de l'armature a de préférence une épaisseur comprise en-

tre 0,5 et 1 mm. Pour obtenir des efforts plus importants et

avoir donc une paroi plus épaisse, on peut réaliser l'armatu-

re par assemblage de deux ou plusieurs manchons isolés et so-

lidement enfilés l'un sur l'autre. Le retour duflux magnéti-

que passe par le noyau 60, la jupe perforée de forte section constituée par les deux bagues concentriques 61 et 62, et la

rondelle inférieure 65 de la culasse. L'enroulement 63 cons-

titué par un ruban est renforcé par une monture tubulaire en

céramique 64.

Pour réduire davantage les pertes dues aux courants de Foucault, l'électro-aimant de la Figure 4b est formé en

partie de pièces stratifiées. L'armature 72 en matière compo-

site en poudr-e est.sertie -sur l.e tube de guidage 7?..qui peut

également être en matière à. faible hystérésis. Le pôle inté-

rieur est situé au-dessus de l'enroulement, pour faciliter la fabrication de cette pièce 67 à partir de feuillards

empilés. Mme pour. des.électro-aimants à fort effet électro-

magnétique, il suffit en général de 2 à 4 feuillards. 11

existe cependant des, courants de Foucault intenses dans Il'élee-

tro-aimant considéré, en particulier aux endroits o les feuillards portent l'un sur l'autre, car l'orientation de

laminage ne co'nci-de -pas alors avec la -direct:ion du. flux ma-

gnétique. On peut réduire les pertes correspondantes en cambrant ou bordant les feuillards dans la direction du flux,. ou en pratiquant

8859 FR

41. 2560644

bord tombé sur ces feuillards,mais c'est au détriment du prix

de revient.

La Figure 5 représente une soupape d'injection à basse pression, pour des moteurs à explosion o l'injection s'effectue dans la tubulure d'aspiration. Le

circuit magnétique est constitué dans une large mesure d'élé-

ments en feuillard mince, ayant des parois d'environ 0,5 mm d'épaisseur. Le noyau 83 est serti sur un appendice tubulaire

du couvercle 80, en matière non magnétisable. On obtient ain-

si une meilleure stabilité mécanique et un centrage satisfai-

sant du noyau. La culasse 86 est pourvue d'ouvertures de grande surface, pour réduire le champ de pertes. La section transversale de l'électroaimant est sensiblement carrée, et

cette forme qui est la plus favorable pour réaliser un êlec-

tro-aimant assure une réduction supplémentaire du champ de

pertes, L'armature et le tube de guidage forment une pièce u-

nique 88. Pour contribuer à réduire encore les courants de Foucault et assurer un équilibrage de pression, l'armature est fendue dans le sens de la longueur. Le pôle extérieur présente une section transversale beaucoup plus importante que le pôle intérieur, pour réduire la réluctance du circuit magnétique. Grâce à cette disposition, il suffit de prévoir pour l'enroulement 85 un nombre de tours relativement faible afin d'obtenir un effet d'induction suffisamment élevé dans ltélectro-aimant. Ainsi, pour une section transversale donnée

de l'enroulement, on réduit la fatigue thermique de celui-ci.

Le côté extérieur, la culasse et le noyau sont superposés et sont maintenus fermement comprimés par le couvercle 80, en appui sur le fond du boitier 87, constitué lui aussi d'une

matière non magnétisable.

La soupape d'injection est pourvue d'un organe ob-

turateur 94 en forme de chapeau, et de diamètre relativement

fort. Ce diamètre important permet d'avoir une forme favora-

ble pour un bon écoulement, avec un siège de diamètre égale-

ment important, grâce à quoi il suffit de donner à cet obtu-

rateur une course assez faible, même pour un débit élevé de carburant. L'obturateur 94 de la soupape est monté dans le tube de guidage de l'armature avec un jeu radial réduit, pour

8859 FR

42e 2560644

assurer un auto-centrage. L'obturateur 94 est pourvu de plu-

sieurs trous radiaux de grand diamètre, pour assurer l'écou-

lement du carburant avec un étranglement réduit.

La collerette de l'armature repose sur le corps 92 de l'injecteur, avec une surface d'appui importante, pour

assurer un amortissement hydraulique du mouvement de l'arma-

ture, au retour de celle-ci. Pour éviter un effet de collage hydraulique, le corps du gicleur est usiné à la meule dans le sensradial. L'équilibrage de pression est également assuré 1C par des trous radiaux du tube de guidage. Lorsque l'armature

est en position basse, il y a un léger jeu axial entre l'ar-

mature et l'obturateur 94, pour permettre à l'armature d'a-

morcer sa course. L'armature est rappelée en position basse par le ressort 82, alors que l'obturateur 94 est rappelé par le ressort 91 qui est beaucoup plus énergique. Le ressort 91 agit sur la partie supérieure de l'obturateur, de manière à ne pas gêner l'écoulement du carburant. Mais ce montage peut

entraîner des efforts radiaux indésirables, en cas d'excen-

tricité relative. On peut réduire ces efforts radiaux indési-

rables en faisant aboutir le ressort à l'intérieur de l'ob-

turateur 94.

L'ajustage de la course initiale de l'armature s'effectue en appairant des armatures ou des obturateurs différents. On règle la course d'ouverture, et donc la valeur du débit de carburant à pleine ouverture en enfonçant plus ou

moins profondément l'obturateur 94 dans le boîtier 87. On rè-

gle l'effort final du ressort de rappel, et donc la partie de la quantité de carburant injectée en régime variable, en modifiant la position du tube de réglage 81. Le ressort 91

possède une courbe d'élasticité à pente ascendante très for-

te, alors que le ressort 82 a une courbe à faible pente, si bien que le réglage de l'effort élastique de rappel s'obtient presque uniquement en agissant sur le ressort 91, l'effort

élastique initial variant peu en début de course de l'arma-

ture.

La soupape d'injection conforme à l'invention

présente une section très importante pour le passage d'arri-

vée du carburant, et la vitesse d'écoulement du carburant

8859 FR

43. 2560644

est donc faible. Grâce à cette faible vitesse d'arrivée du carburant, on réduit fortement les oscillations de pression d'origine hydrodynamique, au cours du fonctionnement de la soupape, par rapport au cas des soupapes d'injection connues, o l'écoulement du carburant s'effectue à une vitesse d'arri- vée plus élevée. En outre, les oscillations sont éliminées à

peu près complètement, grâce à un volume d'amortissement pré-

vu autour du corps de l'injecteur, à proximité immédiate de l'obturateur. Cet amortissement est assuré par l'élasticité de la gaine 93 montée autour du volume d'amortissement, et qui sert en même temps de joint d'étanchéité entre le boitier et le corps de l'injecteur, et de protection thermique de la soupape dans la tubulure d'aspiration du moteur. Les bulles de vapeur qui pourraient se former peuvent s'échapper vers le haut, en passant dans des gorges axiales ménagées dans le

corps de l'injecteur. Quant aux bulles de vapeur qui se ras-

semblent à la partie haute de la soupape d'injection, elles sont évacuées à travers des trous radiaux du tube de réglage

81, sous l'effet de la dépression due à l'écoulement du car-

burant.

Il est également possible d'amortir les oscilla-

tions hydrodynamiques en associant une paroi rigide à la

chambre d'amortissement qu'on réalise alors à la manière d'u-

ne cavité résonante, également appelée "résonateur de Helm-

holtz". Une cavité résonante est une enceinte pourvue d'au

moins une ouverture, et qui présente ainsi une fréquence natu-

relle caractéristique qui dépend de sa disposition dimensionnelle.

