Brevet FR2816370A1 — publié le 20020510

Domaine technique La présente invention concerne un injecteur pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combus- tion interne, comportant des distributeurs double à 2/2 voies logés dans le boîtier de l'injecteur et dont le mouvement de translation est couplé mécaniquement par un pont, les deux distributeurs étant suivis d'un amplificateur hydraulique qui alimente en carburant à haute pres- sion une chambre de buse entourant une aiguille de buse. Dans les systèmes d'injection du carburant servant à in- jecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, on utilise actuellement des injecteurs à commande électrique. Ces injecteurs permettent de régler le début et la fin de l'injection. Les injecteurs sont fixés de préférence à l'aide de dispositifs de serrage sur la culasse d'un moteur à combustion interne; cela per- met de fixer des injecteurs alimentés à partir d'une chambre collectrice à haute pression (rampe commune) sans modification importante de la culasse du moteur à combustion interne. Etat de la technique Le document DE 198 35 494 A1 décrit une unité pompe- buse servant à l'alimentation en carburant de la chambre de combus- tion d'un moteur à combustion interne à injection directe. Pour réaliser une unité pompe-buse ayant une construction simple, qui soit peut en- combrante et possède un temps de réponse court, cette invention pro- pose de réaliser l'unité d'actionnement de la soupape ou de l'injecteur sous la forme d'un actionneur piézo-électrique. Dans l'unité pompe-buse selon le document DE- 198 35 494 A1, un dispositif amplificateur hydraulique remplit diffé- rentes fonctions. Tout d'abord, il réalise une liaison rigide entre une unité d'actionnement de soupape et la soupape de commande en ga- rantissant ainsi la fiabilité de la transmission du mouvement d'extension de l'actionneur piézo-électrique vers la soupape de la buse de type A. De plus, le mouvement d'extension de l'unité d'actionnement de soupape est dévié par le dispositif amplificateur hydraulique en un mouvement d'actionnement de soupape dirigé différemment. Dans l'exemple de réalisation, le mouvement d'extension de l'actionneur pié- zo-électrique, dirigé vers le bas est transformé en un mouvement d'actionnement de la soupape dirigée vers le haut c'est-à-dire dans la direction opposée. De plus, par un choix approprié des surfaces de l'unité d'actionnement de soupape coopérant avec l'amplificateur hy- draulique d'une part et de la soupape de commande d'autre part, on peut réaliser un rapport d'amplification souhaité entre le mouvement d'extension de l'actionneur piézo-électrique et le mouvement d'actionnement de l'injecteur. Des mouvements d'extension relativement petits de l'actionneur piézo-électrique peuvent ainsi être transformés en des mouvements d'actionnement de soupape (ou d'injecteur) relative- ment importants. Enfin, le dispositif amplificateur hydraulique sert égale- ment d'élément de compensation thermique entre l'unité d'actionnement de soupape et la soupape de commande. Par cette fonc- tion, le dispositif amplificateur hydraulique compense d'une part les effets des coefficients de température différents de l'actionneur piézo- électrique et d'autre part ceux de la soupape de type A. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux incon- vénients de la solution connue et concerne à cet effet un injecteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que les distributeurs de com- mande sont logés de manière renversée l'un par rapport à l'autre dans le boîtier de l'injecteur et les organes de soupape sont entourés par des éléments de guidage. De manière avantageuse, les organes de soupape sont guidés dans des éléments de guidage logés de manière fixe dans le boî- tier; les éléments de guidage sont introduits dans le boîtier de l'injecteur avec une arête d'étanchéité assurant l'étanchéité vis-à-vis de l'extérieur, et les diamètres des éléments de guidage qui entourent les organes de soupape dans les chambres de soupape respectives des dis- tributeurs ont le même diamètre hydraulique actif. Les surfaces d'obturation des organes de soupape sont dirigées de façon opposee l'une par rapport à l'autre. L'injecteur conçu selon l'invention permet de réaliser un injecteur commandé en pression et en course et actionné par un seul actionneur. La solution ainsi proposée permet de réaliser un amplifica- teur hydraulique totalement équilibré vis-à-vis des forces, de sorte que l'actionneur utilisé n'aura à appliquer que de faibles forces