Brevet FR2520262A1 — publié le 19830729

Dispositif d'injection de liquide avec aiguille d'arrêt commandée progressivement par ressort. La. pxese.nte invention est relative à. un dispositif d'injection de liquide comportant Un bottier muni d'une chambre de pression ayant une ouverture d'entrée et de sortie et un plongeur en forme d'aiguille fermant cette ouverture de sortie dès l'intérieur et pouvant etre levé à l'encontre de l'action d'un système à plusieurs ressorts à partir de l'ouverture de sortie par suite de la pression du liquide dans la chambre, un premier ressort du système affectant tout le trajet de déplacement de l'aiguille et un second ressort affectant une partie du trajet, par exemple, un pulvérisateur du carburant d'un moteur Diesel. Les pulvérisateurs de carburant de ce type sont connus partout. L'aiguille du pulvérisateur possèdegéné- ralement, & une extrémité, une face conique, dont une partie s'appuie avec précision sur un siège autour de l'ouverture de sortie du bottier. Quand la pression du carburant fournie au pulvérisateur tombe au-dessous d'un niveau donné (pression de fermeture), la force de soulèvement produite par la pression du carburant devient inférieure à la force réactive exercée par le système de ressorts sur l'aiguille, de sorte que l'aiguille du pulvérisateur s'approche du siège et bloque l'alimentation en carburant d'une enceinte collectrice de carburant avec des trous de pulvérisation. L'accroissement de la pression du carburant dans le système est inverse quand un niveau de pression déterminé (pression d'ouverture) est dépassé, de sorte qu'après avoir surmonté la pression du premier ressort, l'aiguille du pulvérisateur est soulevée du siège et après avoir surmonté la pression totale des ressorts, elle heurte une butée, permettant ainsi la pulvérisation du carburant. D'une manière d'ailleurs supposée connue, la pression d'alimentation de carburant est rapidement accrue dès un niveau déterminé de pression résiduelle et après une courte période rapidement abaissée à ce niveau de pression rés i- duelle. Dans cette forme de réalisation, l'aiguille du pulvérisateur heurte ane butée, ce qui donne lien CL l'i-n- convénient que le mouvement de fermeture de l'aiguille ne se produit qu' a une valeur inférieure à celle de la pression maximum du carburant, ladite valeur étant, en outre, encore inférieure à celle se présentant au soulèvement de l'aiguille.La proportion entre les pressions de carburant se présentant au commencement de l'ouverture et de la fermeture de l'aiguille est égale à la.proportion entre toute la face conique et la partie de la base du cône n'entrant pas en contact avec le siège dans la position fermée de l'aiguille. Pendant une grande partie du trajet, où la pression. du carburant décroit rapidement afin de terminer l'injection, l'aiguille reste dans la position ouverte. Cependant, il est désirable que l'injection soit terminée aussi rapidement que possible après que la pression du carburant a diminué à partir du niveau maximum jusqu'au niveau de pression résiduelle afin que l'atomisation se produise à une pression moyenne aussi élevée que possible. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat en munissant l'aiguille du pulvérisateur d'un système deressorts, dont le premier ressort a une rigidité inférieure à celle du second, les deux ressorts ensemble étant capables de résister à la pression maximum normale du carburant imposée à 11 aiguille. A cause de l'absence de la butée classique des pulvérisateurs connus de carburant, où le soulèvement maximum de l'aiguille est déjà atteint à une pression du carburant largement inférieure à la pression maximum du carburant, le mouvement de l'aiguille pour fermer le pulvérisateur est déclenché aussitt que la pression maximum baisse et, à l'instant où la pression de fermeture est atteinte et que le mouvement de fermeture commence dans es puulverisateurs connus, ce mouvement est déjà pratiquement accompli dans le pulvérisateur conforme à l'invention. Un autre avantage de l'tnyentión est que par suite de l'effet progressif du système de ressorts, le mouvement de l'aiguille pour ouvrir le pulvérisateur se produit de façon telle que le volume du système extrait par le mouvement de l'aiguille pour remplir l'enceinte collectrice du carburant à un niveau de pression relativement faible est considérablement réduit en faveur de la production de pression dans le système d'alimentation de carburant. Une faible longueur du système de ressorts à incorporer s'obtient en combinant deux ressorts, dont le ressort de rigidité inférieure en forme d'un ressort héli cotidal est précontraint et le second ressort constitue une barre de torsion non-précontrainte, qui entrent en contact avec l'aiguille après que celle-ci a accompli une partie de sa course totale. L'invention