FR2569241A1

FR2569241A1 - Soupape d'injection electromagnetique comportant un dispositif pour atomiser le carburant au moyen d'un courant d'air

Info

Publication number: FR2569241A1
Application number: FR8516163A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-05
Filing date: 1985-10-30
Publication date: 1986-02-21

Abstract

LA SOUPAPE D'INJECTION ELECTROMAGNETIQUE, EN PARTICULIER POUR L'INJECTION DU CARBURANT DANS LA TUBULURE D'ASPIRATION D'UN MOTEUR A EXPLOSION, COMPORTANT UN DISPOSITIF 129 POUR ATOMISER LE CARBURANT AU MOYEN D'UN COURANT D'AIR D'ATOMISATION, EST CARACTERISEE EN CE QUE LE COURANT D'AIR D'ATOMISATION PROVIENT D'UN FILTRE A AIR SEPARE.

Description

La présente invention concerne une soupape électromagnétique d'injection de carburant notamment Four moteurs à comstim interneCette soupape d'injection convient pour assurer l'injection directe du carburant dans la chambre de combustion, à des pressions dépassant 1.000 bars. Mais on peut aussi utiliser 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 régulation approprié pour la pompe qui alimente la soupape.

Dans les moteurs Diesel, on cherche à obtenir des pressions dtinjection très élevées, dépassant 1.000 bars, pour améliorer l'utilisation du carburant et réduire la format ion de substances polluantes. En général, on impose à cet effet une courbe dtinjection qui part avec une pente très raide, et qui définit une phase d'injection strictement délimitée. 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.

I1 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 presque 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 ltinjecteurA
Au cours de l'opération d'injection, et a la suite 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 valeur instantanée de la pression tombe à zéro dans le circuit dtinjection, soit en-dessous de la tension de vapeur du carburant. Ceci entraine des phénomènes de cavitation en cer 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 réflexion au moment de la fermeture brusque de l'aiguille dtinjec- tion, et cette onde de pression réfléchie provoque souvent une nouvelle ouverture de l'aiguille. C'est alors que se produit 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 a l'angle 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, correspondant 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 principe augmenter comme le carré de la vitesse du moteur.Mais cette brusque augmentation de pression est heureusement absorbée en majeure partie par l'élasticité de la tuyauterie d'injection, et par la compressibilité du carburant.

I1 n'en est pas moins vrai que cette augmentation de la pression d'injection qui dépend de la vitesse du moteur entraine des problèmes délicats pour la régulation de l'inz jection du carburant, en vue d'une bonne utilisation de celui-ci. A basse vitesse, la pression de la pompe est en général 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 de la chambre de pression du gicleur, où existe une certaine quantité de carburant.Dès l'ouverture partielle de l'aiguille, la majeure partie de la pression du carburant en regard du siège de l'injecteur se transforme en vitesse avec un effet de tourbillon interne dans l'injecteur. I1 ne reste donc plus qu'unie faible marge de pression transformable en vitesse, à la sortie des trous de l'injecteur, et l'atomisation ainsi obtenue est très médiocre. On peut réduire ces difficultés avec des injecteurs à noyau central. Un effet de pulvérisation secondaire se produit en outre, à cause du rebondissement inévitable de l'aiguille quand celle-ci retombe sur son siège.

Avec les fortes variations de la pression d'injection utile, qui sont liées a 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 optimum 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 a l'extrémité des tuyauteries, et ceci complique encore une bonne adaptation de l'instant exact de I'injection, suivant les besoins instantanés du moteur au régime de fonctionnement considéré.Sur un moteur de forte puissance et de grande taille, le problème devient impossible à traiter, en raison de la longueur des conduites, et on à donc recours alors à des systèmes d'injecteurs compliqués, où chaque injecteur est associé directement à une pompe separee, -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 rd- 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'injection. Les signaux des détecteurs a induction sont envoyés avec d'autres paramètres de fonctionnement du moteur, à un 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 suries plages étendues de fonctionnement du moteur en cause.

Pour éviter les problèmes liés au transit des ondes de pression du carburant, qui sont à la base de la plupart des difficultés des systèmes d'injection connus à commande mécanique, on peut utiliser des soupapes dinjection 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 réalisation d'un électro-aimant pour une telle soupape d'injection présente d'énormes difficultés, car il faut que cet électro-aimant soit assez rapide, et qu > il agisse efficacement malgré les efforts hydrauliques importants que subit l'aiguille d'injection; il faut aussi que la consommation d'énergie soit d'un coût acceptable.

A cause des difficultés liées à une commande directe 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 pression relativement faible, de l'ordre de 100 à 300 bars0 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 discontinue sur la tuyauterie d'arrivée. I1 en résulte un débit intermittent qui provoque des oscillations de pression, avec une amplitude qui dépend presque uniquement de la vitesse d'arrivée du carburant.Par rapport à un injecteur à commande directe, et pour une même section de la tuyauterie d'alimentation, l'amplitude des oscillations de pression est donc augmentée dans une proportion qui correspond au rapport de transmission. Et en môme temps, à cause de la pression qui est alors plus faible, l'amplitude relative augmente dans les mômes proportions. Donc, pour une môme section de tuyauterie 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 décrit une soupape d'injection dont l'aiguille est commandée directement par un électro-aimant à armature hélicoïdale ayant plusieurs enroulements excités en môme temps. Pour réduire les effets de rebondissement, ltélectro-aimant comporte deux éléments télescopiques , de profil conique, pour absorber par friction l'énergie cinétique en fin de course de fermeture.

Grace a la forme spéciale ainsi prévue, on obtient un circuit magnétique à paroi mince et à faible taux de pertes par courants de Foucault, avec une armature mobile légère qui permet d'avoir un mouvement rapide pour un effort magnétique important. En outre, grace à la forme allongée de l'armature, assez peu soumise aux efforts latéraux, l'équipage mobile 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. I1 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 où le circuit magnétique comporte une seule bobine, en proportion du nombre des bobines. En effet, l'excitation électrique nécessaire pour une induction donnée dépend surtout de la longueur de l'entrefer et non de la surface de l'entre fer de travail.

Tous comptes faits, ce circuit magnétique est onéreux 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 ltélectro-aimant et améliorer le rendement de la conversion d'énergie, il est intéressant d'utiliser un électro-aimant à un seul enroulement, pourvu qu'on obtienne ainsi un effort de manoeuvre suffisant, et une atténuation suffisante des pertes magnétiques et par courants de Foucault. Grâce à leur simplicité, les formes de révolution sont avantageuses.Les soupapes dtinjec- tion électromagnétiques connues que l'on va décrire maintenant 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 magnétique est réalisé de manière à laisser subsister un faible entrefer en position haute de l'armature. A cet effet, on limite 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 obtenir 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 à l'endroit des surfaces jointives du noyau ou del'armatu- re. Lsune des deux surfaces jointives doit être aussi lisse que possible. L'explication complète des phénomènes physiques en jeu dans cet interstice sort des limites de notre exposé.

On pense en général que la section transversale des pièces polaires doit toujours être faible ou du moins pas augmen- tée au voisinage des entrefers de travail. On obtint ainsi toujours à 1' endroit de chaque entrefer, en position haute de llarmature, une induction qui correspond au régime de saturation de la matière du circuit magnétique.Comme l'effort mécanique augmente 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 donnée de la section de ces pièces,
Pour assurer un dosage très précis de la quantité de carburant injectée i 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 additionnelle entre l'armature et son ressort de rappel, en adaptant l'un à l'autre le mouvement de l'armature et celui de la masse additionnelle, par un choix judicieux des valeurs des efforts et des masses en cause, pour assurer une dissipation de l'énergie cinétique de l'armature 9 la fin du premier cycle de.rebondissement, grâce aux sens inverses des déplacements de l'armature et de la masse additionnelle a l'instant considéré (Demande de brevet allemand DE-A 3 314 899.6).

On a également exposé dans la demande précitée qu'en combinant a ce système de masse additionnelle un ressort de rappel dont la courbe présente une variation brusque, on obtient unmouvement à très faible taux de rebondisserment, avec une durée de retour très brève. Certains pensaient 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 extremement faible de l'armature, et qu'il était donc préférable d'adopter un ressort a caractéristique linéaire à très forte pente.

