PASCAL, Denis (3 impasse Rivoire, Saint-Genis Laval, Saint-Genis Laval, F-69230, FR)
RAKOTOARISON, Lalao-Harijaona (165 route de Genève, Beligneux, Beligneux, F-01560, FR)
PASCAL, Denis (3 impasse Rivoire, Saint-Genis Laval, Saint-Genis Laval, F-69230, FR)
| REVENDICATIONS 1 - Procédé de dimensionnement d'un circuit magnétique (12) d'un actuateur électromagnétique (11) de commande d'un obturateur mobile (8) faisant partie d'un circuit d'alimentation en carburant d'un injecteur pour moteur thermique, le circuit magnétique (12) étant formé par diverses pièces notamment, l'obturateur mobile (8) et un noyau (14) entouré par un bobinage (16) dans lequel circule un courant d'excitation permettant d'obtenir la création d'une induction magnétique dans le circuit magnétique, caractérisé en ce qu'il consiste à choisir pour au moins deux parties constitutives du circuit magnétique (12), des sections de passage du flux magnétique de valeurs différentes et des matériaux différents présentant des valeurs différentes de saturation pour la polarisation magnétique (J) de manière que les éléments constitutifs du circuit magnétique (12) atteignent leur valeur de saturation de polarisation magnétique (3), pour sensiblement la même valeur du courant circulant dans le bobinage (16). 2 - Procédé de dimensionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser au moins une partie du noyau (14) avec un matériau présentant une valeur de saturation pour la polarisation magnétique (3), supérieure à la valeur de saturation pour la polarisation magnétique (J) des autres matériaux d'au moins une partie des pièces constitutives du circuit magnétique (12). 3 - Dispositif électromagnétique de commande d'un obturateur mobile (8) faisant partie d'un circuit d'alimentation en carburant d'un injecteur (1) pour moteur thermique, le dispositif comportant dans un corps tubulaire (2) délimitant un logement (9), un actuateur électromagnétique (11) de l'obturateur mobile (8) comportant un circuit magnétique (12) formé par diverses pièces et notamment l'obturateur mobile (8) et un noyau (14) entouré par un bobinage (16) dans lequel circule un courant d'excitation permettant la création d'une induction magnétique dans le circuit magnétique, caractérisé en ce qu'au moins deux parties du circuit magnétique (12) présentent, d'une part des sections de passage du flux magnétique de valeurs différentes et d'autre part, des matériaux (ΜΑ, Μ2, Μ3) présentant des valeurs différentes de saturation (JsatMi, JsatM2 JsatM3) pour la polarisation magnétique (J) de manière que les éléments constitutifs du circuit magnétique (12) atteignent leur valeur de saturation de polarisation magnétique (J), pour sensiblement la même valeur du courant circulant dans le bobinage. 4 - Dispositif électromagnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une partie du noyau (14) est réalisée en un matériau présentant une valeur de saturation pour la polarisation magnétique (J), supérieure à la valeur de saturation pour la polarisation magnétique (J) des autres matériaux formant au moins en partie les autres pièces constitutives du circuit magnétique (12). 5 - Dispositif électromagnétique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le circuit magnétique (12) comporte également en association avec le noyau (14), une chemise (18) de rebouclage du flux avec l'obturateur mobile (8). 6 - Dispositif électromagnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chemise de rebouclage (18) est montée en appui à l'intérieur du corps tubulaire (2). 7 - Dispositif électromagnétique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la chemise de rebouclage (18) est réalisée en un matériau présentant une valeur de saturation pour la polarisation magnétique (J), d'une part inférieure à celle du matériau constitutif du noyau (14) et, d'autre part supérieure à celle du matériau constitutif du corps tubulaire (2). 8 - Dispositif électromagnétique selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'au moins une partie du noyau (14) est réalisée en alliage Fer Cobalt tandis qu'au moins une partie de l'obturateur mobile (8) est réalisé en alliage Fer Silicium. 9 - Dispositif électromagnétique selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la chemise de rebouclage (18) est réalisée en alliage Fer Silicium alors qu'au moins une partie du noyau (14) est réalisée en alliage Fer Cobalt. 10 - Dispositif électromagnétique selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le corps tubulaire (2) est réalisé en acier doux. |
La présente invention concerne un dispositif électromagnétique de commande d'un obturateur mobile faisant partie d'un circuit d'alimentation en carburant d'un injecteur pour moteur thermique d'un véhicule automobile.
