Brevet FR2808843A1 — publié le 20011116

Etat de la technique L'invention concerne une soupape de pré-injection pour commander l'alimentation en carburant d'un injecteur de carburant, com- prenant un corps de soupape muni d'un canal d'alimentation et d'un ca- nal de sortie relié à celui-ci, la liaison du canal de sortie et du canal d'alimentation étant commandée par un organe formant soupape et cet organe de soupape de pré-injection est guidé de manière étanche dans le canal d'alimentation, cet organe étant sollicité d'un côté par la pression du carburant du canal d'alimentation et pouvant se déplacer contre une pre- mière force de fermeture, l'organe de la soupape de pré-injection étant dé- placé contre la première force de fermeture suivant une course de pré- injection lorsqu'on atteint une certaine pression de carburant dans le ca- nal d'alimentation, pour débiter ainsi dans le canal de sortie le carburant qui se trouve dans un volume de pré-injection, et un organe de soupape d'échappement qui peut être sollicité au moins indirectement par la pres- sion du carburant dans le canal d'alimentation, et qui après déplacement de l'organe de la soupape de pré-injection suivant la course de pré- injection, peut se déplacer contre une seconde force de fermeture pour ou- vrir la communication entre le canal de sortie et le canal d'alimentation. On connaît une telle soupape selon le document DE 40 21 453 A1. Dans une telle soupape de pré-injection, un canal d'alimentation est relié à une pompe à carburant à haute pression qui dé- bite du carburant à haute pression dans le canal d'alimentation. Une sou- pape de pré-injection est logée de manière étanche dans un perçage relié au canal d'alimentation de sorte qu'un côté de la soupape est sollicité par la pression du carburant dans le canal d'alimentation. Lorsque la pression dans le canal d'alimentation atteint un certain niveau, l'organe de la sou- pape de pré-injection se déplace contre la force de fermeture jusqu'à une butée et transfère ainsi une quantité fixe prédéterminée de pré-injection dans un canal de sortie relié à l'injecteur de carburant. La soupape de pré-injection présente également un organe de soupape d'échappement guidé de manière étanche dans un second perçage et dont la face frontale est également reliée au canal d'alimentation. Après le débit de la dose de pré-injection par la soupape de pré-injection, la pression du carburant continue d'augmenter dans le canal d'alimentation. Lorsqu'on atteint un seuil de pression correspondant à l'injection principale, l'organe d'échappement de la soupape se déplace contre la force de fermeture et ouvre la communication entre le canal d'alimentation et le canal de sortie relié à l'injecteur. Le carburant traverse le canal de sortie vers l'injecteur de carburant jusqu'à ce que la pression de carburant diminue de nouveau dans le canal d'alimentation et que l'organe d'échappement de la soupape se ferme et termine l'injection. La soupape de pré-injection connue présente l'inconvénient de nécessiter la réalisation de deux perçages de guidage, l'un pour l'organe de la soupape de pré-injection et l'autre pour l'organe de la soupape d'échappement. Cela rend plus difficile une construction compacte de la o0 soupape de pré-injection et nécessite au moins une dérivation du canal d'alimentation venant de la pompe à haute pression; or cette dérivation doit être arrondie ce qui est compliqué. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénients et concerne à cet effet une soupape de pré-injection du type défi- ni ci-dessus, caractérisée en ce que l'organe de soupape de pré-injection, après s'être déplacé de la course de pré-injection vient en appui contre l'organe de la soupape d'échappement et si la pression du carburant dans le canal d'alimentation continue d'augmenter, il entraîne l'organe contre la seconde force de fermeture ou contre la première et la seconde force de fermeture suivant un mouvement d'ouverture qui libère la communication entre le canal de sortie et le canal d'alimentation. De façon avantageuse, l'organe de pré-injection et l'organe d'échappement sont au moins sensiblement coaxiaux. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'organe de soupape qui commande la communication entre le canal de sortie et le canal d'alimentation est l'organe de soupape de pré-injection, sur lequel est réalisée une arête de commande qui coopère avec une arête d'ouverture du canal de sortie, réalisée dans le corps de la soupape. L'organe de soupape de pré-injection, contre la pression du carburant dans le canal d'alimentation, est appliqué par un premier ressort qui crée la première force de fermeture, au moins indirectement soit contre le corps de la soupape, soit contre l'organe de soupape d'échappement. La seconde force de fermeture exercée sur l'organe de la soupape d'échappement est créée par un second ressort de fermeture. La soupape de pré-injection selon l'invention pour com- mander le débit de carburant d'un injecteur présente l'avantage d'une construction compacte, ce qui permet le montage de la soupape de pré- injection à la fois dans le canal d'alimentation de l'injecteur de carburant et à l'intérieur de celui-ci. Grâce à ce montage de la soupape de pré- injection dans le même canal d'alimentation que l'organe de soupape d'échappement, il n'y a pas à réaliser de dérivation compliquée dans le ca- nal d'alimentation. Selon un développement avantageux de l'objet de l'invention, l'organe de soupape de pré-injection est une bille guidée de manière étanche dans le canal d'alimentation et s'appuyant par l'intermédiaire d'un ressort de fermeture contre l'organe de soupape o0 d'échappement en forme de piston. L'organe de la soupape d'échappement arrive jusque dans une chambre à ressort pour se transformer à ce moment en plateau à res- sort. Entre le plateau à ressort et la paroi opposée de la chambre à ressort on a un ressort de fermeture en précontrainte. Entre la face frontale de la chambre à ressort du côté de l'organe de soupape de pré- injection et le plateau à ressort, se trouve une rondelle de compensation. En modifiant l'épaisseur de cette rondelle de compensation, on modifie légèrement la dose de pré-injection de l'organe de soupape de préinjection ce qui est avantageux. Par une réalisation appropriée des ressorts de fermeture, on peut régler la pression d'ouverture de la pré-injection ou de l'injection principale et ainsi pour une courbe d'évolution dans le temps de la montée en pression dans le canal d'alimentation lors de l'injection on règle égale- ment l'intervalle entre la pré-injection et l'injection principale. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de deux exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre schématiquement la position de montage de la sou- pape de pré-injection, - la figure 2 est une coupe longitudinale d'un premier mode de réalisa- tion d'une soupape de pré-injection selon l'invention, - la figure 3 est une coupe longitudinale d'un second mode de réalisation de la soupape de pré-injection selon l'invention. Description de l'exemple de réalisation La figure 1 montre schématiquement la position de montage d'une soupape de pré-injection 1 pour alimenter en carburant un injec- teur. Une pompe à haute pression 44 débite le carburant d'un réservoir 40 à partir d'un canal d'alimentation 42. Le carburant est refoulé sous pres- sion dans une conduite à haute pression 46 reliant la pompe à haute pression 44 à un branchement de haute pression 47 d'un canal d'alimentation 5; ce canal d'alimentation 5 est réalisé dans le corps 3 de la soupape de pré-injection 1. Un canal de sortie 7 réalisé dans le corps 3 conduit le carburant par un organe d'échappement 9 commandé, du canal d'alimentation 5 dans une conduite à haute pression 48 pour alimenter l'injecteur de carburant 50. L'injecteur 50 est associé à un moteur à corm- bustion interne non représenté; il injecte le carburant directement dans la chambre de combustion du moteur. La figure 2 montre un premier exemple de réalisation d'une soupape de préinjection selon l'invention suivant une coupe longitudinale à échelle agrandie. Le canal d'alimentation 5 est relié par le branchement à haute pression 47 non représenté à la figure 2 à la conduite de haute pression 46 pour recevoir ainsi du carburant sous une pression élevée. Le canal de sortie 7 est réalisé dans le corps 3 de la soupape. Ce canal