Brevet FR2811025A1 — publié le 20020104

Domaine de l'invention La présente intervention concerne un injecteur pouvant in- jecter du carburant à haute pression dans les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne, comprenant un corps d'injecteur qui commande l'ouverture ou la fermeture d'une chambre d'injecteur, de laquelle part une alimentation allant vers la buse d'injection, avec une chambre de commande du boîtier d'injecteur qui peut être déchargée en pression par un obturateur de commande, pour l'actionnement du corps d'injecteur. Dans les moteurs à combustion interne à injection directe, on utilise des injecteurs qui injectent du carburant à très haute pression dans les chambres de combustion du moteur. Dans les systèmes d'injec- tion à chambre collectrice à haute pression encore appelée rampe com- mune, les conduites d'alimentation débouchent en général latéralement dans le corps de l'injecteur et y occupent de la place, car les conduites partant de la rampe commune et aboutissant aux différents injecteurs des cylindres du moteur à combustion interne à injection directe doivent pré- senter une résistance appropriée pour tenir de manière durable aux pres- sions très élevées auxquelles elles sont exposées. Etat de la technique Le document DE 198 35 494 Al concerne un ensemble pompe/buse. Cet ensemble permet l'alimentation en carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à injection di- recte, équipé d'une unité de pompe pour fournir la pression d'injection et injecter le carburant par une buse d'injection dans la chambre de com- bustion. Il est en outre prévu une unité de commande qui agit sur une soupape de commande réalisée sous la forme d'une soupape ou injecteur de type A s'ouvrant vers l'extérieur ainsi qu'une unité d'actionnement de soupapes pour commander la montée en pression dans l'unité de pompe. Pour créer une unité de pompe/buse avec une unité de commande de construction simple, peu encombrante et à temps de réponse court, il est prévu de réaliser l'unité d'actionnement de la soupape sous la forme d'un actionneur piézoélectrique. Le document DE 37 28 817 C2 concerne une pompe d'in- jection de carburant pour un moteur à combustion interne. Dans une pompe d'injection de carburant, l'organe de commande de soupape est réalisé sous la forme d'un manchon de guidage et d'une tige de soupape glissant dans un canal avec une tête de soupape reliée à cette tige et tour- née vers la station d'actionnement. La surface d'étanchéité de la tête de soupape coopère avec la surface du perçage de commande formant le siège de la soupape. La tige de la soupape présente à sa périphérie une cavité dont l'extension axiale va de l'embouchure de la conduite d'alimentation en carburant jusqu'au début de la surface d'étanchéité à la tête de la sou- pape, coopérant avec le siège de soupape. Dans la cavité, on a des surfa- ces exposées à la pression régnant dans la conduite d'alimentation en carburant. Cette surface est égale à une surface de la tête de soupape ex- posée à la pression régnant dans la conduite d'alimentation en carburant lorsque la soupape de commande est fermée. On équilibre ainsi la pres- sion de la soupape à l'état fermé. Le manchon de guidage comporte un ressort qui sollicite la soupape de commande vers sa position d'ouverture. Description de l'invention Pour améliorer l'intégration d'un injecteur du type défini ci- dessus, selon l'invention, l'alimentation arrivant de la chambre collectrice à haute pression traverse centralement le corps de l'injecteur. Selon d'autre caractéristiques de l'invention, le branche- ment central à haute pression alimente la chambre de commande et la chambre d'injecteur du boîtier d'injecteur avec du carburant à haute pres- sion, le branchement central à haute pression comporte un perçage tra- versant qui débouche dans la chambre d'injecteur du boîtier d'injecteur; ou comporte un organe d'étranglement d'alimentation débouchant dans la chambre de commande. De manière avantageuse, le branchement à haute pression central muni d'un filetage est logé de manière stationnaire dans le boîtier d'injecteur; le corps d'injecteur est guidé de manière mobile dans le bran- chement central à haute pression, et la chambre de commande qui con- tient le volume de commande est délimitée par le branchement à haute pression central installé de manière stationnaire dans le boîtier d'injec- teur, et délimitée par le corps d'injecteur mobile. Selon d'autres caractéristiques avantageuses, le corps d'injecteur ferme la chambre d'injecteur avec une arête d'étanchéité à haute pression, appliquée contre le siège d'étanchéité du boîtier d'injec- teur; l'extrémité du côté de la sortie du corps d'injecteur comporte un ti- roir d'huile de fuite avec une arête de commande coopérant avec une arête de commande prévue du côté de la sortie du boîtier de l'injecteur. Le branchement à haute pression central est introduit avec un élément de serrage muni d'une arête d'étanchéité, de façon étanche dans le boîtier de l'injecteur. Dans la zone de la culasse