Brevet FR2597927A1 — publié le 19871030

La présente invention concerne un injecteur pour l'injection de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, à injection et compression d'air, comportantunemembranetenduede façon étanchedans le corps d'injec5 teur et servant d'organe de fermeture de valve, qui se soulève de son siège vers l'intérieur, en opposition à une force d'un ressort de fermeture et en fonction de la pression régnant dans une chambre de pression formée dans le corps de l'injecteur, en produisant l'ouverture 10 d'un orifice d'injection vers la chambre de combustion. Des injecteurs de ce type sont suffisamment connus. Comme organes de fermeture de valve, il est prévu des aiguilles produisant une ouverture en sens opposé à la direction d'écoulement du carburant et dont les 15 courses d'ouverture sont limitées par des butées. On obtient ainsi,au moins dans le domaine supérieur de charge et pour différentes vitesses de rotation du moteur, une section d'injection constante. Du fait qu'on ne peut pas éviter des fuites dans de tels injecteurs, il est nécessaire de prévoir des guides compliqués de canalisation de carburant en retour. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus et de créer un injecteur d'une fabrication simple, d'une faible hauteur de construc25 tion, comportant un seul orifice et qui permette d'obtenir, en plus d'une section d'injection variable et adaptée à la vitesse de rotation du moteur, également une qualité technique de pulvérisation approximativement uniforme. Ce problème est résolu en ce que la membrane comporte un téton conique d'injection engagé dans l'orifice d'injection dans la position de fermeture de la membrane et en ce que la force du ressort de fermeture est engendrée par un fluide enfermé et soumis à une pression également dans la position de fermeture de la membrane. Grace aux moyens conformes à l'invention, on obtient un injecteur d'une fabrication peu coûteuse, opérant sans fuites, de faible hauteur structurale et comportant une section d'injection automatiquement réglable. Dans cet injecteur, on utilise comme ressort de fermeture un ressort en acier classique ou bien un fluide, notamment un fluide dilatable ou bien un liquide nondilatable associé à une fraction gazeuse déterminée. La membrane de l'injecteur peut cependant être elle-même agencée comme un ressort de fermeture. Selon d'autres particularités de l'injecteur conforme à l'invention: l'orifice d'injection est adapté, dans sa zone supérieure, à la forme du téton d'injection; - la membrane est fixée au moyen d'un contre15 appui de ressort maintenu solidement dans un évidement cylindrique du corps d'injecteur et s'appliquant contre le bord de membrane; - le côté d'appui, tourné vers la membrane, du contre-appui de ressort est réalisé avec une forme 20 conique, une chambre formée par la membrane et le côté d'appuiet contenant le fluide présentant sa plus grande dimension en direction de l'orifice d'injection; - le fluide enfermé entre le contre-appui de ressort et la membrane est un liquide dilatable; - le contre-appui de ressort a une forme de tasse, dont le corps creux contient un liquide non dilatable et un matelas de gaz, qui agissent ensemble comme un ressort à liquide-gaz sur la membrane; - la chambre de pression remplie de carburant 30 d'injection introduit est constituée par une rainure annulaire dans laquelle débouche tangentiellement un canal générateur de rotation partant d'un canal d'alimentation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la 35 description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: ?597927 la Figure l représente ur injecteur comportant un liquide dilatable enfermé entre une membrane et un corps à caractéristique de ressort, la Figure 2 représente l'injecteur addition5 nellement pourvu d'un disque perfcré rigide à la flexion, la Figure 3 représente l'injecteur soumis à une pression réglable dans la chamb:e recevant le liquide, la Figure 4 représente l'injecteur pourvu d'un liquide non-dilatable et d'un matelas de gaz dans la 10 chambre, la Figure 5 représente l'injecteur pourvu d'un ressort en acier, qui s'appuie par l'intermédiaire d'un corps de pression contre la membrane, la Figure 6 représente l'injecteur pourvu d'une 15 membrane qui