Brevet FR2812346A1 — publié le 20020201

Domaine technique La présente invention concerne un injecteur pour l'alimentation en carburant d'une chambre de combustion de moteurs à combustion interne à injection directe comprenant une chambre collec- trice à haute pression, une pièce de commande ouvrant ou fermant une chambre d'injecteur dont dérive une conduite d'alimentation reliée à une buse d'injection débouchant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Il s'est avéré comme intéressant de ne pas appliquer en permanence la pression de la chambre collectrice à haute pression à la buse d'injection d'un système d'injection mais de la commander par une pièce de commande distincte. Il convient de chercher à réduire au mini- mum le volume de carburant de commande à très haute pression. Etat de la technique Selon le document DE 198 35 494 A1, on connaît une unité de pompe-buse qui injecte du carburant directement dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe. L'unité de pompe-buse comporte une unité de pompe pour établir une pression d'injection permettant d'injecter le carburant par une buse dans la cham- bre de combustion. Une unité de commande comprend une pièce de com- mande. Il est également prévu une unité d'actionnement de la soupape ou de l'injecteur servant à commander la montée en pression. Pour avoir une telle unité de pompe-buse, de construction simple, peu encombrante et notamment à très faible temps de réponse, l'unité d'actionnement de la soupape est un actionneur piézo-électrique. Dans la configuration de l'état de la technique, l'unité d'actionnement est installée à côté de l'injecteur et occupe ainsi un volume important au niveau de la culasse d'un moteur à combustion interne. Or, à cet endroit on ne dispose pratiquement pas d'un tel volume Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvé- nients des solutions connues et concerne à cet effet un injecteur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la chambre collectrice à haute pres- sion comporte une chambre de commande reliée à celle-ci et par laquelle on actionne la pièce de commande. La solution selon l'invention offre d'une part l'avantage d'une construction extrêmement compacte permettant de supprimer toute conduite d'alimentation séparée entre la chambre collectrice à haute pres- sion (rampe commune) et la pièce de commande car celle-ci se trouve de manière peu encombrante à l'intérieur de la chambre collectrice à haute pression. Les pulsations de pression dans le système de conduite ne se transmettent pas à l'injecteur qui assure l'injection et pénètre dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne pour y doser la quantité de carburant. Cela permet d'éviter efficacement toute post- injection. De plus, la solution selon l'invention permet d'avoir un vo- lume de commande très petit. Grâce à l'organe d'étranglement d'alimentation qui arrive de la chambre collectrice à haute pression dans la chambre de commande a toujours un volume partiel suffisant de carbu- rant pour commander la pièce de commande et assurer une commande de la pièce de commande qui traverse en partie la chambre collectrice à haute pression. La pièce de commande est actionnée par un ressort d'étanchéité qui, à l'état fermé de la pièce de commande, pousse celui-ci contre une surface formant siège du boîtier de la chambre collectrice à haute pression réalisant ainsi une étanchéité efficace de la chambre collectrice à haute pression par rapport à la chambre de l'injecteur. La chambre de commande est prévue dans la partie de la pièce de commande située dans la cavité de la chambre collectrice à haute pression. L'organe d'étranglement d'alimentation vers la chambre de commande débouche également dans cette cavité. A l'extrémité de sortie de la pièce de commande de l'injecteur à équilibrage dynamique, de la chambre collectrice à haute pression, il est prévu un organe d'étranglement de sortie débouchant dans une surface formant siège; cette surface formant siège est fermée par un organe d'étanchéité en forme de bille. La soupape de commande en sortie peut être actionnée par un électro-aimant ou un actionneur piézo-électrique pour décharger la cham- bre de commande dans la pièce de commande. Sous la chambre dans le boîtier de la soupape il est prévu une chambre de fuite d'o dérive une rampe de carburant de fuite. La rampe de carburant de fuite est fermée par un ou plusieurs moyens de fermeture amovibles et peut être vidée à travers ceux-ci. La rampe de car- burant de fuite peut non seulement permettre de vider individuellement chacun des moyens de fermeture, mais également déboucher dans le ré- servoir à carburant. La surface formant siège réalisée sur le boîtier de l'injecteur pour la pièce de commande et pour l'arête de commande réalisée sur la pièce de commande est fermée du côté des fuites, lorsque la vanne est ou- verte. La chambre collectrice à haute pression est ainsi protégée efficace- ment contre une liaison directe avec la chambre de carburant de fuite. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans l'unique figure annexée qui est une section d'une chambre collectrice à haute pression intégrant une pièce de commande actionnée par l'intermédiaire d'un actionneur commandé de l'extérieur. Modes de réalisation La figure unique montre un injecteur à équilibrage dynami- que comportant une chambre collectrice à haute pression traversée par une partie d'une pièce de commande. La chambre collectrice à haute pression 2 est entourée d'un boîtier 1 dans lequel se trouve une réserve de carburant 29 sous une pression très élevée. Un organe d'étranglement d'alimentation 15 traver- sant la face frontale de la pièce de commande 16 reçoit une partie du vo- lume de la réserve de carburant 29 dans la chambre de commande 12. Celle-ci est réalisée sous la forme d'un manchon coaxial à l'axe de symé- trie de la pièce de commande 16. Un ajutage de commande 5 est vissé ou fixé d'une autre manière dans la paroi 3 de la chambre collectrice à haute pression 2. Cet ajutage comporte une soupape de décharge de la chambre de commande 12. La chambre de commande 12 qui s'étend essentiellement coaxialement à travers la pièce en forme de manchon, débouche au niveau d'une sur- face formant siège 10 dans l'ajutage de commande 5. La surface formant siège 10 de l'exemple de réalisation de la figure 1 est fermée par un organe d'étanchéité 7 en forme de bille. Cet organe d'étanchéité 7 en forme de bille peut être poussé par exemple par un poussoir 8 par l'intermédiaire d'un électroaimant ou d'un actionneur piézo-électrique ou autre unité d'actionnement de soupape. La référence 9 désigne la direction d'actionnement de l'actionneur; dans cette direction, l'actionneur qu'il s'agisse d'un électro-aimant ou d'un actionneur piézo- électrique, exerce une poussée sur l'organe d'étanchéité 7 par l'intermédiaire du poussoir 8. Cet organe d'étanchéité 7 ferme alors la surface d'étanchéité 10 vers la chambre de commande 12. A l'intérieur du volume délimité par la paroi 3 de la cham- bre collectrice à haute pression ou accumulateur à haute pression 2, on a une réserve de carburant 29 mise à une pression extrêmement élevée. La chambre collectrice à haute pression 2 est elle-même sous la forme d'une ouverture pour permettre une pulvérisation par la pièce de commande 16 de la soupape de commande. Le ressort de compression qui fonctionne comme ressort d'étanchéité 13 à l'intérieur de la cavité de la chambre collectrice à haute pression 2 s'appuie contre la face frontale de l'ajutage de commande 5 et pousse la partie de la pièce de commande 16 contenue dans la chambre de commande 12 y compris l'organe d'étranglement d'alimentation 15 contre une surface formant siège 4 dans le boîtier 1. Le manchon qui délimite la chambre de commande 12 est réalisé avec un premier diamètre 17 (dl) et fonctionne comme guide pour le ressort d'étanchéité 13 pour éviter que celui-ci ne fléchisse. La partie de la pièce de commande 16 qui se trouve dans la chambre de commande y compris l'organe d'étranglement d'alimentation 15 a un second diamètre 18 alors que la pièce de commande 16 au niveau de son siège d'étanchéité de la surface formant siège 4 a un diamètre de siège 19. Le diamètre de siège 19 est réalisé au-dessus d'un point d'étranglement 21 de la pièce de com- mande 16; ce diamètre est choisi pour que sous la force exercée par le ressort d'étanchéité 13 il assure l'étanchéité de l'intérieur de la chambre collectrice à haute pression 2 par rapport à la chambre de soupape 22 entourant la pièce de commande 16. Dans la partie inférieure du boîtier 1 de l'injecteur se trouve la pièce de commande 16 qui assure le dosage du carburant dans l'alimentation de la buse 23; celle-ci a un diamètre beaucoup plus faible. Partant du diamètre de siège 19 de la pièce de commande 16 qui coopère avec la surface formant siège 4 du boîtier, la pièce de commande présente un tracé courbe au niveau de son rétrécissement 21 qui se termine par l'arête de commande 20 de la pièce de commande 16. L'arête de com- mande 20 de la pièce de commande 16 se poursuit par une zone de la pièce de commande 16 ayant des surfaces latérales 25 opposées l'une à l'autre. Celles-ci permettent le passage du carburant en excédent du vo- lume annulaire qui entoure l'arête de commande 20 de la pièce de com- mande 16 pour passer dans la chambre de carburant de fuite 24. A partir de la chambre 24, le volume de carburant peut s'échapper dans la rampe de carburant de fuite 26; celle-ci est réalisée dans la zone inférieure du boîtier 1 de l'injecteur. La conduite ou