D'une manière classique, un dispositif électromagnétique de commande pour un injecteur, comporte un corps tubulaire délimitant intérieurement un logement pour un actuateur électromagnétique d'un obturateur mobile tel qu'une valve. Cette valve fait partie d'un circuit d'alimentation en carburant pour un injecteur d'un moteur thermique. L'actuateur électromagnétique comporte un bobinage et un circuit magnétique comportant un stator et l'obturateur mobile. Le stator est composé de plusieurs pièces comme par exemple, un noyau autour duquel le bobinage est monté et une chemise de rebouclage montée en appui à l'intérieur du corps tubulaire. Le stator est maintenu en appui sur le corps tubulaire de manière à définir entre le stator et l'obturateur mobile, un entrefer de dimensions précises pour permettre d'assurer correctement la commande en déplacement axial de l'obturateur mobile.
La circulation d'un courant dans le bobinage engendre l'apparition d'un champ magnétique qui crée la polarisation magnétique (ou aimantation) donnant naissance à l'induction magnétique. Le flux magnétique passe ainsi successivement du noyau à l'entrefer délimité entre le noyau et l'obturateur mobile, dans l'obturateur mobile, dans l'entrefer délimité entre l'obturateur mobile et la chemise pour ensuite se reboucler dans le noyau via la chemise de rebouclage. L'induction magnétique contribue à l'apparition de forces dans l'entrefer entre le stator et l'obturateur mobile qui ainsi commandé en déplacement axial, assure l'ouverture ou la fermeture du circuit d'alimentation de l'injecteur. L'actuateur magnétique est dimensionné de manière à assurer l'application d'une force nécessaire à la commande en déplacement de l'obturateur mobile. Cependant, il doit être noté qu'un tel dispositif électromagnétique de commande comporte des contraintes d'encombrement liées à son implantation dans le moteur, des contraintes fonctionnelles liées à l'étanchéité à assurer notamment entre le circuit électrique et le circuit de circulation du carburant et des contraintes de faisabilité liées à l'usinage ou au formage des différentes pièces constitutives.
Dans ces conditions, il s'avère en pratique difficile d'optimiser le dimensionnement de l'actuateur électromagnétique tout en respectant les contraintes d'encombrement, fonctionnelles et de faisabilité.
Dans l'état de la technique, il est connu par les documents US 2006/238284 et WO 2009/040891, un actuateur électromagnétique dont le circuit magnétique comporte un obturateur mobile et un noyau entouré par un bobinage. Un tel obturateur mobile ne fait pas partie d'un circuit d'alimentation en carburant d'un injecteur pour moteur thermique. Aussi, de tels documents n'apportent pas de solutions aux contraintes d'encombrement, de faisabilité et de fonctionnalité, liées à l'implantation de l'actuateur électromagnétique dans un moteur.
La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé permettant d'optimiser le dimensionnement d'un actuateur électromagnétique de commande d'un obturateur faisant partie d'un circuit d'alimentation en carburant, tout en permettant de respecter les contraintes notamment d'encombrement, fonctionnelles et de faisabilité.
Pour atteindre un tel objectif, le procédé vise le dimensionnement d'un circuit magnétique d'un actuateur électromagnétique de commande d'un obturateur mobile faisant partie d'un circuit d'alimentation en carburant d'un injecteur pour moteur thermique, le circuit magnétique étant formé par diverses pièces notamment, l'obturateur mobile et un noyau entouré par un bobinage dans lequel circule un courant d'excitation permettant d'obtenir la création d'une induction magnétique dans le circuit magnétique.
Selon l'invention, le procédé consiste à choisir pour au moins deux parties constitutives du circuit magnétique, des sections de passage du flux magnétique de valeurs différentes et des matériaux différents présentant des valeurs différentes de saturation pour la polarisation magnétique de manière que les éléments constitutifs du circuit magnétique atteignent leur valeur de saturation de polarisation magnétique, pour sensiblement la même valeur du courant circulant dans le bobinage.
