Brevet FR2742484A1 — publié le 19970620

I Etat de la technique. L'invention concerne un injecteur de carburant pour moteurs à combustion interne, comprenant un organe d'obturation coulissant axialement dans un perçage d'un corps d'injecteur,5 cet organe ayant à son extrémité tournée vers la chambre de combustion du moteur à combustion interne, une surface d'étanchéité, conique, par laquelle elle coopère avec une sur- face conique formant siège de soupape à l'extrémité fermée du côté de la chambre de combustion du perçage du corps d'injecteur, et entre les angles au sommet des cônes de la sur- face d'étanchéité de l'injecteur et de la surface formant siège d'injecteur, il existe une différence d'angle de siège formée par une arête périphérique entre l'organe d'obturation et le corps d'injecteur et par au moins un orifice d'injection dans la zone adjacente en aval de l'arête d'étanchéité dans la sur- face formant siège d'injecteur. Un tel injecteur de carburant, connu selon le docu- ment DE-43 03 813, a un organe d'obturation en forme de piston qui coulisse axialement dans le perçage d'un corps d'injecteur.20 L'organe d'obturation comporte à son extrémité située du côté de la chambre de combustion, une surface d'étanchéité de sou- pape, conique, coopérant avec la surface de siège de soupape conique du corps de l'injecteur; celle-ci forme le perçage fermé de l'injecteur au niveau de son extrémité venant en saillie vers l'intérieur. La différence d'angle de siège entre la surface d'étanchéité conique et la surface de siège forme une arête périphérique de siège au niveau de l'organe d'obturation, qui assure l'étanchéité vis-à-vis d'une chambre de pression adjacente en amont, lorsque l'injecteur est fermé. En aval de cette arête formant siège, il est prévu au moins un orifice d'injection débouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion ainsi alimenté, dans la paroi du corps d'injecteur qui part de la surface du siège de soupape. Dans le cas de l'injecteur connu ayant une cons- truction dite à " buse à orifice de siège ", la différence d'angle de siège entre la surface d'étanchéité de l'organe d'obturation et la surface de siège du corps de l'injecteur correspond à une valeur très faible (de l'ordre de 0,15 à 1,25 ) si bien qu'en cas d'irrégularité de la surface du corps de l'injecteur et/ou de l'organe d'obturation au niveau du siège, l'organe d'obturation ne permet pas d'assurer l'étanchéité exactement au niveau du diamètre de l'arête d'étanchéité périphérique mais selon une ligne de contact aléa- toire entre l'organe d'obturation et le corps de l'injecteur. Cette ligne de contact et ainsi la surface d'attaque de pression hydraulique agissant dans le sens de l'ouverture au niveau de la surface de l'organe d'obturation10 conique, et qui participe à la pression d'ouverture de l'injecteur, peut se modifier alors d'une manière gênante selon la position de rotation de l'organe d'obturation, la force de rappel du ressort de l'injecteur restant constante. Cette va- riation de la ligne de contact du fait des caractéristiques aléatoires de la surface du corps de l'injecteur et de l'organe d'obturation dans la zone du siège produisent une variation de la pression d'ouverture de l'injecteur qui peut dépasser les tolérances de réglage acceptables. Cela se traduit par une fa- brication plus complexe et des travaux de réglage importants;20 cet inconvénient est accentué en particulier lorsqu'on utilise une force de rappel à deux niveaux, c'est-à-dire pour des in- jecteurs assurant une pré-injection et une injection princi- pale. Avantages de l'invention. