Brevet FR2783879A1 — publié le 20000331

Etat de la technique L'invention concerne un injecteur de carburant pour des moteurs à combustion interne. Un injecteur de carburant pour des moteurs à com- bustion interne ressort par exemple du document DE- 196 45 900-A1. Cet injecteur de carburant présente un organe d'injection qui peut coulisser axialement dans un alésage d'un corps d'injecteur avec une surface d'étanchéité, avec laquelle il coopère avec une surface de siège sur le corps d'injecteur, et avec au moins un orifice d'injection, qui au cours de la course d'ouverture de l'organe d'injection ne peut être commandé qu'après avoir parcouru une course à vide déterminée et après le soulèvement de la surface d'étanchéité de l'injecteur à partir du siège de celui-ci. L'ouverture d'injection est prévue dans la paroi du corps d'injecteur, une ouverture d'entrée de l'ouverture d'injection pouvant être obturée par l'organe d'injection. Pour pouvoir respecter des valeurs limites ren- forcées d'émissions et de bruits dans le cas des moteurs Die- sel à injection directe, il est nécessaire d'avoir, en particulier pour obtenir une injection superposée de gasoil et d'eau (ce qu'on appelle une injection bifluide) des injec- teurs de carburant dont la section transversale d'injection peut être modifiée en fonction de l'état de fonctionnement. L'invention a pour objet de développer des injec- teurs de carburant ouvrant à l'intérieur, d'une manière telle que l'on puisse modifier la section transversale d'injection. Avantages de l'invention On résout ce problème dans le cas d'injecteur de carburant du type décrit au début selon l'invention. Grâce au tiroir annulaire qui entoure de façon concentrique l'organe d'in- jection et qui obture dans sa position de départ l'ouverture d'injection en partie et que l'on peut faire coulisser dans le sens axial pour libérer la totalité de la section transversale de l'ouverture d'injection, il est possible d'avoir d'une ma- nière simple à réaliser du point de vue technique une section transversale modifiable au fonctionnement sûr dans le cas d'un injecteur de carburant ouvert vers l'intérieur. Le tiroir annulaire peut pour cela être mis sous pression d'une manière avantageuse par une conduite de com- mande séparée d'une manière telle qu'il s'accroche à sa posi- tion de départ lors de son alimentation en carburant se trouvant sous pression et qu'il puisse coulisser, lors de l'enlèvement du carburant se trouvant sous pression, à l'en- contre d'une force de rappel dans le sens axial. Le siège de l'injecteur est constitué d'une ma- nière avantageuse sur une tête d'étanchéité qui est disposée avec un faible jeu radial dans le corps d'injecteur. Grâce à ce jeu radial de la tête d'étanchéité on peut compenser d'une manière très avantageuse les tolérances de montage de l'or- gane d'injection, car la tête d'étanchéité s'adapte à l'or- gane d'injection et pas inversement - comme dans le cas des injecteurs connus à partir de l'état de la technique - l'or- gane d'injection au siège d'étanchéité. L'organe d'injection présente pour cela de préfé- rence une surface convexe, en forme de bille, formant la sur- face d'étanchéité de l'injecteur à son extrémité, située du côté de la chambre de combustion, surface avec laquelle il coopère par un bord d'étanchéité de la tête d'étanchéité de forme annulaire, qui fait tout le tour, et qui forme le siège de l'injecteur. L'organe d'injection peut se soulever vers l'in- térieur à l'encontre d'une force de rappel, de telle sorte qu'il n'est soumis à aucune salissure extérieure. En particulier le siège d'étanchéité est dans ce cas disposé à l'intérieur de l'injecteur de carburant et est protégé ainsi contre toute salissure due aux gaz de combus- tion. Pour commander la section transversale d'injection, il est prévu de façon avantageuse qu'un bord annulaire forme au passage entre la paroi périphérique du tiroir annulaire et sa face frontale une arête de commande qui détermine en passant sur l'ouverture d'entrée de l'ouverture d'injection la sec- tion transversale d'ouverture de l'injection de carburant. De cette façon on peut réaliser