Brevet FR2772084A1 — publié le 19990611

Etat de la technique: La présente invention concerne un injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne, comprenant un organe d'obturation (aiguille) coulissant axialement dans un perçage d'un corps d'injecteur, cet organe ayant une surface d'étanchéité de soupape à son extrémité tournée vers la cham- bre de combustion, surface par laquelle cet organe coopère avec une surface de siège de soupape solidaire du corps de l'injecteur pour commander la section d'injection, ainsi10 qu'un épaulement de pression prévu sur le corps de l'organe d'obturation et agissant dans la direction d'ouverture de l'organe d'obturation, cet épaulement pénétrant dans une chambre de pression de section élargie, dans laquelle débou- che un canal de pression qui peut être relié à une source de15 carburant à haute pression, la chambre de pression étant re- liée à la surface formant siège de soupape par un canal annu- laire s'étendant axialement, entre le corps de l'organe d'obturation et la paroi du perçage, ainsi qu'une seconde conduite d'alimentation par laquelle l'injecteur reçoit au niveau de la section d'injection un second fluide. Dans de tels injecteurs de carburant connus par exemple selon les documents DE-42 03 144 A1 et DE- 42 30 641 Al, il y a un canal axial d'alimentation et des perçages radiaux dans l'organe d'obturation. Le perçage axial communique par des perçages transversaux avec une extension du corps de buse dans laquelle débouche le canal d'alimentation La difficulté est qu'il faut mettre en oeuvre des moyens de fabrication importants pour réaliser de tels injec- teurs. De plus, à cause de la seconde conduite d'alimentation dans le corps de l'injecteur, il ne subsiste que de faibles épaisseurs de paroi dans la tige du corps d'injecteur, si bien qu'il n'est pas possible d'utiliser un tel injecteur de carburant aux pressions d'injection très élevées allant jus- qu'à 1800 bars. De plus, l'alimentation du second fluide, en général de l'eau, est délicate dans la zone voisine du siège de soupape, car on ne peut réaliser une stratification opti- male entre le carburant, l'eau, puis de nouveau le carburant. Le document DE 197 06 661.5 non publié antérieu- rement, décrit un injecteur pour des moteurs à combustion in- terne dans lequel le second canal d'alimentation débouche dans la chambre de pression. On arrive ainsi à une meilleure stratification entre le carburant, le fluide, puis de nouveau le carburant. Mais la difficulté de cette solution est d'une part que la seconde conduite d'alimentation se trouve égale- ment dans le corps de l'injecteur, ce qui diminue sa solidité en particulier aux pressions d'injection élevées. D'autre 1) part, il est délicat que la seconde conduite d'alimentation comme le canal de pression se terminent dans la chambre de pression. Du fait de la chambre de pression annulaire, on peut avoir des résidus gênants du second fluide, c'est-à-dire des zones d'eaux mortes dans le cas de l'eau. La présente invention a pour but de développer un injecteur de carburant du type défini ci-dessus, permettant d'une part une stratification optimale entre le carburant et le second fluide de préférence de l'eau, puis de nouveau le carburant et évitant d'autre part les résidus du second fluide dans la chambre de pression et dans le canal annu- laire. Avantages de l'invention: La présente invention concerne à cet effet un in- jecteur de carburant du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la chambre de pression présente une forme optimisée pour l'écoulement, asymétrique à la fois dans la direction axiale et dans la direction radiale du corps d'injecteur, re- joignant l'embouchure du canal de pression, et la seconde conduite d'alimentation débouche dans le canal de pression au-dessus de la chambre de pression. Grâce à la forme de la chambre de pression opti- misée pour le passage, asymétrique à la fois dans la direc- tion axiale et dans la direction radiale du corps de l'injecteur, avec une forme qui rejoint l'embouchure du canal de pression, pour la chambre de pression, ou évite dans une très large mesure les