WO2017162874A1 - Pion sphérique d'ajustage de ressort de valve - Google Patents

Pion sphérique d'ajustage de ressort de valve Download PDF

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WO2017162874A1 PCT/EP2017/057118 EP2017057118W WO2017162874A1 WO 2017162874 A1 WO2017162874 A1 WO 2017162874A1 EP 2017057118 W EP2017057118 W EP 2017057118W WO 2017162874 A1 WO2017162874 A1 WO 2017162874A1
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Philippe Legrand
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Delphi International Operations Luxembourg SARL
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    • F02M2200/50—Arrangements of springs for valves used in fuel injectors or fuel injection pumps

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic actuator for a fuel injector used in vehicle engines.
  • the present invention aims to solve the problem of displacement of the armature caused by oscillations experienced by the spring.
  • the invention consists of an electromagnetic actuator of a diesel fuel injector which comprises a fixed electrical coil provided with an axial bore, a movable magnetic armature moving towards the coil when the latter is electrically powered and a resilient device repelling the coil. Permanently the magnetic armature to a position away from the coil.
  • the device is arranged in the axial bore,
  • the resilient device includes a slidably disposed separator member for separating the bore into a first chamber and a second chamber and defining a fluid passage restriction between the first chamber and the second chamber.
  • the elastic device comprises a first member compressed in the first chamber between the bottom of the bore and a first face of the separator member and a second resilient member compressed between a second face of the separator member and the magnetic armature.
  • the first face is flat and the second face is also flat parallel to the first face
  • the separator member is also provided with a side face joining the first face to the second face.
  • the lateral face is spherical.
  • a hole is reduced at its center to form a restriction. The through hole is pierced through the separator member. The opening hole opens into the first face and the second face.
  • a restriction is defined by an annular clearance between the middle of the lateral face of the separator member and the axial bore of the coil.
  • Figure 1 is an axial section of the electromagnetic actuator according to the invention comprising a pin interposed between the springs.
  • Figure 2 is an isometric view of the pawn alone.
  • Figure 3 is a section of the elastic device in the bore of the coil.
  • Figure 4 is an axial section of the pin according to the second embodiment.
  • Figure 5 is an axial section of the oblong pin.
  • Figure 6 is an axial section of the cylindrical pin.
  • Figure 7 is an axial section of the octagon-shaped pin.
  • top-down orientation is chosen arbitrarily and, words and phrases such as "above, below, above, below " may be used without any intention to limit the 'invention.
  • the injector 5 comprises a sliding needle 10 in a bore 11 (not shown).
  • the movement of the needle 10 is controlled by two chambers, a high pressure control chamber 12 and a low pressure chamber 16, which communicates with the low pressure drain tank 22 (not shown).
  • an actuator 30 is electrically powered during the opening step, which engages an armature 29 and a valve member 25 in contact therewith, identified as the control valve 15, located in the low pressure chamber 16 to move up against the action of an elastic device 36 of the actuator 30, lifting the valve member 25 away from its seat.
  • the fuel can escape from the control chamber 12 to the chamber 16 which is at a low pressure through a return passage (not shown).
  • FIG. 1 A first embodiment of the invention is shown in FIG. 1, in which the electromagnetic actuator 30 comprises a fixed electrical coil 32, a movable magnetic armature 29 moving towards the coil 32 when the latter is electrically powered and the elastic device 36 permanently pushing the magnetic armature 29 to a position remote from the coil 32.
  • the electromagnetic actuator 30 further includes a blind bore 34 at its upper end and two wires extending toward the upper end to be connected to an electrical connector (not shown).
  • the blind bore 34 extends along the longitudinal axis X.
  • the magnetic armature 29 is crimped to a valve 25 extending down into the bore 24 of the low pressure compression chamber 16.
  • the elastic device 36 comprises two helical springs 38, 40 separated by a separating member 42 or pin 42.
  • the elastic device 36 is arranged in the axial bore 34.
  • the pin 42 is slidably arranged so as to divide the blind bore 34 into a first chamber 50 and a second chamber 52.
  • the first spring 38 is arranged in the first chamber 50 of the bore 34 and the second spring 40 is arranged in the second chamber 52 of the bore 34.
  • the two springs 38, 40 are aligned axially along the longitudinal axis X.
  • the second spring 40 is in contact with the electric armature 29 and opens bore 34.
  • the pin 42 comprises a hole 53 reduced in its center to form a restriction 54.
  • the hole 53 is pierced through the separating member 42 and opening between a first face 56 and a second face 58 of the pin 42.
  • first face 56 and second face 58 are flat and parallel to each other.
  • the pin 42 is also provided with a lateral face 70 joining the first face 56 to the second face 58.
  • the lateral face 70 is spherical.
  • the pin 42 is therefore globally spherical as shown in FIG. 2.
  • the restriction 54 is arranged along the X axis.
  • the restriction 54 has two different diameters D1, D2 which are separated from each other by two chamfers 60, 62 arranged inside the restriction 54.
  • D1 of the proximal restriction 54 of the faces 56, 58 of the hole is larger than the diameter D2 of the restriction 54.
  • the useful diameter is the diameter D2 which is less than 0.2 mm and generally less than 0.1 mm.
  • the diameter D1 must then be between 0.2 and 1 mm.
  • the restriction 54 comprises two chamfers 66, 68 proximal to the first face 56 and the second face 58 of the pin 42.
  • the first spring 38 is compressed between the first face 56 of the pin 42 and the bottom 35 of the bore 34 (not shown).
  • the second spring 40 is compressed between the second face 58 and the electric armature 29 (not shown).
  • the two springs 38, 40 have a substantially equal stiffness but may also be of different stiffness, the stiffness being the characteristic indicating the resistance to elastic deformation of a spring and its compression being proportional to the force exerted on the spring.
  • the two springs 38, 40 may be made of metallic materials or composite materials.
  • the embodiment comprises a clearance J between the side face 70 and the bore 34.
  • the clearance J is typically from 0.005 mm to 0.1 mm.
  • the diesel fuel circulates mainly through the restriction 54.
  • the pin 42 can be made from ball of a low cost and a high diametrical accuracy of the order of +/- 0.1 mm.
  • a second embodiment as shown in Figure 4 is a pin 42 comprising the two flat faces 56, 58 and parallel to each other. The faces 56, 58 arranged transverse to the longitudinal axis X. An axial play Jl between the pin 42 and the axial bore 34 is greater than the equivalent axial clearance in the first embodiment and defined to obtain the damping desired hydraulic system.
  • the pin 42 is of long form.
  • the pin 42 includes the restriction 54 and two faces 56,58 planar and parallel to each other.
  • the two faces 56, 58 are transverse to the longitudinal axis X.
  • the pin further comprises a lateral face 70 joining the two faces 56, 58 of the pin 42.
  • the pin 42 is cylindrical.
  • the pin 42 includes the restriction 54 and two faces 56,58 planar and parallel to each other.
  • the two faces 56, 58 are transverse to the longitudinal axis X.
  • the pin further comprises a lateral face 70 joining the two faces 56, 58 of the pin 42.
  • the pin 42 is octagonal.
  • the pin 42 includes the restriction 54 and two faces 56,58 planar and parallel to each other.
  • the two faces 56, 58 are transverse to the longitudinal axis X.
  • the pin further comprises a lateral face 70 comprising two chamfers 80, 82 proximal to the two faces 56, 58 of the pin 42.
  • the dimensions of the bore 34 are a diameter of about 2 mm and a length of 10 to 15 mm.
  • the dimensions of the pin 42 are 1 to 4 mm in length from the face 56 to the face 58 and the diameter taken at the center of the sphere is of the order of 2 mm

