Brevet FR2788082A1 — publié le 20000707

Etat de la technique La présente invention concerne un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne comportant une ai- guille d'injecteur coulissant dans le perçage d'un corps d'injecteur, contre une force de rappel, axialement vers l'extérieur, dont l'extrémité du côté de la chambre de com- bustion comporte une tête d'obturation formant une aiguille de soupape dépassant du perçage, - cette tête ayant sur son côté tourné vers le corps de sou- pape, une surface d'étanchéité de soupape pour coopérer avec une surface d'étanchéité de siège de soupape prévue sur la face du corps de l'injecteur tournée vers la chambre de combustion, et - au moins un orifice d'injection prévu dans la tête d'obturation et partant d'une chambre de pression, orifice d'injection dont l'orifice de sortie en position de ferme- ture de l'aiguille est recouvert par le corps de l'injecteur et se libère par la course d'ouverture dirigée vers l'extérieur, et - une butée hydraulique de course à deux niveaux, délimitant la course d'ouverture de l'aiguille, cette butée étant réa- lisée sous la forme d'une chambre d'amortissement hydrauli- que à conduite de décharge commandée à la fermeture, - la conduite de décharge pouvant être reliée par au moins deux cavités de l'aiguille à la chambre d'amortissement, ces cavités étant commandées successivement en fermeture pendant le mouvement d'ouverture de l'aiguille, - au moins l'une des cavités pouvant être reliée à une cham- bre basse pression par un canal de décharge équipé d'une soupape et, - la chambre d'amortissement étant prévue dans une rondelle intermédiaire entre le corps d'injecteur et un porte- injecteur, avec son extrémité axiale opposée à la face du corps d'injecteur délimitée par un piston fixé à l'aiguille, dont la périphérie extérieure est guidée de ma- nière étanche, libre en coulissement contre la paroi de la chambre d'amortissement. Un tel injecteur apparaît dans le document DE 197 33 905 non publié antérieurement. Cet injecteur pour moteur à combustion interne comprend une aiguille sortant du corps de l'injecteur et ayant au moins deux orifices d'éjection répartis en deux rangées superposées axialement; ces orifices sont successivement commandés à l'ouverture par la course d'ouverture de l'aiguille dirigée vers l'extérieur; il comporte une butée hydraulique à deux ni- veaux limitant l'angle d'ouverture de l'aiguille; cette bu- tée est réalisée comme chambre d'amortissement hydraulique à décharge commandée, se faisant par au moins deux traces de meulage sur l'aiguille; pendant le mouvement d'ouverture de l'aiguille, ses parties meulées sont successivement comman- dées en fermeture. L'une des parties meulées est reliée par un canal de décharge équipé d'une soupape à la chambre basse pression. La chambre d'amortissement est prévue dans une ron- delle intermédiaire serrée entre le corps de l'injecteur et un porte-injecteur; à son extrémité axiale opposée à la sur- face frontale du corps de l'injecteur, elle est délimitée par un piston fixé à l'aiguille et dont la périphérie extérieure est guidée en coulissement étanche contre la paroi de la chambre d'amortissement. Ce piston est réalisé comme anneau d'étanchéité en U ouvert en direction de la chambre d'amortissement et qui est pressé sur la tige de l'aiguille. Un ressort est logé dans le joint d'étanchéité en U en matière plastique. La dif- ficulté est que ce joint est exposé à une très forte usure. Or, réaliser le joint d'étanchéité sous la forme d'une pièce métallique serait difficile à cause de sa sensibilité aux to- lérances. La présente invention a pour but de développer un injecteur de carburant du type défini ci-dessus, pour que dans des conditions de charge données d'un moteur à combus- tion interne, il puisse assurer un fonctionnement pratique- ment constant pendant toute sa durée de vie. En particulier, on veut éviter un fort risque d'usure aux courses très fai- bles et à vitesse relative élevée, l'influence des tolérances de fabrication dans des moyens de guidage très rapprochés les uns à la suite des autres ainsi que les charges en forme de chocs pulsés, résultant de la pression de charge exercée sur la fixation du piston et sur l'aiguille. Avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un injecteur de carburant du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le piston comprend: - un élément de piston avec une surface d'appui qui vient contre une surface de contact courbe formée sur l'aiguille, - un élément d'arrêt pour bloquer l'élément de piston sur l'aiguille d'injecteur et, - un élément élastique installé entre l'élément de piston et l'élément d'arrêt. