Brevet FR2792370A1 — publié le 20001020

La présente invention concerne un dispositif d'injection pour des moteurs à combustion interne, de préférence des moteurs diesel, comprenant au moins une valve de pilotage, au moyen de laquelle un piston de commande peut être mis en translation à l'aide d'un fluide sous pression, afin d'alimenter du carburant, via au moins une conduite d'amenée, en direction d'une chambre de combustion du moteur à combustion interne. Les moteurs à combustion interne, et en particulier les moteurs diesel, ont besoin, en vue d'assurer une préparation certaine et propre du mélange de carburant dans la chambre de combustion, d'une opération d'injection, qui consiste en plusieurs injections individuelles. Les opérations d'injection se subdivisent en une préinjection et en une injection principale de la quantité de carburant. Pour produire la quantité de préinjection, on emploie une unité de régulation, qui exige un circuit très complexe dans l'unité électronique de pilotage, et qui est affectée de pertes énergétiques. Souvent, pour produire la quantité de préinjection on utilise une vaporisation, mais celle-ci n'est cependant pas totalement employable à toutes les allures de fonctionnement. Cela tient au fait que les temps de commutation du système hydraulique de pilotage sont trop importants pour de petites quantités d'injection en raison de la structure des éléments de commande, et qu'il n'est par conséquent possible de produire une petite quantité de préinjection qu'avec une complexité considérable sur le plan des techniques de régulation. L'invention a pour objectif de réaliser un dispositif d'injection du type indiqué ci-dessus, de telle façon que l'on peut produire une petite quantité de préinjection, tout en conservant une réalisation simple sur le plan structurel et en réduisant la complexité technique pour la régulation, sans influencer de façon négative l'évolution de la pression lors de l'injection principale, et par conséquent la quantité de l'injection principale. Dans un dispositif d'injection du type indiqué en introduction, cet objectif est atteint, conformément à la présente invention, par le fait qu'il est prévu dans le trajet d'écoulement du fluide sous pression au moins un accumulateur pour le fluide sous pression, ledit accumulateur étant agencé dans le piston de commande. Avec le dispositif d'injection selon l'invention, grâce à l'accumulateur, on minimise la quantité volumétrique à alimenter, en particulier la quantité d'injection pilote, tout en assurant un temps de communication minimum à la valve de pilotage. L'évolution de pression de l'injection principale et par conséquent la quantité de l'injection principale n'en sont pas affectées. D'autres caractéristiques de l'invention ressortent du reste de la présente description et des dessins. La présente invention sera maintenant décrite plus en détail en se rapportant à un mode de réalisation illustré dans les dessins ci-joints, dans lesquels: la figure 1 montre une coupe axiale d'un dispositif d'injection selon l'invention; la figure 2 montre une coupe axiale agrandie de ce dispositif d'injection; les figures 3a à 3c montrent différentes courbes caractéristiques du dispositif d'injection selon l'invention; et la figure 4 montre une courbe caractéristique pression/temps du dispositif d'injection selon l'invention. Le dispositif d'injection est employé dans des véhicules automobiles et il sert à l'admission de carburant vers un moteur à combustion interne, en particulier un moteur diesel. Le dispositif d'injection comprend un piston de commande 1, logé dans un boîtier 2. L'admission du fluide sous pression vers le piston de commande 1 a lieu via une valve de pilotage 3, réalisée sous forme d'une valve de commutation raccordée à une unité de commande 4. La valve de pilotage 3 est posée sur le boîtier 2 et pénètre, au moyen d'un talon 5 d'un corps de valve 6, dans un renfoncement 7 sur le côté frontal du boîtier 2. Dans la paroi extérieure du talon 5 est logé au moins un joint annulaire 8, qui étanche le talon 5 vis-à-vis du boîtier 2. Dans le talon 5 est prévue une chambre annulaire 9, reliée par des conduites aux raccords de travail A et B de la valve de pilotage 3. La valve de pilotage 3 est régulée et surveillée par l'unité de commande 4. Au moyen de cette unité de commande, il est possible d'alimenter des bobines 10 et 11 de la valve de pilotage 3, au moyen desquelles il est possible de déplacer dans la direction souhaitée un piston 12 de la valve de pilotage 3, réalisé sous forme d'induit. Le piston 12 est capable de translation axiale entre deux butées frontales 13 et 14, qui sont mises en place dans les faces frontales du corps de valve 6. Lorsque la valve de pilotage 3 est fermée, le piston de commande 1 est appliqué sous