différentes sections transversa- les d'injection de carburant, en obtenant de façon avanta- geuse que des variations de l'angle du jet d'injection ne se produisent pas du fait d'un tiroir annulaire se trouvant à l'intérieur et recouvrant en partie l'ouverture d'injection, aussi fortement qu'un recouvrement à la sortie du trou d'in- jection, de telle sorte que l'angle au sommet du jet d'injec- tion soit stable. D'autres avantages et caractéristiques intéres- santes de l'invention sont présentés dans la description, les dessins et les revendications suivants. Dessins La présente invention va être décrite ci-après plus en détail à partir d'un mode de réalisation, représenté sur les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre une buse d'injecteur de carburant en po- sition fermée, - la figure 2 montre une représentation agrandie de la zone inférieure de la buse d'injection de carburant représentée à la figure 1, - la figure 3 montre la buse d'injection de carburant repré- sentée à la figure 1 dans une position en partie ouverte, - la figure 4 montre une représentation agrandie de la zone désignée par IV à la figure 3, - la figure 5 montre la buse d'injection de carburant repré- sentée à la figure 1 et à la figure 3 dans une position complètement ouverte, - la figure 6 montre la zone désignée par VI à la figure 5 selon une représentation agrandie, et - la figure 7 montre schématiquement un système d'injection de carburant à rampe commune d'alimentation (common rail), dans lequel on utilise la buse d'injection de carburant se- lon l'invention, représentée sur les figures 1 à 6. Description des exemples de réalisation Un système d'injection à "rampe commune d'alimen- tation" (common rail), représenté à la figure 7 comprend un réservoir de carburant, sur lequel un filtre et une pompe de préalimentation ainsi qu'une pompe à haute pression transfè- rent dans une rampe de distribution (Rail) 5 du carburant sous pression. A la rampe de distribution 5 sont raccordés au moyen de vannes à deux voies 6 par l'intermédiaire d'une con- duite de commande 12 ainsi que par l'intermédiaire d'une con- duite d'injection 13 des injecteurs 10 de carburant, qui vont être décrits ci-après encore plus en détail. A partir des in- jecteurs de carburant 10 ainsi qu'à partir des vannes 6 le carburant qui s'écoule en retour va au réservoir 1 par l'in- termédiaire d'une conduite de retour 14. Dans la conduite on dispose en outre une soupape de limitation de pression 8 ainsi qu'un capteur de pression 4. La sortie du capteur 4 mène à un appareil de commande 7, qui commande aussi bien la pompe à haute pression 3 que la vanne 6. D'autres signaux de détecteurs 9 sont en outre ame- nés à l'appareil de commande 7. On va décrire plus en détail à l'aide des figures 1 à 6 un injecteur de carburant et son fonctionnement. Un injecteur de carburant comprend un corps d'in- jecteur 20, qui est fixé au moyen d'un écrou de serrage 22 sur un support 30 de fixation de l'injecteur. Dans le corps d'injecteur 20 on dispose un organe d'injection 40 de façon à ce qu'il coulisse axialement. L'organe d'injection se ter- mine, à son extrémité située à l'opposé de la chambre de com- bustion, par une pièce sous pression 41, et est maintenu par la force d'un ressort de rappel 42 dans sa position de départ fermée représentée sur les figures 1 et 2. L'organe d'injec- tion 40 présente une conduite de carburant 44 disposée au centre, qui se termine dans une chambre de ressort 45 du res- sort 42. La pièce sous pression, qui est reliée à l'organe d'injection 40, présente un alésage qui est en alignement avec la conduite de carburant 44. L'organe d'injection 40 est entouré de façon con- centrique par un tiroir annulaire 50 qui est maintenu égale- ment par la force de rappel d'un ressort de rappel 52 dans sa position de départ représentée à la figure 1 et à la figure 2. Le tiroir annulaire 50 peut coulisser dans le sens axial jusqu'à ce qu'il vienne en contact, à l'encontre de la force de rappel du ressort de rappel 52, contre une butée, qui est disposée sur un élément de butée 55, qui entoure également de façon concentrique