Brevet FR2816367A1 — publié le 20020510

Domaine technique La présente invention concerne un injecteur pour injecter du carburant à haute pression dans la chambre de combustion d'un mo- teur à combustion interne, relié par une alimentation à une chambre col- lectrice à haute pression, avec un distributeur à 2/2 voies qui pour libérer ou fermer une conduite d'alimentation de buse, produit une variation de pression dans une chambre de commande. Dans les systèmes d'injection de carburant de moteur à combustion à injection directe on utilise actuellement de préférence des systèmes comportant une chambre collectrice à haute pression (rampe commune). A côté de la chambre collectrice à haute pression, les systèmes d'injection comportent des injecteurs pénétrant dans la chambre de com- bustion respective du moteur alimenté en carburant. Pour les injecteurs, la condition relative à la quantité de carburant injectée au début de l'injection est extrêmement importante car elle doit tenir compte du retard à l'allumage. De plus, les injecteurs constituent des pièces mécanique- ment très sollicitées et dont la fiabilité ne doit pas être inférieure à celle du moteur à combustion interne pour un coût de fabrication avantageux. Etat de la technique Selon les documents EP 0 657 642 A2 et DE 197 01 879 A1, on connaît des installations d'injection de carburant pour des moteurs à combustion interne. Ces documents décrivent des installations d'injection de carburant comportant une pompe à haute pression associée à une chambre collectrice à haute pression, commune (rampe commune) que l'on remplit de carburant. La chambre collectrice à haute pression est reliée par des conduites d'injection aux injecteurs pé- nétrant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Les mouvements d'ouverture ou de fermeture sont commandés chaque fois par une pièce de commande électrique. La pièce de commande est réalisée sous la forme d'un distributeur à 3/2 voies qui relie un canal à haute pression débouchant dans l'orifice d'injection de l'injecteur à la conduite d'injection ou à la conduite de décharge. L'organe de commande de la pièce de commande comporte une chambre de travail hydraulique, qui peut être remplie de carburant à haute pression ou une chambre de décharge de pression pour régler la position de l'organe de la pièce de commande pouvant être commandée à l'ouverture dans le canal de dé- charge ou qui, pendant les intervalles d'injection, réalise une communica- tion entre l'injecteur et la chambre de décharge. Les deux solutions connues selon l'état de la technique présentent un encombrement consi- dérable en hauteur. Exposé de l'invention La présente invention concerne un injecteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'une soupape à bille du côté de la chambre de pression et une soupape à bille du côté de l'alimentation sont associées de façon opposée à un corps de guidage mobile dans le boîtier de l'injecteur. L'injecteur selon l'invention permet d'avoir un distributeur à 2/2 voies très compact et qui grâce à l'utilisation d'un organe en forme de bille constitue une solution très économique. Les organes en forme de bille, chaque fois superposés constituent des pièces normalisées, très simples car du fait de leur géométrie elles permettent une répartition op- timale de la pression sur les surfaces exposées à la pression. De plus la solution selon l'invention permet de réaliser un distributeur à 2/2 voies de construction très simple, sans avoir à déplacer de manière relative une surface formant siège. Grâce aux organes en forme de bille, superposés et opposés, montés dans un corps de guidage commun, on peut réaliser de manière simple leur autocentrage dans la coupelle à bille respective. L'avantage du point de vue de la fabrication de la configuration de soupape selon l'invention réside dans le fait que les coupelles sphériques s'appliquent librement contre les surfaces frontales respectives du corps l'organe de guidage et assurent un centrage par rapport à l'axe de l'injecteur sous l'effet des forces de poussée respectives. Pour réaliser un appui garanti, on peut fabriquer les coupelles sphériques en des métaux mous ou des allia- ges de métaux doux, pour une adaptation optimale à la géométrie de la surface de la bille. C'est ainsi que grâce à l'injecteur selon l'invention, on peut éviter le jeu à long terme en réalisant le centrage de la coupelle sphé- rique et de la bille qu'elle reçoit par rapport au corps de guidage et ainsi par rapport à l'axe de symétrie de l'injecteur selon l'invention. Le corps de guidage qui reçoit au niveau de sa surface su- périeure et de sa surface inférieure, les coupelles sphériques, présente des surfaces libres qui permettant une évacuation