WO2017167627A1 - Injecteur de carburant - Google Patents

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WO2017167627A1
WO2017167627A1 PCT/EP2017/056890 EP2017056890W WO2017167627A1 WO 2017167627 A1 WO2017167627 A1 WO 2017167627A1 EP 2017056890 W EP2017056890 W EP 2017056890W WO 2017167627 A1 WO2017167627 A1 WO 2017167627A1
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needle
injector
electrical connection
nozzle
seat
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PCT/EP2017/056890
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English (en)
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Thierry Thibault
Christophe Moreau
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Delphi International Operations Luxembourg S.À R.L.
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/24—Fuel-injection apparatus with sensors
    • F02M2200/245—Position sensors, e.g. Hall sensors

Definitions

  • the present invention generally relates to the field of fuel injectors and more specifically to an injector equipped with a means for detecting the position of the needle.
  • a fuel injector conventionally comprises a needle controlled opening and closing depending on the pressure in a control chamber, which pressure is a function of the position of a control solenoid valve.
  • Devices are known in which a sensor is arranged on the injector or an injector in which certain surfaces of the body components are provided with resistive coatings so that a measurement of electrical resistance can be made between two elements of the injector. .
  • FR 3 013 080 in which the injector comprises resistive surface coatings arranged on several contact surfaces between parts, and in which the overall electrical resistivity of the injector between the body of the solenoid actuator and the injector body varies by at least three different intermittent ohmic values according to the kinetics of the injection needle of the injector.
  • the object of the present invention is to provide a fuel injector for detecting the position of the needle in a simple, robust and inexpensive way.
  • the present invention relates to a fuel injector for an internal combustion engine comprising:
  • an injection nozzle with a body in which is arranged a movable needle between a closed position (PF), wherein a first end of the needle rests on a seat and closes the injection ports of the nozzle, and a position open (PO), wherein the first end of the needle is raised from its seat to allow injection;
  • PF closed position
  • PO position open
  • control valve associated with the control chamber for selectively varying the fuel pressure in the control chamber and thereby controlling an opening or closing movement of the needle, the control valve being driven by an actuator;
  • a needle position detection means comprises a first electrical connection in contact with the second end of the needle so as to bring it to a predetermined electrical potential.
  • the needle is mounted in the nozzle body so as to be movable therein while being electrically isolated from the nozzle body, with the exception of the nozzle seat region, so that the needle is electrical contact with the nozzle body only in the closed position.
  • the needle thus acts as a switch that allows or prevents the passage of the current from the needle head (second end) to the nozzle body, which is generally connected to ground (or fixed at a determined potential, different from the potential of the first electrical connection).
  • the only needle position permitting the passage of the detection current is the closed position PF.
  • the injector is designed so that as soon as the needle gets up, the current no longer passes from the needle to the nozzle body (either directly or indirectly).
  • the injector according to the invention has the great advantage of simplicity combined with efficiency. It only requires a minor modification of the injector design, while allowing access to the fundamental data that is the moment of the opening and closing of the injector needle, essential for the management of the injector needle. injection into the engine.
  • the top guide is preferably an insert including a needle guide bore and installed at the inlet of the nozzle body.
  • the high guide forms the end piece of the first electrical connection, which makes it possible to bring the needle to the desired potential; it is assembled with the nozzle body so as to be electrically isolated therefrom.
  • the nozzle body, the high guide member, the valve and the actuator are superimposed within an injector body extending in the axis of the needle, the body nozzle being in electrical contact with the injector body; while the high guide, the valve and the actuator are in electrical contact with each other, but isolated from the injector body.
  • control valve body and the actuator body are electrically insulated at their periphery with respect to the injector body.
  • This electrical insulation can be done by any appropriate means, by placing a coating around the control valve body and the actuator body during their manufacture, by making an inner lining of the injector body, in the appropriate places, or adding the insulation when assembling the injector.
  • the needle is guided in at least one location of the nozzle body between the top guide and the seat.
  • the surfaces of the nozzle body in contact with the needle, said guide surfaces, are advantageously provided with an electrical insulating coating.
  • the first electrical connection extends from the high guide to an external electrical connection means, to facilitate the electrical connection of this end of the circuit.
  • the connection of the nozzle can be obtained simply by screwing to a support piece connected to ground (or to another potential).
  • the first electrical connection can be made by an insulated wire extending from the external electrical connection means to the high guide.
  • the first electrical connection is made by an insulated wire extending from the external electrical connection means to the actuator body, and the electrical connection is continued by electrical contact with the valve body and the top guide.
  • the first electrical connection is performed by an insulated wire extending from the external electrical connection means to the valve body, the electrical connection continuing by electrical contact with the high guide.
  • the detection circuit defines an electrical path passing through the first electrical connection with the top guide and the needle, to pass through the seat to the nozzle body.
  • the nozzle seat is coated with a resistive layer having a predetermined resistance, which makes it possible to calibrate the resistance of the seat contact.
  • Figure 1 is an axial sectional view of a first embodiment of the present injector, the needle being in the closed position;
  • Figure 2 two graphs illustrating (a) the stroke of the needle and (b) the measured voltage as a function of time;
  • Figure 3 is a sectional view illustrating in detail the insulation of the top guide, according to another embodiment.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of the invention relating to a fuel injector 10, here a diesel injector, although the invention is entirely transferable to a fuel injector or any other fuel, the injector 10 being generally part of an injection system comprising several injectors.
  • a fuel injector 10 here a diesel injector
  • the invention is entirely transferable to a fuel injector or any other fuel, the injector 10 being generally part of an injection system comprising several injectors.
  • the description will detail the elements of the invention and will remain more succinct and general as to the surrounding elements.
