Brevet FR2772430A1 — publié le 19990618

Etat de la technique La présente invention concerne un injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne comprenant un organe d'obturation coulissant axialement dans un perçage d'un corps d'injecteur, cet organe d'obturation ayant une surface d'étanchéité coopérant avec une surface de siège de soupape dans le corps d'injecteur, au moins un orifice d'éjection dans la paroi du corps de l'injecteur, cet orifice d'injection pouvant être ouvert partiellement ou totalement par le coulissement de l'organe d'obturation ainsi qu'une tige de commande coaxiale à l'organe d'obturation et coulis- sée par celui-ci, cette tige se terminant par son côté opposé à l'organe d'obturation dans une chambre de commande recevant du carburant sous pression, la chambre de commande ayant une sortie vers une conduite de retour de carburant avec un or- gane d'étranglement commandé par une électrovanne. On connaît par exemple selon le document DE- 196 45 900.1 un injecteur de carburant comportant un organe d'obturation coulissant axialement dans le perçage d'un corps d'injecteur; cet organe présente une surface d'étanchéité coopérant avec une surface formant siège du corps de l'injecteur; l'injecteur comporte au moins un orifice d'éjection dans la paroi du corps, orifice qui se ferme par- tiellement ou totalement par translation de l'organe d'obturation. Dans cet injecteur, les orifices d'éjection sont de préférence répartis les uns au-dessus des autres axiale- ment dans deux rangées et le mouvement d'ouverture de l'organe d'obturation les ouvre successivement. La difficulté de cette solution est de commander la course d'ouverture d'une manière techniquement simple à réaliser, car cette course d'ouverture de l'organe d'obturation dépend de la pression d'ouverture appliquée à l'organe d'obturation. En particulier, le mouvement d'ouverture ne peut être arrêté si la pression d'ouverture appliquée à l'organe d'obturation continue d'augmenter. Le document DE-196 19 523.3 décrit un injecteur de carburant pour des moteurs à combustion interne dans le- quel le mouvement d'ouverture de l'organe d'obturation est commandé par un moyen électromagnétique. Cet injecteur de carburant appliqué à des moteurs à combustion interne com- porte un organe d'obturation coulissant axialement dans un perçage du corps d'injecteur avec une surface d'étanchéité qui coopère avec une surface de siège de soupape prévue dans le corps de l'injecteur. Une tige de commande coaxiale à l'organe d'obturation est coulissée par celui-ci; du côté non tourné vers l'organe d'obturation, cette tige arrive dans une chambre de commande mise à la pression du carburant; cette chambre de commande comporte une sortie vers une con- duite de retour de carburant avec un organe d'étranglement commandé par une électrovanne Par la commande de l'électrovanne, on ouvre la sortie pour que le carburant se trouvant dans la chambre de commande puisse s'échapper à travers l'organe d'étranglement dans la conduite de retour de carburant. La difficulté de cette solution est que la commande électrique de l'électrovanne ne permet qu'une ouverture totale de l'injecteur. Une ouverture partielle des orifices d'éjection du corps de l'injecteur par la commande par exemple brève de l'électrovanne conduit de nouveau à une montée en pression, puis à la fermeture de l'aiguille de l'injecteur. La présente invention a pour but de développer un injecteur de carburant correspondant au type défini ci-dessus pour un moteur à combustion interne, dont la construction est simple et qui permet par rapport à des injecteurs usuels d'encombrement comparable, d'arriver à une section d'injec- tion précise, réglable par paliers. Avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un injecteur de carburant du type défini ci-dessus caractérisé en ce que dans la chambre de commande comporte au moins une autre sortie la- térale vers la conduite de retour de carburant cette sortie étant équipée d'un autre organe d'étranglement que peut fer- mer par coulissement, la tige de commande. Grâce à au moins une autre sortie, latérale pour la conduite de retour de carburant, avec un autre organe d'étranglement, on obtient d'une manière particulièrement avantageuse et comme cela sera décrit ci-après, une butée de course qui se commande librement pour l'organe d'obturation et ainsi une libération commandée d'un ou de tous les orifi- ces d'éjection, selon le point de fonctionnement du moteur à combustion interne. La section d'éjection commandée de cette manière permet d'améliorer de manière significative la quali- té de l'émission des gaz du moteur à combustion interne. Sur le strict plan des principes, la mise en place d'au moins un orifice d'éjection dans la paroi de l'organe d'obturation peut se faire de différentes manières. Une réalisation avantageuse prévoit au moins deux orifices d'éjection dans la paroi du corps de