Brevet FR2589953A1 — publié le 19870515

L'invention concerne un injecteur de carburant pour moteurs à combustion interne comportant un corps d'injecteur qui se termine par une calotte d'injecteur présentant des trous de pulvérisation, et une aiguille d'injection guidée dans ce corps d'injecteur, rappelée élastiquement contre un siège de soupape dans ta calotte d'injecteur qui, sous La pression du carburant amené se soulève du siège de soupape dans une première partie de course contre la force d'un ressort et vient s'appliquer contre une butée laquelle, dans une deuxième partie de course, peut se déplacer en translation de façon limitée contre la force d'un deuxième ressort. Dans un injecteur de carburant de ce genre connu (DE-OS 27 Il 350) les trous de pulvérisation de la calotte d'injecteur sont disposés dans au moins deux plans perpendiculaires à l'axe de la calotte. Dans la première partie de la course,seuls sont donc libérés les trous de pulvérisation les plus proches du sommet de la calotte tandis que la Libé- ration des trous de pulvérisation les plus éloignés du sommet de la calotte ne s'effectue que dans la deuxième partie de la course. Les deux ressorts qui entrent en action l'un après l'autre ont pour fonction de conférer à l'aiguille d'injection le rôle d'un organe de commande sans qu'il soit question dans ce cas d'influer sur les émissions polluantes du moteur à combustion interne ni sur les bruits (cliquetis) dont le moteur est la source.L'ouverture des trous d'injection disposés dans le deuxième plan perpendiculaire à l'axe de la calotte, donnant naissance à un point de discontinuité dans la courbe caractéristique du débit de carburant, est en tout état de cause un inconvénient. Dans un injecteur de carburant connu ne comportant qu'un seul ressort rappelant l'aiguille d'injecteur (DE-OS 32 39 462), l'aiguille d'injecteur est pourvue d'une pointe conique qui, lorsque l'injecteur est fermé, s'applique contre le siège de soupape également conique dans le corps d'injecteur, les trous de pulvérisation étant disposés dans la zone du siège de soupape conique. La pointe d'aiguille conique se prolonge d'une partie cylindrique qui s'élargit à nouveau en forme de -cône jusqu'à atteindre Le diamètre nominal de l'aiguille qui est alors cylindrique. En correspondance avec la partie cylindrique de l'aiguille, le siège de soupape conique se prolonge par une zone cylindrique creuse qui se poursuit en une zone conique, cette zone conique s'ouvrant par un décrochement relativement grand pour former une chambre creuse cylindrique.Naturellement, il existe entre la partie cylindrique de l'aiguille d'injecteur, ainsi qu'entre les parties coniques correspondantes de l'aiguille d'injecteur et du corps d'injecteur, des jeux annulaires permettant au carburant sortant de la chambre creuse cylindrique du corps d'injecteur d'arriver aux trous de pulvérisation. Le jeu annulaire entre la partie d'aiguille cylindrique et la zone cylindrique creusedu corps d'injecteur présente une section transversale dont la surface est plus petite que la surface totale des sections transversaLes des trous de pulvérisation. Grace à cette forme d'injecteur, ta quantité de carburant injecté, après une brève augmentation lorsque L'aiguille d'injecteur commence à se sou lever du siège de soupape, reste constante sur une course déterminée de l'aiguille d'injecteur parce que élément déterminant pour ce débit de carburant est le jeu entre la partie cylindrique de l'aiguille et la zone cylindrique creuse du corps d'injecteur et que la largeur d u jeu ne varie pas tant que la partie cylindrique de L'aiguille d'injecteur se trouve encore dans la zone cylindrique creuse du corps d'injecteur. Ce n'est que lorsque cette partie de course est terminée, du fait que L'aiguille poursuit sa course, qu'il se produit une forte augmentation du débit de carburant injecté.En plus des dif facultés considérables de fabrication, du fait de l'alternance des parties et zones coniques et cyLindriques de L'aiguille d'injecteur et du corps d'injecteur, le jeu annulaire entre La partie cylindrique de l'aiguille d'injecteur et la zone cylindrique creuse du