  • the injector 10 extends along a main axis A and comprises, from the bottom upwards, according to the conventional and non-limiting sense of the figures: a nozzle 12 comprising a needle 14 arranged in a nozzle body 16; a high guide element 18; a control valve 20 comprising a valve body 22 in which is arranged a fuel passage with seat and a closure member; an actuator 24 comprising an actuator body 26 accommodating a fixed winding and a movable magnetic armature.
  • the control valve 20 and the actuator 24 may be of conventional type and are therefore not described in detail.
  • the nozzle bodies 16, high guide 18, valve body 22 and actuator body 26 are held integral with each other by any suitable means.
  • an injector body 28 in the form of a nut bearing on a shoulder of the nozzle body 16 and screwing on the actuator body 26, the valve body 22 being sandwiched between the two other bodies.
  • the injector body is formed by the parts 28 and 28a.
  • the nozzle body 16 comprises a stepped inner axial bore 30 extending from an upper end, where it has a large diameter, to a low end closing in a point so as to form a tapered nozzle body seat 32.
  • the bore 30 forms, in two places, a low cylindrical guide 36 at the level of which the needle 14 comprises a projecting annular section 38 sliding in the bottom guide 36.
  • the fuel passage at this low guide is for example by one or more orifice (s) calibrated (s) or groove (s) (straight or helical) in the annular scar 38.
  • the guide of the needle 14 at the top is obtained by the top guide 18, which is an independent piece arranged between the nozzle body 16 and the valve body 22 and held fixed by the assembly of the parts of the injector, in particular by the axial compression exerted by the injector nut.
  • the high guide 18 guides the upper portion of the needle 14, referred to as the needle head 42, through a guide bore 44.
  • the needle head 42 in combination with the valve body 22 and the bore of guide 44 define a control chamber 46.
  • the needle 14 is generally cylindrical and extends axially A between the needle head 42, at the top of the figure, and a pointed end 48, at the bottom of the figure, forming a needle seat 50 cooperating with the seat nozzle body 32 of the body 16.
  • the needle When the needle rests on the nozzle body seat 32, it is in the closed position PF, fuel injection via the orifices 34 is prevented.
  • the lifting of the needle 14 is obtained by adjusting the pressure in the control chamber 46, which makes it possible to bring the needle into a total open position denoted PO (typically at the upper stop), in which the fuel can pass to the injection ports 34.
  • the bottom guide 36 is close to the needle seats 50 and the nozzle body 32.
  • the needle 14 is provided with an annular protuberance 52 whose upper face 54, directed towards the needle head 42, provides a bearing surface for a spring 56 urging the needle 14 towards its closed position PF in which the needle tip 48 rests on its seat 32 and closes the injection ports 34.
  • the spring 56 is arranged under the top guide 18 and is compressed against the lower surface 58 of the top guide.
  • the injector 10 is moreover conventionally provided with a fuel circulation circuit which, on the one hand, allows the supply of the high pressure fuel via a high pressure circuit 57, from an inlet mouth to the orifices injection 34 and, on the other hand recirculation of fuel to a low pressure tank via a low pressure internal circuit (not shown).
  • the high-pressure circuit comprises in particular a bypass channel (not shown) leading to the control chamber 46, from which the low-pressure circuit leaves via an evacuation channel (not shown) controlled in opening and closing by the control valve. .
  • the winding of the actuator When the winding of the actuator is electrically powered, it attracts the magnetic armature connected to the shutter member of the control valve, which opens the discharge channel and allows the fuel trapped in the control chamber 46 to evacuate to the low pressure circuit.
  • the pressure in the control chamber 46 then drops, and the needle 14 moves in the bore of the nozzle body to a fully open position PO in which the needle seat 50 is moved away from the valve body seat 32, so as to allow the injection of fuel via the injection holes 34, the top of the needle head 42 being in contact with the ceiling surface 59 (constituted by the underside of the valve body 22) of the chamber order 46.
  • the magnetic armature assembly and valve closure member When the actuator is not powered, the magnetic armature assembly and valve closure member is pushed by a valve spring to a position in which the discharge channel is closed which retains in the control chamber 46 the high pressure fuel that gets there. The pressure in the control chamber 46 then rises and, the needle 14, pushed by the spring 56 and the pressure in the control chamber 46, moves to the closed position PF in which the needle seat 50 is in sealing contact against the nozzle body seat 32, such as to prohibit the injection of fuel and wherein the top of the head of the needle 42 is remote from the ceiling surface 59 of the control chamber 46. This operation is well known.
  • the injector is equipped with a means for detecting the position of the needle 14.
  • the means for detecting the position of the needle 14 comprises an electrical detection circuit with a switch function whose pointer 14 constitutes the moving contactor.
  • the detection circuit makes it possible to carry out an electrical measurement ME between an external electrical connection means of the injector and the mass M (or more generally a different potential) to which the nozzle body 16 and the nozzle are connected. injector body 28.
  • the needle is mounted in the nozzle body 16 so as to be able to move therein while being electrically isolated from the nozzle body 16 except for the region of the body seat 32. nozzle, resp. needle seat 50.
  • This requires the use of electrical insulating material since most parts of the injector, including nozzle body, needle, guide high, valve body actuator body and injector body are metal (steel), and therefore conduct electricity.
  • the contact surfaces between the needle 14 and the nozzle body 16 are isolated, for example by means of an electrical insulating coating noted S1, applied to the guide surfaces of the nozzle body.
  • insulating coatings could be applied to the needle 14 at the areas of contact with the nozzle body 16.
  • the nozzle body seat 32, the needle seat 50, the head of the needle 42 and the guide bore 44 remain electrically conductive and without electrical insulation coating.
  • the needle seat 50 comprises a resistive layer (not shown) having a predetermined resistance, which enables the contact resistance value (i.e., when the needle rests on the seat) to be calibrated.
  • An electrical insulating layer S2 is also provided between the top guide 18 and the nozzle body 16 to electrically insulate the top guide of the nozzle body. Since, in the variant shown, the upper face of the upper guide 18 is in contact with the valve body 22, insulating layers S3 and S4 are still provided at the periphery of the valve body 22 and the actuator body 26. also in contact with the valve body 22.