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Abstract

Actionneur (30) électromagnétique d'un injecteur (5) de carburant, l'actionneur (30) comprenant une bobine (32) électrique fixe pourvu d'un alésage axiale, une armature (29) magnétique mobile se déplaçant vers la bobine (32) lorsque celle-ci est électriquement alimentée et un dispositif (36) élastique repoussant en permanence l'armature (29) magnétique vers une position éloignée de la bobine (32) agencé dans l'alésage axial. Le dispositif (36) élastique comprend un membre séparateur (42) agencé glissant de sorte à diviser l'alésage borgne (34) en une première chambre (50) et une seconde chambre (52) et à définir une restriction de fluide (54) entre la première chambre (56) et la seconde chambre (58).

Description

Pion sphérique d'ajustage de ressort de valve
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un actionneur électromagnétique pour un injecteur de carburant utilisé dans les moteurs de véhicule.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION.
Des systèmes d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne moderne, en particulier les moteurs à allumage par compression, comprennent une pluralité d'injecteurs de carburant agencés pour émettre un jet atomisé de carburant à haute pression dans une chambre de combustion du moteur.
Un injecteur de carburant connu pour être utilisé dans un tel système. Il comprend une aiguille d'injection. L'aiguille est glissante à l'intérieur de l'alésage formé dans un corps de buse et pouvant coopérer avec un siège pour commander la distribution de carburant à travers une ou plusieurs ouvertures de sortie. Le mouvement de l'aiguille est contrôlé à l'aide d'une chambre de commande à haute pression et d'une chambre à basse pression qui communique avec le réservoir de vidange à basse pression. Lorsqu'au début de l'injection, un actionneur est alimenté électriquement pour réaliser l'ouverture, ce qui entraine le déplacement d'une armature et un élément de soupape, également appelé tige de vanne par les professionnels, en contact avec celui-ci, identifié comme une soupape de commande. La soupape de commande est située dans la chambre à basse pression, la soupape de commande se déplace alors vers le haut contre l'action d'un ressort de bobine de l'actionneur. A ce stade, la longueur du ressort est réduite et une oscillation se propage de spire en spire pour ensuite se propager sur la soupape de commande et l'oscillation fait ainsi des allers retours créant des perturbations du flux de carburant. La propagation de l'oscillation vient perturber le déplacement de l'armature solidaire de l'organe de soupape. Il se produit alors des oscillations sur les forces appliquées pour fermer ou ouvrir la soupape de commande. Ce problème s'explique par un déplacement perturbé de l'armature causé par des oscillations subies par le ressort. Ce problème sera résolu par la présente invention, qui va être décrite plus loin.
RESUME DE L'INVENTION
La présente invention vise à résoudre le problème de déplacement de l'armature causé par les oscillations subies par le ressort. L'invention consiste en un actionneur électromagnétique d'un injecteur de carburant diesel qui comprend une bobine électrique fixe pourvu d'un alésage axiale, une armature magnétique mobile se déplaçant vers la bobine lorsque celle-ci est électriquement alimentée et un dispositif élastique repoussant en permanence l'armature magnétique vers une position éloignée de la bobine. Le dispositif est agencé dans l'alésage axial,
Le dispositif élastique comprend un membre séparateur agencé glissant de sorte à séparer l'alésage en une première chambre et une seconde chambre et à définir une restriction de passage de fluide entre la première chambre et la seconde chambre.
En particulier, le dispositif élastique comprend un premier membre comprimé dans la première chambre entre le fond de l'alésage et une première face du membre séparateur et, un deuxième membre élastique comprimé entre une deuxième face du membre séparateur et l'armature magnétique.
Dans un mode de réalisation particulier, la première face est plane et la deuxième face est également plane parallèle à la première face, le membre séparateur est également pourvu d'une face latérale joignant la première face à la deuxième face. La face latérale est sphérique. De plus un trou est réduit en son centre pour former une restriction. Le trou débouchant est percé au travers du membre séparateur. Le trou débouchant débouche dans la première face et la deuxième face.