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un injecteur de carburant correspondant au type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'intervalle annulaire adjacent en aval de l'arête formant siège, entre la surface formant siège de soupape et la surface d'étanchéité de soupape de l'organe d'obturation, est augmenté par une cavité radiale périphérique prévue entre l'arête for- mant siège et l'embouchure de l'orifice d'injection. L'injecteur selon l'invention offre l'avantage que, quelle que soit la position de rotation de l'organe d'obtura- tion et malgré les irrégularités des surfaces d'étanchéité dans la plage de tolérances, on réalise une ligne de contact déter- minée (ligne d'étanchéité) au niveau de l'arête du siège entre la surface du siège de soupape et l'organe d'obturation. La ro- tation de l'organe d'obturation par rapport aux injecteurs con- nus, se traduit par des différences considérablement plus fai- bles pour le diamètre du siège à effet hydraulique. En outre, la dispersion du diamètre de siège actif sur le plan hydrauli- que se situe pour des fabrications en série, dans une plage considérablement plus réduite. La ligne de contact, définie de manière certaine au niveau de l'arête du siège, est obtenue ainsi de manière avan- tageuse par une cavité périphérique radiale qui rejoint direc- tement en aval, l'arête de siège et qui, en variante, peut être usinée dans la surface d'étanchéité de l'organe d'obturation ou dans la surface de siège du corps d'injecteur. Cette cavité ex- clut avec certitude tout contact entre l'organe d'obturation et le corps de l'injecteur en dehors du siège d'étanchéité au ni-15 veau de l'arête du siège car, en dessous de la cavité, dans la direction de l'orifice d'injection, l'intervalle entre l'organe d'obturation et le corps de l'injecteur est beaucoup plus im- portant que les éventuelles irrégularités de surface. Cet effet est renforcé de manière avantageuse par une différence d'angle de siège plus importante que dans l'état de la technique et qui va jusqu'à 5 . Cette plus grande distance entre l'organe d'obturation et le corps d'injecteur dans la zone critique per- met de diminuer considérablement les moyens mis en oeuvre pour le réglage de la pression d'ouverture de l'injecteur. Cette opération de réglage peut être faite à la place d'un réglage hydraulique avec une phase de réglage de force (par exemple par un capteur piézo- électrique de force); cela permet d'automatiser simplement cette opération de réglage. En outre, un tel réglage de la force exercée par la pression d'ouverture de l'injecteur offre l'avantage que le réglage se fasse sans lubrifiant, ce qui diminue considérablement les moyens mis en oeuvre. La cavité est réalisée de façon avantageuse sous la forme d'une rainure annulaire à section bombée; la plus grande distance par rapport à la surface de paroi opposée se trouve dans la zone médiane. Les rayons des courbures se situent de préférence dans une plage comprise entre 0,2 et 0,8 mm et la distance maximale entre la cavité et la surface de paroi oppo- sée est de préférence comprise entre 0,01 et 0,05 mm. Le pas- sage de la section entre l'arête de siège et la cavité ou entre la surface de siège et la cavité, peut se faire par arête vive ou avec un certain congé (rayon compris de préférence entre 0,1 et 0,8 mm). Pour éviter d'influencer l'étanchéité de l'orifice d'injection et ainsi les retours de gaz de combustion à l'intérieur de l'injecteur, la cavité radiale n'arrive pas di- rectement jusqu'au niveau de l'orifice d'entrée de l'orifice d'injection mais reste séparée de celui-ci par une faible zone d'entretoise résiduelle. De manière particulièrement avantageuse, on utilise la cavité et ainsi l'arête d'étanchéité ou de siège définie de manière précise sur les injecteurs à course d'ouverture étagée, car alors les inconvénients décrits de l'injecteur connu se ré- percutent d'une manière particulièrement forte sur la caracté- ristique de débit au niveau de l'injecteur. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - la cavité radiale périphérique est prévue dans la paroi de la surface d'étanchéité de l'organe d'obturation (5), - la cavité radiale périphérique est prévue dans la paroi de la surface formant siège d'injecteur du corps d'injecteur, - la cavité radiale fait suite directement à l'arête formant siège, - lorsque l'organe d'obturation est appliqué contre le siège de soupape, l'extrémité dirigée vers l'aval, inférieure, de la cavité radiale, étant à une distance minimale de l'extrémité supérieure tournée vers le haut de l'embouchure de l'orifice d'injection, pour laisser entre la cavité radiale et l'orifice d'injection, une zone d'intervalle