Brevet FR2736971A1 — publié le 19970124

Etat de la technique. L'invention concerne un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne comprenant un organe d'obturation guidé en coulissement axial dans un perçage de guidage d'un5 corps d'injecteur, cet organe ayant une surface d'étanchéité à son extrémité située du côté de la chambre de combustion, sur- face coopérant avec un siège de soupape formé à l'extrémité du perçage de guidage du côté de la chambre de combustion pour commander la communication entre un canal haute pression du corps d'obturateur et au moins un orifice d'injection, l'organe d'obturation comportant un canal de fin de commande par lequel le canal haute pression peut être relié à une chambre de dé- charge lorsque l'organe d'obturation est soulevé par rapport au siège de soupape, et cette chambre est formée par un perçage15 borgne partant de l'extrémité de l'organe d'obturation du-côté de la chambre de combustion et au moins un perçage transversal coupant le perçage borgne, le perçage borgne débouchant dans une chambre de fin de commande formée entre l'organe d'obturation et la paroi du perçage de guidage et communiquant avec la chambre de décharge. Dans le cas d'un tel injecteur de carburant connu selon le document DE- OS 39 28 912, l'organe d'obturation est coulissant axialement dans un perçage de guidage d'un corps d'injecteur dont une extrémité pénètre dans la chambre de com- bustion du moteur à combustion interne ainsi alimenté. L'organe d'obturation comporte à son extrémité située du côté de la chambre de combustion, une surface d'étanchéité de soupape coo- pérant avec un siège de soupape formé à l'extrémité du perçage de guidage du côté de la chambre de combustion. Un canal de haute pression pour le passage du carburant arrive au niveau de la surface de siège de soupape, du côté opposé à celui de la chambre de combustion dans le corps de l'injecteur; ce canal est formé en partie par un intervalle annulaire compris entre le corps de l'organe d'obturation et la paroi du perçage de guidage. Du côté de la chambre de combustion le siège de sou- pape se poursuit par au moins un orifice d'injection; le pas- sage du carburant entre le canal haute pression et l'orifice d'injection se commande par le soulèvement de l'organe d'obturation par rapport au siège de soupape. De plus, l'organe d'obturation comporte un canal de fin de commande pour refroidir cet organe d'obturation, canal par lequel le canal haute pression, lorsque l'organe d'obturation est soulevé par rapport au siège de soupape, com- munique en permanence avec une chambre de décharge et le per- çage borgne partant de l'organe d'obturation du côté de la chambre de combustion, et d'un perçage transversal coupant ce perçage borgne. Le perçage transversal débouche dans une cham- bre de fin de commande formée entre l'organe d'obturation et la paroi du perçage de guidage; cette chambre est délimitée axia- lement par une rondelle intermédiaire de l'injecteur, appliquée contre l'organe d'obturation; un perçage traversant est prévu dans la rondelle intermédiaire pour relier en permanence la chambre de fin de commande à une chambre de décharge formée par la chambre à ressort de l'injecteur. Cette liaison permanente entre le canal haute pres- sion et la chambre de décharge, lorsque l'organe d'obturation est en position d'ouverture, présente néanmoins l'inconvénient qu'une quantité relativement importante de carburant puisse s'échapper par le canal de fin de commande pendant l'opération d'injection proprement dite et ne soit pas disponible coimme carburant pour l'injection; cela réduit le rendement de l'ensemble du système. De plus, du fait de la quantité de car- burant de fuite, non définie par le canal d'échappement, on ne peut doser que de manière très imprécise la quantité de carbu- rant injectée de sorte que l'injecteur connu ne satisfait pas aux exigences des moteurs à combustion interne actuels. Avantages de l'invention. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un injecteur de carburant du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la liaison en- tre la chambre de fin de commande et la chambre de décharge est fermée par une surface d'étanchéité prévue sur l'organe d'obturation lorsque cet organe d'obturation est en position d'ouverture maximale. Par rapport à l'état de la technique, l'injecteur selon l'invention offre l'avantage que le canal de fin de com- mande prévu dans l'organe d'obturation est fermé lorsque l'organe d'obturation arrive dans sa position d'ouverture. Cela permet d'obtenir de manière avantageuse, la décélération néces- saire du mouvement d'ouverture de l'organe d'obturation pour arriver à une bonne préparation du carburant dans la chambre de combustion, sans que la précision de la quantité injectée ne soit influencée de manière significative. La réalisation du canal