Brevet FR2811023A1 — publié le 20020104

Domaine technique La présente invention concerne un injecteur pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne selon lequel, le boîtier de l'injecteur reçoit une pièce de commande mobile installée dans le boîtier et libérant l'alimentation de la buse d'injection lors de la décharge en pression d'une chambre de commande par un élément de commande ou fermant cette alimentation lorsque la pression est établie dans la chambre de commande. Dans les injecteurs de carburant dans les chambres de combustion de moteurs à combustion interne, on rencontre des pressions de carburant très élevées. D'un côté les injecteurs sont conçus pour in- jecter du carburant en offrant une bonne fiabilité et d'autre part on cher- che chaque fois que cela est possible, à décharger les composants d'un tel injecteur comme par exemple son aiguille des pressions très élevées pro- duites, pour diminuer les sollicitations mécaniques. Etat de la technique Selon le document DE-198 35 494-A1, on connaît une unité pompe-buse pour l'alimentation en carburant dans une chambre de com- bustion d'un moteur à combustion interne à injection directe. L'unité de pompe est destinée à créer la pression d'injection pour injecter du carbu- rant par une buse d'injection dans la chambre de combustion. Une unité de commande est prévue pour la soupape de commande; celle-ci est une soupape de type A c'est-à-dire s'ouvrant vers l'extérieur et une unité d'actionnement de soupape commande la montée en pression dans l'unité de pompe. L'unité d'actionnement de soupape conçue pour réaliser les temps de réponse brefs de l'unité pompe-buse est sous la forme d'un ac- tionneur piézoélectrique. Le document DE-37 28 817-C2 concerne une pompe d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne. La pièce de commande ou soupape de commande est une tige de soupape formant un manchon de guidage et glissant dans un ca- nal, et munie d'une tête de soupape 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 formant le siège de sou- pape. La tige de soupape présente à sa périphérie une cavité dont l'extension axiale commence à l'embouchure de la conduite d'alimentation en carburant et arrive jusqu'au début de la surface d'étanchéité coopérant avec le siège de soupape sur la tête de soupape. Dans cette conception, on a une surface exposée à la pression de la conduite d'alimentation en car- burant qui est égale à la surface de la tête de soupape exposée à la pres- sion du carburant d'alimentation lorsque la soupape de commande est en position de fermeture. Ainsi la soupape est équilibrée en pression en posi- tion de fermeture. De plus, dans le manchon de guidage, un ressort charge la soupape de commande vers sa position d'ouverture. Dans les injecteurs utilisés actuellement pour les systèmes à chambre collectrice à haute pression (système d'injection à rampe com- mune) la buse d'injection est déchargée en pression pour l'opération de o10 fermeture. Pour cela on utilise une soupape ou tiroir à 3-2 voies avec siège et tiroir. Pendant la phase de fermeture de la soupape, on peut avoir un chevauchement entre la conduite haute pression encore ouverte et la conduite de fuite déjà fermée. Cette décharge en pression, retardée au ni- veau de l'aiguille de soupape fait que la pression ne diminue pas suffi- samment rapidement et la phase de fermeture se retarde. Le court-circuit produit pendant la phase de fermeture entre l'alimentation à rampe com- mune et la sortie de carburant de fuite influence d'une manière considé- rable le rendement de l'injecteur. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces in- convénients et concerne à cet effet un injecteur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'aiguille de buse comporte un élément de piston as- sistant son mouvement de fermeture et s'opposant à son mouvement d'ouverture, cet élément de piston étant mis en oeuvre par une chambre 2s de fuite. L'injecteur selon l'invention pour injecter du carburant dans la ou les chambre(s) de combustion de moteurs à combustion in- terne à injection directe, permet d'utiliser la phase finale de la pièce de commande qui se déplace par rapport au boîtier d'injecteur, pour aug- menter la pression sur l'aiguille de buse, pour monter la pression assis- tant ce mouvement de fermeture. Pour cela, dans une cavité située sous le tiroir de fuite, on a un ressort de compression et un élément de piston mobile. Pendant la phase de fermeture, le carburant qui déborde de la chambre collectrice à haute pression, peut agir sur une face frontale de l'élément de piston prévu sous le tiroir de fuite. Celui-ci sollicite un élé- ment de ressort de compression appliqué contre une surface de plateau de l'aiguille en forme de buse. L'établissement de la pression au niveau de l'élément de piston ne se fait que si par la commande de la pièce de commande, son arête