  • the detection circuit comprises a first electrical connection in contact with the upper portion 42 of the needle 14 so as to bring it to a predetermined electrical potential.
  • This first connection is here made to connect the top guide 18 to an external electrical connector (not shown). As the upper part 42 of the needle 14 is guided by, and in electrical contact with, the top guide 18, it forms the end portion of the first electrical connection.
  • the first electrical connection is made by means of an insulated electrical wire (not shown) extending from the external electrical connector to the actuator body 26, and the electrical connection is continued by electrical contact with the body of the actuator 26. valve 22 and the top guide 18.
  • the arrangement of the parts of the injector in combination with the electrical coatings S1 to S4 thus makes it possible to define a detection circuit in which the needle is the only movable member and acts as a contact element for closing or open the detection circuit, that is to say to connect, or not, the first electrical connection to ground, depending on whether the needle is in the closed or open position.
  • the detection circuit is closed.
  • An electrical sensing current which is applied at the outer connector may flow through the actuator body 26 and the valve body 22 to the top guide 18, and then pass into the needle head 42 to the tip of the connector. needle 48.
  • the needle seat 50 is in contact with the body seat 32. This seat region is not electrically insulated, the current can flow from the needle 14 towards the nozzle body 16, and therefore to the mass. This electric path is indicated by the thick black line in Figure 1.
  • the needle seat electrical contact is interrupted, and the detection circuit opens.
  • the nozzle body is connected to the mass; it can also be fixed at a given potential. In general, what is desired is a potential difference between the first electrical connection and the nozzle body, in order to be able to detect the needle contact.
  • the detection circuit remains open as long as the needle 14 is raised, whether in a ballistic position or completely open. Indeed, the top guide 18 and the valve body 22 are in electrical contact and at the same potential as the needle. There is no other position of the needle capable of closing the detection circuit to ground. The moment when the needle reaches its fully open position PO, in abutment with the valve body in the control chamber, is not detected.
  • the "closed” state of the detection circuit corresponds to the only closed position PF of the needle 14, when it rests on the body seat 32.
  • the detection circuit is in the "open” state as long as the needle 14 is raised, partially or totally.
  • a measurement unit is configured to measure the potential difference Vm between the vehicle ground and the outer connector of the first link, to which a given voltage is applied.
  • FIG. 2 represents on two superimposed graphs the stroke C of the needle 14 and the voltage Vm as a function of time.
  • the needle rests on its seat and the detection circuit is closed, allowing the passage of current to ground, which results in a zero voltage Vm (indicated level "0" on the graph).
  • Vm indicated level "0" on the graph.
  • the contact is interrupted and the measured voltage is that applied to the outer connector, which is indicated by a level "1" on the graph.
  • the period during which the needle is in PF (zero stroke Lf) is noted Tf.
  • the needle is open during the period T 0 , during which it reaches the full open position L 0 .
  • the present injector allows reliable detection of the opening and closing of the injector without major modification of the design.
  • Insulating layers S1 to S4 can be made by any technique and in any suitable material.
  • the coatings can for example have a thickness up to 100 ⁇ . They may be layered on the surfaces concerned, for example by vacuum deposition techniques; or made as separate pieces that are put in place during assembly.
  • FIG. 3 relates to another variant in which the first electrical connection is made by means of an insulated electrical wire 60 extending from the external electrical connector to the top guide 18.
  • This electrical wire can pass through the respective bodies or to their periphery; more generally, the insulated electrical wire is arranged in the upper part of the injector, from the outer connector to the high guide.
  • the electrical wire 60 comprises a metallic conducting wire 60.1 surrounded by an electrical insulating coating 60.2.
  • the wire is guided from the outer connector through the upper part of the injector, through a passage 62 arranged in the valve body 22 to reach a housing 64 of the top guide.
  • the end of the wire 60 is stripped, so as to establish the electrical contact between the outer electrical connector and the top guide 18, to carry the needle 14, by contact with its end 42 , at the desired potential.
  • the top guide is compressed between the nozzle body 16 and the valve body 22.
  • the top guide 18 is electrically isolated from the nozzle body 16 as well as from the body of the nozzle. valve 22.
  • two pieces of electrical insulating material designated S5 and S6 are installed under the lower and upper face of the top guide 18.
  • the piece S5, generally washer, is located therefore between the lower face of the top guide 18 and the shoulder 66 inside the portion of the nozzle body 16 which allows the centering and axial locking of the top guide.
  • the upper insulating part S6 is at the interface between the upper face of the upper guide 18 and the lower face 59 (ice face) of the valve body 22, to isolate them electrically from each other.
  • This part S6 may take the form of a disc made of electrically insulating material, comprising appropriate holes, in particular for the passage of the wire 60 and the fuel passage, in particular from the control chamber 46 towards the control valve body 22. But the piece S6 also ensures the electrical insulation of the needle head 42 vis-à-vis the valve body 22.
  • an electrical insulator S7 which surrounds a portion of the peripheral wall of the guide high, at the interface with the cylindrical wall 67 of the nozzle body 16 bordering the shoulder 66.
  • This layer S7 electrical insulator is preferably made by a treatment intended to form an insulating layer deposit on the part.

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Abstract

Un injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne comprend une buse d'injection (12) avec un corps (16) dans lequel est agencée une aiguille (14) déplaçable entre une position fermée (PF), dans laquelle une première extrémité (48) de l'aiguille (14) repose sur un siège (32) et obture des orifices d'injection (34) de la buse, et une position ouverte (PO), dans laquelle la première extrémité (48) de l'aiguille (14) est levée de son siège (32) pour permettre l'injection; une chambre de commande (46) et une vanne de commande (20); un guide haut (18) assurant le guidage axial de l'aiguille (14) par sa deuxième extrémité (42). Des moyens de détection de position de l'aiguille (14) comprennent une première liaison électrique en contact avec la deuxième extrémité (42) de l'aiguille (14) de sorte à la porter à un potentiel électrique prédéterminé. L'aiguille (14) est montée dans le corps de buse (16) de sorte à pouvoir se déplacer dans celui-ci tout en étant isolée électriquement du corps de buse (16), à l'exception de la région du siège de corps de buse (32), de sorte que l'aiguille (14) soit en contact électrique avec le corps de buse (16) uniquement en position fermée.