du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, la place disponible est extrêmement réduite. L'utilisation de l'injecteur selon l'invention pour injecter du carburant à très haute pression dans les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne permet de concevoir l'injecteur de manière peu en- combrante de sorte qu'il nécessite peu de place dans la zone de la culasse io du moteur à combustion interne. De plus, le corps de l'injecteur, c'est-à- dire le boîtier de l'injecteur, peut être conçu et fabriqué d'une manière beaucoup moins coûteuse car on supprime l'arrivée latérale qui est inté- grée dans le corps de l'injecteur pour la conduite collectrice à haute pres- sion. Le branchement de la conduite partant de la chambre collectrice à haute pression (rampe commune) peut être réalisé d'une manière beau- coup plus avantageuse par un élément vissé, résistant de manière perma- nente aux pressions élevées produites. L'accessibilité du corps de l'injecteur par le haut, se fait sans avoir à enlever complètement le corps de l'injecteur dans la zone de la culasse du moteur thermique. Après dévissage de la conduite d'ali- mentation venant de la chambre à haute pression, on peut très simple- ment dévisser l'écrou du corps de l'injecteur si bien que la partie de commande peut s'extraire sans difficulté du corps de l'injecteur si cela de- vait être nécessaire dans un cas particulier. L'intégration de la chambre de commande entre la partie de commande et un branchement central à haute pression muni d'un filetage extérieur pour le branchement de la conduite d'alimentation à partir de la chambre à haute pression, permet de construire le tiroir de commande d'une manière considérablement plus compacte, ce qui aboutit à la plus faible hauteur de construction du corps de l'injecteur selon l'invention. La chambre de commande, reçoit l'élément à ressort qui sollicite le corps de l'injecteur et dont l'intégration dans la chambre de commande permet de réduire le volume de commande. Dans la paroi de l'élément de fermeture muni du filetage extérieur, pour l'alimentation à partir de la chambre col- lectrice à haute pression, il est prévu un élément d'étranglement sous la forme d'un simple perçage traversant, permettant de solliciter la chambre collectrice à haute pression avec une réserve de carburant formant le vo- lume de commande. La pièce de branchement sert pour le branchement central avec la chambre à haute pression, et elle comporte un filetage ex- térieur, et permet par son prolongement réalisé en dessous de l'organe d'étranglement d'alimentation, de constituer un moyen de guidage pour le corps de l'injecteur. Lors de la décharge en pression de la chambre de commande par la commande assurée par un actionneur piézoélectrique ou par un électroaimant, le corps de l'injecteur est guidé et centré par l'élément de commande actionné par l'actionneur sur le prolongement central du branchement de la chambre à haute pression. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide du dessin dans lequel l'unique figure montre un boîtier d'injecteur selon l'invention avec une pièce de branchement central, insé- rée dans celui-ci pour l'alimentation à partir de la chambre collectrice à haute pression, et dans laquelle une pièce de commande sollicitée par un ressort de compression est mobile dans la direction verticale. Modes de réalisation L'unique figure montre une coupe longitudinale du boîtier d'injecteur selon l'invention pour un injecteur servant à injecter du carbu- rant à haute pression dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. L'injecteur représenté en coupe longitudinale dans l'unique figure, comprend essentiellement un boîtier d'injecteur 2 dans lequel a été inséré un corps d'injecteur 15. Dans la zone supérieure du corps d'injec- teur 15, comme pièce de branchement central pour l'alimentation à partir de la chambre collectrice à haute pression on a un élément de branche- ment présentant une symétrie de rotation; cet élément est inséré dans le boîtier d'injecteur 2. L'élément de branchement 3 essentiellement symétri- que en rotation, est muni dans sa partie supérieure d'un filetage extérieur permettant le branchement d'une conduite d'alimentation venant de la chambre collectrice à haute pression (rampe commune). La pièce de bran- chement 3 est traversée coaxialement à son axe de symétrie par un per- çage d'alimentation 9 débouchant dans un perçage transversal 22 du corps d'injecteur 15 lui-même relié à la chambre d'injecteur 21 réalisée dans le boîtier d'injecteur 2. Le perçage d'alimentation 9 qui traverse la pièce de branchement central 3 est sollicité par du carburant à haute pression de la chambre 21 du boîtier d'injecteur 2. La pièce de branchement central 3 comporte une arête d'étanchéité 13 dans sa zone élargie. Un écrou de serrage 4 par exemple réalisé sous la forme d'un écrou chapeau avec une bague en saillie 6 per- met de visser la pièce de branchement central 3 avec le boîtier d'injecteur 2 pour que l'arête d'étanchéité 13 soit poussée de manière étanche avec son siège dans