Brevet FR2744494A3 — publié le 19970808

FR 2744494 A3 19970808 FR 9601234 A 19960201 La présente invention concerne un injecteur de carburant notamment dans un moteur thermique de véhicule. On connaît déjà dans l'état de la technique, un certain nombre d'injecteurs de carburant de ce type, qui comportent un corps tubulaire d'injecteur, dont une extrémité est adaptée pour être raccordée à une source de carburant sous pression et dont une autre extrémité est adaptée pour être raccordée au moteur du véhicule et est munie de moyens d'obturation commandables à l'ouverture et à la fermeture pour permettre l'injection de carburant dans le moteur. Les normes de lutte contre la pollution ainsi que les économies de carburant sont des critères de plus en plus importants pour le développement des futurs moteurs de véhicule. L'état de la technique est caractérisé par une forte convergence des solutions envisageant l'injection directe de carburant dans les cylindres des moteurs. De cette façon, la formation du mélange air/carburant est réalisée entièrement à l'intérieur du cylindre. Dans le cas des moteurs à deux temps, l'intérêt de ce type d'injection est de réduire considérablement les pertes de carburant pendant la phase de balayage du cylindre et donc le niveau des émissions polluantes. Cependant, cet avantage peut etre partiellement occulté par le fait que le temps de formation du mélange est réduit par rapport à celui des systèmes à formation extérieure, par exemple à carburateur ou autre. Par ailleurs, les conditions aérodynamiques et thermodynamiques pour la vaporisation et la répartition désirées du carburant dans l'air, sont généralement plus difficiles à atteindre dans le cas de la formation du mélange dans le cylindre. On conçoit alors que l'injecteur est une pièce qui prend de plus en plus d'importance. Cet injecteur doit en effet assurer une direction du jet de carburant bien définie, une pulvérisation la plus fine possible de celui-ci et il intervient également sur la durée d'injection par des temps d'ouverture et de fermeture les plus courts possibles. Il existe déjà dans l'état de la technique, de nombreuses structures d'injecteur pour l'injection de carburant par exemple dans des moteurs de type Diesel. Cependant, pour l'injection de carburant dans des moteurs fonctionnant selon un cycle à allumage commandé, on ne connait que très peu de structures d'injecteur qui présentent, pour la plupart, un certain nombre d'inconvénients. En effet, l'adoption des injecteurs de type Diesel qui sont beaucoup plus développés du point de vue technique et économique, n'est généralement pas réalisable pour des moteurs à allumage commandé à cause des fréquences de fonctionnement plus élevées, voire beaucoup plus élevées et des pressions d'injection plus faibles rencontrées sur ce type de moteurs, ce qui engendre des temps d'ouverture et de fermeture inadaptés. En effet, un des critères fondamentaux pour le développement des injecteurs pour l'injection directe de carburant dans des moteurs à allumage commandé est la masse de la partie mobile de l'injecteur, habituellement formée par un ensemble aiguille/ressort, qui doit être réduite au maximum. Différentes structures d'injecteur ont déjà été développées dans l'état de la technique. C'est ainsi que l'on connaît un injecteur qui comporte un obturateur qui se présente sous la forme d'une aiguille s'ouvrant dans la direction du jet de carburant vers la chambre de combustion et dont la position est commandée par un ressort de détente. La course de cette aiguille est limitée à la fermeture par le siège d'étanchéité et à l'ouverture par un limiteur de course. L'avantage de cette structure est une masse réduite de l'obturateur, ce qui permet des temps de réponse très courts. Cependant, cette solution présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, le ressort de détente a une caractéristique variable dans le temps, ce qui, après un cycle de travail initial, conduit à des changements continus de la pression d'ouverture et de la caractéristique dynamique de l'injecteur. La pression d'injection et la quantité de carburant injectée sont par conséquent variables au cours de la durée de vie du moteur, ce qui rend difficile le maintien des performances de celui-ci au cours du temps. Par ailleurs, l'aiguille de l'obturateur n'est pas guidée, ce qui conduit à des variations incontrôlées de la forme du jet de carburant, et perturbe par conséquent la formation du mélange. Une autre solution plus récente concernant un injecteur pour l'injection directe d'essence dans un moteur thermique, est décrite dans le document US-A-5 271 563 au nom de CHRYSLER. Dans ce cas, l'obturateur comporte une aiguille qui s'ouvre vers l'intérieur de l'injecteur, à