Description

INJECTEUR DE CARBURANT
Domaine technique
La présente invention concerne généralement le domaine des injecteurs de carburant et plus précisément un injecteur équipé d'un moyen de détection de la position de l'aiguille.
Etat de la technique
Un injecteur de carburant comprend classiquement une aiguille pilotée en ouverture et en fermeture en fonction de la pression régnant dans une chambre de commande, laquelle pression est fonction de la position d'une électrovanne de commande. Ces petits déplacements s'effectuent à grande vitesse et, les performances régulièrement accrues nécessitent maintenant, pour un pilotage optimal, un retour d'information quant à la position réelle de l'aiguille.
On connaît des dispositifs dans lesquels un capteur est agencé sur l'injecteur, voire un injecteur dans lequel certaines surfaces des composants du corps sont pourvues de revêtements résistifs de sorte qu'une mesure de résistance électrique puisse être réalisée entre deux éléments de l'injecteur.
On citera par exemple le FR 3 013 080 dans lequel l'injecteur comprend des revêtements de surface résistifs agencés sur plusieurs surfaces de contact entre pièces, et dans lequel la résistivité électrique globale de l'injecteur entre le corps de l'actionneur à solénoïde et le corps de l'injecteur varie d'au moins trois valeurs ohmiques distinctes par intermittence suivant la cinétique de l'aiguille d'injection de l'injecteur.
Ces dispositifs complexes et coûteux n'ont pas encore prouvé leur réalisme industriel. Une difficulté dans les systèmes proposés est liée à la complexité et au nombre de revêtements de surface résistifs sur plusieurs surfaces de contact entre les pièces de injecteur. Objet de l'invention
L'objet de la présente invention est de proposer un injecteur de carburant permettant la détection de la position de l'aiguille de manière simple, robuste et peu onéreuse.
Description générale de l'invention
La présente invention concerne un injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne comprenant :
une buse d'injection avec un corps dans lequel est agencée une aiguille déplaçable entre une position fermée (PF), dans laquelle une première extrémité de l'aiguille repose sur un siège et obture des orifices d'injection de la buse, et une position ouverte (PO), dans laquelle la première extrémité de l'aiguille est levée de son siège pour permettre l'injection ;
- une chambre de commande remplie, en fonctionnement, de carburant de sorte à exercer une pression sur la deuxième extrémité de l'aiguille ;
une vanne de commande associée à la chambre de commande permettant de faire varier sélectivement la pression de carburant dans la chambre de commande et ainsi commander un mouvement d'ouverture ou de fermeture de l'aiguille, la vanne de commande étant entraînée par un actionneur ; et
un guide haut assurant le guidage axial de l'aiguille par sa deuxième extrémité.
Selon l'invention, un moyen de détection de position de l'aiguille comprend une première liaison électrique en contact avec la deuxième extrémité de l'aiguille de sorte à la porter à un potentiel électrique prédéterminé. L'aiguille est montée dans le corps de buse de sorte à pouvoir se déplacer dans celui-ci tout en étant isolée électriquement du corps de buse, à l'exception de la région du siège de buse, de sorte que l'aiguille soit en contact électrique avec le corps de buse uniquement en position fermée. Dans l'invention, l'aiguille joue ainsi un rôle d'interrupteur qui permet ou interdit le passage du courant depuis la tête d'aiguille (deuxième extrémité) vers le corps de buse, qui est généralement relié à la masse (ou fixé à un potentiel déterminé, différent du potentiel de la première liaison électrique). La seule position d'aiguille permettant le passage du courant de détection est la position fermée PF. L'injecteur est conçu de sorte que dès que l'aiguille se lève, le courant ne passe plus de l'aiguille vers le corps de buse (que ce soit directement ou indirectement).
Comme il sera explicité ci-après, l'injecteur selon l'invention a le grand avantage de la simplicité combinée à l'efficacité. Il ne nécessite qu'une modification mineure de la conception de l'injecteur, tout en permettant l'accès aux données fondamentales que sont le moment de l'ouverture et de la fermeture de l'aiguille d'injecteur, essentiels pour la gestion de l'injection dans le moteur.
Le guide haut est préférablement un élément rapporté comprenant un alésage de guidage de l'aiguille et installé à l'entrée du corps de buse. Le guide haut forme la pièce terminale de la première liaison électrique, qui permet de porter l'aiguille au potentiel voulu ; il est assemblé avec le corps de buse de sorte à être isolé électriquement de celui-ci.
Selon un mode de réalisation, le corps de buse, l'élément guide haut, la vanne et l'actionneur sont superposés à l'intérieur d'un corps d'injecteur s'étendant dans l'axe de l'aiguille, le corps de buse étant en contact électrique avec le corps d'injecteur ; alors que le guide haut, la vanne et l'actionneur sont en contact électrique entre eux, mais isolés du corps d'injecteur.
En particulier, le corps de vanne de commande et le corps d'actionneur sont isolés électriquement à leur périphérie par rapport au corps d'injecteur. Cette isolation électrique peut se faire par tout moyen approprié, en mettant un revêtement autour du corps de vanne de commande et du corps d'actionneur lors de leur fabrication, en réalisant un revêtement intérieur du corps d'injecteur, aux endroits appropriés, ou encore en ajoutant l'isolant au moment de l'assemblage de l'injecteur.
