Brevet FR2761115A1 — publié le 19980925

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 être 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. I1 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, l'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'étan chéité 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. 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 hélicoidal du fluide, de façon à réaliser un jet de carburant dont le noyau liquide est dispersé en gouttelettes 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 perturbation 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. Enfin, on connaît également du document DE-A-2 243 920, 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. Cette autre extrémité de ce corps d'injecteur comporte une buse d'injection munie d'un orifice d'injection associé à des moyens d'obturation s'ouvrant dans la direction du jet de carburant et comportant une tête d'obturateur reliée à une tige de manoeuvre associée à des moyens élastiques pour contrôler l'ouverture de l'orifice de la buse lorsque la pression de carburant dans le corps d'injecteur dépasse une valeur de seuil correspondant au tarage des moyens élastiques. De plus, cette buse comporte un corps de canalisation du carburant disposé autour de la tige de manoeuvre et associé à 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. Dans ce document, ces moyens de guidage du carburant se présentent sous la forme de canaux radiaux et inclinés de ce corps de canalisation du carburant permettant également une injection tangentielle du carburant. Cependant, dans cette disposition, la tête d'obturateur forme un obstacle lors de l'injection de carburant. Enfin, une telle disposition provoque des pertes de charge relativement importantes. 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 comporte une buse d'injection munie d'un orifice d'injection associé à des moyens d'obturation s'ouvrant dans la direction du jet de carburant et comprenant une tête d'obturateur reliée à une tige de manoeuvre associée à des moyens élastiques pour contrôler l'ouverture de l'orifice de la buse lorsque la pression de carburant dans le corps d'injecteur dépasse une valeur de seuil correspondant au tarage de ces moyens élastiques et d'un corps de canalisation du carburant disposé autour de la tige de manoeuvre et associé à 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, caractérisé en ce que les moyens de guidage du carburant sont prévus entre la tige de manoeuvre de la tête d'obturateur et le corps de canalisation du carburant. Avantageusement, les moyens de guidage du carburant comprennent des canaux de passage du carburant d'axe décalé par rapport à l'axe du corps d'injecteur. 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.1 représente une vue en coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon l'invention; et - les Figs.2 et 3 représentent respectivement des vues en coupe longitudinale et de côté d'un corps de canalisation de carburant entrant dans la constitution d'un tel injecteur. On reconnait sur ces figures et en particulier sur la figure 1, 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 4 du corps tubulaire d'injecteur est également munie de moyens d'obturation commandables à l'ouverture dans la direction du jet de carburant et à la fermeture dans la direction opposée, 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 géné- rale 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 3 du corps tubulaire d'injecteur adaptée pour être reliée à la source de carburant sous pression, vers son extrémité 4 adaptée pour etre raccordée au moteur du véhicule. A cette extrémité 4, la carcasse d'injecteur 6 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 d'obturateur 12 adaptée pour coopérer avec cet orifice d'injection 10 et une tige de manoeuvre 13 s'étendant dans le corps tubulaire d'invecteur. A son extrémité opposée à la tête 12, cette tige 13 comporte des moyens de butée 14 adaptés pour coopérer avec une extrémité d'un ressort hélicoïdal constituant des moyens de sollicitation élastiques 15. La tige de manoeuvre 13 de l'aiguille est montée déplaçable dans un corps de canalisation de carburant qui se présente par exemple sous la forme d'un manchon disposé autour de cette tige, dans ce corps d'injecteur, à proximité de l'extrémité 4 de celui-ci, ce corps de canalisation de carburant étant désigné par la référence générale 16 sur ces figures. Ce corps de canalisation 16 est disposé entre deux pièces de montage entrant