Brevet FR2811378A1 — publié le 20020111

Domaine technique La présente invention concerne un injecteur pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe, comprenant une pièce de commande mobile dans un boîtier, qui libère l'alimentation d'une buse d'injection par rap- port à sa surface formant siège ou la ferme, et comportant un organe d'étranglement d'alimentation sollicitant une chambre de commande, cet organe d'étranglement communiquant avec une alimentation venant de la chambre collectrice à haute pression. L'invention concerne une combinaison injecteur/aiguille avec un couplage du côté de la chambre de commande pour injecter du carburant, mis à pression élevée, dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe. Dans les injecteurs ser- vant à injecter du carburant à haute pression dans la chambre de com- bustion d'un moteur à combustion interne, on recherche une fermeture rapide de l'aiguille après la phase d'injection, qu'il s'agisse de la phase de préinjection ou de l'injection principale. Etat de la technique Le document DE 37 28 817 C2 concerne une pompe d'injection de carburant pour des moteurs à combustion interne. Un or- gane de soupape de commande se compose d'une tige de soupape formant un douille de guidage et coulissant dans un canal, et d'une tête de sou- pape reliée à la tige et tournée vers l'installation d'actionnement. La surface d'étanchéité de la tête de soupape coopère avec la surface du perçage de commande servant de siège de soupape. La tige de soupape présente, à sa périphérie extérieure, une cavité dont l'extension axiale va de l'embouchure de la conduite d'alimentation de carburant jusqu'au début de la surface d'étanchéité de la tête de soupape coopérant avec le siège de soupape. Dans cette cavité on a une surface exposée à la pression de la conduite d'alimentation en carburant, qui est égale à une surface de la tête de soupape, à l'état fermé de la soupape de commande, et qui aurait été soumise à la pression de la conduite d'alimentation de carburant. Dans ces conditions, la soupape est équili- brée en pression lorsqu'elle est fermée, ce qui diminue considérablement les sollicitations mécaniques de l'organe de soupape de commande con- nues selon le document DE 37 28 817 C2. De plus, le manchon de gui- dage déjà évoqué, comporte une soupape de commande avec un ressort la sollicitant dans le sens de l'ouverture. Une commande forcée d'une aiguille n'est pas prévue dans cette installation selon l'état de la technique et dont l'alimentation se fait par une unité de soupape de commande montée coulissante, latéralement, sur le boîtier de l'injecteur. Présentation de l'invention La présente invention concerne un injecteur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que dans le boîtier, une zone de la pièce de commande est couplée à l'aiguille d'injecteur par une autre chambre de commande. La solution selon l'invention permet de réaliser un dispositif d'injection commandé en pression, dont l'aiguille d'injecteur est comman- dé de force lors de la fermeture et de l'ouverture. Grâce à une autre cham- bre de commande réalisée du côté du boîtier, lors de l'ouverture de la chambre de commande prévue dans la zone supérieure du boîtier de l'injecteur, dans l'autre zone de commande sous le boîtier de l'injecteur, on génère une dépression ou une surpression qui soulève ou fait descen- dre verticalement l'aiguille de buse de l'injecteur dans son guidage. L'autre chambre de commande est encapsulée du côté de la fuite et du côté de la haute pression; la pression régnant dans cette autre chambre de com- mande s'influence uniquement par le mouvement descendant et ascen- dant de la pièce de commande. Pour un mouvement de remontée de la pièce de commande dans son perçage du boîtier, grâce au dépassement d'une face frontale de la pièce de commande qui limite l'autre chambre de commande, on assiste l'ouverture de l'aiguille de buse par rapport à son siège. A côté de l'échelon ou étage de pression réalisé sur l'aiguille de buse, qui est soumise à la pression appliquée par la chambre collectrice à haute pression (rampe commune) pour agir sur le profil de la buse, l'ouverture de l'aiguille est soutenue par la dépression générée dans la chambre de commande. Inversement, en cas de fermeture de l'aiguille de buse par introduction de la face