de fermeture du côté de la haute pression passe dans une surface formant siège du boîtier de l'injecteur et commande la fermeture au niveau de la buse d'injection, de la communication avec la chambre de buse par- tant de la chambre de soupape. La communication qui se produit pendant une courte pé- riode pendant la phase de fermeture, entre la chambre de soupape dans laquelle débouche l'alimentation venant de la rampe commune, et du côté de la sortie de la chambre de fuite, peut alors servir à utiliser la haute pression appliquée brièvement par la chambre collectrice à haute pression pour effectuer un mouvement de fermeture par l'aiguille de buse afin de raccourcir son temps de fermeture. Cela permet de maintenir le volume de carburant qui arrive par le court-circuit bref, dans des limites ce qui per- met d'augmenter le rendement global de l'injecteur selon l'invention. De plus, les quantités de carburant à mesurer peuvent se doser de manière beaucoup plus précise car les temps de fermeture et les pressions d'ouverture sont beaucoup plus précises. L'élément de piston associé à l'aiguille de buse peut être ré- alisé dans le cas inverse de l'ouverture de l'aiguille de buse par l'ouverture de l'aiguille de buse seulement pour une pression d'ouverture plus élevée. Ce n'est qu'après avoir atteint la pression d'ouverture dans la chambre de buse, qui dépasse les forces agissant par l'élément de piston ou le ressort d'étanchéité sur l'aiguille de buse, pour que la buse d'injection s'ouvre. L'invention permet de réaliser une courbe d'injection beaucoup plus pré- cise, car on peut tout d'abord attendre l'établissement de la pression avant d'injecter la quantité voulue dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins an- nexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un injecteur destiné à injecter du carburant et comportant une aiguille de buse avec un élément de piston, - la figure 2 montre un détail de la conduite de fuite prévue en sortie. Description des modes de réalisation Le dessin de la figure 1 est une coupe longitudinale d'un injecteur destiné à injecter du carburant avec un élément de piston asso- cié à l'aiguille de la buse et dont l'ouverture de fuite de carburant, du côté de la sortie peut être réalisée comme rainure longitudinale dans le boîtier d'injecteur. L'injecteur 1 selon l'invention se compose d'un boîtier 2 re- cevant de manière mobile dans la direction verticale, une pièce de com- mande 3. La pièces de commande 3 est guidée par sa zone de diamètre agrandie dans le boîtier 2 de l'injecteur. La face frontale supérieure de la pièce de commande 3 comporte une surface frontale pénétrant dans la chambre de commande 9. Au-dessus de la chambre de commande 9, on a un élément de commande 4 réalisé ici comme actionneur piézoélectrique non détaillé à la figure 1; il peut également s'agir d'un électroaimant ou d'un convertis- seur mécanique-hydraulique. Un élément d'obturation 6 par exemple en forme de bille est pressé contre son siège d'étanchéité 8 dans la direction 7 de l'actionneur et cet élément ferme ainsi l'organe d'étranglement 5 par rapport à la chambre de commande, en maintenant en pression le volume de commande qui arrive en continu à travers l'organe d'étranglement d'alimentation 10 réalisé dans la partie de commande 3. Ce n'est que lors- qu'on commande l'actionneur non représenté ici qu'il y a une décharge en pression de la chambre de commande 9. La face frontale supérieure de la pièce de commande 3 se déplace ainsi et dans celle-ci l'organe d'étranglement d'alimentation 10 débouche dans la chambre de com- mande 9. La pièce de commande 3 est placée avec sa zone agrandie, dans une chambre de soupape 11 du boîtier d'injecteur 2; cette chambre communique avec l'alimentation 12 de la chambre collectrice de haute pression (rampe commune). La chambre de soupape 11 est délimitée par le boîtier d'injecteur 2 et par l'arête d'étanchéité 14 à la périphérie de la pièce de commande 3; sous l'effet de la pression élevée régnant dans la chambre de commande 3, cette pièce de commande est pressée contre son siège d'étanchéité 15 à une pression correspondant à celle de la chambre collectrice à haute pression. La branche de dérivation 13 reste ainsi fer- mée vers l'alimentation de buse 30 de sorte que la chambre à buse 28 entourant l'aiguille de buse 26, n'est plus sollicitée par du carburant mis à pression élevée. En dessous de la tête de la pièce de commande 3, dont le diamètre est agrandi, on a un point de rétrécissement suivi d'un tiroir de fuite 16. Le tiroir de fuite 16 est entouré en partie par une chambre de fuite annulaire réalisée dans le boîtier 2 de l'injecteur 1. La chambre de fuite présente à son bord supérieur une arête de commande 16.2. Lors de la décharge en pression de la chambre de commande 9 par l'actionnement de l'élément actionneur 4, au cours du mouvement de remontée