Brevet FR2462573A1 — publié le 19810213

L'invention concerne un injecteur à téton d'étranglement pour moteurs Diesel, dont l'aiguille portant le téton d'étranglement, guidée axialement dans un perçage ajusté d'un corps d'injecteur présentant le perçage d'injection, prend appui par l'intermédiaire d'u- ne cuvette de ressort séparée sur un ressort de pression hélicoïdal monté dans un logement de ressort. Sur les injecteurs de cette catégorie, le téton d'étranglement, qui fait encore saillie à travers l'orifice de l'injecteur durant la première phase de levée de l'aiguille, sert à commander le processus d'in- jection au début de celle-ci. La largeur de la fente annulaire comprise entre le téton d'étranglement et l'orifice de l'injecteur étant seulement de l'ordre de 10 à 20 f, les injecteurs à téton d'étranglement ont comme inconvénient que les surfaces intérieures des fen- tes annulaires et également les surfaces extérieures des tétons d'étranglement se chargent de dépôts charbonneux en cours de service du moteur, et qu'après une réduction croissante de la section de la fente, se produit un cala- minage complet de la fente annulaire par les résidus de combustion. Cela entraîne un cycle de combustion défec- tueux et a une influence néfaste sur le niveau sonore de la combustion. Même en admettant que le carburant Die- sel projeté sous haute pression lorsque l'injecteur est ouvert puisse le cas échéant, durant la marche du moteur, désagréger partiellement un dépôt charbonneux prenant naissance sur une surface irrégulière, le contrôle dé- fectueux de l'injection de combustible qu'occasionne ce phénomène durant la première levée de l'aiguille d'injec- teur se répercute défavorablement sur la forme du jet de pulvérisation et par conséquent sur la combustion. L'invention a pour but de perfectionner l'in- jecteur à téton d'étranglement de telle sorte que même durant un long service du moteur, puisse se maintenir une fente annulaire régulière entre le téton d'étrangle- ment et l'orifice de l'injecteur, sur toute la périphé- rie du téton d'étranglement. L'invention résoud ce problème par le fait que la cuvette de ressort fait partie d'un piston inter- médiaire se raccordant à elle côté injection, guidé axialement et de façon étanche dans une partie (col d'injecteur) de l'injecteur et traversé par un perçage d'évacuation débouchant dans le logement du ressort, piston intermédiaire d'un diamètre plus petit que celui de l'aiguille d'injecteur, et par le fait que le perça- ge de guidage du piston intermédiaire se trouve, dans la zone de déplacement de la portée d'appui du piston intermédiaire sur l'aiguille d'injecteur, portée d'ap- pui également conformée en portée d'étanchéité, élargie au moins jusqu'au diamètre du perçage de guidage de l'aiguille d'injection. Grâce à une telle conformation de l'injec- teur à téton d'étranglement, il se constitue entre l'aiguille d'injecteur et le piston intermédiaire, au- tour de celui-ci, une chambre annulaire qui, lorsque le moteur Diesel est exploité aux pressions d'injection usuelles, est remplie par le carburant de fuite s'é- chappant le long du perçage de guidage de l'aiguille de l'injecteur. Etant donné que cette chambre annulai- re se trouve réduite en volume, lors de la levée d'ai- guille, par sa réduction de section côté piston, chaque levée d'aiguille a pour conséquence, lorsque le moteur fonctionne, que le carburant de fuite de volume in- variable se trouvant dans la chambre annulaire précitée, soulève de l'aiguille le piston intermédiaire contre la résistance du ressort de pression, jusqu'à ce que fina- lement le ressort de pression ramène contre l'aiguille le piston intermédiaire à la fin de la course de celle- ci, après échappement d'une charge de carburant de fui- te correspondante dans la chambre de ressort par le per- çage d'échappement du piston intermédiaire. Le contact pressant du piston intermédiaire sur l'aiguille, qui se maintient pendant la course de retour, qui suit, de l'aiguille à sa position de ferme- ture, a pour conséquence que le mouvement de rotation de l'extrémité du ressort reposant sur la coupelle de ressort, mouvement provenant de la détente du ressort hélicoïdal, est transmis