Brevet FR2775737A1 — publié le 19990910

Etat de la technique. La présente invention concerne un dispositif d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne équipé d'une pompe à haute pression pour le carburant, dont le côté d'aspiration est relié à un système d'alimentation en carburant à basse pression et dont le côté haute pression est relié au moins indirectement à un injecteur de carburant dé- bouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne, le transfert à haute pression se faisant par un ca- nal à haute pression prévu entre la pompe à haute pression et l'injecteur de carburant à l'aide d'une vanne électrique de commande qui comporte un organe d'obturation à commande élec- trique, coulissant, ayant une surface d'étanchéité par laquelle cet organe coopère avec un siège de soupape, fixe, pour former une section d'étanchéité. On connaît déjà un tel dispositif selon le docu- ment EP 0 178 427 B1 concernant un dispositif d'injection de carburant avec une pompe à haute pression dont le côté aspi- ration est relié à un système d'alimentation à basse pression en carburant; son côté haute pression est relié au moins in- directement à un injecteur débouchant dans la chambre de com- bustion du moteur. Entre la chambre de pompe délimitée par le piston de la pompe à haute pression de carburant et l'injecteur, il y a un canal à haute pression. Dans le dispo- sitif d'injection de carburant, connu, une conduite de déri- vation est branchée sur le canal à haute pression. Cette conduite débouche dans le système basse pression de carburant et elle peut être fermée à l'aide d'une vanne électrique de commande. La commande du transfert à haute pression du carbu- rant dans la chambre active de la pompe à haute pression de carburant se fait par la fermeture de la conduite de décharge reliée au canal à haute pression par l'intermédiaire de la vanne électrique de commande. Grâce à cette fermeture de la conduite de dé- charge, il s'établit une haute pression pendant la course de transfert du piston de la pompe à haute pression, dans la chambre de travail de la pompe; cette haute pression abou- tit, par l'intermédiaire du canal à haute pression, à l'injecteur o elle produit, comme cela est connu, l'ouverture de l'injecteur. La fin du transfert de carburant à haute pression ou de l'injection à haute pression du carbu- rant dans le dispositif connu d'injection de carburant se commande par l'ouverture de la conduite de décharge par la vanne électrique de commande; puis la haute pression de car- burant qui règne dans la chambre de la pompe et dans le canal à haute pression se détend à travers la vanne de commande dans le système de conduite basse pression. La vanne de commande électrique qui commande le transfert à haute pression de la pompe à haute pression est réalisée sous la forme d'une électrovanne dont l'induit cou- lissant est relié à un organe d'obturation en forme de piston de la vanne de commande et dont la surface-enveloppe comporte une surface d'étanchéité de soupape. L'organe de la vanne de commande coopère par cette surface d'étanchéité avec un siège de soupape fixe prévu sur le corps de la vanne de commande et forme, entre la surface d'étanchéité et la surface formant siège de soupape, une section d'étanchéité qui ferme le canal de décharge. L'organe de la vanne de commande du dispositif d'injection de carburant, connu, présente l'inconvénient d'avoir un moment d'inertie relativement important et de né- cessiter ainsi des forces d'actionnement très importantes pour assurer des temps de commande rapides de la vanne de commande. Ces forces d'actionnement importantes ne peuvent toutefois être réalisées que par des aimants d'actionnement encombrants et coûteux si bien que les aimants d'actionnement actuels ne satisfont pas aux exigences strictes concernant les temps de commande rapides. Un autre inconvénient de la vanne de commande connue est l'usure du siège qui se produit au niveau de la surface du siège de soupape du fait des vitesses de rencontre élevées entre l'organe de la vanne ou par enlèvement par éro- sion provoqué par les impuretés contenues dans le carburant; cela peut se traduire par des défauts d'étanchéité au niveau de la section d'étanchéité et ensuite la destruction. Avantages de l'invention. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un dispositif d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'organe d'obturation de la vanne électrique de commande est en céra- mique. Ce dispositif d'injection de carburant présente l'avantage, par rapport à l'état de la technique, de diminuer fortement l'inertie de l'organe de la vanne de commande grâce à sa réalisation en matière céramique. Cela permet, pour des géométries comparables de l'organe d'obturation, d'aboutir à une réduction de la masse allant jusqu'à 60 % par rapport à celle des organes d'obturation usuels en acier. Cette réduc- tion de la masse permet ainsi des successions de commutations très courtes ou des temps de commande très rapides pour les vannes de commandes électriques sans avoir à grossir les ai- mants d'actionnement servant à cette commande. En outre, on diminue considérablement l'usure des surfaces d'étanchéité des organes de soupape par l'utilisation de matières cérami- ques. Il est particulièrement avantageux qu'à côté de la réalisation de l'organe de vanne, et ainsi de la surface d'étanchéité de la vanne en matière céramique, on réalise également en céramique la surface du siège de soupape coopé- rant avec cet organe, ce qui conduit à une nouvelle réduction considérable de l'usure du siège d'étanchéité de la vanne. Pour permettre cette réalisation constructive, l'organe de vanne en forme de piston est guidé avantageuse- ment en coulissement longitudinal dans un manchon en cérami- que, lui-même logé dans un perçage du corps de vanne. Cela est particulièrement avantageux du fait que le transfert à haute pression par la pompe à haute pression est assuré par une vanne de commande électrique prévue directement dans le canal à haute pression, entre la pompe à haute pression et l'injecteur. Un autre avantage de l'utilisation d'organes de vanne de commande et/ou de manchon formant sièges, en matière céramique, résulte de leur fabrication plus simple par un procédé de moulage par compression. La réalisation selon l'invention de l'organe de la vanne de commande et d'un manchon formant siège de soupape en matière céramique offre non seulement l'avantage de l'utilisation d'un ensemble pompe-conduite-buse décrit dans l'exemple de réalisation mais également d'autres systèmes d'injection de carburant comme par exemple des pompes à buse et tous les systèmes d'injection à commande par électro- vanne; l'organe de la vanne de commande et la surface for- mant siège de soupape pouvant être réalisés par paire ou séparément en matière céramique. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: * la vanne électrique de commande est montée dans le canal à haute pression, * l'organe d'obturation est en forme de piston cylindrique creux guidé en coulissement dans un manchon dont une face frontale forme le siège de soupape, fixe, * une pièce en céramique munie du siège de soupape, * la surface d'étanchéité de soupape est réalisée sur l'organe d'obturation sous la forme d'une collerette annu- laire, * la vanne de commande électrique est une électrovanne dont la plaque d'induit mobile est reliée à l'organe d'obturation, * le dispositif d'injection de carburant est réalisé sous la forme d'un ensemble comprenant la pompe, la conduite et la buse. Dessins. Un exemple de réalisation d'un dispositif d'injection de carburant selon l'invention, applicable à des moteurs à combustion interne, est représenté dans l'unique figure annexée décrite ci-après. La figure montre une coupe longitudinale simpli- fiée du dispositif d'injection de carburant; cette coupe est réalisée dans la zone de la vanne de commande électrique pla- cée dans le canal à haute pression. Description de l'exemple de réalisation. L'exemple de réalisation représenté à la figure 1 du dispositif d'injection de carburant selon l'invention pour des moteurs à combustion interne est réalisé sous la forme d'un ensemble pompe-conduite-buse. Une pompe à carburant à haute pression 1 comporte un piston de pompe 7 logé dans le perçage de guidage 3 d'un corps de pompe 5, suivant un mouve- ment axial qui est entraîné par un entraînement à cames non détaillé du moteur à