On règle la fréquence naturelle de la cavité résonante con-

sidérée, pour la faire correspondre à celle de l'oscillation la plus forte qui se produit dans la soupape d'injection en fonctionnement, afin d'éliminer cette oscillation dans une

large mesure. La seule condition d'efficacité de cette cavi-

té résonante est que toutes les dimensions de cette cavité doivent être inférieures au quart de la longueur d'onde de la fréquence de résonance correspondante. Pour l'évacuation des bulles de vapeur, il faut en outre en haut de la soupape des trous de purge, ou des gorges de purge, comme indiqué plus haut, mais il faut que la section transversale de ces

8859 FR

44. 2560644

passages d'évacuation soit très faible, pour ne pas réduire l'efficacité de la cavité résonante. Les cotes de réalisation à prévoir pour cette cavité résonante sont indiquées dans les ouvrages et publications techniques o cette question est traitée. Le graphique de la Figure 6 montre la variation

de l'effort magnétique et de l'effort antagoniste d'ordre mé-

canique de la soupape d'injection de la Figure 5, en fonction de la course de soulèvement "s". Le mouvement de l'armature

s'amorce au moment o l'effort magnétique l'emporte sur l'ef-

fort antagoniste F1 du ressort de rappel 82 de l'armature.

Après avoir effectué la course S1, l'armature vient au con-

tact de l'obturateur, qui est soumis à l'effort d'appui de

son ressort de rappel 91 et aux efforts d'ordre hydraulique.

Il en résulte une forte augmentation de l'effort mécanique

antagoniste, qui peut alors dépasser l'effort magnétique.

Mais avec l'augmentation de l'effet de compensation de pres-

sion sous la surface de l'obturateur en appui sur son siège, l'effort antagoniste diminue à nouveau, et vers la fin du

mouvement de soulèvement il y a à nouveau une marge excéden-

taire d'effort magnétique. Comme déjà indiqué à plusieurs re-

prises, on choisit la valeur de la masse de l'obturateur, pour assurer une disparition rapide des rebondissements dus au choc de l'armature et de l'obturateur arrivant l'un

contre l'autre en sens inverses. Il faut que l'effort mécani-

que en fin d'ouverture de la soupape soit supérieur à la moi-

tié de l'effort magnétique à saturation, pour assurer un mou-

vement de rappel rapide et de durée brève. Les rebondisse-

ments de l'obturateur en fin de mouvement de rappel de ce-

lui-ci cessent rapidement, car le ressort de rappel agit sur

l'obturateur avec un effort assez élevé, alors que la vites-

se de fermeture est faible.

On va exposer maintenant l'application des parti-

cularités conformes à l'invention, dans le cas de soupapes

d'injection déjà connues quant à leur configuration généra-

le.

On a représenté sur la Figure 7 une soupape d'in-

jection électromagnétique dont l'armature est sphérique, et

8859 FR

45. 2560644

dont le circuit magnétique est formé d'éléments feuilletés,

confectionnés en feuillard mince. La jupe 106 du circuit ma-

gnétique est constituée par une série de doigts qui séparent

des ouvertures de grande surface.

L'armature 113 est guidée, par la tôle de la jupe, avec un léger jeu radial. Grâce à ce circuit magnétique à

faible champ de pertes, on peut utiliser une armature d'en-

combrement réduit, et de masse faible, sans que le rendement

électromagnétique en soit beaucoup réduit. Une rondelle min-

ce 105 en matière plastique non magnétisable est montée entre la plaque supérieure de la culasse et la jupe, pour définir l'entrefer résiduel. La plaque supérieure 104 de la culasse s'enfile sur le noyau 101. A l'intérieur de la monture 108

de l'enroulement, une gaine élastique 107 en matière plasti-

que est fixée par collage ou par soudage, de manière à ména-

ger une cavité entre l'enroulement et cette gaine, afin d'a-

mortir les oscillations hydrodynamiques. A l'intérieur de

l'armature, est montée la masse additionnelle 110. Cette mas-

se additionnelle 110, associée au ressort principal de rappel 103 et au ressort de rappel 111 qui est peu énergique, a pour

effet de produire une variation brusque de l'effort d'ouver-

ture. Pour réduire la réluctance, le pôle du noyau 101 est ajusté pour épouser le profil de l'armature sphérique, avec

une collerette étroite pour éviter l'effet de collage hydrau-

lique. Cette collerette n'a que quelques centièmes de mm de haut, pour permettre un équilibrage rapide de la pression sous la face d'appui du pôle. Une circulation de carburant est entretenue dans la soupape d'injection, pour y éviter la

formation de bulles.

Pour réduire les rebondissements et la fati-

gue mécanique du siège de la soupape, le corps 114 de l'in-

jecteur est réalisé avec une paroi mince. Là encore, on ac-

corde la fréquence naturelle du corps de l'injecteur, pour faire cesser rapidement le rebond de l'armature 113 qui est dû au choc entre les pièces en mouvement en sens

inverses. On dispose le plan du joint d'assemblage du boî-

tier au voisinage du pôle, pour éviter les problèmes de cen-

trage. On peut régler la course de l'armature en faisant

8859 FR

46. 2560644

tourner le noyau, au moyen d'un système à vis; on règle l'ef-

fort mécanique en fin de course en faisant tourner la vis de

réglage 100.

La Figure 8 représente une soupape d'injection 6-

lectromagnétique ayant une armature sphérique et un disposi- tif atomiseur. Le circuit magnétique comporte un bottier 120, un noyau 121 enfoncé à force dans le bottier, une plaque de culasse 127, et une armature sphérique 126. L'armature est guidée dans la plaque de culasse, avec un léger jeu radial, pour assurer des mouvements de fermeture fidèles.La plaque

de culasse 127 est solidement fixée au corps 128 de l'injec-

teur, en matière non magnétisable, par exemple par collage, sertissage ou soudage. En même temps, la plaque d'armature,

solidaire du corps de l'injecteur est centrée par une colle-

rette, pour assurer un centrage correct de l'armature. Pour l'amortissement des oscillations hydrodynamiques, la monture 123 de l'enroulement comporte une cavité interne, obturée à sa partie supérieure par un joint annulaire 122 en matière

non magnétisable et électriquement isolante. Ce joint annulai-

re est fixé par collage ou par soudage. On peut également réa-

-liser cette cavité directement en cours de fabrication de la monture de l'enroulement, par exemple par soufflage ou par un

procédé analogue.

Le pôle du noyau est sphérique, avec un rayon lé-

gèrement supérieur à celui de l'armature sphérique, à raison

d'une différence de quelques centièmes de mm. Ainsi, la sec-

tion transversale de l'entrefer tend à s'élargir de l'inté-

rieur vers l'extérieur, ce qui évite un collage hydraulique, et assure un amortissement efficace de l'armature à la fin

de sa course de soulèvement. Cette légère différence de ra-

yon permet en outre de compenser de légères imperfections de centrage du noyau. Le carburant qui arrive à l'obturateur passe presque en totalité à travers des petits trous de la plaque de culasse 127. Suivant la vitesse d'écoulement du carburant, un effet d'étranglement notable se produit dans

ces trous, entraînent une dépression importante à pleine ou-

verture de la soupape. Cette dépression produit dans le sens

de la fermeture un effort de rappel qui dépend de l'écoule-

8859 FR

47. 2S60644

ment. Même à faible ouverture de la soupape, suivant le rap-

port des diamètres du siège de la soupape et de l'armature,

on obtient un effort de rappel considérable; et si le diamè-

tre de la bille est suffisamment fort par rapport à celui du siège de la soupape, il en résulte une courbe d'effort à pente ascendante accentuée, pour une ouverture croissante de - la soupape. Cet effort de réaction est assez fidèle dans une production de série, même avec une fabrication relativement imprécise des orifices d'arrivée du carburant. On peut ainsi se dispenser en général d'un réglage particulier de l'effort

de rappel. La forte pente ascendante de la courbe permet d'-

obtenir un effort de rappel important en fin de course d'ou-

verture, d'une manière favorable au fonctionnement de la sou-

pape, en assurant à celle-ci un mouvement de rappel de durée brève. On peut également obtenir un effet d'étranglement avec des rainures radiales ménagées dans la plaque de culasse, en

donnant à ces rainures une orientation oblique pour communi-

quer un mouvement angulaire au carburant. Evidemment, il est

plus onéreux de réaliser ces rainures avec la précision vou-

lue que de percer de simples trous. En outre, ces rainures

réduisent la solidité de la plaque de culasse, et la préci-

sion de guidage de l'armature.