sera expliquée davantage en se référant aux dessins annexés, la forme de réalisation illustrée étant donnée à titre d'exemple non limitatif.Sur ces dessins la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un pulvérisateur de carburant; la figure 2 est un diagramme de la trajectoire des forces d'un système de ressorts comprenant un ressort hélicoïdal précontraint et une barre de torsion; et la figure 3 est un diagramme du déplacement de l'aiguille dans une forme de réalisation classique et dans une forme de réalisation selon l'invention. La figure 1 montre schématiquement un pulvérisateur de carburant 1 comportant une tête pulvérisante 2 et un bottier 3. L'aiguille 4 du pulvérisateur se déplace avec précision dans le trou central 5 dans la tête et elle est munie d'une pointe conique 6 s'appuyant, dans sa position inférieure, sur le bord d'un siège 7 ménagé entre une enceinte de pression de carburant 8 et une enceinte collectrice de carburant 9. Plusieurs passages 10 de pulvéristation débouchent dans l'enceinte collectrice 9 du carburant. Le bottier 3 comporte un perçage 11 logeant l'épaule 12 de l'aiguille 4. Entre l'épaule 12 et le bord supérieur du perçage est disposé un premier ressort 14 précontraint poussant l'aiguille 4 contre le siège 7. Au centre du perçage 11 est disposé un second ressort 13 en forme d'une barre de torsion.La longueur delta barre est telle que, dans la position inférieure de l'aiguille 4,il se forme une fente S1 5. Quand la pression du carburant dans l'enceinte de pression communiquant par une ouverturè d'entrée avec un système alimenteur de carburant (nonillustré), est augmentée par rapport à une pression résiduelle, une force hydraulique s'opposant à la force du ressort 12 est exercée à partir de la base de la face conique de la pointe 6 faisant saillie du siège 7. Aussitôt que cette force devient supérieure à la force du ressort et à la résistance de frottement de l'aiguille, celle-ci se soulève du siège 7 de sorte que la pression hydraulique s'applique à toute la face conique de la pointe 6 et l'aiguille se soulève davantage en étant accélérée à l'encontre de la force du ressort 12. Quand, sous l'action de la pression croissante du carburant, l'aiguille 4 s'est déplacée sur une distance le ressort 13 devient actif. La constante de rappel du ressort 13 est supérieure à celle du ressort 12. A une augmentation ultérieure de la pression du carburant jusqu'à la pression maximum, le ressort 13 est comprimé sur une distance La figure 2 montre le diagramme de la trajectoire des forces du système de ressorts à action progressive décrit ci-dessus. Il faut noter que par des mesures, d'ailleurs supposées connues, la variation des constantes de rappel des deux ressorts peut être influencée de façon telle qu'il se produise une variation plua douce du diagramme de la courbe des forces que dans le cas de deux ressorts li nEatres représentés à titre d'exemple sur la figure 2.Les variations d'un déplacement de l'aiguille d'un pulvérisateur de carburant conforme à l'invention par rapport à. un pulvé- risateur dans le mode de réalisation connu avec une butée sont illustrées sur la figure 3. La même variation de pression du carburant pendant un cycle d'injection est prise comme base et est indiquée dans la représentation graphique par la ligne continue P. Le déplacement de l'aiguille dans un pulvérisateur classique est indiqué par la ligne h en traits interrompus et celui d'un pulvérisateur selon l'invention par la ligne h' en traits mixtes. En regardant le pulvérisateur de carburant dans le mode de réalisation connu, on constate qu'à l'instant tb la pression du carburant augmente à partir d'une pression résiduelle Pr jusqu'à une valeur maximum Pmax à l'instant tpmaXt la pression diminuant ensuite rapidement jusqu'à la pression résiduelle P à l'instant t . Quand la pression r e croissante a atteint la valeur P1 à l'instant tpl, le déplacement de l'aiguille commence à l'encontre de la pression du ressort. A l'instant ta, la pression a atteint la valeur Pa et l'aiguille frappe une butée. La pression du carburant augmente davantage jusqu'à la valeur Pmax à l'instant tpmax et décrott ensuite rapidement pour atteindre la valeur P2 à l'instant tp2.La force hydraulique opposée à la pression du ressort par suite de la pression du carburant sur toute la surface conique de la pointe de l'aiguille est alors exactement égale à la pression du ressort. Pendant la diminution ultérieure de la pression du carburant, l'aiguille commence à descendre à partir de l'instant tp2 avec une vitesse zéro et à l'instant tselle arrive au siège, ce qui termine l'injection. Pendant la période tp2 à t5,l'injection continue à une pression moyenne faible du carburant. En considérant le pulvérisateur de carburant conforme à l'invention et en supposant que les