Brevet FR2736097A1 — publié le 19970103

" Injecteur de carburant à très haute pression dans des mo- teurs à combustion interne " Etat de la technique: L'invention concerne un injecteur de carburant pour des moteurs à combustion interne, avec un corps d'in- jecteur serré sur un corps de maintien d'injecteur, dans lequel on fait passer un membre d'injecteur dans un alésage de façon à pouvoir coulisser axialement, et dans lequel l'alésage présente un espace sous pression élargi radiale- ment, dans lequel débouche au moins un canal d'alimentation s'étendant à côté de l'alésage et avec un écrou de serrage, qui en reposant par un épaulement annulaire intérieur, constitué de façon conique sur un appendice annulaire coni- que du corps de l'injecteur, disposé dans le haut de l'es- pace sous pression, serre ce corps contre le corps de maintien de l'injecteur. Dans le cas des injecteurs habituels de carbu- rant de ce type, le canal d'amenée du carburant dans le corps de l'injecteur s'étend obliquement par rapport à son axe médian à côté de l'alésage de guidage pour le corps de l'injecteur (aiguille), qui s'étend de façon coaxiale par rapport à l'axe médian et intersecte latéralement l'espace sous pression constitué en contre-dépouille, formé par un élargissement de la section transversale de l'alésage de guidage. Du fait du parcours oblique du canal d'amenée la paroi du corps de l'injecteur entre le canal d'amenée et l'alésage de guidage, près de l'embouchure du canal d'ame- née dans l'espace sous pression, n'a qu'une faible épais- seur. A cela s'ajoute le fait que la paroi, qui entoure l'espace sous pression, du corps de l'injecteur a l'épais- seur et la résistance la plus faible du fait du diamètre nécessaire pour la distribution du carburant. Dans le cas de pressions d'injection allant jusqu'à 400 bars, il ne se produit pas de dommages significatifs dans le cas des in- jecteurs de carburant connus. Dans le cas de pressions d'injection plus élevées, qui aujourd'hui dans le cas de moteurs à combustion à injection directe peuvent monter jusqu'à environ 1800 bars, il peut se produire une rupture à l'extrémité de la cloison intermédiaire entre l'alésage de guidage et le canal d'amenée de l'espace sous pression, qui peut se développer avec le temps et aboutir à la des- truction du corps de l'injecteur. En particulier de telles ruptures proviennent des sollicitations dynamiques élevées de la pression intérieure en liaison avec la tension stati- que, avec laquelle le corps de l'injecteur est serré par l'écrou de serrage contre le corps de maintien de l'injec- teur et avec laquelle l'injecteur lui-même est pressé par l'écrou de serrage contre une contrebutée dans le carter du moteur à combustion. Dans le cas d'injecteurs de carburant, qui sont combinés directement avec une pompe haute pres- sion, ce qu'on appelle des gicleurs de pompe, on en arrive à ce que, lors de la montée en pression, la pression axiale de la pompe soit transmise par l'intermédiaire du corps de maintien au corps de l'injecteur. Pour réduire le risque de rupture dans la zone de l'espace sous pression, il est connu aussi par le docu- ment DE-OS-41 42 430, de constituer de façon conique sur le corps de l'injecteur les épaulements annulaires de l'écrou de serrage, qui serre le corps de l'injecteur axialement contre le corps de maintien, à leurs extrémités situées à l'opposé du corps de maintien, et l'appendice annulaire qui coopère avec cette extrémité, de telle sorte que la force de serrage de l'écrou de serrage, lors du blocage du corps de l'injecteur contre le corps de maintien, et la force de serrage, lors du serrage de tout l'injecteur dans le carter du moteur à combustion, soient introduites sur le corps de l'injecteur d'une façon telle quelles agissent à cet en- droit ensemble à l'encontre de la force de la pression ré- gnant dans l'espace sous pression, qui se trouve sous une pression élevée de carburant, en particulier dans la zone du canal d'amenée à l'entrée de celui-ci. Dans ce cas on réalise, dans le cas de l'injecteur de carburant connu, l'angle des surfaces coniques sur le corps de l'injecteur et sur l'écrou de serrage avec la même grandeur, ce qui a pour inconvénient d'entraîner un coût très élevé de fabri- cation pour obtenir un appui plan des surfaces. En outre on en arrive à avoir sur l'écrou de serrage et sur le corps de l'injecteur, lors du serrage du corps de l'injecteur contre le