Selon un autre mode de réalisation, une restriction est définie par un jeu annulaire compris entre le milieu de la face latérale du membre séparateur et l'alésage axial de la bobine.
L'invention est également relative à un injecteur de carburant comprenant un actionneur électromagnétique tel que précédemment décrit où le carburant peut être du carburant diesel. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif:
Figure 1 est une coupe axiale de l'actionneur électromagnétique selon l'invention comprenant un pion intercalé entre les ressorts.
Figure 2 est une vue isométrique du pion seul.
Figure 3 est une coupe du dispositif élastique dans l'alésage de la bobine.
Figure 4 est une coupe axiale du pion selon le second mode de réalisation.
Figure 5 est une coupe axiale du pion oblong.
Figure 6 est une coupe axiale du pion cylindrique.
Figure 7 est une coupe axiale du pion en forme d'octogone.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
Pour faciliter et clarifier la description qui suit, l'orientation de haut en bas est choisi arbitrairement et, les mots et expressions tels que "ci-dessus, dessous, dessus, dessous ..." peuvent être utilisé sans aucune intention de limiter l'invention.
Conformément à la figure 1 est représenté une partie de l'injecteur 5 de carburant diesel selon l'invention. L'injecteur 5 comprend une aiguille 10 coulissante dans un alésage 11 (non représenté).
Le mouvement de l'aiguille 10 est contrôlé à l'aide de deux chambres, une chambre de commande à haute pression 12 et une chambre à basse pression 16, qui communique avec le réservoir de vidange à basse pression 22 (non représenté). Lorsque débute l'injection, un actionneur 30, est alimenté électriquement lors de l'étape d'ouverture, ce qui engage une armature 29 et un élément de soupape 25 en contact avec celui-ci, identifié comme la soupape de commande 15, situé dans la chambre à basse pression 16 à se déplacer vers le haut contre l'action d'un dispositif élastique 36 de l'actionneur 30, soulevant l'élément de soupape 25 loin de son siège. En conséquence, le carburant peut s'échapper de la chambre de commande 12 vers la chambre 16 qui est à une basse pression par un passage de retour (non représenté). Un premier mode de réalisation de l'invention est représenté par la figure 1, dans lequel l'actionneur électromagnétique 30 comprend une bobine électrique fixe 32, une armature magnétique mobile 29 se déplaçant vers la bobine 32 lorsque celle-ci est électriquement alimentée et le dispositif élastique 36 repoussant en permanence l'armature magnétique 29 vers une position éloignée de la bobine 32.
L'actionneur électromagnétique 30 comprend de plus un alésage borgne 34 en son extrémité supérieure et deux fils s'étendant vers l'extrémité supérieure pour être reliés à un connecteur électrique (non représenté). L'alésage borgne 34 s'étend le long de l'axe longitudinal X. L'armature magnétique 29 est fixée par sertissage à une vanne 25 s'étendant vers le bas dans l'alésage 24 de la chambre de compression basse pression 16.
Le dispositif élastique 36 comprend deux ressorts hélicoïdaux 38, 40 séparés par un membre séparateur 42 ou pion 42. Le dispositif élastique 36 est agencé dans l'alésage axial 34.
Comme représenté dans la figure 1 , le pion 42 est agencé glissant de sorte à diviser l'alésage borgne 34 en une première chambre 50 et une seconde chambre 52. Le premier ressort 38 est agencé dans la première chambre 50 de l'alésage 34 et le second ressort 40 est agencé dans la deuxième chambre 52 de l'alésage 34. Les deux ressorts 38, 40 sont alignés axialement le long de l'axe longitudinal X. Le deuxième ressort 40 est en contact avec l'armature électrique 29 et débouche de l'alésage 34.
Selon la figure 2, le pion 42 comprend un trou 53 réduit en son centre pour former une restriction 54. Le trou 53 est percé au travers du membre séparateur 42 et débouchant entre une première face 56 et une deuxième face 58 du pion 42. La première face 56 et la deuxième face 58 sont planes et parallèles entre elles. Le pion 42 est également pourvu d'une face latérale 70 joignant la première face 56 à la deuxième face 58. La face latérale 70 est sphérique. Le pion 42 est donc globalement sphérique comme représenté dans la figure 2. La restriction 54 est agencée selon l'axe X.