du carburant à haute pres- sion lors de la décharge en pression de la chambre de commande par la commande du distributeur à 2/2 voies. La décharge en pression de la chambre de buse de la buse d'éjection se fait par décharge dynamique de l'alimentation de la buse et de la chambre de pression reliée à celle-ci par l'intermédiaire de la soupape à bille du côté de la chambre de pression; lorsque l'alimentation de la rampe commune est fermée, cette soupape as- sure la décharge de la conduite d'alimentation de la buse vers la fuite de liquide. Grâce à une conduite d'alimentation de la chambre collec- trice à haute pression, repliée selon un tracé à 90 , on peut réaliser son branchement en saillie latéralement au corps de l'injecteur et ainsi on agit avantageusement sur la hauteur de l'injecteur selon l'invention, c'est-à- dire que l'on réduit considérablement sa hauteur. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de l'unique figure annexée. L'unique figure est une coupe longitudinale du boîtier de l'injecteur avec les soupapes à bille montées de manière opposée sur le corps de guidage et les coupelles sphériques ou coupelles à bille qui les reçoivent. Description des modes de réalisation L'injecteur représenté dans l'unique figure, destiné à injec- ter du carburant à haute pression dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne comprend un boîtier d'injecteur 2 dans le- quel débouche une alimentation 3 venant de la chambre collectrice à haute pression, en dessous d'un joint d'assemblage 35. Pour des raisons de gain de place, l'alimentation 3 à partir de la chambre collectrice à haute pression peut être configurée sous la forme d'un perçage coudé à 90 pour que dans le boîtier 2 de l'injecteur, sous le corps de guidage 19 on puisse réaliser une cavité 28 pour donner à l'injecteur 1 des dimensions de construction extrêmement compacte. Le boîtier 2 de l'injecteur comporte un perçage 4 qui est is- su de l'alimentation 3 venant de la chambre collectrice à haute pression; ce perçage 4 débouche par un organe d'étranglement d'alimentation 5 dans une chambre de commande 6. Ce moyen assure qu'il règne toujours dans la chambre de commande 6, un volume de commande suffisant soumis à une pression élevée. Une soupape ou distributeur à 2/2 voies qui produit le mouvement vertical du corps de guidage 19 est associée à la chambre de commande 6. Le distributeur à 2/2 voies peut être conçu comme un actionneur hydraulique/mécanique, comme un actionneur pié- zo-électrique ou comme une soupape magnétique; dans la vue de la figure unique il n'est pas représenté de manière détaillée. A l'aide de l'actionneur non détaillé, qui permet avantageusement des temps de commande et de réponse très courts, ce qui est extrêmement important pour les hauts ré- gimes du moteur à combustion interne, par une commande appropriée on décharge l'organe d'étanchéité 8. De ce fait l'organe d'étanchéité 8 réalisé ici sous la forme d'une bille, se soulève de son siège d'étanchéité 9 et li- bère un organe d'étranglement de sortie 10, suivi d'un orifice de décharge 1 1 prévu au-dessus de la chambre de commande 6. Par la commande de la soupape ou distributeur à 2/2 voies 7 on assure la décharge en pres- sion de la chambre de commande 6. Par la décharge en pression de la chambre de commande 6, le piston 12 de la chambre de commande qui est en regard de l'orifice de décharge 11, pénètre dans la chambre de commande 6. La bille 17 appli- quée contre le point de contact 15 du piston de la chambre de commande et appartenant à la soupape à bille 16 du côté de la chambre de com- mande, se dégage vers le haut et ferme la conduite de liquide de fuite 14; cette conduite dérive latéralement du piston 12 de la chambre de com- mande dans le boîtier 2 de l'injecteur. Le piston 12 de la chambre de commande a un diamètre 13 qui dépasse le diamètre 25 du siège de la bille 24 de la soupape à bille 23, opposée. A la fois la soupape à bille 16 du côté de la chambre de commande et la soupape à bille 23, du côté de la haute pression c'est-à- dire en regard de l'alimentation 3 de la chambre collectrice à haute pres- sion, sont logées dans une cavité du boîtier 2 de l'injecteur. La cavité est remplie en partie par le corps de guidage 19 dont les surfaces frontales opposées sont munies chacune d'une coupelle à bille 18. Les coupelles à bille 18 sont libres en mouvement par rapport aux surfaces frontales du corps de guidage 19 et elles sont fabriquées de préférence en un métal mou ou en un alliage de métal mou, métal qui est du bronze ou du laiton. Dans chaque coupelle à bille 18 on a un arrondi 26, 27 correspondant à l'arrondi de la bille 17, 24 reçu dans chaque coupelle 18. Du fait de la réalisation des coupelles à