Les rebonds qui se produisent à-; Ia-

fin du mouvement de soulèvement sont réduits dans une large

mesure grâce à l'amortissement hydraulique obtenu dans l'in-

terstice d'impact. Par rapport à l'effort mécanique en fin de course, l'effort du ressort de rappel 125 est faible et

sert seulement à assurer l'étanchéité correcte de l'obtura-

teur sur son siège, en particulier à l'arrêt du moteur.

La section transversale de la pièce polaire du

noyau 121 est beaucoup plus forte que celle du reste du no-

yau. Ainsi, malgré la faible épaisseur de la paroi du noyau,

on obtient au régime de saturation un effort magnétique dé-

passant à peine l'effort mécanique en fin de course, Grâce

à cette disposition, on augmente l'inductance de l'enroule-

ment pour un même nombre de tours, et on en réduit donc la fatiguethermique. Il est possible d'utiliser un circuit de commande très simple sans pour autant réduire le courant de

8859 FR

*48, 2560644

maintien. La réduction d'intensité qui est alors toujours nécessaire, est obtenue au moyen d'une résistance extérieure

branchée en série.

Pour obtenir une durée de rappel assez courte, il est toujours nécessaire de prévoir un entrefer résiduel si

on utilise des circuits de commande peu compliqués. Cet entre-

fer résiduel est situé entre la plaque de culasse 127 et le boîtier 120. En même temps, cet entrefer résiduel sert à

laisser passer l'air d'atomisation. Le courant d'air d'atomi-

sation provient d'un filtre à air séparé (non représenté) qui

est fixé directement au bottier de la soupape. Ltair d'atomi-

sation passe à travers des ouvertures de grande surface ména-

gées dans le boitier, et sert en même temps à refroidir l'en-

roulement de l'électro-aimant. Ensuite l'air passe dans des

trous radiaux, qui peuvent aussi avoir une composante d'o-

rientation dans le sens tangentiel, pour introduire un effet de rotation. L'air parvient alors à la chambre de mélange, située dans le bas du corps 128 de l'injecteur. Le mélange intime du carburant et de l'air d'atomisation se produit dans le tube de mélange 129. Celui-ci comporte un passage interne qui va en s'amincissant dans le sens de l'écoulement, pour améliorer l'effet d'atomisation du carburant dans l'air qui lé parcours à une vitesse subsonique. L'atomisation du-carbu" rant est en outre favoriséepar un bec de sortie de profil

aigu, ménagé à l'extrémité du tube de mélange.

On peut régler la course utile de la soupape, en faisant tourner le corps du gicleur. On bloque ensuite le corps du gicleur, une fois ce réglage terminé, de préférence avec un pointeau, pour immobiliser le corps du gicleur par

rapport au bottier.

On a représenté sur la Figure 9 une soupape d'in-

jection électromagnétique pourvued'un système atomiseur à air chaud. Le circuit magnétique comporte un noyau à paroi mince 142, enfoncé à force dans un boîtier 141 en matière

non magnétisable. La jupe 144 du circuit magnétique est a-

jourée, avec de grandes ouvertures, et emboîtée sur une bor-

dure périphérique de la plaque de culasse inférieure148. La

masse additionnelle 146 repose sur une saillie annulaire in-

8859 FR

49. 2560644

terne du noyau tubulaire 142, et sollicitée en appui par un ressort 143, de manière à provoquer une variation brusque de l'effort utile à l'ouverture de la soupape, en combinaison avec le ressort de rappel 150. L'armature tubulaire 149 est réalisée avec une paroi extrêmement mince et avec un diamètre

interne important, afin d'assurer un faible effet d'étran-

glement au passage du carburant, et un faible taux de pertes par courant de Foucault. L'armature comporte une collerette

qui améliore nettement sa solidité. En outre, cette colleret-

te est située entre la plaque de culasse inférieure 148 et

le noyau tubulaire 142, afin d'assurer une réalisation com-

pacte du circuit magnétique, et un blindage magnétique par-

tiel de l'entrefer de travail, pour contribuer à réduire le

champ de pertes. L'armature, le tube de guidage, et l'obtu-

rateur de la soupape forment une seule pièce, dont la partie tubulaire associée au circuit magnétique a une épaisseur de paroi d'environ 0,5 mm seulement, alors que la paroi du tube de guidage est d'environ 0,2 mm seulement. En conséquence, la masse de l'armature est inférieure à 1 g, et les pertes

électrodynamiques sont réduites au minimum, la soupape d'in-

jection considérée peut fonctionner à une vitesse de manoeu-

vre très élevée, avec une consommation électrique très fai-

ble. De préférence, l'armatuare a une largeur de 5 à 8 mm. Ce diamètre important de l'armature permet d'avoir un siège de

soupape de diamètre important, grâce à quoi on obtient un dé-

bit de carburant de valeur élevée pour une faible course de l'armature. La surface polaire de l'armature comporte des rainures radiales pour assurer l'équilibrage de pression en

position haute de l'armature. La surface d'appui de l'arma-

ture ou celle du noyau est meulée dans le sens radial, pour éviter le collage hydraulique. Des trous de grand diamètre sont prévus à la base de l'armature et dans la zone de l'équipage mobile, pour faciliter l'écoulement du carburant avec un

faible effet d'étranglement et de variation de pression.

L'armature 149 montée dans la partie inférieure 151 du bottier, comporte une partie inférieure et une partie

supérieure. La faible longueur des plages de contact de l'é-

quipage mobile réduit les effets de frottement. Le corps 152

8859 FR

50. 2560644

du gicleur, en forme de rondelle, est enfoncé à force dans

le bottier, et présente une fréquence naturelle assez basse.

L'usinage du corps du gicleur et du trou du siège peut s'ef-

fectuer en une seule opération, sans avoir à changer de bri-

dage. On règle la course de l'armature en modifiant la position du noyau 142. Ensuite, on enfonce à force le doigt

de réglage 140 dans le bottier 141, pour régler l'effort mé-

canique en fin de course. Comme le noyau et le doigt de ré-

glage ont le même diamtre la fabrication s'en trouve simpli-

fiée.

Pour évacuer la chaleur, on fait circuler cons-

tamment du carburant frais dans la soupape d'injection. Le carburant circule en passant à travers de grands trous, qui peuvent avoir une orientation tangentielle pour provoquer un

écoulement en tourbillon. Ensuite, le carburant arrive en re-

gard du siège de la soupape, pour s'écouler après cela dans le bottier, en traversant l'armature et sortir en passant entre le noyau et le doigt de réglage. Il est donc inutile

de prévoir des trous radiaux dans ces pièces.