esten elle-mnmeagencéecormeunressort de fermeture. Un injecteur 1 utilisable dans des moteurs à injection et à compression d'air, et réalisé comme un injecteur à un seul orifice, se compose dans l'essentiel d'un corps 2 pourvu d'un évidement cylindrique 3 dans lequel est guidé un organe de fermeture de valve 4 agencé comme une membrane en forme de disque. La membrane 4, qui s'applique par son siège 4a de forme conique contre une surface de siège de valve 2a ayant un profil conique correspondant dans le corps 25 d'injecteur 2, est reliéede façon étanche sur son bord 4b avec le corps d'injecteur 2 par soudage par faisceau électronique ou par faisceau laser. Sur le bord 4b de la membrane s'applique un contre- appui de ressort 5, engagé et fixé dans l'évidement cylindrique 3 du corps d'injec30 teur. La membrane 4 et le corps à caractéristique de ressort 5 délimitent une chambre 6 dans laquelle est enfermé un ressort de fermeture 7 de façon exempte de fuites. L'alimentation en carburant ans le corps d'injec35 teur 2 est constituée par un canal d'alimentation 8, duquel dérive un canal générateur de rotation 9 qui débouche tangentiellement dans une chambre de pression 10. La chambre de pression 10 est formée par une rainure annulaire ménagée dans la surface de siège 2a et dans la position de fermeture, elle est recouverte par la membrane plane 4. Dans la position d'ouverture, le carburant d'injection provenant de la chambre de pression 10 parvient, par l'intermédiaire d'un orifice d'injection 11 prévu dans le corps d'injecteur 2, dans la chambre de combustion du moteur. Sur les figures 1, 2 et 3, le ressort de fermeture enfermé dans la chambre 6 est constitué par un fluide particulier, notamment par un liquide dilatable 15 ayant une viscosité qui augmente brusquement au- dessus de la vitesse de fluage. Le contre-appui de ressort 5, représenté simplement sur les Figures 1, 2 et 3 sous forme d'un corps à caractéristique de ressort, est pourvu en direction de 20 la membrane d'un côté d'appui 5a de profil conique de telle sorte qu'il existe entre le corps à caractéristique de ressort 5 et la membrane 4 l'espacement maximal sur l'axe longitudinal de l'injecteur 1. Le ressort créé par le fluide agit ainsi moins fortement à l'intérieur (dans 25 la zone de l'axe longitudinal) qu'à l'extérieur, c'est-àdire que, lors de l'application d'une pression d'ouverture pour laisser passer le carburant à injecter, la membrane 4 est soutenue moins fortement en son milieu qu'à l'extérieur de sorte qu'elle se soulève ainsi plus fortement dans la 30 zone de l'orifice d'injection que dans la zone marginale, ce qui a une influence avantageuse sur la durée de service de la membrane. Pour pouvoir maintenir une raideur élastique déterminée, il est nécessaire que la chambre 6 remplie de 35 liquide dilatable soit exempte d'air.Le corpsàcaractéristique de ressort 5 comporte par conséquent un trou 12 placé en son milieu et qui, après introduction du liquide dilatable et après le montage du corps à caractéristique de ressort 5, est initialement recouvert par une pièce en matière plastique 13 en forme de cube ou de bille. Ensuite un enduit 14 formé d'un gel de matière plastique ou d'un gel adhérent, est injecté dans une rainure périphérique de sertissage 15 d'un couvercle 16. La rainure périphérique de sertissage 15 est ménagée dans une surface de forme conique, qui est tournée vers la surface 5b, de profil conique correspondant, du corps de caractéristique de ressort 5. Le couvercle 16 est enfoncé maintenant avec une vitesse constante dans l'évidement cylindrique 3. La pièce en matière plastique 15 13 est alors déformée ou bien elle est enfoncée dans le trou 12 et le corps à caractéristique de ressort 5 est appliqué contre une butée (le bord de membrane 4b). Du fait de la forme du corps à caractéristique de ressort 5, de la pièce en matière plastique 13 et du couvercle 16, tout l'air s'échappe vers le haut par l'intermédiaire d'un intervalle 17 existant entre le couvercle 16 et le corps d'injecteur 2. Aussitôt qu'une augmentation brusque de force est mesurée, le système est exempt d'air. L'augmentation de force se produit par le fait que, sous 25 l'effet de la grande vitesse de fluage dans l'intervalle étroit 17, il s'est produit une augmentation