Brevet FR2811021A1 — publié le 20020104

Domaine technique La présente invention concerne un injecteur pour injecter du carburant à haute pression dans la chambre de combustion d'un mo- teur thermique et dans le boîtier de l'injecteur, recevant une pièce de commande et une aiguille de buse mobiles, avec une alimentation pour la buse d'injection ouverte par la commande d'ouverture d'une chambre, par la décharge en pression d'une chambre de commande. Les injecteurs servant à injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur thermique (moteur à combustion interne) utilisant des systèmes d'injection à chambres à haute pression (rampe commune) subissent des pressions élevées qui doivent être traitées du point de vue de la sollicitation mécanique de l'injecteur. De plus, il faut avoir une réponse directe du système d'injecteur au mouvement d'ouverture et de fermeture pour que le dosage précis de la quantité de carburant à injecter ne soit pas détérioré et pour que la forme donnée au profil d'injection ne soit pas faussée. Etat de la technique Le document DE 37 28 817 C2 concerne une pompe d'injection de carburant d'un moteur thermique. L'organe de commande de soupape utilisé dans la pompe d'injection est constituée d'une tige de soupape formant un manchon de guidage et coulissant dans un canal ainsi qu'une tête de soupape reliée à cette tige et tournée vers l'installation d'actionnement. La surface d'étanchéité de la tête coopère avec la surface du perçage de commande formant le siège de soupape. La tige de soupape présente à sa périphérie une cavité dont l'extension axiale va de l'embouchure de la conduite d'alimentation en carburant jusqu'au début de la surface d'étanchéité coopérant avec le siège de soupape au niveau de la tête de soupape; une surface exposée à la pression régnant dans la conduite d'alimentation de carburant est prévue dans la cavité. Cette surface est égale à la surface de la tête de soupape exposée à la pression de la conduite de carburant lorsque la soupape de commande est fermée. La soupape est ainsi équilibrée en pression lorsqu'elle est fermée; de plus, dans le manchon de guidage de la soupape de commande, il est prévu un élément de ressort qui sollicite la soupape de commande vers sa position d'ouverture. Dans des réalisations connues des injecteurs destinés à in- jecter du carburant sous des pressions très élevées dans la chambre de combustion d'un moteur thermique à injection directe, la chambre collec- trice à haute pression (rampe commune) applique sa pression élevée en permanence sur la pièce de commande. Cette construction des injecteurs a pour inconvénient la mauvaise fermeture de la buse au niveau de sa surface formant siège. Cette mauvaise fermeture de la buse au niveau de sa surface formant siège est liée au fait que la pression doit être diminuée en fonction de la distance entre la pièce de commande et le siège de sou- pape pour assurer la fermeture de l'aiguille. Plus la phase de fermeture est longue et plus grandes seront les pertes de fuite, ce qui influence de ma- nière extrêmement négative le rendement des injecteurs. lo Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénients et concerne à cet effet un injecteur du type défini ci-dessus, ca- ractérisé en ce que le boîtier de l'injecteur comporte des chambres de commande pour actionner une aiguille de buse et la pièce de commande, et ces chambres de commande peuvent être déchargées en pression par l'intermédiaire d'une soupape de commande commune. Ainsi, l'injecteur pour injecter du carburant à haute pres- sion est conçu pour qu'à l'ouverture de l'aiguille, une pression très élevée règne dans la chambre de buse de l'injecteur. De plus, la solution selon l'invention permet une fermeture très rapide de l'aiguille. Les deux chambres de commande réalisées dans le corps de l'injecteur sont sollicitées par des éléments d'étranglement correspondants par la pression centrale de carburant de la chambre à haute pression. Dans ces conditions, la pression élevée régnant dans la chambre à haute pression se retrouve également dans les dérivations du côté de l'alimentation à haute pression des chambres de commande réalisées dans le boîtier de l'injecteur. Ces chambres sont déchargées simultané- ment en pression lors de l'actionnement d'une soupape de commande, ce qui réalise une commande forcée du mouvement d'ouverture de l'aiguille par sa course verticale dans le boîtier de l'injecteur. La réalisation de deux chambres dans le boîtier de l'injecteur permet le réglage indépendant des systèmes de la buse et de la pièce de commande. En montant en amont deux éléments d'étranglement d'alimentation, devant les chambres de commande, on peut concevoir les deux chambres de commande suivant les conditions optimales respectives. Par l'application directe sur une surface d'étage de pression réalisée sur l'aiguille dans la chambre de buse, l'aiguille se soulève de son siège dès que la pression dans la chambre de buse dépasse la pression de la chambre de commande. On peut réaliser une ouverture rapide de l'aiguille par rapport à sa surface formant siège par la décharge en pression simultanée des deux chambres de commande prévues dans le corps de l'injecteur. On a ainsi une réponse rapide de l'injecteur. On évite ainsi le retard du début calculé de l'injection et la dé- térioration conséquente de la courbe de pression d'injection par une montée en pression trop lente dans ce profil entre la pointe de l'injecteur et la pièce de commande. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans l'unique fi- gure annexée montrant un injecteur destiné à injecter du carburant à haute pression dans une chambre de combustion d'un moteur à combus- tion interne, avec des chambres de commande indépendantes associées à l'injecteur au niveau du boîtier et qui peuvent être déchargées en pression en commun par un élément de commande réalisant une commande forcée de l'aiguille d'injecteur. Modes de réalisation La figure montre un injecteur 1 représenté de manière schématique avec une pièce de commande 3 mobile dans la direction ver- ticale dans le boîtier 2 de l'injecteur. La pièce de commande 3 est munie au-dessus d'une zone de diamètre s'étendant de la face frontale 22 du côté de la chambre de commande, d'une partie rétrécie 4. Entre la zone cylin- drique de diamètre agrandi de la pièce de commande 3 et la partie rétrécie 4, on réalise un siège de soupape 5. La pièce de commande 3 passe à l'état fermé en s'appliquant par le diamètre 6 de son siège contre le siège de soupape 5 du boîtier 2 de l'injecteur; on ferme ainsi, par contact, le dia- mètre de siège 6 avec le siège de soupape 5 dans le boîtier 2 de l'injecteur délimitant une chambre 12 en direction d'un volume de d'huile fuite 7. Le rétrécissement de la pièce de commande 3 se poursuit par un tiroir d'huile de fuite 8 réalisé sur la pièce de commande 3. Le tiroir d'huile de fuite 8 est entouré dans le boîtier 2 de l'injecteur, latéralement par une chambre d'huile de fuite 7. Le tiroir d'huile de fuite 8 qui, lors de la décharge en pression de la première chambre de commande 36 exécute un mouvement vertical vers le bas avec la pièce de commande 3, produit par chevauchement des arêtes de commande 10 et 1 1, l'étanchéité de la chambre d'huile de fuite 9 par recoupement des arêtes de commande pour la commande d'ouverture de la chambre de soupape 12. Au-dessus du tiroir d'huile de fuite 8, on a une cavité 13 recevant le ressort de compres- sion 14 sollicitant la face frontale du tiroir d'huile de fuite 8, du côté de la sortie. De la cavité 13 du boîtier 2 de l'injecteur dérive une conduite d'huile de fuite 15 qui ramène l'huile de fuite de la cavité 13, en continu, dans le réservoir de carburant du véhicule. Des éléments de surface sont réalisés sur le tiroir d'huile de fuite 8 permettant le passage d'huile de fuite sur les côtés du tiroir 8 vers la cavité 13. L'arête de commande 10 est réalisée sur le côté du tiroir 8, tourné vers la partie rétrécie 4 alors que l'arête de commande 11 du côté du boîtier est réalisée dans le boîtier 2 de l'injecteur. De la chambre collectrice à haute pression (rampe com- mune) arrive une alimentation 16 dans le boîtier 2 de l'injecteur 1 et solli- cite en parallèle, par une dérivation 17, la chambre 12 de la soupape. Il règne dans celle-ci la pression maximale de la chambre à haute pression. De plus, l'alimentation 18 venant de la chambre à haute pression com- porte une première dérivation pour une première chambre de commande 36 du côté de la pièce de commande ainsi qu'une seconde dérivation 19 pour la chambre de commande 37 du côté de l'aiguille d'injecteur ou de buse. La première dérivation 18 de l'alimentation 16 venant de la chambre à haute pression, comporte un premier organe d'étranglement d'alimentation 20 permettant le passage en continu d'un volume de com- mande dans la première chambre de commande 36. Dans la seconde déri- vation 19 qui sert à solliciter la seconde chambre de commande 37 du côté de l'aiguille, on a un second organe d'étranglement 21 par lequel, le car- burant mis en pression élevée, provenant de la chambre à haute pression (rampe commune) sollicite la chambre de commande 37 du côté de l'aiguille de l'injecteur. Les deux chambres de commande 36, 37 disposent du côté de la sortie, chaque fois d'un organe d'étranglement de sortie 23, 24 de configuration individuelle. Les éléments formant organes d'étranglement 23, 24 débouchent dans une cavité 26 prévue en sortie et dont la surface de siège peut être fermée ou libérée par une soupape de commande 27 formée par une bille. L'organe d'obturation 27 en forme de bille est sollicité dans la direction d'action 28 par un actionneur non re- présenté de manière détaillée ici, il s'agit d'un actionneur piézoélectrique, d'un électro-aimant ou d'un