frontale de la pièce de commande dans l'autre chambre de commande, on renverse le mouvement de rentrée de l'aiguille de buse au niveau de son siège. On tient ainsi compte des principes de base de la post-injection dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection. La possibilité de commande forcée selon l'invention pour la buse, par sa commande de pression, permet de réaliser une conversion précise d'une pression d'injection à configuration triangulaire. La buse d'injection peut recevoir, en plus de l'action de la chambre de buse et de sa décharge par la sortie de l'huile de fuite, également l'effet de variations de pression dans une autre chambre de commande, au cours de l'opération d'ouverture et de fermeture, de sorte que l'on aura un tracé de forme triangulaire optimal pour l'injection. La réalisation d'une courbe de pression de forme triangulaire optimale au niveau de la pointe de la buse d'injection, permet d'éviter les post-injections dans la chambre de com- bustion d'un moteur à combustion interne, résultat extrêmement impor- tant pour une fermeture rapide de l'aiguille. La solution selon l'invention est particulièrement intéressante du point de vue de la fabrication et elle est simple; l'aiguille de la buse est sollicitée par une autre chambre de commande ce qui participe à grande échelle à la solution des problèmes posés. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de l'unique figure annexée montrant une coupe longitu- dinale de l'injecteur configuré selon l'invention et dont la partie de com- mande est délimitée par deux chambres de commande, l'une des chambres de commande servant en même temps à commander l'aiguille. Description du mode de réalisation La figure montre une coupe longitudinale d'un injecteur selon l'invention, dont les faces frontales sont délimitées par deux cham- bres de commande parmi lesquelles la chambre supérieure peut être mise en pression ou être déchargée par un élément actionneur commandé sé- parément. L'injecteur 1 selon l'invention, dont les éléments principaux sont représentés à la figure 1, comprend un boîtier d'injecteur 2 dont le perçage 4 loge une pièce de commande 3. La pièce de commande 3 se compose d'une partie supérieure 3.1 et d'une partie inférieure 3.2; elle est mobile verticalement dans le perçage 4. La pièce de commande 3 a une forme essentiellement symétrique en rotation par rapport à l'axe. La partie supérieure 3.1 de la pièce de commande 3 est entourée, dans le boîtier 2 de l'injecteur 1, par une chambre de soupape 6. Dans la chambre de sou- pape 6 configurée en forme de haricot, débouche l'alimentation 5 venant de la chambre collectrice à haute pression (rampe commune). La partie supérieure 3.1 de la pièce de commande 3 se poursuit par une zone 10 de la pièce 3 avec une partie rétrécie. Sous la partie rétrécie 10 se trouve la partie inférieure 3.2 de la pièce 3; cette partie inférieure sert de tiroir de fuite. La surface frontale 28 qui délimite le tiroir de fuite 3.2 la partie inférieure de la pièce de commande 3, cons- titue une limite de l'autre chambre de commande 27 réalisée dans le boî- tier 2 de l'injecteur. La chambre de soupape ou de buse 6 réalisée dans le boî- tier 2 de l'injecteur, est fermée par le diamètre de siège 9 de la face infé- rieure de la partie supérieure 3.1 de la pièce de commande 3. Pour cela la pièce de commande 3, c'est-à-dire sa partie supérieure 3.1, est appliquée avec la pression de la chambre de commande supérieure 30, par le dia- 1o mètre de siège 9, contre la surface formant siège 8. Dans ces conditions, l'alimentation 12 de la chambre de buse 13 de l'aiguille 14 du système d'injection est fermée et ne communique pas avec la pression de la cham- bre collectrice à haute pression qui règne dans la chambre de soupape 6. L'embouchure 11 de l'alimentation de buse 12 s'étend dans la zone de la partie rétrécie 10 comprise entre la partie supérieure 3.1 et la partie infé- rieure 3.2 servant de tiroir de fuite de la pièce de commande 3. Partant de l'embouchure 11, l'alimentation de buse 12 ar- rive dans une chambre de buse 13 traversée par l'aiguille de buse 14 logée avec sa pointe 15 dans le siège de buse. Un perçage 16 est réalisé au ni- veau du siège de buse par lequel le carburant à pression extrêmement éle- vée de la chambre de buse 13 peut être injecté