Le dispositif atomiseur est enfoncé à force dans

la base du bottier. Une jupe isolante 153, en matière à fai-

ble conductivité thermique, assure la protection contre la

chaleur. Le dispositif atomiseur comporte une monture tubu-

laire 154 pour le tube de mélange 155. Celui-ci comporte en

haut une collerette de fixation engagée à force dans la mon-

ture tubulaire. L'air chaud servant à l'atomisation arrive par un raccord 156 qui débouche dans la monture tubulaire du tube de mélange. Le courant d'air chaud circule ainsi en montant autour du tube de mélange, en sens inverse du jet de carburant atomisé, jusqu'à une tuyère annulaire, disposée en saillie externe en haut du tube de mélange. Ainsi le tube de mélange subit un chauffage intense, assurant l'évaporation

du carburant qui pourrait tendre à se condenser à l'intéri-

eur du tube. Près de son extrémité de sortie, le tube de mé-

lange porte des saillies de guidage obliques, pour assurer le centrage du tube de mélange, et communiquer un effet de tourbillon au courant d'air d'atomisation. Le courant d'air

8859 FR

51. 256064

chaud sortant de la tuyère annulaire forme ainsi un tourbil-

lon autour du jet de carburant qui est projeté pour se pul-

vériser au centre du tourbillon d'air chaud o existe une

dépression favorable pour assurer l'accélération des goutte-

lettes de carburant. Il se produit ainsi un rapport de pres- sion supercritique entre l'air d'atomisation et la pression qui règne dans la tubulure d'aspiration du moteur, et ceci

provoque des chocs de compression qui améliorent l'effet d'a-

tomisation.

Pour conclure, on donne ci-après quelques indica-

tions sur le mode de réalisation de la pompe à carburant et

sur le système de commande électrique de celle-ci.

Pour faire fonctionner la soupape d'injection con-

forme à l'invention, en y créant la pression nécessaire pour 1 le carburant, il faut une pompe d'alimentation. Pour des pressions d'alimentation de faible valeur, on connaît divers genres de pompes. La régulation de pression d'arrivée du carburant peut alors être réalisée, d'une manière connue, par simple effet de décharge du carburant en excès. Mais on se heurte à des problèmes particuliers dans le cas de pompes

destinées à alimenter la soupape d'injection conforme à l'in-

vention, sous une pression de l'ordre de 1.000 bars, A cause de cette pression on est obligé d'avoir recours uniquement à une pompe à piston. La puissance à fournir pour entraîner cette pompe est très élevée, et pour réduire la consommation

de puissance, il est donc souhaitable que le débit volumêtri-

que de la pompe ne soit pas plus élevé qu'il ne faut à chaque régime de fonctionnement du moteur concerné. Par exemple, on

peut commander le piston de la pompe à l'aide d'un excentri-

que réglable. Mais la puissance absorbée par une pompe à ex-

centrique de ce genre présente un hystérésis important, et

un dispositif de réglage direct comportant un vérin pour a-

gir sur un levier de commande de l'excentrique produit des réactions inacceptables sur la pression ainsi obtenue. En

outre, les transmissions à levier présentent des difficul-

tés, à cause de la valeur élevée à prévoir pour le rapport de transmission, et des efforts extrêmement élevés qu'il faut appliquer au levier. C'est pourquoi il est souhaitable

8859 FR

52. 2560644

d'assurer un réglage indirect de la pompe. Habituellement, on peut se contenter d'avoir une pompe à un seul piston et se passer d'accumulateur, l'effet d'accumulation étant ainsi

assuré grâce à la compressibilité du carburant et à l'élas-

ticité des canalisations. On a représente sur la Figure 10 le schéma d'un

circuit de commande d'une pompe à carburant à réglage indi-

rect. Une pompe auxiliaire assure d'abord l'envoi du carbu-

rant à pression sensiblement constante dans un accumulateur, d'o le carburant sort pour passer à travers une soupape de réglage avant d'aboutir à la pompe à haute pression. On peut régler la pression de la pompe auxiliaire d'alimentation de manière simple, par décharge du carburant en excès. Le débit volumétrique de la pompe a haute pression est réglable, au moyen d'un vérin à basse pression, La pression de la pompe à haute pression agit sur le régulateur de pression; celui-ci comporte un piston soumis d:un cote à la haute pression et

de l'autre côté à l'effort d'un ressort antagoniste réglable.

Ainsi, la valeur de la pression de consigne correspond à la course du piston du régulateur. De préférence, on utilise

un ressort antagoniste constitué par des groupes de coupel-

les élastiques, car on obtient ainsi un rapport élevé entre l'effort en jeu et le déplacement du piston. Sous l'action

du régulateur, le vérin à basse pression se trouve tantôt re-

lié à la bâche d'évacuation, et tantôt à la pompe auxiliaire

d'alimentation. Pour créer un effet d'hystérésis afin d'évi-

ter les difficultés dues à des oscillations, on peut prévoir un recouvrement entre les positions du régulateur. I1l est tcommode de disposer la sortie du régulateur au voisinage du circuit à haute pression, pour que le régulateur serve aussi de soupape de sûreté en cas d'anomalie de fonctionnement de

la pompe.

Dans la soupape d'injection conforme à l'invention, l'énergie cinétiquede l-'armature sert à provoquer l'ouverture de l'aiguille d'injection, et le délai qui s'écoule, entre l'instant o s'établit le courant d'excitation, et l'instant

o s'amorce le mouvement de l'aiguille, dépend dans une lar-

ge mesure de l'ordre de grandeur de la tension du courant

8859 FR

d'excitation. Pour éviter la dépense supplémentaire d'un circuit électronique réagissant en fonction des fluctuations

de cette tension, il est préférable de stabiliser cette ten-

sion par un dispositif électronique. Comme on n'utilise pas la puissance normale d'un transistor de commutation sous la tension de 12 V qui est habituelle sur un véhicule, et qu'il

faut en outre réduire l'intensité, il est intéressant d'aug-

menter la tension de commande au-delà de cette valeur habi-

tuelle de 12 V, jusqu'à une valeur comprise de préférence en-

tre 60 et 100 V. Pour augmenter ainsi la tension, il faut un

transformateur électronique, en général pourvu d'un transduc-

teur. Pour commander des électro-aimants ayant un faible taux

de pertes par courants de Foucault, on peut réduire d'une ma-

nière importante les frais à prévoir pour les composants, en

supprimant le transducteur, dont l'enroulement de l'électro-

aimant pourra alors tenir lieu. L'énergie accumulée pour 1'-

excitation peut alors être déchargée entre les phases d'ex-

citation par l'intermédiaire d'une ou plusieurs diodes, pour charger un condensateur de réserve. On va exposer le mode de fonctionnement d'un tel circuit, en référence à la Figure lla. La figure lla représente un circuit de commande, pour actionner deux soupapes d'injection électromagnétiques

M1 et M2. Cependant, ce circuit convient aussi pour comman-

der un nombre quelconque de soupapes d'injection, pourvu que les phases de fonctionnement de ces différentes soupapes ne se recouvrent pas. Le circuit comporte un condensateur de charge CL de forte capacité. Lorsque le courant d'excitation

est coupé sur l'électro-aimant deune soupape, le condensa-

teur CL se charge sous l'effet de l'énergie du champ électro-

magnétique d'excitation, à une tension supérieure à celle du circuit de bord du véhicule en cause. Une diode de Zener ZD est prévue pour limiter la tension, en cas d'anomalie de

fonctionnement du circuit. Le condensateur est monté en sé-

rie sur la tension d'alimentation fournie par le circuit de bord, si bien que pour l'excitation des électroaimants, la tension de bord et celle du condensateur s'ajoutent. Pour plus de clarté, on n'a- pas représenté le circuit logique de commande. On

expose ci-après le mode de fonctionnement du cir-

8859 FR

54. 2560644

cuit considéré, dans le cas o il s'agit d'assurer la manoeu-

vre cyclique de l'électro-aimant M1. On suppose que le con-

densateur de charge a déjà été chargé à la pleine valeur de

sa tension de fonctionnement.

