FR2593555A1 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR FOR CONTROLLING INJECTION PUMPS, PUMP AND INJECTION, AND CONTROL VALVE FOR A FLUID - Google Patents
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Abstract
a. Actionneur électromagnétique perfectionné pour la commande d'une pompe d'injection, comprenant un élément de noyau 7 et un induit 12 coulissant en s'approchant et en s'éloignant de cet élément de noyau. b. Un enroulement 4 entourant l'élément de noyau et l'induit est monté à l'intérieur d'un corps tubulaire 2 dont l'une des extrémités est couplée magnétiquement à l'élément de noyau. Les faces opposées de l'induit et de l'élément de noyau présentent une forme tronconique et la surface extérieure de l'induit est effilée vers l'intérieur, en partant de l'élément de noyau. c. Le perfectionnement permet de réaliser un actionneur de structure compacte. (CF DESSIN DANS BOPI)at. An improved electromagnetic actuator for controlling an injection pump, comprising a core element 7 and an armature 12 which slides in approaching and away from this core element. b. A winding 4 surrounding the core element and the armature is mounted inside a tubular body 2, one end of which is magnetically coupled to the core element. The opposing faces of the armature and the core member are frustoconical in shape and the outer surface of the armature taper inward from the core member. vs. The improvement makes it possible to produce an actuator with a compact structure. (CF DRAWING IN BOPI)
Description
- 1 - L'invention concerne des actionneurs électromagnétiques, enThe invention relates to electromagnetic actuators, in particular
particulier, mais non exclusivement, des actionneurs pour effectuer le déplacement d'un composant faisant partie du système d'alimentation particularly, but not exclusively, actuators for moving a component forming part of the feed system
de carburant d'un moteur à combustion interne. of fuel from an internal combustion engine.
Dans une application de l'actionneur, l'actionneur est utilisé pour faire varier l'ajustage d'une tige de commande de la quantité de carburant d'une pompe d'injection de carburant d'un moteur à allumage par compression. Dans une autre application, l'actionneur est utilisé pour commander l'ajustage d'une soupape qui fait partie du système global d'alimentation de carburant d'un moteur à allumage par étincelle, la soupape étant montée en parallèle avec la soupape In one application of the actuator, the actuator is used to vary the adjustment of a control rod with the amount of fuel of a fuel injection pump of a compression ignition engine. In another application, the actuator is used to control the adjustment of a valve that is part of the overall fuel supply system of a spark ignition engine, the valve being mounted in parallel with the valve
d'étrangiement d'air normale.strangling of normal air.
On connait divers types d'actionneurs électromagnétiques. Générale- Various types of electromagnetic actuators are known. generally
ment, les actionneurs électromagnétiques fournissent une force d'action- electromagnetic actuators provide a force of
nement lorsque du courant traverse l'enroulement, la force provoquant le déplacement d'un élément de l'actionneur jusqu'à une butée de limitation, l'élément retournant dans sa position initiale sous when the current flows through the winding, the force causing the displacement of an actuator element to a limit stop, the element returning to its initial position under
l'action d'un ressort lorsque le passage du courant à travers l'enroule- the action of a spring when the flow of current through the winding
ment est interrompu. Le champ magnétique est modifié par le déplacement de l'élément ou induit et l'altération du circuit magnétique provoque une variation considérable de la force électromagnétique pour un court déplacement de l'induit. Etant donné qu 'afin de déplacer l'induit mobile, la force électromagnétique doit vaincre l'opposition du ressort de rétablissement, les actionneurs électromagnétiques possédant is interrupted. The magnetic field is modified by the displacement of the element or induced and the alteration of the magnetic circuit causes a considerable variation of the electromagnetic force for a short displacement of the armature. Since in order to move the moving armature, the electromagnetic force must overcome the opposition of the recovery spring, the electromagnetic actuators having
ces caractéristiques ne présentent que deux positions stables disponi- these characteristics have only two stable positions available.
bles pour l'induit mobile.for the moving armature.