angulaire de faible dimension, - la cavité radiale est une rainure annulaire, - le passage de la section formée entre l'arête formant siège et la cavité correspond à une arête vive, - le passage de section entre l'arête formant siège et la cavi- té présente un rayon de courbure, - la cavité annulaire en forme de rainure a une section bombée, dont la distance maximale médiane par rapport à la surface de paroi opposée est de l'ordre de 0,01 à 0, 06 mm, la différence d'angle de siège, formée entre la surface de siège d'injecteur conique et la surface d'étanchéité conique de l'organe d'obturation, est au maximum égale à 5 , - en amont de la surface d'étanchéité de soupape (7) sur l'organe formant obturateur, il est prévu une surface d'attaque conique dont l'angle au sommet est inférieur à l'angle au sommet de la surface d'étanchéité conique, le pas- sage entre la surface d'entrée et la surface d'étanchéité de soupape formant l'arête constituant un siège sur l'organe d'obturation, et l'angle d'entrée, entre la surface d'entrée de l'organe d'obturation et la surface formant siège d'injecteur sur le corps d'injecteur, a une valeur comprise entre 45 et 60 , - la force d'obturation, qui presse l'organe d'obturation con- tre le siège de soupape, est générée par deux ressorts de soupape dont le premier ressort sollicite en permanence l'organe d'obturation et le second ressort n'agit sur cet or- gane, dans le sens de l'ouverture, qu'après avoir effectué un mouvement de course préalable pour l'organe d'obturation. Dessin. Deux exemples de réalisation d'un injecteur, selon l'invention pour des moteurs à combustion interne, sont repré- sentés dans le dessin et seront décrits ci-après. Ainsi: - la figure 1 est une coupe longitudinale de l'injecteur, - la figure 2 montre un détail à échelle agrandie d'un premier exemple de réalisation de la figure 1, dans lequel la cavité radiale est prévue dans la surface d'étanchéité de l'organe d'obturation, - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 montrant un second exemple de réalisation dans lequel la cavité radiale est usinée dans la paroi de la surface de siège du corps d'injecteur. Description des exemples de réalisation. L'injecteur de carburant représenté en coupe à la figure 1, destiné à des moteurs à combustion interne, comporte un organe d'obturation 5 guidé axialement dans un perçage 1 d'un corps d'injecteur 3; à son extrémité pénétrant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne non repré- senté, cet organe a une surface d'étanchéité 7, conique, coopé- rant avec la surface de siège de soupape 9, conique, à l'extrémité fermée du perçage 1 du corps d'injecteur 3; à par- tir de cette extrémité, un orifice d'injection 10 débouche dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne; pour une image plus précise de la zone du siège de soupape, on se reportera aux figures 2 et 3 dont la description sera donnée ci-après. A son extrémité opposée au siège de soupape 9, l'organe d'obturation 5 arrive par une pièce de poussée 11 dans une chambre à ressorts 13; cette chambre loge deux ressorts d'injecteur, l'un derrière l'autre qui sollicitent l'organe d'obturation 5 dans le sens de fermeture vers le siège de sou- pape 9; le premier de ces ressorts, à savoir le ressort 15, est appliqué en permanence contre l'organe d'obturation 5, alors que le second ressort 17 n'agit sur l'organe d'obturation , que lorsqu'on a parcouru une certaine course préalable, de façon que le mouvement de la course d'ouverture de l'organe d'obturation 5 selon l'état de la technique, soit subdivisé de manière connue depuis longtemps en une phase de préinjection et une phase d'injection principale. L'alimentation en carburant à haute pression au ni- veau du siège de soupape 9 se fait par une conduite de pression 19 réalisée dans l'injecteur; cette conduite débouche dans une chambre de pression 21 formée entre le corps de l'organe d'obturation 5 et la paroi du perçage 1; cette chambre de pression arrive jusqu'au niveau du siège d'injecteur 9. La description de la structure selon l'invention de la zone du siège de soupape de l'injecteur sera faite ci-après à l'aide de