dé- bouche latéralement dans le canal d'alimentation 5 et il est relié à la con- duite à haute pression 48. L'arête formée par l'embouchure du canal de sortie 7 dans le canal d'alimentation 5 forme une arête d'ouverture 19. Un organe de soupape d'échappement 9 en forme de piston est coulissant longitudinalement dans le canal d'alimentation 5. Sur son côté non tourné vers le branchement de haute pression 47, cet organe comporte un pla- teau à ressort 30 placé dans la chambre à ressort 32 réalisée dans le corps de soupape 3. Entre le plateau à ressort 30 et la face frontale de la chambre à ressort 32 à l'opposé de l'organe de soupape d'échappement 9, un ressort de fermeture 34 exerce une force de fermeture sur l'organe de soupape d'échappement 9 pour que celui-ci ne puisse être déplacé que contre la force développée par le ressort de fermeture 34 dans le canal d'alimentation 5. Le mouvement axial est limité à une course d'ouverture ho par une butée 28 dans la chambre à ressort 32. Le plateau à ressort 30 s'appuie par l'intermédiaire d'une rondelle de compensation 36 contre la face frontale de la chambre 32 tournée vers le branchement à haute pres- sion 47 si bien que la force du ressort d'obturation 34 peut être modifiée en fonction de l'épaisseur choisie pour la rondelle de compensation 36. Entre le branchement à haute pression 47 et l'organe de la soupape d'échappement 9 il est prévu un organe de soupape de pré- injection 12; cet organe est en forme de bille guidé de manière étanche dans le canal d'alimentation 5. L'arête de contact de l'organe 12 de la sou- pape de pré-injection dans le canal d'alimentation 5 forme une arête de commande 18. L'organe 12 de la soupape de pré-injection est sollicité sur son côté tourné vers le branchement à haute pression 47 par la pression du carburant du canal d'alimentation 5 et cet organe s'appuie du côté opposé à ce branchement 47, par l'intermédiaire d'un ressort de fermeture 16 créant une force de fermeture contre l'organe 9 de la soupape d'échappement. Le ressort de fermeture 16 qui sollicite l'organe 12 de la soupape de pré-injection sera appelé premier organe de fermeture 16 et sa force, première force de fermeture; le ressort de fermeture 34 qui sollicite l'organe 9 de la soupape d'échappement sera appelé second ressort de fermeture 34 exerçant une seconde force de fermeture correspondante. Le premier ressort de fermeture 16 est placé dans un per- çage longitudinal 20 de l'organe 9 de la soupape d'échappement. Une rai- nure annulaire 24 est réalisée dans l'organe 9; cette rainure est reliée par au moins un perçage transversal 22 au perçage longitudinal 20; à l'état fermé de la soupape de pré-injection (c'est-à-dire lorsque le plateau de ressort 30 s'appuie contre la rondelle de compensation 36) cette rainure est au niveau de l'embouchure du canal de sortie 7 arrivant dans le canal d'alimentation 5. Si dans le canal d'alimentation 5 il n'y a pas de pression de carburant ou seulement une faible pression, l'organe d'obturation 12 de la soupape de pré-injection est poussé par le premier ressort de fer- meture 16 contre une surface de butée 10 réalisée sur la face frontale d'un manchon formant butée 11 placé dans le canal d'alimentation 5. Par un déplacement contre la force de fermeture développée par le premier ressort de fermeture 16, l'organe 12 de la soupape de pré-injection peut se dépla- cer dans la direction axiale dans le canal d'alimentation 5 et après avoir parcouru une course de pré-injection hv, arriver en appui contre une sur- face d'appui 26; cette surface d'appui est réalisée sur la face de l'organe 9 de la soupape d'échappement du côté tourné vers l'organe 12 de la sou- pape de pré-injection. Par ce mouvement, l'organe 12 de la soupape de préinjection déplace une certaine dose de carburant de pré-injection 14 dont le volume est égal au produit de la section du canal d'alimentation 5 par la course de pré-injection hv. La dose correspondante de carburant est poussée à travers le perçage longitudinal 20 et le perçage transversal 22 dans la rainure annulaire 24 pour arriver par là dans le canal de sortie 7. Le fonctionnement de la soupape de pré-injection est le sui- vant: au début de la phase