Brevet FR2816371A1 — publié le 20020510

Domaine technique La présente invention concerne un injecteur pour injecter du carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combus- tion interne, comprenant un tiroir de distribution de commande logé mo- bile dans un perçage du boîtier, et entouré par une chambre annulaire dans laquelle débouche une entrée venant de la chambre collectrice à haute pression et dont le mouvement vertical relie ou coupe une alimen- tation de buse à l'arrivée venant de la chambre collectrice à haute pres- sion. Dans les systèmes d'injection de carburant à chambre col- lectrice à haute pression (rampe commune) qui maintiennent une haute pression dans le système d'injection de carburant, on règle le début de l'injection et la fin de l'injection à l'aide d'injecteurs à commande électri- que. Les injecteurs sont fixés avec des éléments de serrage dans la culasse du moteur à combustion interne sans avoir à faire des modifications im- portantes dans la culasse. Suivant les pressions maximales qui se produi- sent pendant l'injection, on peut rencontrer des fuites importantes aux pressions élevées lorsque le chevauchement entre le tiroir et l'arrête de commande est faible; ces fuites réduisent considérablement le rendement d'un tel injecteur. Etat de la technique Le document DE 197 01 879 A1 concerne une installation d'injection de carburant pour les moteurs à combustion interne. L'instal- lation décrite dans ce document comprend une chambre collectrice à haute pression commune, (rampe commune), remplie de carburant par une pompe à haute pression. Les conduites d'injection relient cette rampe commune aux injecteurs pénétrant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne ainsi alimenté. Les mouvements d'ouverture et de fermeture des injecteurs sont commandés chaque fois par une sou- pape de commande électrique et cette soupape peut être constituée par un distributeur à 3/2 voies, reliant un canal de haute pression débouchant dans un orifice d'injection de l'injecteur, en étant relié à une conduite d'injection ou à une conduite de décharge. L'organe de commande de la soupape de commande comporte une chambre de travail hydraulique qui se remplit de carburant à haute pression; cette chambre est commandée pour régler la position de réglage de l'organe d'obturation de la soupape de commande dans un canal de décharge. Exposé de l'invention La présente invention concerne un injecteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'à l'intérieur du boîtier de l'injecteur, des distributeurs de commande à 2/2 voies sont branchés en série et l'un d'eux est équilibré en forces lorsqu'il est ouvert. L'injecteur commandé en pression selon l'invention n'est pas critique du point de vue de la fuite qui s'établit. Les distributeurs à 2/2 voies branchées en série permettent d'équilibrer les forces de la partie de commande supérieure exposée à la haute pression constante de la o0 chambre collectrice à haute pression, à l'état ouvert car le diamètre du siège de l'organe de commande du distributeur à 2/2 voies correspond au diamètre de guidage; ainsi la partie de commande à 2/2 voies exposée à la haute pression de la chambre collectrice à haute pression est comman- dée par l'unité d'actionnement commandée par exemple par l'actionneur piézoélectrique précédé d'un amplificateur hydraulique, la commande se faisant directement. En plus de l'équilibre des forces appliquées à l'organe de soupape du distributeur à 2/2 voies supérieur, toujours exposée à la haute pression de la chambre collectrice à haute pression et de son gui- dage sans risque de grippage réalisé à l'aide de deux segments de guidage, le côté du liquide de fuite est équipé d'un distributeur à 2/2 voies en forme de soupape à bille économique et simple à réaliser. Lorsque l'ac- tionneur piézoélectrique est commandé, l'organe d'obturation en forme de bille est pressé contre son siège d'étanchéité dans la direction opposée au mouvement d'ouverture. Pour une ouverture maximale du distributeur à 2/2 voies supérieur, on garantit une fermeture définie de l'organe d'obtu- ration en forme de bille du distributeur à 2/2 voies inférieur, ce qui éli- mine les conséquences gênantes comme par exemple une fuite excessive pour un faible chevauchement des arêtes de commande du tiroir qui ne sont que de quelques dixièmes de millimètres. Lorsque le distributeur à 2/2 voies supérieur est fermé, un élément en forme de bille logé dans la cavité du côté du boîtier, c'est-à-dire le distributeur à 2/2 voies inférieur, peut décharger en pression l'alimen- tation de la buse d'éjection. Du fait que l'organe en forme de bille du dis- tributeur inférieur est sollicité par un ressort de compression, la soupape de liquide de fuite qui agit à l'opposé de l'actionneur piézoélectrique, peut fermer l'organe d'obturation de la soupape de commande du distributeur supérieur, ou assister son mouvement de fermeture. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de l'unique figure annexée. La figure montre un injecteur selon l'invention, commandé en pression dont les distributeurs à 2/2 voies sont branchés en série. Le perçage du jeu du boîtier de l'injecteur 1 selon l'invention, est branché en série; il s'agit d'une soupape de commande ou distributeur à tiroir à 2/2 voies supérieur 7 ainsi que d'une soupape de commande ou distributeur à tiroir à 2/2 voies inférieur 21 en forme de soupape à bille. Le distributeur de commande à 2/2 voies supérieur 7, est réalisé principalement sous la forme d'un organe symétrique en rotation par rapport à l'axe de symétrie 29. Le côté supérieur du tiroir 8 du distri- buteur à 2/2 voies présente une première surface frontale 18; la surface frontale opposée du tiroir du distributeur de commande à 2/2 voies, à symétrie de rotation 8, porte la référence 17. Au-dessus de la face frontale supérieure 18 se trouve le volume de commande d'un amplificateur (ou démultiplicateur) hydrauli- que 6 qui peut recevoir la pression par l'intermédiaire d'un piston 5. Le piston 5 est lui-même sollicité par l'actionneur piézoélectrique 4 comman- dé qui n'est pas représenté de manière détaillée ici. A la place de l'action- neur piézoélectrique 4 on peut également utiliser une soupape magnétique à temps de réponse court ainsi qu'un multiplicateur mécanique - hydrau- lique pour actionner le piston 5. Le tiroir 8 du distributeur de commande à 2/2 voies, réalisé sous la forme d'une pièce symétrique en rotation, comporte un point de rétrécissement 13 suivi d'un diamètre de siège 14. A l'état fermé, le tiroir 8 est appliqué par son diamètre de siège 14 contre une surface formant siège 1 1 prévue du côté du boîtier et il ferme de cette manière l'arrivée 15 venant de la chambre collectrice à haute pression. A l'état fermé, le per- çage transversal 19 ainsi que l'alimentation de buse vers la chambre d'une buse d'éjection portant la référence 20, est coupée de la haute pression. Cette buse d'éjection n'est pas détaillée ici. L'arrivée 15 à partir de la chambre collectrice à haute pres- sion débouche dans une chambre annulaire 12 réalisée dans le boîtier 3 de l'injecteur 1. Cette chambre annulaire contient le volume de carburant fourni par l'arrivée 15 à partir de la chambre collectrice à haute pression ce qui signifie que cette chambre est toujours soumise à la haute pression. Le tiroir 8 de la soupape de commande du distributeur de commande à 2/2 voies est logé dans le boîtier 3, c'est-à-dire dans son per- çage. Le tiroir 8 se compose d'un premier segment de guidage 9 ainsi que d'un second segment de guidage 16. A l'aide des deux segments de gui- dage 9, 16, le tiroir 8 est guidé dans le boîtier 3 de l'injecteur 1 sans ris- que de grippage. La compensation des forces du tiroir 8 du distributeur de commande à 2/2 voies à l'état ouvert, c'est-à-dire lorsque l'arrivée de buse est reliée au perçage transversal 19 de l'entrée intermédiaire 20, pro- vient du fait que le premier ou le second segment de guidage 9, 16 du ti- roir 8 sont de même diamètre que le diamètre de siège 14 coopérant avec l'arête de commande 11 du tiroir 8. Du fait de ce dimensionnement, lors- que le tiroir 8 est ouvert, on peut l'actionner par l'actionneur piézoélectri- que 4. Du côté du liquide de fuite, le distributeur à soupape de commande à 2/2 voies 7 supérieur est suivi en aval, d'un distributeur de commande iS à 2/2 voies 21 comportant une bille. L'élément d'obturation 23 en forme de bille s'applique contre la face frontale inférieure 17 du tiroir 8. L'élé- ment d'obturation 23 en forme de bille entouré par une cavité 25 du boî- tier 3 de l'injecteur 1 est appliqué par un élément de ressort 26 qui s'appuie contre le boîtier, de manière constante contre la face frontale in- férieure 17 du tiroir 8. Dans la cavité 25 logeant l'élément d'obturation 23 précontraint par le ressort du distributeur de commande à 2/2 voies 21, débouche une conduite de liquide de fuite 22. Un organe d'étranglement 27 est prévu de sous la cavité 25 recevant le volume de carburant par l'intermédiaire de la branche 28 à partir de l'alimentation de buse 19/20. Si l'unité d'actionnement 4 par exemple réalisée comme ac- tionneur piézoélectrique est alimentée, le piston 5 est sollicité et l'amplifi- cateur hydraulique 6 produit une augmentation de pression de sorte que la face frontale supérieure 18 du tiroir 8 est sollicitée en pression. Le tiroir 8 descend dans le boîtier 3 de l'injecteur 1 de sorte que le diamètre de siège 14 qui ferme la surface de siège 11 dans le boîtier, du tiroir 8 du distributeur de commande à 2/2 voies recule par rapport à son siège et libère l'arrivée 15 venant de la chambre collectrice à haute pression par le volume annulaire 12 vers le perçage transversal 19 et l'alimentation de buse 20. Ainsi le carburant à haute pression dans la chambre de buse est appliqué à la buse d'éjection non détaillée ici. Le mouvement vertical des- cendant dans le boîtier 3 de l'injecteur 1 du tiroir 