d'actionnement pour assurer l'actionnement des distributeurs de com- mande à 2/2 voies branchés en parallèle. Comme il suffit de telles faibles forces d'actionnement, l'injecteur selon l'invention peut être commuté avec un seul aimant. Des unités d'actionnement constituées par des aimants permettent un fonctionnement durable de l'injecteur garanti pendant toute la durée de vie du système d'injection. Selon d'autre caractéristiques de l'invention, - l'amplificateur hydraulique peut être sollicité en pression par une alimentation qui prend naissance entre les chambres de soupape des distributeurs, - une chambre de commande au-dessus du piston de fermeture de l'aiguille de buse peut être sollicitée en pression à partir du côté se- condaire du second distributeur, - a l'ouverture de la surface d'étanchéité et de l'alimentation venant de la chambre collectrice à haute pression par l'alimentation, on ferme le second distributeur fonctionnant comme soupape de sortie, contre sa surface d'étanchéité, - lors de la fermeture du siège d'étanchéité du distributeur du côté de l'alimentation, la surface d'étanchéité reste ouverte d'une course et l'aiguille de la buse se ferme en étant commandée en translation par un ressort d'étanchéité. L'équilibrage des forces des distributeurs à 2/2 voies en amont de l'amplificateur hydraulique est assuré par leur inversion de sens par rapport à la direction d'ouverture. Pour équilibrer les forces des organes des deux distributeurs à 2/2 voies, les organes de soupape sont réalisés symétriquement, mais inversés. Les organes de soupape qui se déplacent en va et vient dans le boîtier de l'injecteur sont réalisés avec un premier diamètre, et des manchons de guidage respectifs ont un second diamètre supérieur au premier diamètre. Les manchons de guidage avec le second diamètre ont des surfaces de butée annulaires qui limitent la course maximale que peuvent parcourir les organes de soupape. Chacun des organes de soupape des distributeurs à 2/2 voies est sollicité par un élément de ressort qui crée la force agissant sur les soupapes totalement équilibrées du point de vue des forces, et que l'unité d'actionnement doit vaincre pour actionner les soupapes. Les deux distributeurs de commande à 2/2 voies équili- brés du point de vue des forces et actionnés en parallèle sont reliés par une liaison de passage de liquide entre les deux chambres de soupape. A partir de cette liaison dérive une alimentation vers l'amplificateur hy- draulique qui à son tour alimente la chambre de buse entourant l'aiguille d'injecteur au niveau d'un gradin de pression pour lui fournir du carburant à haute pression. Un piston d'obturation est réalisé sur l'aiguille de buse. Ce piston coopère avec le volume de la chambre de commande et la décharge en pression de cette chambre de commande pour le mouvement de remontée de l'aiguille de la buse, pour se dégager de son siège et libérer ainsi les orifices d'éjection débouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. La chambre de commande ellemême peut être déchargée en pression par un organe d'étranglement de sortie libéré par un actionneur. Le montage en parallèle des distributeurs à 2/2 voies permet une commande des organes de soupape pour qu'à la libération du siège d'étanchéité de l'un des organes de soupape des distributeurs de commande à 2/2 voies, l'autre piston vient sur son siège et inverse- ment. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans le dessin annexé dans lequel: - l'unique figure est une coupe longitudinale d'un boîtier d'injecteur selon l'invention comportant deux distributeurs de commande à 2/2 voies, un amplificateur hydraulique ainsi qu'une aiguille d'injecteur munie d'un piston de fermeture. Description des modes de réalisation Selon la vue de l'unique figure, on a un injecteur configu- ré selon l'invention représenté en coupe longitudinale. Le boîtier de l'injecteur reçoit deux distributeurs ou soupapes de commande à 2/2 voies 8, 38 placés l'un à côté de l'autre. Sous les deux distributeurs 8, 38 se trouve un amplificateur hydraulique 26 recevant la pression par l'intermédiaire des distributeurs; à côté de cet amplificateur se trouve une aiguille d'injecteur ou de buse 31 munie d'un prolongement en forme de piston d'obturation 34. s Les organes de soupape 17, 41 des deux distributeurs de commande 8, 38, juxtaposés, sont commandés par un pont commun 4. Le pont 4 fait partie d'un induit magnétique 2 commandé par l'intermédiaire d'aimants annulaires 1 représentés schématiquement sous la forme d'une