l'injecteur, ces orifices étant axialement disposés l'un au-dessus de l'autre pour s'ouvrir successivement lors du coulissement de l'organe d'obturation. De préférence, il n'y a pas seulement deux ran- gées d'orifices d'éjection mais un grand nombre superposé dans la direction axiale de l'organe d'obturation, et qui sont libérées par l'organe d'obturation assurant la fonction d'un tiroir, après passage d'une certaine course à vide. Il est clair qu'en variante à ces deux rangées d'orifices d'éjection, on peut également prévoir plus de deux rangées d'orifices d'éjection ainsi que des dispositions quelconques et des constellations de telles rangées d'orifices d'éjection. Pour permettre une course d'ouverture à deux ni- veaux de deux orifices ou rangées d'orifices d'éjection, su- perposés, il est prévu de manière avantageuse que la longueur totale de l'ensemble coulissant formé de l'organe d'obturation et de la tige de commande soit supérieure ou égale à la distance axiale entre au moins un orifice d'éjection supérieur tourné vers la tige de commande et un autre sortie latérale, et que cette longueur soit inférieure à la distance axiale entre au moins un orifice d'éjection in- férieur non tourné vers la tige de commande et cette autre sortie latérale. Pour garantir toujours le remplissage de la cham- bre de commande avec du carburant, il est prévu de préférence que cette chambre puisse être remplie avec du carburant sous pression pendant les pauses d'injection. 5 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels:10 - la figure 1 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un injecteur de carburant selon l'invention, - la figure 2 montre schématiquement la course de l'organe d'obturation en fonction du temps pour l'injecteur de carburant représenté à la figure 1. Description de l'exemple de réalisation L'exemple de réalisation d'un injecteur de carbu- rant selon la figure 1 comprend un corps 1 dont l'extrémité inférieure, libre pénètre dans une chambre de combustion non représentée d'un moteur à combustion interne alimenté en car- burant. A son extrémité supérieure, éloignée de la chambre de combustion, le corps 1 de l'injecteur est serré à l'aide d'un écrou 3, axialement contre un corps de support 10. Le corps d'injecteur 1 comprend un perçage borgne 9 partant axialement de sa surface frontale supérieure et logeant en coulissement axial un organe d'obturation 11 en forme de piston; l'extrémité inférieure de cet organe d'obturation pénètre dans la zone du corps d'injecteur 1 du côté de la chambre de combustion et son autre extrémité, non tournée vers la cham- bre de combustion, pénètre avec une tige 13 de diamètre ré- duit, dans une chambre à ressort 15 prévue dans le corps de support 10. Un ressort d'injecteur 17 précontraint dans cette chambre à ressort 15 s'appuie par son extrémité supérieure, opposée à l'organe d'obturation 11 contre un épaulement du boîtier dans la chambre 15; par son extrémité inférieure, le ressort agit par l'intermédiaire d'une coupelle à ressort 19 contre l'organe d'obturation 11. Dans l'exemple de réalisa- tion représenté à la figure 1, il est prévu un unique ressort d'injecteur 17. L'organe d'obturation 11 est guidé par son extré- mité supérieure de manière étanche dans le perçage 9 du corps d'injecteur 1. Dans la zone d'une chambre de pression 21 for- mée par une extension du perçage 9, cet organe d'obturation comporte un épaulement de poussée 23 qui correspond à la di- minution du diamètre de l'organe d'obturation 11 en direction de la chambre de combustion et contre lequel agit la haute pression du carburant dans le sens de l'ouverture, c'est-à- dire axialement vers le haut selon la figure 1 sur l'organe d'obturation 11. La haute pression du carburant dans la cham- bre de pression 21 est transmise par un canal de pression 25 qui traverse essentiellement de manière axiale l'injecteur et auquel est reliée une conduite d'injection non représentée, raccordée à un ajustage de pression 26; cette conduite est reliée à une pompe d'injection de carburant non représentée. En dessous, c'est-à-dire en aval de l'épaulement de pression 23, l'organe d'obturation comporte un rétrécisse- ment conique de la section qui forme une surface d'étanchéité 27 coopérant avec une surface de siège de soupape 29 conique, opposée prévue sur le corps d'injecteur 1; cette surface est réalisée sur une réduction de diamètre du perçage 9. En aval de la surface d'étanchéité 27, on a un prolongement cylindri- que sur l'organe d'obturation 11 qui forme un tiroir à piston 31 guidé de manière étanche dans un segment 33 du perçage 9 adjacent au siège de soupape 29 et dont la surface frontale inférieure 35 libre, délimite une chambre de carburant 37, avec l'extrémité fermée du corps d'injecteur 1 du côté de la chambre de combustion. Le volume à carburant 37 est relié par un perçage longitudinal 39 partant axialement de la surface frontale 35 et un perçage