corps de maintien et lors du serrage de l'injecteur dans le carter du moteur à combustion interne, ainsi que du fait de la pression exercée par l'espace sous pression dans le corps de l'injecteur, une position indéfinie des surfaces coniques du corps de l'injecteur et de l'écrou de serrage l'une par rapport à l'autre de telle sorte que l'on ne peut pas déterminer de façon optimale l'endroit de l'introduc- tion des forces sur le corps de l'injecteur. En outre on court, le risque qu'il se produise une grande différence angulaire de ce type entre l'appendice annulaire conique du corps de l'injecteur et l'épaulement annulaire conique de l'écrou de serrage, de telle sorte que l'arête correspon- dante, qui délimite l'appendice annulaire du corps de l'in- jecteur, s'encastre dans la surface de l'épaulement annulaire conique de l'écrou de serrage réalisé en une ma- tière plus molle. Ceci a pour conséquence que les composan- tes radiales des forces introduites sur le corps de l'injecteur sont fortement affaiblies et ne s'oppose plus de façon suffisante à un élargissement du corps de l'injec- teur et par suite à une rupture possible sur celui-ci. Avantages de l'invention: L'injecteur de carburant selon l'invention est caractérisé en ce que l'angle de l'appendice annulaire co- nique du corps de l'injecteur par rapport à l'axe du membre de l'injecteur est plus petit que l'angle de l'épaulement annulaire conique de l'écrou de serrage et en ce qu'entre l'extrémité radialement intérieure de l'appendice annulaire conique et une partie de la tige du corps de l'injecteur, qui a un diamètre plus petit, on prévoit une surface fron- tale annulaire, qui en formant une arête annulaire se transforme en la face de l'appendice annulaire conique du corps de l'injecteur, l'arête annulaire étant disposée en dehors de la surface d'appui de l'épaulement annulaire co- nique de l'écrou de serrage, qui coopère avec l'appendice annulaire conique. L'injecteur de carburant selon l'invention a l'avantage, par rapport à l'état de la technique, que même dans le cas de pressions très élevées (environ 1800 bars) dans l'espace sous pression, on peut éviter de façon sûre une rupture du corps de l'injecteur. On parvient à ceci dans ce cas d'une manière avantageuse en concevant l'angle des surfaces coniques qui coopèrent de l'écrou de serrage et du corps de l'injecteur, de façon que l'angle de l'ap- pendice annulaire conique sur le corps de l'injecteur par rapport à l'axe du membre de l'injecteur soit réalisé de façon plus petite que l'angle de l'épaulement annulaire co- nique sur l'écrou de serrage par rapport à l'axe du membre de l'injecteur. De cette manière, on parvient à avoir une introduction des forces, exactement localisée et concen- trée, sur le corps de l'injecteur, qui s'oppose aux solli- citations de la pression. En outre, on prévoit une surface annulaire axiale sur le corps de l'injecteur, qui est for- mée entre l'extrémité intérieure radialement de la surface conique de l'appendice annulaire et la tige du membre de l'injecteur et qui simplifie la fabrication de la surface conique sur le corps de l'injecteur. Ceci a en outre pour avantage que l'arête annulaire, qui est formée entre la surface frontale et l'appendice conique annulaire peut être mise dans une zone, qui n'arrive jamais de façon sûre en appui sur l'épaulement annulaire conique de l'écrou de ser- rage, de telle sorte que l'on évite de façon sûre un encas- trement de l'arête du corps de l'injecteur dans l'écrou de serrage. Pour cela la surface conique de l'épaulement annu- laire de l'écrou de serrage peut présenter d'une manière avantageuse aussi deux zones d'épaulement annulaire incli- nées différemment, une zone, se trouvant radialement à l'intérieur et présentant un angle plus petit par rapport à l'axe du membre de l'injecteur, étant alors libre. Suivant d'autres développements avantageux de l'invention: - l'épaulement annulaire conique de l'écrou de serrage pré- sente deux zones d'épaulement annulaire inclinées diffé- remment, dont une zone d'épaulement annulaire radialement extérieure, présentant l'angle, coopère avec la surface de l'appendice annulaire du corps de l'injecteur et une zone d'épaulement annulaire, qui présente un plus petit angle par rapport à l'axe du membre de l'injecteur et se raccorde au corps de l'injecteur par une arête, reste li- bre. - l'arête comprise entre la zone d'épaulement annulaire