bobine électromagnétique. Sous l'induit magnétique 2 se trouve un axe 3 qui sollicite simultanément les deux organes de soupape 17, 41. La référence 5 désigne les axes de symétrie respectifs à la fois pour l'axe 3 et pour les deux organes de soupape 17, 41 juxtapo- sés dans le boîtier de l'injecteur. Dans leur zone supérieure, les deux organes de soupape 17, 41 des deux distributeurs de commande ont un premier diamètre 11 traversant une plaque de fixation 6 munie d'ouvertures 7. Dans le premier distributeur 8, du côté de l'alimentation, l'organe de soupape 17 comporte un point d'étranglement 14 au niveau de l'alimentation 13 venant de la chambre collectrice à haute pression (rampe commune). Le point d'étranglement 14 se poursuit sur l'organe de soupape 17 du premier distributeur 8 par un diamètre d'étanchéité ; celui-ci coopère avec un siège d'étanchéité du boîtier. L'élargissement conique de l'organe de soupape 17 qui fait suite au diamètre 15 pénètre dans la chambre de soupape 16 s'étendant vers le bas. En dessous du segment d'organe de soupape réalisé avec un dia- mètre agrandi, et faisant suite à l'extension conique de l'organe de sou- pape 17, cet organe 17 reprend son premier diamètre 11. L'organe de soupape 17 est entouré dans la chambre de soupape 16 par un man- chon de guidage 23 qui a été introduit avec une arête d'étanchéité, par effet d'étanchéité vis-à-vis de l'extérieur dans la chambre de soupape 16 du boîtier de l'injecteur. Le manchon de guidage 23 a un second dia- mètre 12 dépassant le premier diamètre 11 de l'organe de soupape 17. Le manchon de guidage 23 est bloqué dans le boîtier de l'injecteur par un insert vissé 24. L'organe de soupape 17 traverse le manchon de gui- dage 23 inséré du côté du boîtier par son diamètre 1 1, et au niveau de sa face frontale alignée sur la surface annulaire inférieure de l'élément de guidage 23 il rejoint un prolongement 19 en forme de tenon. Le pro- longement 19 est entouré par un ressort 20 agissant sur ce prolonge- ment 19 et sur la surface frontale annulaire inférieure de l'organe de soupape 17. L'élément de ressort 20 assure la précontrainte de l'organe de soupape 17 du premier distributeur, en le soulevant contre le pont 4 par précontrainte. Partant de la chambre de soupape 16 du premier distri- buteur 8, un perçage transversal 21 réalisé dans le boîtier rejoint la chambre de soupape 16 du second distributeur de commande à 2/2 voies 38 dans le boîtier de l'injecteur. Dans la chambre de soupape 16 du second distributeur de commande 38, on a logé un organe de sou- pape 41 mobile parallèlement au premier organe de soupape 17 mais qui est toutefois inversé par rapport au premier organe de soupape 17 du premier distributeur 8. L'organe de soupape 41 également réalisé avec le premier diamètre 11 est entouré dans sa partie supérieure par un manchon de guidage 9 ayant un second diamètre 12. Ce manchon est introduit de façon étanche par son arête d'étanchéité 10 vers l'extérieur dans le boîtier de l'injecteur. Cet élément de guidage 9 est monté solidairement du boîtier, de sorte que l'organe de soupape 41 peut se déplacer parallèlement au corps de soupape 17 du premier dis- tributeur dans le boîtier de l'injecteur par le pont 4 agissant sur les deux corps de soupape. Le siège d'étanchéité 39 de l'organe de soupape 41 est réalisé opposé à la surface d'étanchéité 15 du premier organe de soupape 17; ainsi, on a une surface d'étanchéité conique allant en di- minuant vers le bas alors que la zone conique de l'organe de soupape 17 est dirigée vers le haut. Sous la zone d'étanchéité conique qui se termine par le diamètre d'étanchéité 31, le second organe de soupape 41 présente un point rétréci 42 avant que l'organe de soupape 41 du second distribu- teur 38 reprenne de nouveau le premier diamètre 11. La face frontale inférieure de l'organe de soupape 41 du second distributeur 38 est solli- citée par un ressort 43 pour que l'organe de soupape 41 soit également précontraint vers le haut. Au niveau du point d'étranglement 42, pour ouvrir ou fermer avec la surface d'étanchéité 39 de forme conique, on a une alimentation 37 vers la chambre de commande 35 pour agir en pression sur un piston d'obturation 34 de l'aiguille de buse 31. La chambre de commande dans le boîtier d'injecteur 35 est variable du point de vue de la pression qui lui est appliquée par l'intermédiaire d'un organe d'étranglement 36. Le piston d'obturation 34 de l'aiguille de buse 31 est coulissant dans une cavité sous le boîtier de l'injecteur et permet un mouvement