l'encontre de l'action exercée par un ressort de compression, ce qui a pour avantage de conserver les caractéristiques du ressort constantes. Le trou central de l'injecteur associé à l'aiguille est en communication avec des trous tangentiels traversés par le carburant. On conçoit alors que le carburant arrive dans ce trou central de l'injecteur de manière tangentielle, ce qui provoque un mouvement hélicoïdal du fluide, de façon à réaliser un jet de carburant dont le noyau liquide est dispersé en goutellettes grâce aux forces centrifuges. Ainsi, on assure une atomisation homogène du jet, critère très important pour une bonne formation du mélange dans le cylindre. Cependant, cette solution également présente un certain nombre d'inconvénients, notamment en raison du changement de direction du fluide à l'entrée des trous tangentiels. Ceci conduit en effet à des pertes énergétiques, ainsi qu'à des ondes de pertubation du jet de carburant. Un autre problème provient du volume situé audessous de la surface d'étanchéité, vers la chambre de combustion du moteur, qui peut provoquer l'apparition de grosses gouttelettes au début de l'injection et/ou la formation d'hydrocarbure pendant le déroulement de la combustion. D'autres solutions ont proposé de pratiquer des canaux dans l'aiguille afin d'améliorer la répartition de carburant dans le moteur. Cependant, ces solutions également présentent un certain nombre d'inconvénients, notamment au niveau de leur complexité de réalisation et de leur fiabilité. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, l'invention a pour objet un injecteur de carburant notamment dans un moteur thermique de véhicule, du type comportant un corps tubulaire d'injecteur dont une extrémité est adaptée pour être raccordée à une source de carburant sous pression et dont une autre extrémité est adaptée pour être raccordée au moteur du véhicule et est munie de moyens d'obturation commandables à l'ouverture et à la fermeture pour permettre l'injection de carburant dans le moteur, caractérisé en ce qu'il comporte dans le corps tubulaire d'injecteur, à proximité de son extrémité adaptée pour être raccordée au moteur, des moyens de guidage du carburant d'axe décalé par rapport à l'axe du corps d'injecteur, pour conférer au carburant un mouvement tourbillonnaire avant son injection dans le moteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.l représente une vue en coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon l'invention; et - la Fig.2 représente une vue en coupe prise suivant la ligne 2-2 de la figure 1. On reconnait sur ces figures, un injecteur de carburant notamment dans un moteur thermique de véhicule, cet injecteur de carburant étant désigné par la référence générale 1. Cet injecteur de carburant comporte un corps tubulaire d'injecteur désigné par la référence générale 2, dont une extrémité, par exemple 3, est adaptée pour être raccordée à une source de carburant sous pression de type classique, et dont une autre extrémité, par exemple 4, est adaptée pour être raccordée au moteur du véhicule. Cette extrémité du corps tubulaire d'injecteur est également munie de moyens d'obturation commandables à l'ouverture et à la fermeture pour permettre l'injection de carburant dans le moteur. Ces moyens sont désignés de façon générale par la référence 5 et seront décrits plus en détail par la suite. En fait, le corps tubulaire d'injecteur comporte une carcasse d'injecteur désignée par la référence générale 6, dans laquelle est disposée une pièce de raccordement 7 avec le système d'injection, cette pièce de raccordement étant munie d'un conduit central et axial 8 permettant l'acheminement de carburant de l'extrémité du corps tubulaire d'injecteur adaptée pour etre reliée à la source de carburant sous pression, vers son extrémité adaptée pour être raccordée au moteur du véhicule. A cette extrémité, la carcasse d'injecteur est munie d'une buse d'injection 9 munie d'un orifice d'injection 10 associé aux moyens d'obturation 5 qui se présentent dans l'exemple décrit, sous la forme d'une aiguille 11 qui comporte une tête 12 adaptée pour coopérer avec cet orifice d'injection et une tige de manoeuvre 13 s'étendant dans le corps tubulaire d'injecteur. A son extrémité opposée à la tête 12, cette tige 13 comporte des moyens de butee 14 adaptés pour coopérer avec une extrémité d'un ressort hélicoïdal de sollicitation 15. La tige de manoeuvre 13 de l'aiguille est montée déplaçable dans une pièce de guidage de celle-ci, disposée dans ce corps d'injecteur à proximité de l'extrémité 4 de celui-ci, désignée de façon générale par la référence 16 sur ces figures et qui comporte d'une part, une première portion 16a autour de laquelle s'étend le ressort hélicot- dal 15 et d'autre