Brevet FR2536794A1 — publié le 19840601

i Cette invention se rapporte à un injecteur de carburant destiné à alimenter un moteur à combustion interne en carburant, l'injecteur étant du type dit "à'ouverture vers l'extérieur" et comprenant un ensemble à soupape com- prenant un corps délimitant une ouverture de sortie, un alé- sage ménagé dans le corps et débouchant dans l'ouverture de sortie, un obturateuicomportant une queue reçue dans l'alésage, une tête de soupape portée par la queue, la tête étant disposée dans ladite ouverture de sortie et étant conformée afin de coopérer avec un siège délimité à l'entrée de l'ouverture dans l'alésage, des moyens élastiques agissant, sur l'obtura- teur afin de rappeler la tête en contact avec le siège, une entrée de carburant dans ledit alésage, ladite entrée de carburant étant reliée à une entrée d'injecteur qui, en uti- lisation, est reliée à une sortie d'un dispositif d'alimen- tation en carburant à haute pression, ledit obturateur commandant l'écoulement de carburant de ladite entrée d'injecteur à une sortie. Dans des-formes connues de tels injecteurs, len- semble à soupape est porté à l'intérieur d'une enveloppe qui délimite une cavité dans laquelle s'ouvre l'entrée d'injecteur La cavité reçoit un ressort qui constitue les moyens élastiques et l'extrémité de la queue de soupape qui est éloignée de la tête est en saillie dans la cavité Il en résulte que lorsque du carburant sous pression est admis dans la cavité, la pression du carburant agit sur la surface de queue de soupape afin de soulever la tête de soupape et de l'écarter du siège et elle agit également, lorsque la tête de soupape s'est légèrement écartée du siège, sur la surface annulaire supplémentaire présentée par la tête de soupape et qui est cette surface qui se trouve à l'extérieur de la surface de projection de l'alésage L'obturateur a tendance à se déplacer rapidement à l'encontre de l'action du ressort jusqu'en position complètement ouverte, avec pour conséquence que l'effet de toute conformation spéciale de la tête de soupape et de la paroi de l'ouverture de-sortie ou que tout agencement d'orifice spécial s'étendant à partir des parois de l'ouverture, ou ces deux caractéristiques, et qui est ou sont conçues afin de permettre une augmenta- tion progressive de la surface du trajet d'écoulement de carburant, est en majeure partie perdu Une façon de comman- der l'ouverture de l'obturateur serait d'utiliser un ressort à.précharge élevée Cependant, la conception d'un tel res- sort qui est d'une taille physique relativement faible, présente des difficultés pratiques. L'objet de l'invention est de proposer un injecteur du type présenté cidessus et dans une forme dans laquelle l'ouverture de l'obturateur peut être commandée d'une manière simple et pratique. Conformément à l'invention, un injecteur de carbu- rant du type présenté ci-dessus comprend une chambre,dont une partie de la paroi est délimitée par la queue de soupape, le volume de ladite chambre augmentant lorsque l'obturateur est déplacé par du carburant sous pression vers la position ouverte, de sorte qu'une force de retenue s'ajoutant à la force exercée par le ressort est-appliquée à l'obturateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une élévation latérale en coupe d'un exemple d'injecteur, la figure 2 est une vue similaire à la figure 1, représentant des modifications apportées à l'injecteur de la figure 1, la figure 3 est une vue similaire à la figure 1 mais représentant un agencement modifié de sortie,' la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 représentant un autre exemple d'injecteur conforme à l'in- vention, et la figure 5 est une vue similaire à la figure 1 représentant une modification apportée à l'injecteur de la figure 4. En référence à la figure 1 des dessins, l'injecteur comprend un ensemble à soupape désigné d'une manière géné- rale par 10 et comportant un corps 11 à collet délimitant une ouverture de sortie 12 jusqu'à laquelle s'étend un alé- sage 13 La paroi de l'ouverture 12 a la forme d'un cylindre droit et-un siège de soupape 14 