résidus gênants du second fluide dans la chambre de pression et dans le canal annulaire, ce qui est particulièrement avantageux. Comme la seconde conduite d'alimentation débouche dans le canal de pression au-dessus de la chambre de pres- sion, on peut réaliser une stratification particulièrement avantageuse d'un volume de carburant prédéterminé dans un vo- lume du second fluide, puis d'un autre volume de carburant. Le volume dit " intermédiaire " commence ainsi dès l'embouchure de la seconde conduite d'alimentation dans le canal de pression. En d'autres termes, ce volume intermé- diaire est défini par la partie du canal de pression en des- sous de l'embouchure de la seconde conduite d'alimentation, la chambre de pression et le volume annulaire compris entre la chambre de pression et le siège d'étanchéité de l'organe d'obturation et entre l'organe d'obturation et le corps de soupape. Pour la réalisation asymétrique de la chambre de pression pour la direction axiale et la direction radiale du corps de soupape, on peut envisager ne serait-ce que sur le plan des principes, les modes de réalisation les plus diffé- rents. Une forme de réalisation avantageuse prévoit que la chambre de pression se trouve exclusivement sur le côté de l'organe d'obturation tourné vers le canal de pression. Cette disposition unilatérale du canal de pression donne en parti- culier un très bon comportement à l'écoulement, ce qu'évite dans une très large mesure les résidus évoqués ci-dessus, du second fluide, c'està-dire les zones d'eaux mortes dans le cas de l'eau. Pour la liaison entre la seconde conduite d'alimentation et le canal de pression, on peut également en- visager ici les formes de réalisation les plus différentes. Une forme de réalisation avantageuse prévoit un canal de liaison dans un disque intermédiaire entre le corps de l'injecteur et un organe de fixation de l'injecteur; ce ca- nal de liaison relie le canal de pression à la seconde con- duite d'alimentation. Cette disposition du canal de liaison rend inutile une seconde conduite d'alimentation dans le corps de l'injecteur, augmentent la solidité et permettent d'utiliser l'injecteur à des pressions très élevées. On peut prévoir un clapet anti-retour dans la conduite d'alimentation passant dans le disque intermédiaire. Il est également possible de prévoir un clapet anti-retour dans la seconde conduite d'alimentation passant par l'organe de retenue de soupape. Cela offre notamment l'avantage d'utiliser un disque ou rondelle intermédiaire, simplifié nécessitant une mise en oeuvre de moyens réduits et par ailleurs, grâce à la disposition de la soupape anti- retour dans le corps de l'injecteur, on a une plus grande li- berté de construction pour la réalisation du clapet anti- retour.10 Dessins: La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re- présentés schématiquement dans les dessins annexés, dans les- quels:15 la figure 1 montre un exemple de réalisation d'un injecteur de carburant de moteur à combustion interne selon l'invention, - la figure 2 montre une vue de détail à échelle agrandie de l'injecteur de carburant de la figure 1 explicitant l'écoulement du second fluide, - la figure 3 montre un autre exemple de réalisation d'un in- jecteur de carburant selon l'invention, - la figure 4 est une vue de dessous d'une rondelle intermé- diaire de l'injecteur de la figure 3, - la figure 5 est une vue partiellement coupée du corps de l'injecteur pour expliciter la chambre de pression de l'injecteur de la figure 1, - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI du corps d'injecteur représenté la figure 5. Description des exemples de réalisation: Le premier exemple de réalisation selon la figure 1, représenté en détail à échelle agrandie à la figure 2, d'un injecteur de carburant de moteur à combustion interne comporte un corps d'injecteur 10 qui se loge dans le bloc (non représenté) d'un moteur à combustion interne de préfé- rence dans sa culasse; le corps d'injecteur est serré avec interposition d'un disque intermédiaire 20 à l'aide d'un écrou de serrage en forme de manchon 40 contre le corps de support d'injecteur 