l'organe d'injection 40. Dans l'élément de butée 55 ainsi que dans le sup- port de fixation 30 de l'injecteur, une conduite de commande 60 peut alimenter en carburant sous pression le tiroir annu- laire 50. Pour assurer le blocage en rotation il est en outre prévu une broche de sécurité 70 au passage entre le corps d'injecteur 20 et le support de fixation 30 de l'injecteur. A son extrémité, située du côté de la chambre de combustion, l'organe d'injection 40 présente un siège d'étanchéité 80, constitué par une tête d'étanchéité 81, fixée avec un jeu ra- dial très faible à l'extrémité frontale du corps d'injecteur , et par une surface 82 convexe, en forme de bille, consti- tuée sur l'organe d'injection 40. Le siège d'étanchéité lui- même est formé par un contact linéaire entre la surface con- vexe en forme de bille 82 et l'un des bords 83 tourné vers celle-ci de la tête d'étanchéité 81. Comme la tête d'étan- chéité 81 est montée avec un jeu radial très faible à l'ex- trémité frontale, du corps d'injecteur 20, elle peut compenser les tolérances de montage de l'organe d'injection 40. Dans ce cas la tête d'étanchéité 81 s'adapte à l'organe d'injection 40 et pas - comme c'est le cas pour les injec- teurs de carburant connus en soi, - inversement l'organe d'injection 40 à une arête d'étanchéité qui est constituée d'un seul tenant sur le corps d'injecteur 20. Le fonctionnement de l'injecteur de carburant re- présenté sur les figures 1 et 2 est alors le suivant: Quand la conduite de commande 60 est ouverte, la force de pression du ressort 52 est renforcée par la pression qui règne dans la conduite de commande, de telle sorte que le tiroir annulaire 50 est pressé sur un épaulement 29, consti- tué sur le corps d'injection 20. Dès que la vanne 6 s'ouvre dans la conduite d'injection 13, le carburant qui se trouve sous pression arrive par l'intermédiaire de la chambre de ressort 45 du ressort de compression 42 à travers la pièce de pression 41 et la conduite de carburant 44 dans une cavité qui est constituée au dessus de la tête d'étanchéité 81 à l'extrémité située du côté de la chambre de combustion. En atteignant la pression d'ouverture l'organe d'injection 40 se soulève du siège d'étanchéité 80, le support de fixation 30 de l'injecteur servant de butée. Du carburant passe d'une ou- verture d'injection 90, constituée dans le corps d'injecteur 20, dans la chambre de combustion du moteur à combustion in- terne (non représenté). L'arête annulaire au passage entre la paroi péri- phérique 50 et sa surface frontale 52 forme une arête de com- mande 51 qui recouvre en partie l'ouverture d'injection 90, de telle sorte que la section transversale de l'ouverture d'injection 90 n'est libérée qu'en partie et n'injecte par conséquent qu'une quantité partielle de carburant. Dans cet état la tête d'étanchéité 81 est bloquée dans sa position par la pression du carburant. Quand le temps de l'injection s'est écoulé, la vanne 6 dans la conduite d'injection passe dans sa position de fermeture. L'injecteur de carburant est sans pression. Dans ce cas l'organe d'injec- tion 40 est pressé par le ressort de compression 42 sur la tête d'étanchéité 81. Pour ouvrir complètement l'injecteur de carburant on fait tomber la pression dans la conduite de commande 60 à travers la vanne 6 en reliant la conduite de commande 60 à la conduite de retour 14. La vanne 6 dans la conduite d'injec- tion 13 s'ouvre. On transfert à nouveau du carburant par l'intermédiaire de la chambre de ressort 45 du ressort de compression 42 et par l'intermédiaire de la pièce de pression 41 via la conduite de carburant 44 dans l'organe d'injection 40. Quand la pression d'ouverture est atteinte, l'organe d'injection 40 se soulève du siège d'étanchéité 80, le sup- port de fixation de l'injecteur 30 servant à nouveau de bu- tée. La pression d'injection agit alors sur la face frontale 52 du tiroir annulaire 50 de forme annulaire. La force qui s'exerce sur le tiroir annulaire 50 est dans ce cas plus grande que la force du ressort de compression 52, de telle sorte que le tiroir annulaire 50 se déplace vers la butée constituée sur l'élément de butée 