de fin de commande sous la forme d'un perçage longitudinal et d'un perçage transversal, qui débouche sur une partie rectifiée du corps de l'organe d'obturation, a en outre l'avantage de faciliter la fabrication d'un tel organe d'obturation. La fabrication de l'organe d'obturation peut être faite par un procédé de formage comme par exemple par frittage ou encore par injection de métal. (encore appelé procédé MIM). En variante, il est également possible de réaliser par voie mécanique ou par érosion, le perçage longitudinal et le perçage transversal dans une ébauche tubulaire ayant le cas échéant une géométrie extérieure préparée, puis de réaliser les parties rectifiées ou usinées, par enlèvement de copeaux. De manière avantageuse, la géométrie ou la concep- tion des parties rectifiées ou usinées ainsi que du perçage transversal permet d'aboutir à un volume de fin de commande, défini dans la chambre de fin de commande; la partie de la chambre de fin de commande formée entre les parties usinées et la paroi formant le moyen de guidage fonctionne alors comme section d'étranglement définie. Un autre avantage réside dans la collerette prévue à l'extrémité supérieure des parties usinées, du côté de la rondelle intermédiaire et cette collerette pénètre dans une zone de section agrandie du perçage de guidage ce qui permet d'augmenter la surface d'appui d'étanchéité entre l'organe d'obturation et la rondelle intermédiaire; on peut ainsi dimi- nuer les tolérances imposées aux pièces pour garantir les con- ditions d'étanchéité ce qui se traduit là encore par une réduction des moyens à mettre en oeuvre pour la fabrication. Les surfaces, de préférence planes des parties usi- nées, constituant une partie de la chambre de fin de commande peuvent également être réalisées en variante par des rectifica- tions radiales réalisées sur l'organe d'obturation reliant les5 orifices de sortie des perçages transversaux avec la partie su- périeure de la chambre de fin de commande. L'injecteur de carburant selon l'invention fonc- tionne comme soupape s'ouvrant vers l'intérieur; en variante, cet injecteur peut être réalisé sous la forme d'une buse à ori- fice et siège, à perçage borgne ou une buse à téton; le per- çage longitudinal réalisé comme perçage borgne pour le canal de fin de commande doit toutefois être prévu dans l'organe d'obturation pour être fermé par rapport à la chambre de com- bustion du moteur lorsque l'injecteur est en position de ferme- ture. Dessins. Deux exemples de réalisation d'un injecteur selon l'invention pour des moteurs à combustion interne sont repré- sentés dans les dessins et seront décrits ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un pre- mier exemple de réalisation d'un injecteur de carburant, - la figure 2 montre un détail à échelle agrandie au niveau de la chambre de fin de commande correspondant à la figure 1, et suivant deux vues, - la figure 3 montre un second exemple de réalisa- tion représenté de manière analogue à celui de la figure 2, comportant en outre une collerette au niveau des parties recti- fiées. Description des exemples de réalisation. Dans le cas du premier exemple de réalisation d'un injecteur de carburant selon l'invention, représenté à la fi- gure 1, pour des moteurs à combustion interne, un organe d'obturation i1 en forme de piston est guidé en coulissement axial dans un perçage de guidage 3 d'un corps d'injecteur 5. le corps d'injecteur 5, cylindrique, pénètre ainsi avec son extré- mité 7 dans la chambre de combustion non représentée en détail du moteur à combustion interne ainsi alimenté; par son autre extrémité réalisée sous la forme d'une surface frontale plate 9, le corps de l'injecteur s'appuie contre une première surface frontale 13 d'une rondelle intermédiaire 11 de l'injecteur; contre la seconde face frontale 15, opposée à celle du corps 5 de l'injecteur, s'appuie une chambre à ressort 17 recevant un ressort de rappel non représenté en détail pour l'organe d'obturation 1; cette chambre à ressort est reliée en perma- nence à la chambre basse pression du carburant par une conduite de retour non représentée et elle constitue ainsi une chambre de décharge 17. A son extrémité située du côté de la chambre de combustion, l'organe d'obturation 1 comporte une surface d'étanchéité de soupape 18 qui dans l'exemple de réalisation, est une surface d'étanchéité conique coopérant avec une surface 19 formant siège de soupape prévue à l'extrémité du perçage de guidage 3 du côté de la chambre de combustion; cette surface de siège de soupape est en forme de cône creux et dans l'exemple de réalisation le perçage de guidage 3 est un perçage borgne. Deux perçages d'injection 21 partent de la surface 19 formant siège de soupape pour déboucher dans la chambre de com- bustion du moteur à combustion interne à alimenter. A l'extrémité du siège de soupape 19 opposée à