combustion interne suivant un mouvement de va-et-vient dans la direction axiale. Le piston de pompe 7 délimite, dans l'alésage 3, une chambre active de pompe 9 dans laquelle débouche une conduite d'alimentation de carbu- rant, commandée, non représentée, et appartenant à un système d'alimentation en carburant à basse pression; cette conduite permet de remplir la chambre de travail 9 de la pompe pendant le mouvement d'aspiration dirigé vers le bas du piston de la pompe 7 avec du carburant provenant d'un réservoir d'alimentation en carburant. Un canal à haute pression 11 part également de la chambre de travail 9 de la pompe; l'autre extrémité de ce canal débouche dans un injecteur de carburant 13 dont les orifices d'injection pénètrent, d'une manière non représentée, dans la chambre de combustion du mo- teur à combustion interne ainsi alimenté. Pour commander le transfert à haute pression sur la pompe à haute pression de carburant 1, il est prévu une vanne de commande 15 à commande électrique montée dans le ca- nal à haute pression 11 reliant la chambre de travail 9 de la pompe à l'injecteur 13. La vanne de commande 15 à réglage électrique est réalisée sous la forme d'une électrovanne; un aimant d'actionnement 17 à commande électrique présente une plaque d'induit 19, coulissant axialement, qui est reliée à un or- gane d'obturation 21 en forme de piston cylindrique creux. Cet organe d'obturation ou organe de soupape 21, qui forme l'organe d'actionnement de la vanne de commande électrique , est placé dans le boîtier 5 de la pompe, transversalement au canal à haute pression 11; l'aimant d'actionnement 17 est bridé sur le boîtier; cet aimant dépasse radialement vers l'avant. L'organe de soupape 21 est placé dans un perçage de réception 23 transversal au canal à haute pression 11 dans le carter de pompe 5 dans lequel est enfoncé un manchon 25 for- mant siège de soupape au niveau de sa surface périphérique. Ce manchon formant siège de soupape 25 comporte, au niveau des orifices d'entrée du canal à haute pression 11, dans le perçage de réception 23, un certain nombre de perça- ges traversants 27, radiaux, par lesquels l'écoulement du carburant sortant de la chambre de travail de la pompe 9 se fait par le canal à haute pression 11, le manchon formant siège de soupape 15 jusqu'à l'injecteur 13. Le manchon for- mant siège de soupape 25 forme, à son extrémité droite tour- née vers l'aimant de réglage 17, une surface d'étanchéité 29 au niveau de sa surface frontale. Le manchon formant siège de soupape 25 présente un diamètre intérieur étagé et les zones différentes de diamètre, en partant de la surface frontale opposée, arrivent jusqu'au niveau des perçages traversants 27. Une zone de paroi intérieure, de diamètre plus faible du manchon formant siège de soupape 25, est prévue sur le côté du manchon 25 tourné vers l'aimant d'actionnement 17. Ce manchon, ayant une zone de paroi intérieure de diamètre plus faible, forme ainsi une surface de guidage 31 pour l'organe d'obturation 21 qui est guidé avec une partie de sa paroi périphérique, de manière à coulisser sur la sur- face de guidage 31, à l'intérieur du manchon 25. L'organe d'obturation 21 en forme de piston présente, à son extrémité tournée vers l'aimant d'actionnement 17, une collerette annu- laire 33 dont la surface transitoire à la paroi périphérique cylindrique de l'organe de soupape 21 forme une surface d'étanchéité de soupape 35 avec laquelle coopère l'organe de vanne 21 pour former une section d'étanchéité avec la surface formant siège de soupape 29 sur le manchon 25. Le mouvement de la course d'ouverture dirigé vers la droite, dans la di- rection opposée à celle de l'aimant d'actionnement 17, pour35 l'organe de soupape 21 de la vanne de commande 15, est limité par un corps de butée de course 37, cylindrique, utilisé à l'aide d'une surface de bride d'étanchéité 39 dans l'ouverture du perçage de réception 31 non tournée vers l'aimant d'actionnement 17. Dans la zone du corps de butée de course 37, une conduite de retour 41 sort du perçage de ré- ception 23; cette conduite débouche d'une manière non repré- sentée en détail dans le système d'alimentation de basse pression en carburant du moteur à combustion