Le rendement de conversion de l'énergie électrique 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 judidieuse 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 plate. 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 magnétiques ont des pertes magnétiques importantes, en raison de leur double entrefer de travail, et de l'emplacement défavorable 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 guidage de l'armature et le rendement électromagnétique, par rapport au cas des circuits magnétiques 9 armature plate, en adoptant un circuit magnétique à paroi mince ayant une armature en cuvette (Demande de brevet allemand P 3 314 900.3).

Dans le cas d'un électro-aimant de taille relativement importante, on assure le guidage de l'armature en la suspendant à un tube de guidage à paroi mince. Les pertes dues aux lignes de force inutiles sont alors fortement réduites par rapport au cas d'un électro-aimant à armature plate, mais le taux de pertes magnétiques est encore considérable, en particulier avec de petits électro-aimants dont l'armature a une course relativement importante.

Beaucoup de sp8cialistespensent que dans un é lectro-aimant dont le circuit magnétique comporte un double entrefer de travail la vitesse de soulèvement est considéré 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 électro-aimant à plongeur. En effet, pour une même valeur totale de la section des pièces polaires, et donc pour un même effort 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 circuit magnétique est divisée par quatre, et le taux d'augmente 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 armature une masse particulièrement faible dans une soupape dtinjection ayant une armature 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, 0 063 052). 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 entraine des problèmes de centrage (demande de brevet allemand DE-OS 3 111 327)o
Comme l'a proposé le Demandeur, on réduit sensiblement les pertes magnétiques en disposant l'entrefer de travail à l'intérieur de l'enroulement (Demande de brevet allemand 3 320 610.4). Dans la présente invention, on propose en outre de réaliser une partie du circuit magnétique en éléments en tôle mince, et de le monter dans un boulier en matière non magnétique, pour réduire les pertes par courants de Fou- cault.

Dans la soupape d'injection proposée dans la demande de brevet européen 0 007 724, l'armature sphérique est rappelée en position de fermeture par des efforts hydrauliques ce qui rend inutile un ressort de rappel. Cette 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'armature sphérique produit une différence de pression qui crée les efforts hydrauliques. Le circuit magnétique de cette soupape 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 radial. C'est pourquoi on peut douter de la stabilité et de la fidélité du mouvement de l'armature de cette soupape électromagnétique.

Pour améliorer l'effet d'atomisation du carburant, dans le cas de l'injection pratiquée dans la tubulure d'aspiration d'un moteur à explosion, on prévoit souvent un courant d'air secondaire autour du jet de carburant pulvérisé qui sort du gicleur dtinjzction. Ce courant d'air secondaire provient d'une dérivation en aval du filtre à air d'admission du moteur à explosion. La soupape d'injection est alors montée en aval du papillon d'étranglement de l'air d'admission, de sorte qu'on dispose de la différence de pression à l'endroit du papillon d'étranglement pour produire le courant d'air secondaire. Dans ces soupapes d'injection connues1 le courant d'air secondaire a sensiblement la même température que le courant d'air secondaire aspiré par le moteur.

Ces soupapes d'injection connues ont un rendement électromagnétique médiocre. Cependant, pour obtenir des manoeuvres suffisamment rapides avec une faible consommation d'énergie, on utilise en général des circuits électroniques spéciaux pour commander ces soupapes, en excitant leur électro-aimant avec un à-coup énergique de courant pour assurer le soulèvement de l'aiguille d'injection, et en réduisant ensuite le courant efficace de l'enroulement, par exemple par des coupures modulées, jusqu'au niveau d'intensité beaucoup plus faible qui suffit pour maintenir provisoirement l'armature en position d'ouverture On assure l'excitation directement à la tension du circuit de bord du véhicule considéré.

Pour répondre à des exigences particulières d'ordre dynamique, on peut réaliser une excitation préalable, avant le cycle de manoeuvre proprement dit. Ces circuits de commande sont compliqués et contribuent à grever le prix de revient.

On connait également d'après des brevets antérieurs des circuits 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 a l'invention.

Dans la manoeuvre cyclique d'une soupape d'injection 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 première phase le retard à l'ouverture. Le mouvement de l'armature spamorce dès que l'effort magnétique l'emporte sur effort mécanique antagoniste. Le laps de temps qui stecoule entre le début du mouvement de l'armature et l'arrivée de celle-ci en fin de course d'ouverture appelle la durée d'ouverture.

Dans les soupapes d'injection courantes, l'armature est rigi dement liée a 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 armature stamorce 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 a sa position de repos s'appelle durée de fermeture.

Dans une soupape d'injection électromagnétique, au moins au début de I'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 stétablir, 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, environ. I1 faut donc en général jusqu'à 75 % de la durée d'ouverture 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 moteur très important pour vaincre l'effort hydrostatique qui applique l'aiguille sur son siège. Mais l'effort d'appui diminue 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-ci2 et effort hydraulique s'en trouve fortement réduit0 C'est pourquoi l'effort moteur nécessaire pour soulever l'aiguille diminue rapidement quand la course augmente2 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 17effort d'ouverture de l'aiguille sollicitée par son ressort de rappel, afin de pouvoir manoeuvrer l'aiguille à un rythme assez rapide. En fin de course d'ouverture l'effort moteur de l'é- lectro-aimant dépasse de très loin effort mécanique anta- goniste; il suffirait ainsi d'une faible partie du travail de l'électro-aimant pour vaincre l'effort antagoniste. Mais à cause de cette marge excédentaire - très importante - de l'effort moteur de I'électro-aimant, la durée de retour est longue. En outre, meme avec une excitation préalable de 1'enroulement, il faut fournir à celui-ci la majeure partie de
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 100 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
I1 n'est plus nécessaire que l'effort magnétique maximum dépasse la valeur de l'effort hydraulique maximum qui maintient aiguille appliquée sur son siège. On
peut donc utiliser des électro-aimants très petits dont l'armature 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. I1 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'atomisation 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
jusqutà 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'ouverture. Ceci améliore donc les conditions de fatigue et d'usure
des pièces en cause.

Pour obtenir des durées de retour de faible valeur, il convient de faire agir dans la course d'ouverture de 1'aiguille d'injection un système de ressort à masse additionnelle et à variation brusque de réaction élastique, comme exposé par le Demandeur dans sa demande antérieure de brevet allemand 3 314 900.3. Ce document prévoit une masse additionnelle 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, libérant ainsi 11 armature de l'effort du ressort de rappel.

Ainsi, lorsque l'armature tend à rebondir, elle subit un effort magnétique largement prépondérant qui amortit son rebondissement. On choisit les valeurs en jeu dans ce système dynamique 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 11 énergie cinétique de 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 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 ressort de rappel à variation brusque, on peut réaliser des mécanismes 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 dwée-de manoeuvre à la fermeture me 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, plutôt 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 ltw aiguille d'injection est retombée en appui sur son siège, l'armature se sépare de l'aiguille pour poursuivre sa course pratiquement sans avoir ralenti, si bien qu'on dispose d'un effort excédentaire considérable pour amortir le rebondissement de l'aiguille.

En outre, avec un ressort de rappel à variation brusque, on peut améliorer la fidélité du processus dtinjec- tion sur une série d'opérations successives. A ce sujet, il convient étudier d'abord lTeffet perturbateur d'une fluctuation de la tension appliquée à ltélectro-aimant de commande
Dans la dose élémentaire de carburant injectée à chaque opération, en fonction de la durée d'un signal électrique 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 appelle "partie stationnaire".On règle en général lqimportance 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 manoeuvre de la soupape, elle dépend dans une large mesure du comportement dynamique de la soupape d'injection. On peut modifier ce comportement en faisant varier effort élastique du ressort de rappel. Dans une soupape d'injectloneourante, 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 opposés quant à la valeur de la dose de carburant injectée à chaque manoeuvre > on constate qu'unie forte dispersion de 11 effort de tarage du ressort de rappel est acceptable sur diverses soupapes d'injection d'un système.Mais en raison de cette forte dispersion de 11 effort de tarage des divers ressorts de rappel considérés, les quantités élXmen- taires débitées à chaque manoeuvre par les soupapes d'injection correspondantes ne seront identiques entre elles que pour une certaine valeur de la tension d'excitation, correspondant à la tension de réglage adoptée à 1 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 entendu,
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 position 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'ouverture0 Mais pour l'allure de cette manoeuvre d9ouverture, l'effort du ressort de rappel détendu en positionbasse 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 etre amenagées en conséquence.