deux exemples de réalisation représentés aux figu- res 2 et 3 à une échelle agrandie par rapport à la figure 1. Dans les deux exemples de réalisation, entre la tige cylindrique de l'organe d'obturation 5 et la surface d'étanchéité de soupape 7, conique, sur le corps 5 de l'obturateur, il y a une surface d'attaque 23 également coni- que. Cette surface présente un angle au sommet plus faible que la surface d'étanchéité 7, conique, de sorte qu'à la transition entre la surface d'attaque 23 et la surface d'étanchéité 7, il se forme une arête 25 périphérique constituant un siège; cette arête s'applique de manière étanche contre la surface formant siège 9 du corps d'injecteur 3, pour couper de façon étanche la chambre de pression 21, adjacente, en amont. La mesure de l'angle d'attaque a compris entre la surface formant siège de soupape 9 et la surface d'entrée 23 est de préférence de l'ordre de 55 (non représentée). Pour avoir un bon siège d'étanchéité, l'angle au sommet de la surface conique 9 du siège d'étanchéité et l'angle au sommet du corps de la surface d'étanchéité 7 de l'organe d'obturation 5 correspondent à une différence d'angle de siège 3 d'environ 5 . Pour avoir une ligne de contact déterminée au ni- veau de l'arête formant siège 25, il est en outre prévu une ca- vité radiale périphérique 27 en forme de rainure annulaire raccordée directement en amont à l'arête formant siège 25 et dont l'extrémité 29 inférieure, dirigée vers l'aval, se trouve à une certaine distance X par rapport à l'extrémité 31, tournée vers l'amont, de l'embouchure de l'orifice d'injection 10. La cavité 27 est bombée avec un rayon compris entre 0,2 et 0,8 mm; la plus grande distance par rapport à la surface de paroi opposée se trouve sensiblement dans la zone médiane de la cavité périphérique 27. La cavité 27, selon le premier exemple de réalisa- tion représenté à la figure 2, est prévue dans la paroi de la surface d'étanchéité 7 de l'organe formant obturateur 5; le passage de la section au niveau de l'arête 25 formant siège est à arête vive. En variante, on peut également envisager un pas- sage ou transition avec un certain rayon de courbure. La mesure maximale de l'intervalle, dans la zone médiane de la cavité, est alors d'environ 0,01 à 0,06 mm. Dans le cas du second exemple de réalisation repré- senté à la figure 3, la cavité 27 est prévue dans la paroi de la surface 9 formant siège de soupape; elle rejoint directe- ment en aval la zone de chevauchement avec l'arête 25 formant siège. Dans ce second exemple de réalisation, la plus grande dimension Y de l'intervalle se trouve également au milieu de la cavité 27. En outre, à la figure 3, il subsiste un intervalle annulaire de faible diamètre entre l'extrémité inférieure 29 de la cavité 27 et l'arête supérieure 31 de l'embouchure de l'orifice d'injection 10. L'injecteur de carburant selon l'invention fonc- tionne de manière connue; le carburant à haute pression qui arrive dans la chambre de pression 21 soulève l'organe formant obturateur 5, contre la force de rappel, par rapport au siège de soupape 9; cela libère la section d'injection et le carbu- rant arrive, à travers les orifices d'injection 10, dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Le mouve- ment d'ouverture pour l'injecteur représenté, est subdivisé en deux phases par deux ressorts de soupape 15, 17 agissant suc- cessivement; on a tout d'abord la commande d'ouverture de fai- ble section seulement par laquelle on injecte une quantité de préinjection, suivie par la commande d'ouverture maximale de la section d'ouverture correspondant à l'injection de la quan- tité principale. Les moyens de l'invention garantissent ainsi une extension de la section faisant suite à l'arête 25 formant siège, en aval, de sorte que l'arête d'étanchéité formée par l'arête 25 présente toujours, même en cas d'irrégularité de surface du siège de soupape 9 et/ou de la surface d'étanchéité de soupape 7, un tracé de ligne de contact déterminé de manière précise. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S ) Injecteur de carburant pour moteurs à combustion interne, comprenant un organe d'obturation (5) coulissant axialement dans un perçage (1) d'un corps d'injecteur (3), cet organe ayant à son extrémité tournée vers la chambre de combustion du moteur à combustion interne, une surface d'étanchéité (7), co- nique, par laquelle elle coopère avec une surface conique (9) formant siège de soupape à l'extrémité fermée du côté de la chambre de combustion du perçage (1) du corps d'injecteur (3),10 et entre les angles au sommet des cônes de la surface d'étanchéité (7) de l'injecteur et de la surface formant siège d'injecteur (9), il existe une différence d'angle de siège for- mée par une arête périphérique (25) entre l'organe d'obturation (5) et le corps d'injecteur (3) et par au moins un orifice d'injection (10) dans la zone adjacente en aval de l'arête d'étanchéité (25) dans la surface formant siège d'injecteur (9), caractérisé en ce que l'intervalle annulaire adjacent en aval de l'arête formant20 siège (25), entre la surface (9) formant siège de soupape et la surface d'étanchéité de soupape (7) de l'organe d'obturation (5), est augmenté par une cavité radiale périphérique (27) pré- vue entre l'arête formant siège (25) et l'embouchure de l'orifice d'injection (10). 2 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité radiale périphérique (27) est prévue dans la paroi de la surface d'étanchéité (7) de l'organe d'obturation (5). 3 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité radiale périphérique (27) est prévue dans la paroi de la surface formant siège d'injecteur (9) du corps d'injecteur (3). 4 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité radiale (27) fait suite directement à l'arête formant siège (25). ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque l'organe d'obturation (5) est appliqué contre le siège de soupape (9), l'extrémité (29) dirigée vers l'aval, infé- rieure, de la cavité (27) radiale, étant à une distance mini- male (X) de l'extrémité supérieure (31) tournée vers le haut de l'embouchure de l'orifice d'injection (10), pour laisser entre la cavité radiale (27) et l'orifice d'injection (10), une zone d'intervalle angulaire de faible dimension. 6 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité radiale (27) est une rainure annulaire. 7 ) Injecteur de carburant selon la revendication 6, caractérisé en ce que le passage de la section formée entre l'arête formant siège (25) et la cavité (27) correspond à une arête vive. 8 ) Injecteur de carburant selon la revendication 6, caractérisé en ce que le passage de section entre l'arête formant siège (25) et la cavité (27) présente un rayon de courbure. 9 ) Injecteur de carburant selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cavité annulaire en forme de rainure (27) a une section bom- bée, dont la distance maximale médiane (Y) par rapport à la surface de paroi opposée est de l'ordre de 0,01 à O, 06 mm. ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence d'angle de siège (f), formée entre la surface de siège d'injecteur (9) conique et la surface d'étanchéité coni- Ill que (7) de l'organe d'obturation (5), est au maximum égale à . 11 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que en amont de la surface d'étanchéité de soupape (7) sur l'organe formant obturateur (5), il est prévu une surface d'attaque (23) conique dont l'angle au sommet est inférieur à l'angle au som- met de la surface d'étanchéité conique (7), le passage entre la surface d'entrée (23) et la surface d'étanchéité de soupape (7) formant l'arête constituant un siège (25) sur l'organe d'obturation (5), et l'angle d'entrée (a), entre la surface d'entrée (23) de l'organe d'obturation (5) et la surface for- mant siège d'injecteur (9) sur le corps d'injecteur (3), a une valeur comprise entre 45 et 600. 12 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force d'obturation, qui presse l'organe d'obturation (5) contre le siège de soupape (9), est générée par deux ressorts de soupape dont le premier ressort (15) sollicite en permanence l'organe d'obturation (5), et le second ressort (17) n'agit sur cet organe, dans le sens de l'ouverture, qu'après avoir effec- tué un mouvement de course préalable pour l'organe d'obturation (5).