d'injection, la pompe à haute pression 44 dé- bite le carburant par la conduite de haute pression 46 dans le canal d'alimentation 5. Dans celui-ci la pression de carburant monte jusqu'à ce que la force hydraulique au niveau de l'organe 12 de la soupape de préinjection est supérieure à la force développée par le premier ressort de fermeture 16. L'organe 12 se soulève alors de la surface de butée 10 for- mée par le manchon de butée 11, le long du canal d'alimentation 5 jusqu'à venir en appui contre la surface de butée 26 réalisée sur l'organe 9 de la soupape d'échappement. Ce mouvement de l'organe 12 de la soupape de pré-injection refoule le carburant du volume de pré-injection 14 et celuici est repoussé à travers le perçage longitudinal 20 et le perçage transversal 22, par l'intermédiaire de la rainure annulaire 24 dans le canal de sortie 7. La dose de pré-injection ainsi débitée est injectée par l'injecteur de car- burant 50 dans la chambre de combustion du moteur à combustion in- terne. Après que l'organe 12 de la soupape de pré-injection ait parcouru la course de pré-injection hv, la pression du carburant continue d'augmenter dans le canal d'alimentation 5. Lorsque la force hydraulique exercée sur l'organe 12 de la soupape de pré-injection atteint la force développée par le second ressort de fermeture 34, l'organe 12 et ainsi également l'organe 9 sont déplacés contre la force développée par le second ressort d'obturation 34 dans la chambre à ressort 32. Lorsque l'arête de commande 18 réalisée sur l'organe 12 de la soupape de pré-injection atteint l'arête d'ouverture 19, le canal d'alimentation 5 est relié au canal de sortie 7 et le carburant passe par la conduite de haute pression 48 pour arriver à l'injecteur 50. Le mouvement de l'organe 9 est limité par la butée 28 réalisée dans la chambre à ressort 32. La fin de l'opération d'injection est commencée par la chute de la pres- sion du carburant dans le canal d'alimentation 5. Si la force hydraulique exercée sur l'organe 12 diminue en dessous de la force développée par le second ressort de fermeture 34, alors l'organe 9 de la soupape d'échappement se déplace et entraîne également l'organe 12 jusqu'à ce que le plateau à ressort 30 relié à l'organe 9 soit en appui contre la ron- delle de compensation 36. L'organe 12 de la soupape de pré-injection poursuit son mouvement sous l'effet de la force du premier ressort de fer- meture 16 jusqu'à ce que l'organe 12 soit en appui contre la surface de butée 10 du manchon 11 formant butée. La figure 3 est une coupe longitudinale d'un second exem- ple de réalisation d'une soupape de pré-injection selon l'invention. Le ca- nal d'alimentation 5 est fermé dans ce cas par un organe 12 en forme de piston pour la soupape de pré-injection; cet organe 12 est installé entre le branchement de haute pression 47 et l'organe 9 de la soupape d'échappement également en forme de piston. Entre l'organe 12 de la sou- pape de pré-injection et la face frontale 26 de l'organe 9 de la soupape d'échappement, du côté de la soupape de pré-injection 12, on a un volume de pré-injection 14. Ce volume définit la dose de carburant de pré- injection de la soupape de pré-injection 1. L'organe 9 de la soupape d'échappement est guidé de ma- nière étanche dans le canal d'alimentation 5 et arrive jusque dans une chambre à ressort 32 réalisée dans le corps 3 de la soupape; à cet endroit l'organe comporte un plateau à ressort 30. L'organe 9 de la soupape d'échappement est muni d'un perçage longitudinal 20 coaxial à son axe longitudinal. Ce perçage longitudinal 20 guide de manière étanche une tige de piston 13 dont la face frontale à l'opposé de la chambre à ressort 32 est reliée à l'organe 12 de la soupape de pré-injection et cette tige de piston 13 arrive jusque dans la chambre à ressort 32 o elle est reliée au disque de ressort 38. La chambre à ressort 32 comporte deux ressorts de fermeture: le premier ressort de fermeture 13 est installé entre le disque de ressort 38 de l'organe 12 de la soupape de pré-injection et l'extrémité de la chambre à ressort 32 à l'opposé de l'organe 12 de la soupape de pré- injection; le second ressort de fermeture 34 est associé à. l'organe 9 de la soupape de