bille 18 en métal mou, on a une adaptation exacte des rayons de courbure de la surface extérieure des billes 17, 24 à l'arrondi 26, 27 de chaque cou- pelle à bille 18. Cela assure d'une part que les billes 17, 24 sont centrées de la manière la plus précise possible par rapport aux arrondis 26, 27 des coupelles à bille 18; de plus, grâce à la configuration choisie on obtient un autocentrage des coupelles à bille 18 et des billes 17, 24 par rapport à l'axe de symétrie du boîtier 2 de linjecteur. Du point de vue de la fabrication, le dispositif à coupelle à bille au niveau des faces frontales du corps de guidage 19 offre des avantages car leur position de fonctionnement, précise, se règle indépendamment d'une liaison par la forme entre les coupelles à bille 18 et le corps de guidage 19, pendant le fonctionnement de l'injecteur selon l'invention. A côté d'une zone de guidage 34, le corps de guidage 19 comporte des surfaces libres 20. La zone de guidage 34 sert au guidage du corps 19, sans risque de grippage, dans la direction verticale dans la ca- vité du boîtier 2 de l'injecteur; les surfaces libres 20 permettent lors de la décharge en pression de la chambre de commande 6 de la manière repré- sentée ci-dessus, lors de la commande de l'élément d'actionnement et de l'ouverture de la soupape en regard de l'alimentation 3 partant de la chambre collectrice à haute pression, un passage du carburant à haute pression le long des surfaces libres 20 du corps de guidage 19 et l'entrée du carburant à haute pression par le perçage transversal 21 dans un per- çage longitudinal 22 qui constitue l'alimentation de la chambre de buse de l'aiguille de la buse d'éjection. Grâce au tracé replié 3 vers la soupape à bille 23 du côté de l'alimentation, on peut positionner un ressort d'étanchéité 30 dans la ca- vité 28, directement sous l'entrée 3 venant de la chambre collectrice à haute pression dans le boîtier 2 de l'injecteur. Le ressort d'étanchéité 30 logé dans la cavité 28 s'appuie contre un organe 29 en forme de rondelle; par son extrémité opposée le ressort s'appuie contre la pièce de poussée 31 de forme conique. Cette pièce reçoit dans son extrémité du côté de l'aiguille d'injecteur 32, le téton 33 de l'aiguille de façon à transmettre la force d'étanchéité exercée par le ressort d'étanchéité 30 sur l'aiguille 32; cette force pousse l'aiguille de manière étanche contre son siège au niveau de l'orifice d'éjection. En commandant le distributeur de commande à 2/2 voies 7 et ainsi en assurant la décharge en pression de la chambre de commande 6, le piston 12 pénètre dans la chambre de commande. L'organe en forme de bille 17 de la soupape à bille 16 du côté de la chambre de commande s'appuie contre son siège d'étanchéité dans le boîtier 2 de l'injecteur et ferme ainsi la conduite de liquide de fuite 14. En même temps, la bille 24 de la soupape à bille 23 du côté de l'alimentation, bille qui s'appuie contre la face frontale inférieure du corps de guidage 19, libère l'alimentation 3 venant de la chambre collectrice à haute pression. Du carburant à haute pression passe par l'alimentation 3 dans la cavité du boîtier 2 de l'injecteur; le liquide passe sur les surfaces d'écoulement libres 20 du corps de guidage 19 et arrive par le perçage traversant 21 dans l'alimentation de buse 22. L'alimentation de buse 22 débouche selon la figure dans une chambre de buse non représentée, qui entoure la buse d'éjection en amont de son siège d'éjection. Dans cet état, la conduite de liquide de fuite 14 est fermée par rapport à la haute pression par la bille 17 qui s'est appliquée contre son siège dans le boîtier 2 de l'injecteur. Pour fermer l'alimentation 3 venant de la chambre collec- trice à haute pression, on pousse la bille 24 contre la soupape à bille 23 du côté de l'alimentation avec son diamètre de siège 25 contre le siège dans le boîtier 2 de l'injecteur. Cela résulte du fait que par le perçage 4 et l'organe d'étranglement d'alimentation 5, la pression dans la chambre de commande 6 augmente. Comme le diamètre 13 du piston 12 de la cham- bre de commande est plus grand que le diamètre de siège 25 de la bille 23 du côté de l'alimentation, venant contre la face frontale inférieure du corps de guidage 19, on aura un mouvement vertical descendant du corps de guidage 19 dans la cavité à l'intérieur du boîtier 2 de l'injecteur; ainsi l'alimentation 3 venant de la chambre collectrice à haute pression sera fermée. En même temps, la bille 17 de la soupape à bille 16 prévue du côté de la chambre de commande libère la conduite de liquide de fuite 14. C'est ainsi que l'alimentation de buse 22 et la chambre de buse de la buse d'éjection peuvent être déchargées en pression par le perçage transversal 21 et la