Brevet FR2816669A1 — publié le 20020517

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un injecteur pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne comprenant un boîtier d'injecteur recevant une aiguille de buse entourée par une chambre de buse, cette aiguille mobile suivant l'axe, étant guidée dans des segments de guidage du boîtier de l'injecteur en étant poussée par un ressort d'étanchéité contre son siège dans le boîtier d'injecteur. Dans les systèmes d'injection de carburant équipant les moteurs à combustion interne à injection directe, on utilise actuellement des injecteurs comportant des corps de soupape commandés selon un mouvement de va-etvient suivant l'axe du boîtier de l'injecteur par une unité d'actionnement. Les injecteurs logés dans la culasse et débouchant dans les différentes chambres de combustion d'un moteur à combustion interne, sont réglés pour le début de l'injection et la quantité à injecter et ces paramètres sont maintenus pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne. En général, les injecteurs sont montés sans modifi- cations constructives importantes dans la culasse des moteurs à combus- tion interne. ETAT DE LA TECHNIQUE Le document DE 197 01 879A1 décrit un système d'injection de carburant de moteurs à combustion interne. Le dispositif connu selon ce document comprend une pompe à haute pression qui remplit de carburant la chambre collectrice à haute pression commune, (rampe commune). La chambre collectrice à haute pression, commune est reliée par des conduites d'injection aux injecteurs débouchant dans la chambre de combustion du moteur et les mouvements d'ouverture et de fermeture des injecteurs sont commandés par une soupape de commande électrique; la soupape de commande est réalisée sous la forme d'un dis- tributeur à 3/2 voies reliant un canal de haute pression débouchant dans un orifice d'injection de l'injecteur à la conduite d'injection ou à une con- duite de sortie (conduite de décharge). L'organe de soupape de commande comporte une chambre de travail, hydraulique qui se remplit avec du car- burant à haute pression et dont l'ouverture dans un canal de décharge est commandée pour régler la position de réglage de l'organe de la soupape de commande. Le document DE 198 35 494 A1 décrit une unité à pompe et buse. Cette unité sert à l'alimentation en carburant d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe équipé d'une unité de pompe pour établir la pression d'injection et injecter le car- burant par une buse d'injection dans la chambre de combustion. Ce dis- positif comprend en outre une unité de commande comprenant une soupape de commande en forme de soupape de type A, s'ouvrant vers l'extérieur ainsi qu'une unité d'actionnement de soupape pour commander la montée en pression dans l'unité de pompe. Pour réaliser une unité de pompe et buse avec une unité de commande de construction simple, peu encombrante et à temps de réponse court, ce document prévoit une unité d'actionnement sous la forme d'un actionneur piézo-électrique. EXPOSE 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 qu'en dessous d'un rétrécissement de l'aiguille de buse, entre le boîtier de l'injecteur et l'aiguille de buse, un intervalle annulaire se poursuit par une zone conique en direction du siège. La réalisation de l'aiguille de buse d'un injecteur selon l'invention pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, permet de développer une courbe d'injection en fonction de la course et ainsi un comportement d'injection de l'injecteur avec une forme de rampe. La rampe agit entre une surface de commande prévue dans le boîtier faisant suite à l'arête de commande du boîtier de l'injecteur et une zone conique prévue sur l'aiguille de buse. Du côté de l'aiguille de buse, en regard de la zone conique, on a la zone du perçage du boîtier de l'injecteur dans laquelle l'aiguille se déplace suivant un mouvement de va-et-vient. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention la zone conique sous l'intervalle annulaire présente une surface inclinée qui fait un angle 8 par rapport à la surface de commande, la longueur axiale de l'intervalle annulaire de l'aiguille de buse correspond à une pre- mière course partielle de l'aiguille de buse, la longueur axiale de la zone conique de l'aiguille de buse correspond à une autre course de l'aiguille de buse dans le boîtier de l'injecteur, la longueur axiale de l'arête de com- mande dans le boîtier de l'injecteur correspond à la course totale de l'aiguille dans le boîtier de l'injecteur, la surface inclinée est réalisée sur la surface de commande du boîtier de l'injecteur, l'extension axiale hi