Brevet FR2490278A1 — publié le 19820319

L'invention concerne un injecteur à aiguille à jet multi- ple pour injection avec caractéristique de répartition des jets dépendant de la vitesse de refoulement dans des moteurs à com- bustion interne, injecteur qui présente un trou d'injection cen- tral et un élément de soupape à aiguille de commande, sollici- té par ressort et s'ouvrant dans le sens opposé au sens d'in- jection, au moins une autre forure d'injection latérale, ali- mentée au franchissement de la section de passage au niveau du siège de l'élément de soupape, étant prévue. De tels injecteurs à aiguille sont utilisés en priorité dans des moteurs Diesel à injection directe dans lesquels la formation du mélange et le déroulement de la combustion s'ef- fectuent sous l'effet d'une charge d'air en rotation. On connaît déjà, d'après le brevet allemand 926 050, un injecteur à aiguille à jet multiple du genre défini ci-dessus. Dans ce modèle, le trou d'injection central représente, avec l'aiguille de commande, l'orifice d'injection principal,et la forure d'injection qui s'ouvre vers le siège de l'élément de soupape représente l'orifice d'injection auxiliaire. En cas de vitesse élevée de refoulement du carburant, la quantité de carburant qui sort du trou d'injection central est, pour un dimensionnement approprié, quatre fois plus grande que la quantité délivrée par l'autre forure d'injection. Ce mode de réalisation a pour inconvénients que même aux vitesses de refou- lement élevées, la proportion de carburant délivrée par l'autre forure d'injection est relativement élevée et qu'on observe une forte tendance au calaminage de cette forure. Par ailleurs, on connait déjà un modèle d'injecteur à aiguille suivant le brevet français 977 818, qui peut être réalisé sous forme d'injecteur à jet multiple ou permet d'obte- nir des caractéristiques de jet différentes. En fonction de la vitesse de refoulement, il s'établit différentes courses de l'aiguille d'injection, ce qui fait qu'il entre en action, alternativement ou avec des transitions, soit différentes foru- res d'injection, soit par exemple un trou d'injection dans l'aiguille de commande..Dans ces conditions, il seproduit également une répartition en sens contraires des quantités d'injection entre les orifices d'injection. L'inconvénient est que la répartition du carburant s'effectue par des canaux annulaires, ainsi que par des forures longitudinales et trans- versales dans l'aiguille d'injection, canaux et forures qui sont pratiqués dans des conditions défavorables du point de vue de la technique de fabrication. On connaît aussi, par le brevet allemand 846 183, fig. 3, des injecteurs à aiguille dans lesquels le trou d'injection central est traversé par une aiguille de commande qui diminue la section d'injection lorsque la course de l'aiguille d'injec- tion augmente. On cherche à obtenir, avec cette solution, une pulvérisation impeccable pendant tout le processus d'injection. Le but de l'invention est d'éliminer, dans un injecteur du genre défini dans le préambule, les inconvénients de la solution antérieurement connue, c'est-à-dire de parvenir à un effet alternatif dans une large mesure des orifices d'injection qui projettent en fonction de la vitesse du moteur et de la quantité d'injection, avec des caractéristiques appropriées de répartition des quantités. Le problème à la base de l'invention était de trouver, pour le modèle d'injecteur en question, une disposition appro- priée de forures d'injection et d'orifices d'injection qui ne présente pratiquement en toutes circonstances qu'un jet d'in- jection, aussi bien au ralenti et dans le domaine inférieur de charge partielle qu'en cas de charge plus élevée, ce qui exige que l'orifice d'injection central du jet d'injection, qui inter- vient à faible vitesse de refoulement, ne soit plus en fonction dans le cas d'une vitesse de refoulement pl-us élevée. En outre, il fallait parvenir à une inversion fonctionnelle des forures d'injection principale et auxiliaire par rapport au type d'in- Jecteur décrit dans le préambule. D'après l'invention, ce problème est résolu par le fait que, de façon connue en soi, l'aiguille de commande présente à son extrémité externe un contour qui ferme de plus en plus le trou d'injection central au-dessus de la demi-course de l'élément de soupape et, en plus, un contour qui l'obture à pleine course, et par le fait qu'il est prévu, pour le régime supérieur de charge et de vitesse de rotation, une forure latérale d'inJec- tion s'ouvrant dans le siège de l'élément de soupape, de façon connue en soi. - Le diamètre de celle-ci est avantageusement dimensionné de telle manière qu'à 40 ou 50 % de la course de l'élément de soupape, sa section utile corresponde approximativement à la