est délimité à l'entrée de l'alésage dans l'ouverture Le siège a une forme tronco- nique. Le collet 15 du corps présente une entrée de car- burant 16 qui s'étend jusque-dans l'alésage 13 et'le collet est disposé contre la paroi d'extrémité 17 d'une partie 18 d'enveloppe de'forme cupulaire, la-paroi d'extrémité 17 présentant un orifice au travers duquel s'étend le côrps 11 La partie d'enveloppe 18 est munie d'un filetage péri- phérique de sorte que l'injecteur peut être vissé dans un alésage présentant un taraudage complémentaire dans le bloc- cylindre d'un moteur, le corps 11 s'étendant au travers d'une partie réduite de l'alésage dans une chambre de combus- tion du moteur De plus, la partie dlenveloppe 18 comporte - une partie intérieurement taraudée dans laquelle est engagée une pièce rapportée 19 munie d'une partie'en-forme de jupe qui vient en contact étanche avec le collet 17 L'extré- mité ouverte de la partie d'enveloppe 18 est fermée par un bouchon 21 qui délimite une entrée de carburant 22 pour l'injecteur, cette entrée étant reliée par un passage à une gorge-de transfert 23 qui est formée dans la partie d'extrémité de la pièce rapportée 19 qui est' éloignée de la'partie en forme de jupe de cette pièce rapportée De plus, la gorge de transfert 23 communique par une gorge. longitudinale 24 formée dans la périphérie de la partie en forme de jupe avec l'entrée de carburant précitée 16. La pièce rapportée 19 présente un passage 25 qui contient un clapet antiretour 26 chargé par un ressort, le passage communiquant avec l'intérieur d' une chambre 27 qui est limitée par la paroi de la pièce rapportée 19 et de sa partie en forme de jupe ainsi que par le corps' il de l'ensemble à soupape. L'ensemble à soupape comprend également un obtura- teur muni d'une queue 28 qui est d'un plus petit diamètre que l'alésage 13 excepté sur une partie cannelée 29 et sur une partie cylindrique lisse 30 Ces deux parties coopèrent avec la paroi de l'alésage 13 afin de guider le mouvement de l'obturateur, La partie 30 s'étend aurdelà-de l'alésage et est couplée à un manchon 31 de butée pour ressort qui est retenu par rapport à la queue au moyen d'un arrêtoir 32 La butée de ressort est au contact d'une extrémité d'un ressort 33 dont l'autre extrémité vient en contact avec le-collet 15. L'obturateur comprend également une tête 34 qui, d'une manière générale, est d' un diamètre-supérieur à celui de l'alésage 13 La tête comprend une première partie 35 qui présente une forme tronconique avec un angle au sommet légèrement supérieur à celui du siège 14 Cette première partie 35 se raccorde à une autre partie tronconique 36 ayant un angle au sommet qui est nettement plus petit que celui de la partie 35, et la partie 36 se raccorde à une partie en forme de cylindre droit 37, qui délimite un petit -20 jeu annulaire avec la-paroi de l'ouverture de sortie 12. Comme présenté ci-dessus-, l'entrée de carburant 16 débouche dans l'alésage-13 et ceci coïncide avec la partie de la queue de soupape qui s'étend entre les parties 29-et 30 La partie cylindrique 30 présente une gorge 38 inclinée ou-un perçage La gorge 38 ou le perçage commu- nique avec l'intérieur de l'alésage 13 et, dans la position fermée de l'obturateur, telle que représentée, s'étend légèrement au-delà d'une partie tubulaire du corps il allant au-delà du collet 15 En conséquence, la gorge 38, dans - la position de fermeture de l'obturateur, est en communica- tion avec la chambre 27. En fonctionnement, lorsque l'entrée d'injecteur est alimentée en carburant sous pression délivré par une pompe d'injection de carburant, le carburant sous pression circule le long de la gorge de transfert 23 et descend le long de la gorge longitudinale 24 jusqu'à l'entrée'de car- burant 16 A partir de -l'entrée 16, le carburant s'écoule :2536794 dans la cavité 27 en passant par la gorge 38 et il s'écoule également audelà de la partie cannelée 28 jusqu'à la tête de soupape Il en résulte que la pression du carburant s'exerce sur l'extrémité de la queue, dont la section est équivalente à la section de l'alésage 13 et, en raison