Brevet FR2545158A1 — publié le 19841102

La présente invention concerne un procédé d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne à injection directe, à allumage propre ou à allumage externe, qui comportent dans la tête de piston une chambre de combustion en forme de corps de révolu- tion, dans laquelle est établi un mouvement d'air en rotation autour de l'axe longitudinal de la chambre de combustion (tourbillonnement d'air), le carburant étant déposé par un injecteur présentant une géométrie variable d'orifice d'injection, dans le domaine supé- rieur des vitesses de rotation et/ou de la charge, dans une large mesure sous la forme d'un film sur la paroi de la chambre de combustion alors que, dans le domaine du ralenti et dans le domaine inférieur des vitesses de rotation et/ou de la charge du moteur, il se produit un mélange aussi complet que possible de l'air et du carburant, et la libération (augmentation) de la sec- tion d'orifice (section de sortie) de l'aiguille d'in- jecteur par un agencement correspondant de moyens connus, comme par-exemple des ressorts ayant une carac- téristique correspondante, en fonction de plusieurs plages caractéristiques de fonctionnement du moteur sélectionnées librement et allant du domaine de ralenti jusqu'au domaine de pleine charge, l'adaptation tation) de la section d'ouverture de l'aiguille de l'injecteur aux différentes plages caractéristiques étant effectuée de manière que, dans le domaine inférieur de vitesses de rotation et/ou de charge, il se produise une augmentation considérablement ralentie et, dans le domaine supérieur des vitesses de rotation et/ou de la charge, une augmentation rapidement croissante; l'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un tel procédé d'injection de carburant est connu d'après la demande de brevet allemand DE-OS 29 23 670 (demande de brevet britannique N O 80 19 27) Dans ce brevet, on utilise pour la mise en oeuvre du procédé une buse à pointeau d'étranglement s'ouvrant vers l'intérieur. Dans des injecteurs à aiguille de ce type, la force de fermeture des ressorts doit être choisie de manière que les buses se ferment également à nouveau toujours d'une manière sûre en opposition auxc pressions maximales de gaz s'établissant dans le cylindre Des injecteurs de ce type sont pour cette raison d'une construction très volumineuse. L'invention a en conséquence pour but d'effectuer l'injection directe commandée conformément au procédé connu au moyen d'injecteurs qui sont d'une construction plus petite, de manière à obtenir une structure simplifiée de la culasse et de l'ensemble des conduits d'injection et par conséquent une diminu- tion du coût total de l'installation d'injection. Conformément à l'invention, le problème est résolu en ce qu'on utilise un injecteur s'ouvrant en direction de la chambre de combustion Avec un tel injecteur, la pression de gaz engendrée a un effet positif sur l'action de fermeture. L'injecteur conforme à l'invention, dans lequel l'aiguille d'injection est déplacée sous l'action de la pression de carburant en opposition à des forces de ressorts et qui ouvre ainsi la section de passage du carburant à injecter, est caractérisé par le fait que, dans cet injecteur, l'aiguille d'injec- tion est sollicitée dans sa position de fermeture et pendant une première fraction de course par un. ressort primaire et, pendant une seconde fraction de course, par un ressort secondaire et en ce qu'au début de l'injection, dans la première fraction de course (pré-course), la translation de l'aiguille d'injection est effectuée avec un certain retard, et en ce que le ressort primaire s'appuie d'un côté contre un piston de course initiale et de l'autre côté contre un piston principal, qui est sollicité sur le côté opposé par le ressort secondaire, qui s'appuie de l'autre côté à nouveau contre le corps d'injecteur, en ce que le piston de course initiale est relié par l'intermédiaire d'un collet de retenue à l'aiguille d'injection et en ce qu'il est prévu des orifices de distribution dans le collet de retenue et/ou le piston de course initiale. Ainsi il est possible de commander la course de l'aiguille d'injection de manière que, pour des valeurs faibles de la vitesse de rotation et de la charge, il ne se produise qu'une course initiale de valeurs déterminées et qu'il soit possible d'obtenir une course additionnelle lors du fonctionnement à pleine charge Pendant la période de pré-course, la réaction rapide de l'aiguille d'in- jection est limitée par les orifices de'distribution alors que par contre; après que la course initiale est atteinte, l'aiguille d'injection peut se déplacer relativement rapidement jusqu'en fin de course. Selon d'autres particularités de l'invention-: 1) Le piston de course initiale agit, après la pre- mière fraction de course de l'aiguille d'injection, sur le piston principal sollicité par le ressort secon- daire de manière que, pendant la seconde fraction de course, seulement le ressort secondaire entre en action. 2) Le collet de retenue et le piston de course initiale forment une seule et même pièce. 3) Le collet de retenue et le piston de course initiale- forment deux pièces. 4) Il est prévu dans le collet de retenue ou dans le piston de course initiale un clapet anti-retour. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale faite à la moitié d'un injecteur proposé pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, et la figure 2 représente, également à moitié en coupe, une réalisation en deux parties de ce qu'on appelle le piston d'amortissement/course initiale de l'injecteur. Sur la figure 1, il est prévu pour la fixa- tion d'un injecteur en saillie un porte-injecteur 1 classique et une partie de fixation 2 Le corps d'in- jecteur est désigné par 3 et l'aiguille d'injection par 4 Le cône de soupape 5 de l'aiguille d'injection 4 et son siège associé dans le corps d'injecteur 3 sont usinés de telle sorte qu'on obtienne la caracté- ristique désirée de course et de section de passage pour le procédé considéré La course de soupape est commandée de manière que, dans un fonctionnement à basse vitesse de rotation et à faible charge, on obtienne un déplacement de soupape correspondant à une course initiale L 1 et que, dans le cas d'un fonctionnement à pleine charge, il soit possible d'obtenir une autre fraction de course, notamment L 2, de façon que la course totale s'élève alors à L 1 + L 2. Ainsi pendant la période de course initiale, la réaction normalement rapide de la soupape est limitée pour obtenir dans cette plage de fonctionnement les sections désirées de passage ou les débits désirés d'injection alors que le mouvement de la soupape entre la course initiale et la course totale est effec- tué plus rapidement Egalement le processus de ferme- ture se déroule relativement rapidement grâce au mode d'ouverture de l'injecteur. Sur la figure 1, le corps d'injecteur 3 comporte un trou 6 a, 6 b agencé sous forme d'une chambre à ressorts, dans laquelle sont disposés un ressort primaire 7 et un ressort secondaire 8 Entre les deux ressorts est placé un piston principal 9 Le ressort primaire 7 agit sur ce qu'on appelle le piston de course initiale 10, qui est maintenu dans sa position par le collet de retenue 11 de l'aiguille d'injection. Le ressort primaire 7 est réglé de manière à obtenir une pression nominale d'ouverture d'environ x 10 Pa Le second ressort 8 est à son tour choisi de manière qu'il s'établisse une condition d'équilibre pour une pression nominale de 150 à 200 x 105 Pa - Aussi bien le piston principal 9 que le piston de course initiale 10 sont sensiblement étanches au carburant et se déplacent de façon coulissante dans le trou 6 a, 6 b du corps de buse 3 et sur l'aiguille d'injection 4. Lors d'une injection (le carburant arrive par l'entrée de carburant 12), la pression de carbu- rant augmente sur le cône de soupape 5 et le cône de soupape 5 se déplace, sous la commande de la force du ressort 7 et du fait de la décharge du carburant depuis la chambre du ressort 7 par l'intermédiaire des ori- fices de distribution 13, qui sont ménagés dans le collet de retenue il de l'aiguille d'injection, vers l'exté- rieur, c'est-à-dire en direction de la chambre de combus- tion Ainsi la commande désirée de la course initiale L est obtenue en agissant sur le nombre et la grandeur des orifices de distribution 13 La vitesse à laquelle s'effectue cette course, et par conséquent la section effective pendant le processus d'injection dans la course initiale, sont définies à partir de la vitesse à laquelle le carburant est refoulé au travers des orifices de distribution 13, ainsi qu'à partir de la quantité de fuite sur les pistons 9 et 10 Aussitôt que le piston 10 a parcouru la distance L 1 correspondant à la course initiale, l'aiguille d'injection s'ouvrant vers l'extérieur doit déplacer le piston principal 9. Cela se produit sans amortissement sensible jusqu'à la course totale L 1 + L 2 en opposition à l'action du ressort secondaire 8. Aussitôt que le processus d'injection est terminé, la pression clans le conduit d'admission de car- burant diminue et l'aiguille d'injection peut revenir contre son siège Le mouvement de retour du piston 10 (et également de l'aiguille d'injection) depuis la valeur de course initiale L jusqu'à zéro est assisté par l'admission de carburant vers la chambre à ressorts 7 par l'intermédiaire d'un clapet anti- retour 14. Le piston d'amortissement et course initiale comportant le collet de retenue d'aiguille d'injection peut être réalisé en une seule pièce. Pour la détermination du degré nécessaire d'amortisse- ment pendant des essais de mise au point (pour chaque modification du degré d'amortissement, les orifices de distribution doivent avoir une grandeur différente), il est cependant également avantageux de réaliser le piston d'amortissement et course initiale en deux parties Un tel agencement est représenté sur la figure 2. Sur cette figure, la bague de retenue 11 ' de l'aiguille de retenue 4 ' est montée à rotation et elle comporte six orifices de distribution 13 ' espacés de distances égales et situés sur le même cercle primitif que les cinq orifices d'amortissement 13 " prévus dans le piston d'amortissement et course initiale 10 '. Par une rotation échelonnée de la bague tournante 11 ', il est possible d'établir une concordance diffé- rente entre les orifices d'amortissement 13 " et les orifices de distribution 13 ', c'est-à-dire en d'autres 2545158 ' termes que l'effet d'étranglement des orifices de distribution 13 ' et par conséquente l'action - d'amortissement sont établis par rotation de la bague 11 ' Au moyen d'une came 15 prévue sur le piston d'amortissement et course initiale 10 ', et qui s'engage dans une encoche déterminée de la bague 11 ', il est possible de régler la bague dans une position déter- minée Une rotation additionnelle est alors interdite. Grâce à la présente invention, il est possible d'obtenir un amortissement de la première réaction d'un injecteur à aiguille conique s'ouvrant vers l'extérieur, pour obtenir une injection contrôlée, avec une caractéristique de projection déterminée et variable, conformément au procédé décrit ci-dessus. L'exemple de réalisation décrit représente une réalisation simple d'une unité nécessaire pour la mise en oeuvre de l'objet de l'invention Il est - évident que le principe de l'injection contrôlée peut également être mis en oeuvre au moyen d'un injecteur légèrement modifié par rapport à la forme proposée. Par exemple on pourrait utiliser, à la place du clapet anti-retour 14, une ou plusieurs soupapes alternatives. Egalement les orifices de distribution 13 pourraient être complètement supprimés en tenant compte du fait que le ralentissement nécessaire peut être établi par les quantités de carburant de fuite sur les pistons 9 et 10. REVENDICATIONS 1 Procédé d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne à injection directe, à allumage propre ou à allumage externe, qui compor- tent dans la tête de piston une chambre de combustion en forme de corps de révolution, dans laquelle est établi un mouvement d'air en rotation autour de l'axe longitu- dinal de la chambre de combustion (tourbillonnement d'air), le carburant étant déposé par un injecteur présentant une géométrie variable d'orifice d'injection, dans le domaine supérieur des vitesses de rotation et/ou de la charge, dans une large mesure sous la forme d'un film sur la paroi de la chambre de combustion alors que, dans le domaine du ralenti et dans le domaine inférieur de vitesses de rotation et/ou de charge du moteur, il se produit un mélange aussi complet que possible de l'air et du carburant, et la libéra- tion (augmentation) de la section d'orifice (section de sortie) de l'aiguille d'injecteur par un agencement correspondant de moyens connus, comme par exemple des ressorts ayant une caractéristique correspondante, * en fonction de plusieurs plages caractéristiques de fonctionnement du moteur sélectionnées librement et allant du domaine de ralenti jusqu'au domaine de pleine charge, l'adaptation (augmentation) de la section d'ouverture de l'aiguille d'injecteur aux différentes plages caractéristiques étant effectuée de manière que, dans le domaine inférieur de vitesses de rotation et/ou de charge, il se produise une augmentation considérablement ralentie et, dans le- domaine supérieur de vitesses de rotation et/ou de charge, une augmentation rapidement croissante, caracté- risé en ce qu'on utilise un injecteur s'ouvrant en direction de la chambre de combustion. 2 Injecteur selon la revendication 1, dans lequel l'aiguille d'injection est déplacée sous l'action de la pression de carburant en opposition à des forces de ressorts et ouvre ainsi la section de passage du carburant à injecter, caractérisé par le fait que l'aiguille d'injection ( 4, 4 ') est sollicitée dans sa position de fermeture et pendant une première fraction de course (L 1) par un ressort primaire ( 7) et, pendant une seconde fraction de course (L 2), par un ressort secondaire ( 8) et en ce qu'au début de l'injection, dans la première fraction de course (course initiale), la translation de l'aiguille d'in- jection ( 4, 4 ') est effectuée avec un certain retard, en ce que le ressort primaire ( 7) s'appuie d'un côté contre un piston de course initiale ( 10,10 ') et de l'autre côté contre un piston principal ( 9) qui est sollicité sur le côté opposé par le ressort secondaire ( 8), qui s'appuie de l'autre côté à nouveau contre le corps d'injecteur ( 3), en ce que le piston de course initiale ( 10,10 ') est relié par l'intermédiaire d'un collet de retenue ( 11,11 '), avec l'aiguille d'in- jection et en ce qu'il est prévu dans le collet de retenue ( 11,11 ') et/ou le piston de course initiale ( 10,10 ') des orifices de distribution ( 13,13 ',13 ")o. 3 Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston de course initiale ( 10,10 ') agit, après la première fraction de course de l'aiguille d'injection ( 4, 4 '), sur le piston princi- pal ( 9) sollicité par le ressort secondaire ( 8) de manière que, pendant la seconde fraction de course, seulement le ressort secondaire ( 8) entre en action. 4 Injecteur selon l'une des revendica- tions 2 et 3, caractérisé en ce que le collet de rete- nue ( 11) et le piston de course initiale ( 10) forment une seule et même pièce. Injecteur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le collet de retenue ( 1 '11) et le piston de course initiale ( 10 ') sont réalisés en deux parties. 6 Injecteur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il est prévu dans le collet de retenue ( 11, i 1 ') ou dans le piston de course initiale ( 10, 10 ') un clapet anti-retour ( 14, 14 ').