corps d'injecteur se trouve éloignée des trous d'injection, comme cela est nécessaire et le jeu entre la pointe d'aiguille conique et Le siège d'aiguille conique s'agrandit r si bien que les conditions d'arrivée aux trous d'injection s'améliorent et que, de ce fait, Les turbulences qui favorisent la pulvérisation du carburant s'affaiblissent. Le carburant forme donc des jets largement laminaires qui, allant jusqu'à la paroi de la chambre de combustion, atteignent le piston du moteur à combustion interne.Une partie du carburant peut donc se déposer sur la paroi de la chambre de combustion, ce qui, en particulier à bas régime et à faible charge, empêche une combustion complète du carburant et entraine des émissions d'hydrocarbure très importantes dans les gaz d'échappement. Etant donné également qu'aux charges élevées cette partie de course à débit d'injection constant doit être parcourue entièrement la durée de l'injection augmente en conséquence, ce qui entraîne une augmentation des émissions de fumez et de La consommation de carburant. L'invention a pour but de perfectionner L'injecteur de carburant décrit en premier pour diminuer les émissions d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement et affaiblir le cliquetis d'allumage. Ce but est atteint par l'invention grâce au fait que la surface latérale du cylindre imaginaire formé dans le prolongement du trou de pulvérisation entre Le bord intérieur de celui-ci et la surface de l'aiguille d'injecteur soulevée du siège de soupape dans la première partie de sa course est plus petite que la section transversale du trou de pulvérisation. Etant donné que, dans la première partie de La course, la surface latérale du cylindre imaginaire formé entre le bord du trou de pulvérisation et la surface de L'ai gui île d'injecteur est plus petite que la section transversale du trou d'injection, il se produit juste en avant de ce trou d'injection un étranglement de l'écoulement du carburant et une déviation brutale de cet écoulement par son entrée dans le trou de pulvérisation, ce qui provoque de fortes turbulences et par conséquent une bonne pulvérisation du carburant, empêchant les jets de carburant de pénétrer jusqu'à la paroi de la chambre de combustion, d'autant plus que Le débit de refoulement est réduit.Cette diminution du débit de refoulement est avantageuse car, au ralenti ou à bas régime et à charge partielle faible, la quantité de carburant n'est pas totalement injectée pendant le délai d'allumage, L'injection d'une quantité partielle ne s'effectuant qu'après l'allumage, c'est-à-dire alors que la combustion est commencée, ce qui permet d'obtenir la diminution recherchée du cliquetis d'allumage. En outre, avantageusement le dispositif selon L'invention ne produit pas de discontinuité grossière dans la courbe caractéristique du débit de refoulement. Enfin, la réalisation de l'aiguille d'injecteur et du corps d'injecteur ne présente pas de difficultés particulières. Pour maintenir le diamètre extérieur de L'injecteur de carburant au voisinage de son chapeau fileté dans de petites dimensions, afin d'éviter des difficultés de montage de l'injecteur de carburant et surtout de permettre la mise en place souhaitée de L'injecteur avec un angle aussi aigu que possible entre l'axe d'injecteur et l'axe du cylindre du moteur à combustion interne, Les deux ressorts à boudin de compression sont disposés excentriquement t'un par rapport à L'autre avec entre eux une douille de préférence excentrique elle aussi traversée, dans La zone de sa plus grande épaisseur de paroi, par le canal d'arrivée du carburant. Les deux ressorts à boudin de compression n' étant plus coaxiaux mais disposés excentriquement, il existe entre eux un espace pour la douiLle excentrique qui, dans la partie où la distance entre les deux ressorts est La plus grande, présente une paroi d'épaisseur suffisante pour loger le canal d'arrivée de carburant avec une résistance suffisante dans la zone du cana I, contrairement au côté diamétralement opposé où elle est très mince et ne nécessite que peu de place entre les ressorts. Au lieu d'une douille excentrique, on peut prévoir une douille