interne. L'organe 21 de la vanne de commande 15 est solli- cité dans le sens de l'ouverture par un ressort de vanne 43 pour que lorsque l'aimant d'actionnement 17 est coupé du cou- rant, l'organe 21 soit dégagé par sa surface d'étanchéité 35 du siège de soupape 29 et que le carburant puisse passer du canal à haute pression à travers le manchon 25 ouvrant la section d'étanchéité entre les surfaces 29 et 35 dans la zone annulaire du perçage de réception entourant le corps formant butée de course 37 puis, au-delà, par la conduite de retour 41 pour revenir dans le système basse pression. Pour injec- ter, au niveau de l'injecteur de carburant 13, l'aimant d'actionnement 17 de la vanne de commande électrique 15 est alimenté pendant la course de transfert à haute pression du piston de pompe 7, de sorte que l'organe de vanne 21 vient en appui étanche avec sa surface d'étanchéité 35 contre la sur- face d'étanchéité 29. La section de sortie de la conduite de retour 41 est fermée si bien que le carburant transféré à haute pression passe de la chambre active de la pompe 9 à travers le canal à haute pression 11 pour arriver jusqu'à l'injecteur 13; à ce niveau le carburant assure l'injection. L'injection de carburant à haute pression se ter- mine lorsque l'aimant de commande 19 est de nouveau coupé du courant, si bien que le ressort de soupape 43 pousse de nou- veau l'organe 21 en position d'ouverture; ensuite la haute pression de carburant de la chambre de travail 9 de la pompe et du canal à haute pression 11 se détendent de nouveau dans la conduite de retour 41 si bien que la vanne d'injection de carburant 13 se ferme. Pour arriver dans ce cas à des temps d'actionnement aussi élevés que possible pour la vanne de commande électrique 15, pour servir de modèle au profil d'injection et pour réaliser une usure du siège d'étanchéité aussi faible que possible, le manchon formant siège de sou- pape 25 et l'organe d'obturation 21 de la vanne de commande sont réalisés en matière céramique. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Dispositif d'injection de carburant pour un moteur à com- bustion interne équipé d'une pompe à haute pression (1) pour le carburant, dont le côté d'aspiration est relié à un sys- tème d'alimentation en carburant à basse pression et dont le côté haute pression est relié au moins indirectement à un in- jecteur de carburant (13) débouchant dans la chambre de com- bustion du moteur à combustion interne, le transfert à haute pression se faisant par un canal à haute pression (11) prévu entre la pompe à haute pression (1) et l'injecteur de carburant (13) à l'aide d'une vanne électrique de commande (15) qui comporte un organe d'obturation (21) à commande électrique, coulissant, ayant une surface d'étanchéité (35) par laquelle cet organe coopère avec un siège de soupape (29), fixe, pour former une section d'étanchéité, caractérisé en ce que l'organe d'obturation (21) de la vanne électrique de commande (15) est en céramique. 2 ) Dispositif d'injection de carburant selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la vanne électrique de commande (15) est montée dans le canal à haute pression (11). 3 ) Dispositif d'injection de carburant selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'organe d'obturation (21) est en forme de piston cylindrique creux guidé en coulissement dans un manchon (25) dont une face frontale forme le siège de soupape (29), fixe. 4 ) Dispositif d'injection de carburant selon la revendica- tion 1, caractérisé par une pièce (25) en céramique munie du siège de soupape (29). ) Dispositif d'injection de carburant selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité de soupape (35) est réalisée sur l'organe d'obturation (21) sous la forme d'une collerette an- nulaire (33). 6 ) Dispositif d'injection de carburant selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la vanne de commande électrique (15) est une électrovanne dont la plaque d'induit (19) mobile est reliée à l'organe d'obturation (21). 7 ) Dispositif d'injection de carburant selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le dispositif d'injection de carburant est réalisé sous la forme d'un ensemble comprenant la pompe, la conduite et la buse.