la force d'un ressort de compression 15 contre le talon 5 du corps de valve 6. Le piston de commande 1 est illustré dans sa position départ repoussée par le ressort 15, dans laquelle un corps de valve 16 d'une valve d'injection 17 referme des ouvertures de buse 18, via lesquelles le carburant est alimenté dans la chambre de combustion (non illustrée) du moteur à combustion interne. Le piston de commande une présente une surface active 19, contre laquelle agit la pression pl dans le système. Dans la surface 19 du piston est ménagé un renfoncement central 20 (figure 2). Par conséquent, dans la position de départ, le piston de commande 1 est appliqué contre le talon 5 du corps de valve 6 au moyen d'une surface annulaire qui entoure le renfoncement 20. Sur le côté opposé, le piston de commande 1 est pourvu d'un autre renfoncement 21, dont la profondeur est considérablement plus forte que celle du renfoncement opposé 20. Au fond 22 du renfoncement 21 est appliqué un piston de multiplication de pression 23. Il a une plus petite section que le piston de commande 1, et pénètre dans un perçage 24 du boîtier 2. Au moyen du piston de multiplication de pression 23, la pression pl dans le système est convertie en une pression p2 plus élevée, qui agit sur la valve d'injection 17. Le ressort de compression 15 est appliqué contre la face inférieure d'une collerette frontale 25 du piston de multiplication de pression 23. Le ressort de compression 15 entoure le piston de multiplication de pression 23, et par son autre extrémité (figure 1) il est appliqué contre le fond 26 d'une chambre de réception 27 du boîtier 2 qui contient le piston de commande 1. Lors du fonctionnement du moteur à combustion interne, le piston 12 de la valve de pilotage 3 est déplacé, au moyen de l'unité de commande 4, de telle façon que le fluide hydraulique qui est amené dans le corps de valve 6 via une conduite d'amenée 28 est mis sous pression. Le fluide hydraulique parvient dans la chambre annulaire 9 et agit, avec la pression p l du système, sur la surface 19 active du piston de commande 1. Le renfoncement 21 opposé à la surface active 19 du piston est déchargé vis-à-vis de la pression et relié à l'atmosphère via un perçage 29 qui traverse le boîtier 2. Grâce à cela, le piston de commande 1 peut être déplacé à l'encontre de la force du ressort 15. Le piston de multiplication de pression 23 appliqué contre le fond 22 du renfoncement est par conséquent également déplacé, grâce à quoi le carburant qui se trouve dans le perçage 24 est forcé dans un perçage 31 au moyen d'une plaque de répartition 30 agencée de façon fixe. Ce perçage est prévu dans une pièce formant insert 32, reçue par une douille à vis 33. Celle-ci est vissée sur le boîtier 2 et reçoit la valve d'injection 17 qui sort de la douille à vis 33. La plaque de répartition 30 est serrée entre l'insert 32 et le boîtier 2 au moyen de la douille à vis 33. Cette plaque saisit l'insert 32 par le dessous, de sorte que lorsqu'on visse la douille à vis 33, l'insert 32 est repoussé en direction du boîtier 2. Le perçage d'alimentation 31 s'étend depuis la plaque de répartition 30 à travers l'insert 32 jusqu'à une chambre d'injection 34, laquelle est prévue dans l'insert 32 et est traversée par le corps de valve 16. À la chambre d'injection 34 se raccorde un perçage axial 35 qui mène aux ouvertures de buse 18 et qui présente un diamètre supérieur à celui de la partie du corps de valve 16 qui la pénètre. Cette partie pénètre dans une chambre de réception centrale 36 de l'insert 32, cette chambre étant refermée par la plaque de répartition 30 sur le côté opposé. Contre cette plaque s'appuie une extrémité d'un ressort de compression 37, lequel est appliqué par son autre extrémité sur une collerette 38 prévue sur l'extrémité du corps de valve 16 disposé dans la chambre de réception 36, le corps de valve présentant une saillie centrale 39 pour le centrage du ressort hélicoïdal de compression 37. Le corps de valve 16 est guidé axialement par un tronçon épais 40 dans la valve d'injection 17, et pénètre par ce tronçon 40 jusque dans la chambre d'injection 34. A l'intérieur de la chambre d'injection 34, le tronçon épais 40 se transforme en un tronçon final 41 plus mince. Le tronçon 40 du corps de valve est sollicité sous pression par le carburant parvenu dans la chambre d'injection 34 via le perçage 31, en raison de quoi le corps de valve 16 est reculé à l'encontre de la force du ressort de compression 37. De cette façon, les ouvertures de buse 18 sont libérées par le corps de valve, de sorte que le carburant peut pénétrer dans la chambre de combustion. Après l'opération d'injection, le piston 12 est déplacé, par pilotage de la valve de pilotage 3 au moyen de l'unité de commande 4, de telle façon que l'espace annulaire 9 est