l'orifice d'injection 21 débouche un canal haute pression 23 s'étendant comme perçage partant de la surface frontale supérieure 9 du corps d'injecteur 7 jusque dans une chambre de pression formée par une extension du diamètre du perçage de guidage 3 et de là il se poursuit par un intervalle annulaire compris entre le corps de l'organe d'obturation 1 et la paroi du perçage de gui- dage 3 jusqu'au siège de soupape 19. Ce canal haute pression 23 est relié d'une manière non représentée en détail, par l'intermédiaire d'une conduite d'injection à une pompe haute pression fournissant le carburant; cette pompe fournit le car- burant sous haute pression à l'injecteur. Pour le mouvement d'ouverture freiné de l'organe d'obturation 1, il est prévu un canal de fin de commande 31 dans l'organe d'obturation 1; pendant le mouvement d'ouverture de l'organe d'obturation 1, ce canal permet une liaison entre le canal haute pression 23 et la chambre de décharge 17. Ce canal de fin de commande 31 est également repré- senté à échelle agrandie à la figure 2; il est formé par un perçage borgne 33 dirigé axialement dans le présent exemple, et partant de l'extrémité de l'organe d'obturation 1, du côté de la chambre de combustion, pénétrant dans le perçage borgne constituant le perçage de guidage 3 ainsi que par un perçage transversal 35 coupant le perçage borgne 33 à l'extrémité supé-10 rieure de l'organe d'obturation 1. Au niveau de l'orifice de sortie du perçage transversal 35, la surface- enveloppe de l'organe d'obturation 1 comporte en deux endroits opposés, des parties rectifiées, planes, 37 formant une chambre de fin de commande 39 avec la paroi du perçage de guidage 3; la section de cette chambre de fin de commande constitue une section d'étranglement réglable. La chambre de fin de commande 39 s'étend dans la direction axiale vers l'organe d'obturation 1, de l'une des parties rectifiées 37 en direction de l'épaulement délimité20 vers l'orifice d'injection 21 jusqu'à la surface frontale 13 de la rondelle intermédiaire 11; le diamètre du perçage de gui- dage 3 augmente de façon conique à son extrémité tournée vers la rondelle intermédiaire 11. La décharge de la chambre de fin de commande 39 se fait vers la chambre de décharge 17 par une section de passage formée entre un perçage traversant 41 de la rondelle inter- médiaire 11 et une partie de tige 43 de diamètre réduit de l'organe d'obturation 1; cette section de passage 45 peut être fermée lorsque l'organe d'obturation 1 est complètement soulevé par rapport au siège de soupape 19 par une surface d'étanchéité 47, annulaire, formée au passage de la tige 43 vers le diamètre réduit, de l'organe d'obturation 1, cette surface d'étanchéité venant en appui contre la surface frontale 13 de la rondelle intermédiaire 11. Le diamètre du perçage traversant 41 de la rondelle intermédiaire 11 est plus petit que le diamètre exté- rieur de la surface d'étanchéité 47. Le second exemple de réalisation représenté à la figure 3 se distingue du premier exemple de réalisation unique- ment par la géométrie de l'organe d'obturation au niveau de la chambre de fin de commande 39 et la description est ainsi limi- tée à cette partie de l'injecteur. Les parties rectifiées 37 du second exemple de réa- lisation sont délimitées en direction de la rondelle intermé- diaire 11 par une collerette 49 venant en saillie dans la partie de section élargie du perçage de guidage 3 et augmentant ainsi la dimension radiale de la surface d'étanchéité 47 de l'organe d'obturation 1; cela permet une meilleure étanchéité tout en assurant une section de passage 45 plus grande entre la chambre de fin de commande 39 et la chambre de décharge. L'injecteur de carburant selon l'invention fonc- tionne de la manière suivante: A l'état fermé, l'organe d'obturation 1 est mainte- nu par le ressort de rappel, avec sa surface d'étanchéité 18 en appui contre le siège de soupape 19; les orifices d'injection 21 sont ainsi fermés par rapport au canal haute pression 23. Au début de la phase d'injection, le carburant transféré par la pompe haute pression arrive dans le canal haute pression 23 et déplace de manière connue l'organe d'obturation 1 contre la force développée par le ressort de rappel pour le soulever par rapport au siège de soupape 19; le carburant à haute pression passe alors par la section de pas- sage ainsi ouverte entre la surface d'étanchéité 18 et le siège de soupape 19 dans le perçage borgne constituant le perçage de guidage 3 et à travers les orifices d'injection 21 dans la chambre de combustion du moteur. Toutefois, pendant le mouvement d'ouverture de l'organe d'obturation 1, une partie du carburant passe du per- çage borgne constituant le perçage de guidage 3, par le canal de fin de commande 31 de l'organe d'obturation 1 dans la cham- bre de fin de commande 39; de là le carburant passe par la section