30. Le corps d'injecteur 10 comporte un perçage bor- gne, axial, 11 logeant en coulissement axial un organe î d'obturation (aiguille) 50 en forme de piston. Cet organe d'obturation 50 comporte à son extrémité inférieure située du côté de la chambre de combustion, une surface d'étanchéité de soupape 52 de forme conique par laquelle cet organe coopère avec une surface de siège de soupape 13 également conique à1W l'extrémité fermée en forme de coupelle du perçage 11. Le corps de l'organe d'obturation 50 comporte en outre un épaulement de pression 54; cet épaulement agit dans le sens de l'ouverture de l'organe d'obturation 50. L'épaulement pénètre dans une chambre de pression 15 qui sera détaillée ci-après. Cette chambre est formée par un élargis- sement de la section du perçage 11. Un canal de pression 16 dirigé en biais, partant de la surface frontale du corps d'injecteur débouche dans cette chambre de pression 15. Ce canal de pression est raccordé à une conduite d'injection de carburant non représentée par laquelle la chambre de pression reçoit du carburant à pression élevée fourni par une pompe d'injection à haute pression (non représentée). La chambre de pression 15 relie le siège de soupape 13, par un canal annu- laire axial 17 passant entre la paroi du perçage 11 et le corps de l'organe d'obturation 50; le carburant de la cham- bre de pression 15 passe par ce canal au siège de soupape 13. Les orifices d'injection 14 sur le côté de la surface formant siège de soupape 13, non tourné vers le canal annulaire 17 sont par exemple réalisés sous la forme de perçages traver- sants, débouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Sur le côté du disque intermédiaire 20 non tourné vers l'organe d'obturation 50, dans le corps de fixation d'injecteur 30, il est prévu un ressort de soupape 33 qui sollicite avec une force de ressort, l'organe 3'5 d'obturation 50 par l'intermédiaire d'une coupelle de ressort 34 et d'une pièce de pression 35 en agissant dans le sens de la fermeture vers le siège de soupape 13. Pour assurer l'alimentation d'un second fluide à injecter, de préférence de l'eau, le corps de support d'injecteur 30 et le disque intermédiaire 20 comportent une seconde conduite d'alimentation 70 débouchant dans un canal de liaison 22. Ce canal est réalisé dans le côté du disque intermédiaire 20 tourné vers l'organe d'obturation 50; il relie la seconde conduite 70 au canal de pression 16. Dans le corps de support 30, il est prévu en outre un clapet anti- retour 80 interdisant un retour à partir du canal de pression 16 dans la seconde conduite d'alimentation 70, en amont, der- rière le clapet anti-retour 80. Ce clapet anti-retour peut également être réalisé, directement dans le disque intermé- diaire comme cela est explicité dans l'autre exemple de réa- lisation d'un injecteur de carburant représenté aux figures 3 et 4. Cette disposition du canal de liaison débouchant dans le canal de pression 16 permet l'injection du second fluide, de préférence de l'eau, au-dessus de la chambre de pression 15. Cela donne une stratification particulièrement 2) avantageuse de carburant, de fluide et de nouveau de carbu- rant. Il faut veiller à ce que dans un tel système d'injection à deux fluides, pour chaque injection, au début on dispose d'une certaine quantité de fioul, c'est-à-dire de la quantité dite intermédiaire, puis d'une quantité dosée de l'autre fluide par exemple de l'eau et enfin d'une troisième quantité dosée de carburant pour l'injection. L'injecteur de carburant présenté ci-dessus per- met d'avoir un volume préalable, déterminé, de carburant et une couche intermédiaire variable du second fluide, à chaque injection. Comme volume préalable, on utilise le volume du canal de pression, en dessous de l'embouchure du canal de liaison, la chambre de pression 15 et le canal annulaire 17. Le stockage intermédiaire nécessaire (dosage) du second fluide se fait dans l'intervalle entre les injections, par le refoulement du carburant en direction de la pompe à haute pression. La figure 2 montre schématiquement à l'aide des flèches P, l'écoulement du second fluide par exemple