Brevet FR2817918A1 — publié le 20020614

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 comprenant un boîtier dans lequel se déplace un corps d'injecteur ayant une zone de coulissement ainsi qu'un diamètre de siège coopérant avec une surface formant siège du boîtier, permettant de libérer ou de fermer l'alimentation de la chambre de buse d'une buse d'injection. Pour un comportement idéal de l'injection il faut entre au- tres la fixer de manière indépendante de la pression d'injection et de la quantité injectée à chaque point de fonctionnement du moteur à combus- tion interne. Cela donne un degré de liberté supplémentaire pour former le mélange. De plus la quantité injectée au début de l'injection doit être aussi faible que possible pour tenir compte du retard à l'allumage qui s'établit i5 entre le début de l'injection et le début de la combustion. Ces deux exigen- ces sont satisfaites par les systèmes d'injection de carburant équipés d'une chambre collectrice à haute pression (rampe commune) par laquelle les différents injecteurs alimentent les chambres de combustion du mo- teur à combustion interne avec du carburant à une pression extrêmement élevée. Etat de la technique Le document EP-O 657 642 A2 concerne un système d'in- jection de carburant pour des moteurs à combustion interne. Ce système comprend une chambre collectrice à haute pression remplie de carburant à haute pression par une pompe. Des conduites à haute pression relient cette chambre aux différents injecteurs. Des soupapes de commande sont prévues dans les différentes conduites à haute pression pour commander l'injection à haute pression au niveau des injecteurs. Il y a également une chambre d'accumulation de pression supplémentaire entre les injecteurs et la chambre collectrice à haute pression (rampe commune). Pour éviter que la pression élevée du système soit appliquée en permanence aux in- jecteurs, la soupape de commande est réalisée pour couper pendant les pauses d'injection la communication entre l'injecteur et la chambre accu- mulatrice à haute pression et commander l'ouverture d'une liaison entre l'injecteur et une chambre de décharge. Selon le document US 5 628 293 on connaît un injecteur de liquide à commande électronique. Cet injecteur comporte une chambre d'accumulation de liquide pour la pré injection et un élément de com- mande actionné directement pour libérer la communication entre la chambre collectrice de liquide et la buse d'injection (ou buse d'éjection) débouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion in- terne. En plus du premier élément d'injection à commande directe il est prévu un autre élément de commande de pression mobile alternativement entre deux positions d'actionnement. A l'aide des deux éléments de com- mande de pression commutables on peut équilibrer les forces hydrauli- ques d'action opposée. L'inconvénient de cette réalisation est que la commande des éléments de pression se fait par deux ensembles qui sui- o0 vant le choix de l'installation de commande ne sont protégés qu'en partie contre une surpression ou un excédent de carburant. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénients et concerne à cet effet un injecteur à l'utilité définie caractérisé en ce que caractérisé en ce que le corps est en forme de distributeur de commande à 3/3 voies dont la zone de coulissement commande une chambre de commande influençant la course de l'aiguille de buse. Avantageusement, la zone de coulissement du corps com- porte un perçage transversal et le perçage transversal est relié à la cham- bre de sortie de liquide par une ouverture. De plus, on peut prévoir que la chambre de commande est déchargée du côté de la sortie par la zone de coulissement du corps du distributeur de commande à 3/3 voies. Ainsi la configuration de l'injecteur selon l'invention permet de produire un échelonnement présélectionné de l'ouverture ou de la fer- meture de l'aiguille d'injecteur. Pour l'injection principale dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe ainsi que pour effectuer une post-injection dans la chambre de combustion, il suffit d'une seule commande de l'injecteur ce qui représente pour l'ali- mentation électrique une économie de 