Brevet FR2712032A1 — publié le 19950512

i L'invention concerne une buse d'injection d'un car- burant dans un moteur à combustion interne et elle concerne plus précisément une buse permettant un réglage du débit par une dérivation. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 5 070 845 décrit un circuit de carburant incorporé à un circuit d'injection et comprenant un injecteur de dosage du carburant transmis à plusieurs buses de carburant. Le carburant est distribué par des canalisations de carburant individuelles et est déchargé ou projeté par les buses en des emplacements adjacents aux lumières d'admission du moteur. La buse décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 5 070 845 a un corps muni d'un organe à siège tubulaire possédant un siège de soupape ayant une ouverture d'évacuation de carburant. Une soupape à clapet peut coopérer avec le siège pour l'interruption de la circulation du carburant par l'ouverture et un ressort d'allongement, fixé au corps de buse et à la soupape, sollicite celle-ci en position de coopération normale avec le siège de soupape. Le corps de buse est destiné à recevoir le carburant par un organe formant un rétrécissement qui limite la circulation du carburant, mais la soupape elle-même ne peut pas former un orifice fixe et ne peut donc pas avoir une fonction de dosage de débit. La circulation résultante de carburant dans la buse est sensible aux variations de la pression d'alimentation en carburant. Une buse d'injection de carburant selon la présente invention est caractérisée par les propriétés spécifiées dans la revendication 1. L'invention décrite concerne une buse perfectionnée appropriée pour être utilisée dans un circuit d'injection de carburant dans lequel un carburant sous pression est transmis en quantité dosée vers une buse. Dans une buse d'injection de carburant selon l'invention, un corps tubulaire de buse, destiné à recevoir le carburant, comprend un ensemble à sièges de soupape ayant un premier siège amont et un second siège aval interconnectés par un passage longitudinal. Un ou plusieurs passages de fluide ou des dérivations s'étendent depuis un point qui est en amont du premier siège jusqu'à un emplacement compris entre les deux sièges de soupapes. Un ensemble à soupapes à clapet comprend un premier obturateur ou soupape amont et un second obturateur ou soupape aval destinés à être au contact du siège respectif amont ou aval pour la régulation de la circulation du carburant dans cet ensemble à soupapes. Les obturateurs sont raccordés par des moyens de raccordement et fixés l'un par rapport à l'autre afin qu'ils déterminent le déplacement longitudinal ou course de l'ensemble à soupapes. L'organe à obturateur est repoussé par un ressort ou des moyens de rappel vers une position normalement fermée dans laquelle l'obturateur amont est en position séparée du siège amont associé et l'obturateur aval est en appui contre le siège aval associé. L'introduction d'une impulsion à haute pression du fluide dans le corps tubulaire de buse provoque le déplacement de l'obturateur vers la position d'ouverture dans laquelle l'obturateur amont est en position contre le siège et l'obturateur aval est éloigné du siège afin qu'une circulation puisse être réalisée par la dérivation et puisse sortir de la buse de l'injecteur par le siège aval qui est ouvert. La dérivation établit un trajet de circulation du fluide autour du siège et de la soupape amont et forme un orifice fixe pour la circulation dans la buse. L'orifice-dérivation est plus simple à usiner avec précision que la combinaison soupape-siège habituellement utilisée exclusivement pour le réglage du débit dans de telles buses. En outre, les sorties de dérivation peuvent être orientées afin qu'elles établissent un dessin voulu de circulation dans la buse et que l'atomisation du fluide sortant de la buse soit accrue. De plus, lorsque la soupape supérieure à clapet forme un limiteur de course, les fluctuations du débit sont notablement réduites. Le dispositif suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la buse comporte un corps tubulaire ayant une entrée destinée à recevoir le carburant pulsé sous pression de la source à une première extrémité du corps tubulaire, et l'ensemble à sièges de soupapes comprend un corps de soupapes monté sur une seconde extrémité du corps tubulaire; les moyens de raccordement déterminent la course à l'ensemble à soupapes par rapport à l'ensemble à sièges, et la dérivation joue le rôle d'un orifice fixe de dosage de fluide pour le courant de carburant circulant dans la buse; - le premier obturateur amont joue un rôle d'un organe d'arrêt de soupapes limitant la course du second obturateur aval, et la dérivation délimite l'orifine fixe de dosage du courant de carburant dans la buse; et - les obturateurs comprennent des organes sphériques placés en contact tangentiel dans ledit passage et fixés au point de contact afin qu'ils forment un seul obturateur ayant des rayons combinés destinés à déterminer la course de l'obturateur unique par rapport à l'ensemble à sièges. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe d'un circuit d'injection de carburant qui dose le carburant transmis par une canalisation de carburant à une buse selon l'invention; la figure 2 est une coupe agrandie d'une partie de la buse de la figure 1 retirée du moteur et du corps de dosage de carburant, représentant des détails de construction; les figures 3 et 4 sont des coupes partielles agrandies de la buse de la figure 2, représentant divers modes de fonctionnement; la figure 5 est une coupe de la buse de la figure 2 suivant la ligne 5-5 de la figure 3; la figure 6 est une coupe agrandie d'un second mode de réalisation de la buse représentée sur la figure 1; les figures 7 et 8 sont des coupes partielles agrandies de la buse de la figure 6, illustrant divers modes de fonctionnement; la figure 9 est une coupe de la buse de la figure 7 suivant la ligne 9-9 de cette figure. On se réfère aux dessins; la figure 1 représente un circuit d'injection de carburant portant la référence générale 10 et destiné à transmettre du carburant au circuit d'admission d'un moteur à combustion interne, non représenté. Un injecteur 12 est monté dans un corps 14 de dosage de carburant et reçoit du carburant à une pression voulue. L'injection 12 dose le carburant sous forme d'impulsions de pression vers une canalisation 16 de distribution de carburant. Chaque canalisation 16 aboutit à une buse 18 d'injection de carburant qui évacue le carburant dosé dans le courant d'air circulant par la lumière 20 d'admission dans une chambre de combustion du moteur. Comme l'indique la figure 2, la buse 18 possède un corps tubulaire 22 destiné à recevoir le carburant de la canalisation de carburant associée 16. L'extrémité aval du corps 22 a une partie 24 de plus grand diamètre dont la configuration permet le logement d'un ensemble tubulaire 26 à sièges de soupapes. L'ensemble 26 à sièges des figures 3 et 4 comporte un corps tubulaire 28 à sièges de soupapes ayant une paroi externe 32 destinée à coopérer avec la partie interne de la partie 24 de plus grand diamètre du corps tubulaire 22. Le corps 28 à sièges de soupapes est fixé dans la partie élargie 24, par exemple par emmanchement à force ou par soudage ou par liaison d'une autre manière, afin qu'un joint étanche et sans fuite soit établi entre eux et assure le support de l'ensemble 26 à sièges dans le corps tubulaire 22 de la buse. Des plats 30 représentés sur la figure 5, formés à la paroi externe 32 du corps 28 à sièges de soupapes, sont disposés depuis l'extrémité amont du corps 28 vers l'extrémité aval et aboutissent en un emplacement compris entre les deux extrémités et délimitent des passages 34 entre le corps tubulaire 22 et le corps 28 à sièges. Le corps 28 a un passage 36 s'étendant longitudinalement de l'extrémité amont à l'extrémité aval, un premier siège amont 38 de soupape et un second siège aval 40 de soupape étant disposés autour des extrémités opposées du passage 36 afin que les sièges de soupapes soient placés à distance l'un de l'autre, la surface d'appui du siège amont 38 étant tournée vers l'amont et la surface d'appui du siège aval 40 étant tournée vers l'aval. Un ou plusieurs passages de fluide ou dérivations 42 sont formés dans le corps 28 à sièges de soupapes et dépassent radialement vers l'intérieur, sur la figure 5, des passages 34 délimités par les plats 30, vers un emplacement qui se trouve à l'intérieur du passage 36, entre les sièges amont et aval 38, 40. Sous cette forme, les passages 34 et 42 délimitent des dérivations de circulation de fluide d'un emplacement qui est en amont du premier siège 38 jusqu'à un emplacement qui se trouve en aval. L'ensemble à soupapes portant la référence générale 44 comprend un premier obturateur amont 46 qui peut être au contact du siège amont 38 afin qu'il interrompe la circulation de l'intérieur du corps 22 au passage longitudinal 36, et un second obturateur aval 48 qui peut être au contact du siège aval 40 afin qu'il interrompe la circulation du passage 36 et vers l'extérieur de la buse 18. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 2 à 5, les obturateurs 46, 48 sont définis par deux organes sphériques, tels que des billes d'appui. Le passage 36 formé dans le corps 28 à sièges de soupapes a une configuration telle qu'il permet aux obturateurs 46, 48 sous forme de billes d'être en contact tangentiel le long des surfaces auxquelles ils sont raccordés, par exemple par soudage, pour la formation d'un ensemble à soupapes 44 en une seule pièce. Les rayons des deux obturateurs ne sont pas obligatoirement égaux, mais les rayons, en coopération avec la configuration géométrique des sièges de soupapes 38, 40, déterminent le déplacement longitudinal total ou la course totale de l'ensemble à soupapes 44 par rapport aux sièges de soupapes. Un ressort hélicoïdal 50 d'allongement est fixé au corps tubulaire 22 et à un premier obturateur amont 46 par une tige 52 qui est fixée à l'obturateur par soudage ou liaison à une première extrémité. La tige 52 possède une tête 54 qui est entourée par un tronçon formé de spires réduites 56 du ressort 50 d'allongement afin que le ressort soit fixé à l'organe à obturateur. Le ressort est destiné à déplacer l'ensemble 44 vers l'amont en position de fermeture de manière que le premier obturateur amont 46 soit normalement écarté du siège associé 38 et que le second obturateur aval 48 soit normalement repoussé contre son siège associé 40. Après introduction d'une impulsion de carburant à pression élevée dans le corps tubulaire 22, provoquant ainsi la mise de la différence de pression par rapport à l'ensemble 44 à une valeur voulue, la force de rappel appliquée par le ressort 50 d'allongement est dépassée et l'ensemble à soupapes est déplacé vers l'aval en direction d'ouverture si bien que le premier obturateur amont 46 est repoussé au contact du siège associé 38 et le second obturateur aval 48 est écarté du siège 40. Dans la position d'ouverture, le carburant circule du corps 22 de buse dans les passages 34 et 42 et sort de la buse 18 par le siège aval 40 qui est ouvert. La position axiale de l'ensemble 26 à sièges de soupapes dans le corps 22 est réglable lors du montage pour l'ajustement de la longueur du ressort 50, et en conséquence la force de rappel appliquée par le ressort à l'ensemble 44 est aussi réglable. La caractéristique d'ajustement permet l'étalonnage de la différence de pression de part et d'autre de l'ensemble 26 à sièges à laquelle les obturateurs se déplacent par rapport à leur siège respectif. Les passages de dérivation 34, 42 définissent un trajet de circulation de fluide autour du premier obturateur amont 46 et du siège associé 38. Après introduction d'une impulsion de carburant suffisante pour dépasser la force de rappel du ressort 50, le carburant est transmis par la dérivation au passage 36 entre la première soupape et le premier siège amont 46, 38 qui sont fermés et la seconde soupape et le siège aval 48, qui sont ouverts. Les passages 42 forment des orifices fixes pour la circulation du fluide dans la buse 18 et donnent la plus grande partie de la perte de charge dans le circuit 10 de carburant. En outre, la réalisation de la dérivation à orifices fixes de la buse considérée donne la fonction essentielle de dosage de carburant dans le circuit 10. Le carburant sortant par les passages 42 et pénétrant dans le passage 36 entre les sièges 38, 40 est atomisé à cause de la perte de charge et aussi du tourbillonnement induit par l'orientation des passages 42. Comme l'indiquent les figures 5 et 9 qui représentent un second mode de réalisation de la buse décrit en détail dans la suite, l'orientation des passages 42 par rapport au passage 36 dans le corps 28 peut varier afin qu'elle modifie la direction d'écoulement du carburant dans le passage 36 et optimise l'atomisation du carburant sortant de la buse 18. Le fluide atomisé sort de la buse 18 d'injection de carburant par la soupape et le siège 48, qui sont ouverts. L'obturateur amont 46 placé contre son siège fonctionne lorsque l'ensemble est en position d'ouverture en limitant l'ouverture du second obturateur aval par rapport à son siège 48. La fonction mécanique d'arrêt de l'obturateur supérieur 46 empêche l'oscillation du second obturateur 48 dans des conditions de remplissage de la buse, et provoque ainsi une stabilisation de la circulation du fluide dans la buse 18. La fin de l'impulsion de carburant provoque un déplacement de l'ensemble 44 à soupapes vers la position amont de fermeture représentée sur la figure 3 et dans laquelle le second obturateur 48 se ferme contre le siège et le premier obturateur amont 46 s'écarte du siège 38 sous l'action de la force du ressort 50. La configuration à deux soupapes et deux sièges de la buse 18 d'injection de carburant selon l'invention a une fonction de dosage moins sensible aux variations de la pression du carburant et aux pertes de charge dans les différents éléments que les réalisations à une seule soupape. Grâce à la variation des diamètres relatifs des deux obturateurs, comme indiqué sur les figures 3 et 4, les performances de la buse sont modifiées. Sur les