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le piston comprend: - un élément de piston avec une surface d'appui qui vient contre une surface de contact cintrée réalisée sur l'aiguille d'injecteur, - un élément d'arrêt qui vient par une surface d'appui réali- sée sur cet élément contre une autre surface de contact réalisée sur l'élément de piston. La réalisation du piston sous la forme d'une structure en plusieurs pièces comprend l'élément de piston avec sa surface d'appui venant contre une surface de contact courbe réalisée sur l'aiguille et l'élément d'arrêt pour blo- quer l'élément de piston sur l'aiguille; dans une solution selon l'invention, l'aiguille est reliée par un élément élas- tique entre le piston et l'élément d'arrêt et dans une autre solution selon l'invention, elle s'appuie contre une surface de l'élément de piston tournée vers l'élément d'arrêt, avec une surface d'appui adaptée; on réalise avantageusement un décalage axial des organes de guidage de l'aiguille dans la rondelle intermédiaire et dans le porte-injecteur par une possibilité de coulissement relatif, suffisante, de ces piè- ces. En particulier, cela permet de compenser des défauts d'alignement et de parallélisme des organes de guidage entre eux grâce à un tel piston en plusieurs parties, avec des sur- faces adaptées les unes aux autres et cela d'une manière technique simple à réaliser. De manière avantageuse, selon le second mode de réalisation, les deux surfaces de contact sont de forme sphé- rique ou torique avec un point de symétrie concentrique et les surfaces d'appui sont complémentaires aux surfaces sphé- riques ou toriques, ou sont coniques. D'une façon particuliè- rement efficace, on compense de cette manière tout décalage axial du guidage de l'aiguille dans la rondelle intermédiaire et dans le corps d'injecteur grâce à une excellente possibi- lité de coulissement relatif. D'une façon générale, on prévoit que la surface de contact, réalisée sur l'aiguille, est de forme sphérique ou torique et la surface d'appui de l'élément de piston (61) est en forme de calotte complémentaire à la surface de con- tact, ou est de forme conique. L'élément d'arrêt est pressé avantageusement sur l'aiguille et bloqué par une bague de blocage. En variante, on peut fixer l'élément d'arrêt en le soudant et/ou par une liaison par la forme, de préférence une fixation par vis. Selon un autre mode de réalisation, l'élément d'arrêt est pressé par une déformation à froid ou à chaud dans les rainures réalisées dans l'aiguille. L'élément d'arrêt peut également être soudé sur l'aiguille, de préférence par un soudage au laser. De plus, l'élément d'arrêt peut être placé dans une rainure prévue dans l'aiguille et être tenu par un élé- ment annulaire entourant l'élément d'arrêt. L'élément élastique est avantageusement un élé- ment en élastomère qui remplit la cavité formée entre l'aiguille, l'élément de piston et l'élément d'arrêt. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'injecteur de moteur à combustion interne représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un premier exemple de réalisation d'un injecteur de carburant selon l'invention, - la figure 2 montre à échelle agrandie le détail II de la figure 1, - la figure 3 montre un second exemple de réalisation d'un injecteur de carburant selon l'invention, - la figure 4 montre à échelle agrandie le détail portant la référence IV à la figure 3, - la figure 5 est une vue de détail d'un troisième exemple de réalisation d'un injecteur de carburant selon l'invention, - la figure 6 est une vue de détail d'un quatrième exemple de réalisation d'un injecteur de carburant selon l'invention, - la figure 7 est une vue de détail d'un cinquième exemple de réalisation d'un injecteur de carburant selon l'invention. Description des exemples de réalisation Un injecteur de carburant selon la figure 1 à construction dite ouverte vers l'extérieur, comprend deux rangées d'orifices d'éjection dont l'ouverture se commande successivement (buse à registre variable) avec un corps d'injecteur 10 dont l'extrémité inférieure débouche dans la chambre de combustion du moteur à combustion alimenté en car- burant. Le corps d'injecteur 10 est muni d'un perçage axial traversant 13 logeant en coulissement axial une aiguille d'injecteur 20 en forme de piston. L'aiguille 20 comporte à son extrémité inférieure du côté de la chambre de combustion, une tête d'obturation 23 sortant du perçage 13 et ayant une section plus grande pour constituer une aiguille de soupape. Cette tête d'obturation 23 forme avec sa surface frontale an- nulaire tournée vers le corps d'injecteur 10, une surface d'étanchéité de soupape coopérant avec une portée de siège de soupape fixe, réalisée sur la surface frontale du corps d'injecteur 10 entourant le perçage 13 du côté de la chambre de combustion. Les surfaces d'étanchéité de la soupape et du siège formant une section d'étanchéité sont coniques; l'angle du cône des deux surfaces de contact diffère légère- ment pour former une arête d'étanchéité, définie. Entre la paroi du perçage 13 et le corps de l'aiguille 20, une chambre de pression annulaire 30 est déli- mitée du côté de la chambre de combustion par une extension du diamètre de l'aiguille 20 qui forme un épaulement annu- laire 23 du côté de la chambre de pression au niveau de la transition avec la tête d'obturation, et de l'autre côté, est limitée par une extension de la section 25 de l'aiguille 20 à la taille du perçage 13. La chambre de pression 30 est rac- cordée d'une manière non représentée par un canal de pression 19 à la conduite d'injection d'une pompe d'injection. Des canaux d'injection non représentés aux figu- res 1 et 3 partent de la chambre de pression 30 délimitant l'épaulement annulaire; ces canaux d'injection sont par exemple des perçages allongés réalisés dans la tête d'obturation de l'aiguille 20 et d'o partent des perçages de commande à la hauteur de l'arête de commande. Ces orifices de sortie des canaux d'injection sont prévus au-dessus de la surface d'étanchéité de soupape dans la surface enveloppe de l'aiguille de façon à être recouverts par le perçage lorsque l'injecteur est fermé, c'est-àdire lorsque l'aiguille 20 est appliquée contre le siège de soupape; ils n'entrent en ac- tion que pour une course d'ouverture de l'aiguille 20 dirigée vers l'extérieur, émergeant du perçage du corps d'injecteur. En plus, de préférence deux rangées d'orifices de sortie (rangées de trous d'injection) sont superposées dans la di- rection axiale de l'aiguille. Pendant la course d'ouverture de l'aiguille, ces orifices de sortie sont successivement commandés à l'ouverture. En variante, on peut également pré- voir des orifices d'injection allongés, dont la section dans ce cas est commandée à l'ouverture dans au moins deux étapes. L'aiguille 20 en forme de piston dépasse avec la partie de son corps opposée à la chambre de combustion hors du corps 10 de l'injecteur dans un perçage de section agran- die formant une chambre à ressort 40 dans un porte-injecteur 42 fixé à l'aide d'un écrou de serrage 50 axialement contre le corps d'injecteur 10. Un ressort de fermeture d'injecteur 44 est serré dans la chambre à ressort 40 pour qu'avec son extrémité proche de la chambre de combustion, ce ressort s'appuie contre le corps d'injecteur et par son extrémité éloignée de la chambre de combustion, contre une rondelle de soupape 46 pour agir sur l'aiguille et tenir l'aiguille 20 pressée en appui contre le siège de soupape. Pour limiter le mouvement d'ouverture dirigé vers l'extérieur de l'aiguille 20, cette aiguille 20 comporte à son extrémité opposée à la chambre de