part, une seconde portion 16b formant noyau et munie par exemple à sa périphérie, de canaux par exemple 16c, de passage pour le guidage du carburant, ces canaux présentant des axes décalés par rapport à l'axe du corps d'injecteur, Une rondelle de compression 17 est interposée entre cette seconde portion 16b de la pièce de guidage 16 et l'extrémité correspondante du ressort 15 pour tarer la compression de celui-ci. Une autre rondelle 18 est également prévue entre l'extrémité de la première portion 16a de cette pièce de guidage 16 et les moyens de butée 14 reliés à l'extrémité correspondante de la tige de manoeuvre 13, pour assurer une fonction de limitation des déplacements de celle-ci. On conçoit alors que lorsque du carburant sous pression arrive dans le corps d'injecteur, celui-ci peut circuler à travers l'évidement central 8 de la pièce de raccordement 7, puis entre la pièce de guidage 16 et la buse 9. Ensuite, le carburant passe dans les canaux par exemple 16c du noyau de guidage 16b pour arriver en contact avec la tête de l'aiguille. Lorsque la pression de carburant est supérieure à la pression de tarage du ressort 15 de sollicitation de la tige de manoeuvre 13, l'aiguille se déplace vers une position d'ouverture pour libérer le passage au carburant, dans la direction du jet de carburant. On conçoit alors que les canaux de passage par exemple 16c de carburant, dans le noyau 16, provoquent une mise en rotation du carburant circulant dans ceux-ci pour imprimer au carburant un effet tourbillonnaire avant son injection dans le moteur, ce qui permet de résoudre les différents problèmes évoqués précédemment. En fait, ce noyau équipé de ces canaux de passage de carburant d'axes décalés par rapport à l'axe du corps d'injecteur, constitue des moyens de guidage du carburant d'axe décalé par rapport à l'axe du corps d'injecteur pour conférer au carburant un mouvement tourbillonnaire avant son injection dans le moteur. Il va de soi bien entendu que différents modes de réalisation de ces moyens de guidage peuvent être envisagés. C'est ainsi par exemple que ce mouvement tourbillonnaire de carburant peut également être imprimé à celui-ci par l'intermédiaire d'ailettes ménagées sur la face interne du corps d'injecteur et plus particulièrement de la buse 9 disposée dans celui-ci. On notera également que différents modes de réalisation des moyens d'obturation peuvent être envisagés comme cela est connu dans l'état de la technique. Enfin, la structure décrite présente un certain nombre d'avantages, notamment au niveau de sa simplicité et de la faible masse de l'aiguille, ce qui permet de résoudre les problèmes de régime de fonctionnement décrits précédemment. REVENDICATIONS 1. Injecteur de carburant notamment dans un moteur thermique de véhicule, du type comportant un corps tubulaire d'injecteur (2), dont une extrémité (3) est adaptée pour être raccordée à une source de carburant sous pression et dont une autre extrémité (4) est adaptée pour être raccordée au moteur du véhicule et est munie de moyens d'obturation (5) commandables à l'ouverture et à la fermeture pour permettre l'injection de carburant dans le moteur, caractérisé en ce qu'il comporte dans le corps tubulaire d'injecteur, à proximité de son extrémité (4) adaptée pour être raccordée au moteur, des moyens (16, 16b, 16c) de guidage du carburant, d'axe décalé par rapport à l'axe du corps d'injecteur, pour conférer au carburant un mouvement tourbillonnaire avant son injection dans le moteur. 2. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage de carburant comprennent des ailettes de guidage prévues dans le corps tubulaire. 3. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage (16) comprennent un noyau (16b) muni de canaux de passage de carburant (16c) d'axes décalés par rapport à l'axe du corps d'injecteur. 4. Injecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (5) comprennent une aiguille (11) munie d'une tête (12) adaptée pour coopérer avec un orifice (10) d'une buse d'injection (9) de l'injecteur et reliée à une tige de manoeuvre (13) s'étendant à travers les moyens (16) de guidage de carburant et dont l'extrémité correspondante est associée à des moyens de contrôle de l'ouverture et de la fermeture des moyens d'obturation (5). 5. Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de l'ouverture et de la fermeture des moyens d'obturation comprennent un organe élastique (15) dont une extrémité est associée à des moyens de butée (14) reliés à la tige de manoeuvre (13), pour permettre l'ouverture des moyens d'obturation (5) lorsque la pression de carburant est supérieure au tarage de ce ressort (15). 6. Injecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe élastique est formé par un ressort hélicoïdal.