ra- dialement extérieure et la zone d'épaulement annulaire, se trouvant radialement intérieure, de l'écrou de serrage repose sur la surface conique d'appendice annulaire du corps de l'injecteur. Dessins: La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 montre une coupe à travers la partie de l'in- jecteur de carburant qui se trouve du côté de la chambre de combustion et, - la figure 2 montre une section agrandie de l'injecteur selon la figure 1 dans la zone de l'espace sous pression. Description de l'exemple de réalisation: L'injecteur de carburant, représenté à la fi- gure 1, pour des moteurs à combustion interne présente un corps d'injecteur 1, qui est serré en interposant une ron- delle intermédiaire 3 au moyen d'un écrou de serrage 5 en forme de manchon axialement sur un corps de maintien d'in- jecteur 7. Le corps de l'injecteur 1 présente un alésage axial 9, dans lequel on fait passer un membre d'injecteur 11 en forme de piston de façon qu'il puisse coulisser axia- lement, membre qui coopère à l'une de ses extrémités avec un siège 13 tourné vers l'intérieur dans une cuvette 15, située du côté de la chambre de combustion, dans laquelle sont disposés plusieurs orifices d'injection 17 en aval derrière le siège de l'injecteur 13. Le corps de l'injec- teur 1 est une pièce symétrique de révolution avec une sec- tion supérieure épaisse 19 et avec une partie en forme de tige effilée, inférieure 21, dont l'extrémité, située du côté de la chambre de combustion, est fermée par la cuvette 15. La partie, qui est disposée dans la section supérieure 19, de l'alésage 9 est constituée sous la forme d'un alé- sage de guidage 23 pour la pièce de guidage 25 du membre de l'injecteur 11. La partie de l'alésage 9, qui s'étend dans la tige du corps de l'injecteur 21, délimite, en même temps que la tige du membre de l'injecteur 11, une fente annu- laire 27 qui s'étend jusqu'au siège de l'injecteur 13. Dans la section supérieure 19, on a disposé à proximité de la partie inférieure de la tige 21, entre l'alésage de guidage 23 et la fente annulaire 27 de l'alésage 9 un espace sous pression 29 en contre-dépouille, dont le diamètre est élar- gi, et dont la délimitation extérieure 21 est de préférence galbée et se transforme en la fente annulaire 27. Un res- sort de fermeture 33, inséré dans un trou borgne du corps de maintien de l'injecteur 7, maintient le membre de l'in- jecteur 11 en appui sur le siège de l'injecteur 13. Pour amener le carburant, un canal d'alimentation 37 s'étend dans la section supérieure plus épaisse 19 du corps de l'injecteur 1 en partant de sa face frontale supérieure, près de l'alésage de guidage 23 qui va à l'espace sous pression 29 et qui intersecte celui-ci par en haut latéra- lement. Pour maintenir le diamètre de l'espace sous pres- sion 29 aussi petit que possible et la section transversale de l'embouchure suffisamment grande, le canal d'alimenta- tion 37 s'étend de façon oblique par rapport à l'alésage de guidage 23, la distance de son entrée sur la face frontale supérieure du corps de l'injecteur 1 par rapport à l'axe étant plus grande que la distance de son embouchure dans l'espace sous pression 29, de telle sorte que l'épaisseur de la paroi intermédiaire 39 à proximité de la zone d'em- bouchure du canal d'alimentation 37 et à proximité du pas- sage de l'alésage de guidage 23 dans l'espace sous pression 29 soit petite. L'écrou de serrage 5, en forme de manchon, constitué comme un écrou d'accouplement, qui est vissé, en venant en prise avec la section supérieure 19 du corps de l'injecteur 1, à l'aide d'un filetage 41, sur un filet de vis 43 sur le corps de maintien de l'injecteur 7, a un épaulement annulaire conique intérieur 45, sur lequel s'ap- puie le corps de l'injecteur 1 par un appendice annulaire conique 47 au passage entre la section supérieure 19 et la partie inférieure effilée de la tige 21. La configuration, essentielle pour l'invention, de l'épaulement annulaire 45 de l'écrou de serrage 5 et de l'appendice annulaire 47 sur le corps de l'injecteur 1 res- sort de la section agrandie représentée à la figure 2 de l'injecteur. Dans ce cas, l'angle xD de l'appendice annu- laire conique 47 sur le corps de l'injecteur 1 par rapport à l'axe du membre de l'injecteur est réalisé de façon plus petite que l'angle OS de l'épaulement annulaire conique 45 de l'écrou de serrage 5 par rapport à l'axe du membre de l'injecteur. En outre au passage entre