brusque de viscosité. Ensuite, on continue à exercer une pression lentement jusqu'à ce qu'on obtienne la pression intérieure désirée, correspondant à peu près à la pression d'ouverture 30 d'injecteur, dans le système. Apres qu'un choc puissant a été exercé sur le couvercle 16, l'augmentation brusque de viscosité se produit dans l'ensemble du fluide enfermé et il devient raide. L'enduit de matière plastique 14 déposé dans la rainure périphérique de sertissage 15 placée 35 à proximité du bord de couvercle transmet la variation extrême de pression dans le fluide radialement vers l'extérieur, la rainure périphérique de sertissage 15 est déformée et le couvercle16 est fixé en cet endroit de façon étanche sur le corps d'injecteur 2. Par soudage à l'aide d'un faisceau électronique ou d'un faisceau Iaser, le système est hermétiquement fermé au moyen d'un joint 27 réalisé à l'extrémité supérieure de l'intervalle 17. Sur la Figure 2, l'injecteur 1 décrit ci-dessus est additionnellement pourvu d'un disque perforé 18 rigide 10 à la flexion, qui est maintenu entre la membrane 4 et le contre-appui de ressort 5. Le disque perforé 18 produit, lors d'une déformation de la membrane 4 sous l'effet de la pression d'ouverture, un mouvement amplifié dans le fluide dilatable, et par conséquent, une génération pré15 maturée de la variation brusque de viscosité, de sorte que le passage de l'état liquide à l'état solide s'effectue plus rapidement. Sur la Figure 3 est représentée une réalisation o la pression de membrane est réglable. Dansle couvercle 20 16, il est prévu une vis de réglage 19 qui, lors de sa manoeuvre,enfonce la pièce en matière plastique 13 dans le trou 12 progressivement de façon à augmenter dans la chambre 6 la pression statique de soutien de membrane. Sur la Figure 4, le contre-appui de ressort 5 25 a une forme de tasse. Le corps creux 20 délimite ici en coopération avec la membrane 4 la chambre 6 dans laquelle est enfermé un liquide non dilatable 7, par exemple du carburant, ou bien un gel, par exemple de la graisse. En outre, il est prévu entre le liquide et le fond de tasse 21 un matelas de gaz ou d'air 22, à l'aide duquel on peut obtenir une caractéristique élastique correspondant à une raideur moins grande. L'action de soutien exercée par ce qu'on appelle un ressort à gaz-fluide sur la membrane 4 est de même grandeur aussi bien à l'intérieur 35 qu'à l'extérieur. La membrane 4 est par conséquent pourvue ?597927 d'une nature plus rigide à la flexion, que la membrane soutenue par le fluide dilatable. Sur la Figure 5, le soutien della membrane 4 est assuré par un ressort en acier 23, ou le cas échéant par un disque élastique peu encombrant (et non représenté). Dans cet injecteur 1, le contre-appui de ressort 5 est également agencé en forme de tasse. Le ressort en acier 23 s'appuie d'un côté contre le fond de tasse 21 et de l'autre côté, par l'intermédiaire d'un corps de pression 24 de 10 profil bombé,contre la membrane 4. Le corps de pression 24 s'appuie, dans la position de fermeture de la membrane, contre une zone marginale de la membrane à la hauteur de la chambre de pression 10 réalisée sous forme d'une rainure annulaire et il s'écarte progressivement, par une 15 surface bombée 24a, de la membrane 4 en direction de l'orifice d'injection 11. Du fait du profil bombé du corps de pression 24, il est possible d'obtenir une caractéristique élastique déterminée. En outre, la membrane 4 est soumise dans la zone de serrage à de faibles charges car la course de membrane dans cette zone est considérablement plus faible que dans la zone de l'orifice d'injection. Cela s'applique également à tous les autres exemples de réalisation. La membrane 4 peut, conformément à la Figure 6, 25 être constituée d'un matériau métallique élastique et être agencée ainsi elle-même sous forme d'un ressort de fermeture. De cette manière, il n'est pas nécessaire de prévoir un autre appui élastique. Toutes les membranes 4 sont pourvues d'un téton 30 d'injection 25 pénétrant dans l'orifice d'injection 11, ce téton ayant un profil conique et étant adapté à la zone supérieure lia de l'orifice d'injection 11. La zone supérieure lla de l'orifice est suivie par une courte zone cylindrique 11b, qui se prolonge ensuite par une zone 35 