En général, l'aiguille est guidée en au moins un endroit du corps de buse entre le guide haut et le siège. Les surfaces du corps de buse en contact avec l'aiguille, dites surfaces de guidages, sont avantageusement pourvues d'un revêtement isolant électrique.
Alternativement, il est possible d'isoler les surfaces de l'aiguille venant en contact avec les surfaces de guidage du corps de buse.
Avantageusement, la première liaison électrique s'étend du guide haut jusqu'à un moyen de connexion électrique extérieur, pour faciliter la connexion électrique de cette extrémité du circuit. Le raccordement de la buse peut s'obtenir simplement par vissage à une pièce de support reliée à la masse (ou à un autre potentiel). La première liaison électrique peut être réalisée par un fil isolé s'étendant du moyen de connexion électrique extérieur au guide haut. Alternativement, la première liaison électrique est réalisée par un fil isolé s'étendant du moyen de connexion électrique extérieur au corps d'actionneur, et la liaison électrique se continuant par contact électrique avec le corps de vanne et le guide haut. Ou encore la première liaison électrique est réalisée par un fil isolé s'étendant du moyen de connexion électrique extérieur au corps de vanne, la liaison électrique se continuant par contact électrique avec le guide haut.
Ainsi, le circuit de détection définit un chemin électrique traversant la première liaison électrique avec le guide haut et l'aiguille, pour passer, via le siège au corps de buse.
De préférence, le siège de buse est revêtu d'une couche résistive ayant une résistance prédéterminée, ce qui permet de calibrer la résistance du contact de siège.
Reste à noter que bien que la présente invention a été développée dans le cadre d'un injecteur diesel, elle est intégralement transposable à un injecteur d'essence ou de tout autre carburant.
Description détaillée à l'aide des figures
D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée d'au moins un mode de réalisation avantageux présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en se référant aux dessins annexés. Ceux-ci montrent : Figure 1 : une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation du présent injecteur, l'aiguille étant en position fermée ;
Figure 2 : deux graphiques illustrant (a) la course de l'aiguille et (b) la tension mesurée en fonction du temps ; et
Figure 3 : une vue en coupe illustrant en détail l'isolation du guide haut, selon un autre mode de réalisation.
La figure 1 illustre un mode de réalisation de l'invention se rapportant à un injecteur 10 de carburant, ici un injecteur diesel bien que l'invention soit intégralement transposable à un injecteur essence ou de tout autre carburant, l'injecteur 10 faisant généralement partie d'un système d'injection comprenant plusieurs injecteurs. La description détaillera les éléments de l'invention et restera plus succincte et générale quant aux éléments environnants.
L'injecteur 10 s'étend selon un axe principal A et comprend, de bas en haut, selon le sens conventionnel et non limitatif des figures : une buse 12 comprenant une aiguille 14 agencée dans un corps de buse 16 ; un élément guide haut 18 ; une vanne de commande 20 comprenant un corps de vanne 22 dans lequel est agencé un passage de carburant avec siège et un organe d'obturation ; un actionneur 24 comprenant un corps d'actionneur 26 accueillant un bobinage fixe et une armature magnétique mobile. La vanne de commande 20 et l'actionneur 24 peuvent être de type conventionnel et ne sont donc pas décrits en détail. Les corps de buse 16, guide haut 18, corps de vanne 22 et corps d'actionneur 26 sont maintenus solidaires les uns des autres par tous moyens appropriés. Conventionnellement, on peut employer un corps d'injecteur 28 en forme d'un écrou prenant appui sur un épaulement du corps de buse 16 et se vissant sur le corps d'actionneur 26, le corps de vanne 22 étant pris en sandwich entre les deux autres corps. On peut aussi avoir en partie haute, comme c'est ici le cas, un partie de corps d'injecteur distinct, dit corps de porte injecteur 28a, accueillant la vanne de commande et l'actionneur, sur lequel se visse le corps d'injecteur 28. Le corps d'injecteur est donc formé par les pièces 28 et 28a. Le corps de buse 16 comprend un alésage axial 30 intérieur étagé, s'étendant depuis une extrémité supérieure, où il a un diamètre large, jusqu'à une extrémité basse se refermant en pointe de sorte à former un siège de corps de buse 32 conique permettant de contrôler l'accès de carburant à des orifices d'injection 34 s'étendant au travers de la paroi conique du corps de buse 16. En partie basse, l'alésage 30 forme, en deux endroits, un guide cylindrique bas 36 au niveau duquel l'aiguille 14 comprend une section annulaire saillante 38 coulissant dans le guide bas 36. Le passage du carburant au niveau de ce guidage bas se fait par exemple par une ou plusieurs orifice(s) calibré(s) ou gorge(s) (droites ou hélicoïdales) dans la saille annulaire 38.
Le guidage de l'aiguille 14 en partie haute est obtenu par le guide haut 18, qui est une pièce indépendante agencée entre le corps de buse 16 et le corps de vanne 22 et maintenue fixe par l'assemblage des pièces de l'injecteur, notamment par la compression axiale exercée par l'écrou d'injecteur. Le guide haut 18 guide la portion haute de l'aiguille 14, dite tête d'aiguille 42, au travers d'un alésage de guidage 44. La tête d'aiguille 42 en combinaison avec le corps de vanne 22 et l'alésage de guidage 44 définissent une chambre de commande 46.
Les termes « haut » et « bas » sont ici utilisés non seulement en référence à l'orientation de la figure, mais également en référence au nom habituel attribué à ces éléments par les professionnels.
L'aiguille 14 est globalement cylindrique et s'étend axialement A entre la tête d'aiguille 42, en haut de la figure, et une extrémité pointue 48, en bas de la figure, formant un siège d'aiguille 50 coopérant avec le siège de corps de buse 32 du corps 16.