Au début.de la période d'excitation de l'électro- aimant M1, les deux transistors T1 et T2 sont fermés en même

temps, de sorte que l'électro-aimant reçoit une tension éga-

le à la somme de la tension du circuit de bord et de la ten-

sion de charge du condensateur. La diode D1 empêche un court-

circuit du condensateur. Grâce à la valeur élevée de la ten-

sion qu'il reçoit ainsi, l'électro-aimant se trouve excité rapidement sous une intensité relativement faible. On appelle

cette phase la phase d'excitation rapide. Vers la fin de cet-

te phase d'excitation rapide, on coupe le transistor T1. L'-

intensité de maintien qui est alors nécessaire est hachée en modulant l'intensité d'alimentation fournie par le circuit

de bord, à travers la diode D1. Au cours des phases de rup-

ture du courant du transistor T3, on 3,

peut obtenir une chute lente ou rapide de l'intensité d'ex-

citation. On obtient une chute rapide en coupant le transis-

tor T2, ce qui assure un envoi d'énergie au condensateur de

charge à travers les diodes D1 et D2. Lorsqu'on ferme le tran-

sistor T2, l'électro-aimant est court-circuité -à travers la diode D3, ce qui provoque une chute de courant très lente, sans envoi d'énergie au condensateur de charge. Ainsi, on peut facilement régler la tension du condensateur de charge

en agissant sur le transistor T2, pour fermer ou couper ce-

lui-ci de préférence pendant les phases de courant de maintien. En outre,. le.ci.rouitpr&pas as&urae une grande -Liberté, quant au -choix

de l'allure du courant d'excitation pendant la levée de 1'-

aiguille d'injection, et ensuite.

Lorsqu'il s'agit d'opérer avec des durées d'in-

jection brèves et que le circuit n'a pas encore fonctionné,

il peut arriver qu'on ne dispose pas d'une énergie suffisan-

te pour charger le condensateur. En pareil cas, l'excitation de l'électroaimant se produit avant ou après chaque phase

de travail de celui-ci, avec un hachage du cou-

rant d'excitation, juste suffisant pour que l'effort magné-

8859 FR

tique ne dépasse pas encore l'effort mécanique antagonisteo 1 est alors possible de transaettre suffisamment d'énergie,

mnme si l'effort antagoniste est faible, car l'effort mnagné-

tique augmente suivant une loi quadratique. et l'entrefer est i, portant en position basse de l'armature. On peut galement assurer un appoint d l'énergie transmise grâce à une e:scita

tion préalable de l'électro-aimant.

Pour étudier l'allure du courant qui s'établit pour commander l'électroaimant, il faut évidemment monter des capteurs à résistance dans le circuit On ne les a pas

représentés pour plus de clarté. Pour faire varier le proces-

sus d'injection, on peut prévoir un réglage de la tension de charge. En particulier pour des soupapes d:'injection à basse pression, ce réglage peut tre ralisé dans un circi in7î -é grxe associe au circuit lcgique de. d-! enhemenit ce qui permet de se dispenser de t ranse i uissance e::ernes, gace

& ne bonne utilisation fdes tensi rs des transis=,- -

trs de i1-tage de sortie du c 2ircuit proposB;: e,teD ce$ 2iuPi.t irésente une gran'de s-c';ité 3.e encas -_ -alis

cie d:- oneticnnezen, car inest esï.u s il.

: enroulen'ent de l'séletro-aimant -

Ln peut encore aliorer la Seaú.i:ité du 2C=SlS de s ui.vemenrt grâce à un couplage de ln ge d-u chzM m g, ntique obtenu en déchairgeant le mdensa:teu?_ set déchar= 25.e peut s' effectuer au cour due deioscillatiis iX

faut poulr celà des circuits de c=mande onCZeuz,.D - n-

voir des circuits particulireent sipes, si ion *- e cette transmission d'énergie en -un quart d'osc-latin s Lement, comme dans le cas du cicit r d e l igure 1Do Du ns

ce; circuit, la!ogique de l-cm ent est tré 3 cnu -

reuse, et l'ensemble du circuit conrih en -zrticali2 oez co mmiander des soupapes d'injection à haute pression, Dans le circuit de la Figur lb sD11h on iise un

nuensateur d-_ charge CL ayant une 2apa _ite r--.....e.-

ú:aile. L'énergie accimul!e dans ce condensateur varie sen úoctix ïiiaire de sa Ycapaeiti, et en fo:nction di," car2 la ansiosz de char.ge 0n choisit la vale-u? de la -ension i.' h (- p'- assure3r l:2ae umuatoJn d 'une quanrtit dé-ner=

56. 2560644

gie suffisante pour une capacité comprise de préférence

entre 2 et 10 microfarads. Ceci demande une tension de char-

ge relativement élevée, comprise entre 100 et 300 V environ, suivant la taille c la soupape d'injection. Pour une valeur donnée de la durée de soulèvement et une valeur donnée pour l'inductance de l'électro-aimant, on choisit la valeur de la

capacité du condensateur pour avoir une consommation d'é-

nergie minimum.

A partir d'une source extérieure de courant, on charge le condensateur à la tension UH. En principe, on peut utiliser comme source de tension un oscillateur du type dit à blocage ou du type sans blocage. Dans un oscillateur sans blocage, la transmission d'énergie s'effectue au cours de la phase d'écoulement du transducteur. L'étude théorique montre que même en chargeant le condensateur au régime de rendement

idéal de l'oscillateur, il est impossible de dépasser un ren-

dement de 50 % quant à l'énergie envoyée ainsi au condensa-

teur, à cause de la perte considérable due à la résistance interne. Au contraire, un oscillateur à blocage permetde charger le condensateur avec un faible taux de perte, car

l'énergie provenant du champ magnétique du transducteur pas-

se pendant la phase de blocage, et les électro-aimants four-

nissent des impulsions constantes d'énergie, quel que soit la tension de charge. Ainsi, dans le cas considéré, il convient d'utiliser comme sources de courant uniquement des transformateurs de tension opérant suivant le principe d'un

oscillateur à blocage. On limite par un dispositif électro-

nique la valeur maximum de la tension de charge du condensa-

teur, en coupant l'alimentation en énergie. Il est intéres-

sant de pouvoir faire varier la tension de charge, pour mo-

difier le processus d'injection.

On peut mettre en oeuvre le circuit de la Figure llb avec un nombre quelconque d'électro-aimants, à volonté,

pourvu que leurs phases d'actionnement ne se recouvrent pas.

On va exposer le mode de fonctionnement d'un système o il

s'agit de commander l'électro-aimant M4. La décharge du con-

densateur est déclenchée par la fermeture simultanée du thy-

ristor Th et du transistor T3. L'enroulement de l'électro-

8859 FR

57. 2560644

aimant et le condensateur constituent alors un circuit réso-

nant. Le thyristor Th compris dans ce circuit a pour fonction

de basculer, après avoir atteint l'intensité maximum ou lors-

que la tension passe par zéro, pour empacher un retour de courant dans l'enroulement et une charge négative du conden-

sateur. En outre, en isolant ainsi le condensateur de char-

ge, on peut recommencer l'opération de charge même pendant

la phase active de l'électro-aimant, et on peut donc comman-

der de cette manière un grand nombre de soupapes d'injection électromagnétiques, au moyen d'oscillateurs à blocage de

faible puissance.