de passage 45 dans la chambre de décharge 17, ce qui augmente le mouvement d'ouverture de l'organe d'obturation 1 et se répercute avantageusement sur la préparation du carburant dans la chambre de combustion. Lorsque l'organe d'obturation 1 se trouve dans sa position d'ouverture maximale, la section de passage 45 reliant la chambre de fin de commande 39 et la chambre de décharge 17 est fermée par la venue en appui de la surface d'étanchéité 47 de l'organe d'obturation 1 contre la rondelle intermédiaire 11; ainsi toute la quantité de carburant transférée est injec- tée dans la chambre de combustion. L'injection est terminée de manière connue par la chute de pression dans le canal haute pression 23; le ressort de rappel peut alors déplacer de nouveau l'organe d'obturation 1 en appui contre la siège de soupape 19. REVEND I CATIONS 1 ) Injecteur de carburant pour moteur à combustion interne comprenant un organe d'obturation (1) guidé en coulissement axial dans un perçage de guidage (3) d'un corps d'injecteur (5), cet organe ayant une surface d'étanchéité (18) à son ex- trémité située du côté de la chambre de combustion, surface coopérant avec un siège de soupape (19) formé à l'extrémité du perçage de guidage (3) du côté de la chambre de combustion pour commander la communication entre un canal haute pression (23) du corps d'obturateur (5) et au moins un orifice d'injection (21), l'organe d'obturation (1) comportant un canal de fin de commande (31) par lequel le canal haute pression (23) peut être relié à une chambre de décharge (17) lorsque l'organe d'obturation (1) est soulevé par rapport au siège de soupape (19), et cette chambre est formée par un perçage borgne (33) partant de l'extrémité de l'organe d'obturation (1) du côté de la chambre de combustion et au moins un perçage transversal (35) coupant le perçage borgne, le perçage borgne (35) débou- chant dans une chambre de fin de commande (39) formée entre l'organe d'obturation (1) et la paroi du perçage de guidage (3) et communiquant avec la chambre de décharge (17), caractérisé en ce que la liaison entre la chambre de fin de commande (39) et la cham- bre de décharge (17) est fermée par une surface d'étanchéité (47) prévue sur l'organe d'obturation (1) lorsque cet organe d'obturation (1) est en position d'ouverture maximale. 2 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité (47) de l'organe d'obturation (1) est une surface frontale annulaire formée par une réduction de la section de l'organe d'obturation (1), une partie (43) de l'organe d'obturation, de diamètre réduit, passant avec du jeu dans un perçage traversant (41) d'une rondelle intermédiaire (11) appliquée axialement contre le corps d'injecteur (5), ron- delle dont la face frontale (13) tournée vers le corps d'injecteur (5) délimite la chambre de fin de commande (39), une zone de la surface frontale (13), voisine du perçage tra- versant (41), formant une surface d'appui pour la surface d'étanchéité (47) de l'organe d'obturation (1). 3 ) Injecteur de carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face frontale (15) de la rondelle intermédiaire (11), du cô- té opposé au corps d'injecteur (5), est adjacente à une chambre de décharge (17), de préférence d'une chambre à ressort rece- vant un ressort de rappel pour l'organe d'obturation (1). 4 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de fin de commande (39) formée entre l'organe d'obturation et la paroi du perçage de guidage (3) est formée par au moins une partie rectifiée (37), de préférence en forme de surface plane, sur l'organe d'obturation (1), le perçage transversal (35) débouchant dans cette chambre. ) Injecteur de carburant selon la revendication 4, caractérisé par deux parties rectifiées (37) opposées réalisées dans l'organe d'obturation (1) et dans lesquelles débouche chaque fois un orifice de sortie du perçage transversal (35) réalisé comme perçage traversant. 6 ) Injecteur de carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le perçage de guidage (3) va en s'élargissant de manière coni- que à son extrémité adjacente à la rondelle intermédiaire (11). 7 ) Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendi- cations 4 à 6, caractérisé en ce que la partie rectifiée (37) adjacente à la chambre de fin de com- mande (39) est délimitée à son extrémité tournée vers la ron- delle intermédiaire (11) par une collerette (49) dont la surface annulaire tournée vers la rondelle intermédiaire (11) il constitue la surface d'étanchéité (47) de l'organe d'obturation (1). 8 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de passage de la chambre de fin de commande (39) forme une section d'étranglement déterminée. 9 ) Procédé de fabrication d'un injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'obturation (1) est réalisé par un procédé de trans- formation, de préférence en métal injecté.