Lorsque l'aiguille repose sur le siège de corps de buse 32, elle est en position de fermeture PF, l'injection de carburant via les orifices 34 est empêchée. La levée de l'aiguille 14 est obtenue en ajustant la pression dans la chambre de commande 46, ce qui permet d'amener l'aiguille dans une position d'ouverture totale notée PO (typiquement en butée supérieure), dans laquelle le carburant peut passer vers les orifices d'injection 34. Comme cela est observable, le guide bas 36 est proche des sièges d'aiguille 50 et de corps de buse 32.
L'aiguille 14 est pourvue d'une protubérance annulaire 52 dont la face supérieure 54, dirigée vers la tête d'aiguille 42, fournit une surface d'appui pour un ressort 56 sollicitant l'aiguille 14 vers sa position fermée PF dans laquelle la pointe d'aiguille 48 repose sur son siège 32 et obture les orifices d'injection 34. Le ressort 56 est agencé sous le guide haut 18 et il est comprimé contre la surface inférieure 58 du guide haut.
L'injecteur 10 est de plus classiquement pourvu d'un circuit de circulation du carburant qui, d'une part, permet l'amenée du carburant haute pression via un circuit haute pression 57, depuis une bouche d'entrée jusqu'aux orifices d'injection 34 et, d'autre part la recirculation de carburant vers un réservoir basse pression via un circuit interne basse pression (non montré). Le circuit haute pression comprend notamment un canal de dérivation (non montré) conduisant à la chambre de commande 46, d'où repart le circuit basse pression via un canal d'évacuation (non montré) contrôlé en ouverture et fermeture par la vanne de commande. Lorsque le bobinage de l'actionneur est électriquement alimenté, il attire l'armature magnétique liée à l'organe d'obturation de la vanne de commande, ce qui ouvre le canal d'évacuation et permet au carburant prisonnier de la chambre de commande 46 de s'évacuer vers le circuit basse pression. La pression dans la chambre de commande 46 baisse alors, et l'aiguille 14 se déplace dans l'alésage du corps de buse vers une position entièrement ouverte PO dans laquelle le siège d'aiguille 50 est éloigné du siège 32 de corps de vanne, de sorte à permettre l'injection de carburant via les trous d'injection 34, le sommet de la tête d'aiguille 42 étant en contact avec la surface plafond 59 (constituée par la face inférieure du corps de vanne 22) de la chambre de commande 46.
Lorsque l'actionneur n'est pas alimenté, l'ensemble armature magnétique et organe d'obturation de vanne est repoussé par un ressort de vanne vers une position dans laquelle le canal d'évacuation est fermé ce qui retient dans la chambre de commande 46 le carburant haute pression qui y arrive. La pression dans la chambre de commande 46 remonte alors et, l'aiguille 14, repoussée par le ressort 56 et par la pression dans la chambre de commande 46, se déplace vers la position fermée PF dans laquelle le siège d'aiguille 50 est en contact étanche contre le siège de corps de buse 32, de sorte à interdire l'injection de carburant et dans laquelle le sommet de la tête de l'aiguille 42 est éloigné de la surface plafond 59 de la chambre de commande 46. Ce fonctionnement est bien connu.
Afin de déterminer avec précision le moment de l'ouverture et de fermeture de l'aiguille 14, l'injecteur est équipé d'un moyen de détection de la position de l'aiguille 14.
On appréciera que le moyen de détection de la position de l'aiguille 14 comprend un circuit de détection électrique avec une fonction interrupteur dont l'aiguille 14 constitue le contacteur mobile.
Dans la réalisation présentée, le circuit de détection permet de réaliser une mesure électrique ME entre un moyen de connexion électrique extérieur de l'injecteur et la masse M (ou plus généralement un potentiel différent) à laquelle sont reliés le corps de buse 16 et le corps d'injecteur 28.
On notera tout d'abord que l'aiguille est montée dans le corps de buse 16 de sorte à pouvoir se déplacer dans celui-ci tout en étant isolée électriquement du corps de buse 16 à l'exception de la région du siège 32 de corps de buse, resp. siège d'aiguille 50. Cela nécessite l'usage de matériau isolant électrique car la plupart des pièces de l'injecteur, notamment corps de buse, aiguille, guide haut, corps de vanne corps d'actionneur et corps d'injecteur sont en métal (acier), et donc conduisent l'électricité.
Pour ce faire, les surfaces de contact entre l'aiguille 14 et le corps de buse 16 sont isolées, par exemple au moyen d'un revêtement isolant électrique noté S1 , appliqué sur les surfaces de guidage du corps de buse. Alternativement, on pourrait appliquer des revêtements isolants sur l'aiguille 14, au niveau des zones de contact avec le corps de buse 16. Par contre, le siège de corps de buse 32, le siège d'aiguille 50, la tête de l'aiguille 42 et l'alésage de guidage 44 restent conducteurs électrique et dépourvus de revêtement isolant électrique. Avantageusement, le siège d'aiguille 50 comprend une couche résistive (non montrée) ayant une résistance prédéterminée, ce qui permet de calibrer la valeur de résistance de contact (c'est-à-dire quand l'aiguille repose sur le siège). Une couche isolante électrique S2 est également prévue entre le guide haut 18 et le corps de buse 16, afin d'isoler électriquement le guide haut du corps de buse. Puisque, dans la variante présentée, la face supérieure du guide haut 18 est en contact avec le corps de vanne 22, on prévoit encore des couches isolantes S3 et S4 à la périphérie du corps de vanne 22 et du corps d'actionneur 26, lui aussi en contact avec le corps de vanne 22.
Le circuit de détection quant à lui comprend une première liaison électrique en contact avec la partie haute 42 de l'aiguille 14 de sorte à la porter à un potentiel électrique prédéterminé. Cette première liaison est ici réalisée pour relier le guide haut 18 à un connecteur électrique extérieur (non montré). Comme la partie haute 42 de l'aiguille 14 est guidée par, et en contact électrique avec, le guide haut 18, celui-ci forme la partie terminale de la première liaison électrique.