section utile dans le trou d'injection central et que la quan- tité de pleine charge soit assurée au maximum de la course. La section utile dans le trou d'injection central est de l'ordre de 30 à 50 % de la section utile de la forure d'inJec- tion, la section utile maximale dans le trou d'injection central étant atteinte dans la gamme de 30 à 50 % de la course de l'élément de soupape. En outre, au-dessus de 70 à 80 % de la course de l'élément de soupape, la section dans le trou d'injection central doit être approximativement obturée. Avec cette solution, on est assuré qu'aux faibles vitesses et débits de refoulement, il se produira, à travers la petite section d'injection de l'aiguille de commande, une bonne pulvé- risation de carburant et, par suite, la formation d'un bon mélange, tandis qu'aux vitesses et débits de refoulement plus élevés, le trou d'injection avec l'aiguille de commande ne déli- vrent plus qu'une quantité insignifiante de carburant et la quasi totalité du carburant est injectée par la forure d'inJec- tion latérale. 249D278 Ainsi est possible une bonne adaptation de l'injection aux exigences de moteurs Diesel à injection directe avec une forma- tion du mélange dans la zone voisine de la paroi, ce qui rend réalisable un fonctionnement avec une moindre émission de gaz d'échappement dans tous les régimes de vitesse de rotation et de charge. En même temps, il en résulte, pour ce modèle d'injec- teur à aiguille, une position de montage favorable.pour ce qui est de sa mise en place dans la culasse de cylindre de moteurs Diesel à injection directe, en particulier à orifices d'admis- sion à girat ion. Un exemple de réalisation de l'invention sera décrit ci- après à l'aide de dessins et de diagrammes. la fig. 1 est une vue en coupe partielle de la culasse de cylindre d'un moteur Diesel à injection directe, vue sur laquel- le on peut distinguer la disposition de l'injecteur et la posi- tion des jets d'injection dans la chambre de combustion. La fig. 2 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un injecteur suivant l'invention. La fig. 3 est une représentation graphique des sections d'ouverture effectives des forures d'injection principale et auxiliaire, ainsi que de la section totale, en fonction de la course de l'élément de soupape. Les fig. 4a à c sont des diagrammes schématiques relatifs à la course de l'élément de soupape dans différentes condi- tions de fonctionnement. * Sur la fig. 1 est indiquée la disposition d'un injecteur à aiguille à jet multiple suivant l'invention dans un moteur Diesel à injection directe. Les jets de carburant 5tl4, St15 issus de la forure d'injection 14 et du trou d'injection 15 sont dirigés dans des directions différentes dans la chambre de combustion 2 à symétrie de révolution, pratiquée dans le piston 3 du moteur. On peut voir que le jet Stl5 du trou d'in- jection 15 est dirigé beaucoup plus fortement vers le centre de la chambre de combustion 2, ce qui donne lieu de façon prépondé- rante à du carburant distribué dans l'air. Par contre, le jet 249Z273 Stl4 de la forure d'injection 14 passe à proximité de la paroi de la chambre de combustion 2, étant dirigé de préférence per- pendiculairement ou en position légèrement inclinée par rapport au courant giratoire 4. Le carburant est préparé au voisinage de la paroi, puis brûlé uniformément sous l'effet du mouvement giratoire. Sur la fig. 2, on peut voir la partie essentielle d'un injecteur à aiguille à jet multiple suivant l'invention, repré- sentée en coupe. Un élément de soupape 10 usuel est guidé dans le corps d'injecteur 12. Cet élément de soupape 10 présente une surface d'appui 11 à laquelle est associé un siège 13 dans le - corps-d'injecteur 12. Une grosse forure d'injection 14, qui donne lieu au jet principal dans les conditions normales de fonctionnement, s'ouvre dans le siège 13 pratiqué dans le corps d'injecteur 12 et est recouverte par la surface d'appui 11 lorsque l'élément de soupape 10 est dans sa position la plus basse. Le corps d'injecteur 12 présente un trou d'injection cen- tral 15 à travers lequel s'étend, de façon connue en soi, l'ai- guille de commande 16 de l'élément de soupape 10. Lorsque l'élément de soupape 10 repose sur le siège 13 pratiqué dans le corps d'injecteur 12, l'aiguille de commande fait saillie hors de celui-ci. L'extrémité de l'aiguille de commande 16 pré- sente un contour d16 qui s'enfonce dans le trou d'injection 15, partiellement en cas de grande course de l'élément de soupape et complètement en cas de maximum de course, fermant ainsi peu à peu, puis complètement la section du trou d'injection 15 (voir courbe/uf5t15 sur la fig. 3). Le dimensionnement de la forure d'injection 14 en ce qui concerne son diamètre d14 est effectué de telle manière qu'aux