des angles différents du siège et de la partie 3-5 de la tête de soupape, cette pression s'exerce également sur une première surface annulaire qui s'étend à l'extérieur de la section projetée de l'alésage 13 La force exercée sur l'obturateur déplace l'obturateur à l'encontre de l'action du ressort 33, et une surface annulaire supplémentaire de la tête de soupape est immédiatement exposée au carburant sous pression En conséquence, le carburant s'écoule par le jeu annulaire délimité entre la paroi de l'ouverture 12 et la partie cylindrique 37 de la tête de soupape Ce carbu- rant ressortira sous forme pulvérisée dans la chambre de combustion du moteur associé Cependant, comme l'obturateur se déplace à l'encontre de l'action du ressort, la gorge 38 sera obturée par laepartie tubulaire précitée de l'ensem- ble à soupape avec pour résultat que la chambre 27 qui aug- mente en fait de volume lorsque l'obturateur est écarté du siège, devient isolée de l'entrée de carburant 16 Ceci a pour premier effet que la pression d u carburant souspression ne peut plus s'exercer que sur une surface réduite afin de continuer à écarter la tête de soupape de son siège, mais. de plus, le fait que la chambre 27 soit à présent isolée de l'alimentation en carburant signifie que la pression qui règne dans la chambre se réduit, et cette pression réduite qui agit sur l'extrémité de l'obturateur assure une retenue supplémentaire s'opposant au mouvement de l'obturateur. En conséquence, le mouvement de l'obturateur est freiné de sorte que la conformation de la partie tronconique 36 par rapport à la paroi de l'ouverture peut avoir l'effet désiré de faire varier la surface de l'ouverture par laquelle le carburant s'écoule vers le moteur. On notera que pendant l'ouverture de l'obturateur, le clapet unidirectionnel 26 est fermé Le but du clapet est de permettre un retour rapide de l'obturateur en position fer- mée lorsque l'alimentation en carburant par la pompe est interrompue En raison de la pression-réduite qui règne dans la chambre 27, il est inévitable qu'un certain débit de fuite de carburant ne s'écoule dans la chambre le long du jeu fonctionnel entre la partie cylindrique 30 et la paroi de l'alésage, et ce volume supplémentaire de carburant tend à empêcher le mouvement de retour de l'obturateur. Le clapet unidirectionnel 26 est prévu en consé- quence, et ce dernier s'ouvre lorsque la pression au niveau de l'entrée d'injecteur 22 chute, afin de permettre un mou- vement de retour sensiblement sans entrave de la tête de soupape vers le siège. Sur la figure 1, le mouvement de l'obturateur qui prend place avant la fermeture de la gorge 38 est indiqué par la dimension x 2 et le mouvement total permis de l'obtu- rateur est indiqué par la dimension xl, celle-ci étant représentée par le contact de la butée de ressort 31 avec la partie tubulaire précitée du corps 11. L'injecteur qui est représenté sur la figure 2 est essentiellement le même que celui qui est représenté sur la figure l Cependant, il y a deux différences struc- turelles La première de ces différences se rapporte au type de clapet unidirectionnel, le clapet 26 comprenant une plaque sollicitée par un ressort Dans l'exemple de la figure 2, une bille 40 est prévue et cette bille, dans cet exemple particulier, n'est pas chargée par un ressort. La bille 40 tendra à être déplacée afin de fermer le passage par l'action de la pression croissante du carburant au niveau de l'entrée et la bille sera maintenue dans cette position par la différence de pression lorsque l'obturateur continue à se déplacer L'autre différence se rapporte à la gorge 38 Dans l'exemple de la figure 2, la gorge 38 est remplacée par une gorge circonférentielle 41 qui commu- nique avec l'entrée 16 L'effet pratique de cette gorge est le même que celui de la gorge 38. En se référant à présent à la figure 3, l'injecteur- 2536 ? 