50% d'énergie électrique. En plus de cette économie de 50% d'énergie électrique pour la commande de l'in- jecteur, on peut grâce au choix du même diamètre pour la partie de gui- dage et la partie formant siège, minimiser les forces de commutation car dans ce cas le corps est soumis à des forces équilibrées. Selon d'autres caractéristiques avantageuses, la chambre de commande est sollicitée par l'alimentation de buse par l'intermédiaire d'une branche avec un organe d'étranglement d'alimentation logé dans la branche de l'alimentation de buse. L'injecteur se définit par les organes d'étranglement du côté de sortie et du côté d'alimentation de la chambre de commande de l'ai- guille. S'il y a une modification parallèle des deux points d'étranglement, le débit de carburant reste le même pour l'adaptation de la soupape de commande. La solution selon l'invention est de créer un injecteur com- mandé en pression dont la chambre de commande qui entoure le corps est reliée à la chambre de commande de l'aiguille. En même temps l'alimenta- tion de cette chambre est reliée par un élément d'étranglement à la con- duite d'alimentation de la chambre de buse. Cette configuration permet par une décharge en pression partielle de la chambre de commande de l'aiguille, de déplacer l'aiguille de manière étagée c'est-à-dire de lui com- muniquer seulement une course partielle pour réaliser une caractéristique d'injection optimale par exemple dans le cas de moteur de véhicule utili- 1 $ taire. Ainsi sous la commande d'un actionneur, le corps ouvre l'alimentation de buse, la zone de coulissement ferme la sortie de la chambre de commande et la haute pression est disponible dans la cham- bre de commande, en cas de commande partielle d'un actionneur, la chambre de commande est déchargée en pression vers la sortie de liquide par la zone de coulissement du corps, en cas de décharge de pression de la chambre de commande, l'aiguille de buse s'ouvre en fonction de la force de fermeture exercée par un ressort de fermeture, pendant la fermeture de l'aiguille, en cas de chevauchement partiel du perçage transversal et de la sortie, entre la zone de coulissement et le boîtier on a une décharge de pression de la chambre de commande permettant une post-injection. En plus de la possibilité d'un mouvement axial étagé de l'ai- guille et ainsi une caractéristique d'injection convenant tout particulière- ment pour les applications aux véhicules utilitaires, l'injecteur commandé en course sur haute pression, selon l'invention, présente une construction particulièrement simple et de ce fait économique. Par exemple, la zone de guidage du corps dans le boîtier a le même diamètre que son diamètre de siège. Dessins La présente invention sera décrite ci- après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un injecteur selon l'invention avec un mouvement de course axiale étagée de l'aiguille, - la figure 2.1 montre la courbe du niveau de pression du corps de l'in- jecteur, - la figure 2.2 montre la courbe de pression à l'ouverture d'injection en fonction des phases d'injection, et - la figure 2.3 montre la courbe de pression au-dessus du siège du corps de l'injecteur. Description du mode de réalisation. La figure 1 est une coupe d'un injecteur selon l'invention avec un mouvement axial de l'aiguille de buse (ou aiguille d'injecteur). L'injecteur sur la figure 1 comprend un boîtier 2 recevant un corps d'injecteur 7 guidé axialement et appartenant à un distributeur de commande à 3/3 voies ainsi qu'une aiguille de buse 23 (aiguille d'injecteur) guidé également axialement dans le boîtier 2 de l'injecteur. Le mouvement de translation axial du corps d'injecteur 7 est commandé par un actionneur 3 réalisé comme actionneur piézoélectri- que ou comme électrovanne. L'actionneur 3 est combiné à un amplifica- teur hydraulique 4. L'actionneur 3 comporte un élément de piston 6 dont la surface frontale supérieure comporte un élément de ressort 5 créant une précontrainte. A la figure 1, cet élément de ressort est en forme de ressort à coupelle ou ressort " Belleville ". La face frontale inférieure du piston 6 s'applique contre la face frontale supérieure du corps 7 et fonc- tionne comme un distributeur de commande (ou