alentours de 40 à 50 % de la course de l'élément de soupape, la section utile de cette forure corresponde approximativement à la section utile du trou d'in- jection 15 et que la quantité de carburant de pleine charge soit assurée au maximum de la course (voir courbe xi tî4 sur la fig. 3). Le dimensionnement de la section libre du trou d'injection peut d'une part être effectué de manière optimale pour la marche à l'état débrayé et la vitesse de rotation minimale du moteur, tandis que d'autre part, le diamètre d14 de la forure 14 peut être adapté, là encore de façon optimale, au régime principal de fonctionnement du moteur, y compris la pleine charge, sans tenir compte de la vitesse de rotation minimale. La course de l'élément de soupape dans différentes condi- tions de fonctionnement est représentée sur le diagramme de la fig. 4. Les symboles ont les significations suivantes: hmax = course maximale = 100 % h = course utile maximale pour le trou d'injection 15 eff15 h = course atteinte a ED15 = durée d'injection du carburant issu de la forure d'injection 14 a ED15 = durée d'injection du carburant issu du trou d'injec- tion 15. Le diagramme 4a représente les conditions en marche à l'état débrayé du moteur. m n'est atteint qu'une petite course de l'élément de soupape, ce qui fait que le trou d'injection 15 est pleinement en fonction et que la forure d'injection 14 n'est alimentée que dans une mesure insignifiante. Sur la fig. 3, cette situation correspond à une course de l'élément de soupape dans la zone de 10 à 30 %. La fig. 4b représente les conditions à bas régime et avec de faibles quantités d'injection. La course de l'élément de soupape n'atteint pas le maximum, la forure d'injection 14 entre également en fonction et le trou d'injection 15 est pres- que fermé par le contour d16 de l'aiguille de commande 16 sur une partie de la zone. Sur la fig. 3, cette situation corres- pond à une course de l'élément de soupape de 70 à 80 % environ. Les quantités d'injection sont approximativement égales. En cas de charge et de régime plus élevés, il s'établit les condi- tions de la fig. 4c. La course de l'élément de soupape atteint, sur une grande plage angulaire, le maximum - 100 % -, ce qui 249D278 fait que la forure d'injection 14 est presque exclusivement en fonction. On peut également voir que lorsqu'augnentent la charge et le régime, la durée proportionnelle des zones à variations de la course de l'élément de soupape aDî5 diminue et que sur la fig. 4c par exemple, la pleine course de l'élément de soupape est maintenue pendant une part élevée du temps a * Cela signifie une fonction presque exclusive de la forure d'injection 14 pour l'injection de carburant. 249?278 - REVENDICATIONS - 1. Injecteur à aiguille à jet multiple pour injection avec caractéristique de répartition des jets dépendant de la vitesse de refoulement dans des moteurs à combustion interne, injecteur qui présente un trou d'injection central et un élément de sou- pape a aiguille de commande, sollicité par ressort et s'ouvrant dans le sens opposé au sens d'injection, au moins une autre forure latérale d'injection, alimentée au franchissement de la section de passage au niveau du siège de l'élément de soupape, étant prévue, caractérisé en ce que l'aiguille de commande (16) présente à son extrémité externe un contour qui ferme de plus en plus le trou d'injection central (15) au-dessus de la demi- course de l'élément de soupape (10) et, en plus, un contour (d16) qui l'obture à pleine course, une forure d'injection (14) s'ouvrant dans le siège (13) de l'élément de soupape (10) étant prévue pour le régime supérieur de charge et de vitesse de rotation, 2. Injecteur à aiguille à jet multiple selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le diamètre (d14) de la forure d'injection (14) est dimensionné de telle manière qu'entre 40 et 50 % de la course de l'élément de soupape (10), la section utile de cette forure corresponde approximativement à la section utile du trou d'injection (15) et qu'au maximum de la course, elle assure la quantité d'injection de pleine charge. 3. Injecteur à aiguille à jet multiple selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la section utile du trou d'injec- tion (15) correspond au maximum à 30 à 50 % de la section utile de la forure d'injection (14). 4. Injecteur à aiguille à Jet multiple selon la revendica- tion 3, caractéries en ce que la section utile maximale du trou d'injection (15) est atteinte dans la gamme de 30 à 50 % de la course de l'élément de soupape (10). 5. InJecteur à aiguille à jet multiple selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que la section utile du trou d'in- Jection (15) est approximativement obturée au-dessus de 70 à % de la course de l'élément de soupape (10).