94 représenté sur cette figure présente une structure interne identique-à celle de l'injecteur de la figure 1 La diffé- rence réside cependant dans le fait qu'au lieu de produire une vaporisation annulaire de carburant, l'injecteur est réalisé de manière à fournir un jet ou des jets de carburant, comme indiqué en 42 A cet effet, la partie cylindrique 43 de la tête de soupape est -axialement plus longue que la partie 37 de la tête de soupape de la figure 1, et présente un jeu fonctionnel étroit avec la paroi 12 de l'ouverture Ceci a pour effet que le-carburant ne s'écoule pratiquement pas le long du jeu fonctionnel entre la partie cylindrique et la paroi 12 de l'ouverture Cependant, la partie cylindrique 43 sert à commander l'ouver-ture d'ori- fices de sortie 44 axialement espacés et qui sont percés dans le corps 45 de l'ensemble à soupape -Il en résulte que lorsque la tête de soupape 43 s'écarte initialement du siège, un orifice sera découvert afin de recevoir du carburant dérivé de l'entrée d'injecteur 22, et-en raison du mouvement continu de l'obturateur, un autre orifice sera découvert Il en résulte qu'une vaporisation pénétrante est produite et ceci est particulièrement souhaitable dans - certains types de chambres de combustion de moteur Comme il est nécessaire de s'assurer:que les orifices 44 sont. correctement positionnés dans la chambre de combustion,-, le collet de l'ensemble à soupape est muni d'une broche 46 qui est engagée à l'intérieur d'une fente longitudinale ménagée dans la paroi de la partie d'enveloppe De plus,- cette dernière est sans filetage et sera bloquée dans-une position prédéterminée dans l'aiésage-du moteuro En ce qui concerne les gorges inclinées 38 dans les exemples des figures 1 et 3, celles-ci peuvent être réalisées afin de constituer des orifices de manière à procurer une commande supplémentaire du mouvement d'louver- ture de l'obturateur De plus, il est possible d'éliminer entièrement les gorges 38 de sorte que la-chambre 27 se trouve sans communication avec l'entrée d'injecteur La chambre est d'un volume appréciable mais, comme on le comprend, ceci a pour effet premièrement d'empêcher du carburant sous pression d'agir sur la queue de soupape afin d'assister l'ouverture de l'obturateur et, deuxièmement, dès qu'il se produit un mouvement de l'obturateur, un effet -5 de retenue est appliqué au mouvement de l'obturateur Il peut cependant être nécessaire, en raison des problèmes précités relatifs aux fuites, de monter un clapet unidirec- tionnel au travers duquel la chambre peut être mise en com- munication avec l'entrée de carburant lorsque l'alimentation en carburant est interrompue On comprendra quei dans tous les exemples, et lorsque l'obturateur est en position fermée, la pression dans les différents passages de l'injecteur sera la pression la plus faible au niveau de l'entrée d'injecteur, la pratique conventionnelle consistapt à ré- duire la pression dans la conduite qui suit l'alimentation en carburant, afin d'assurer une fermeture rapide de l'obturateur - En considérant à présent les injecteurs représentés sur les figures 4 et 5, ces injecteurs ont une structure générale qui est similaire à celle des injecteurs des figu- res précédentes Une différence cependant réside dans le fait-que la chambre 49 qui reçoit le ressort est première- ment en communication permanente avec l'entrée d'injecteur 22 et également que-l'entrée, de carburant 16 est en communi- cation permanente avec la chambre 49- Ceci est conforme à ce que l'on trouve dans les injecteurs de carburant à ouverture vers l'extérieurconventionnels Il sera noté cependant que la queue de soupape présente une partie s'étendant au-delà-de l'arrêtoir 32 On a donné la référence numérique 50 à la partie prolongée, qui-const-itue un piston coulissant à l'intérieur d'un organe 51 en forme de manchon a collet externe et déplaçable axialement Dans l'exemple de la figure 4, le manchon 51 est rappelé au moyen d'un ressort 52, vers l'ensemble à soupape de l'injecteur, en contact avec une butée 53 A qui est constituée par l'équi- valent de la pièce rapportée 19 des exemples précédents. De plus, il est prévu un clapet 53 qui est légèrement plus petit que le diamètre de l'alésage interne du manchon, et qui est muni d'un collet périphérique contre lequel vient s'appuyer un ressort 