convertisseur hydraulique/mécanique. L'actionneur est commandé de manière extérieure indépen- damment du niveau de pression régnant près de l'injecteur 1. En cas de décharge de pression de l'élément d'obturation 27 de forme sphérique, un volume de commande passe par les organes d'étranglement de sortie 23, 24 associés aux chambres de commande 36, 37 dans la cavité 26 prévue du côté de la sortie; on décharge ainsi la pression des chambres de com- mande 36, 37 et la pièce de commande 3 effectue un mouvement de dé- ploiement avec sa surface frontale 22 dans la chambre de commande; alors que, l'aiguille 30 de l'injecteur remonte verticalement. Dans la seconde chambre de commande 37 du côté de l'aiguille de l'injecteur, il est prévu un élément de ressort s'appuyant d'un côté contre le boîtier 2 de l'injecteur et d'autre part contre la surface de commande de l'aiguille 30. L'aiguille 30 est entourée par une chambre d'huile de fuite 31 de forme annulaire, d'o part une sortie d'huile de fuite 32 qui peut également déboucher dans le réservoir de carburant du véhicule. Dans la suite de l'extension verticale de l'aiguille 30, au niveau de la buse 34, l'aiguille est entourée par une chambre de buse 33 qui peut recevoir du carburant à haute pression par l'intermédiaire de l'alimentation de buse 35. Une surface annulaire d'étage de pression 30.1 est réalisée sur l'aiguille 30 au niveau de la chambre de buse 33. La chambre 33 dé- bouche dans un siège de buse dans lequel pénètre la pointe 34 de l'aiguille 30. L'alimentation 35 de la buse qui débouche dans la chambre de buse 33 du côté de la buse, est prévue du côté de la commande pour se trouver au-dessus du siège de soupape 5 dans la zone du point rétréci 4 de la pièce de commande 3. En cas de décharge en pression des chambres de commande 36, 37 par la commande de l'actionneur sollicitant l'élément en forme de bille 27, contre sa direction d'action 28, la commande 36 du côté de la pièce de commande ou la commande 37 du côté de l'aiguille de buse sont déchargées en pression. Du volume de liquide de commande sort des chambres de commande 36, 37 par les organes d'étranglement de sortie 23, 24 pour arriver dans la cavité 26. La pièce de commande 3 descend ainsi avec sa surface frontale 22, verticalement et libère le siège de sou- pape fermé. Dans ces conditions, du carburant à haute pression qui arrive en continu par la dérivation 17, vient de la chambre 12 dans la zone com- prise entre la partie rétrécie 4 et la paroi du boîtier 2 de l'injecteur; ce carburant passe par l'alimentation 35 pour arriver dans la chambre 33. En même temps, en cas de mouvement de déploiement vertical, descen- dant de la pièce de commande 3 dans la chambre de commande 36, on a un de l'arête de commande 10 du tiroir 8 chevauche l'arête de commande 11 du boîtier, de sorte que lorsque le siège de soupape 5 est commandé à l'ouverture, cela évite le passage de carburant à haute pression de la chambre 12 dans la chambre de fuite 7. La chambre de buse 33 reçoit ainsi du carburant à haute pression. En même temps, la chambre de commande 37 du côté de l'aiguille de buse est déchargée en pression par l'organe d'étranglement 24 du côté de la sortie, si bien que la face frontale supérieure de l'aiguille de buse 30 pénètre dans la chambre de commande 37, déchargée en pression, contre l'action développée par l'élément de res- sort qui s'y trouve. Le mouvement d'ouverture de l'aiguille de buse dans la di- rection opposée à la direction verticale est renforcé par la pression élevée régnant dans la chambre 33 de la buse, au niveau du gradin de pression 30.3, si bien qu'en dépassant la haute pression régnant dans la chambre de commande 37, on a une ouverture rapide et ainsi l'injection de la quantité de carburant disponible dans la chambre de combustion d'un moteur thermique. On a ainsi une ouverture forcée de l'aiguille de buse 30 et ainsi de la pointe de buse 34 en cas de décharge en pression des deux chambres de commande 36, 37 par l'actionnement de l'actionneur 28. Lors de la fermeture, c'est-à-dire lors de la sollicitation de l'élément de bille 27 ouvert, dans la direction d'action 28 de l'actionneur, le fonctionnement de l'injecteur selon l'invention est le suivant: par la fermeture et l'application de l'élément en forme de bille 27 contre son siège , il s'établit très rapidement une pression élevée dans les chambres de commande 36, 37 par l'intermédiaire des éléments d'étranglement 20, 21 prévus dans les dérivations 18, 19 de l'alimentation 16 venant de la chambre à haute pression. La pièce de commande 3 se place ainsi dans sa position de fermeture obturant la chambre de soupape 12. En même temps, la chambre de buse 33 est déchargée en pression par l'ouverture de l'arête de commande 10, 11 du boîtier 2 de l'injecteur ou du tiroir à huile de fuite 8; ainsi le carburant à haute pression qui vient de l'alimentation 35 de la chambre