Dans la figure 1 , la première liaison électrique est réalisée au moyen d'un fil électrique isolé (non montré) s'étendant du connecteur électrique extérieur au corps d'actionneur 26, et la liaison électrique se continue par contact électrique avec le corps de vanne 22 et le guide haut 18.
Alternativement, on peut tirer un fil électrique isolé du connecteur électrique extérieur jusqu'au corps de vanne 22 ou au guide haut 18 (voir variante de la Fig.3). Ce fil électrique peut passer à travers les corps respectifs ou à leur périphérie.
L'agencement des pièces de l'injecteur en combinaison avec les revêtements électriques S1 à S4 permet donc de définir un circuit de détection dans lequel l'aiguille est le seul organe mobile et joue le rôle d'élément contacteur permettant de fermer ou d'ouvrir le circuit de détection, c'est-à-dire de relier, ou pas, la première liaison électrique à la masse, selon que l'aiguille est en position fermée ou ouverte. Lorsque l'aiguille 14 est en position fermée PF comme c'est le cas en figure 1 , le circuit de détection est fermé. Un courant électrique de détection qui est appliqué au niveau du connecteur extérieur peut circuler à travers le corps d'actionneur 26 et le corps de vanne 22 jusqu'au guide haut 18, puis passer dans la tête d'aiguille 42 vers la pointe d'aiguille 48. Comme l'aiguille 14 est en PF, le siège d'aiguille 50 est en contact avec le siège de corps 32. Cette région de siège n'étant pas isolée électriquement, le courant peut s'écouler de l'aiguille 14 vers le corps de buse 16, et donc à la masse. Ce chemin électrique est indiqué par le trait noir épais en figure 1 .
Comme on le comprendra, dès que l'aiguille 14 se lève lors de l'actionnement en vue d'une injection, le contact électrique de siège d'aiguille est interrompu, et le circuit de détection s'ouvre.
On notera ici qu'il n'est pas nécessaire que le corps de buse soit relié à la masse ; on peut aussi le fixer à un potentiel donné. De manière générale, ce que l'on souhaite c'est une différence de potentiel entre la première liaison électrique et le corps de buse, afin de pouvoir détecter le contact d'aiguille.
Le circuit de détection reste ouvert tant que l'aiguille 14 est levée, que ce soit en position balistique ou complètement ouverte. En effet, le guide haut 18 et le corps de vanne 22 sont en contact électrique et au même potentiel que l'aiguille. Il n'y a pas d'autre position de l'aiguille susceptible de fermer le circuit de détection à la masse. On ne détecte pas le moment où l'aiguille atteint sa position entièrement ouverte PO, en butée contre le corps de vanne dans la chambre de commande.
Ainsi, l'état « fermé » du circuit de détection correspond à la seule position fermée PF de l'aiguille 14, lorsqu'elle repose sur le siège de corps 32. Le circuit de détection est dans l'état « ouvert » tant que l'aiguille 14 est levée, partiellement ou totalement.
Comme il sera compris de l'homme du métier, la transition ouvert/fermé du circuit de détection va permettre d'identifier les deux moments clés de l'actionnement de l'injecteur : son ouverture et sa fermeture. Pour les besoins de la détection, une unité de mesure est configurée pour mesurer de la différence de potentiel Vm entre la masse du véhicule et le connecteur extérieur de la première liaison, auquel on applique une tension donnée.
La figure 2 représente sur deux graphiques superposés la course C de l'aiguille 14 et la tension Vm en fonction du temps. Dans la position PF, l'aiguille repose sur son siège et le circuit de détection est fermé, autorisant le passage du courant vers la masse, ce qui se traduit par une tension Vm nulle (indiqué niveau « 0 » sur le graphique). Dès que l'aiguille quitte son siège, le contact est interrompu et la tension mesurée est celle appliquée au connecteur extérieur, ce qui est indiqué par un niveau "1 " sur le graphique.
La période pendant laquelle l'aiguille est en PF (course nulle Lf) est notée Tf. L'aiguille est ouverte pendant la période T0, au cours de laquelle elle atteint la position d'ouverture complète L0.
La transition Vm=0 à Vm=1 indique donc le moment où l'aiguille quitte son siège, donc le début de l'ouverture de l'aiguille. La transition Vm=1 à Vm=0 indique le moment où l'aiguille revient sur son siège, donc la fermeture de l'aiguille.
On appréciera que le présent injecteur permet une détection fiable de l'ouverture et la fermeture de l'injecteur sans modification majeure de la conception.
Les couches isolantes S1 à S4 peuvent être réalisées par toutes techniques et dans tous matériaux appropriés. Les revêtements peuvent par exemple avoir une épaisseur jusqu'à 100 μιτι. Ils peuvent être déposés en couche sur les surfaces concernées, par exemple par des techniques de dépôt sous vide ; ou bien réalisés comme pièces séparées qui sont mises en place lors du montage.
La figure 3 concerne une autre variante dans laquelle la première liaison électrique est réalisée au moyen d'un fil électrique isolé 60 s'étendant du connecteur électrique extérieur jusqu'au guide haut 18. Ce fil électrique peut passer à travers les corps respectifs ou à leur périphérie ; plus généralement, le fil électrique isolé est agencé dans la partie haute de l'injecteur, du connecteur extérieur au guide haut.
Comme on le voit sur la figure 3, le fil électrique 60 comprend un fil conducteur métallique 60.1 entouré d'un revêtement isolant électrique 60.2. Le fil est guidé depuis le connecteur extérieur à travers la partie haute de l'injecteur, traverse un passage 62 agencé dans le corps de vanne 22 pour arriver dans un logement 64 du guide haut. Dans le logement 64 du guide haut 18, l'extrémité du fil 60 est dénudée, de sorte à établir le contact électrique entre le connecteur électrique extérieur et le guide haut 18, permettant de porter l'aiguille 14, par contact avec son extrémité 42, au potentiel désiré.