inférieure lic s'élargissant jusqu'à l'embouchure 26 dirigée vers la chambre de combustion. Le mode de fonctionnement de l'injecteur est le suivant: Le carburant, débité par une pompe d'injection non représentée, est canalisé par le canal d'alimentation -5 8, le canal générateur de rotation 9, jusqu'à la chambre de pression 10. La pression statique régnant dans le fluide audessus de la membrane 4 maintient initialement la chambre de pression 10 fermée. A partir d'une pression déterminée, la membrane souple 4 se soulève et le carbu10 rant s'écoule, sous l'effet de son inertie, en spirale en direction de l'orifice d'injection 11. Il se produit dans la zone du téton d'injection 25 une section d'injection de forme annulaire. Le carburant pénètre dans la chambre de combustion et s'élarait, par suite de sa direc15 tion d'écoulement en spirale, sous la forme d'un jet ayant la forme d'un cône ou d'une enveloppe conique. Du fait que ces processus se déroulent très rapidement, par exemple,le fluide se trouvant entre la membrane 4 et le corps à caractéristique de ressort agit 20 comme un corps solide de Hook. A cause de la variation d'espacement entre la membrane 4 et le corps 5, la membrane 4 est moins soutenue en son milieu que vers sa périphérie et elle se soulève ainsi plus en son milieu que vers sa périphérie. Lors d'une augmentation de la vitesse de rotation, la course de membrane augmente, et par conséquent, la section de passage entre la surface de siège 2a et la membrane 4. Pour un choix correct du contour du corps à 30 caractéristique de ressort 5, il est possible d'obtenir que la composante tangentielle de la vitesse d'écoulement depuis le canal générateur de rotation 9 jusqu'à l'orifice d'injection 11 reste constante, de même que, par conséquent, l'angle du jet conique. g Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisa5 gées et sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Injecteur pour injection de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injiection et à compression d'air, comportant une membrane tendue de façonétanc1e dans le corps d'injecteur et servant d'organe de fermeture de valve, qui se soulève de son siège vers l'intérieur, en opposition à une force d'un ressort de fermeture et en fonction de la pression régnant dans une chambre de pression formée dans le corps de l'injecteur, en produisant l'ouver10 ture d'un orifice d'injection vers la chambre de combustion, caractérisé en ce que la membrane comporte un téton conique d'injection engagé dans l'orifice d'injection dans la position de fermeture de la membrane et en ce que la force du ressort de fermeture est engendrée par un fluide enfermé 15 et soumis à une pression également dans la position de fermeture de la membrane. 25 30 35 2. risé en sa zone Injecteur selon la revendication 1, caractéce que l'orifice d'injection (11) est adapté, dans supérieure (lia) à la forme du téton d'injection. 3. Injecteur selon la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce que la membrane (4) est fixée au moyen d'un contre-appui de ressort(5) maintenusolidement dans un évidement cylindrique (3) du corps d'injecteur (2) et s'appliquant contre le bord de membrane (4b). 4. Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le côté d'appui (5a), tourné vers la membrane (4), du contreappui de ressort (5) est réalisé avec une forme conique, une chambre (6) formée par la membrane (4) et le côté d'appui (5a) et contenant le fluide présentant sa plus grande dimension en direction de l'orifice d'injection (11). 5. Injecteur selon une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que le fluide enfermé entre le contre-appui de ressort (5) et la membrane (4) est un liquide dilatable. 6. Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le contreappui de ressort (5) a une forme de tasse, dont le corps creux (20) contient un liquide non dilatable et un matelas de gaz, qui agissent ensemble comme un ressort à liquide-gaz sur la membrane (4). 7. Injecteur selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la chambre de pression remplie de carburant d'injection introduit est constituée par une rainure annulaire(10) dans laquelle débouche tangen10 tiellement un canal générateur de rotation (9) partant d'un canal d'alimentation (8).