distributeur à tiroirs) à 3/3 voies. Le corps 7 a une zone de guidage entourée par le boîtier 2 de l'injecteur, dont le diamètre correspond au diamètre de siège 8. Par le diamètre de siège 8, le corps 7 ferme à l'état fermé, une surface de siège à l'intérieur de la chambre de soupape 10 dans laquelle débouche l'arrivée 9 de la chambre à haute pression (rampe commune). Une conduite 1 1 relie la chambre de soupape 10 dans le boîtier de l'injecteur à l'alimentation de buse 12 débouchant au niveau de l'aiguille de buse 23 dans la chambre de buse 28 entourant l'aiguille. De l'arrivée de buse 12 dérive une con- duite d'alimentation pour la chambre de commande 21. La conduite d'alimentation comporte un organe d'étranglement d'alimentation 22. Sous le diamètre de siège 8, le corps 7 comporte une zone transitoire de forme conique qui rejoint la zone de tiroirs 13 du corps 7. La zone de tiroirs 13 comporte un perçage transversal 15 communiquant avec un perçage longitudinal 16 réalisé dans la zone 13. Par sa surface frontale inférieure, le corps 7 pénètre dans une chambre de liquide de sortie 17 prévue du côté de la sortie de liquide. Cette chambre est reliée par une conduite de liquide 18, par exemple au réservoir de carburant pour permettre d'y évacuer le carburant. Suivant la course verticale sou- haitée du corps 7 par la commande de l'actionneur 3, le perçage transver- sal 15 de la zone 13 du corps 7 vient complètement à bout en partie seulement chevaucher l'arrête de commande 14. Une sortie 19 débouche dans la zone de coulissement 13 du corps 7. La sortie 19 comporte un or- gane d'étranglement 20 permettant d'évacuer la pression de la chambre de commande 21 comme cela a déjà été décrit, par la conduite d'alimentation o0 de l'alimentation de buse 12 avec du carburant à haute pression. La chambre de commande 21 reçoit un élément de piston 24 sollicitant par un prolongement en forme de bouchon, la face supé- rieure de l'aiguille de buse 23. La chambre de commande 21 est délimitée dans le boîtier 2 de l'injecteur par la paroi du boîtier 2 ainsi que par la face supérieure 25 du piston 24. La décharge en pression de la chambre de commande 21 ou sa mise en pression par la conduite d'alimentation 22 dérivant de l'alimentation de buse 12, produit le déplacement du piston 24 selon le niveau de pression qui s'établit dans la chambre de commande 21. Le prolongement réalisé sous la tête du piston 24 reçoit un élément de ressort 27 agissant comme ressort de fermeture qui permet de régler la pression d'ouverture de l'aiguille de buse 23 soumise à l'action de l'élément de piston 24. A la chambre de commande 21, le piston 24 et l'aiguille de buse 23 sont symétriques par rapport à l'axe 26. Au niveau de la chambre de buse 28, l'aiguille 23 comporte un gradin de pression 31. Dans cet exemple de réalisation, la chambre de buse 28 arrive jusqu'à la surface formant siège de la pointe 29 de l'aiguille de buse. Cette pointe ferme l'orifice d'éjection 32 dans la position représentée. L'orifice d'éjection 32 est réalisé dans la paroi 30 du boîtier 2 de l'injecteur. L'injecteur selon l'invention fonctionne de la manière sui- vante Lorsque l'actionneur 3 par exemple, en forme d'actionneur piézoélectrique est commandé, le corps 7 remonte dans le boîtier 2 pour commander l'ouverture du siège fermée par le diamètre de siège 28 coopé- rant avec la surface formant siège de la chambre de soupape 10, de sorte que du carburant à haute pression passe par l'arrivée 9 venant de la chambre collectrice. à haute pression (rampe commune) dans la chambre de soupape 10. Le volume de carburant arrivant dans la chambre 10 passe par la conduite de sortie 11, dans la conduite d'alimentation de buse 12 et ainsi dans la chambre de buse 28. Le gradin de pression 31 réalisé sur l'aiguille de buse 23 au niveau de la chambre de buse, soumet l'aiguille 23 à une force d'ouverture agissant en direction de la chambre de commande 21; cette force d'ouverture s'oppose à la force de fermeture produite par le ressort de fermeture 27 et à la force engendrée par la pres- sion régnant dans la chambre de commande 21. En parallèle à l'application de carburant à haute pression dans la chambre de buse 28 par l'alimentation de buse 