de l'intervalle annulaire et l'extension axiale h3 de la zone conique sont infé- rieures à la course globale de l'aiguille de buse, une rainure annulaire est formée sous la zone conique de l'aiguille de buse, et une autre rainure an- nulaire est formée du côté du boîtier. Un volume annulaire délimité par les rainures annulaires du boîtier et de l'aiguille, précède un cône formant siège sur l'aiguille de buse. Sous la chambre de buse, le second segment de guidage comporte des surfaces dégagées sur l'aiguille de buse, per- mettant au carburant de passer et d'arriver dans l'intervalle annulaire entre l'aiguille de buse et le boîtier de l'injecteur. Au-dessus d'un rétrécissement de l'aiguille de buse, on a un segment de guidage supérieur pour l'aiguille de buse; dans ce segment de guidage, on a prévu des surfaces dégagées permettant au carburant de passer de la chambre de buse dans laquelle il arrive à partir de la cham- bre collectrice à haute pression, sous forme de carburant à haute pression pour passer en direction de la pointe de l'aiguille de la buse. De manière avantageuse, le segment de guidage muni des surfaces dégagées de i5 l'aiguille de buse est suivi d'un intervalle annulaire; l'intervalle annulaire entre un segment périphérique droit de l'aiguille de buse et un segment de surface frontal du boîtier fonctionne comme un élément d'étranglement à côté de l'extrémité inférieure de l'aiguille de buse qui grâce à sa réalisation conique fonctionne également comme un élément d'étranglement. L'intervalle annulaire fonctionnant comme élément d'étranglement permet pendant une première course partielle de l'aiguille de buse dans le boîtier de l'injecteur, le passage seulement un faible volume de carburant dans la chambre de combustion du moteur. De cette manière, on peut tenir compte du retard à l'allumage qui se produit au début de l'injection, jus- qu'au développement complet du front de flamme dans la chambre de combustion. Grâce à une poursuite de l'augmentation de pression au ni- veau de l'étage de pression de l'aiguille de buse dans la chambre de buse, l'aiguille peut remonter plus loin contre l'action du ressort d'étanchéité, si bien que pendant la poursuite de la course de l'aiguille, on aura une aug- mentation progressive de la distance entre la surface de commande du côté du boîtier et la zone conique de l'aiguille de buse. Ainsi, l'intervalle annulaire qui existe au début de l'injection augmente progressivement pendant la suite de la course de l'aiguille et permet le passage d'un vo- lume de carburant plus important. L'augmentation de la quantité de car- burant injectée grâce à la surface conique de l'aiguille de buse s'établit seulement après le développement complet du front de flamme dans la chambre de combustion, c'est-à-dire après le retard à l'allumage, si bien qu'un plus grand volume de carburant sera injecté au moment opportun dans la chambre de combustion du moteur à savoir lorsque les conditions thermodynamiques pour cette injection sont optimales. La prédétermination précise de l'évolution de la pression pendant la phase d'injection dépend de la longueur de la rampe de la zone conique de l'aiguille de la buse ainsi que de l'angle de cette surface incli- née par rapport à la surface frontale et de la course axiale de l'aiguille de buse dans le boîtier de l'injecteur. DESSINS La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins an- nexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une aiguille de buse avec une forme inclinée, logée dans le boîtier d'un injecteur, - la figure 2 montre la forme inclinée réalisée sur l'aiguille de buse, en regard d'une surface de commande faisant partie du boîtier, la figure 3 représente les courbes de pression d'injection pour l'aiguille de buse selon l'invention en fonction de la course, - la figure 4 est une vue à échelle agrandie de l'arête de commande du côté du boîtier et de la surface de commande avec en regard, la surface inclinée de l'aiguille de buse définissant la pression d'injection. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION La vue de la figure 1 montre une coupe longitudinale dé- taillée d'une aiguille de buse entourée par le boîtier ou le corps d'un in- jecteur. Selon la vue de la figure 1, on a un injecteur 8 pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, représenté de manière plus détaillée; cet injecteur est relié à la chambre collectrice à haute pression 1 (rampe commune). La conduite partant de la chambre collectrice à haute pression 1 et qui débouche dans la conduite d'alimentation 17 de la chambre de buse est suivie par un distributeur à 3/2 voies 2. Dans la variante de réalisation représentée, ce distributeur est commandé par une chambre de commande 3 recevant du liquide de commande (volume de commande) par une dérivation partant de la conduite de pression de la chambre collectrice à haute pression 1, cette dérivation étant équipée d'un organe d'étranglement d'alimentation 5. Un distributeur de commande à 2/2 voies 6 permet de modifier la pres- sion dans la chambre de commande 3; ce distributeur est relié du côté de la sortie du liquide à une conduite de sortie 7. La conduite de décharge de pression de la chambre de commande 3 comporte un organe d'étranglement de sortie 4. L'injecteur 8 comprend essentiellement une aiguille de buse (aiguille d'injecteur) 14, précontrainte, logée dans un perçage du boîtier ou corps d'injecteur 9. L'aiguille de buse 14 est précontrainte au niveau de sa surface frontale supérieure 15 par une pièce de poussée 13 de forme coni- que. La pièce de poussée 13 de forme conique est précontrainte d'un côté par un ressort d'étanchéité 11 en forme de ressort spirale, qui s'appuie contre un élément d'appui 10 logé dans le boîtier 9 de l'injecteur. 0 L'élément d'appui 10, la pièce de poussée 13 de forme conique ainsi que l'aiguille de buse 14 ont une structure symétrique en rotation par rapport à l'axe de symétrie 12. Sous la tête de l'aiguille de buse 14 réalisée comme premier segment de guidage 16, le boîtier 9 de l'injecteur comporte une chambre de buse 18 recevant du carburant à haute pression provenant de la chambre collectrice à haute pression 1 par l'intermédiaire du distribu- teur de commande 2 et de l'alimentation 17 de la chambre de buse. Dans la chambre de buse 18 du boîtier 9 de l'injecteur, l'aiguille de buse 14 comporte un gradin de pression 19. Le gradin de pression 19 produit le soulèvement de l'aiguille de buse 14 lorsque la chambre de buse 18 est mise en pression libérant ainsi un orifice d'éjection 32. Le mouvement de soulèvement de l'aiguille de buse 14 est indiqué schématiquement à la fi- gure 1 par la double flèche placée à côté de l'axe de symétrie 12. Sous le point de rétrécissement de l'aiguille de buse 14 qui est principalement entourée par la chambre de buse 18 du boîtier 9 de l'injecteur, l'aiguille de buse 14 comporte un second segment de guidage 20. Le segment de gui- dage 20 assure sous la chambre de buse 18 le guidage de l'aiguille 14 dans 1 boîtier 9 de l'injecteur. Pour permettre le passage du carburant ar- rivant dans la chambre de buse 18 sur la pointe conique de l'aiguille de buse, le segment de guidage 20 comporte des surfaces dégagées 42 en dessous de la chambre de buse 18. Le carburant à haute pression passe sur les surfaces dégagées 42 pour arriver dans la zone du perçage à l'intérieur du boîtier 9 de l'injecteur délimité du côté de l'aiguille de buse par le point de rétrécissement 21. Sous le point de rétrécissement 21, on a un prolongement annulaire de l'aiguille de buse 14 formé par une zone conique 33 qui s'élargit en direction de la tête de l'aiguille. Ensuite, on a une chambre annulaire 28 délimitée à une extrémité, du côté du boîtier par une rainure annulaire 35 et du côté de l'aiguille de buse par un autre point de rétré- cissement 34 de l'aiguille 14. Sous ce volume annulaire 28, l'aiguille de buse se poursuit du côté de la tête par un siège conique 29 avec un dia- mètre de siège 30. Le diamètre de siège 30 permet à la tête de l'aiguille de buse 14 de pénétrer dans le siège réalisé dans la paroi 31 du boîtier 9 de l'injecteur et de fermer le passage, sous l'action du ressort d'étanchéité 11 et de la pression appliquée contre la face frontale supérieure 18 de l'aiguille de buse 14 pour fermer l'orifice d'éjection 32. L'injecteur 8 pénè- tre avec son orifice d'éjection 38 dans la chambre de combustion du mo- teur. La figure 2 montre de manière plus détaillée la forme incli- née en regard de la surface de commande du boîtier, réalisée sur l'aiguille de buse. La vue à échelle agrandie représentée à la figure 2 montre qu'en dessous du second segment de guidage 20 et du point de rétrécis- sement 21 qui fait suite à celui-ci sur l'aiguille de buse 14, entre la surface de commande qui s'étend sur l'arête de commande 8 prévue sur le boîtier et le segment en regard de l'aiguille de buse, on a un point d'étranglement de section variable; la section de l'étranglement dépend de la course de l'aiguille de buse 14 dans le boîtier 9 de l'injecteur. La surface de com- mande qui fait suite à l'arête de commande 8 du côté du boîtier descend perpendiculairement et est formée par la paroi du boîtier 9 de l'injecteur. En regard de celle-ci, l'aiguille de buse comporte un segment annulaire réalisé sur