déchargé en direction du réservoir. Un clapet anti-retour 42 prévu dans la plaque de répartition 30 est ouvert lors du recul des pistons 1, 23 sous la dépression qui apparaît, grâce à quoi du carburant est aspiré depuis un réservoir de carburant (non représenté), via un perçage 43 dans la douille à vis 33 et un perçage 44 qui s'y raccorde dans l'insert 32. Le carburant parvient via la plaque de répartition 30 dans le perçage 24, de sorte que lors de la course suivante du piston multiplicateur 23 il est amené de la manière décrite vers les ouvertures de buse 18. Le perçage 40 débouche aussi dans la chambre de réception 36 de l'insert 32. Dans les moteurs à combustion interne actuels, en particulier dans les moteurs diesel, l'opération d'injection se produit par plusieurs injections individuelles, afin de garantir une préparation certaine et propre du mélange dans la chambre de combustion. Les opérations d'injection se subdivisent en une préinjection et une injection principale de la quantité de carburant. Dans le dispositif d'injection décrit, la quantité de carburant à foumrnir, en particulier la quantité de préinjection, est rendue minimale avec un temps d'enclenchement minimal de la valve de commande 3. À cet effet, on prévoit dans la région à basse pression un accumulateur 62 qui n'influence pas l'allure de la pression de l'injection principale, et donc de la quantité d'injection principale, ou bien qui ne l'influence que de manière insensible. L'accumulateur 62 peut être par exemple constitué par un accumulateur à piston, un accumulateur à membrane, ou bien un accumulateur à poche. Le volume de cet accumulateur peut être varié par exemple au moyen d'une vis de réglage. Dans le mode de réalisation illustré, l'accumulateur 62 est logé dans le piston de commande 1, et possède une valve d'entrée 45 (figure 2) et un étranglement 46. La valve d'entrée 45 est réalisée dans le mode de réalisation illustré sous forme de valve à bille, mais il peut également s'agir d'une valve à volet. La valve d'entrée 45 comprend une bille de valve 47, soumise à la force d'un ressort de compression 48 qui s'appuie sur une bague 49. La valve d'entrée 45 et l'étranglement 46 se trouvent dans une plaque de fermeture 50, laquelle est fixée dans une chambre de réception 51 du piston de commande 1, de préférence par soudure. La section de la chambre de réception 51 est plus petite que la section du renfoncement , lequel est limité axialement par la plaque de fermeture 50. La valve d'entrée 45 se trouve dans un perçage 50 de qui traverse la plaque de fermeture 50 axialement de manière décentrée. La bague 49 peut être une bague à vis, vissée dans la face frontale de la plaque de fermeture opposée au renfoncement 20. Sur le côté de la plaque de fermeture 50 détourné du renfoncement 20 est appliqué un piston 54, au moyen d'une barrette annulaire 53 en dépassement axial, sous la force d'un ressort hélicoïidal de compression 55. Celui-ci s'appuie au fond 56 de la chambre de réception 51 ainsi qu'au fond 57 d'un renfoncement central 58, prévu dans la face frontale 59 du piston 54 à l'opposé de la barrette annulaire 53. Le diamètre extérieur de la barrette annulaire 53 est inférieur au diamètre de la chambre de réception 51. En raison de la barrette annulaire 53, il se forme entre la plaque de fermeture 50 et le piston 54 une chambre d'accumulateur 60, laquelle est reliée au renfoncement 20 dans la région à basse pression via la valve d'entrée 45 et l'étranglement 46. La chambre de réception 51 est reliée, via au moins un perçage de décharge 61, avec le renfoncement 21 dans le piston de commande 1, et via le perçage de décharge 29 avec l'atmosphère. L'accumulateur 62 décrit à l'aide de la figure 2 est prévu entre la valve de pilotage 3 et le piston de multiplication de pression 23. Avec une opération de commutation de la valve de pilotage 3, déclenchée par l'unité de commande 4, la pression pl du système est amplifiée de la manière décrite par le piston multiplicateur 23 jusqu'à la pression p2 supérieure. Dans le renfoncement 20, relié à l'espace annulaire 9, règne la pression p l. Lors de l'alimentation en pression, le piston de commande i est déplacé contre la force du ressort de compression 15, grâce à quoi on déclenche l'opération d'injection de la manière décrite. La force du ressort de compression 48 qui charge la bille de valve 47 est inférieure à la pression pi du système, de sorte que lors du déplacement du piston de commande 1 vers le bas à la figure 1 la valve d'entrée 45 est ouverte. Grâce à cela, une partie du fluide hydraulique peut parvenir dans la chambre d'accumulateur 60, via le perçage 52 qui est désormais ouvert. Le piston d'accumulateur 54 est donc également attaqué par la pression pl, de sorte qu'il est déplacé à l'encontre de la force