de buse 33, peut s'échapper du côté de la fuite dans la cavité 13. La chambre de buse 33 est ainsi déchargée en pression. En même temps, une pression élevée s'établit dans la chambre de commande 37 du côté de l'aiguille de buse par l'intermédiaire de la dérivation 19 de l'alimentation 16 venant de la chambre à haute pression; cette pression élevée soutient l'élément de ressort logé dans la chambre de commande 37 du côté de l'aiguille de buse pour presser l'aiguille contre son siège dans la buse d'injection 34. La surface frontale de l'aiguille de buse 3, du côté de la chambre de commande est sollicitée par la pression régnant dans la chambre à haute pression, si bien que le niveau de pression dans la chambre de commande 37 est beaucoup plus élevé que le niveau de pression régnant à cet instant dans la chambre de buse 33. Du fait des rapports de surface, l'aiguille de buse 30 est pressée par la haute pression régnant dans la chambre de commande 37 à partir de la chambre à haute pression, par le ressort d'obturation, contre la force exercée par la pression agissant sur le gradin de pression 30.1 dans la chambre de commande 33, pour être poussée en position de fermeture. Par comparaison avec un injecteur connu, cela permet une fermeture plus rapide lorsque la pointe de l'injecteur 34 est ouverte, ce qui évite toute in- jection finale dans la chambre de combustion d'un moteur thermique et permet un déroulement de l'injection, calculé de manière beaucoup plus précise. De plus, les instants d'ouverture et de fermeture peuvent être res- pectés beaucoup plus précisément, ce qui est avantageux pour le produit émis par le moteur thermique équipé de l'injecteur tel que proposé selon l'invention. La réalisation de deux chambres de commande 36, 37 configu- rées de manière indépendante l'une de l'autre dans le corps 2 de l'injecteur permet d'accorder individuellement les chambres de commande, par un choix approprié des surfaces 30.1 ou de la surface frontale de l'aiguille 30 sollicitées en pression et par les configurations appropriées des éléments d'étranglement 20, 21 du côté de l'alimentation et des orga- nes d'étranglement 23, 24 du côté de la sortie. A titre complémentaire, un accumulateur de force sollicitant la surface frontale de l'aiguille de buse 30 est prévu dans la chambre de commande 37 du côté de l'aiguille de buse et la surface de la face frontale de l'aiguille d'injecteur 30 est plus grande que la surface annulaire d'un étage de pression 30.1 dans la zone de la chambre de buse 33 qui entoure l'aiguille 30. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur pour injecter du carburant à haute pression dans la chambre de combustion d'un moteur thermique et dans le boîtier (2) de l'injecteur, recevant une pièce de commande (3) et une aiguille de buse (30) mobiles, avec une alimentation (35) pour la buse d'injection ouverte par la commande d'ouverture d'une chambre (12), par la décharge en pression d'une chambre de commande (36), caractérisé en ce que le boîtier (2) de l'injecteur comporte des chambres de commande (36, 37) pour actionner une aiguille de buse (30) et la pièce de commande (3), et ces chambres de commande peuvent être déchargées en pression par l'intermédiaire d'une soupape de commande commune. 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les chambres de commande (36, 37) peuvent être sollicitées avec des vo- lumes de liquide de commande par chaque fois un élément d'étranglement (20, 21) intégré dans l'alimentation (16) de la chambre à haute pression. 3 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un élément d'étranglement (23, 24) séparé, du côté de la sortie est associé à chacune des chambres de commande (36, 37). 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les chambres de commande (36, 37) de l'aiguille de buse (30) et de la pièce de commande (3) sont indépendantes l'une de l'autre. 5 ) Injecteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la conception des éléments d'étranglement (20, 21; 23, 24), du côté de l'alimentation et du côté de la sortie, définit les chambres de commande (36, 37) indépendamment l'une de l'autre. 6 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un accumulateur de force sollicitant la surface frontale de l'aiguille de buse (30) est prévu dans la chambre de commande (37) du côté de l'aiguille de buse. 7 ) Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface de la face frontale de l'aiguille d'injecteur (30) est plus grande que la surface annulaire d'un étage de pression (30.1) dans la zone de la chambre de buse (33) qui entoure l'aiguille (30). 8 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les chambres de commande (36, 37) pour l'aiguille (30) ou la pièce de commande (3) et une chambre de soupape (12) dans le corps (2) de l'injecteur sont alimentées en parallèle par l'alimentation (16) à partir de la chambre collectrice à haute pression.