55. Dans cette position l'arête de commande 51 du tiroir annulaire 50 dépasse l'ou- verture d'injection 90 dans le corps d'injecteur 20 et libère celle-ci complètement. Quand le temps de l'injection s'est écoulé la vanne 6 dans la conduite d'injection 13 passe à sa position de fermeture. Le système est sans pression. Le corps d'injecteur 20 est pressé sur la tête d'étanchéité 81. La force du ressort de compression 52 met le tiroir annulaire 50 en position de retour sur l'épaulement 29 sur le corps d'in- jecteur 20. L'injecteur de carburant décrit ci-dessus a le très grand avantage que seul l'organe d'injection ou l'ai- guille d'injection 40 est mis sous pression. Il ressort de cela qu'il y a un très faible risque de rupture de l'organe d'injection 40. Quand néanmoins il se produit un endommage- ment, par exemple du fait d'une rupture, la construction fer- mée de l'injecteur de carburant empêche une détérioration du moteur à combustion interne. Comme toutes les pièces qui sont en mouvement se trouvent à l'intérieur du corps d'injecteur 20, on peut ex- clure le risque d'une carbonisation. Il est aussi particuliè- rement avantageux que l'angle d'injection soit déterminé par le corps d'injecteur et qu'il ne se modifie pas lors de l'ou- verture de l'orifice d'injection 82. En prévoyant le tiroir annulaire 50 il est en ou- tre possible que la butée de la course de l'organe d'injec- tion 40 soit constante, de telle sorte que sa fabrication et son montage sont sensiblement simplifiés. REV E N D I C A T I ON S 1 ) Injecteur de carburant pour des moteurs à combustion in- terne comprenant un organe d'injection (40) qui peut coulis- ser axialement dans un alésage d'un corps d'injecteur (20), qui présente une surface d'étanchéité, par laquelle il coo- père avec un siège (80) disposé sur le corps d'injecteur (20), et avec au moins un orifice d'injection (82), que l'on peut commander au cours du mouvement de soulèvement au dessus de l'ouverture de l'organe d'injection en soulevant la sur- face d'étanchéité de l'injecteur de son siège, l'ouverture d'injection (82) étant prévue dans la paroi du corps d'injec- teur (20) et une ouverture d'entrée de l'orifice d'injection (82) pouvant être fermée par le mouvement de soulèvement de l'organe d'injection, caractérisé en ce que concentriquement au corps d'injecteur (20) un tiroir annu- laire (50) obture partiellement l'ouverture d'injection (82) dans sa position de départ, et peut coulisser dans le sens axial pour libérer la totalité de la section transversale de l'ouverture d'injection (82). 2 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir annulaire peut être alimenté à travers une conduite de commande séparée (60) par du carburant se trouvant sous pression d'une manière telle qu'il s'accroche à sa position de départ lors de l'alimentation en carburant sous pression et qu'il peut coulisser dans le sens axial lors de l'évacua- tion du carburant se trouvant sous pression à l'encontre de la force de rappel d'un ressort de rappel (52). 3 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le siège de l'injecteur (80) est constitué sur une tête d'étanchéité (81), disposée dans le corps d'injecteur (20) avec un faible jeu radial. 4 ) Injecteur de carburant selon la revendications 3, caractérisé en ce que l'organe d'injection (40) présente à son extrémité située du côté de la chambre de combustion une surface convexe, en forme de bille, qui constitue la surface d'étanchéité de l'injecteur, surface par laquelle il coopère avec une arête d'étanchéité périphérique de la tête d'étanchéité, en ayant une forme annulaire, et formant le siège de l'injecteur (80). 5 ) Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe d'injection peut se soulever de son siège vers l'in- térieur à l'encontre d'une force de rappel. 6 ) Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que une arête annulaire forme au passage entre la paroi périphé- rique du tiroir annulaire et sa face frontale une arête de commande, qui lors du passage sur l'ouverture d'entrée de l'orifice d'injection détermine la section transversale d'ou- verture de l'injection de carburant.