du ressort d'accumulateur 55, grâce à quoi le volume de la chambre d'accumulateur 60 est augmenté d'autant. Après terminaison de l'opération d'injection, la pression dans la chambre annulaire 9 et donc dans le renfoncement 20 qui lui est relié diminue. Le ressort de compression 15 est ainsi conçu qu'il déplace alors, par l'intermédiaire du piston de multiplication de pression 23, le piston de commande 1 en retour vers le haut en direction de la position d'appui illustrée dans la figure 1. Lors du retour, il se produit dans le renfoncement 20 ainsi que dans la chambre annulaire 9 une pression qui agit sur la valve d'entrée 45 et la maintient ouverte. Grâce à cela, le piston d'accumulateur 54 est maintenu dans sa position actionnée. Cette contre-pression qui agit sur le piston d'accumulateur 54 peut également être produite par un étranglement dans la conduite de retour de la valve de commutation 3 vers le réservoir. Après passage au-dessous d'une pression déterminée par le ressort d'accumulateur 55, l'accumulateur commence à se vider. En raison de l'étranglement 46, le volume peut se vider lentement hors de l'accumulateur. Le ressort d'accumulateur 55 et l'étranglement 46 peuvent être adaptés l'un à l'autre de telle façon que l'on peut établir un déroulement prédéterminé pour la pression dans la chambre à basse pression 20. Ce déroulement de la pression est ainsi établi que le piston d'accumulateur 54 est alors maintenu à sa position de sorte que le volume dans la chambre d'accumulateur 60 n'est pas réduit. Lors d'une injection principale suivante, le volume d'accumulateur n'est pas utilisé, de sorte qu'il règne immédiatement la pression totale et que l'on peut donc alimenter la totalité de la quantité de l'injection principale. Afin que les injections suivantes ne soient pas négativement affectées par l'accumulateur 62, le système est ainsi conçu que le temps de vidange de l'accumulateur est toujours plus petit que l'écart le plus court entre deux injections. La figure 4 montre l'allure de la courbe pression/temps lors d'une opération d'injection. On peut nettement voir qu'à chaque opération d'injection, il se produit tout d'abord une préinjection, ou injection pilote, et ensuite une injection principale. Lors de l'injection pilote, la pression maximum est plus faible que lors de l'injection principale. Le temps t l indique le temps de vidange de l'accumulateur, lorsque l'accumulateur est vidé lors du recul du piston de commande 1 jusque dans la position illustrée à la figure 1. Ce temps de vidange tl de l'accumulateur doit en tout cas être plus court que l'écart temporel t2 entre deux injections successives. Grâce à l'accumulateur 62, on obtient que le volume excédentaire pour l'injection pilote soit alimenté dans l'accumulateur, qui a donc l'effet d'un circuit retard. La figure 3c montre le déroulement de l'injection dans un diagramme temps/débit. Tout d'abord, on a besoin d'un petit volume pour l'injection pilote. Ensuite se produit l'alimentation du volume plus important nécessaire pour l'injection principale. Grâce à l'accumulateur 62, le volume nécessaire pour l'injection pilote est réduit. Cette réduction de volume est indiquée à la figure 3 par la zone en hachures. La figure 3b montre l'évolution associée de la pression dans la chambre à basse pression, tandis que la figure 3a montre les signaux de commutation associés de l'unité de commande 4. La figure 3b montre l'évolution de la pression dans la zone à basse pression, avec la réduction de pression, ainsi que le déroulement temporel de la pression lors de l'injection pilote et de l'injection principale. Pour démarrer l'injection pilote, l'unité de commande 4 envoie un signal à niveau haut, de sorte que le fluide hydraulique peut parvenir de la manière décrite via la valve de pilotage 3 jusqu'aux pistons 1 et 23. Après un temps prédéterminé, l'unité de commande 4 envoie un signal bas, en raison de quoi l'injection pilote est terminée. La pression diminue de façon correspondante, jusqu'à ce que, après une nouvelle durée t, l'unité de commande 4 envoie à nouveau un signal haut, afin de procéder à l'injection principale. Pour terminer l'injection principale, le signal est à nouveau ramené au niveau bas, de sorte que la valve de pilotage 3 est commutée afin que les pistons 1, 23 soient ramenés de la manière décrite jusque dans la position départ illustrée dans la figure 1. La minimisation du volume au moyen de l'accumulateur 62 peut, grâce à un choix approprié du ressort d'accumulateur 55, être ainsi conçue que l'on peut renoncer à la valve d'entrée 45. La durée d'alimentation pour le volume d'accumulateur doit être maintenue pendant la durée d'alimentation totale pour l'opération d'injection. Grâce à un signal de pilotage plus long au moyen de l'unité de pilotage 