de la pièce de commande 3, cette arête de commande coopère avec l'arête de commande 16.1 réalisée sur le tiroir. Le passage de l'arête de commande 16.1 du tiroir 16 ou de l'arête 16.2 du boîtier 2 de l'injecteur 1 ferme la chambre de fuite 17 en la coupant par rapport à la pression élevée de l'alimentation 12 venant de la rampe commune. Le tiroir de fuite 16 arrive avec sa face frontale inférieure jusque dans un prolongement de la chambre de fuite 17 et sous celle-ci, le boîtier 2 de l'injecteur comporte un élément de piston 18 mobile entre deux butées 19, 20. L'élément de piston 18 comporte une surface frontale supérieure 21 et une surface frontale inférieure 22. La surface frontale inférieure 22 est munie d'un prolongement en forme de téton par lequel l'élément de piston 18 pénètre dans les spires d'un élément de ressort 24 par exemple en forme de ressort hélicoïdal. L'élément de ressort est entou- ré par une cavité 34 du boîtier d'injecteur 2 et s'appuie d'un côté contre la surface frontale inférieure 22 de l'élément de piston 18 et de l'autre contre un plateau à ressort 25 porté par l'aiguille de buse 26. Sous le plateau de ressort 25, l'aiguille de buse 26 proprement dite traverse la chambre de buse 28 qui l'entoure jusqu'à la pointe 27 de la buse. La chambre de buse 28 entourant l'aiguille 26 est reliée au carburant à haute pression par une alimentation de buse 30; l'alimentation 30 partant de l'embranchement 13 communique avec la chambre à haute pression par l'arrivée 12 lorsque la pièce de commande 13 s'échappe vers le haut. Le carburant peut ainsi arriver dans la cham- bre de buse 28 par l'embranchement 13 et l'alimentation de buse 30. La cavité 34 du boîtier 2 de l'injecteur 1 recevant l'élément de ressort 24 comporte en outre un branchement de conduite de fuite 29 permettant au carburant excédentaire de revenir par exemple sans pres- sion dans le réservoir à carburant du véhicule. La cavité 34 du boîtier 2 de l'injecteur est relié selon la figure 1 par une rainure de fuite 23 à la partie supérieure de la chambre de fuite 17 de sorte que le carburant peut pas- ser dans la cavité inférieure 34 et de là s'échapper par la conduite de fuite 29. La vue de la figure 2 montre une variante de réalisation de la conduite de fuite de la chambre de fuite 17 ou de la cavité 34 du boîtier 2 de l'injecteur 1. L'élément de piston 18 est mobile avec sa surface frontale supérieure 21 ou sa surface frontale inférieure 22 entre une première bu- tée 19 et une seconde butée 20 du boîtier 2 de l'injecteur dans la cavité annulaire 31. Un perçage de fuite 32 débouche latéralement dans la cavité 31 et rejoint la conduite de sortie de carburant 29 comme cela a déjà été présenté à la figure 1. Au-dessus de la surface frontale supérieure 21 de l'élément de piston 18 se trouve la chambre de fuite réalisée sous le tiroir de commande 16; sous l'élément de piston 18 se trouve la cavité 34 du boîtier 2 de l'injecteur 1, logeant l'élément de ressort 24 réalisé par exem- i5 ple sous la forme d'un ressort hélicoïdal. Le fonctionnement de l'élément de piston 18 mobile entre les deux butées 19, 20 du boîtier 2 de l'injecteur est le suivant: Lors de la commande de l'élément de commande 4 par un actionneur non représenté, on décharge la chambre de commande 9 du boîtier 2 de l'injecteur 1 par l'organe d'étranglement de sortie 5; la pièce de commande 3 pénètre avec sa surface frontale dans la chambre de commande 9. Du carburant sortant de la chambre collectrice à haute pression (rampe commune) arrive à pression élevée de l'alimentation 12 dans la chambre 11 du boîtier 2 de l'injecteur 1 et passe par la dérivation 13 dans l'alimentation de buse 30 et la chambre de buse 28; de là le car- burant est injecté par-dessus la pointe de buse 27 dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Pendant la remontée de la pièce de commande 3, du carburant à haute pression passe également entre les arêtes de commande 161, 162 du tiroir 16 ou du boîtier 2 de l'injecteur, arêtes qui ne sont pas encore passées complètement l'une sur l'autre et ainsi le carburant arrive dans la chambre de fuite 17. On aura une pression élevée appliquée sur la face frontale supérieure 21 de l'élément de piston 18. Si à ce moment la pression augmente en continu dans la chambre de soupape 11, cette pression élevée se retrouve égale- ment dans la chambre de buse 28 si bien que lorsqu'on atteint un niveau de pression d'ouverture prédéterminé, dépendant du dimensionnement, l'aiguille 26 s'ouvrira contre la pression régnant dans la chambre de fuite 17 ou 34 et contre la force développée par le ressort de pression 24 sur le plateau de ressort 25. Dans ce cas, l'élément de piston 18 fonctionne comme un élément de temporisation à l'ouverture de la buse d'injection 27 car celle-ci ne s'ouvre qu'à partir d'une certaine pression d'ouverture et injecte du carburant dans la chambre de combustion du moteur. Cela permet de régler d'une manière considérablement plus précise l'instant de l'injection; de plus, la quantité de carburant à injecter peut être dosée de manière plus précise car à l'ouverture de la buse d'injection 27, la pres- sion nécessaire au dosage exact de la quantité à injecter règne dans la chambre 28. Inversement, lors de la fermeture de la pièce de commande 3, c'est-à-dire lorsque l'arête de commande 14 arrive dans le siège d'étanchéité 15 avec un bref chevauchement de l'alimentation 12 encore ouverte venant de la chambre collectrice à haute pression et lorsque les arêtes de commande 16. 