dont l'épaisseur de la paroi est sensiblement constante et qui est renforcée dans la zone de la plus grande distance entre les ressorts pour y ménager le canal.La douille ne contenant plus le gros ressort à boudin de compression, ce dernier peut être logé directement à L'intérieur du chapeau fileté ou pièce analogue, le diamètre extérieur de L'injecteur de carburant au niveau du ressort étant alors sensiblement réduit. Dans une réalisation simple, afin de permettre,malgré la douille disposée entre les ressorts, au plus gros ressort à boudin de compression extérieur d'agir sur la butée pour l'aiguille d'injecteur elle-même sollicitée par le plus petit ressort à boudin intérieur, la butée pour l'aiguilLe d'injecté teur est constituée par une barrette soit en étoile soit transverse diamétralement à la douille, et traversant la paroi de celle-ci dans des fentes longitudinales, sur laquelle s'appuie le gros ressort de compression extérieur, cette barrette comportant un trou central pour le passage d'un prolongement de l'aiguille d'injecteur de plus petit diamètre sur lequel le petit ressort de compression agit par l'intermédiaire d'une coupelle de ressort, les surfaces frontales des fentes longitudinales de la douille limitant la course de la barrette. Un exemple de réalisation de l'invention sera décrit ci-après en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe axiale partielle d'un injecteur de carburant équipé des moyens de L'invention; - la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une coupe selon la ligne III de la figure 2; - la figure 4 est une vue de détail à grande échelle de la zone IV de la figure 3 lors de la première partie de course de l'aiguille d'injection. Le corps d'injecteur 1, qui est assembLé par un chapeau fileté 2 aux autres parties du dispositif, se termine par une calotte d'injecteur 3 pourvu de trous d'injection 4. Une aiguille d'injecteur 5 est guidée dans le corps d'injecteur et est rappelée élastiquement contre un siège de soupape 6 conique. Un ressort relativement faible 8 agit sur un appendice 6' de l'aiguille d'injecteur 5 de diamètre réduit, par l'intermédiaire d'une coupelle de ressort 7. Un ressort 9 sensiblement plus fort entoure le ressort 8 et s'appuie par l'intermédiaire d'une rondelle de calage 10 et d'une barrette 11 diamétrale contre une surface frontale 12 du corps d'injecteur 1.Le carburant arrive depuis une pompe à carburant non représentée par l'intermédiaire d'un canal 13 à une douille 14 et par l'intermédiaire d'un canal 15 du corps d'injecteur 1 dans un espace collecteur 16 d'où il pénètre le long de l'aiguille d'injecteur 5 jusqu'au siège de soupape 6. Les deux ressorts à boudin de compression 8,9 sont disposés excentriquement l'un par rapport à L'autre et La douille 14 est disposée entre eux. Le canal 13 pour l'arrivée du carburant est ménagé dans la zone de sa plus grande épaisseur de paroi. La barrette 11 traverse la douille 14 dans des fentes longitudinaies 17 et possède un trou central 18 pour le passage de l'appendice 6' de diamètre réduit de l'aiguille d'injecteur 5. Lorsque la pression de la pompe augmente, l'aiguille d'injecteur 5 est, dans un premier temps, soulevée du siège de soupape 6 contre la force du ressort 8 jusqu'a s'appliquer contre une surface inférieure de la barrette 11 jouant Le rôle de butée 19. Dans cette première partie de course, la surface latérale M indiquée à la figure 4 du cylindre imaginaire, formé dans le prolongement du trou de pulvérisation 4 entre le bord intérieur R de celui-ci et la surface de L'aiguille d'injecteur 5, doit être plus petite que la section transversale du trou de pulvérisation 4.La pression du car burant continuant à augmenter, la barrette Il est alors soulevée contre la force du ressort 9 jusqu'à ce qu 'elle s'applique contre un épaulement intérieur 20 de la douille 14 formé par le bord frontal supérieur des fentes 17, de sorte que l'aiguille d'injecteur 5 possède une course en deux parties. Les Longueurs de course de l'aiguille d'injecteur 5 jusqu'a La rencontre de la butée 19 et de la barrette 11 jusqu'à la rencontre de l'épaulement intérieur 20 sont, dans Le