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 T ₀ , au cours de laquelle elle atteint la position d'ouverture complète L ₀ .

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.