compensation, entre le plateau à ressort 30 et l'extrémité de la chambre à ressort 32 à l'opposé de ce plateau. La force développée par le premier ressort de fermeture 16 pousse le disque de ressort 38 contre le plateau à ressort 30; ce plateau 30 est lui-même en plus poussé par la force du second ressort de fermeture 34 avec interposition d'une rondelle de compensation 36 contre l'extrémité de la chambre à ressort 32 du côté de l'organe 12 de la soupape de pré-injection. Une butée 28 est prévue dans la chambre à ressort 32 pour délimiter la course d'ouverture maxi- male ho de l'organe 9 de la soupape d'échappement. La soupape de pré-injection décrite ci-dessus fonctionne de la manière suivante: la pompe à haute pression 44 fournit du carburant par la conduite à haute pression 46 dans le canal d'alimentation 5. Cela augmente la pression du carburant dans le canal d'alimentation 5 et ainsi également la force hydraulique appliquée sur la face frontale de l'organe 12 de la soupape de pré-injection. Lorsque la force hydraulique appliquée sur l'organe 12 dépasse la force développée par le premier ressort de fer- meture 16, l'organe 12 se déplace dans la direction axiale vers la chambre à ressort 32 jusqu'à venir contre la surface de butée 26 de l'organe 9 de la soupape de compensation. Ce mouvement de l'organe 12 de la soupape de pré-injection refoule le carburant du volume de pré- injection 14 et le pousse dans le canal de sortie 7. De là le carburant arrive par la conduite à haute pression 48 dans l'injecteur 50 qui l'injecte alors dans la chambre de combustion du moteur. A la fin de la course de pré-injection hv de l'organe 12 de la soupape de pré-injection, la pression du carburant continue d'augmenter dans le canal d'alimentation 5 jusqu'à ce que la force hydraulique appli- quée sur l'organe 12 dépasse la force de fermeture exercée par le premier ressort de fermeture 16 et celle du second ressort de fermeture 34 pris en combinaison. L'organe 12 de la soupape de pré-injection sera alors dépla- cé dans la chambre à ressort 32 avec l'organe 9 de la soupape de compen- sation jusqu'à ce que le plateau de ressort 30 après avoir parcouru la course d'ouverture ho arrive en appui contre la butée 28 et limite la course d'ouverture de l'organe 9 et celle de l'organe 12. Dès que l'arête de com- mande 18 réalisée sur l'organe 12 de la soupape de pré-injection atteint l'arête d'ouverture 19 du canal de sortie 7, le canal d'alimentation 5 com- muniquera avec le canal de sortie 7 et le carburant passera à travers le canal de sortie 7 et la conduite de haute pression 48 dans l'injecteur de carburant 50. La fin de l'injection se commande par la chute de la pres- sion de carburant dans le canal d'alimentation 5. Lorsque la force hy- draulique appliquée sur la surface frontale de l'organe 12 de la soupape de pré-injection est inférieure à la force développée par le second ressort de fermeture 34 et le premier ressort de fermeture 16, l'organe 9 de la sou- pape d'échappement et ainsi également l'organe 12 de la soupape de pré- injection s'éloignent de la chambre de ressort 32 jusqu'à ce que le plateau de ressort 30 soit en appui contre la rondelle de compensation 36 et que le disque à ressort 38 soit en appui contre le plateau à ressort 30. Dès que l'arête de commande 18 atteint l'arête d'ouverture 19, la communication entre le canal d'alimentation 5 et le canal de sortie 7 s'ouvre et l'injection se termine. En variante à la disposition de la soupape de pré-injection 1 selon la figure 1 on peut également monter directement cette soupape dans l'injecteur de carburant 50 et non dans la conduite de haute pres- sion 46, 48. Cela aboutit à une construction compacte et ainsi peu en- combrante simplifiant le montage du système d'injection de carburant dans le moteur à combustion interne. On peut en outre prévoir de réaliser le corps 3 de la sou- pape de pré-injection 1 en plusieurs parties. Cela permet de manière sim- ple de remplacer les ressorts de fermeture 16, 34 ou les organes formant soupape 9, 12. Dans le second exemple de réalisation selon la figure, par exemple en remplaçant la rondelle de compensation 36, on peut légère- ment modifier le volume de pré-injection 14. Le