1, 16.2 du tiroir 16 et du boîtier 2 de l'injecteur 1 ne se chevauchent pas encore complètement. L'aiguille de buse 26 est alors déchargée par la chambre de buse 28 et l'alimentation 30 dans la chambre de fuite; le niveau de pression résiduel est alors utilisé pour éta- blir une pression par la chambre de fuite 17 et la surface frontale supé- rieure 21 de l'élément de piston 18 qui déplace l'élément de piston 18 de la première butée 19 contre la seconde butée 20. On comprime ainsi le res- sort de compression de la cavité 34 du boîtier 2 de l'injecteur et ce ressort presse par l'intermédiaire du plateau 25, l'aiguille 26 contre son siège par la pointe 27. Le niveau de pression régnant encore dans le boîtier 2 de l'injecteur 1 peut également servir à accélérer le mouvement de fermeture de l'aiguille 26 vers sa position de fermeture ce qui raccourcit considéra- blement le temps de fermeture c'est-à-dire la décharge en pression de l'aiguille 26. De plus, l'élément de piston installé selon l'invention dans le boîtier 2 de l'injecteur permet une ouverture retardée de la pointe 27 de la buse (ou de l'aiguille) par rapport à son siège seulement lorsque l'on at- teint le niveau de pression d'ouverture nécessaire à l'injection de la totalité de la quantité de carburant dosée, dans la chambre de buse 28. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Injecteur pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne selon lequel, le boîtier (2) de l'injecteur (1) reçoit une pièce de commande (3) mobile installée dans le boîtier (2) et libérant l'alimentation (13) de la buse d'injection (27) lors de la décharge en pression d'une chambre de commande (9) par un élément de com- mande (4) ou fermant cette alimentation lorsque la pression est établie dans la chambre de commande (9), caractérisé en ce que l'aiguille de buse (26) comporte un élément de piston (18) assistant son mouvement de fermeture et s'opposant à son mouvement d'ouverture, cet élément de piston étant mis en oeuvre par une chambre de fuite (17). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de piston (18) est mobile dans le boîtier (2) de l'injecteur entre deux butées (19, 20). 3 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé par un élément de ressort (24) installé entre l'aiguille de buse (26) et la face frontale inférieure (22) de l'élément de piston (18). 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face frontale supérieure (21) de l'élément de piston (18) est alimentée par l'intermédiaire de la chambre de fuite (17) avec le carburant venant de l'alimentation (12) de la chambre collectrice à haute pression. 5 ) Injecteur selon la revendication 1, caracterise en ce que pendant la fermeture de la pièce de commande (3) contre le siège d'étanchéité (14, 15), du carburant à haute pression arrive dans la cham- bre de fuite (17) par le tiroir de fuite (16) déjà ouvert et ce carburant agit sur la face frontale supérieure (21) de l'élément de piston (18) et renforce son mouvement contre la seconde butée (20). 6 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la phase d'ouverture de la pièce de commande (3), du carburant à haute pression agit dans la chambre de soupape (11), dans la chambre de fuite (17) et sur la face frontale supérieure (21) de l'élément de piston (18) fonctionnant comme élément de temporisation, et l'aiguille (26) ne s'ouvre qu'après l'établissement d'une pression d'ouverture dans la chambre de buse (28). 7 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que du côté de la sortie, entre la chambre de fuite (17) et la cavité (34), il com- porte une rainure longitudinale (23) pour le passage du carburant de fuite dans le boîtier (2) de l'injecteur (1). 8 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (2) de l'injecteur (1) comporte une cavité (31) entourant l'élément de piston (18) et un perçage de fuite (32) est relié à cette cavité. 9 ) Injecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' une conduite de fuite (29) est reliée à la cavité (34) sous l'élément de pis- ton (18). 10 ) Injecteur selon la revendication 3, caracterise en ce que la face intérieure (22) de l'élément de piston (18) comporte un prolonge- ment en forme de téton pénétrant dans l'élément de ressort (24).