Afin d'éviter une modification substantielle du circuit magnétique pendant le déplacement de l'induit et d'obtenir ainsi une force d'actionnement théoriquement constante, il existe des actionneurs électromagnétiques dont l'enroulement et l'induit présentent une longueur qui est nettement plus élevée que le diamètre de cet induit. Toutefois, la force électromagnétique qui peut être obtenue en utilisant ces dimensions est faible et inadéquate pour certains objectifs d'actionnement. In order to avoid a substantial modification of the magnetic circuit during the displacement of the armature and thus to obtain a theoretically constant actuating force, there are electromagnetic actuators whose winding and armature have a length which is significantly high than the diameter of this armature. However, the electromagnetic force that can be achieved using these dimensions is small and inadequate for certain actuation purposes.
L'invention a pour objectif de proposer un actionneur électromagné- The object of the invention is to propose an electromagnetic actuator
tique ayant une forme simple et pratique. tick having a simple and practical form.
Conformément à l'invention, un actionneur électromagnétique comprend un corps creux définissant une chambre allongée, un élément de noyau s'étendant dans une chambre, cet élément de noyau ayant un surface tronconique à l'intérieur de la chambre, un induit coulissant à l'intérieur de la chambre, la surface d'extrémité de l'induit qui est présentée à l'élément de noyau ayant une forme complémentaire de celle de l'élément de noyau, l'élément de noyau et la partie formant le corps d'un circuit magnétique qui comprend également In accordance with the invention, an electromagnetic actuator comprises a hollow body defining an elongate chamber, a core member extending into a chamber, the core member having a frustoconical surface within the chamber, a sliding armature at least one the interior of the chamber, the end surface of the armature which is presented to the core member having a shape complementary to that of the core member, the core member and the body portion of a magnetic circuit that also includes
l'induit et l'entrefer entre l'induit et l'élément de noyau et l'entre- the armature and the gap between the armature and the core element and the
fer entre l'induit et le corps, et la surface latérale de l'induit au moins au-dessus de la partie d'extrémité de cet induit éloignée de l'élément de noyau étant d'une forme effilée, un enroulement qui, lorsqu'il est énergisé, induit un flux magnétique qui s'écoule dans le circuit magnétique et des moyens élastiques pour un déplacement opposé de l'induit vers l'élément de noyau sous l'action du flux magnétique. Le dispositif constituant l'objet de la présente invention a été conçu afin de perfectionner la caractéristique force/déplacement et de plus, pour obtenir d'autres avantages qui vont apparaître aux spécialistes, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'induit fixe est pourvu, sur un de ses côtés, d'une forme tronconique, que between the armature and the body, and the lateral surface of the armature at least above the end portion of this armature remote from the core element being of a tapered shape, a winding which, when it is energized, induces a magnetic flux flowing in the magnetic circuit and elastic means for an opposite displacement of the armature towards the core element under the action of the magnetic flux. The device constituting the object of the present invention has been designed in order to improve the force / displacement characteristic and, moreover, to obtain other advantages which will appear to specialists, this device being characterized in that the fixed armature is provided with , on one of its sides, of a frustoconical shape, that
l'induit mobile présente, sur sa plus grande base, une cavité tronco- the mobile armature has, on its larger base, a truncated cavity
nique qui est complémentaire du côté de l'induit fixe sur lequel l'induit mobile vient s'appuyer après son déplacement, et en ce que l'induit mobile est conçu sous la forme d'un corps de révolution -3 - which is complementary to the side of the fixed armature on which the movable armature comes to rest after its displacement, and in that the movable armature is designed in the form of a body of revolution -3 -
ayant une génératrice courbe, concave, faisant varier avec son déplace- having a curved, concave generatrix, varying with its displacement
ment la distance entre un point de la bobine et l'induit mobile afin que, au moyen de cet agencement, la force électromagnétique soit équilibrée, en n'importe quelle point du déplacement de l'induit mobile entre les positions éloignées et proches de l'induit fixe, the distance between a point of the coil and the moving armature so that, by means of this arrangement, the electromagnetic force is balanced, at any point of the displacement of the moving armature between the positions distant and close to the fixed armature,
par la force du ressort opposée et que l'induit mobile puisse être posi- by the force of the opposite spring and that the moving armature can be posi-
tionné en n'importe quel point de ce déplacement. at any point in this movement.