Comme représenté dans la figure 2, la restriction 54 a deux diamètres différents Dl, D2 qui sont séparés entre eux par deux chanfreins 60, 62 agencés à l'intérieur de la restriction 54. Comme représenté dans la figure 2, le diamètre Dl de la restriction 54 proximal des faces 56, 58 du trou est plus grand que le diamètre D2 de la restriction 54. Le diamètre utile est le diamètre D2 qui est inférieur à 0,2 mm et généralement inférieur à 0,1 mm. Le diamètre Dl doit être compris alors entre 0,2 et 1 mm. De plus la restriction 54 comprend deux chanfreins 66, 68 proximal de la première face 56 et de la deuxième face 58 du pion 42.
Selon la figure 3, le premier ressort 38 est comprimé entre la première face 56 du pion 42 et le fond 35 de l'alésage 34 (non représenté). Le deuxième ressort 40 est comprimé entre la deuxième face 58 et l'armature électrique 29 (non représenté). Les deux ressorts 38, 40 ont une raideur sensiblement égale mais peuvent être aussi de raideur différente, la raideur étant la caractéristique indiquant la résistance à la déformation élastique d'un ressort et sa compression étant proportionnelle à la force exercée sur le ressort. Les deux ressorts 38, 40 peuvent être réalisés en matériaux métalliques ou en matériaux composites. Le mode de réalisation comprend un jeu J entre la face latérale 70 et l'alésage 34. Le jeu J est faible typiquement de 0,005 mm à 0,1 mm. Le carburant diesel circule principalement par la restriction 54. Le pion 42 peut être réalisé à partir de bille d'un faible coût et d'une grande précision diamétrale de l'ordre de +/- 0,1 mm.
Selon la figure 1, en fonctionnement lorsque la bobine 32 est alimentée, l'armature 29 est soulevée hors de son siège, poussant le dispositif élastique 36 dans l'alésage 34 de la bobine vers le haut, les deux ressorts étant compressés séparés par le pion 42 intermédiaire. Une oscillation se crée alors sur le second ressort 40 se propageant de spire en spire pour ensuite se propager sur le premier ressort 38, les deux ressorts étant séparés par le pion 42, l'oscillation étant de fréquence différente sur les deux ressorts ne peut faire des allers retours et son amplitude s'atténue rapidement et ainsi l'oscillation ne vient plus perturber le déplacement de l'armature 29. Un effet des oscillations est la perturbation du flux du carburant. La restriction 54 du pion 42 vient amortir hydrauliquement le flux du carburant diesel.
Lorsque la bobine 32 n'est plus alimentée, l'armature 29 est repoussée par le dispositif élastique 36 et s'éloigne de la bobine 32 pour revenir en contact avec son siège dans la chambre de compression basse pression 16. Un deuxième mode de réalisation comme représenté dans la figure 4 est un pion 42 comprenant les deux faces planes 56, 58 et parallèles entre elles. Les faces 56, 58 agencés transversales à l'axe longitudinal X. Un jeu axial Jl compris entre le pion 42 et l'alésage axial 34 est plus grand que le jeu axial équivalent dans le premier mode de réalisation et défini pour obtenir l'amortissement hydraulique souhaité.
Comme représenté dans la figure 5, le pion 42 est de forme ob longue. Le pion 42 comprend la restriction 54 et deux faces 56,58 planes et parallèles entre elles. Les deux faces 56, 58 sont transversales à l'axe longitudinal X. Le pion comprend de plus une face latéral 70 joignant les deux faces 56,58 du pion 42.
Comme représenté dans la figure 6, le pion 42 est de forme cylindrique. Le pion 42 comprend la restriction 54 et deux faces 56,58 planes et parallèles entre elles. Les deux faces 56, 58 sont transversales à l'axe longitudinal X. Le pion comprend de plus une face latéral 70 joignant les deux faces 56,58 du pion 42.
Comme représenté dans la figure 7, le pion 42 est de forme octogonale. Le pion 42 comprend la restriction 54 et deux faces 56,58 planes et parallèles entre elles. Les deux faces 56, 58 sont transversales à l'axe longitudinal X. Le pion comprend de plus une face latéral 70 comprenant deux chanfreins 80, 82 proximal des deux faces 56, 58 du pion 42.
Des essais concluants ont été réalisés. Les dimensions de l'alésage 34 sont un diamètre d'environ 2mm et une longueur de 10 à 15mm. Les dimensions du pion 42 sont de longueur de 1 à 4 mm de la face 56 à la face 58 et le diamètre pris au centre de la sphère est de l'ordre 2 mm