combustion qui dépasse du corps d'injecteur 10 et qui pénètre dans le porte- injecteur 42, un piston 60 dépassant radialement de la tige d'aiguille et délimitant une chambre d'amortissement hydrau- lique 70. Cette chambre d'amortissement 70 est prévue dans une rondelle intermédiaire 72 serrée axialement entre une surface frontale du corps d'injecteur 10, du côté éloigné de la chambre de combustion et la surface frontale du porte- injecteur 42 tournée vers la chambre de combustion. La ron- delle intermédiaire 72 comporte une partie du canal de pres- sion (non représentée) sous la forme d'un perçage axial traversant. De plus, la rondelle intermédiaire 72 comporte un passage central traversant 73 dans lequel passe le corps de l'aiguille 20 et qui délimite radialement vers l'extérieur, la chambre d'amortissement 70. L'aiguille d'injecteur 20 comporte deux traces de meulage 17, 18 qui sont successivement commandées en ferme- ture au cours du mouvement d'ouverture de l'aiguille. L'une des traces 17 est reliée à la chambre basse pression par un canal de décharge 82 équipé d'une soupape 80. Le rôle des traces de meule ainsi que de la soupape 80 équipant le canal de décharge 82 apparaît dans le document DE 197 39 905 non publié préalablement et auquel il est fait référence en tota- lité ici. Selon notamment la figure 2, le piston 60 com- porte un élément de piston 61 bloqué sur l'aiguille 20 par une bague d'arrêt 63 pressée avec surdimensionnement et qui reçoit la pression statique exercée sur la face inférieure de l'élément de piston 61 par une liaison par frottement. Pour recevoir la charge dynamique, il est prévu une bague de blo- cage 64, monobloc, pressée avec un surdimensionnement impor- tant et sous précontrainte axiale sur l'aiguille 20. Entre la bague d'arrêt 63 et l'élément de piston 61, un élastomère 80 remplit la cavité entre l'élément de piston 61, l'aiguille 20 et l'élément d'arrêt 63. L'élément de piston 61 s'appuie sur une surface de contact 29 de préférence de forme sphérique ou torique. La surface d'appui de l'élément de piston 61 tournée vers la surface de contact 29 est complémentaire à cette surface de contact et présente une forme de calotte ou de cône. Cette disposition du piston 60 dans la chambre de pression 70 per- met d'éviter les tolérances de fabrication du guidage de l'aiguille 20 dans le corps d'injecteur 10 et le porte- injecteur 42 ainsi que dans la rondelle intermédiaire 72 et d'éviter ainsi efficacement une sollicitation par chocs pul- sés, résultant de la pression de charge sur la fixation du piston 60 et ainsi sur l'aiguille 20. Cela permet en même temps d'obtenir une très grande résistance à l'usure par la réalisation de l'élément de piston 61 et de l'élément d'arrêt 63 sous la forme de pièces métalliques. Précisément, la réa- lisation en forme de tores circulaires de la surface de con- tact 29 sur l'aiguille 20 et de la surface d'appui adaptée de l'élément de piston 61 permet un coulissement relatif suffi- sant pour compenser un décalage axial du guidage et de l'aiguille 20 ainsi que de la rondelle intermédiaire 72 et du corps d'injecteur 10. On compense ainsi tout défaut d'alignement des moyens de guidage notamment un basculement et un défaut de parallélisme des moyens de guidage entre eux de sorte que l'élément de piston 61 peut se déplacer sur une trajectoire circulaire autour du centre de la surface sphéri- que ou torique et l'élément en élastomère 80 assure la com- pensation par rapport à l'aiguille 20. En variante du mode de réalisation représenté, la bague d'arrêt 63 peut également être réalisée sous la forme d'une bague soudée ou reliée par une liaison de forme, par exemple fixée par un contre-écrou, au lieu d'être fixée par la bague de blocage 64 qui se déforme élastiquement lors- qu'elle vient, par pressage, dans une gorge réalisée dans l'aiguille 20. L'étanchéité de la chambre de commande 90 sol- licitée en pression est réalisée par un guidage très étroit de l'élément de piston 61 et des points de contact entre l'aiguille 20 et l'élément de piston 61, ainsi que dans l'élément en élastomère 80. Dans l'exemple