Jusqutà 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 possible d'améliorer l'atténuation des rebonds avec des butées souples. I1 faut pourtant alors que la butée soit judicieusement étudiée pour avoir une fréquence naturelle située dans la zone vibratoire ot 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.

Bien entendu, on pourrait séparer le haut et le bas de l'aiguille d'injection par un guidage étroitement ajusté, en compensant alors par un ressort hélicoïdal l'effort hydrostatique 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 carburants 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'excentricité de effort du ressort hélicoïdal, l'aiguille d'injection subirait des efforts perturbateurs considérables
Si les pièces en mouvement sont exposés 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 dçinjection à haute pression. Lorsque deux surfaces lisses sont appliquées l'une sur l'autre, le film de carburant qui existe dans l'interstice 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 ltécoulement qui se produit en un tel endroit peut etre 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 gable, Au fur et à mesure de la fermeture de ltinterstice, ltécoulement est le siège d'une déperdition énergie d'importance croissante, en raison de énergie cinétique du li quide qui se trouve repoussé. Cette énergie cinétique, presque 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 augmente comme le carré de la vitesse de rapprochement des surfaces d'appui, et aussi comme l'inverse du carré de l'interstice correspondant.Pour des interstices annulaires, l'effort de réaction varie comme le cube de l'inverse de la cote d'écartement, et pour des surfaces rondes la variation est proportionnelle à la quatrième puissance du diamètre0
Lorsque l'interstice devient très étroit, les forces de frottement finissent par devenir prépondérantes dans l'écoulement Elles augmentent en fonction linéaire de la vitesse de rapprochement, et comme 11 inverse du cube de la valeur de l'interstice. Vers la fin du mouvement de rapprochement, la résistance de frottement au sein du liquide est très importante à cause de l'étroitesse du passage, et l'évacua- tion du liquide sTen trouve fortement contrariée.Si à ce moment la vitesse de rapprochement des deux surfaces n'a pas été sérieusement ralentie par l'effet d'amortissement précédent, 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 compressibilité 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, môme dans une soupape d'injection à basse pression.

Après cette inversion du mouvement, le volume de l'interstice augmente0 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 dépression, 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 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-5tokes qui sont applicables en dynamique des fluides donnent des équations diffe- 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 lrexté- rieur dans le sens de l'écoulement, avec une rugosité de 1 à 5 micromètres environ, alors que l'autre surface a subi un traitement approprié, par exemple par polissage, pour être bien lisse. La zone de portage de la surface usinée à la meule ne doit pas dépasser 10, 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'écou- 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 mernbrane, avec une légère élasticité, pour obtenir un portage annulaire sur l'autre face d'appui lorsque ltinterstice a disparu. Lorsque les efforts d'appui changeant, les faces d'appui associée en butée peuvent se séparer l'une de leautre,teurs 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 ltg interstice.On peut améliorer les effets d'interaction entre les pièces en cause en donnant une forme de profil lXgbrement cambré à l'une des deux faces associées en butée. Si les surfaces d'appui associées sont bombXess il faut choisir la fré quénce 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.

On peut également donner à l'une des deux surfaces d'appui associées un profil en chanfrein, pour que la section de l'interstice aille en augmentant du centre vers ltextérieur. L'angle d'obliquité correspondant ne doit pas dépasser 1 , et meme avoir habituellement une valeur beaucoup plus faible. Avec des interstices intéressant des surfaces de grandes dimensions, on peut ainsi obtenir un effet d'amortissement énergique en fin du mouvement d'ouverture, afin de supprimer le rebondissement qui se produit alors.

Les autres effets hydrauliques associés au déplacement 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 parait dû au fait que les anomalies de pression s'équilibrent à la vitesse du son au sein du carburant Par contre, les pièces individuelles > ' ont une vitesse maximum très faible, de 1tordre 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 carburant liquide, sauf en ce qui concerne les phénomènes hydrodynamiques en jeu dans les interstices des faces d1appui as
sociées en butée.

Bien entendu, des oscillations hydrodynamiques intenses peuvent se produire > mais elles ont peu dtinfluence sur les mouvements des diverses pièces mobiles de la soupape d'injection. On peut avoir recours à ces oscillations pour agir judicieusement sur ltopération 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 compromettre 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 ltobturateur de chaque soupape.

Comme l'amplitude des oscillations de pression dépend direc tement de la vitesse d'écoulement du carburant, il faut donner aux passages d'arrivée du carburant vers chacune des soupapes 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 tubulure 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'injection connues du genre en question, le courant d'air d'atomisation 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'atomisation. Mais à pleine ouverture du papillon, la différence de pression disparalt à peu près complètement, et le courant d'air de circulation est pratiquement interrompu.

Par contre, lorsque le papillon est ouvert le courant d'air d'admission est intense, et provoque une chute de pression notable à l'endroit du filtre à air dtadmission.

Ainsi, la tubulure d'aspiration du moteur est le siège d'une dépression suffisante par rapport à 1'extérieurs 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. Avec 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 satisfaisane te.

On peut également utiliser la dépression de la tubulure d'aspiration du moteur à pleine ouverture du papillon en faisant arriver le courant d'air d'atomisation à partir dtun filtre à air séparé, réservé au courant d'air d'atomisation. 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 filtre d'air d'admission du moteur, tandis qu'à l'endroit du filtre réservé à l'air d'atomisation effet d'étranglement tend alors à diminuer, car la vitesse du courant d'air d'atomisation est plus faible.Une solution particulièrement simple et efficace consiste à disposer le filtre séparé du courant d'air d'atomisation directement sur la soupape d'injection, en faisant passer le courant d'air d'atomisation à travers la zone de la soupape où se trouve lsenroulement de 1'6- lectro-aimant, ce qui permet en même temps d'améliorer le refroidissement 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 chialeur, 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 presque 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 réduites en conséquence. La température élevée de l'air d'admission réduit le délai d'allumage du moteur à puissance réduits, ce qui améliore donc le rendement du moteur.En améliorant 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 progressivement le papillon, le courant d'air d'atomisation à haute température se trouve mélangé à une proportion croissante d'air froid, de sorte que la température de l'air de combustion diminue. Ceci permet de conserver une marge suffisante par rapport à la limite de détonation du moteur. A pleine ouverture du papillon, l'échauffement de l'air de combustion est négligeable, en raison de la faible proportion d'air d'atomisation. Mais on obtient encore à ce régime une forte amélioration de Effet d'atomisation, à cause de la température élevée de l'air d'atomisation.D'autre part, la vitesse du courant d'air d'atomisation est fortement augmentée par l'é 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, comme 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 problèmes sérieux en ce qui concerne l'injection, en raison des 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 moteurs à explosion sont limitées par lvapparition des phénomè nes de détonation. Sur les moteurs modernes on évite les effets 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 combustion 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'azote, et en général on peut éviter ainsi d'avoir à réduire 1 avance à l'allumage. On peut même d'habitude l'augmenter.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 moteur9 au moyen d'une soupape d'injection électromagnétique asservie a' un détecteur de détonation, Grâce à cette dispositiong on réduit la consommation d'eau, et comme l'injection d'veau n'a lieu qu'aux régimes de forte puissance, et donc à forte température du moteur, l'eau ne risque pas de se condenser dans le moteur et il n'y a pas de risque de corrosion, I1 nty a pas lieu de stipuler des conditions particulières quant à la qualité de pulvérisation de l'eau, car celle-ci entre forcément dans le moteur en gouttelettes assez grosses, pour se vaporiser seulement en fin de compression et pendant la combustion.