Dans les dessins annexés, les figures représentent: In the accompanying drawings, the figures show:
Figure 1: une vue plan de côté, en Coupe, d'un actionneur électro- Figure 1: a side plan view, in section, of an electronic actuator
magnétique selon l'invention,magnetic device according to the invention,
Figure 2: une représentation graphique du rapport force/déplace- Figure 2: a graphical representation of the force / displacement ratio
ment dans laquelle les courbes caractéristiques des divers actionneurs électromagnétiques sont représentées et Figures 3, 4 et 5: des vues plan de côté, en coupe, représentant in which the characteristic curves of the various electromagnetic actuators are shown and Figures 3, 4 and 5: side plan views, in section, representing
des modifications de l'actionneur de la figure 1. modifications of the actuator of FIG.
Pour faciliter la description des exemples, les parties constitu- To facilitate the description of the examples, the constituent parts
tives de l'actionneur ayant les mêmes fonctions sont désignées par actuator having the same functions are designated by
les mêmes indices numériques sur les différentes figures. the same numerical indices on the different figures.
L'actionneur électromagnétique 1 de la figure 1 comprend un corps 2 en forme de coupelle constitué par un matériau magnétique à l'intérieur duquel est montée une armature 3 de bobine isolante The electromagnetic actuator 1 of FIG. 1 comprises a cup-shaped body 2 constituted by a magnetic material inside which an insulating coil armature 3 is mounted.
en plastique ou autres, qui porte un enroulement 4 en fil de cuivre. plastic or others, which carries a coil 4 of copper wire.
Un capuchon creux 5 constitué par un matériau magnétique ferme l'extré- A hollow cap 5 made of a magnetic material closes the end.
mité ouverte du corps 2 et peut être fixé en utilisant un filetage. open body 2 and can be fixed using a thread.
Le capuchon est situé à l'intérieur du corps et est engagé dans l'armature de bobine 3 et pousse celle-ci contre la paroi de base du corps 2,et cette partie du capuchon à l'intérieur du corps présente une épaisseur substantielle. Une garniture 6 assure l'étanchéité entre le capuchon et le corps et un élément de noyau magnétique 7 est ajusté dans l'ouverture de la base du corps 2 et présente un goujon qui est utilisé pour fixer le corps 2 au corps 8 d'une pompe d'injection 9. L'élément de noyau 7, sur son côté éloigné The cap is located inside the body and is engaged in the coil reinforcement 3 and pushes it against the base wall of the body 2, and this portion of the cap inside the body has a substantial thickness. A gasket 6 seals between the cap and the body and a magnetic core member 7 is fitted into the opening of the base of the body 2 and has a stud which is used to secure the body 2 to the body 8 of a injection pump 9. The core element 7, on its far side
de la pompe d'injection 9, présente une surface 10 de forme tronconique. of the injection pump 9, has a surface 10 of frustoconical shape.
L'induit 12 de l'actionneur est monté sur une extrémité de la tige de commande 11 de la pompe d'injection 9 au moyen d'une douille -4 - 13 en matériau non magnétique qui est ajustée par pression dans l'induit 12. L'extrémité de la tige de commande 11 est pourvue d'un filetage pour recevoir un écrou 14 de blocage, non magnétique, qui presse la douille contre un épaulement de la tige de commande. Une rondelle 15 est disposée sous l'écrou qui est également pourvu d'une The armature 12 of the actuator is mounted on one end of the control rod 11 of the injection pump 9 by means of a sleeve -4 - 13 of non-magnetic material which is press-fitted into the armature 12 The end of the control rod 11 is provided with a thread for receiving a non-magnetic locking nut 14 which presses the sleeve against a shoulder of the control rod. A washer 15 is disposed under the nut which is also provided with a
rondelle 16 de blocage. L'écrou est en partie enfoncé dans l'induit. washer 16 blocking. The nut is partially embedded in the armature.