Avec des oscillateurs à blocage de petite taille, il n'y a pas besoin en général de couper l'alimentation, car l'énergie correspondante est trop faible pour empêcher la commutation. Et il suffit donc d'avoir un seul dispositif de régulation pour la tension maximum de charge, qui fonctionne

indépendamment des phases d'injection des soupapes ainsi des-

servies. Mais on peut aussi remplacer le thyristor par une diode, avec il est vrai une durée utile beaucoup plus faible

pour la charge du condensateur entre les manoeuvres d'injec-

tion, si bien qu'il faut alors un oscillateur à blocage de puissance maximum plus forte. Cependant on peut utiliser au

besoin cet oscillateur à blocage pour produire le courant-

de maintien.

La diode D5 évite les court-circuits avec le cir-

cuit d'alimentation de bord, Après le blocage du thyristor, l'alimentation se poursuit avec le courant de bord, à la

tension UB. Dans le circuit considéré, l'alimentation direc-

te à partir du circuit de bord produit une chute exponen-

tielle d'intensité, à rythme lent, mais avec les soupapes d'injection conformes à l'invention, qui ont un faible taux de pertes par courants de Foucault et un effort de rappel

élevé, cette chute n'entralne pas un délai de retour inac-

ceptable lorsque la durée d'injection est brève, Avec des

enroulements dont la résistance est faible, il est nécessai-

re de prévoir en série avec la diode D5 une résistance qui limite l'intensité du courant de maintien. Mieux encore, on

peut prévoir alors un circuit de régulation de cette inten-

8859 FR

*58. 256064

sité. D'autre part, en présence d'exigences moins sévères quant à la dynamique et avec des efforts de rappel assez faibles, on peut relier directement la diode D5 à la masse, au lieu de la brancher sur la tension du courant de bord, le courant de maintien étant alors produit par le champ magnétique de l'électro-aimant. Mais si les exigences d'ordre

dynamique sont sévères, il est toujours souhaitable de pré-

voir un dispositif supplémentaire de stabilisation pour le courant de maintien, ou pour la tension d'alimentation. Pour

1C assurer une réduction rapide du champ après une phase d'exci-

tation rapide, on coupe brièvement le transistor à la fin du processus de soulèvement. Pour limiter l'extra-courant de

rupture il faut prévoir une protection supplémentaire, évi-

demment, bien qu'on ne l'ait pas représentée. On peut aussi

limiter le courant de maintien en pratiquant des coupures mo-

dulées. Les circuits connus de ce genre sont faciles à combi-

ner avec le circuit conforme à l'invention, et il n'y a donc

pas lieu d'en donner une description détaillée. Evidemment,

lorsqu'on pratique des coupures modulées du courant de main-

tien, la fidélité du processus d'injection s'en trouve un peu affectée, car les conditions électrodynamiques varient

alors un peu dans la phase de retour, selon le sens de varia-

tion de l'intensité de maintien, en croissance ou en décrois-

sance, au moment de la coupure complète.

En conclusion, il convient de bien préciser que

les dispositions prévues dans l'invention ne sont pas unique-

ment applicables aux soupapes d'injection électromagnétiques du genre considéré. En effet, les dispositions conformes à l'invention peuvent être utilisées dans tous les cas o il

s'agit de réaliser des mouvements de retour très rapides, a-

vec une grande fidélité et une très faible consommation d'é-

nergie. En outre, les soupapes d'injection proposées peuvent

être utilisées sous une forme légèrement modifiée, pour réa-

liser des électro-vannes rapides pour des circuits de flui-

des et notamment des circuits hydrauliques quelconques. En particulier on peut utiliser également les électro-aimants

déjà proposés par le Demandeur dans DE -A -

3 314 900, en y prévoyant les ouvertures de grande surface

8859 FR

59. 256064

proposées plus haut, et en renforçant les éléments des cir-

cuits magnétiques par des nervures ou des bords tombés. On

peut prévoir sur ces circuits magnétiques des faces polai-

res élargies et/ou en collerettes.

D'autre part, on peut réaliser les pièces élémen- taires des soupapes d'injection électromagnétiques en les

fabriquant de diverses manières; par exemple, on peut con-

fectionner les pièces de l'électro-aimant par frit-

tage, emboutissage, par formage au tour, ou encore en les u-

sinant avec enlèvement de copeaux.

Il est possible d'utiliser un effet de retour hy-

draulique dans presque toutes les soupapes d'injection con-

nues, du type à basse pression comportant une armature guidée dans le sens radial. Il suffit pour cela d'assurer un étrant glement du courant de carburant à l'intérieur de la soupape, entre le haut et le bas des parties mobiles, afin d2obtenir

un effort de rappel en fonction du débit.

8859 FR

60. 2560644

Claims

REVENDICATIONS. -

1. Soupape d'injection électromagnétique, en par-

ticulier pour l'injection du carburant dans la tubulure d'as-

piration ou dans la chambre de combustion d'un moteur à explosion,., comportant un électro-aimant dont l'arma-

ture mobile actionne un obturateur ayant une masse très infé-

rieure à celle de l'armature, avec une certaine liberté de liaison entre l'obturateur et l'armature, pour que celle-ci ne puisse agir sur l'obturateur que dans un seul sens; la 0l soupape étant caractérisée en ce qu'elle comporte un organe

élastique, tel qu'un ressort de rappel, pour maintenir l'ar-

mature en position de repos avant le début d'un cycle de

fonctionnement; en ce que l'effort d'appui exercé par cet or-

gane élastique n'est qu'une fraction de l'effort produit par l'électroaimant en régime de saturation; l'agencement étant tel que l'armature, après avoir vaincu cet effort d'appui,

se déplace sur la majeure partie de sa course sans communi-

quer aucun effort notable à l'obturateur de la soupape, pour venir heurter l'obturateur avec une vitesse importante après s'être ainsi déplacée sur la majeure partie de sa course; l'armature entraînant alors l'obturateur dans son mouvement,

de telle sorte qu'une partie importante du travail d'ouver-

ture est fournie par l'énergie cinétique de l'armature et des

pièces mobiles qui l'accompagnent.

2. Soupape d'injection électromagnétique, en par-

ticulier pour l'injection du carburant dans la tubulure d'as-

piration ou dans la chambre de combustion d'un

moteur à explosion, comportant un électro-aimant pourvu d'u-

ne armature mobile qui commande un obturateur de la soupape,

celle-ci comportant en outre un gicleur dont le corps présen-

te un siège pour recevoir l'obturateur; la soupape étant ca-

ractérisée en ce que le corps du gicleur est relativement

souple,-et présente une fréquence naturelle assez basse, ac-

cordée de telle manière que le rebondissement de l'obtura-

teur de la soupape s'effectue en sens inverse des oscilla-

tions du corps du gicleur.

3. Soupape d'injection électromagnétique, en par-

ticulier pour l'injection du carburant dans la tubulure d'-

8859 FR

61. 2560644

aspiration ou dans la chambre de combustion d'un moteur à explosion, comportant un électro-aimant pourvu d'une armature mobile pour actionner un obturateur de la

soupape; des faces d'appui étant prévues sur les parties mo-

biles du système, en regard de faces d'appui correspondantes prévues sur les parties fixes à partir desquelles s'effectue

la transmission des efforts en jeu; et ces faces d'appui é-

tant soumises à des déplacements relatifs dans lesquels se créent entre les faces précitées des interstices étroits qui sont remplis de carburant, au moins par intermittence; la

soupape étant caractérisée en ce que, lorsque les faces d'ap-

pui reposent l'une sur l'autre, au point de supprimer l'in-

terstice correspondant, des moyens sont prévus pour laisser libre à l'intérieur de la soupape un passage d'arrivée pour le carburant, afin que celui-ci puisse s'écouler sensiblement

sans interruption jusqu'à l'obturateur de la soupape.