I1 suffit donc pour l'alimentation d'une simple cuve à flotteur associée à un gicleur, comme dans un carburateur, avec une électro-vanne de débit asservie au détecteur de détonation.

Des essais-effectués par le Demandeur ont montré qu'avec une injection d'eau la combustion s'effectue pratiquement sans résidus, et qu'on évite ainsi à peu près complètement 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'aulx limites pratiques de résistance mécanique du moteur. Dans un moteur à compresseur de suralimentation l'injection d'eau se pratique 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 compression du moteur0 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 décrit plus haut.

Pour avoir une bonne fidélité quant au dosage précis de la quantité élémentaire de carburant débitée à chaque manoeuvre d'une soupape dtinjection, il est obligatoire d'étalonner les soupapes dtinjection.habithellement avec du carburant. La production de soupapes d'injection à basse pression est fortement ShyWiRiée si on effectue cet étalonnage avec 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'écoulement pour l'air et pour le carburant, si on opère à une môme valeur du nombre de Reynolds, En outre, en opérant avec de l'air, il faut une vitesse d'écoulement largement subsonique pour avoir des conditions comparables.Il suffit donc d'une différence de pression de quelque dizaine de mbars pour réaliser l'écoulement de l'air. Mais dans les conditions ambiantes, la viscosité cinématique de l'air est beaucoup plus forte que celle du carburant. On peut réduire la viscosité cinématique 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 dépression, 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 hydrostatiques. C'est pourquoi l'étalonnage d'une soupape d'injeetion, en ce qui concerne la 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 ainsi 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 coefficients de correction appropriés. Pour mesurer les déplacements de l'armature et étudier son mouvement, on peut avoir recours à des cellules photo-électriques, par- exemple, ou se référeraux réactions électrodynamiques de tension dans l'enroulement de ltélectro-aimant.

Dans la soupape d'injection proposée, on utilise l'énergie cinétique de l'armature pour vaincre l'effort d'ou ouverture, 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 conditions, le taux de pertes par courants de Foucault est égale ment très faible, et on peut donc avoir un circuit magnétique à paroi relativement mince0 Avec ce faible taux de pertes, on divise environ par dix la valeur de l'intensité maximum d'alimentation, par rapport à une soupape électromagnétique 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 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 ltélectro-aimant, en négligeant la résistance de ltenrou- lement.

Avec un électro-aimant à double entrefer de travail, 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 pâles 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 ltef- fort magnétique diminue en fonction du carré du taux de pertes, si bien que les pertes magnétiques ont une grande importance pour le comportement dynamique. Les pertes magnétiques augmentent l'inductance de ltenroulement et réduisent fortement l'effort magnétique en régime de saturation, en position basse de l'armature.

D'autre part, dans un électro-aimant à double entrefer de travail1 les pertes par courants de Foucault sont réduites environ des trois quarts, puisque l'épaisseur de paroi du circuit magnétique est deux fois plus faible. Pour avoir un taux de pertes par courants de Foucault suffisamment bas, il faut que la paroi du circuit magnétique ait une épaisseur de 0,5 à 1 mm au maximum.

Mais avec un circuit magnétique à paroi aussi mince, dans une soupape d'injection de dimensions courantes, en position basse de l'armature, la resistance magnétique des entrefers est beaucoup plus forte que celle qui existe entre le noyau et la culasse. I1 se forme donc un champ intense de fuites, qui court-circuite les entrefers.Dans les soupapes d'injection à basse pression dont l'électro-aimant comporte une armature plate, ce champ de fuites peut représenter par exemple, pour un circuit magnétique de dimensions courantes, jusqu'à 75 % du flux total, ce qui réduit d'autant le rendement de conversion d'énergie dans l'6lectro-aimant. Or le comportement dynamique de ltelectro-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 sections polaires il est intéressant d'utiliser des électroaimant s à un seul entrefer de travail, à cause de leur rAlucS tance réduite0 I1 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 permettant une conversion d'énergie à un faible taux de pertes. A- vec les électro-aimants à double entrefer de travail, on obtient le meilleur rendement avec une armature en coupelle, dont le.profil épouse celui de l'enroulement, et dont lespôles sont disposés de manière à 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 à armature plate, avec la même valeur de section polaire et un enroulement de même dimensions. Avec cette disposition des pôles, on obtient un rendement aussi bon que dans un électro-aimant à simple entrefer de travail disposé au centre de l'enroulement, mais on profite alors d'une section polaire réduite de moitis, ce qui réduit donc fortement les pertes par courants de Foucault 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 pôle extérieur de l'armature est constitué 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 armature courte, et dont les pôles sont situés en-dessous de l'enroulement, ctest-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 soupapes d'injection connues à simple entrefer de travail. La solution en question a pourtant un avantage, car l'effort d'attraction sty établit à peu près sans composante transversale, même si l'armature est suspendue avec une légère excen tricité, ce qui est toujours possible.

Avec ces électro-aimants, on obtient de bien meilleurs rendements, en disposant le pôle intérieur au-dessus du centre de ltenroulement. On a un effort d'attraction maximum lorsque les sections polaires ont sensiblement la même valeur, et en disposant le pôle intérieur sensiblement à hauz 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 valeur, 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 intéressant pour assurer la suspension de l'armature sans composante transversale.A cet effet, on peut augmenter fortement la section du pôle extérieur, afin de réduire la réluctance de 11 entrefer correspondant et donc réduire le champ de fuites.

Avec cette configuration, on obtient le meilleur rendement en disposant le pôle intérieur sensiblement au centre de 1' enroulement.

Avec des efforts mécaniques antagonistes de faible valeur une armature très légère, il suffit d'avoir un effort d'attraction également faible. Donc, dans une soupape d'injection à basse pression, à la différence des solutions habituellement adoptées, on peut aller jusqu'à agrandir la section polaire par rapport à la section courante du circuit magnétique, 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 mêmes conditions de fatigue thermique et d'inductance que dans un électro-aimant classique, cette réluctance réduite permet d'avoir des enroulements beaucoup plus petits9 avec un faible nombre de tours.Mais d'autre part, avec les dimensions habituelles, 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 dattraction importants, très supérieurs à l'effort antagoniste et entraînant donc une durée importante pour la manoeuvre 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 perçage.

On peut obtenir une autre réduction importante du champ de fuites des circuits magnétiques de dimensions habituelles, 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 réluctance entre la jupe et le noyau, ce qui a pour effet de réduire l'intensité du champ de fuites.

Dans les soupapes d'injection à haute dépression, pour obtenir des efforts d'attraction suffisants, il faut prévoir des sections polaires importantes, l'entrefer correspondant ayant ainsi une faible réluctance. Grâce aux dispositions proposées plus haut, on peut réduire encore davantage le champ de fuites, au point d'obtenir un rendement électromagnétique assez élevé, même avec des matériaux de perméabilité très faible. On peut ainsi utiliser des matériaux composites comportant une poudre à faible hystérésis qui est enrobée de matière plastique isolante. Ces matériaux ont une résistance électrique élevée, qui empêche à peu près complètement lTapparition 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 constituer 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 durcissement affecte à peine les qualités de faible hystérésis. Avec des enroulements ayant une résistance suffisante en compression, on peut comprimer directement le matériau magnétique autour de l'enroulement, ce qui facilite l'enrobage étanche de celui-ci > en simplifiant la fabrication.

Pour réaliser des soupapes à injection à haute pression, les enroulements classiques à fil bobiné conviens nent mal. I1 suffit en effet de prévoir un petit nombre de tours par conséquent en un petit nombre de niveaux pour ces enroulements pour lessfaibles inductances qui sont nécessaires. Entre les extrémités de ces niveaux, il apparaît des maxima d'induction, en particulier en raison des extra-courants de rupture, et 1 > l'isolant du fil bobiné peut alors en souffrir. Les enroulements constitués avec un ruban mince sont beaucoup plus intéressants, car ils supportent des contraintes mécaniques et électriques bien plus élevées. Pour une production en grande série, ces enroulements en ruban bobiné sont aussi moins coûteux que les enroulements en fil bo- biné.Pour réaliser ces enroulements, on peut prendre par exemple un ruban mince d'aluminium anodisé en surface, avec lequel une couche isolante intermédiaire est superflue. On peut également supprimer la monture profilée avec un tel enroulement, 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 améliore 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 ltensem ble. On peut aussi rabattre les extrémités du ruban conducteur, 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 effectuant au besoin plusieurs opérations.