L'élément de noyau 7 présente une ouverture centrale 17 qui présente une douille 18 en matériau résistant à l'usure tel que du bronze et cette douille est maintenue en position au moyen d'un circlip. Ce support de la tige de commande 11 permet de s'exonérer d'un support sur la pompe d'injection et permet ainsi une structure The core member 7 has a central opening 17 which has a sleeve 18 of wear-resistant material such as bronze and this sleeve is held in position by means of a circlip. This support of the control rod 11 allows to exonerate a support on the injection pump and thus allows a structure
plus compacte de cette pompe.more compact this pump.
Entre l'élément de noyau 7 et l'induit 12, ou plus précisément entre les douilles 18 et 13, se trouve incorporé un ressort de compression hélicoïdal 20 qui s'oppose au déplacement de l'induit vers l'élément de noyau. L'agencement du ressort 20 autour de la tige de commande 11 permet une exploitation optimale de l'espace disponible à l'intérieur de l'actionneur électromagnétique 1, réduisant Between the core element 7 and the armature 12, or more precisely between the sockets 18 and 13, is incorporated a helical compression spring 20 which opposes the displacement of the armature towards the core element. The arrangement of the spring 20 around the control rod 11 allows optimal use of the space available inside the electromagnetic actuator 1, reducing
ainsi les coûts de construction de cet actionneur. thus the construction costs of this actuator.
Le flux magnétique engendré par le passage du courant électrique à travers l'enroulement 4 s'écoule à travers l'induit 12, l'élément de noyau 7, le corps 2, le capuchon 5 et les entrefers compris entre The magnetic flux generated by the passage of the electric current through the winding 4 flows through the armature 12, the core element 7, the body 2, the cap 5 and the air gaps between
ces composants.these components.
La force électromagnétique ainsi engendrée déplace l'induit 12 de la position indiquée en pointillé sur la figure 1, dans laquelle l'induit est écarté du capuchon par une partie en saillie de l'écrou, vers la position représentée en trait plein. L'induit 12 est pourvu, The electromagnetic force thus generated moves the armature 12 from the position indicated in dashed lines in FIG. 1, in which the armature is moved away from the cap by a portion projecting from the nut towards the position shown in solid lines. The armature 12 is provided,
côté pompe, d'une cavité ayant une surface 21 tronconique, complémentai- pump side, a cavity having a frustoconical surface 21, complementing
re de la surface 10 de l'élément de noyau 7. L'angle de conicité re of the surface 10 of the core element 7. The taper angle
de cette surface joue un r8le décisif dans l'influence sur le comporte- This surface plays a decisive role in the influence on the behavior
ment de l'actionneur 1, du fait qu'un angle de conicité plus grand actuator 1, because a larger conicity angle
produit une plus grande efficacité pour un plus faible déplacement. produces greater efficiency for lower displacement.
En sélectionnant l'angle de conicité le plus élevé, compatible avec le trajet nécessaire pour la tige de commande 11, on obtient une courbe 1 représentée en figure 2, qui montre que la force atteint un niveau élevé lorsque l'induit et l'élément de noyau sont proches, le trajet étant très court, la force diminuant brusquement lorsque By selecting the highest angle of conicity, compatible with the path required for the control rod 11, a curve 1 is obtained in FIG. 2, which shows that the force reaches a high level when the armature and the element are very close, the path being very short, the force decreasing sharply when
l'induit se sépare de l'élément de noyau. the armature separates from the core element.
La courbe I correspond donc aux actionneurs électromagnétiques décrits précédemment, ayant deux positions stables. De même, les actionneurs de faible diamètre par rapport à leur longueur présentent Curve I thus corresponds to the electromagnetic actuators described above, having two stable positions. In the same way, the actuators of small diameter compared to their length have
une courbe caractéristique représentée en II sur la figure 2, c'est- a characteristic curve represented at II in FIG.