figures, l'obturateur amont 46 a un plus grand diamètre que l'obturateur aval 48. Le plus grand diamètre de l'obturateur 46 donne une plus grande section pour l'action du carburant sous pression qui ouvre la soupape et déclenche l'événement d'injection. Du fait de la plus grande surface, les vitesses d'ouverture sont réduites et la plage dynamique de la buse est accrue. L'insensibilité relative aux variations de pression permet la réalisation et la fabrication de la buse et des autres éléments du circuit de carburant avec des tolérances plus grandes sur la perte de charge si bien que la complexité et le coût de fabrication sont notablement réduits. Un organe 58 de rétrécissement peut être placé sur l'extrémité amont 60 du corps 22 de buse et a un orifice calibré 62 qui limite la circulation du carburant dans la buse 18. La disposition de l'orifice 62 à l'extrémité amont de chaque buse assure la distribution égale du carburant à toutes les buses d'un circuit, comme représenté sur la figure 1 par exemple, dans lequel le carburant est distribué à plusieurs buses par une seule source doseuse. La canalisation 16 de distribution de carburant est glissée sur le corps 22 de buse et dilatée afin qu'elle s'ajuste sur deux cordons périphériques 64 formés sur le corps. Un manchon 66 de montage a un trou central 68 entourant des parties de la buse 18 et de la canalisation 16 de distribution. A l'intérieur du trou 68, une gorge annulaire loge un flasque périphérique 72 de positionne- ment dépassant de l'extérieur du corps 22 de la buse afin que le corps soit retenu dans le manchon de montage 66. Le manchon de montage 66 peut être introduit dans une ouverture 74 de la paroi de la lumière d'admission dans le moteur et est fixé en position par des moyens convenables, par exemple une série de cordons périphériques 76 qui coopèrent avec la paroi de la lumière d'admission, des cuvettes de coopération positive formées afin qu'elles soient solidaires du manchon 66 ou des plaques ou pinces séparées de retenue de type bien connu. La canalisation 16 de distribution de carburant est souple et peut se courber afin qu'elle permette au manchon 66 de supporter la buse 18 avec l'inclinaison convenable, la canalisation 16 de carburant étant représentée sur les figures sous forme d'un tube rectiligne par simple raison de commodité. Les figures 6 à 9 représentent un second mode de réalisation de buse d'injection de carburant selon l'invention. Sur les figures, les propriétés analogues à celles qu'on a déjà décrites et représentées en références aux figures 1 à 5 sont désignées par les mêmes références numériques. On se réfère aux figures; le corps tubulaire 22 de la buse 18 reçoit un ensemble tubulaire 26 à sièges de soupapes dans une partie élargie d'extrémité aval 24. L'ensemble 26 à sièges des figures 7, 8 et 9 comporte un corps tubulaire 28 à sièges de soupapes ayant une paroi externe 78 dont la configuration est telle qu'elle peut coopérer par glissement avec la paroi interne de la partie élargie d'extrémité aval 24 du corps tubulaire 22. Le corps 28 à sièges est fixé dans le corps tubulaire 22, par exemple par soudage, afin qu'un joint d'étanchéité sans fuite soit établi entre eux. Le corps 28 à sièges de soupapes a un passage 36 disposé de l'extrémité amont à l'extrémité aval, avec un premier siège amont 38 et un second siège aval 40 de soupape placés autour des extrémités opposées du passage 36, si bien que les sièges sont distants l'un de l'autre, la surface du siège amont étant tournée vers l'amont et la surface du siège aval vers l'aval. Un ou plusieurs passages de fluide ou dérivations 42 sont formés dans le corps 28 et dépassent d'un emplacement qui se trouve en amont du premier siège amont 38 vers un emplacement disposé dans le passage 36 entre les sièges 38, 40 pour la délimitation de dérivations de fluide autour du premier siège amont 38. Un ensemble 44 à soupapes comprend un premier obturateur amont 46 et un second obturateur aval 48. Les obturateurs coopèrent avec les sièges respectifs amont et aval 38, 40 afin qu'ils interrompent la circulation. Les obturateurs sont délimités par deux organes sphériques, tels que des billes d'appui. Une tige 52 est raccordée à l'obturateur aval 48, par exemple par soudage, et est placée longitudinalement en amont dans le passage 36 et pénètre dans le corps 22. Le premier obturateur amont 46 a un trou 80 permettant le coulissement de la tige 52. L'obturateur 46 est placé sur la tige 52 et fixé en position afin qu'il détermine la distance comprise entre les obturateurs 46, 48 et détermine le déplacement longitudinal total ou la course totale de l'ensemble à soupapes 46 par rapport aux sièges 38, 40. Un ressort hélicoïdal 50 travaillant à l'allongement