dessin, fortement exagérées de même que pour la taille du diamètre des trous d'injection 4. L'aiguille d'injecteur 5 coulisse longitudinalement dans deux guidages 21, 22 du corps d'injecteur 1, disposés à une certaine distance l'un de L'autre, en regard de la moitié supérieure de l'aiguille d'injecteur 5. Le guidage supérieur 21 est notablement plus court que le guidage unique d'une aiguille d'injection traditionnelle car il est complété par le guidage inférieur 22 de l'aiguille d'injecteur 5 dans son logement. Son diamètre doit être usiné avec précision à quelques microns près pour assurer une étanchéité entre l'espace situé au-dessus de L'aiguille (sans pression) et le logement de l'aiguille 5 (à haute pression). Le guidage inférieur 22 se trouve, quant à lui, dans le logement à haute pression de L'aiguille d'injecteur; la précision de sa surface n'a pas à satisfaire aux mêmes exigences que le guidage supérieur 21.Avantageusement, seule une faible longueur du corps d'injecteur 1 est à usiner de manière très précise et sous de faibles tolérances. Le guidage 22 est disposé aussi près que possible du siège de soupape 6 pour assurer à l'aiguille d'injecteur 5 un centrage précis et pour en empêcher le -f lam- bage. Le passage du carburant de L'espace collecteur 16 vers le canal 23 est assuré par deux méplats diamétralement opposés 24 et 25 sur la surface latérale extérieure de l'aiguille d'injecteur 5. Cette disposition des méplats 24 et 25 sur l'aiguille d'injecteur 5 conserve un centrage précis de l'aiguille d'injecteur sous l'effet de pression hydraulique du carburant.Les surfaces de section transversale de tous les canaux où circule le carburant ont la même grandeur pour assurer une pression constante et des conditions d'écoulement du carburant sensiblement identiques dans tout l'injecteur, évitant ainsi les surpressions locales. On diminue ainsi la grande fatigue du matériau des pièces élémentaires et on augmente la longévité de L'injecteur. Le montage amélioré de l'aiguille d'injecteur ainsi que La bonne répartition des pressions assurent l'ouverture simultanée de tous les trous d'injection 4, ce qui permet d'obtenir une distribution uniforme du carburant dans La chambre de combustion et par conséquent de meilleures valeurs d'émissions. La barrette Il est centrée sur le corps d'injecteur 1 sur sa face inférieure par un épaulement annulaire 26. On évite de cette façon un coincement de l'aiguille d'injecteur 5 lors de son mouvement de levée dans la barrette 11. La surface de centrage 27 de l'épaulement 26 de la barrette 11 doit être de hauteur axiale plus grande que la course de levée de la barrette 11. Le centrage de la barrette 11 sur le corps d'injecteur 1 permet de disposer d'une surface de butée 19 pour l'aiguille d'injecteur sur la barrette 11 la plus grande possible et Les tolérances entre chaque élément sont minimales. Des trous d'assemblage 30,31 engagés dans des orifices borgnes 28 de la douille 14 et 29 de La barrette Il et dans des orifices 32 d'un couvercle 34 de pompe et 33 du corps 1 de L'injecteur assurent une indexation de ces pièces Les unes par rapport aux autres. REVENDICATION Injecteur de carburant pour moteurs à combustion interne comportant un corps d'injecteur (1) se terminant par une calotte d'injecteur (3) pourvue de trous de pulvérisation (4) et une aiguille (5) d'injecteur guidée dans ce corps (1 > , rappelée élastiquement contre un siège (6) de soupape ménagé dans la calotte (3) d'injecteur, dans lequel, sous la pression du carburant amené, l'aiguille (5) se soulève dans une première partie de course du siège (6) de soupape à l'encontre de l'effet d'un ressort (8) et vient s'appliquer contre une butée (11,19) qui elle-même, dans une deuxième partie de course, coulisse de façon limitée à l'encontre de l'effet d'un deuxième ressort (9), caractérisé en ce que la surface latérale (M) du cylindre imaginaire formé dans le prolongement des trous d'injection (4) entre le bord intérieur (R) de ces trous et la surface de l'aiguille d'injecteur (5) soulevée du siège de soupape dans la première partie de course est plus petite que la section transversale du trou d'injection (4).