rampe de carburant de fuite 26 peut être parallèle à la chambre collectrice à haute pression (rampe com- mune) 2 qui se trouve dans la zone supérieure du boîtier 1 de l'injecteur et débouchant dans le réservoir du véhicule pour éviter ainsi toute perte de carburant. De plus, le boîtier 1 peut également comporter des organes d'obturation 27, séparés, permettant de vider la rampe de fuite 26. Dans l'exemple de réalisation de l'objet de l'invention selon la figure unique, la conduite de fuite 26 peut se vider par un organe d'obturation 27 en forme de vis de fuite accessible par le dessous du boîtier 1. A partir de la chambre d'injecteur 22 dans le boîtier 1, dé- rive une conduite haute pression 23 assurant l'alimentation en carburant de la buse d'injection. Dans le boîtier 1 de l'injecteur, l'alimentation 23 vers la buse est réalisée sous la forme d'un perçage qui se termine par un raccord de buse 28 du boîtier 1 de l'injecteur. Une conduite d'alimentation peut se fixer sur le raccord de buse 28 relié à la buse d'injection, celle-ci pénétrant à l'intérieur d'une chambre d'injection alimentée en carburant. Le fonctionnement de l'injecteur selon l'invention représenté à la figure, pour injecter du carburant mis à une pression extrêmement élevée dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion in- terne est le suivant: Lorsque l'actionneur de l'injecteur, (sous la forme d'un électroaimant ou d'un actionneur piézo-électrique, agissant sur le pous- soir 8 et ainsi sur l'organe d'étanchéité 7), déplace le poussoir 8 dans la direction opposée à la direction d'action 9, la surface formant siège 10 de l'organe d'étanchéité 7 se libère et le carburant à pression élevée qui se trouve dans la chambre de commande 12 s'échappe par l'organe d'étranglement 11, du côté de la sortie dans la zone de fuite. Il en résulte une compression du ressort d'étanchéité 13 car la partie de la pièce de commande 16 réalisée avec le second diamètre 18 (d3) comprime ce ressort d'étanchéité 13 et se soulève verticalement. Ce mouvement libère la sur- face 4 de la face inférieure de la chambre collectrice à haute pression 2 et le carburant sous une pression extrêmement élevée, peut passer entre la surface formant siège 4 du boîtier 1 et le diamètre de siège 19 du tiroir; il arrive dans la chambre 22 délimitée par le point d'étranglement 21 de la pièce de commande 16 et les parois du boîtier. Lorsque la pièce de com- mande 16 se déplace verticalement en direction de l'ajutage de commande 5, l'arête de commande 20 de la pièce de commande 16 qui constitue l'arête inférieure de la partie rétrécie 21 constitue une arête du boîtier 1 de l'injecteur et assure ainsi l'étanchéité à l'ouverture de la conduite à haute pression pour la chambre de carburant de fuite 24 en sortie, par rapport à la réserve de carburant 29 mise à une pression élevée. Cela garantit lors de l'ouverture de la pièce de commande 16, qu'il n'y a pas de liaison di- recte au niveau de la surface formant siège 4 entre la chambre collectrice à haute pression 2 et la chambre de fuite 24 et le système de conduite en aval. Lorsque la surface formant siège 4 du boîtier 1 de la cham- bre collectrice à haute pression 2 est ouverte, la réserve de carburant 29 mise à pression élevée passe dans la chambre 22 et de là, vers la buse d'injection à travers la conduite d'alimentation 23. Celle-ci n'est pas repre- sentée à la figure; la conduite de la buse peut être reliée au niveau de la pièce de raccordement 28 avec le boîtier 1 de l'injecteur. Si après l'injection, l'électroaimant ou l'actionneur piézo- électrique non représenté ici, et servant d'élément d'actionnement pour l'organe d'étanchéité 7, est actionné dans la direction d'action 9, la surface formant siège 10 au-dessus de l'organe d'étranglement de sortie 11 ferme la chambre de commande 12. L'action du ressort d'étanchéité 13 traver- sant la chambre collectrice à haute pression 2 pousse l'élément de com- mande 16 dont le second diamètre 18, est pressé par son diamètre formant siège 19 contre la surface formant siège 4 de la paroi 3 de la chambre collectrice à haute pression 2 et ferme la chambre 22 contre toute arrivée ensuite de carburant 29 à haute pression venant de la chambre collectrice à haute pression (rampe commune). Lors du mouve- ment de descente de la pièce de commande 16 qui a principalement une symétrie de rotation par rapport à son axe de symétrie, l'arête de com- mande 20 qui descend verticalement, libère une cavité annulaire entou- rant la pièce de commande 16 de sorte que le carburant qui se trouve toujours dans la chambre 22 peut s'échapper en passant sur les surfaces réalisées dans la pièce de commande 16 et passer dans la chambre de fuite 14. De là, le carburant passe en sortie dans une conduite de fuite 26 qui peut par