4. Soupape d'injection électromagnétique, pour l'injection du carburant dans la tubulure d'aspiration d'un moteur à explosion, comportant un électro-aimant pourvu d'une armature mobile montée dans un guidage avec un faible

jeu radial, pour actionner un obturateur de soupape ou te-

nir lieu elle-même d'obturateur; caractérisée en ce que l'ar-

rivée du carburant jusqu'au siège d'obturation de la soupape

s'effectue à travers des trous d'étranglement, pour que l'ef-

fet de dépression ainsi créé à l'endroit de la face aval de l'obturateur se traduise par un effort de rappel dans le sens de la fermeture; le calibre des trous d'étranglement étant

choisi pour que la courbe de l'effort de rappel soit ascen-

dante dans le sens de l'ouverture.

5. Soupape d'injection électromagnétique, en par-

ticulier pour l'injection du carburant dans la tubulure d'as-

piration ou la chambre de combustion d'un moteur à explosion, comportant un électro-aimant dont l'armature mobile commande l'obturateur de la soupape; celle-ci étant caractérisée en ce qu'elle comporte un amortisseur élastique, en forme de

gaine tubulaire, pour amortir les oscillations hydrodynami-

ques, cet amortisseur tubulaire étant monté concentriquement autour de la section d'arrivée du.carburant qui arrive.à l'obturateur

8859 FR

62. 2560644

de la soupape, au voisinage immédiat de cet obturateur, ou se trouvant lui-même entouré par la section d'arrivée du carburant.

6. Soupape d'injection électromagnétique, en par-

ticulier pour l'injeçction du carburant dans la tubulure d'- aspiration d'un moteur à explosion, comportant un dispositif

pour atomiser le carburant au moyen d'un courant d'air d'a-

tomisation; caractérisée en ce que le courant d'air d'atomi-

sation provient d'un filtre à air séparé.

7. Soupape d'injection électromagnétique, en par-

ticulier pour l'injection du carburant dans la tubulure d'as-

piration d'un moteur à explosion, comportant un dispositif

pour atomiser le carburant au moyen d'un courant d'air d'ato-

misation; caractériséeen ce que l'air d'atomisation subit un échauffement intense dans un échangeur de chaleur, disposé de préférence dans le courant des gaz d'échappement du moteur; un moyen d'isolation thermique étant prévu entre-la soupape etle dispositif datomi ation, et celle-ci étant parcourue en 'permanenee par un -courant -de carburant

frais, pour assurer un refroidissement supplémentaire.

8. Procédé pour repousser la limite de détonation dans un moteur à explosion à allumage commandé, comportant

un dispositif d'injection d'eau dans la tubulure d'aspira-

tion, caractérisé en ce qu'on effectue l'injection d'eau

seulement aux régimes de grande puissance du moteur, et sur-

tout en fonction des indications d'un détecteur de détona-

tion.

9. Procédé pour régler une soupape d'injection

électromagnétique, caractérisé en ce qu'on opère avec un cou-

rant d'air, comme milieu d'écoulement.

10. Soupape d'injection électromagnétique, com-

portant un électro-aimant dont l'armature mobile commande un obturateur de la soupape, caractérisée en ce que l'armature

présente un diamètre interne important -et est - ri-

BB gidbment --- fi-xéeà un- -tube - de guidage al- -

longé qui a une paroi mince; en ce que le pale interne de

l'armature est en saillie profondément enfoncée dans l'en-

roulement; et en ce que le pale externe est constitué par

8859 FR

63. 25 0644

un collet court.

11. Soupape d'injection électromagnétique compor-

tant un électro-aimant de révolution dont l'armature mobile commande un obturateur de la soupape ou constitue elle-même cet obturateur; l'armature étant montée dans une pièce de guidage axial étroite, avec un faible jeu.radial; caractérisée en ce que la jupe du circuit magnétique est ajourée et comporte

des ouvertures de grande surface.

12. Soupape d'injection électromagnétique, compor-

tant un électro-aimant dont l'armature mobile commande un

obturateur de la soupape ou constitue elle-même cet obtura-

teur; caractérisée en ce que la section transversale du plus petit des p8les est supérieure à la section la plus faible

du circuit magnétique.

13,. Soupape d'injection électromagnétique comport tant un électro-aimant dont l'armature mobile constitue en même temps un obturateur de soupape; caractérisée en ce que l'armature présente une paroi de faible épaisseur et un diamètre interne important; cette armature étant liée à un tube de guidage allongé et à paroi mince, qui est obturé à l'endroit de son extrémité opposée à l'armature, et joue le râle d'obturateur de soupape; et en ce que l'armature, traversée par un courant de carburant, et pourvue de grands trous d'équilibrage de pression, est montée dans une pièce

de guidage avec un faible jeu radial.

14. Soupape d'injection électromagnétique, com-

portant un électro-aimant dont l'armature mobile, rigidement liée à un tube allongé à paroi mince, commande un obturateur

de soupape; celle-ci étant caractérisée en ce que le cir-

cuit magnétique est constitué au moins en partie d'une pou-

dre à faible hystérésis ayant un taux d'induction élevé au régime de saturation; cette poudre étant solidement enrobée d'une matière isolante; et en ce que le circuit magnétique comporte des pièces polaires dont la section transversale

est relativement importante.

15. Soupape d'injection électromagnétique com-

portant un électro-aimant à armature-mobile; caractérisée en ce que l'enroulement de l'électro-aimant est constitué par

8859 FR

64. 2560644

un ruban de feuillard mince.

16. Pompe à carburant pour alimenter des soupapes d'injection électromagnétiques à très haute pression, cette pompe comportant un étage d'entrée, un étage à haute pression et un dispositif de réglage du débit volumétrique; caractéri-

sée en ce que le dispositif de réglage est commandé hydrauli-

quement par un vérin auxiliaire alimenté en carburant à la pression de l'étage d'entrée; la position du vérin auxiliaire étant commandée, en fonction de la pression, par une soupape

1 de réglage.

17. Procédé pour commander une soupape d'injection

électromagnétique, caractérisé en ce qu'on applique à la sou-

pape électromagnétique une tension supérieure à celle du cou-

rant de bord, qui est stabilisée par un dispositif électroni-

que.

18. Procédé pour commander une soupape d'injection électromagnétique, caractérisé en ce qu'on excite la soupape

électromagnétique en déchargeant un condensateur dont la ten-

sion de charge dépasse largement la tension du courant de

bord et est limitée par un dispositif électronique.

19. Procédé pour commander une soupape d'injection électromagnétique, caractérisé en ce qu'on excite la soupape électromagnétique en lui appliquant une tension supérieure à

celle du courant de bord, et en ce qu'on limite la valeur ma-

ximum de l'intensité efficace par des coupures modulées; la tension surélevée étant fournie par un condensateur qui est chargé pendant les phases de coupure, grâce à l'extra-courant de rupture de l'électro-aimant; aucun transformateur externe de tension n'étant associé au condensateur de charge, et la

tension de charge étant régulée au moyen d'un circuit électro-

nique dont dépendent les phases de coupure.

20. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 1, caractérisée en ce que l'effort mé-

canique d'ouverture de l'aiguille d'injection est supérieur

à l'effort magnétique de l'électro-aimant au régime de satu-

ration.

21. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 1 et aux revendications rattachées à

8859 FR

65. 256064

celle-ci, caractérisée en ce que l'obturateur de la soupape

est soumis de toutes parts à la pression du système.

22. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 1 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci, caractérisée en ce que l'armature, ainsi que les piè-

ces qui l'accompagnent, ou l'obturateur de la soupape, vien-

nent heurter une masse additionnelle, après avoir effectué une partie de leur course dans le sens de l'ouverture, cette masse additionnelle étant soumise à l'effort d'appui d'un ressort de rappel énergique agencé de telle manière que 1t effort mécanique final soit légèrement inférieur à l'effort

d'induction de l'électro-aimant au régime de saturation.

23. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 1 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci, caractérisée en ce que l'obturateur de la soupape est

associé à un ressort de rappel énergique et réservé à l'obtu-

rateur qui tient lieu lui-même de masse additionnelle.

24. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 1 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci, caractérisée en ce qu'on effectue le réglage de cette

soupape en ajustant la course de l'armature, la course d'ou-

verture de l'obturateur, et l'effort mécanique final.

25. Soupape d'injection électromagnétique conforme

aux revendications 1 et 2, et aux revendications rattachées à

celles-ci; caractérisée en ce que l'interstice résiduel exis-

tant en position de repos de l'armature est prévu sur une

surface aussi importante que possible, afin d'assurer un a-

mortissement hydraulique en bout de course de l'armature.

26. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 1 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci, caractérisée en ce que la partie préliminaire de la course de l'armature correspond à environ 50 % de la course

d'ouverture de l'obturateur de la soupape.

27. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 3 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci, caractérisée en ce que les surfaces d'appui en butée sont sphériques et s'engagent l'une dans l'autre; et en ce

que le rayon de courbure de la surface intérieure est infé-

8859 FR

66. 2560644

rieur à celui de l'autre surface d'appui, à raison d'une dif-

férence de quelques centièmes de mm.

28. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 3 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci; caractérisée en ce que l'une des surfaces d'appui por- te des stries orientées dans le sens de l'écoulement, ces

stries ayant une profondeur comprise entre 1 et 5 microns en-

viron et donc sensiblement supérieure aux irrégularités de

la surface d'appui opposée.

29. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 3 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci, caractérisée en ce que l'une des surfaces d'appui en butée est plane, l'autre surface d'appui étant chanfreinée, avec

une inclinaison inférieure à 1 .

30. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 3 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci, caractérisée en ce que l'une des surfaces d'appui en butée présente une élasticité réduite par rapport à celle de

la surface d'appui associée; cette surface d'appui relative-

ment plus souple.pouvant ainsi épouser progressivement l'au-

tre surface plus rigide dans le sens de l'écoulement.

31. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 3 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci, caractérisée en ce qu'au moins l'une des deux surfaces

d'appui en butée présente un profil cambré.

32. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 3 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci, caractérisée en ce que les surfaces d'appui en butée

sont durcies.

33. Soupape d'injection électromagnétique conforme à la revendication 5, caractérisée en ce que l'amortisseur en forme de gaine tubulaire sert à obturer une cavité qui n'est pas remplie de carburant, cette cavité pouvant être à l'intérieur ou à l'extérieur de l'amortisseur en forme de

gaine tubulaire.

34. Soupape d'injection électromagnétique conforme

A la revendication 5 et aux revendications rattachées à cel-

le-ci, caractérisée en ce que la cavité est disposée directe-

8859 FR

67. 2560644

ment en regard de la monture de l'enroulement de l'électro-

aimant.

35. Soupape d'injection électromagnétique conforme à la revendication 6, caractérisée en ce que le filtre à air séparé est disposé directement sur la soupape d'injectiono.

36. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 6 et à la revendication rattachée à cel-

le-ci, caractérisée en ce que le filtre à air entoure la jupe de la soupape d'injection et en ce que le courant d'air passe par des ouvertures de grande surface découpées

dans la jupe pour traverser la zone de l'enroulement de l'é-

lectro-aimant et aboutir au dispositif d'atomisation.

37. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 7 et à la revendication rattachée à cel-

le-ci, caractérisée en ce que le dispositif d'atomisation comporte un tube de mélange qui va en se rétrécissant dans

le sens de l'écoulement.

38. Soupape d'injection électromagnétique conforme

à la revendication 7 et aux revendications rattachées à cel-

le--ci, caractérisée en ce que le tube de mélange est entoure par un courant d'air chaud d'atomisation qui sécoule à l'enr vers du sens d'éjection de la soupapeO

39. Procédé conforme à la revendication 9 et à la revendication rattachée à celle-ci, caractérisé en ce que,

pour régler le débit en régime stabilisé, on choisit les va-

leurs de la pression absolue et de la différence de pression

de manière à avoir un écart suffisant par rapport à la vi-

tesse du son dans l'air et sensiblement le même nombre de

Reynolds que pourle courant de carburant.

40. Procédé conforme à la revendication 9 et à la revendication rattachée à celle-ci, caractérisé en ce que, pour l'étalonnage des propriétés dynamiques on opère avec une pression d'air sensiblement égale à la pression du

carburant dans le système considéré.

41. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 10 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que le pôle interne et le pôle externe ont des sections transversales ayant sensiblement

8859 FR

68. 2560644

la même valeur, ces sections transversales ne présentant

aucun rétrécissement.

42. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 10 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que l'armature est renforcée par au moins une pièce en tôle en forme de chapeau concentrique

à l'armature.

43. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 10 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que la jupe du circuit magnéti-

que comporte au moins deux pièces en tôle mince.

44. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 10 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que le circuit magnétique est constitué d'une matière ayant un taux d'induction élevé au

régime de saturation et une forte résistivité électrique.

45. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 10 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que le circuit magnétique est

inséré dans un bottier en matière non magnétisable.

46. Soupape dtinjection électromagnétique confor-

me à la revendication 13 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que l'armature comporte une col-

lerette de renfort du coté du p8le de travail, avec un agen-

* cement tel que le pôle de travail recouvre au moins en partie

le pôle latéral.

47. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 13 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que l'armature comporte des

nervures de renfort disposées dans le sens de la longueur.

48. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 13 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que le circuit magnétique est

réalisé avec des parois très minces, et inséré dans un boi-

tier fait de matière non magnétisable.

49. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 14 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisé en ce que divers éléments de structure

8859 FR

69. 2560644

du circuit magnétique sont assemblés à la presse avec des é-

léments fonctionnels de la soupape.

50. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 15 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que l'enroulement de l'électro- aimant est disposé sur une monture profilée en céramique à

haute résistance.

51. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 15 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que l'enroulement est bobiné sur sa monture profilée avec une tension mécanique aussi

forte que possible.

52. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 15 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que les contacts aux extrémités de l'enroulement sont assurés par des manchons metalliques non

magnétisables, fendues dans le sens de la longueur.

53. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 15 et aux revendications rattachées à

celle-ci, caractérisée en ce que l'enroulement est revêtu

directement de matière magnétique.

54. Procédé conforme à l'une des revendications

17 à 19, caractérisé en ce qu'on fait varier la tension de

charge pour modifier l'allure du processus d'injection.

55. Procécé conforme à la revendication 18, ca-

ractérisé en ce que le courant de charge est produit par un transformateur de tension qui fonctionne suivant le principe

d'un oscillateur à blocage.

56. Soupape d'injection électromagnétique confor-

me à la revendication 5, caractérisée en ce qu'on utilise une cavité résonante à la place de l'amortisseur élastique,

pour amortir les oscillations.

8859 FR