rapport de la force développé par le premier ressort de fermeture 16 et celui développé par le second ressort de fermeture 34 permet pour une course de temps donnée pour la montée en pression de la pompe à haute pression 44 dans le canal d'alimentation 5, au début de l'injection, de régler l'intervalle de temps entre la pré-injection et l'injection principale. Cela permet d'adapter la soupape de pré-injection 1 aux diffé- rentes exigences relatives au moteur à combustion interne et aux injec- teurs sans avoir à modifier la construction de la soupape de préinjection. REVENDICATIONS 1 ) Soupape de pré-injection (1) pour commander l'alimentation en carbu- rant d'un injecteur de carburant (50) comprenant un corps de soupape (3) muni d'un canal d'alimentation (5) et d'un canal de sortie (7) relié à celui- ci, la liaison du canal de sortie (7) et du canal d'alimentation (5) étant commandée par un organe (12) formant soupape et cet organe de soupape de pré-injection (12) est guidé de manière étanche dans le canal d'alimentation (5), cet organe étant sollicité d'un côté par la pression du carburant du canal d'alimentation (5) et pouvant se déplacer contre une première force de fermeture, l'organe (12) de la soupape de pré- injection étant déplacé contre la première force de fermeture suivant une course de pré-injection (hv) lorsqu'on atteint une certaine pression de carburant dans le canal d'alimentation (5), pour débiter ainsi dans le canal de sortie (7), le carburant qui se trouve dans un volume de pré- injection (14), et un organe (9) de soupape d'échappement qui peut être sollicité au moins indirectement par la pression du carburant dans le canal d'alimentation (5) et qui après déplacement de l'organe (12) de la soupape de pré-injection suivant la course de pré-injection (hb), peut se déplacer contre une se- conde force de fermeture pour ouvrir la communication entre le canal de sortie (7) et le canal d'alimentation (5), caractérisée en ce que l'organe (12) de soupape de pré-injection, après s'être déplacé de la course de pré-injection (hv) vient en appui contre l'organe (9) de la soupape d'échappement et si la pression du carburant dans le canal d'alimentation (5) continue d'augmenter, il entraîne l'organe (9) contre la seconde force de fermeture ou contre la première et la seconde force de fermeture suivant un mouvement d'ouverture qui libère la communication entre le canal de sortie (7) et le canal d'alimentation (5). 2 ) Soupape de pré-injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe de pré-injection (12) et l'organe d'échappement (9) sont au moins sensiblement coaxiaux. 3 ) Soupape de pré-injection selon l'une quelconque des revendications 1 ou2, caractérisée en ce que l'organe de soupape qui commande la communication entre le canal de sortie (7) et le canal d'alimentation (5) est l'organe (12) de soupape de pré- injection, sur lequel est réalisée une arête de commande (18) qui coopère avec une arête d'ouverture (19) du canal de sortie (7), réalisée dans le corps (3) de la soupape. 4 ) Soupape de pré-injection selon l'une quelconque des revendications 1 ou2, caractérisée en ce que l'organe (12) de soupape de pré-injection est une bille. ) Soupape de pré-injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe (12) de soupape de pré-injection est en forme de piston. 6 ) Soupape de pré-injection selon la revendication 1, caracterisée en ce que l'organe (12) de soupape de pré-injection, contre la pression du carburant dans le canal d'alimentation (5), est appliqué par un premier ressort (16) qui crée la première force de fermeture, au moins indirectement contre le corps (3) de la soupape. 7 ) Soupape de pré-injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe (12) de soupape de pré-injection, contre la pression du carburant dans le canal d'alimentation (5), est appliqué par l'intermédiaire d'un pre- mier ressort de fermeture (16) qui crée la première force de fermeture, au moins indirectement sur l'organe (9) de soupape d'échappement. 8 ) Soupape de pré-injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde force de fermeture exercée sur l'organe (9) de la soupape d'échappement est créée par un second ressort de fermeture (34).