12, la conduite d'alimentation 22 applique éga- lement une pression dans la chambre de commande 21. La chambre de commande 21 est commandée par l'intermédiaire de sa conduite de sortie 19 comportant l'organe d'étranglement 20, en fonction de la position de la zone de tiroirs 13 du corps 7. Suivant le degré de commande de l'actionneur piézoélectrique, c'est-à-dire suivant la course axiale du corps 7 dans le boîtier 2, la sortie 19 de la chambre de commande 21 sera soit fermée soit partiellement ouverte soit totalement ouverte en direction de la chambre de sortie 17. Lorsque l'actionneur 3 est commandé partiellement, la zone de tiroirs 13 est partiellement ouverte de sorte que la sortie 19 et l'organe d'étranglement de sortie 20 placés dans cette sortie assurent la décharge en pression de la chambre de commande. Par la sortie 19 de la chambre de commande 21 qui relie à l'état de déplacement partiel du corps 7 sur le perçage transversal 15, le perçage longitudinal 16 à la chambre de sortie de liquide 17 et sa sortie 18, la chambre de commande 21 sera déchargée en pression. Sous l'effet de la pression d'ouverture engendrée par le gradin de pression 31 et qui se règle en fonction du ressort de fermeture 27, l'élément de piston 24 monte dans sa cavité en fonction de la décharge de pression de la chambre de commande 21 selon une plage de course par- tielle de la zone de coulissement 13 du corps 7. Lorsque l'actionneur 13 est commandé complètement au- delà de sa commande partielle, le corps 7 remonte complètement dans le boîtier 2 et libère totalement l'alimentation; ainsi en même temps par le chevauchement de la zone de coulissement 13 avec l'arrête de commande 14 du boîtier, on évite la décharge de pression de la chambre de com- mande 21 par sa sortie 29. En même temps, la pression augmente dans la chambre de commande 21 par la conduite d'alimentation 22, le piston 24 descend dans le boîtier 2 de l'injecteur et l'aiguille 23 s'applique contre son siège 29 contre la force antagoniste créée par le gradin de pression 31. L'orifice d'éjection 32 est ainsi fermé. Par la commande totale de l'actionneur 3, l'aiguille 23, commandée par la force s'applique contre son siège 29. Lorsque le diamètre de siège 8 du corps 7 est de nouveau mis en appui contre la surface formant siège dans le boîtier 2 de l'injecteur, l'alimentation 9 venant de la chambre collectrice à haute pres- sion (rampe commune) est de nouveau privée de l'alimentation de buse 12. Lorsque le corps 7 descend, le perçage transversal 15 dans la zone de coulissement 13 ainsi que la sortie 19 débouchant au niveau de l'arrête de commande 14 du boîtier d'injecteur 2 se chevauchent partiellement si 1o bien que la chambre de commande 21 peut se décharger en pression par la sortie 19 et son organe d'étranglement 20, pendant la fermeture du corps 7. L'organe d'étranglement d'alimentation équipant la conduite d'alimentation 22 reliée à la chambre de commande 21 diminue la pres- sion dans l'alimentation de buse 12 et ainsi dans la chambre de com- mande 28, progressivement de sorte que la pression dans la chambre de commande 21 diminue en fonction de l'organe d'étranglement de sortie 20. Cette diminution est toutefois plus rapide. Ainsi, pendant l'opération de fermeture du corps 7, le gradin de pression 31 engendre une force axiale agissant sur l'aiguille de buse 23 et celle-ci s'oppose à la force de ferme- ture exercée par le ressort de fermeture 27, ce qui permet de nouveau à l'aiguille 23 de s'ouvrir par rapport à son siège 29; on peut ainsi effectuer une post injection de carburant sans commander de nouveau l'actionneur 3 de l'injecteur selon l'invention. L'injecteur 1 configuré selon l'invention permet une ouver- ture ou une fermeture étagée de l'aiguille de buse 23 ou de l'orifice d'éjection 32 pénétrant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe. Pour effectuer une injection princi- pale 37 ou une post injection 38 il suffit d'une seule commande de l'actionneur 3 de l'injecteur 1 par exemple sous forme d'électrovanne ou d'actionneur piézoélectrique. Les forces appliquées chaque fois par l'actionneur 3 deviennent minimales si le diamètre du corps 7 dans sa zone de guidage, à l'intérieur du boîtier 