de va et vient selon la variation de pression dans la chambre de commande 35. L'aiguille de buse 31 est sollicitée au niveau d'une surface annulaire par un élément de ressort d'étanchéité 32. A partir des deux chambres de soupape 16 des deux dis- tributeurs de commande 8, 38, du côté de l'alimentation ou de la sortie, on a une conduite d'alimentation 22 reliée à un amplificateur hydrauli- que 26. L'amplificateur ou convertisseur hydraulique 26 comprend un élément 27 en forme de piston précontraint par un ressort 28. Lorsque la conduite d'alimentation 22 vers l'amplificateur hydraulique 26 est sollicitée, une alimentation 29 de la chambre de buse reçoit du carbu- rant à pression élevée qui se trouve ainsi dans la chambre de buse 30 entourant l'aiguille de buse 31 au niveau du gradin de pression 33 réa- lisé sur cette aiguille. Lorsque l'alimentation 29 de la chambre de buse est sollicitée, la pression régnant dans la chambre de buse 31 produit grâce au gradin de pression 33, une poussée de soulèvement appliquée à l'aiguille de buse 31 et s'opposant à l'action du ressort d'étanchéité 32 pour permettre ainsi à la face frontale supérieure du piston d'obturation 34 de pénétrer dans la chambre de commande 35 qui entoure le piston d'obturation 34 dans le boîtier de l'injecteur. Le premier distributeur 8 du côté primaire et le second distributeur 38 du côté de la sortie sont réalisés avec deux éléments de guidage 9 identiques ayant tous deux un diamètre égal ou second dia- mètre 12 et des organes de soupape 17, 41 réalisés au même diamètre 11, ce qui assure un équilibrage complet des efforts. Les deux man- chons de guidage 9, 23 sont configurés pour d'une part être fixes par rapport au carter et d'autre part développer un effet d'étanchéité vers l'extérieur. Le diamètre hydraulique qui en résulte dans les deux cham- bres de soupape 16 du premier et du second distributeur 8, 38 est identique. Lorsque l'aimant annulaire 1 est alimenté, le pont 2 de l'induit se déplace et descend. Ainsi les organes de soupape 17, 41 du premier et du second distributeur 8, 38 sont déplacés vers le bas. Du côté de l'alimentation, le mouvement de descente du siège d'étanchéité de forme conique de l'organe 17 se traduit par l'ouverture de l'alimentation 13 venant de la chambre collectrice à haute pression (rampe commune). Du fait de la pression élevée régnant dans la cham- bre de soupape 16 du distributeur de commande du côté d'alimentation, recevant le carburant, celui-ci agit par le perçage trans- versal 21; ainsi du carburant à pression élevée arrive dans la chambre de soupape 16 du distributeur de commande du côté de la sortie. A ce niveau, le mouvement de descente de l'organe de soupape 41 a l'effet opposé. Le siège d'étanchéité 39 de forme conique de l'organe 41 produit le mouvement de fermeture de l'organe de soupape 41 contre son siège d'étanchéité au niveau du boîtier de l'injecteur. Pendant le passage du flux par le perçage transversal 21 à partir de la chambre de soupape 16 du côté de l'alimentation vers la chambre de soupape 16 du côté de la sortie, l'amplificateur de pression hydraulique 26 est sollicité par du carburant à haute pression venant de l'alimentation 22. Le piston 21 de l'amplificateur hydraulique 26 sol- licite le volume de commande dans une chambre de commande pour que celuici soit appliqué sous haute pression, par l'alimentation 29 de la chambre de buse 30 entourant l'aiguille de buse 31. A cause du gra- din de pression 33, l'aiguille de buse 31 se déplace contre l'action du ressort d'étanchéité 32. Le piston d'obturation 34 pénètre dans la chambre de commande 35, si bien que pendant la course 40 qui sub- siste, on peut avoir une injection commandée en pression. Comme la surface d'étanchéité 39 conique de l'organe de soupape 41 peut encore parcourir une course 40, après une première injection commandée en pression, l'amplificateur hydraulique 26 per- met encore une post-injection. La post-injection commandée par la course est rendue possible par le distributeur de commande 38 du côté de la sortie et sa surface d'étanchéité conique peut encore parcourir une course 40. Pour effectuer une post-injection, la zone d'étanchéité coni- que 39 de l'organe de soupape 41 reste dans une ouverture qui corres- pond à la course 40, c'est-à-dire une position de libération, de sorte que le volume de commande peut s'échapper de la chambre de commande 35. Grâce à la pression maximale régnant en même temps dans la chambre de buse, transmise par l'alimentation 29 de la chambre de buse par