transversal 41 coupant le perçage longitudinal, communiquant avec un volume annulaire 43 direc- tement adjacent à la surface de siège de soupape 29. L'extrémité inférieure du corps d'injecteur 1, du côté de la chambre de combustion comporte des orifices d'éjection 45, 46 qui partent du segment 33 du perçage 39 et débouchent dans la chambre de combustion du moteur à combus- tion interne alimenté en carburant; on a de préférence deux rangées axialement superposées d'orifices d'éjection 45, 46. Les entrées des orifices d'éjection 45, 46 dans la paroi du segment de perçage 33 sont fermées de manière étanche par la périphérie du tiroir/piston 31 lorsque l'organe d'obturation 11 est appliqué contre le siège 29. Dans ce cas, l'injecteur est fermé. L'arête annulaire formée au passage de la surface frontale 35 à la surface enveloppe du tiroir en piston 39, constitue une arête de commande pour l'organe d'obturation 11 et le glissement de cet organe sur cette arête par les orifi- ces d'injection 45, 46 commence ou termine l'opération d'injection. Coaxialement à l'organe d'obturation 11, il est prévu une tige de commande 30, cylindrique reliée à la cou- pelle à ressort 19; l'arête frontale supérieure 31 de cette tige se termine dans une chambre de commande 40 prévue dans le corps de support 10 de l'injecteur. La chambre de commande est sollicitée par du carburant sous pression. La chambre de pression 40 comporte à son extrémité frontale supérieure, une sortie pour une conduite de retour de carburant 50 avec un organe d'étranglement 42. L'organe d'étranglement 42 est commandé par un organe formant soupape 62 d'une électrovanne connue en soi. L'électrovanne 60 comporte dans ce cas un ressort 64 agissant dans le sens de la fermeture et un induit agissant sur l'organe d'obturation 62 de l'électrovanne ; lorsque son électro-aimant est alimenté en courant et que l'électrovanne est attirée par l'excitation de la bobine, l'organe d'étranglement 42 s'ouvre. La chambre de pression 40 est équipée d'une autre sortie 44 munie d'un organe d'étranglement prévu sur le côté, débouchant dans une conduite de décharge 52 et celle-ci est reliée à la conduite de retour de carburant. Le fonctionnement de l'injecteur de carburant re- présenté à la figure 1 sera décrit ci-après en liaison avec la figure 2; cette figure représente la course de l'ensemble formé par l'organe d'obturation 11 et la tige de commande 30 en fonction du temps. A l'état de repos, l'organe d'obturation 11 et la tige de commande 30 occupent leur position représentée à la figure 1. La chambre de commande 40 est remplie de carbu- rant; l'organe d'étranglement 42 est fermé. Au début de l'opération d'injection, le carburant sous haute pression passe par le canal de pression 25 pour arriver dans la cham- bre de pression 21 et attaque par l'épaulement de pression5 23, l'organe d'obturation 11 dans le sens de l'ouverture. Lorsqu'on atteint une certaine pression d'injection, la force d'ouverture appliquée à l'organe d'obturation 11 dépasse la force de fermeture exercée par le ressort de clapet 17 et l'organe d'obturation 11 se soulève alors de son siège 29. Du10 carburant à haute pression passe ainsi par le siège de sou- pape ouvert à travers les perçages 41, 39 du tiroir 31 pour arriver dans la chambre à carburant 37; la pression du carburant agissant sur la surface frontale 35 soutient la course d'ouverture de l'organe d'obturation 11, axial, dirigé dans15 le sens de l'ouverture, c'est-à-dire vers l'intérieur selon la figure 1. Après avoir parcouru une certaine course à vide, l'arête de commande du tiroir à piston 39 passe sur la rangée inférieure des orifices d'éjection 45 dont la section comman- dée, en ouverture, correspond à une section partielle d'éjection par laquelle le carburant est alors éjecté dans la chambre de combustion du moteur. Ce coulissement de l'organe d'obturation 11 sou- lève en même temps axialement la tige de commande 30 qui forme alors un ensemble avec l'organe d'obturation. Comme alors la longueur totale de l'ensemble cou- lissant commun, comprenant l'organe d'obturation 11 et la tige de commande 30, est supérieure ou égale à la distance axiale comprise entre l'orifice d'injection 46 supérieur et l'autre sortie latérale 44 munie d'un organe d'étranglement en étant inférieure à la distance axiale comprise entre l'orifice d'injection inférieur 45 et la sortie latérale 44, munie de l'organe d'étranglement, la paroi périphérique de la tige de commande 30 ferme complètement la sortie latérale 44 avec l'organe d'étranglement lorsque l'arête de commande du tiroir formant piston 31 se trouve entre l'orifice d'éjection inférieur et l'orifice d'éjection 46 supérieur. Le coulissement axial de la tige de commande 30 pousse alors le carburant qui se trouve dans la chambre de commande 30 à travers l'organe d'étranglement 44 dans la con- duite de retour 52 jusqu'à ce que la paroi périphérique de la tige