une hauteur 25 de l'intervalle (hi). L'intervalle annulaire formé entre la zone annulaire de l'aiguille de buse 14 et la zone en regard de la surface de commande du boîtier 9 de l'injecteur porte la référence 23. La surface de la section de l'intervalle annulaire 23 porte la référence 22; il s'agit de la surface libre de l'intervalle annulaire formant le point d'étranglement. La zone annulaire réalisée sur l'aiguille de buse 14 et s'étendant sur la hauteur 25 (hi) de l'intervalle annulaire se poursuit par une zone conique 33. La zone conique 33 s'ouvre en direction de la tête de l'aiguille de buse 14. Entre la surface de commande perpendiculaire, s'étendant vers le bas, faisant suite à l'arête de commande 8 du boîtier 9 de l'injecteur et la surface inclinée de la zone conique, on a un angle 27. La zone conique 33 de l'aiguille de buse 14 dont l'extension axiale porte la référence 41 (h3) se poursuit sur l'aiguille de buse 14 par une rainure ou gorge annulaire 34. La rainure annulaire 34 forme selon la vue de la figure 2, avec la cavité 35 en forme de rainure annulaire réalisée dans le boîtier 9 de l'injecteur, un volume annulaire 28. Le carburant qui passe le point d'étranglement de section variable est injecté dans ce volume annulaire avant de passer sur le cône de siège 29 de l'aiguille de buse 14 en direc- tion de la tête de buse pour sortir par l'orifice d'éjection 32. La longueur de la surface de commande prévue à la suite de l'arête de commande 8 sur le boîtier 9 de l'injecteur porte la référence 26 et correspond sensiblement à la hauteur 25 (hi) de l'intervalle annulaire et à l'extension de la zone conique 33 parallèlement à l'axe de symétrie 12 de l'aiguille de buse 14. La figure 3 montre les courbes de pression d'injection obte- nues à l'aide de l'aiguille de buse selon l'invention. Ces pressions d'injection sont représentées en fonction de la course de l'aiguille de buse. La référence 36 représente la courbe de la pression d'injection en fonction de la course 37 de l'aiguille de buse 14. Dans le diagramme de la figure 3, on a représenté les caractéristiques de la courbe de pression 38, 39. Suivant la longueur axiale choisie de la surface de commande 22 derrière l'arête de commande 8 ou la hauteur de l'intervalle annulaire 25 et de l'extension axiale de la zone conique 33 en direction de l'axe de symétrie 12 de l'aiguille de buse 14 et en fonction de l'angle 27 choisi pour la zone conique 33 par rapport à la direction du perçage dans le boîtier 9 de l'injecteur, on aura une courbe de pression d'injection 39 plus aplatie ou une courbe de pression d'injection plus pentue 38. Les ca- ractéristiques de la courbe de pression représentée par les courbes 38, 39 montrent que l'on a tout d'abord une évolution asymptotique de la pres- sion aussi longtemps que l'arête de commande 8 et la zone avec l'intervalle annulaire 25 se chevauchent au début de la phase de remontée de l'aiguille de buse 25 contre l'action du ressort d'étanchéité 11. Pendant cette phase, c'est-à-dire au cours d'une première course partielle de l'aiguille de buse 14 dans le boîtier 9 de l'injecteur, la section d'étranglement reste constante; ce n'est qu'au chevauchement de l'arête de commande 8 avec le début de la zone conique que cette pression aug- mente. Pendant cette autre course partielle qui peut s'étendre sur la course 41, c'est-à-dire l'extension axiale de l'aiguille de buse 14 dans la zone conique, la section d'étranglement s'élargira en continu au cours de la poursuite du mouvement vertical de l'aiguille de buse contre l'action du ressort d'étanchéité 11. En fonction de l'angle d'inclinaison 27, la section augmente et on aura plus rapidement un niveau de pression élevé corres- pondant à la courbe en traits interrompus (courbe de pression d'injection 38 selon la figure 3). La zone portant la référence 41, au cours de laquelle la section d'étranglement augmente en continu, offre une pente plus im- portante pour la courbe de montée en pression, ce qui permet d'atteindre plus rapidement la pression maximale. Suivant l'extension axiale 41 (h3) choisie pour la zone conique 33 ainsi que l'angle d'inclinaison choisi 27, on peut régler la pente de la courbe de pression par exemple selon les ca- ractéristiques de courbe de pression 38, 39 représentées à la figure 3. L'extension axiale 26 (h2) prévue du côté du boîtier sur la surface de com- mande correspond au moins aux deux courses partielles 25, 41 exécutées par l'aiguille de buse 14 lorsque celle-ci remonte contre l'action du ressort d'étanchéité 11. La vue de la figure 4 qui est une représentation à échelle agrandie de l'arête de commande du boîtier avec un