4, on peut faire varier chaque volume. Si le volume de l'accumulateur est supérieur au volume alimenté minimum, on peut alors alimenter tous les volumes à partir de zéro. Si la force du ressort d'accumulateur 55 est choisie plus forte que la force d'ouverture du corps de valve 16, on peut alors injecter un volume réduit également jusqu'au remplissage complet de l'accumulateur 62. Avec le dispositif décrit, on peut atteindre une limitation de la quantité injectée, qui présente par rapport aux procédés traditionnels pour la réduction de la quantité de l'injection pilote l'avantage énergétique qu'il se produit une perte de puissance une seule fois pour deux opérations d'injection successives, qui présente un amortissement à chaque opération d'injection. Grâce à la limitation de la quantité injectée, on rend possible une variation de volume de la quantité de l'injection pilote. Selon la détermination de l'accumulateur 62, elle mène depuis un volume de départ hydraulique prédéterminé dans le temps à un volume de sortie réduit, sans affecter négativement l'injection principale qui suit. Le volume de l'accumulateur peut être fixe, mais il peut être aussi conçu de façon variable. Grâce à cela, il est possible d'encaisser dans l'espace d'accumulateur 60 des quantités différentes de fluide hydraulique. Le dispositif décrit peut, comme illustré dans le mode de réalisation, être agencé à l'intérieur de l'injecteur. Il est cependant aussi possible de le prévoir à l'extérieur de l'injecteur. Revendications 1. Dispositif d'injection pour moteurs à combustion interne, de préférence pour moteurs diesel, comprenant au moins une valve de pilotage (3), au moyen de laquelle un piston de commande (1) peut être mis en translation à l'aide d'un fluide sous pression, afin d'alimenter du carburant, via au moins une conduite d'amenée, en direction d'une chambre de combustion du moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est prévu dans le trajet d'écoulement du fluide sous pression au moins un accumulateur (62) pour le fluide sous pression, ledit accumulateur étant agencé dans le piston de commande (1). 2. Dispositif d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accumulateur (62) comprend un piston accumulateur (54) mis sous précontrainte. 3. Dispositif d'injection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston accumulateur (54) est logé avec faculté de translation dans le piston de commande (1). 4. Dispositif d'injection selon l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le piston accumulateur (54) est susceptible de se déplacer à l'encontre de la force d'un ressort. 5. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'accumulateur (62) comprend une plaque de fermeture (50) qui délimite une chambre d'accumulateur (60) conjointement avec le piston accumulateur (54). 6. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre d'accumulateur (60) est reliée à la conduite d'amenée (28) pour le fluide sous pression via au moins un étranglement (46). 7. Dispositif d'injection selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étranglement (46) est logé dans la plaque de fermeture (50). 8. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la chambre d'accumulateur (60) est reliée à la conduite d'amenée (28) pour le fluide sous pression via au moins une valve d'entrée (45) qui s'ouvre dans la chambre d'accumulateur. 9. Dispositif d'injection selon la revendication 8, caractérisé en ce que la valve d'entrée (45) est prévue dans la plaque de fermeture (50). 10. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la plaque de fermeture (50) est fixée dans le piston de commande (1). 11. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le piston accumulateur (54) est susceptible d'être appliqué au moyen d'une barrette annulaire (53) contre le piston de commande (1). 12. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la pression agissant sur le volume accumulateur est réglable. 13. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la valve de pilotage (3) est raccordée à une unité de régulation (4). 14. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'une chambre (51) qui reçoit le piston accumulateur (54) dans le piston de commande (1) est mise à l'atmosphère. 15. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le piston de commande (1) agit sur un piston de multiplication de pression (23). 16. Dispositif d'injection selon la revendication 15, caractérisé en ce que le piston de multiplication de pression (23) alimente le carburant en direction d'ouvertures de buses (18). 17. Dispositif d'injection selon l'une ou l'autre des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que l'accumulateur (62) est agencé sur le côté du piston de commande (1) détourné du piston de multiplication de pression (23).