de réalisation selon les figures 3 et 4, les éléments qui correspondent à ceux de l'exemple de réalisation des figures 1 et 2 portent les mêmes références et leur description ne sera pas reprise. Contrairement à l'exemple de réalisation des fi- gures 1 et 2, l'élément de piston 61 n'est pas relié à la ba- gue d'arrêt 63 par un élément en élastomère mais l'élément de piston 61 comporte sur son côté tourné vers l'élément d'arrêt 63, également une surface de contact 62 qui est de préférence de forme sphérique ou torique. L'élément d'arrêt 63 présente un côté tourné vers la surface de contact 62, une surface d'appui complémentaire, en forme de calotte ou une surface d'appui conique. La surface de contact 29 réalisée sur l'aiguille d'injecteur 20 ainsi que la surface de contact 62 réalisée sur l'élément de piston 61 sont toutes deux des sur- faces de contact de préférence de forme sphérique et elles ont un même point de symétrie, c'est-à-dire un même centre des rayons. Cette réalisation compense les décalages d'axes et d'angles décrits ci-dessus et qui peuvent se produire à cause des tolérances. Dans les modes de réalisation des figures 5, 6 et 7, les mêmes éléments que ceux de l'exemple de réalisation des figures 1 et 2 portent les mêmes références et leur des- cription ne sera pas reprise. Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, l'élément d'arrêt 63 est pressé à froid ou à chaud dans les rainures 200 réalisées dans l'aiguille d'injecteur 20. Dans l'exemple de réalisation de la figure 6, l'élément d'arrêt est soudé au laser sur l'aiguille 20. Le cordon de soudure au laser 210 est représenté schématiquement à la figure 6. Dans l'exemple de réalisation de la figure 7, l'élément d'arrêt 63 est logé dans une rainure 230 de l'aiguille 20 et le blocage se fait par un élément annulaire périphérique 110. Dans ce mode de réalisation, un élément en élas- tomère 80 est placé entre l'élément de piston 61, l'élément d'arrêt 63 et l'aiguille 20, dans une cavité prévue à cet ef- fet. Cet élément en élastomère correspond à l'élément en élastomère représenté aux figures 1 et 2 et dans sa forme dé- crite à propos de ces figures 1 et 2. Il R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Injecteur de carburant pour moteur à combustion interne comportant une aiguille d'injecteur (20) coulissant dans le perçage d'un corps d'injecteur, contre une force de rappel, axialement vers l'extérieur, dont l'extrémité du côté de la chambre de combustion comporte une tête d'obturation formant une aiguille de soupape dépassant du perçage (13), - cette tête ayant sur son côté tourné vers le corps de sou- pape (10), une surface d'étanchéité de soupape pour coopé- rer avec une surface d'étanchéité de siège de soupape prévue sur la face du corps de l'injecteur tournée vers la chambre de combustion, et - au moins un orifice d'injection prévu dans la tête d'obturation et partant d'une chambre de pression, orifice d'injection dont l'orifice de sortie en position de ferme- ture de l'aiguille est recouvert par le corps de l'injecteur et se libère par la course d'ouverture dirigée vers l'extérieur, et - une butée hydraulique de course à deux niveaux, délimitant la course d'ouverture de l'aiguille, cette butée étant réa- lisée sous la forme d'une chambre d'amortissement hydrauli- que à conduite de décharge commandée à la fermeture, - la conduite de décharge pouvant être reliée par au moins deux cavités de l'aiguille à la chambre d'amortissement, ces cavités étant commandées successivement en fermeture pendant le mouvement d'ouverture de l'aiguille, - au moins l'une des cavités pouvant être reliée à une cham- bre basse pression par un canal de décharge équipé d'une soupape et, - la chambre d'amortissement étant prévue dans une rondelle intermédiaire (72) entre le corps d'injecteur et un porte- injecteur, avec son extrémité axiale opposée à la face du corps d'injecteur (10) délimitée par un piston (60) fixé à l'aiguille, dont la périphérie extérieure est guidée de ma- nière étanche, libre en coulissement contre la paroi de la chambre d'amortissement, caractérisé en ce que le piston (60) comprend: - un élément de piston (61) avec une surface d'appui qui vient contre une surface de contact courbe formée sur l'aiguille, - un élément d'arrêt pour bloquer l'élément de piston (61) sur l'aiguille d'injecteur (20) et, - un élément élastique installé entre l'élément de piston et l'élément d'arrêt. 