est fixé au corps tubulaire 22 et à l'extrémité amont de la tige 52. La tige 52 a une tête 54 qui est entourée par un tronçon 56 de spires de diamètre réduit du ressort 50 fixant le ressort à la tige et, en conséquence, à l'ensemble 44 à soupapes. Le ressort tire l'ensemble à soupapes 44 vers l'amont en position de fermeture de manière que le premier obturateur amont 46 soit normalement écarté de son siège associé 38 et que le second obturateur aval 48 soit normalement au contact du siège associé 40 et empêche ainsi l'écoulement du carburant en dehors de la buse 18 d'injection de carburant. Après l'introduction d'une impulsion de carburant sous pression suffisante pour dépasser la force de rappel appliquée par le ressort 50 à l'ensemble à soupapes 44, cet ensemble se déplace vers la position ouverte aval si bien que le premier obturateur amont 46 est placé contre son siège 38 et le second obturateur aval 48 est écarté de son siège 40. Dans la position d'ouverture, le carburant circule dans les passages 42 de dérivation et sort de la buse 18 par la soupape et le siège 38, 40 respectivement, qui sont ouverts. La présente invention concerne une buse d'injection de carburant qui a un double ensemble à soupapes et sièges avec un réglage du débit par une dérivation. L'ensemble à soupapes et sièges utilise des obturateurs amont et aval qui sont fixés l'un à l'autre et qui agissent par rapport aux sièges associés par tout ou rien pour la circulation du carburant. Une dérivation formée dans la buse agit comme un orifice fixe pour la circulation du carburant et peut créer la plus grande partie de la perte de charge tout en assurant le dosage de carburant dans le circuit de carburant. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Buse (18) d'injection de carburant, destinée à recevoir du carburant pulsé sous pression d'une source (12, 14), caractérisée en ce qu'elle comprend un ensemble (26) à sièges de soupapes ayant un premier siège amont (38) et un second siège aval (40), les sièges étant interconnectés par un passage longitudinal (36) et une dérivation (34, 42) allant de l'amont du premier siège à un emplacement compris entre les sièges et un ensemble à soupapes ayant un premier obturateur amont (46) destiné à coopérer avec le siège amont pour la régulation de la circulation du carburant, un second obturateur aval (48) destiné à coopérer avec le siège aval pour la régulation de la circulation du carburant, des moyens de raccor- dement du premier et du second obturateurs l'un à l'autre dans le passage, et des moyens de rappel (50) destinés à repousser l'ensemble à soupapes vers l'amont de manière que le premier obturateur soit écarté du premier siège et que le second obturateur soit rappelé au contact du second siège et interrompe la circulation du carburant le long du second siège, la force des moyens de rappel étant telle que le carburant pulsé sous pression peut établir des différences intermittentes de pression de part et d'autre de l'ensemble à soupapes qui donnent une force qui dépasse celle des moyens de rappel et repousse l'ensemble à soupapes vers l'aval si bien que le premier obturateur vient au contact du premier siège et interrompt la circulation du carburant à son niveau et le second obturateur s'écarte du second siège et permet la circulation du carburant dans la dérivation vers un emplacement compris entre les sièges puis le long du second siège aval. 2. Buse selon la revendication 1, comportant un corps tubulaire (22) ayant une entrée (60) destinée à recevoir le carburant pulsé sous pression de la source (12, 14) à une première extrémité du corps tubulaire, caractérisée en ce que l'ensemble (26) à sièges de soupapes comprend un corps (28) de soupapes monté sur une seconde extrémité (24) du corps tubulaire. 3. Buse selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens de raccordement déterminent la course de l'ensemble à soupapes (44) par rapport à l'ensemble à sièges (26), et la dérivation (34, 42) joue le rôle d'un orifice fixe de dosage de fluide pour le courant de carburant circulant dans la buse. 4. Buse selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le premier obturateur amont (46) joue le rôle d'un organe d'arrêt de soupapes limitant la course du second obturateur aval (48), et la dérivation (34, 42) délimite l'orifice fixe de dosage du courant de carburant dans la buse. 5. Buse selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les obturateurs comprennent des organes sphériques (46, 48) placés en contact tangentiel dans ledit passage (36) et fixés au point de contact afin qu'ils forment un seul obturateur ayant des rayons combinés destinés à déterminer la course de l'obturateur unique par rapport à l'ensemble à sièges (26).