54 Le collet du clapet 53 peut venir en contact avec la surface d'extrémité du manchon afin d'empêcher l'admission de carburant dans l'alésage formé dans le manchon Cet alésage ainsi que le piston 50 délimi- tent une chambre dont le volume, comme cela sera expliqué ci-dessous, augmente lorsque l'obturateur de l'injecteur s'écarte de son siège Dans la position de repos, telle que représentée, le clapet 53 est au contact du piston 50 afin de former un faible jeu référencé x 2, entre le collet du clapet et le manchon Lorsque l'entrée d'injecteur 22 est alimentée en carburant sous pression, la pression s'exerce sur la queue de soupape et également sur la partie annulaire de la tête, comme cela a été décrit à propos de l'exemple de la figure 1, et l'obturateur se déplace à l'encontre de l'action du ressort 33 Pendant Un tel mouvement, le jeu x 2 diminue jusqu'à ce qu'il se produise un contact étanche entre le collet et le manchon Dès que ceci se produit, la chambre ne peut plus recevoir de carburant et ceci a pour effet pratique que non seulement la pression du carburant ne peut plus s'exercer sur la section de la queue de-soupape, mais également qu'une force de retenue est développée en raison du fait que la chambre augmente de volume Lorsque l'alimentation en carburant par l'entrée d'injecteur est interrompue, l'obturateur retourne à la position fermée et pendant ce mouvement, il peut se produire un mouvement axial de l'élément 53 et/ou du manchon 51, afin de permettre un mouvement rapide de l'obturateur vers la position fermée. On peut s'attendre à ce que le manchon 51 et l'élément 53 reviennent dans leur position de repos, telle que représen- tée, entre des alimentations successives en carburant, sous l'action des ressorts 52 et 53 Ceci permet d'assurer que la chambre est dépressurisée à la valeur de la pression résiduelle à l'entrée 22 Le manchon 51 présente un jeu radial avec l'ouverture dans la butée 53 A afin d'éviter toute difficulté d'alignement - Un agencement légèrement différent est représenté sur la figure 5 Le clapet 53 est remplacé par une bille et le manchon 51 ne coopère plus avec un ressort Cepen- dant, la bille 55 est rappelée en contact avec le manchon par le ressort 54 De plus, on notera que le piston 50 est légèrement plus court de sorte qu'il ne vient pas en contact avec la bille En conséquence, lors du fonctionnement, la bille 55 protège la queue de l'obturateur de l'action du carburant sous pression, et, en conséquence, l'obturateur ne peut s'ouvrir que sous l'action du carburant sous pres- sion qui agit sur la partie tronconique de la tête de sou- pape De plus, la chambre qui est délimitée par le piston et par le manchon est isolée mais augmente de Volume et de ce fait assure une action de limitation du mouvement de l'obturateur Pendant le mouvement de retour de l'obtu- rateur vers son siège, le ressort rappelant la bille 55 sera comprimé afin de permettre un mouvement de la bille et/ou du manchon afin d'éviter toute retenue sur le mouve- ment de retour de l'obturateur Dans les intervalles entre les alimentations de l'injecteur en carburant, le ressort 54 assurera que le carburant présent dans la chambre sera dépress-urisé à la valeur de la pression résiduelle. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. O 2536794 REVENDICATIONS 1 Injecteur de carburant destiné à l'alimentation en carburant d'un moteur -à combustion interne, l'injecteur étant du type dit "à ouverture vers l'extérieur", caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble à soupape ( 10) comportant un corps ( 11) délimitant une ouverture de sortie ( 12), un alésage ( 13) dans le corps ( 11) et s'étendant jusque dans l'ouverture de sortie ( 12), un obturateur comportant une queue ( 28) reçue dans, l'alésage ( 13), une tête de soupape ( 34) portée par la queue ( 28), ladite tête ( 34) étant située dans ladite ouverture de sortie ( 12) et étant conformée afin de coopérer avec 'un siège ( 14) délimité à l'entrée de l'alé- sage ( 13) dans l'ouverture ( 12), des moyens élastiques ( 33) agissant sur l'obturateur afin de rappeler la