Claims

REVENDICATIONS:
1. Actionneur (30) électromagnétique d'un injecteur (5) de carburant diesel, l'actionneur (30) comprenant :
- une bobine (32) électrique fixe pourvue d'un alésage axial,
- une armature (29) magnétique mobile se déplaçant vers la bobine (32) lorsque celle-ci est électriquement alimentée et,
- un dispositif (36) élastique repoussant en permanence l'armature (29) magnétique vers une position éloignée de la bobine (32), le dispositif (36) étant agencé dans l'alésage axial (X),
caractérisé en ce le dispositif (36) élastique comprend un membre séparateur (42) agencé glissant de sorte à séparer l'alésage (34) en une première chambre (50) et une seconde chambre (52) et à définir une restriction de passage de fluide (54) entre la première chambre (50) et la seconde chambre (52) et,
où le dispositif élastique (36) comprend un premier membre (38) comprimé dans la première chambre (50) entre le fond de l'alésage (35) et une première face (56) du membre séparateur (42) et, un deuxième membre élastique (40) comprimé entre une deuxième face (58) du membre séparateur (42) et l'armature magnétique (29) et,
où la première face (56) est plane et la deuxième face (58) est également plane parallèle à la première face (56), le membre séparateur (42) est également pourvu d'une face latérale (70) joignant la première face (56) à la deuxième face (58) et,
où la face latérale (70) est sphérique.
2. Actionneur électromagnétique (30) selon la revendication précédente, dans lequel un trou (53) réduit en son centre pour former une restriction (54), le trou (53) débouchant percé au travers du membre séparateur (42).
3. Actionneur électromagnétique (30) selon la revendication 2, prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel le trou débouchant (53) débouche dans la première face (56) et la deuxième face (58).
4. Actionneur électromagnétique (30) selon la revendication 1 dans laquelle une restriction (55) est définie par un jeu annulaire (Jl) compris entre le milieu de la face latérale (70) du membre séparateur (42) et l'alésage axial (34) de la bobine (32).
5. Injecteur (5) de carburant diesel comprenant un actionneur (30)
électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes.
PCT/EP2017/057118 2016-03-24 2017-03-24 Pion sphérique d'ajustage de ressort de valve Ceased WO2017162874A1 (fr)

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FR1652558 2016-03-24
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