dans la (les) chambre(s) de combustion d'un moteur à combustion interne. L'aiguille de buse 14 pré- sente, dans sa zone traversant la chambre de buse 13, un gradin de pres- sion 17 par lequel l'aiguille et une pièce de pression 24 reliée à celleci, sont soulevées lorsque la chambre de buse 13 reçoit du carburant à pres- sion élevée, en position d'ouverture. Au-dessus de la zone de l'aiguille 14 dont le diamètre correspond à dl, dans la zone transitoire avec la pièce de pression 24, on a une chambre de fuite 18 reliée par une sortie 19 à une conduite de fuite 20; le carburant de fuite est renvoyé par cette conduite 20 dans le réservoir du véhicule. Dans la chambre de fuite 18 on a le pas- sage entre la zone de l'aiguille 14 de diamètre dl et la pièce de pression 24, adjacente, le diamètre d3. La pièce de pression 24 est entourée sur son côté extérieur par une butée 25 qui s'étend suivant une forme annu- laire à sa périphérie, et contre laquelle s'appuie un élément de ressort. L'élément de ressort s'appuie contre la surface frontale annulaire opposée de la cavité qui loge cet élément. La surface frontale de la pièce de pres- sion 24 forme une surface limite de la chambre de commande 27 réalisée dans le boîtier de commande 2 de l'injecteur 1. Pour décharger la chambre de buse 3 par l'alimentation 12, la partie inférieure 3.2 de la pièce de commande 3, servant de tiroir de fuite, est entourée par une cavité de forme annulaire communiquant par un perçage transversal avec la conduite de fuite 20. A l'extrémité supé- rieure de la partie inférieure 3.2 se trouve une arête de tiroir du côté de la pièce de commande, coopérant avec une arête de commande 21 prévue dans le boîtier 2. La course nécessaire au chevauchement des deux arêtes de commande porte la référence hi. Dans la position représentée à la fi- gure 1, la pression élevée qui règne dans la chambre de buse 13 et ainsi dans l'alimentation de buse 12, peut être diminuée par l'embouchure au point de rétrécissement 10 et par le perçage 4 réalisé dans le boîtier, par l'intermédiaire de la chambre de commande annulaire entourant le tiroir de fuite 3.2 pour passer dans la conduite de fuite 20. Pour cela, les deux arêtes de commande 21, 22 sont écartées de la course h et libèrent la dé- charge de pression pour le carburant de fuite. La zone supérieure de la pièce de commande 3.1 pénètre par sa surface frontale supérieure 29 dans la chambre de commande 30 du boîtier 2. La chambre de commande 30 reçoit en permanence un vo- lume de liquide de commande par l'organe d'étranglement d'alimentation 7 prévu dans la partie supérieure 3.2 de la pièce de commande 3. L'organe d'étranglement d'alimentation 3, qui est incliné dans la partie supérieure 3.1 de la pièce de commande 3, permet au carburant arrivant de la cham- bre collectrice à haute pression par l'alimentation 5 dans la chambre de soupape 6, de passer dans la chambre de commande 30, qui est en per- manence remplie par le volume de commande. Le dessus de la chambre de commande 30 est délimité par une paroi 31 munie, coaxialement à l'axe de symétrie de la pièce de commande 3, d'un organe d'étranglement de sortie 32. Ce dernier débouche dans une cavité, fermée dans le dessin de la figure 1, par un élément de fermeture 34 en forme de bille. L'élément de fermeture peut être sollicité par un actionneur, par exemple un actionneur piézo-électrique, un électro-aimant ou un con- vertisseur hydraulique/mécanique agissant dans le sens de l'action pour que l'élément d'obturation 34 en forme de bille ferme l'organe d'étranglement de sortie 32 en s'appuyant contre le siège 35, de façon que le volume de commande, en réserve dans la chambre de commande 30, reste constant et ne soit pas évacué par la décharge de pression. Il en ré- sulte que le volume de commande ne s'échappe pas de la chambre de commande 30 du boîtier 2 de l'injecteur 1. En conséquence, la pièce de commande 3 est maintenue dans sa position de fermeture, appliquée contre la surface formant siège 8, selon la figure 1. Le fonctionnement de l'injecteur représenté à la figure 1, avec une aiguille 4 ou une pièce de pression 24 commandée de force, se s déroule de la manière suivante: Par l'alimentation 5 venant de la chambre collectrice à haute pression, et par l'intermédiaire de l'organe d'étranglement d'alimentation 7, la