Si le volume de logement de ltenroulement 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 grand 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 monture en tendant au maximum le ruban, afin d'introduire un effet de précontrainte dans la monture.

On va maintenant décrire à titre d'exemples quelques 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 1, au cours de son mouvement de soulèvement; la Figure 2a indiquant les efforts en jeu, alors que la Figure 2b représente 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 détail d'un électro-aimant 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 9 explosion où 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 a armature sphérique, comportant un dispositif 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 commande d'une pompe d'injection à réglage indirect;
- la Figure lla est un schéma d'un circuit de commande 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-après le fonctionnement, en se référant à un mouvement cyclique 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 composite en pouire, estconstitué par un noyau 19, une culasse 21 et une armature 23. L'enroulement 18 est logé dans un support profilé en céramique 20. Le noyau 19 s'étend presque jusqutà l'extrémité inférieure du support 20 de 17enroulement, pour soutenir mécaniquement celui-ci. On peut donc utiliser une matière céramique de solidité relativement faible pour réaliser 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 dtune valeur encore acceptable. Grâce au faible diamètre du pôle latéral, la face inférieure du support de l'enroulement est complètement recouverte. Ceci permet d'appliquer à l'ensemble du circuit magnétique un effort de compression énergique, dans le sens longitudinal, en vue d'en assurer l'étanchéité d'une manière fiable. L'emploi d'un produit d'étanchéité ou d'un adhésif peut faciliter cette opération d'étanchéité.

L'électro-aimant est logé dans le bolier 16. De préférence, celui-ci est en fonte austénitique moulée à haute résistance, non magnétisable. Le botter 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'armature est soulever. La masse additionnelle 22 est suspendue à la butée 17, dont la partie en forme de coupelle située audessus de l'électro-aimant sert en outre à protéger la matière re composite en poudre, relativement tendre, pour éviter d'abimer cette matière quand on ferme le bottier en vissant le couvercle 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 boitier, au moyen d'une plaque solidement fixée, pour réduire les risques de dégâts à l'assemblage. Pour réduire la réluctance, on peut utiliser des plaques faites d'un matériau à faible hystérésis, que l'on 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 réduites peut ainsi utiliser un boitier 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 élastique de réarmement. On choisit l'importance de cette saillie 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 a 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 extrémité inférieure, la vis de réglage 14 porte un embout tubulaire de guidage 26 sur lequel sont montés deux ressorts 28 et 35, à faible réaction. Ces deux ressorts ont des courbes caractéristiques a faible pente ascendante, de sorte que l'effort élastique de chacun due ces ressorts varie peu lorsqu'on fait tourner la vis de réglage 14. Le ressort intérieur 35 sert à appliquer l'aiguille 33 de la soupape d'injection 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 lorsque le moteur est à l'arrêt.Le ressort extérieur 28 sert a réarmer l'armature, en fournissant un effort au début du mouvement de l'armature, pour empêcher celle-ci de rebondir contre l'aiguille en fin de réarmement, ce qui provoquerait alors un nouveau soulèvement indésirable de l'aiguille d'injection. L'effort du ressort de réarmement de l'armature est transmis par la coupelle 29 à la rondelle de liaison 30 qui 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 dV6paisseurs 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 appliquées fermement l'une contre autre, en appui sur le corps 31 du gicleur grâce à un manchon de serrage 27. La soupape d'injection se monte par vissage -dans la culasse du moteur 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 différence des injecteurs courantes, car les conditions de fonctionnement sont sensiblement différentes dans le cas considéré En outre, on peut monter l'aiguille d'injection avec un jeu relativement important, pour assurer, dans certaines limites, un centrage spontané de l'aiguille.La réalisation de ce guide associé à l'aiguille dtinjection conforme a 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 3-1 du gicleur comporte à sa partie inférieure une paroi relativement mince, afin d'avoir a cet endroit une fréquence propre assez basse. On choisit la valeur de cette fréquence propre, pour réduire encore le rebondissement de l'aiguille d'injection Ce rebondissement en lui-même a déjà une durée qui est de l'ordre. de la microseconde seulement, mais on le réduit encore grâce au mouvement contraire de la partie plate de la base du corps de ltinjecteur. En outre, cette forme flexible réduit la fatigue méca- nique du siège de l'aiguille d'injection.

Dans la soupape d'injection proposée, en choisissant convenablement le diamètre et la longueur des canaux d'alimentation du siège de cete 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 représentée, les canaux d'alimentation percés dans le guide 32 de l'aiguille de la soupape ont été réalisés avec des sections relativement minces. Il en résulte une chute de pression très marquée à l'ouverture de la soupape, et ceci entraîne de fortes 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 carburant situé en-dessous du guide de l'aiguille d'injection.

On peut utiliser cette disposition pour réaliser un effet de pré-injection 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 pratiquement sans oscillations, avec une courbe de pression à forte pente ascendante, afin de réduire les efforts mécaniques nécessaires pour soulever l'aiguille d'injection.

Dans la soupape d'injection représentée, on a prévu en outre un organe d'amortissement 34, en matière plastique beaucoup plus compressible que le carburant. On assure ainsi une atténuation des oscillations de pression et un effet 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 Figure 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 F et la somme de l'ensemble des ef forts résistants d'ordre mécanique Fmeeh en fonction de la valeur "s" de la course de l'armature mobile. On voit que l'effort magnétique augmente très rapidement lorsque la course augmente. A première vue, c'est surprenant, puisque lVef- fort magnétique augmente environ comme le carré du temps, et donc très lentement au début.Mais cette lente augmentation de 11 effort magnétique est associée à une augmentation également lente de l'accélération de l'armatureg si bien que la course de celle-ci est faible au début Cependant, malgré la lenteur d'établissement de l'effort magnétique, il existe une énergie cinétique importante pour vaincre effort de résistance à l'ouverture de la soupape, pour soulever l'aiguille 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 1Parmature. Au bout d'une course sl, l'armature 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 hachurées de la Figure 2a.

Le graphique de la Figure 2b représente la variation de la vitesse de l'armature, en fonction de la course "s" de celle-ci > 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 s 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 injection, cet impact entrante une perte de vitesse 8vl qui est très faible à cause de la grande différence qui existe entre lamasse 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. I1 en résulte une légère réduction de la vitesse d'ou- verture. Dès que l'effort antagoniste d'ordre mécanique est retombé en-dessous de l'effort magnétique, la vitesse recommence 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'ouverture de l'aiguille d'injection prend fin à l'instant t3 > ce qui représente une durée relativement courte tA pour ce mouvement d'ouverture.

A l'instant t3 > l'armature vient frapper sa butée et rebondit. Ceci entrante une perte considérable d'énergie et de vitesse, car la butée est fixe et donc immobile. Mais la masse aditionnelle poursuit librement sa course, et soulage ainsi l'armature de la majeure partie de l'effort du ressort de rappel. Grâce à quoi, le phénomène de rebondissement de l'armature est fortement abrégé, et si on a choisi correctement la valeur de la masse additionnelle, énergie cinétique résiduelle se trouve dissipée dans une large mesure dans un nouveau choc entre l'armature et la masse additions 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 l'ordre de grandeur de la perte de vitesse, Pour toutes ces raisons, on obtient un mouvement extrêmement rapide et doux, et la fatigue 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 courante0
Dans le cas de la soupape d'injection de la Figure 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 quelques détails de réalisation plus favorables pour un tel électro-aimant.