dans la constitution de la buse et désignées par les références générales 17 et 18. La pièce 17 comporte en effet l'orifice d'injection 10 et est également munie d'une portée 17a adaptée pour coopérer avec une extrémité du ressort 15 qui s'étend autour de ce corps de canalisation de carburant 16, jusqu'à une portée 19a d'un organe de liaison 19 également associé aux moyens de butée 14 de l'aiguille. On notera que cet organe de liaison 19 peut par exemple se présenter sous la forme d'une rondelle perforée, d'une agrafe ou autre, permettant d'assurer la liaison entre le ressort 15 et la tige 13 tout en autorisant le passage du carburant. De plus, le corps de canalisation de carburant 16 est associé à des moyens de guidage de celui-ci, d'axe décalé par rapport à l'axe du corps d'injecteur, pour conférer à ce carburant un mouvement tourbillonnaire avant son injection dans le moteur. Ces moyens sont désignés par la référence générale 20 sur ces figures et sont prévus entre la tige de manoeuvre 13 et la surface correspondante du corps 16 de canalisation de carburant. En effet, et comme cela est visible plus clairement sur les figures 2 et 3, ces moyens de guidage de carburant peuvent se présenter sous la forme de canaux de passage de carburant, d'axe décalé par rapport à l'axe du corps d'injecteur et ménagés par exemple dans la surface interne correspondante du corps de canalisation de carburant 16. Dans l'exemple décrit sur ces figures, ces canaux sont au nombre de trois, sont décalés par exemple de 1200 les uns par rapport aux autres et sont désignés par les références 20a, 20b et 20c respectivement. 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 traverse l'organe de liaison 19 des moyens de butée 14 de l'aiguille aux moyens élastiques 15. Ensuite, le carburant passe dans les canaux 20a,20b, 20c du corps de canalisation de carburant 16 pour arriver en contact avec la tête 12 de l'aiguille 11. Lorsque la pression de carburant est supérieure à la pression de tarage des moyens de sollicitation 15 de la tige de manoeuvre 13, l'aiguille se déplace vers une position d'ouverture, dans la direction du jet de carburant, pour libérer le passage au carburant. On conçoit alors que les canaux de passage 20a, 20b,20c de carburant, dans le corps de canalisation de carburant 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 corps de canalisation de carburant équipé de ces canaux de passage de carburant d'axe décalé par rapport à l'axe du corps d'injecteur, c' est-à-dire s'étendant en hélice, constitue des moyens de guidage de 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 ou autres ménagées sur la face correspondante du corps de canalisation 16 ou de la tige de manoeuvre 13. 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. 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, tout en assurant une injection optimale de carburant dans le moteur. De plus, le passage du carburant entre la tige et le corps de canalisation permet d'assurer un guidage hydro-dynamique de celle-ci dans ce corps et autorise des tolérances de fabrication plus larges de ces pièces. REVENDICATIONS 1. Injecteur de carburant notamment dans un moteur 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 comporte une buse d'injection (9) munie d'un orifice d'injection (10) associé à des moyens d'obturation (5) s'ouvrant dans la direction du jet de carburant et comprenant une tête d'obturateur (12) reliée à une tige de manoeuvre (13) associée à des moyens élastiques (15) pour contrôler l'ouverture de l'orifice de la buse lorsque la pression de carburant dans le corps d'injecteur dépasse une valeur de seuil correspondant au tarage de ces moyens élastiques (15) et d'un corps (16) de canalisation de carburant disposé autour de la tige de manoeuvre (13) et associé à des moyens (20) de guidage de 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, caractérisé en ce que les moyens de guidage de carburant (20) sont prévus entre la tige de manoeuvre (13) de la tête d'obturateur (12) et le corps de canalisation de carburant (16). 2. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage (20) de carburant comprennent des canaux (20a,20b,20c) de passage de carburant, d'axe décalé par rapport à l'axe du corps d'injecteur. 3. Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux (20a,20b,20c) sont ménagés dans la surface correspondante du corps de canalisation de carburant (16). 4. Injecteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent trois canaux décalés de 120 les uns par rapport aux autres.