exemple être reliée au réservoir de carburant. La solution selon l'invention permet d'avoir une quantité de carburant très petite dans la chambre de commande 12 de la pièce de commande 16; de plus le corps de l'injecteur selon l'invention est très pe- tit car on supprime le système d'alimentation entre la chambre collectrice 3 à haute pression 2 et l'injecteur; l'unité d'actionnement de l'injecteur peut être intégrée directement dans la paroi 3 de la chambre collectrice à haute pression 2. Celle-ci peut se loger avantageusement comme élément vissé dans la face supérieure de la surface formant siège 4 vers la chambre 22. A la place du vissage de l'ajutage de commande 5 à la paroi 3 de la cham- bre collectrice à haute pression 2, on peut également envisager d'autres moyens de liaison. Une unité d'injecteur de construction aussi compacte pour un injecteur d'un moteur à combustion interne à injection directe permet d'intégrer une chambre collectrice à haute pression 2 tubulaire, s'étendant parallèlement à culasse d'un moteur à combustion interne, au niveau des cylindres et ainsi des parties de la culasse voisine des cham- bres d'injection. Une telle configuration d'une chambre collectrice à haute pression 2 avec un injecteur intégré permet d'équilibrer les efforts appli- qués à l'injecteur lui garantissant une très grande fiabilité. Le volume de commande nécessaire à l'actionnement de l'injecteur peut être très petit ce qui ne détériore pas le rendement de l'injecteur selon l'invention. Selon une autre variante, l'actionneur commandé de l'extérieur est un convertisseur hydraulique-mécanique. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Injecteur pour l'alimentation en carburant d'une chambre de combus- tion de moteurs à combustion interne à injection directe comprenant, une chambre collectrice à haute pression (2), une pièce de commande (16) ou- vrant ou fermant une chambre d'injecteur (22) dont dérive une conduite d'alimentation (23) reliée à une buse d'injection débouchant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que la chambre collectrice à haute pression (2) comporte une chambre de commande (12) reliée à celle-ci et par laquelle on actionne la pièce de commande (16). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de commande (12) réalisée dans la pièce de commande (16) est entourée du liquide à haute pression (29) de la chambre collectrice à haute pression (2). 3 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de commande (12) reçoit un volume de carburant de com- mande par l'intermédiaire d'un organe d'étranglement d'alimentation (15). 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de commande (12) se décharge par l'intermédiaire d'un organe d'étanchéité (7) commandé par un actionneur lui-même commandé de l'extérieur. 5 ) Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la chambre de commande (12) comporte en sortie un organe d'étranglement de sortie (1 1). 6 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre collectrice à haute pression (2) possède une surface formant siège (4) contre laquelle est pressé le diamètre formant siège (19) de la pièce de commande (16) par un ressort d'étanchéité (13). 7 ) Injecteur selon la revendication 1, caracterise par un manchon (14) délimitant la chambre de commande (12), ce manchon étant intégré dans l'ajutage de commande (5) vissé au boîtier (1) de la chambre collectrice à haute pression (2). 8 ) Injecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ressort d'étanchéité (13) s'appuie contre la paroi (3) de la chambre col- lectrice à haute pression (2). 9 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé par une arête de commande (20) réalisée sur la pièce de commande (16) et cette arête, lorsque la surface formant siège (14) est ouverte, assure l'étanchéité au niveau de la chambre collectrice à haute pression (2) d'un volume (22) par rapport à une chambre de fuite de carburant (24). ) Injecteur selon la revendication 1, caracterise en ce que la conduite d'alimentation de buse (23) de la chambre (22) débouche dans la zone comprise entre l'arête de commande (20) de la pièce de commande (16) et la surface formant siège (4) du boîtier (2). 11 ) Injecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la chambre de carburant de fuite (24) est reliée à une rampe de fuite (26) qui se ferme de manière étanche par un moyen d'obturation amovible (27). 12 ) Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'actionneur commandé de l'extérieur est un électro-aimant. 13 ) Injecteur selon la revendication 4, caractérise en ce que l'actionneur commandé de l'extérieur est un actionneur piézo-électrique. 14 ) Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'actionneur commandé de l'extérieur est un convertisseur hydraulique- mécanique.