On voit sur la Figure 3a un électro-aimant à double entrefer de travail, Cet électro-aimant comporte un noyau 40, un enroulement 41 et une armature 43. L'entrefer extérieur de travail est réalisé avec un profil oblique, afin d'obtenir une faible réluctance associée à des efforts trans verseaux réduits, en cas d'excentricitX . Pour réduire encore les efforts radiaux et pour avoir une armature de plus faible encombrement on peut prévoir un entrefer extérieur 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 résistance. Le pôle interne est situé à l'endroit le plus favorable 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 métallique 51 à sa base, et par la butée 44 en haute La butée 44 sert en meme 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 tubulaire étant de même fixé à l'armature. En pXriphérie, la culasse 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 3b. Le guide tubulaire 53 est pourvu de rainures radiales assurant un éS quilibrage de pression à la fermeture de l'interstice correspondant. La surface du tube de guidage est trempée et ree- tifiée. Les faces de contact de la butée 44 et de la masse additionnelle 45 sont chanfreinées des deux côtés, pour empêcher un effet de collage hydraulique. Par rapport à un chanfrein pratiqué d'un seul côtés les chanfreins sur les deux côtés réduisent la fatigue mécanique des faces de contact en butée. Bien entendu, les faces de contact peuvent 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 perméabilité trop élevée pour la matière du circuit magnétique, l'armature est réalisée de préférence en acier spécial recuit, de forte résistivité électrique, durci par exemple par nitruration ou revêtement po' en améliorar~la résistance superficielle à l'usure. Pour atténuer les pertes par courants de Foucault, on peut fendre l'armature dans le sens de la longueur. La paroi de l'armature a de préférence une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm.Pour obtenir des efforts plus importants et avoir donc une paroi plus épaisse, on peut réaliser l'armature par assemblage de deux ou plusieurs manchons isolés et so- lidement enfilés l'un sur l'autre. Le retour du flux magnétique 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 constitué par un ruban est renforcé par une monture tubulaire en céramique 64.

Pour réduire davantage les pertes dues aux courants de Foucault, I'élèctro-aimant de la Figure 4b est formé en partie de pièces stratifiées. L'armature 72 en matière composite en poudr-e est-sertiesur le tube de guidage 78;qui peut également être en matière à faible hystérésis. Le pôle intérieur est situé au-dessus de l'enroulement, pour faciliter la fabrication de cette pièce 67 à partir de feuillards empilés.Même pour= des. électro-aimants à fort effet électro magnétique, X il suffit en général de 2 à 4 feuillards Li existe cependant des, courants de Foucault intenses dans ltélec- tro-aimant considéré, en particulier aux endroits où les feuillards portent l'un sur l'autre, car l'orientation' de laminage -ne coïncide pas; alors avec la direction du flux magnétique. On peut réduire les pertes correspondantes en cambrant ou bordant les feuill-ards dans la direction du flux, QU en pratiquant un bord tombé sur ces feuillards,mais c'est au détriment du prix de revient.

La Figure 5 représente une soupape d'injection à basse dépression, pour des moteurs à explosion où l'injection s1 effectue dans la tubulure d'aspiration . Le circuit magnétique est constitué dans une large mesure dgélé- 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 ainsi une meilleure stabilité mécanique et un centrage satisfaisant du noyau. La culasse 86 est pourvue d'ouvertures de grande surface, pour réduire le champ de pertes.La section transversale de l'électro-aimant est sensiblement carrée, et cette forme qui est la plus favorable pour réaliser un élece tro-aimant assure une réduction supplémentaire du champ de pertes L'armature et le tube de guidage forment une pièce unique 88. Pour contribuer à reduire 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 dtinduction suffisamment élevé dans lsélectro-aimant. Ainsi, pour une section transversale donnée de l'enroulement, on réduit la fatigue thermique de celui-ci.

Le côtd extérieur, la culasse et le noyau sont superposés et sont maintenus fermement comprimés par le couvercle 80, en appui sur le fond du boîtier 87, constitué lui aussi d'une matière non magnétisable.

La soupape d'injection est pourvue d'un organe obturateur 94 en forme de chapeau, et de diamètre relativement fort. Ce diamètre important permet d'avoir une forme favorable pour un bon écoulement, avec un siège de diamètre egalement important, grâce à quoi il suffit de donner à cet obtenu 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 assurer un auto-centrage. L'obturateur 94 est pourvu de plusieurs 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'armature, au retour de celle-ci. Pour éviter un effet de collage hydraulique, le corps du gicleur est usiné à la meule dans le sens radial. L'équilibrage de pression est également assuré par des trous radiaux du tube de guidage. Lorsque l'armature est en position basse, il y a un léger jeu axial entre l'armature et l'obturateur 94, pour permettre à l'armature d'amorcer sa course. Ltarmature 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 entrainer des efforts radiaux indésirables, en cas d'excentricité relative. On peut réduire ces efforts radiaux indésirables en faisant aboutir le ressort à l'intérieur de l'obturateur 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 boltier 87. On règle 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 forte, 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'armature.

La soupape d'injection conforme à l'invention présente une section très importante pour le passage d'arriv-ée du carburant, et la vitesse d'écoulement du carburant est donc faible. Grâce a 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, où l'écoulement du carburant s'effectue à une vitesse d'arrivée plus élevée.En outre, les oscillations sont éliminées a peu près complètement, grâce à un volume d'amortissement prévu autour du corps de l'injecteur, à proximité immédiate de ltobturateur. 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 boîtier 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 rassemblent 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 aue à l'écoulement du carburant.

I1 est également possible d'amortir les oscillations hydrodynamiques en associant une paroi rigide à la chambre d'amortissement qu'on réalise alors à la manière dgu- ne cavité résonante, également appelée "résonateur de Helmholtz". Une cavité résonante est une enceinte pourvue d'au moins une ouverture, et qui présente ainsi une Zréquence naturelle caractéristique qui dépend de sa disposition dimensionnelle.

On règle la fréquence naturelle de la cavité résonante considérée, 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 cavité 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 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 où cette question est traitée,
Le graphique de la Figure 6 montre la variation de l'effort magnétique et de lteffort antagoniste d'ordre mécanique 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 où l'effort magnétique l'emporte sur l'effort antagoniste F1 du ressort de rappel 82 de l'armature.

Après avoir effectué la course S1, l'armature vient au contact de l'obturateur, qui est soumis à 11 effort d'appui de son ressort de rappel 91 et aux efforts d'ordre hydraulique.

I1 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 pression sous la surface de ltobturateur en appui sur son siège, 11 effort antagoniste diminue à nouveau, et vers la fin du mouvement de soulèvement il y a å nouveau une marge excédentaire d'effort magnétique. Comme déjà indiqué à plusieurs reprises, 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 ltobturateur arrivant l'un contre l'autre en sens inverses. I1 faut que l'effort mécanique en fin d'ouverture de la soupape soit supérieur à la moi- tié de l'effort magnétique à saturation, pour assurer un mouvement de rappel rapide et de durée brève.Les rebondissements de l'obturateur en fin de mouvement de rappel de celui-ci cessent rapidement, car le ressort de rappel agit sur ltobturateur avec un effort assez élevé, alors que la vitesse 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 générale.

On a représenté sur la Figure 7 une soupape d'injection électromagnétique dont l'armature est sphérique, et dont le circuit magnétique est formé d'éléments feuilletés, confectionnés en feuillard mince. La jupe 106 du circuit magnétique 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'encombrement réduit, et de masse faible, sans que le rendement électromagnétique en soit beaucoup réduit. Une rondelle mince 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 plaste que est fixée par collage ou par soudage, de manière à ménager une cavité entre ltenroulement et cette gaine9 afin d'amortir les oscillations hydrodynamiques.A l'intérieur de l'armature, est montée la masse additionnelle 1lOp Cette masse 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'ouverture. 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 hydraulique. 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 fatigue mécanique du siège de la soupape, le corps 114 de l'injecteur est réalisé avec une paroi mince. La encore, on acZ corde la fréquence naturelle du corps de l'injecteur, pour faire cesser rapidement le rebond de 1' armature 113 qui est dû au choc entre les pièces en mouvement en sens inverses. On dispose le plan du joint d'assemblage du boltier au voisinage du pôle, pour éviter les problèmes de cen- trage. On peut régler la course de l'armature en faisant 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 électromagnétique ayant une armature sphérique et un dispositif atomiseur. Le circuit magnétique comporte un bottier 120, un noyau 121 enfoncé à force dans le boîtier, 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'injecteur, 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 collerette, 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 annulaire est fixé par collage ou par soudage. On peut également réaliser cette cavité directement en cours de fabrication de la monture de ltenroulement, par exemple par soufflage ou par un procédé analogue.