également par le piston inter- médiaire à l'aiguille de l'injecteur. Le volume de la chambre annulaire comprise entre l'aiguille d'injection et le piston intermédiaire augmentant lors de la course de retour, aucune levée du piston intermédiaire par rapport à l'aiguille d'injection n'est pas possible; la dépression s'instaurant dans la chambre annulaire par suite de l'augmentation du volume a seulement pour effet de faire aspirer à nouveau du carburant de fuite dans cette chambre annulaire le long du perçage de guidage de l'aiguille de l'injecteur. Le fonctionnement précité a pour conséquence que l'aiguille d'injecteur déplacée durant la levée sans rotation notable se trouve, à chaque course de re- tour, entraînée en rotation toujours dans le même sens par le ressort hélicoïdal; l'aiguille d'injecteur su- bit donc, lorsque le moteur fonctionne, une rotation séquentielle permanente, grâce à laquelle les éventuels dépôts charbonneux de l'orifice de l'injecteur et du téton d'étranglement qui pourraient s'imbriquer l'un dans l'autre se trouvent séparés par frottement et qu'une fente annulaire résiduelle uniforme est maintenue. Les autres revendications présentent des dé- tails avantageux de l'invention. L'invention est présentée à titre d'exemple sur la figure qui montre, en coupe longitudinale, une construction préférée de l'injecteur à téton d'étran- glement. L'injecteur à téton d'étranglement représenté comporte un porte-injecteur 1 en forme de douille pré- sentant un filetage extérieur 2 servant à visser l'in- jecteur dans un logement (non représenté) prévu dans le cylindre correspondant d'un moteur Diesel, porte-injec- teur à l'intérieur duquel sont montés côté sortie, un corps d'injecteur 3 auquel se raccordent un col d'injec- teur 4 et, c8té raccordement, une tête d'injecteur 5 dont l'extrémité extérieure constitue un raccord fileté 6 permettant le raccordement d'une canalisation d'in- jection classique (non représentée) partant d'une pompe d'injection. Par ailleurs, la tête d'injecteur 5 pré-. sente encore un raccord 9 pour le carburant de fuite, raccord en communication par un canal 7 avec le logement de ressort 8 prévu dans la tête d'injecteur. Contre la paroi frontale du logement de ressort 8 située côté raccordement, prend appui un ressort de pression 10 conformé en ressort hélicoïdal, sur lequel par ailleurs prend appui une cuvette de ressort 11. La cuvette de ressort 11 constitue une partie d'un piston intermé- diaire 13 se raccordant axialement à elle et guidé dans un alésage 12 du col d'injecteur 4, piston inter- médiaire sur l'extrémité libre duquel prend appui une aiguille d'injection 15 guidée de façon usuelle dans un perçage axial de guidage 12 du col d'injecteur 4. A son extrémité libre, l'aiguille d'injecteur 15 s'a- mincit coniquement en un organe de fermeture 16 auquel fait suite axialement un téton d'étranglement 17 qui, dans la position de fermeture représentée, traverse un perçage 18 situé côté sortie du corps d'injecteur 3, une fente annulaire étant ménagée entre le téton d'étrangle- ment 17 et le perçage d'injecteur 18, fente dont la largeur n'est que de l'ordre de 10 à 20p. La fente annulaire 19 s'élargit vers l'inté- rieur du corps d'injecteur 3 en un siège conique 20 pour l'organe de fermeture 16, puis en une chambre annulaire 21 en communication avec le raccord fileté 6 par diffé- rents canaux de liaison 22, 23 et 24 orientés à peu près parallèlement à l'axe de l'injecteur et aménagés dans le corps d'injecteur 3, dans le col d'injecteur 4 et dans la tête d'injecteur 5. Par ailleurs, le canal 7 conduisant du logement de ressort 8 au raccord de fuite 9 est équipé d'un clapet de surpression 25 ouvrant en direction du raccord de fuite 9. Comme le montre la figure, le piston intermé- diaire 13 présente un diamètre un peu plus petit que l'aiguille d'injecteur 15 et se réduit à un diamètre plus petit, à son extrémité libre 26, dans la zone de déplacement de sa face d'appui 27 contre l'aiguille d'injecteur 15 également constituée en surface d'étan- chéité, de sorte qu'en cet endroit, se forme une cham- bre annulaire 28. Le diamètre de passage de cette chambre annulaire 28 ainsi constituée dans la zone de déplacement de