de l'eau pendant le dosage. Comme cela apparaît à la figure 2, le se- cond fluide s'écoule jusqu'à une certaine hauteur dans le ca- nal de pression 16. Il en résulte un refoulement du gasoil dans la chambre de pression 16. La quantité dosée est reçue principalement par le percage cylindrique du canal de pres- sion 16, ce qui permet ensuite un écoulement de rincage fa- cile par l'introduction du carburant dans le canal de pression 16. L'injection principale proprement dite, se fait alors d'une manière connue en soi par une montée en pression par la pompe à haute pression dépassant la pression d'ouverture de l'injecteur; cette pression déplace l'aiguille de l'injecteur dans la direction axiale en l'écartant du siège de soupape 13. Du carburant et la quanti- té intermédiaire du second fluide sont alors projetés par les orifices d'injection 14 dans la chambre de combustion du mo- teur à combustion interne. La direction d'écoulement commune est représentée à la figure 2 par les flèches PE- Pour éviter des résidus gênants du second fluide, c'est-à-dire des zones d'eaux mortes lorsqu'on utilise de l'eau comme second fluide, notamment dans la chambre de pres- sion 15, cette la chambre de pression 15 a une forme optimale pour l'écoulement; elle est asymétrique, à la fois dans la direction axiale et dans la direction radiale du corps d'injecteur 10 en se rejoignant vers l'embouchure du canal de pression 16 comme cela apparaît aux figures 5 et 6. Cela est rendu possible, car la chambre de pression 15 est essentiel- lement en forme de goutte dans la direction axiale (voir fi- gure 5) et elle est exclusivement réalisée du côté du corps de soupape 10 tourné vers le canal de pression 16 (figures 5 et 6). R E V E N D I C A T IONS 1 ) Injecteur de carburant pour un moteur à combustion in- terne, comprenant un organe d'obturation (aiguille) (50) cou- lissant axialement dans un perçage (11) d'un corps d'injecteur (10), cet organe ayant une surface d'étanchéité de soupape (52) à son extrémité tournée vers la chambre de combustion, surface par laquelle cet organe coopère avec une surface de siège de soupape (13) solidaire du corps de l'injecteur pour commander la section d'injection, ainsi qu'un épaulement de pression (54) prévu sur le corps de l'organe d'obturation (50) et agissant dans la direction d'ouverture de l'organe-d'obturation (50), cet épaulement pé- nétrant dans une chambre de pression (15) de section élargie, dans laquelle débouche un canal de pression (16) qui peut être relié à une source de carburant à haute pression, la chambre de pression (15) étant reliée à la surface formant siège de soupape (13) par un canal annulaire (17) s'étendant axialement, entre le corps de l'organe d'obturation et la pa- roi du perçage (11), ainsi qu'une seconde conduite d'alimentation (70) par laquelle l'injecteur reçoit au niveau de la section d'injection un second fluide, caractérisé en ce que - la chambre de pression (15) présente une forme optimisée pour l'écoulement, asymétrique à la fois dans la direction axiale et dans la direction radiale du corps d'injecteur (10), rejoignant l'embouchure du canal de pression (16), et - la seconde conduite d'alimentation (70) débouche dans le canal de pression (16) au-dessus de la chambre de pression (15). 2 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de pression (15) est prévue exclusivement sur le côté de l'organe d'obturation (50) tourné vers le canal de pression (16). 3 ) Injecteur de carburant selon l'une quelconque des reven- dications 1 ou 2, caractérisé en ce qu' un disque intermédiaire (20) prévu entre le corps d'injecteur (10) et un corps de fixation d'injecteur (30) comporte un ca- nal de liaison (22) reliant le canal de pression (16) à la seconde conduite d'alimentation (70). ) Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde conduite d'alimentation (70) passant dans le dis- que intermédiaire (20) comporte un clapet anti-retour (80) ) Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que un clapet anti-retour (80) est prévu dans la seconde conduite d'alimentation (70) passant dans le corps de fixation de sou- pape (30)