Le pôle du noyau est sphérique, avec un rayon légèrement supérieur à celui de l'armature sphérique, à raison d'une différence de quelques centièmes de mm. Ainsi, la section transversale de l'entrefer tend à s'élargir de l'intérieur vers ltextérieur, 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 rayon permet en outre de compenser de légères imperfections de centrage du noyau. Le carburant qui arrive à l'obturateur passe presque en totalité a 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 ouverture de la soupape.Cette dépression produit dans le sens de la fermeture un effort de rappel qui dépend de l'écoule- ment. Même à faible ouverture de la soupape, suivant le rapport des diamètres du siège de la soupape et de l'armature > on obtient un effort de rappel considérable; et si le diamètre de la bille est suffisamment fort par rapport à celui du siège de la soupape, il en résulte une courbe dteffort i 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 dg- obtenir un effort de rappel important en fin de course d'ouverture, d'une manière favorable au fonctionnement de la soupape, 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 communiquer un mouvement angulaire au carburant. Evidemment > il est plus onéreux de réaliser ces rainures avec la précision voulue 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 la 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 noyau. Ainsi, malgré la faible épaisseur de la paroi du noyau, on obtient au régime de saturation un effort magnétique dépassant à peine l'effort mécanique en fin de course. Grâce à cette disposition, on augmente l'inductance de l'enroulement pour un même nombre de tours, et on en réduit donc la fatigue thermique. Il est possible d'utiliser un circuit de commande très simple sans pour autant réduire le courant de maintien. La réduction d'intensité qui est alors toujours nécessaire, est obtenue au moyen d'une résistance extérieure branchée en série0
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 entrefer résiduel est situé entre la plaque de culasse 127 et le bottier 120. En même temps, cet entrefer résiduel sert à laisser passer loair d'atomisation. Le courant d'air d'atomisation provient d'un filtre à air séparé (non représenté) qui est fixé directement au boitier de la soupape. L'air d'atomisation passe à travers des ouvertures de grande surface ménagées dans le boîtier, et sert en même temps à refroidir l'enroulement de ltelectro-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 le parcours à une vitesse subsonique. L'atomisation du cabus 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'injection électromagnétique pourvue d'un système atomiseur à air chaud. Le circuit magnétique comporte un noyau à paroi mince 142, enfoncé à force dans un botter 141 én matière non magnétisable. La jupe 144 du circuit magnétique est ajourée, avec de grandes ouvertures, et emboltée sur une bordure périphérique de la plaque de culasse inférieure148. La masse additionnelle 146 repose sur une saillie annulaire in 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'étranglement 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 collerette est située entre la plaque de culasse inférieure 148 et le noyau tubulaire 142, afin d'assurer une réalisation compacte du circuit magnétique, et un blindage magnétique partiel de l'entrefer de travails 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 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 a 1 g, et les pertes électrodynamiques sont réduites au minimum, la soupape d'in- jection considérée peut fonctionner a une vitesse de manoeuvre très élevée, avec une consommation électrique très faible De préférence, l'armature 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 débit de carburant de valeur élevée pour une faible course de l'armat-ure.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 1'é- quipage mobile réduit les effets de frottement, Le corps 152 du gicleur, en forme de rondelle, est enfoncé à force dans le boîtier, 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 bridage.

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 bolier 141, pour régler l'effort mécanique en fin de course0 Comme le noyau et le doigt de réglage ont le même diamètre la fabrication s'en trouve simplifiée.

Pour évacuer la chaleur, on fait circuler constamment 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 regard du siège de la soupape, pour s'écouler après cela dans le boîtier, en traversant l'armature et sortir en passant entre le noyau et le doigt de réglage. I1 est donc inutile de prévoir des trous radiaux dans ces pièces.

Le dispositif atomiseur est enfoncé à force dans la base du boîtier Une jupe isolante 153, en matière à faible conductivité thermique, assure la protection contre la chaleur0 Le dispositif atomiseur comporte une monture tubulaire 154 pour le tube de mélange 155. Celui-ci comporte en haut une collerette de fixation engagée à force dans la monture 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'intérieur du tube.Près de son extrémité de sortie, le tube de mélange 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 chaud sortant de la tuyère annulaire forme ainsi un tourbillon autour du jet de carburant qui est projeté pour se pul vériser au centre du tourbillon d'air chaud où existe une dépression favorable pour assurer l'accélération des gouttelettes de carburant. I1 se produit ainsi un rapport de pression supercritique entre l'air d'atomisation et la pression qui règne dans la tubulure d'aspiration du moteurS et ceci provoque des chocs de compression qui améliorent l'effet d'atomisation.

Pour conclure, on donne ci-aprbs quelques indications sur le mode de réalisation de la pompe à carburant et sur le système de commande électrique de celle-ci0
Pour faire fonctionner la soupape d'injection conforme à l'invention, en y créant la pression nécessaire pour 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'invention, sous une pression de l'ordre de 1.000 bars.A cause de cette pression on est obligé d'avoir recours uniquement a une pompe à piston0 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 volumetriz que de la pompe ne soit pas plus élevé qutil 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 excentrique de ce genre présente un hystérésis important, et un dispositif de réglage direct comportant un vérin pour agir sur un levier de commande de l'excentrique produit des réactions inacceptables sur la pression ainsi obtenue. En outre, les transmissions a levier présentent des difficultés, à cause de la valeur élevée à prévoir pour le rapport de transmission, et des efforts extrêmement élevés qu > il faut appliquer au levier0 C'est pourquoi il est souhaitable 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 ltélas- licité des canalisations.

On a représenté sur la Figure 10 le schéma d'un circuit de commande d'une pompe à carburant à réglage indirect. Une pompe auxiliaire assure d'abord l'envoi du carburant à pression sensiblement constante dans un accumulateur, d'où 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 à 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 côté 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 coupelles élastiques, car on obtient ainsi un rapport élevé entre effort en jeu et le déplacement du piston. Sous l'action du régulateur, le vérin à basse pression se trouve tantôt relié à la bâche d'évacuation, et tantôt à la pompe auxiliaire d'alimentation. Pour créer un effet d'hystérésis afin d'éviter les difficultés dues à des oscillations, on peut prévoir un recouvrement entre les positions du régulateur. Il est commode 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 où s'établit le courant d'excitation, et l'instant où s'amorce le mouvement de l'aiguille, dépend dans une large mesure de l'ordre de grandeur de la tension du courant 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 tension 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'augmenter la tension de commande au-delà de cette valeur habituelle de 12 V, jusqu'à une valeur comprise de préférence entre 60 et 100 V. Pour augmenter ainsi la tension, il faut un transformateur électronique, en général pourvu dtun transducteur. Pour commander des électro-aimants ayant un faible taux de pertes par courants de Foucault, on peut réduire d'une manière importante les frais a prévoir pour les composants, en supprimant le transducteur, dont l'enroulement de ltélectro- aimant pourra alors tenir lieu.L'énergie accumulée pour 1'- excitation peut alors être déchargée entre les phases d'excitation par l'intermédiaire dtune ou plusieurs diodes, pour charger un condensateur de réserve. On-va exposer le mode de fonctionnement d'un tel circuit, en référence a la Figure lIa.

La figure lla représente un circuit de commande, pour actionner deux soupapes d'injection électromagnétiques
M1 et M2. Cependant, ce circuit convient aussi pour commander un nombre quelconque de soupapes dtinjection, 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 d"une soupape, le condensa teur teur CL se charge sous l'effet de 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 cuit considéré, dans le cas où il s'agit d'assurer la manoeuvre cyclique de l'électro-aimant M1. On suppose que le condensateur 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 égale à la somme de la tension du circuit de bord et de la tension de charge du condensateur. La diode D1 empêche un courtcircuit du condensateur. Grâce à la valeur élevée de la tension 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 cette phase d'excitation rapide, on coupe le transistor T1.