à-dire qu'ils produisent une force électromagnétique en principe constante pendant le déplacement de l'induit. Cette force est trop faible pour l'actionnement de la tige de commande 11 d'une pompe d'injection. L'induit 12 de l'actionneur 1 selon l'invention est conçu sous la forme d'un corps de rotation ayant une génératrice courbe concave et sa surface latérale 22 est conçue de façon que la séparation entre cette surface et le capuchon varie avec le déplacement de l'induit mobile 12. De cette façon, un profil de la surface latérale 22 peut être conçu de façon à obtenir une courbe III qui est plus that is to say that they produce an electromagnetic force in principle constant during the displacement of the armature. This force is too weak for the actuation of the control rod 11 of an injection pump. The armature 12 of the actuator 1 according to the invention is designed in the form of a rotating body having a concave curved generatrix and its lateral surface 22 is designed so that the separation between this surface and the cap varies with the In this way, a profile of the lateral surface 22 can be designed so as to obtain a curve III which is more
plate que la courbe I correspondant à une surface latérale cylindrique. flat than the curve I corresponding to a cylindrical lateral surface.
La variation de la force électromagnétique est ainsi modérée et en sélectionnant des dimensions appropriées pour le ressort d'opposition , il est possible d'équilibrer le ressort et les forces magnétiques, et de positionner l'induit mobile 12 et donc la tige de commande 11 d'une manière stable, en n'importe quel point du trajet de l'induit mobile 12 entre les positions la plus éloignée et la plus proche The variation of the electromagnetic force is thus moderate and by selecting appropriate dimensions for the opposition spring, it is possible to balance the spring and the magnetic forces, and to position the moving armature 12 and therefore the control rod 11 stably at any point in the path of the moving armature 12 between the furthest and the nearest positions
de l'élément de noyau 7.of the core element 7.
L'actionneur électromagnétique 1 représenté en figure 3 est pourvu d'un capuchon 5 en matériau non magnétique tel que du plastique> et un anneau 23 en matériau ferromagnétique est prévu et disposé entre le capuchon 5 et l'armature 3 de bobine, en contact avec la surface intérieure du corps. Avec cet agencement, le flux magnétique est en principe confiné à l'intérieur de l'anneau 23, ce qui laisse libre la surface intérieure du capuchon 5 et tout l'espace entre la surface et l'induit. Sur la figure 4, la surface intérieure du capuchon est garnie d'un détecteur 24 de type condensateur dont The electromagnetic actuator 1 shown in FIG. 3 is provided with a cap 5 of non-magnetic material such as plastic> and a ring 23 of ferromagnetic material is provided and disposed between the cap 5 and the coil armature 3, in contact with each other. with the inner surface of the body. With this arrangement, the magnetic flux is in principle confined within the ring 23, leaving free the inner surface of the cap 5 and the entire space between the surface and the armature. In FIG. 4, the inner surface of the cap is furnished with a capacitor type detector 24 of which
la capacité varie en fonction de la position de l'induit. Dans l'agence- the capacity varies according to the position of the armature. In the agency-
- 6 - ment selon la figure 5, le capuchon 5 porte un détecteur 26 de type According to FIG. 5, the cap 5 carries a detector 26 of the type
inducteur. Les signaux fournis par les détecteurs peuvent être réintro- inductor. The signals provided by the detectors can be reintro-
duits dans l'unité de commande qui n'est pas décrite mais qui agit de façon à commander le débit de courant dans l'enroulement 4 pour déplacer la tige de commande 11 et faire varier l'état de fonctionnement du moteur. Il est à noter que dans les exemples des figures 4 et , le capuchon définit un arrêt pour l'engagement par l'écrou qui in the control unit which is not described but which acts to control the flow of current in the winding 4 to move the control rod 11 and vary the operating state of the engine. It should be noted that in the examples of FIG. 4 and, the cap defines a stop for the engagement by the nut which
est enfoncé dans l'induit.is embedded in the armature.