la surface d'appui 27 est légèrement su- périeur au diamètre du perçage de guidage 14. D'autre part, le piston intermédiaire 13 est traversé axiale- ment par un perçage d'évacuation 29 débouchant dans le logement de ressort 8, perçage dont l'extrémité côté aiguille se trouve normalement isolée de la chambre an- nulaire 28 par l'aiguille d'injecteur prenant appui sur la face 27. Enfin, la chambre annulaire 28 est raccordée au logement de ressort 8 par un canal 30 orienté pratique- ment parallèlement à l'axe et dans lequel est monté un clapet anti-retour 31 ouvrant en direction de la cham- bre annulaire 28. L'injecteur à téton d'étranglement décrit fonctionne comme suit: Au début d'un cycle d'injection, le carburant 3.5 Diesel amené sous haute pression dans la chambre annulaire 21 par le raccord fileté 6 provoque une levée de l'ai- guille d'injecteur 15 dans le corps d'injecteur 3. Dans l'hypothèse o l'injecteur est mis en service pour la première fois, le carburant de fuite s'échappant, en rai- son de la haute pression d'injection, le long du perçage de guidage 14 du corps d'injecteur 3 vers la chambre annulaire 28 provoque le remplissage rapide et complet de cette chambre, l'air qui s'y trouvait auparavant s'é- chappant le long du perçage de guidage 12 du col d'injec- teur 4 vers le logement de ressort 8, o règne une pres- sion négligeable. Lorsque l'aiguille d'injecteur 13 est soulevée de sa position de fermeture au début d'un cycle d'injec- tion suivant contre la résistance du ressort de pression , la réduction de capacité de la chambre annulaire 27 due au fait que le diamètre du piston intermédiaire 13 est inférieur à celui de l'aiguille d'injecteur 15 provoque une levée du piston intermédiaire 13 par rapport à l'ai- guille d'injection 15, contre la résistance du ressort de pression 10 comprimé à nouveau en conséquence; de ce fait, un volume de carburant correspondant à la réduction de volume s'échappe, par le perçage d'évacuation 29, de la chambre annulaire 28 au logement de ressort 8. Dès- que la chambre annulaire 28, à la fin de la levée-de l'aiguille d'injecteur 15, atteint son volume minimal, le piston intermédiaire 13 se trouve à nouveau appliqué con- tre l'aiguille d'injecteur 15, et ce contact pressant se maintient durant toute la course de retour de l'aiguille d'injecteur 15 dans la position de fermeture o elle est représentée. Grâce à l'augmentation de volume qui s'en- suit pour la chambre annulaire 28, du combustible de fuite est à nouveau aspiré dans la chambre annulaire 28 aussi bien par le canal 30 que le long du perçage de guidage 14, de sorte que cette chambre demeure remplie de carbu- 24625?3 rant Diesel durant toute la suite du fonctionnement de l'injecteur. Du schéma de fonctionnement qui vient d'être présenté, il résulte que l'aiguille d'injecteur 15 de- meure durant ses courses à l'ouverture sans liaison mé- canique avec le piston intermédiaire 13, n'étant ainsi déplacée qu'essentiellement axialement vers l'intérieur. A l'inverse, l'aiguille d'injecteur 15 demeure appuyée fermement et en même temps de façon étanche contre le piston intermédiaire 13 durant chaque course vers ltex- térieur, ce piston qui prend appui de l'autre côté contre le ressort de pression 10, étant chaque fois entraîné, du fait de la conformation hélicoïdale de ce ressort, dans un mouvement de rotation de même sens. La consé- quence en est, à chaque course de fermeture, un pivote- ment séquentiel uniforme de l'aiguille d'injecteur 15, pivotement qui a aussi pour conséquence un entraînement en rotation correspondant séquentiel et de même sens du téton d'étranglement 17 dans le perçage 18 de l'injec- teur. S'il arrive que la fente annulaire très étroite 19 séparant le perçage d'injecteur 18 du téton d'étran- glement 17 soit suffisamment réduite par un dépôt de résidus de combustion dans le perçage 18 et sur le téton 17 pour que les deux dépôts s'engagent radialement l'un dans l'autre, la rotation séquentielle permanente préci- tée du téton d'étranglement 17 dans le perçage d'injec- teur 18 provoque une attaque réciproque des deux dépôts et leur dégagement par friction. Etant donné par ail- leurs, qu'en général les inévitables tolérances de