l'extrémité infé- rieure, radialement intérieure de l'appendice annulaire co- nique 47 et de la partie de la tige 21, on a prévu une face frontale annulaire 49 sur le corps de l'injecteur 1, qui est adjacente en formant une arête annulaire 51 sur l'ap- pendice annulaire conique 47. Pour éviter de façon sûre que cette arête annulaire 51 du corps de l'injecteur 1, réalisé en une matière très dure, ne s'encastre dans la surface de l'épaulement annulaire 45 de l'écrou de serrage 5, réalisé en une matière plus molle, on a divisé en outre la surface de l'épaulement annulaire 45 de l'écrou de serrage 5 en deux zones d'épaulement annulaire inclinées différemment. Une zone d'épaulement annulaire 53, radialement extérieure, qui présente l'angle aS agit dans ce cas comme surface d'appui pour l'appendice annulaire conique 47 du corps de l'injecteur 1. A cette zone d'épaulement annulaire 53 se raccorde par une arête 53 une zone d'épaulement annulaire radialement intérieure 57, dont l'angle par rapport à 'axe du membre de l'injecteur est plus petit d'une manière telle que cette zone d'épaulement annulaire 57 soit constamment libre et ne vienne pas en appui à partir de l'arête 55 sur le corps de l'injecteur 1. Ce faisant l'arête 55 se trouve radialement en-dehors de l'arête annulaire 51 qui demeure constamment libre. Lors du serrage axial du corps de l'injecteur 1 contre le corps de maintien de l'injecteur 7 au moyen de l'écrou de serrage 5, on introduit alors par les surfaces d'appui de forme conique aussi bien les forces axiales que les forces radiales sur le corps de l'injecteur 1, les forces radiales agissant à l'encontre des tensions formées dans le corps de l'injecteur 1 lors de la sollicitation de l'injecteur par la pression intérieure et par l'introduc- tion de forces axiales, en particulier dans la zone criti- que de rupture à proximité de l'espace sous pression 29. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Injecteur de carburant pour moteurs à com- bustion interne, avec un corps d'injecteur (1) serré sur un corps de maintien d'injecteur (7), dans lequel on fait pas- ser un membre d'injecteur (11) dans un alésage (9) de façon à pouvoir coulisser axialement, et dans lequel l'alésage (9) présente un espace sous pression (29) élargi radiale- ment, dans lequel débouche au moins un canal d'alimentation (37) s'étendant à côté de l'alésage (9) et avec un écrou de serrage (5), qui en reposant par un épaulement annulaire (45) intérieur, constitué de façon conique sur un appendice annulaire conique (47) du corps de l'injecteur (1), disposé dans le haut de l'espace sous pression (29), serre ce corps contre le corps de maintien de l'injecteur (7), injecteur de carburant caractérisé en ce que l'angle (cD) de l'appen- dice annulaire conique (47) du corps de l'injecteur (1) par rapport à l'axe du membre de l'injecteur est plus petit que l'angle (cS) de l'épaulement annulaire conique (45) de l'écrou de serrage (5) et en ce qu'entre l'extrémité radia- lement intérieure de l'appendice annulaire conique (47) et une partie de la tige (21) du corps de l'injecteur, qui a un diamètre plus petit, on prévoit une surface frontale an- nulaire (49), qui en formant une arête annulaire (51) se transforme en la face de l'appendice annulaire conique (47)25 du corps de l'injecteur (1), l'arête annulaire (51) étant disposée en dehors de la surface d'appui de l'épaulement annulaire conique (45) de l'écrou de serrage (5), qui coo- père avec l'appendice annulaire conique (47). 2 ) Injecteur de carburant selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'épaulement annulaire coni- que (45) de l'écrou de serrage (5) présente deux zones d'épaulement annulaire inclinées différemment, dont une zone d'épaulement annulaire (53) radialement extérieure, présentant l'angle (eS), coopère avec la surface de l'ap- pendice annulaire (47) du corps de l'injecteur (1) et une 1l zone d'épaulement annulaire (57), qui présente un plus pe- tit angle par rapport à l'axe du membre de l'injecteur et se raccorde au corps de l'injecteur par une arête (55), reste libre. 3 ) Injecteur de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que l'arête (55) comprise entre la zone d'épaulement annulaire radialement extérieure et la zone d'épaulement annulaire, se trouvant radialement inté- rieure, de l'écrou de serrage (5) repose sur la surface co-10 nique d'appendice annulaire (47) du corps de l'injecteur (1)