2 de l'injecteur correspond au diamètre de siège 8. Dans ce cas, le corps 7 du distributeur de commande à 3/3 voies est soumis à des forces équilibrées. Le graphique de la figure 2.1 montre la course de l'aiguille 33. Les références 34, 35 désignent le niveau de course qui s'établit. Le premier niveau 34 correspond à la course partielle de l'injecteur pour la commande partielle de l'actionneur 3 qu'il s'agisse d'un actionneur piézo- électrique ou électromagnétique. La référence 35 désigne le second niveau de course du corps 7 qui correspond à une commande totale de l'actionneur 3. Le graphique de la figure 2.2 montre les phases d'injection pendant une injection de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe. La courbe de pression 36 est représentée en fonction du temps; la référence 37 désigne la pression maximale s'établissant pendant la phase d'injection principale; la réfé- rence 38 désigne le niveau de pression dans la phase de post injection; ce niveau de pression dépend de la conception de l'organe d'étranglement de sortie 20 équipant la conduite de sortie 19 de la chambre de commande 21 entraînant la décharge progressive de l'alimentation de buse 12 ali- mentant la chambre de commande 21 en haute pression. La courbe de la figure 2.3 représente la courbe de pression 39 sur le siège du corps 7. Cette courbe se caractérise par un flanc montant progressif, puis une zone avec un palier dans laquelle la pression 39 reste constante. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Injecteur pour injecter du carburant à haute pression dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne comprenant un boîtier (2) dans lequel se déplace un corps d'injecteur (7) ayant une zone de cou- lissement (13) ainsi qu'un diamètre de siège (8) coopérant avec une surface formant siège du boîtier, permettant de libérer ou de fermer l'alimentation (12) de la chambre de buse (28) d'une buse d'injection, caractérisé en ce que le corps (7) est en forme de distributeur de commande à 3/3 voies dont la zone de coulissement (13) commande une chambre de commande (21) in- fluençant la course (33) de l'aiguille de buse (23). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de coulissement (13) du corps (7) comporte un perçage transversal (15). 3 ) Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le perçage transversal (15) est relié à la chambre de sortie de liquide (17) par une ouverture (16). 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de commande (21) est déchargée du côté de la sortie par la zone de coulissement (13) du corps (7) du distributeur de commande à 3/3 voies. ) Injecteur selon revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de commande (21) est sollicitée par l'alimentation de buse (12) par l'intermédiaire d'une branche (22). 6 ) Injecteur selon la revendication 5, caractérisé par un organe d'étranglement d'alimentation logé dans la branche (22) de l'alimentation de buse (12). 7 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que sous la commande d'un actionneur (3), le corps (7) ouvre l'alimentation de buse (12), la zone de coulissement (13) ferme la sortie (19) de la chambre de commande (21) et la haute pression est disponible dans la chambre de commande (21). 8 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en cas de commande partielle d'un actionneur (3), la chambre de com- mande (21) est déchargée en pression vers la sortie de liquide (16, 17) par la zone de coulissement (13) du corps (7). 9 ) Injecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' en cas de décharge de pression de la chambre de commande (21), l'aiguille de buse (23) s'ouvre en fonction de la force de fermeture exercée par un ressort de fermeture (27). 10 ) Injecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que pendant la fermeture de l'aiguille (23), en cas de chevauchement partiel du perçage transversal (15) et de la sortie (19), entre la zone de coulissement (13) et le boîtier (2) on a une décharge de pression de la chambre de com- mande (21) permettant une post-injection (38). 11 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de guidage du corps (7) dans le boîtier (2) a le même diamètre que son diamètre de siège (8).