Comme dans la variante de la figure 1 , le guide haut est comprimé entre le corps de buse 16 et le corps de vanne 22. Mais dans la présente variante, le guide haut 18 est isolé électriquement du corps de buse 16 ainsi que du corps de vanne 22.
Pour ce faire, dans le mode de réalisation de la Fig.3, deux pièces en matériau isolant électrique désignées S5 et S6 sont installées sous la face inférieure et supérieure du guide haut 18. La pièce S5, en forme générale de rondelle, se trouve donc entre la face inférieure du guide haut 18 et l'épaulement 66 intérieur de la partie du corps de buse 16 qui permet le centrage et blocage axial du guide haut.
La pièce isolante supérieure S6 est à l'interface entre la face supérieure du guide haut 18 et la face inférieure 59 (face de glace) du corps de vanne 22, pour les isoler électriquement l'une de l'autre. Cette pièce S6 peut prendre la forme d'un disque en matière isolante électrique, comprenant des perçages appropriés, notamment pour le passage du fil 60 et le passage de carburant, en particulier de la chambre de commande 46 vers le corps de vanne de commande 22. Mais la pièce S6 assure aussi l'isolation électrique de la tête d'aiguille 42 vis-à-vis du corps de vanne 22. On notera encore la présence d'un isolant électrique S7 qui entoure une partie de la paroi périphérique du guide haut, à l'interface avec la paroi cylindrique 67 du corps de buse 16 bordant l'épaulement 66. Cette couche isolante électrique S7 est de préférence réalisée par un traitement destiné à former un dépôt de couche isolante sur la pièce.
Cette variante est intéressante au niveau de l'assemblage de l'injecteur. Le revêtement isolant S7 étant réalisé sur le guide haut 18, il suffit, lors de la fabrication de l'injecteur, de positionner les pièces isolantes S5 et S6 pour isoler électriquement le guide haut 18 des pièces voisines.

Claims

Revendications :
1 . Injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne, comprenant :
une buse d'injection (12) avec un corps (16) dans lequel est agencée une aiguille (14) déplaçable entre une position fermée (PF), dans laquelle une première extrémité (48) de l'aiguille (14) repose sur un siège (32) et obture des orifices d'injection (34) de la buse, et une position ouverte (PO), dans laquelle la première extrémité (48) de l'aiguille (14) est levée de son siège (32) pour permettre l'injection ;
une chambre de commande (46) remplie, en fonctionnement, de carburant de sorte à exercer une pression sur la deuxième extrémité (42) de l'aiguille (14) ;
une vanne de commande (20) associée à la chambre de commande (46) permettant de faire varier sélectivement la pression de carburant dans la chambre de commande (46) et ainsi commander un mouvement d'ouverture ou de fermeture de l'aiguille (14), la vanne de commande (20) étant entraînée par un actionneur (24) ;
un guide haut (18) assurant le guidage axial de l'aiguille (14) par sa deuxième extrémité (42) ;
des moyens de détection de position de l'aiguille (14)
caractérisé en ce que
les moyens de détection de position de l'aiguille (14) comprennent une première liaison électrique en contact avec la deuxième extrémité (42) de l'aiguille (14) de sorte à la porter à un potentiel électrique prédéterminé ;
l'aiguille (14) étant montée dans le corps de buse (16) de sorte à pouvoir se déplacer dans celui-ci tout en étant isolée électriquement du corps de buse (16), à l'exception de la région du siège de corps de buse (32), de sorte que l'aiguille (14) soit en contact électrique avec le corps de buse (16) uniquement en position fermée.
2. Injecteur selon la revendication 1 , dans lequel le guide haut (18) est un élément rapporté, installé à l'entrée du corps de buse (16) et isolé électriquement de celui-ci, le guide haut (18) formant la partie terminale de la première liaison électrique.
3. Injecteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première liaison électrique s'étend du guide haut (18) jusqu'à un moyen de connexion électrique extérieur.
4. Injecteur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel
le corps de buse (16), le guide haut (18), la vanne (20) et l'actionneur
(24) sont superposés à l'intérieur d'un corps d'injecteur (28) s'étendant dans l'axe de l'aiguille (14), le corps de buse (16) étant en contact électrique avec le corps d'injecteur (28) ;
le guide haut (18), la vanne (20) et l'actionneur (24) sont en contact électrique entre eux, mais sont isolés du corps d'injecteur (28, 28a).
5. Injecteur selon la revendication 4, dans lequel le corps de vanne (22) de commande et le corps d'actionneur (26) sont électriquement isolés à leur périphérie par rapport au corps d'injecteur (28, 28a).
6. Injecteur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la première liaison électrique est réalisée par un fil conducteur isolé s'étendant du moyen de connexion électrique extérieur au guide haut (18), le guide haut étant préférablement comprimé entre le corps de buse et le corps de vanne, et électriquement isolé de ceux-ci.
7. Injecteur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la première liaison électrique est réalisée par un fil conducteur isolé s'étendant du moyen de connexion électrique extérieur au corps d'actionneur (26), et la liaison électrique se continuant par contact électrique avec le corps de vanne (22) et le guide haut(18) ; ou la première liaison électrique est réalisée par un fil conducteur isolé s'étendant du moyen de connexion électrique extérieur au corps de vanne (22), la liaison électrique se continuant par contact électrique avec le guide haut (18).
8. Injecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le corps de buse (16) comprend des surfaces de guidage de l'aiguille entre le guide haut (18) et le siège (32), lesdites surfaces de guidage (S1 , S2) étant pourvues d'un revêtement isolant électrique.
9. Injecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit de détection définit un chemin électrique traversant la première liaison électrique avec le guide haut (18) et l'aiguille (14), pour passer, via le siège (32) au corps de buse (16).
10. Injecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le siège (32) est revêtu d'une couche résistive ayant une résistance prédéterminée.
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