regard de celle-ci, une surface inclinée de l'aiguille de buse qui définit la courbe de pression d'injection lorsqu'elle remonte. La course globale 40 de l'aiguille de buse 14 est choisie avantageusement pour être toujours égale aux courses partielles 25 (hi) et 43 (h3) ou pour que les deux courses partielles 25, 41 soient choisies pour être inférieures à la course globale 40 de l'aiguille de buse 14. L'aiguille de buse 14 avec une forme selon l'invention, logée dans le boîtier 9 de l'invention permet non seulement d'avoir une rampe dans la courbe de pression, mais grâce à la réalisation du diamètre 23 de l'intervalle annu- laire et des courses partielles 25, 41 du côté de l'aiguille de buse et de la longueur de la surface de commande faisant suite à l'arête de commande 8, on peut régler l'évolution de la montée en pression. La pression d'ouverture de l'aiguille de buse 14 peut être influencée par la réalisation du gradin de pression 19 dans la zone de la chambre de buse 18 entou- rant l'aiguille de buse 14; la pression d'ouverture de l'aiguille de buse 14 est définie par le dimensionnement du ressort d'étanchéité 11 qui agit sur la surface frontale supérieure 15 de l'aiguille de buse 14 dans le boîtier 9 de l'injecteur. Il importe peu dans ces conditions que l'injecteur soit com- mandé directement par un distributeur à 3/2 voies 2 ou par une unité d'actionnement par exemple un actionneur piézo-électrique ou une élec- trovanne. La solution selon l'invention permet de commander la pres- sion d'injection non seulement sur une plage de course partielle de l'injecteur mais sur toute sa course suivant l'axe. Suivant la configuration de la zone conique 33 et du dimensionnement axial des surfaces de com- mande 22 dans le boîtier de l'injecteur 9, on peut tenir complètement compte des caractéristiques d'injection les plus différentes exigées par les clients, qu'il s'agisse de moteurs à combustion interne à injection directe équipant des véhicules de tourisme ou des véhicules utilitaires. 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 comprenant un boîtier d'injecteur (9) recevant une aiguille de buse (14) entourée par une chambre de buse (18), cette aiguille mobile suivant l'axe, étant guidée dans des segments de gui- dage (16, 20) du boîtier (9) de l'injecteur en étant poussée par un ressort d'étanchéité (11) contre son siège (30) dans le boîtier d'injecteur (9), caractérisé en ce qu' en dessous d'un rétrécissement (21) de l'aiguille de buse (14), entre le boî- tier (8, 9) de l'injecteur et l'aiguille de buse (14), un intervalle annulaire (23) se poursuit par une zone conique (33) en direction du siège (30). 2 ) Injecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la zone conique (33) sous l'intervalle annulaire (23) présente une surface inclinée qui fait un angle ô (27) par rapport à la surface de commande (22). 3 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur axiale (25) de l'intervalle annulaire (23) de l'aiguille de buse (14) correspond à une première course partielle de l'aiguille de buse (14) . 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur axiale (41) de la zone conique (33) de l'aiguille de buse (14) correspond à une autre course de l'aiguille de buse (14) dans le boîtier (9) de l'injecteur. ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur axiale (26) de l'arête de commande (22) dans le boîtier (9) de l'injecteur correspond à la course totale (40) de l'aiguille (14) dans le boî- tier (9) de l'injecteur. 6 ) Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface inclinée (33) est réalisée sur la surface de commande (22) du boîtier (9) de l'injecteur. 7 ) Injecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extension axiale (25) hi de l'intervalle annulaire (23) et l'extension axiale (41) h3 de la zone conique (33) sont inférieures à la course globale (40) de l'aiguille de buse (14). 8 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une rainure annulaire (34) est formée sous la zone conique (33) de l'aiguille de buse (14), et une rainure annulaire (35) est formée du côté du boîtier. 9 ) Injecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' un volume annulaire (28) délimité par les rainures annulaires (34, 35) du boîtier et de l'aiguille, précède un cône formant siège (29) sur l'aiguille de buse (14). ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que sous la chambre de buse (18), le second segment de guidage (20) comporte des surfaces dégagées (42) sur l'aiguille de buse (14), permettant au car- burant de passer et d'arriver dans l'intervalle annulaire (23) entre l'aiguille de buse (14) et le boîtier (9) de l'injecteur.