partie supérieure de la cavité dans le boîtier 2 de l'injecteur; ainsi le carburant à haute pression peut revenir par exemple au réservoir par la conduite de liquide de fuite 14. L'idée de base de l'invention consiste à appliquer deux sou- papes à bille 16, 23 en forme de bille, qui viennent chacune dans une coupelle 18, pour venir à plat sur un moyen de guidage c'est-à-dire sur le corps de guidage 19 avec centrage automatique par rapport au siège dans le boîtier 2 de l'injecteur. Cela simplifie la fabrication car les tolérances peuvent être choisies de manière avantageuse puisqu'il y a un autocen- trage du fait des pressions engendrées pendant le fonctionnement dans les deux zones de la cavité recevant l'organe de guidage 19 dans le boîtier 2 de l'injecteur, par un réglage automatique. C'est pourquoi la surface for- mant siège n'a pas à être mobile par rapport à un moyen de guidage; cette surface formant siège peut être réalisée au contraire de manière fixe dans le boîtier 2 de l'injecteur car grâce à la géométrie des pièces antagonistes choisies c'est-à-dire des organes en forme de bille 17, 24 on garantit une adaptation des surfaces de siège selon les possibilités de fabrication dans le boîtier 2 de l'injecteur. Pour des tolérances choisies de manière plus avantageuse du point de vue de la technique de fabrication, dans le boîtier 2 de l'injecteur on peut également réaliser un siège d'étanchéité sans fuite. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur pour injecter du carburant à haute pression dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, relié par une alimenta- tion (3) à une chambre collectrice à haute pression, avec un distributeur à 2/2 voies (7) qui pour libérer ou fermer une conduite d'alimentation de buse (21, 22), produit une variation de pression dans une chambre de commande (6), caractérisé en ce qu' une soupape à bille (16, 17) du côté de la chambre de pression et une soupape à bille (23, 24) du côté de l'alimentation sont associées de façon opposée à un corps de guidage (19) mobile dans le boîtier (2) de l'injecteur. 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation de buse (21, 22), la conduite de liquide de fuite (14) et la chambre de commande (6) déchargée en pression sont prévues au-dessus du corps de guidage (19) et l'alimentation (3) venant de la chambre collec- trice à haute pression est prévue en dessous du corps de guidage (19). 3 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de guidage (19) comporte à la fois des zones de guidage (34) pour le guidage dans une cavité du boîtier de l'injecteur (2) et des surfaces d'écoulement libres 20. 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les soupapes à bille (16, 23) comportent de part et d'autre du corps de guidage, des billes (17, 24) fonctionnant comme des éléments d'ouverture ou de libération, ces billes étant logées dans des coupelles à bille (18). ) Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les coupelles à billes (18) s'appliquent libres en mouvement contre les fa- ces frontales du corps de guidage (19). 6 ) Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les coupelles à bille (18) sont munies d'arrondis (26, 27) correspondant aux billes (17, 24). 7 ) Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les coupelles à bille (18) sont en métal mou ou en un alliage de métal mou. 8 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un piston de chambre de commande (12) est sollicité par le volume de commande dans la chambre de commande (6), au-dessus de la soupape à bille (16) de la chambre de commande, et le diamètre (13) du piston dé- passe le diamètre de siège (25) de la bille (24) tournée vers l'alimentation (3) venant de la chambre collectrice à haute pression. 9 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à la libération de l'alimentation (3) de la chambre collectrice à haute pres- sion, l'alimentation de buse (21, 22) vers la conduite de liquide de fuite (14) est fermée. ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque l'alimentation (3) venant de la chambre collectrice à haute pres- sion est fermée, l'organe en forme de bille (24) assure la décharge en pres- sion de l'alimentation de buse (21, 22) vers la conduite de fuite (14) par la bille (17) du côté de la chambre de commande. 11 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation (3) venant de la chambre collectrice à haute pression est réalisée dans le boîtier (2) sous la forme d'un perçage coudé à 90 dont l'embouchure dans la cavité du boîtier (2) de l'injecteur peut être fermée ou libérée par le diamètre de siège (25) de la bille (24). 12 ) Injecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le métal mou est du bronze ou du laiton.