de commande 30 ferme la sortie latérale avec l'organe d'étranglement 44. Dès que la sortie latérale 44 munie de l'organe d'étranglement est fermée, la butée de course, hydraulique agit et arrête la tige de commande 30 et avec celle-ci l'organe d'obturation 11 jusqu'à ce que l'électrovanne 60 ou- vre la sortie munie de l'organe d'étranglement 42 dans le cô- té de la chambre de commande 40; le carburant dans la chambre de commande 40 peut alors s'échapper par cette autre sortie dans la conduite de retour de carburant 50. La sortie latérale munie de l'organe d'étran- glement 44 dans la chambre de commande 40 permet de la ma- nière décrite ci-dessus, de régler une course partielle pré- cise et ainsi la commande d'ouverture d'une section partielle. Le chronogramme de cette course partielle qui ou- vre seulement l'ouverture 45 est représenté à la figure 2 sous la référence I. Il est clair que la sortie avec l'organe d'étranglement 42 prévu dans la face frontale peut être ou- verte par la commande de l'électrovanne 60 déjà dès le début de l'injection. Le déroulement chronologique d'une telle course maximale (référence II à la figure 2) commande ainsi selon une succession rapide à la fois l'orifice d'éjection 45 et l'orifice d'éjection 46. Il est en outre possible comme le montre la courbe de la course en fonction du temps (référence III), que l'organe d'obturation 11 exécute tout d'abord une course par- tielle, puis une course maximale après une période donnée. Dans ce cas, on a tout d'abord une section d'éjection par- tielle par l'ouverture des orifices d'éjection inférieurs 45, puis on libère l'ensemble de la section d'éjection par la commande à l'ouverture, par l'ouverture à la fois de l'orifice d'éjection inférieur 45 et de l'orifice d'éjection supérieur 46. Il est particulièrement avantageux que la com- mande de la section de la buse puisse se choisir de façon quelconque et puisse être adaptée au point de fonctionnement du moteur à combustion interne à l'intérieur du champ des ca- ractéristiques du moteur. La butée de la course fonctionne ainsi indépendamment de la pression d'injection. Par la sec-5 tion de passage des deux organes d'étranglement 42, 44 et l'angle de phase de la tige de commande 30, on peut en outre influencer la caractéristique d'ouverture de l'organe d'obturation 11. En cas d'étranglement plus fort, l'organe d'obturation s'ouvrira plus lentement. R E V E N D I C A T I O NS 1l ) Injecteur de carburant pour un moteur à combustion in- terne comprenant un organe d'obturation (11) coulissant axia- lement dans un perçage (9) d'un corps d'injecteur (1), cet organe d'obturation ayant une surface d'étanchéité (27) coo- pérant avec une surface de siège de soupape (29) dans le corps d'injecteur (1), au moins un orifice d'éjection (45, 46) dans la paroi du corps (1) de l'injecteur, cet orifice d'injection pouvant être ouvert partiellement ou totalement par le coulissement de l'organe d'obturation (11) ainsi qu'une tige de commande (30) coaxiale à l'organe d'obturation (11) et coulissée par celui-ci, cette tige se terminant par son côté opposé à l'organe d'obturation (11) dans une chambre de commande (40) recevant du carburant sous pression, la chambre de commande ayant une sortie vers une conduite de re- tour de carburant (50) avec un organe d'étranglement commandé par une électrovanne (60), caractérisé en ce que dans la chambre de commande (40), comporte au moins une autre sortie latérale vers la conduite de retour de carburant (50), cette sortie étant équipée d'un autre organe d'étranglement (42) que peut fermer par coulissement, la tige de commande (30). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi du corps (1) de l'injecteur comporte au moins deux orifices d'éjection (45, 46) superposés axialement pour pou- voir être ouverts successivement par le coulissement de l'organe d'obturation (11). 3 ) Injecteur selon la revendication 2, caractérisé par plusieurs rangées d'orifices d'éjection, superposées dans la direction axiale de l'organe d'obturation, ces rangées d'orifices d'éjection étant libérées par l'organe d'obturation, successivement après le passage d'une certaine course à vide. 4 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la longueur totale de l'ensemble coulissant global formé de5 l'organe d'obturation (11) et de la tige de commande (30) est - supérieure ou égale à la distance axiale comprise en- tre au moins un orifice d'éjection (46,) supérieur dirigé vers la tige de commande (30) et une autre sortie latérale (44), débouchant dans la chambre de pression (40) et - inférieur à la distance axiale comprise entre au moins un orifice d'éjection (45) inférieur, non tourné vers la tige de commande (30) et l'autre sortie latérale (44) dans la chambre de commande (40). 5 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que pendant les pauses d'éjection, la chambre de commande (40) reçoit du carburant sous pression.