Selon une variante préférée de réalisation, le procédé de dimensionnement consiste à réaliser au moins une partie du noyau avec un matériau présentant une valeur de saturation pour la polarisation magnétique, supérieure à la valeur de saturation pour la polarisation magnétique des autres matériaux d'au moins une partie des pièces constitutives du circuit magnétique.
Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif électromagnétique de commande d'un obturateur mobile faisant partie d'un circuit d'alimentation en carburant d'un injecteur pour moteur thermique. Ce dispositif électromagnétique de commande d'un obturateur mobile faisant partie d'un circuit d'alimentation en carburant d'un injecteur pour moteur thermique, le dispositif comporte dans un corps tubulaire délimitant un logement, un actuateur électromagnétique de l'obturateur mobile comportant un circuit magnétique formé par diverses pièces et notamment l'obturateur mobile et un noyau entouré par un bobinage dans lequel circule un courant d'excitation permettant la création d'une induction magnétique dans le circuit magnétique, caractérisé en ce qu'au moins deux parties du circuit magnétique présentent, d'une part des sections de passage du flux magnétique de valeurs différentes et d'autre part, des matériaux présentant des valeurs différentes de saturation pour la polarisation magnétique de manière que les éléments constitutifs du circuit magnétique atteignent leur valeur de saturation de polarisation magnétique, pour sensiblement la même valeur du courant circulant dans le bobinage.
De plus, un capteur inductif selon l'invention peut présenter en outre au moins l'une des caractéristiques additionnelles suivantes :
- au moins une partie du noyau est réalisée en un matériau présentant une valeur de saturation pour la polarisation magnétique, supérieure à la valeur de saturation pour la polarisation magnétique des autres matériaux formant au moins en partie les autres pièces constitutives du circuit magnétique,
- le circuit magnétique comporte également en association avec le noyau, une chemise de rebouclage du flux avec l'obturateur mobile,
- la chemise de rebouclage est montée en appui à l'intérieur du corps tubulaire,
- au moins une partie de la chemise de rebouclage est réalisée en un matériau présentant une valeur de saturation pour la polarisation magnétique, d'une part inférieure à celle du matériau constitutif du noyau et, d'autre part supérieure à celle du matériau constitutif du corps tubulaire,
- au moins une partie du noyau est réalisée en alliage Fer Cobalt tandis qu'au moins une partie de l'obturateur mobile est réalisé en alliage Fer Silicium,
- au moins une partie de la chemise de rebouclage est réalisée en alliage Fer Silicium alors qu'au moins une partie du noyau est réalisée en alliage Fer Cobalt,
- le corps tubulaire est réalisé en acier doux.
Diverses autres caractéristiques rassortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.
La Figure 1 est une vue en perspective montrant d'une manière générale un injecteur pour moteur thermique.
La Figure 2 est une demi-coupe en élévation montrant la réalisation d'un dispositif électromagnétique de commande pour un obturateur mobile conforme à l'invention.
La Figure 3 représente les courbes de polarisation magnétique J en fonction du champ magnétique H, pour divers matériaux Mi, M 2 et M3 présentant des valeurs différentes de saturation de polarisation magnétique respectivement JsatMi, JsatM 2 , JsatM 3 .
Les Figures 4 et 5 illustrent en demi-coupe, deux autres variantes de réalisation d'un dispositif électromagnétique de commande conforme à l'invention. La Fig. 1 illustre un injecteur électromagnétique 1 pour moteur à combustion interne. Cet injecteur 1 est par exemple du type à rampe commune. Un tel injecteur électromagnétique 1 comporte un corps tubulaire 2 formant son enveloppe externe. De manière classique, linjecteur électromagnétique 1 est pourvu à l'une de ses extrémités d'une buse d'injection 4 du carburant. L'extrémité du corps tubulaire 2 opposée de celle pourvue de la buse d'injection 4 sert à l'assemblage d'un système de montage 6 d'un dispositif électromagnétique de commande 7 pour un obturateur mobile 8.
Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 2, le dispositif électromagnétique 7 est monté à l'intérieur d'un alésage ou d'un logement 9 délimité par le corps tubulaire 2. Le dispositif électromagnétique de commande 7 comporte un actuateur électromagnétique 11 pour l'obturateur mobile 8 tel qu'une valve faisant partie d'un circuit, non représenté, d'alimentation en carburant de la buse d'injection 4. L'obturateur mobile 8 ainsi que le circuit d'alimentation en carburant ne sont pas représentés plus précisément car ils ne font pas partie précisément de l'invention et sont bien connus de l'homme du métier.
L'actuateur électromagnétique 11 comporte un circuit magnétique 12 formé de plusieurs pièces et dont notamment un stator 13 et l'obturateur mobile 8. Le circuit magnétique 12 comporte ainsi au moins un entrefer E entre le stator 13 et l'obturateur mobile 8.
Dans l'exemple illustré à la Fig. 2, le stator 13 comporte un noyau central 14 entouré par un bobinage 16 dans lequel circule un courant d'excitation. Le bobinage 16 qui est constitué de plusieurs spires n'est pas décrit plus précisément car il ne fait pas partie de l'invention et est bien connu de l'homme du métier.
La circulation d'un courant d'excitation dans le bobinage 16 engendre l'apparition d'un champ magnétique H qui crée une polarisation magnétique ou aimantation J donnant naissance à une induction magnétique dont le flux est canalisé dans le circuit magnétique 12. Dans l'exemple illustré, le stator 13 du circuit magnétique 12 comporte également une chemise 18 de rebouclage du flux, montée à l'intérieur du logement 9. Cette chemise 18 entoure le bobinage 16 pour assurer le rebouclage du flux magnétique entre le noyau 14 et l'obturateur mobile 8. De manière avantageuse, la chemise 18 est montée en appui sur une butée d'arrêt 19 à l'intérieur du corps tubulaire 2.
Il ressort de la description qui précède que le flux magnétique passe du noyau 14 à l'entrefer E délimité entre le noyau 14 et l'obturateur mobile 8, dans l'obturateur mobile 8, dans l'entrefer Ei délimité entre l'obturateur mobile 8 et la chemise 18 puis se reboucle dans le noyau 14 via la chemise de rebouclage 18.
L'objet de l'invention vise à proposer un procédé de dimensionnement du circuit magnétique 12 permettant d'optimiser sa réalisation pour assurer la commande fiable de l'obturateur mobile 8 tout en tenant compte des contraintes de réalisation telles que d'encombrement, de fonctionnement et de faisabilité.
Dans la mesure où la section de passage du flux magnétique n'est pas constante tout le long du circuit magnétique 12 en raison des contraintes de réalisation, le procédé selon l'invention vise à choisir pour au moins deux parties constitutives du circuit magnétique 12, des matériaux différents présentant des valeurs différentes de saturation pour la polarisation magnétique J de manière que les éléments constitutifs du circuit magnétique 12 atteignent la valeur de saturation de la polarisation magnétique pour sensiblement la même valeur du courant circulant dans le bobinage 16. En effet, l'apparition d'une zone saturée dans un circuit magnétique dégrade la performance globale de l'actuateur électromagnétique 11.
Le procédé de dimensionnement selon l'invention vise donc à combiner pour les pièces du circuit magnétique 12, leurs sections de passage du flux magnétique et leurs valeurs de saturation de la polarisation magnétique de manière que les pièces constitutives du circuit magnétique atteignent leur valeur de saturation de polarisation magnétique pour sensiblement la même valeur de courant circulant dans le bobinage 16. Dans ces conditions, la réalisation du circuit magnétique 12 avec des matériaux dont les valeurs de polarisation de saturation sont différentes alors que la section de passage du flux magnétique dans le circuit magnétique 12 est variable évite d'obtenir une saturation dans les zones du circuit magnétique 12 présentant une faible section de passage. L'objet de l'invention est donc de dimensionner les pièces du circuit magnétique 12 en termes de sections de passage et de valeurs de polarisation de saturation, de manière à ne pas obtenir de zones saturées pour le courant d'excitation dans le bobinage 16.