2 ) Injecteur de carburant pour moteur à combustion interne comportant une aiguille d'injecteur (20) coulissant dans le perçage d'un corps d'injecteur, contre une force de rappel, axialement vers l'extérieur, dont l'extrémité du côté de la chambre de combustion comporte une tête d'obturation formant une aiguille de soupape dépassant du perçage (13), - cette tête ayant sur son côté tourné vers le corps de sou- pape (10), une surface d'étanchéité de soupape pour coopé- rer avec une surface d'étanchéité de siège de soupape prévue sur la face du corps de l'injecteur tournée vers la chambre de combustion, et - au moins un orifice d'injection prévu dans la tête d'obturation et partant d'une chambre de pression, orifice d'injection dont l'orifice de sortie en position de ferme- ture de l'aiguille est recouvert par le corps de l'injecteur et se libère par la course d'ouverture dirigée vers l'extérieur, et - une butée hydraulique de course à deux niveaux, délimitant la course d'ouverture de l'aiguille, cette butée étant réa- lisée sous la forme d'une chambre d'amortissement hydrauli- que à conduite de décharge commandée à la fermeture, - la conduite de décharge pouvant être reliée par au moins deux cavités de l'aiguille à la chambre d'amortissement, ces cavités étant commandées successivement en fermeture pendant le mouvement d'ouverture de l'aiguille, - au moins l'une des cavités pouvant être reliée à une cham- bre basse pression par un canal de décharge équipé d'une soupape et, - la chambre d'amortissement étant prévue dans une rondelle intermédiaire (72) entre le corps d'injecteur et un porte- injecteur, avec son extrémité axiale opposée à la face du corps d'injecteur (10) délimitée par un piston (60) fixé à l'aiguille, dont la périphérie extérieure est guidée de ma- nière étanche, libre en coulissement contre la paroi de la chambre d'amortissement, caractérisé en ce que le piston (60) comprend: - un élément de piston avec une surface d'appui qui vient contre une surface de contact (29) cintrée réalisée sur l'aiguille d'injecteur, - un élément d'arrêt qui vient par une surface d'appui réali- sée sur cet élément contre une autre surface de contact (62) réalisée sur l'élément de piston. 3 ) Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux surfaces de contact (29, 62) sont de forme sphérique ou torique avec un point de symétrie identique, et les surfa- ces d'appui sont réalisées de façon complémentaire aux surfa- ces de contact, ou sont de forme conique. 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de contact (29), réalisée sur l'aiguille, est de forme sphérique ou torique et la surface d'appui de l'élément de piston (61) est en forme de calotte complémentaire à la surface de contact, ou est de forme conique. ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément d'arrêt (63) est pressé de force et est bloqué par une bague de blocage. 6 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément d'arrêt (63) est soudé ou est fixé par une liaison par la forme, de préférence une fixation par vis. 7 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément d'arrêt (63) est pressé par pressage à froid ou à chaud dans les rainures (200) réalisées sur l'aiguille (20). 8 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément d'arrêt (63) est soudé sur l'aiguille (20) de pré- férence par une soudure par laser. 9 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément d'arrêt (63) est logé dans une rainure (230) prévue dans l'aiguille (20) et est bloqué par un élément annulaire (110) entourant l'élément d'arrêt (63). ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément élastique est un élément en élastomère qui remplit la cavité entre l'aiguille d'injecteur (20), l'élément de piston (61) et la bague d'arrêt (63).