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 rupture du courant - du transistor T3, on peut obtenir une chute lente ou rapide de l'intensité d'excitation. 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 transistor T2, ltélectro-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 celui-ci de préférence pendant les phases de courent de maintien. En outre, le circuit~rUQpose assura 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 suffisante pour charger le condensateur. En pareil cas, l'excitation de l'électro-aimant se produit avant ou après chaque phase de travail de celui-ci, avec un hachage du courant d'excitation, juste suffisant pour que l'effort magné tique ne dépasse pas encore 11 effort mécanique antagoniste.

I1 est alors possible de transmettre suffisamment d'énergie, même si l'effort antagoniste est faible, car l'effort magnétique augmente suivant une loi quadratique, et l'entrefer est important en position basse de l'armature. On peut également assurer un appoint dz l'énergie transmise grâce à une excita- tion préalable de l'electro-aimant.

Pour étudier l'allure du courant qui s'établit pour commander l'électro-aimant, 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 processus d'injection, on peut prévoir un réglage de la tension de charge. En particulier pour des soupapes d'injection à basse dépression, ce réglage peut être réalisé dans un circuit intégré, associé au circuit logique de déclenchement, ce qui permet de se dispenser de transistors de puissance externes, grâce à une bonne utilisation des tensions des transistors de l'étage de sortie du circuit proposé.En outre, ce circuit présente une grande sécurité, même en cas d'anomalies de fonctionnement, car l'intensité est toujours limitée par l'enroulement de l'electro-aimant.

On peut encore améliorer la stabilité du processus de soulèvement grâce à un couplage de énergie du champ magnétique obtenu en déchargeant le condensateur0 Cette dXchar ge peut s'effectuer au cours d'une demi-oscillation, mais il faut pour celA des circuits de commande onéreux On peut a- voir des circuits particulièrement simples, si on effectue cette transmission d'énergie en un quart d'oscillation seulement, comme dans le cas du circuit de la Figure llb. Dans ce circuit, la logique de déclenchement est très peu onérefuse, et l'ensemble du circuit convient en particulier pour commander des soupapes d'injection à haute pression.

Dans le circuit de la Figure llb, on utilise un condensateur de charge CL ayant une capacité relativement faible. L'énergie accumulée dans ce condensateur varie en fonction linéaire de sa capacité, et en fonction du carré de la tension de charge. On choisit la valeur de la tension de charge pour assurer l'accumulation d'une quantité d'éner gie suffisante pour une capacité comprise de préférence entre 2 et 10 microfarads. Ceci demande une tension de charge relativement élevée, comprise entre 100 et 300 V environ, suivant la taille de la soupape d'injection.Pour une valeur donnée de la durée de soulèvement et une valeur donnée pour l'inductance- de ltélectro-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 principal, 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 rendement de 50 % quant à l'énergie envoyée ainsi au condensateur, à cause de la perte considérable due à la résistance interne.Au contraire, un oscillateur à blocage permet de charger le condensateur avec un faible taux de perte car l'énergie provenant du champ magnétique du transducteur passe pendant la phase de blocage, et les électro-aimants fournissent des impulsions constantes d'énergie, quel que soit la tension de charge. Ainsi, 3 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 électronique la valeur maximum de la tension de charge du condensateur, en coupant l'alimentation en énergie. I1 est intéressant de pouvoir faire varier la tension de charge, pour modifier 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 où il s'agit de commander l'électro-aimant M4. La décharge du condensateur est déclenchée par la fermeture simultanée du thyristor Th et du transistor T3. L'enroulement de 1'électro aimant et le condensateur constituent alors un circuit résonant. Le thyristor Th compris dans ce circuit a pour fonction de basculer, après avoir atteint l'intensité maximum ou lorsque la tension passe par zéro, pour empêcher un retour de courant dans l'enroulement et une charge négative du condensateur. En outre, en isolant ainsi le condensateur de charge, on peut recommencer l'opération de charge même pendant la phase active de ltélectro-aimant, et on peut donc commander 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 desservies. 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 circuit 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 directe à partir du circuit de bord produit une chute exponentielle dtintensité, à rythme lent, mais avec les soupapes dtinjection 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 inacceptable lorsque la durée d'injection est brève. Avec des enroulements dont la résistance est faible, il est nécessaire 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 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 ltélectro-aimant. Mais si les exigences d'ordre dynamique sont sévères, il est toujours souhaitable de prévoir un dispositif supplémentaire de stabilisation pour le courant de maintien, ou pour la tension d'alimentation.Pour assurer une réduction rapide du champ après une phase d'excitation 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, évidemment, bien qu'on ne l'ait pas représentée. On peut aussi limiter le courant de maintien en pratiquant des coupures modulées.Les circuits connus de ce genre sont faciles à combiner 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 maintien, 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 variation de l'intensité de maintien, en croissance ou en décroissance, au moment de la coupure complète.

En conclusion, il convient de bien préciser que les dispositions prévues dans l'invention ne sont pas uniquement applicables aux soupapes d'injection électromagnétiques du genre considéré. En effet, les dispositions conformes à l'invention peuvent être utilisées dans tous les cas où il s'agit de réaliser des mouvements de retour très rapides, avec une grande fidélité et une très faible consommation d'6 nergie. En outre, les soupapes d'injection proposées peuvent être utilisées sous une forme légèrement modifiée, pour réaliser des électro-vannes rapides pour des circuits de fluides 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 proposées plus haut, et en renforçant les éléments des circuits magnétiques par des nervures ou des bords tombés. On peut prévoir sur ces circuits magnétiques des faces polaires élargies et/ou en collerettes.

D'autre part, on peut réaliser les pièces élémen- taires des soupapes d'injection éîectroniagnétiques en les fabriquant de diverses manières; par exemple, on peut confectionner les pièces de l'électro-aimant par frittarge, emboutissage, par formage au tour, ou encore en les usinant avec enlèvement de copeaux.

I1 est possible d'utiliser un effet de retour hydraulique dans presque toutes les soupapes d'injection connues, du type à basse pression comportant une armature guidée dans le sens radial. Il suffit pour cela d'assurer un étranglement du courant de carburant à l'intérieur de la soupape9 entre le haut et le bas des parties mobiles, afin d'obtenir un effort de rappel en fonction du débit.

Claims

REVENDICATIONS

1. Soupape d'injection électromagnétìque, en particulier pour l'injection du carburant dans la tubulure d'aspiration d'un moteur à explosion, comportant un dispositif (129) pour atomiser le carburant au moyen d'un courant d'air d'atomisation, caractérisé en ce que le courant d'air d'atomisation provient d'un filtre à air séparé.

2. Soupape d'injection electromagnétique, en par ticul ier pour l'injection du carburant dans la tubulure d'aspiration d'un moteur à explosion, comportant un dispositif (129) pour atomiser le carburant au moyen d'un courant d'air d'atomisation, caractérisée en ce que l'air d'atomisation subit un échauffement intense dans un échangeur de chialeur, disposé de préférence dans le courant des gaz d'échappement du moteur; un moyen d'isolation thermique étant prévu entre la soupape et le dispositif d'atomisation, et celle-ci étant parcourue en permanence par un courant de carburant frais, pour assurer un refroidissement supplémentaire.

3. Soupape d'injection électromagnétique selon la revendication 1, caracterisée en ce que le filtre à air séparé est disposé directement sur la soupape d'injection.

4. Soupape d'injection électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le filtre à air entoure la jupe de la soupape d'injection et en ce que le coursent d'air passe par des ouvertures de grande surface découpées dans la jupe pour traverser la zone de l'enroulement (124) de l'électro-aimant et aboutir au dispositif d'atomisation.

5. Soupape d'injection électromagnétique selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisée en ce que le dispositif d'atomisation comporte un tube de mélange (155) qui va en se rétricissant dans le sens de l'écoulement.

6. Soupape d'injection électromagnétique selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisée en ce que le tube de mélange (155) est entouré par un courant d'air chaud d'atomisation qui s' écoule à l'envers du sens d'éjection de la soupape.