caractéristiques de ressort et la tension du premier ressort correspondent ê celles du ressort dans le pulvérisateur classique le dEpla- cement ae l'aiguille commence au mCe instant tpl que dans le pulvérisateur classique quand la pression du carburant augmente à partir de la pression résiduelle p r à l'instant A A l'instant tps l'aiguille s'est déplacée sur une distance sl et le second ressort plus rigide devient actif. Par rapport au pulvérisateur connu, on obtient ainsi l'avan- tage qu'd l'instant ta où la pression atteint la valeur l'aiguille s'est déplacée sur une distance plus courte, ce qui. se traduit par une réduction considérable du volume de carburant à fournir à un niveau relativement faible de la pression en faveur de la production de pression dans le système. Quand de la pression du carburant a augmenté jusqu'à une valeur Pmax à l'instant tpmax l'aiguille s'est déplacée vers le haut à l'encontre des forces combinées des deux ressorts sur une distance s1 + s2. Quand ensuite, la pression tombe, l'aiguille se déplace vers le bas sous l'effet de la force de ressort, en commençant avec une vitesse zéro. Par suite d'une certaine inertie, l'aiguille a descendu d'une distance s2 quand la pression du carburant est tombée à une valeur plus faible que Ps1. Lors d'une diminution ultérieure de la pression du carburant, l'aiguille commençant déjà à se déplacer cet instant avec une vitesse donnée sous l'effet du premier ressort, se déplace davantage sur s1 jusqu'à ce qu'elle arrive au siège à l'instant t et l'injection se termine. s La fermeture par l'aiguille se produit alors dans la période tPmax à t5 et pendant cette période, la pression moyenne d'injection est supérieure à celle du pulvérisateur clas- sique et l'injection se termine plus tôt après la dim- nution de la pression du carburant à partir de Par. A l'instant où, dans le pulvérisateur classique, le mouvement de fermeture de l'aiguille ne commence qu'après que la pression du carburant a diminué jusqu'8 P2, l'aiguille du pulvérisateur selon l'invention a pratiquement parcouru le trajet de fermeture. La rigidité et la longueur du second ressort peuvent être choisies de façon telle que, sous l'influence de la pression du système, de la tension du ressort et de l'inertie, après l'amorçage de la diminution de pression à partir de P max à l'instant t . il se produit un mouvement d'aiguille d'autant plus rapide que l'aiguille tarde très peu à suivre la pression du carburant. La rigidité du second ressort sera, de préférence, 3 à 50 fois celle du premier ressort (mis en précontrainte). De plus, de préférence, le trajet de soulèvement de l'aiguille sera tel que le premier ressort se trouve entre 1/2 et 5/6 fois le trajet total de soulèvement. Sans nuire au bon fonctionnement recherché du pulvérisateurde carburant selon l'invention, on peut prévoir une butée pour protéger le système de ressorts contre des impulsions éventuelles se produisant dans le système du carburant, impulsions qui atteignent une valeur à peu près égale à la pression normale maximum du carburant. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de liquide comportant un -bottier (3) comprenant une enceinte (8) de pression avec une ouverture d'entrée et de sortie du liquide et unplongeur en forme d'aiguille (4) fermant cette ouverture de sortie à l'intérieur et pouvant être soulevé à l'encontre de l'effet d'un système de plusieurs ressorts par la pression du liquide dans l'enceinte à partir de l'ouverture de sortie, un premier ressort (12) du système ayant son effet sur le trajet total de l'aiguille et un second ressort (13) ayant son effet sur une partie du trajet, par exemple, le pulvérisateur de carburant d'un moteur Diesel, caractérisé en ce que le premier ressort (12) a une rigidité inférieure à celle du second ressort (13), les deux ressorts en commun étant capables de résister à la pression normale maximum du liquide exercée sur le plongeur (4). 2. Dispositif d'injection de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ressort à rigidité inférieure est lis en précontrainte et le second ressort à rigidité supérieure et affectant la dernière partie du trajet de soulèvement n'est pas mis en précontrainte à l'intérieur du bottier. 3. Dispositif d'injection de liquide selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second ressort a une rigidité de 3 à 50 fois plus élevée que celle du premier ressort. 4. Dispositif d'injection de liquide selon la revendication 3, caractérisé en ce que le trajet de soulèvement de l'aiguille jusqu'à ce qu'elle entre en contact avec le second ressort est compris entre 1/2 et 5/6 fois le trajet total de soulèvement. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second ressort est une barre de torsion disposée coaxialement dans le premier ressort forme par Un ressort helicoïdal