l'amplificateur hydraulique 26, l'aiguille de buse 31 peut s'ouvrir brièvement pour effectuer une post-injection. A l'aide de l'équilibre complet des pressions dans les deux distributeurs de commande 8, 38, juxtaposés dans le boîtier de l'injecteur, les organes de soupape 17, 41 seront uniquement soumis aux forces de ressort transmises par les ressorts de rappel 20, 23. Les forces hydrauliques ne sont pas à vaincre par l'actionneur 1, commun aux deux distributeurs 8, 38. Cela permet ainsi à l'injecteur représenté dans l'unique figure, de commuter avec un aimant dont la fiabilité est du même ordre de grandeur que celle d'un système d'injection de car- burant. Pour pouvoir utiliser des pièces identiques, il est particulière- ment avantageux que les organes de soupape 17, 41 des deux éléments de manchon 9, 23 des distributeurs de commande à 2/2 voies puissent s'utiliser en se correspondant. L'utilisation du point de vue de l'optimisation de la fabrication serait idéale si l'injecteur selon l'invention pouvait s'utiliser avec des organes de soupape 17, 41 identi- ques, de même diamètre 11 et dont la surface d'étanchéité de forme co- nique serait identique mais opposée l'une par rapport à l'autre. Il est également à remarquer que les points d'étranglement 14, 42 des deux organes de soupape 17, 41 qui coulis- sent dans le boîtier de l'injecteur, doivent être opposés. A la figure, on a un induit magnétique 2, un pont 4 relié à l'induit 2 réalisé avec une forme schématique. Le couplage mécanique du mouvement de remontée créé par la commande d'une unité d'actionnement 1, alimentée en cou- rant peut également se faire différemment de la solution représentée; le seul point important est le mouvement des organes de soupape 17, 41 du distributeur de commande 8 du côté de l'alimentation et du distri- buteur de commande 38 du côté de la sortie, qui sont parallèles et cor- respondent à la même course. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur pour injecter du carburant dans la chambre de combus- tion d'un moteur à combustion interne, comportant des distributeurs double à 2/2 voies (8, 38) logés dans le boîtier de l'injecteur et dont le mouvement de translation est couplé mécaniquement par un pont (4), les deux distributeurs (8, 38) étant suivis d'un amplificateur hydrauli- que (26) qui alimente en carburant à haute pression une chambre de buse (30) entourant une aiguille de buse (31), caractérisé en ce que les distributeurs de commande (8, 38) sont logés de manière renversée l'un par rapport à l'autre dans le boîtier de l'injecteur et les organes de soupape (17, 41) sont entourés par des éléments de guidage (9, 23). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de soupape (17, 41) sont guidés dans des éléments de gui- dage (9, 23) logés de manière fixe dans le boîtier. 3 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de guidage (9, 23) sont introduits dans le boîtier de l'injecteur avec une arête d'étanchéité assurant l'étanchéité vis-à-vis de l'extérieur. 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diamètres (12) des éléments de guidage (9, 23) qui entourent les or- ganes de soupape (17, 41) dans les chambres de soupape respectives (16, 45) des distributeurs (8, 38) ont le même diamètre hydraulique ac- tif. ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces d'obturation (15, 39) des organes de soupape (17, 41) sont dirigées de façon opposée l'une par rapport à l'autre. 6 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur hydraulique (26) peut être sollicité en pression par une alimentation (22) qui prend naissance entre les chambres de soupape (16, 45) des distributeurs (8, 38). 7 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une chambre de commande (35) au-dessus du piston de fermeture (34) de l'aiguille de buse (31) peut être sollicitée en pression à partir du côté secondaire du second distributeur (38). 8 ) Injecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' à l'ouverture de la surface d'étanchéité (15) et de l'alimentation (13) ve- nant de la chambre collectrice à haute pression par l'alimentation (22), on ferme le second distributeur (38) fonctionnant comme soupape de sortie, contre sa surface d'étanchéité (39). 9 ) Injecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lors de la fermeture du siège d'étanchéité (15) du distributeur (8) du côté de l'alimentation, la surface d'étanchéité (39) reste ouverte d'une course (40) et l'aiguille (31) de la buse se ferme en étant commandée en translation par un ressort d'étanchéité.