chambre de commande 30 du boîtier 2 est toujours à la pression élevée régnant dans la chambre collectrice à haute pression. Dans ces conditions, la chambre de commande 30 du boîtier 2 de l'injecteur i est toujours remplie d'un volume de carburant. Lorsque la chambre de commande 30 est soulevée de son siège 35 par l'ouverture de l'élément de fermeture 34, le volume de commande passe par l'organe d'étranglement de sortie 32 pour s'échapper de la chambre de commande 30. De ce fait, la surface frontale supérieure 29 de la partie supérieure 3.1 de la pièce de commande 3 pénètre dans la chambre de commande 30. Par ce mouvement, le diamètre de siège 9 se dégage de la surface formant siège 8, et le carburant de la chambre de soupape 6, à pression élevée, est projeté dans la cavité formée entre le perçage 4 du boîtier 2 sous le point rétréci 10, au-dessus de la partie inférieure de la pièce de commande 3 servant de tiroir de fuite 3.2; le carburant passe par l'embouchure 11 dans l'alimentation de buse 12 et, de là, dans la chambre de buse 13. La partie inférieure 3.2 de la pièce de commande 3, qui sert de tiroir de fuite, s'est soulevée de sorte que les arêtes de commande 22, 21 se chevauchent et que la cavité qui entoure de manière annulaire la partie inférieure 3.2 de la pièce de commande 3, est fermée de façon étanche par rapport à la conduite de fuite 20. On évite ainsi un courtcircuit entre l'alimentation 5 venant de la chambre collectrice à haute pression et la conduite de fuite 20. Cela est intéressant pour augmenter de manière importante le rende- ment de l'injecteur. En sollicitant l'alimentation de la buse 12 et de la chambre de buse 13, celle-ci reçoit du carburant à haute pression. La pression du carburant dans la chambre de buse 13 provoque la remontée de l'aiguille 14 par un mouvement vertical, par l'application de la pression élevée sur le gradin de pression 17 entre l'aiguille 14 et la zone de l'aiguille de buse réalisée au-dessus de celle de diamètre di. Ainsi l'aiguille 14 et la pièce de pression 24 pénètrent plus loin dans la chambre de pression 27. Le mou- vement de soulèvement esquissé ci-dessus pour la pièce de commande 3 lors de la décharge de pression de la chambre de commande 30, génère une dépression dans l'autre chambre de commande 27. La dépression ainsi générée dans cette autre chambre de commande 27 assiste le mou- vement de soulèvement de la pièce de pression 24 et ainsi de l'aiguille de s buse 14 par la pression du carburant dans la chambre de buse 13, appli- quée sur le gradin de pression 17; cela permet une ouverture plus rapide de l'aiguille au niveau de sa pointe 15. Le perçage 16 est ainsi sollicité à un instant défini de manière précise avec un volume de carburant à haute pression devant être injecté dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe. La fuite produite par le mouve- ment vertical de l'aiguille 14 ou de la pièce de pression 24 est soutenue par la chambre de fuite 18 qui est prévue, dans la zone transitoire entre la pièce de pression 24 et le segment d'aiguille de diamètre dl, pour être éva- cuée du côté de la fuite dans la conduite de fuite 20. Lors de la fermeture de l'actionneur 33, dans la direction d'action de la flèche, l'élément d'obturation 34 en forme de bille est pressé contre sa surface formant siège 35. L'organe d'étranglement de sortie 32 est ainsi fermé, ce qui se traduit par le passage en continu de carburant, par l'arrivée 5, à travers l'organe d'étranglement d'alimentation 7, dans la chambre de commande 30 pour établir une pression. Du fait de la montée en pression dans la chambre de commande 30, la pièce de commande 3, sous l'effet de la pression appliquée contre la face frontale 29 de la partie supérieure 3.1 de la pièce de commande 3, vient contre son siège 8 et ferme, par son diamètre de siège 9, la chambre de soupape 6, en coupant ainsi l'embouchure 11 de l'arrivée 12 dans la chambre de buse 13 par rapport au côté haute pression. En même temps, il y a eu une décharge du système de buse 13, 12, 11 du fait que les arêtes de commande 21, 22 de la partie infé- rieure 3.2 de la pièce de commande 3 fonctionnant en tiroir de fuite, se sont ouvertes; entre les arêtes de commande on aura la course hi repré- senté à la figure 1, et une décharge du côté de la fuite pour la haute pres- sion du système de