Dans l'agencement représenté en figure 6, l'actionneur 1 représenté In the arrangement shown in FIG. 6, the actuator 1 represented
en figure 1 est fixé à la partie 27 de corps principal d'une soupa- Figure 1 is attached to part 27 of the main body of a
pe de commande d'air désignée globalement par 28. La soupape 28 air control pump generally denoted by 28. The valve 28
est montée en fonctionnement en parallèle avec une soupape d'étrangle- is operated in parallel with a choke valve
ment d'air à commande manuelle d'un moteur à injection de carburant manual air supply of a fuel injection engine
à allumage par étincelle, la soupape permettant une évacuation contrô- spark ignition, the valve allowing a controlled evacuation
lée de l'air dans certaines conditions de fonctionnement du moteur. air in certain engine operating conditions.
Le corps principal 27 de la soupape définit une chambre de soupape 28A aux extrémités opposées de laquelle sont disposés des logements annulaires 29, 30, et la chambre communique avec une sortie 31. Le corps 27 définit également une chambre d'entrée 32 qui est disposée sur le côté du logement 29 éloigné de la chambre 28A et la chambre d'entrée communique avec une entrée 33. Un prolongement 34 creux est fixé à l'extrémité du corps principal 27 qui est éloigné de l'actionneur, l'extrémité ouverte de ce prolongement étant fermée par un capuchon 36 qui est maintenu dans sa position par un organe The main body 27 of the valve defines a valve chamber 28A at opposite ends of which are disposed annular housing 29, 30, and the chamber communicates with an outlet 31. The body 27 also defines an inlet chamber 32 which is disposed on the side of the housing 29 remote from the chamber 28A and the inlet chamber communicates with an inlet 33. A hollow extension 34 is attached to the end of the main body 27 which is remote from the actuator, the open end of this extension being closed by a cap 36 which is held in its position by an organ
de retenu en forme de coupelle. Le prolongement et le capuchon définis- retaining cup-shaped. The extension and the cap defined
sent une chambre d'équilibrage 37 qui communique avec la chambre d'entrée 32 au moyen d'un ou de plusieurs passages axiaux 38 définis a counterbalance chamber 37 which communicates with the inlet chamber 32 by means of one or more defined axial passages 38
dans le corps principal.in the main body.
Des organes de soupape 39, 40 sont disposés dans les chambres 28A et 37, respectivement, les organes de soupape étant portés par une tige 41 qui est soutenue à une extrémité, en coulissement, par Valve members 39, 40 are disposed in chambers 28A and 37, respectively, the valve members being carried by a rod 41 which is supported at a sliding end by
un goujon tubulaire 41 formé intégralement avec le capuchon 36. a tubular stud 41 formed integrally with the cap 36.
A son autre extrémité, la tige est raccordée à l'induit 12 de l'action- At its other end, the rod is connected to the armature 12 of the action-
neur 1 de la même façon que la tige de commande. Les organes de soupape 39, 40 définissent des surfaces coniques présentées vers -7- les logements et les superficies de base des organes de soupape et leurs sièges sont substantiellement égaux, de sorte que, dans la position fermée de la soupape qui est obtenue au moyen d'un ressort de compression hélicoidal 43 disposé entre l'organe de soupape 40 et le capuchon 36, les organes de soupape et la tige sont pratiquement équilibrés en pression. Lorsque l'enroulement de l'actionneur 1 est énergisé, les organes de soupape vont se déplacer contre l'action neur 1 in the same way as the control rod. The valve members 39, 40 define conical surfaces presented to the housing and the base surfaces of the valve members and their seats are substantially equal, so that in the closed position of the valve which is obtained by means of of a helical compression spring 43 disposed between the valve member 40 and the cap 36, the valve members and the stem are substantially pressure balanced. When the winding of the actuator 1 is energized, the valve members will move against the action
du ressort 43 et du ressort de l'actionneur, vers la position complète- spring 43 and the spring of the actuator, to the full position
ment ouverte, l'air provenant de la chambre d'entrée s'écoulant directement dans la chambre de soupape 28Ajet indirectement, à travers open, the air from the inlet chamber flowing directly into the valve chamber 28Ajet indirectly through
le ou les passages 38 et la-chambre d'équilibrage. the passage or passages 38 and the balancing chamber.
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