tête ( 34) en contact avec le siège ( 14), une entrée'de carburant ( 16) vers ledit alésage ( 13), ladite entrée de carburant ( 16) étant reliée àune entrée d'injecteur ( 22) qui, en utilisa- tion, est reliée à la sortie d'un dispositif d'alimentation en carburant à haute pression, ledit obturateur commandant l'écoulement de carburant de ladite entrée d'injecteur ( 22) vers une sortie, une chambre ( 27) dont une partie de la paroi est délimitée par la queue de soupape ( 28),- le volume de ladite chambre ( 27) augmentant lorsque l'obturateur est déplacé par le carburant sous pression vers la position ou- verte, de sorte qu'une force de retenue s'ajoutant à la force exercée par le ressort ( 33) est appliquée sur l'obturateur. 2 Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un clapet ( 26) destiné à être actionné afin de permettre au carburant de s'écouler hors de ladite chambre ( 27) lorsque l'obturateur est dépiacé par le ressort ( 33) vers la position fermée, à la suite de l'interruption dé l'alimentation de l'injecteur en carburant. 3 Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit clapet ( 26) permet, lorsqu'il est ouvert, l'écoulement du carburant de ladite chambre ( 27) vers ladite entrée d'injecteur ( 22). 4 Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce-qu'il comprend des moyens ( 23) de passage de transfert, par lesquels du carburant peut pénétrer dans ladite chambre ( 27) à partir de ladite entrée d'injecteur ( 22), lesdits moyens ( 38) de passage de transfert étant fermés après un mouvement prédéterminé de l'obturateur vers la position ouverte. Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de passage et de transfert compren- nent une gorge ( 38) ou un passage ménagé dans une partie ( 30)'de ladite queue ( 28), ladite partie ( 30) de ladite queue ( 28) ayant le même diamètre que l'alésage ( 13), la partie de la queue ( 28) entre ladite partie ( 30) et la tête de sou- pape ( 34) délimitant un jeu avec l'alésage ( 13), le jeu com- muniquant avec ladite entrée d'injecteur ( 22), ladite gorge ( 38) ou passage communiquant avec ledit jeu et s'ouvrant au-delà de l'extrémité dudit alésage ( 13)'dans-la position fermée de l'obturateur, la paroi de l'alésage ( 13) obturant ladite gorge ( 38) ou passage pendant le mouvement de 11 obtu- rateur vers la position ouverte. 6 Injecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite chambre'( 27) est délimitée par une pièce -rapportée ( 19) qui-présente une partie en forme de jupe ( 20), ladite partie en forme de jupe ( 20) étant en contact étanche avec un collet ( 15) dudit corps ( 11), lesdits moyens élasti- ques ( 33) étant situés à l'intérieur de la chambre ( 27) et ladite entrée de carburant-( 16) étant formée dans ledit collet ( 15) 7 Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une partie prolongée ( 50) à l'extrémité de la queue de soupape ( 28) qui est située du côté opposé- à la tête ( 34), un-manchon ( 51) monté coulissant sur ladite partie prolongée ( 50) de la -queue ( 28),, un clapet ( 53) dépla- çable axialement par rapport au manchon ( 51) et disposé à l'extrémité du manchon ( 51)-située du côté opposé à la tête ( 34), un premier ressort ( 54) rappelant le clapet ( 53) vers le manchon ( 51), une butée ( 53 A) destinée à limiter le mouve- ment du manchon ( 51), ladite partie prolongée ( 50) de la queue ( 28) constituant un piston, et le piston, l'alésage du manchon ( 51) et le clapet ( 53), lorsque ce dernier est en contact avec le manchon-( 51), délimitant ladite chambre ( 49). 8 Injecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit clapet se présente sous la forme d'une bille ( 55). 9 Injecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un second ressort ( 52) rappelant le manchon ( 51) en contact avec ladite butée ( 53 A), ledit clapet ( 53), dans la position fermée de l'obturateur, étant en con- tact avec le piston ( 50) et maintenu sans contact étanche avec le manchon ( 51), le clapet ( 53) se déplaçant en contact étanche avec le manchon ( 51) après un mouvement prédéterminé de l'obturateur vers la position ouverte.