8 produit le mouvement rentrant de la face frontale inférieure 17 du tiroir 8 dans la cavité infé- rieure 25. Cela maintient contre son siège l'organe d'obturation en forme de bille 23 du distributeur de commande 21 dans la cavité inférieure 25 contre l'action du ressort de précontrainte 26 qu'il sollicite pour venir contre son siège. Le diamètre de siège 24 de l'élément d'obturation 23 en forme de bille ferme ainsi l'entrée dans laquelle est monté l'organe d'étran- glement 27. A ce moment, l'alimentation de buse 19, 20 reçoit la haute pression alors que la conduite de sortie de liquide 22 est coupée de la haute pression par l'organe d'obturation 23, sollicité par la face frontale 17, qui est ainsi appliqué contre son siège d'étanchéité 24. Lorsqu'on coupe l'alimentation de l'actionneur piézoélectri- que, le piston 5 remonte et décharge l'amplificateur hydraulique 6 de sorte que la surface frontale 18 du tiroir 8 remonte. De cette manière, le tiroir 8, guidé dans ses segments de guidage 9 et 16 dans le boîtier 3, vient avec son diamètre de siège 14 dans la surface formant siège 11 et coupe l'ali- mentation de buse 19, 20 par rapport à l'arrivée 15 venant de la chambre collectrice à haute pression. La pression résiduelle qui règne dans l'ali- mentation de buse 19, 20 est appliquée par la branche 28 ou l'élément d'étranglement 27 contre le siège d'étanchéité 24 de l'élément d'obturation 23. La pression résiduelle dans la branche de dérivation 28 et dans le per- çage transversal 19 ou l'alimentation de buse 20 soutient le mouvement de sortie de l'élément d'obturation 23 en forme de bille par rapport à son siège d'étanchéité et ainsi le mouvement de fermeture du tiroir 8 du dis- tributeur de commande à 2/2 voies supérieur dans son siège d'étanchéité. Dans cette situation, l'élément d'obturation en forme de bille est ouvert de sorte que l'alimentation de buse 20 peut être déchargée en pression par la branche de dérivation 28, l'élément d'étranglement 21 et la cavité 25 du boîtier, par l'intermédiaire de la conduite de liquide de fuite 22. Comme l'élément de fermeture 23 est sollicité dans la di- rection opposée à la direction de l'actionneur piézoélectrique 4, par l'élé- ment de ressort 26 qui s'appuie dans la cavité 25, on peut utiliser le mouvement d'ouverture ou l'élément de fermeture 23 par sa venue en ap- pui contre la surface frontale inférieure 17 du tiroir 8 du distributeur de commande à 2/2 voies pour soutenir le mouvement de fermeture du tiroir 8 dans son siège d'étanchéité 11 dans le boîtier 3. REVEND I CATIONS 1 ) Injecteur pour injecter du carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, comprenant un tiroir de distribution de commande (8) logé mobile dans un perçage (2) du boîtier, et entouré par une chambre annulaire (12) dans laquelle débouche une entrée (15) venant de la chambre collectrice à haute pression et dont le mouvement vertical relie ou coupe une alimentation de buse (19, 20) à l'arrivée (15) venant de la chambre collectrice à haute pression, caractérisé en ce qu' le à l'intérieur du boîtier (3) de l'injecteur, des distributeurs de commande à 2/2 voies (7, 21) sont branchés en série et l'un d'eux est équilibré en for- ces lorsqu'il est ouvert. 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir (8) du distributeur de commande à 2/2 voies, mobile dans le per- çage (2) du boîtier est guidé dans le boîtier (3) par deux segments de gui- dage (9, 16). 3 ) Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les segments de guidage (9, 16) sont de diamètre identique. 4 ) Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les segments de guidage (9, 16) et le diamètre de siège (14) du tiroir (8) du distributeur de commande ont le même diamètre. ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un amplificateur hydraulique (6) est associé à l'actionneur (3) qui com- mande les distributeurs de commande à 2/2 voies (7, 21). 6 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'obturation (23) en forme de bille du distributeur de commande à 2/2 voies (21) est appliqué par un élément de ressort (26) logé dans une cavité (25) du boîtier (3) contre une face frontale (17) du tiroir (8) du dis- tributeur de commande à 2/2 voies. 7 ) Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cavité (25) du distributeur de commande à 2/2 voies (21), en forme de bille est relié par un élément d'étranglement (27) à une branche (28) de l'alimentation de buse (19, 20). 8 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur de commande à 2/2 voies (21) en forme de bille conduit son élément de fermeture (23) contre son siège d'étanchéité (24) lorsque le distributeur de commande à 2/2 voies (7) supérieur est ouvert. 9 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur de commande à 2/2 voies à bille est conduit dans sa posi- tion d'ouverture si le distributeur de commande à 2/2 voies (7) supérieur applique son diamètre de siège (14) sur sa surface de siège (11) du côté du boîtier.