buse d'injection. Le carburant passe par le volume annulaire entourant la partie inférieure 3.2 de la pièce de commande 3 dans la conduite de fuite 20, de sorte que la chambre de buse et l'alimentation de buse 12 sont déchargées en pression. Le mouvement de fermeture de l'aiguille 14 ou de la pièce de pression 24 qui se produit, est soutenu en ce que, lors du mouvement de descente de la pièce de com- mande 3, sa surface de commande 28 pénètre avec sa surface de com- mande 28 de la partie inférieure 3.2, dans l'autre chambre de commande 27. Cela augmente de manière significative la pression régnant dans cette autre chambre de commande 27 du boîtier de l'injecteur 1, si bien que la pièce de pression 24, soutenue par le ressort agissant sur la butée 25, descend verticalement, et que l'aiguille de buse 14 avec sa pointe 15 arrive rapidement contre son siège. Cela produit une fermeture rapide de l'aiguille par la décharge en pression du système d'injecteur 13, 12, 11; la fuite qui s'établit passe par la chambre de fuite 18 réalisée entre la zone transitoire de la pièce de pression 24 et de l'aiguille 14, pour passer dans la conduite de fuite 20. L'injecteur selon l'invention peut être conçu pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe, comme injecteur haute pression commandé en pression avec une commande forcée de l'aiguille, permettant une ferme- ture rapide de la pointe contre son siège 15. Ce résultat s'obtient par le mouvement vertical uniquement d'un organe d'actionnement, à savoir de la pièce de commande 3 dans le perçage 4 du boîtier 2. Grâce à la ferme- ture rapide de l'aiguille, assistée par la variation de pression dans l'autre chambre de commande 27 du boîtier 2, on réalise un profil de pression de forme triangulaire optimale avec cette configuration d'injecteur. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe, comprenant une pièce de commande (3) mobile dans un boîtier (2), qui libère l'alimentation (11) d'une buse d'injection (15) par rapport à sa surface formant siège (8) ou la ferme, et comportant un organe d'étranglement d'alimentation (7) sollicitant une chambre de commande (30), cet organe d'étranglement communiquant avec une alimentation (5) venant de la chambre collectrice à haute pression, o10 caractérisé en ce que dans le boîtier (2), une zone (3.2) de la pièce de commande (3) est couplée à l'aiguille d'injecteur (14, 24) par une autre chambre de commande (27). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre chambre de commande (27) est délimitée par le boîtier (2) de l'injecteur (1) et par la surface (28) de la pièce de commande (3) et l'aiguille (14, 24). 3 ) Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface (28) de la pièce de commande (3) est la surface frontale (28) de la partie inférieure (3.2) de la pièce de commande (3). 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie inférieure (3.2) de la pièce de commande (3) est un tiroir de fuite. ) Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie de commande (3) présente un rétrécissement (10) au-dessus du tiroir de fuite (3.2). 6 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la décharge de pression de la chambre de commande (30) produit un mouvement de remontée verticale de la pièce de commande (3) générant une dépression dans l'autre chambre de commande (27). 7 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de l'augmentation de pression dans la chambre de commande (30), on a un mouvement vertical descendant de la pièce de commande (3) produi- sant une augmentation de pression dans l'autre chambre de commande (27). 8 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la dépression ou la surpression générée dans la chambre de commande (27) assure la commande d'une aiguille (24, 14) dans le boîtier (2). 9 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une pièce de pression (24) est réalisée sur l'aiguille de buse (14), cette pièce étant entourée par un élément annulaire (25) et s'appuyant contre un élément de ressort (26). ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 9, caractérisé par une chambre de fuite (18) prévue dans la zone transitoire entre la pièce de pression (24) et l'aiguille (14), par laquelle le carburant de fuite sort de la chambre de buse (13), l'aiguille de buse (14) comportant un gradin de pression (17).