fa- brication conduisent à une position plus ou moins excen- trée du téton d'étranglement 17 dans le perçage 18 de l'injecteur, la rotation séquentielle précitée du téton d'étranglement 17 a également pour conséquence que même après une longue durée de service du moteur, une fente annulaire résiduelle uniforme demeure autour du téton d'étranglement 17. Etant donné que le carburant de fuite remplis- sant le logement de ressort 8 durant le fonctionnement de l'injecteur se trouve déjà aspiré dans la chambre an- nulaire 28 par le canal 30 du fait que l'effet de pom- page intervenant dans cette chambre annulaire, on peut également renoncer au clapet de surpression 25 prévu dans le canal 7 sur l'exemple d'exécution représenté. Une pression réduite doit toutefois régner dans le lo- gement de ressort 8 pour que celui-ci puisse conserver son plein de carburant. Cette pression peut, par exem- ple, être engendrée par la pompe de gavage de carbu- rant. En tenant compte au surplus de ce que l'effet de pompage précité conduit déjà à un remplissage com- plet de la chambre annulaire 28 par le carburant de fuite traversant le perçage de guidage 14, on peut aus- si renoncer au canal 30 et au clapet anti-retour 31. Enfin, le téton d'étranglement 17 pourrait aussi être disposé sur l'aiguille d'injecteur 15 avec un excen- trement inférieur à la largeur prévue pour la fente annulaire 19, ceci pour que durant le pivotement en service du téton d'étranglement 17 dans le perçage 18 de l'injecteur, une largeur résiduelle déterminée de fente annulaire 19 puisse à l'avance être garantie entre les dépôts charbonneux entourant cette fente. REVENDICATIONS 1) Injecteur à téton d'étranglement pour moteurs Diesel, dont l'aiguille portant le téton d'étranglement, guidée axialement dans un perçage ajusté d'un corps d'in- jecteur présentant le perçage d'injection, prend appui par l'intermédiaire d'une cuvette de ressort séparée sur un ressort de pression hélicoïdal monté dans un logement de ressort, caractérisé par le fait que la cuvette de ressort (11) fait partie d'un piston intermédiaire (13) se raccordant à elle cÈté injection, guidé axialement et de façon étanche dans une partie (col d'injecteur 4) de l'injecteur et traversé par un perçage d'évacuation (29) débouchant dans le logement (8) du ressort, piston intermédiaire d'un diamètre plus petit que celui de l'ai- guille d'injecteur (15), et par le fait que le perçage de guidage (12) du piston intermédiaire (13) se trouve, dans la zone de déplacement de la portée d'appui (27) du piston intermédiaire (13) sur l'aiguille d'injecteur (15), portée d'appui également conformée en portée d'é- tanchéité, élargie au moins jusqu'au diamètre du perça- ge de guidage (14) de l'aiguille d'injection. 2) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le piston intermédiaire (13) est réduit à un diamètre inférieur à son extrémité (26) se trouvant dans la zone de déplacement de la portée d'appui (27). 3) Injecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la pièce guidant le piston intermédiaire (13) est un col d'injecteur séparé (4) disposé entre le corps d'injecteur (3) et une tête d'injection (5) portant un raccord fileté (6) pour la tuyauterie d'injection. 4) Injecteur selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé par le fait que le logement de ressort (8) en communication avec un raccord de fuite (9) est raccordé à la chambre annulaire (28) constituée dans la zone de déplacement de la portée d'appui (27) par l'intermédiaire d'un canal (30) traversant la pièce (col d'injecteur 4) présentant le perçage de guidage (12) du piston intermédiaire (13), canal dans lequel est monté un clapet anti-retour (31) ouvrant en direc- tion de la chambre annulaire (28). ) Injecteur selon la revendication 4, caracté- risé par le fait que dans un canal (7) mettant en com- munication le raccord de fuite (9) et le logement de ressort (8) est monté un clapet de surpression (25). 6) Injecteur selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé par le fait que le téton d'étran- glement (17) est disposé sur l'aiguille d'injecteur (15) avec un excentrement réduit par rapport à la largeur radiale prédéterminée de la fente annulaire (19).