La Fig. 3 illustre différentes courbes de la polarisation magnétique J en fonction du champ magnétique H pour différents matériaux à savoir Mi, M2, M 3 . Chaque courbe de polarisation magnétique 3 présente une plage de linéarité suivie par une plage de saturation. Ainsi, les matériaux M x , M2, M3 présentent respectivement des valeurs différentes de saturation pour la polarisation magnétique à savoir JsatMi, JsatM 2 et JsatM 3 avec JsatMi supérieur à JsatM 2 qui est supérieur à JsatM 3 dans l'exemple illustré.
De manière arbitraire, il est estimé que les matériaux Mi, M 2 , M3 correspondent à des matériaux respectivement haut de gamme, moyen de gamme et bas de gamme.
Typiquement, un matériau haut de gamme Mi peut posséder une polarisation à saturation de 1,2 à 1,5 fois plus grande qu'un matériau standard M2. Par exemple, le matériau haut de gamme Mi peut être un alliage de Fer Cobalt (Jsat de 2,2 à 2,4 T). Le matériau standard M 2 peut être un alliage Fer Silicium (Jsat de 1,75 T à 2 T). Le matériau bas de gamme M3 peut être un acier doux (Jsat = 1,1 T à 1,3 T).
Il doit donc être considéré que le circuit magnétique 12 comporte au moins deux pièces ou deux parties de pièces présentant, d'une part des sections de passage de flux magnétique de valeurs différentes et d'autre part, des matériaux présentant des valeurs différentes de saturation pour la polarisation magnétique 3.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé vise à réaliser au moins une partie du noyau 14 avec un matériau présentant une valeur de saturation pour la polarisation magnétique J supérieure à la valeur de saturation pour la polarisation magnétique des autres matériaux constitutifs du circuit magnétique et en particulier des autres pièces du circuit magnétique.
Selon une variante de réalisation, le noyau 14 est réalisé en alliage Fer
Cobalt (Mi) tandis que l'obturateur mobile 8 est réalisé en alliage Fer Silicium (M 2 ). Selon une autre variante de réalisation, le noyau 14 est réalisé en alliage Fer Cobalt (Mi) tandis que la chemise de rebouclage 18 est en alliage Fer Silicium (M 2 ). Il est à noter que la réalisation de la chemise 18 en alliage Fer Silicium lui confère une résistance mécanique lui permettant de résister à l'effort de compression auquel est soumis l'actuateur électromagnétique pour des questions d'étanchéité. Selon cette dernière variante de réalisation, l'obturateur mobile 8 peut être réalisé en alliage Fer Cobalt (Mj) ou en alliage Fer Silicium (M2).
Selon une variante avantageuse de réalisation, il peut être prévu de réaliser le corps tubulaire 2 à base d'acier doux (M3) de manière que la chemise 18 soit moins sollicitée magnétiquement.
Dans l'exemple de réalisation illustré à la Fig. 2, l'ensemble du noyau 14 est réalisé en un matériau haut de gamme Mi. Il est à noter qu'il peut être prévu de réaliser uniquement une partie du noyau 14 à l'aide d'un matériau haut de gamme Mi. Ainsi, dans l'exemple de réalisation illustré à la Fig. 4, la partie du noyau 14 placée en vis-à-vis de l'obturateur mobile 8 et entourée par le bobinage 16 est réalisée en un matériau haut de gamme Mi tandis qu'une partie 14i du noyau de raccordement avec la chemise 18 est réalisée en un matériau standard M 2 .
Dans l'exemple illustré aux Fig. 2 et 4, la chemise 18 est réalisée complètement en un seul matériau tel qu'un matériau standard M2. La Fig. 5 illustre une variante de réalisation dans laquelle seulement une partie de la chemise 18 est réalisée par un matériau standard M 2 tandis qu'une autre partie I8 1 est réalisée par un matériau haut de gamme Mi. Dans l'exemple illustré, la partie I8 1 de la chemise 18 réalisée par le matériau haut de gamme Mi est une partie située en relation de l'obturateur mobile 8.