le boîtier 2 pour assurer l'étanchéité de la chambre de s commande 1 1 que délimite cette pièce. L'écrou de serrage 4 et l'anneau de serrage 6 réalisé par celui-ci, qui vient sous une forme annulaire contre la zone élargie de la pièce de branchement central 3 est conçu pour que le filetage extérieur 5 réalisé sur la pièce de branchement central 3 puisse être atteint sans difficulté avec un outil et que l'écrou monté sur celui-ci puisse également se tourner sur le filetage extérieur et n'engendre aucune difficulté pour la mise en place d'un outil. Pour recevoir l'écrou de serrage 4 qui sollicite la zone élargie de la pièce de branchement central 3 avec son écrou chapeau 6 à configu- ration annulaire, il est prévu un filetage extérieur 7 coopérant avec le file- tage intérieur réalisé sur l'écrou de serrage 4. Sous la zone élargie de la pièce de branchement central 3, on a un prolongement de la pièce de branchement central 3 de diamètre d3 (référence 14). Ce prolongement est traversé dans sa paroi par un per- çage servant d'organe d'étranglement d'alimentation 10; ce perçage peut recevoir par une chambre de commande 1 1 entourant le prolongement de la pièce de branchement central 3, une réserve de carburant servant de volume de commande. Dans la chambre de commande 1 1 délimitée d'une part par une surface annulaire agrandie de la pièce de branchement cen- tral 3 et d'autre part, par le corps d'injecteur 15 monté mobile sur le pro- longement de la pièce de branchement, central 3, il est prévu un ressort d'étanchéité 12 dont les extrémités s'appuient contre les deux surfaces annulaires déjà évoquées. La chambre de commande 1 1 sollicitée par un volume de commande le carburant fourni par l'organe d'étranglement d'alimentation 10, est en communication par un organe d'étranglement de sortie 20 avec un obturateur 17. Celui-ci peut être réalisé soit sous la forme d'un actionneur piézoélectrique ou d'un électroaimant ou encore d'un convertisseur métallique/hydraulique qui permet de décharger la pression dans la chambre de commande 1 1. Pour cela, dans un perçage du côté de sortie, débouchant par exemple dans le réservoir de carburant du véhicule, il est prévu un élément de fermeture 19 en forme de bille. L'élément de fermeture 19 en forme de bille est sollicité par un poussoir commandé par un actionneur non représenté ici, par exemple un action- neur piézoélectrique ou un électroaimant agissant dans la direction d'ac- tion 18. Lorsque l'obturateur 17 n'est pas commandé, la force est appli- quée par le poussoir dans la direction d'action 18; cette force pousse ainsi l'élément de fermeture 19 sphérique contre la surface de son siège si bien que la sortie ou l'organe d'étranglement de sortie 20 de la chambre de commande 11 reste fermé; la chambre de commande 11 est alors en per- manence soumise à la pression de la rampe commune (chambre à haute pression) par l'intermédiaire de l'organe d'étranglement d'alimentation 10. Dans le prolongement de la pièce de branchement central 3, dans la zone du diamètre d3, se trouve le corps d'injecteur 15 monté cou- lissant. Le corps d'injecteur 15 comporte un perçage transversal 22 com- muniquant avec le perçage axial 9 de la pièce de branchement central 3; ainsi l'ensemble de la chambre 21 de l'injecteur est sollicitée par du car- burant à haute pression. A l'extrémité inférieure du corps 15 de l'injec- teur, celui-ci est pressé par son arête d'étanchéité 23 contre son siège d'étanchéité réalisé dans le boîtier d'injecteur 2 avec un diamètre dl (réfé- rence 24); l'alimentation 29 de la buse d'injection, non représentée, est ainsi fermée. Dans l'état représenté, le corps d'injecteur 15 est dans une position dans laquelle l'injecteur est déchargé en pression vers la chambre d'huile de fuite 28 par la conduite d'alimentation 29. En dessous de l'em- bouchure de l'alimentation 29 dans le boîtier d'injecteur 2, le corps d'in- jecteur 15 guidé dans le boîtier 2 est réalisé sous la forme d'un tiroir de commande 25. Le tiroir de commande 25 comporte une arête de com- mande annulaire périphérique 26 coopérant elle-même avec une arête de commande 27 prévue sur le boîtier d'injecteur 2. Lors de la décharge en pression de la chambre de commande 11 par actionnement de l'obturateur de commande 17, le corps 15 se relève dans la direction verti- cale contre l'action du ressort d'étanchéité 12 et du carburant à une pres- sion extrêmement élevée passe par la chambre 21 à travers l'arête d'étanchéité 23 ouverte, le canal d'alimentation 29 jusqu'à la buse d'injec- tion. Lors du mouvement de sortie du corps d'injecteur 15 contre l'action du ressort d'étanchéité 12, les arêtes de commande 26, 27 qui coopèrent sur le tiroir d'huile de fuite 25 ferment la chambre d'huile de fuite 28 pré- vue en sortie; on évite ainsi un court-circuit entre la cavité 28 du côté de la sortie et la chambre d'injecteur 21 dans laquelle se trouve du carburant à pression élevée. La cavité sous le tiroir de fuite 25, est une chambre d'huile de fuite 28 communiquant par un perçage 31 avec la conduite de sortie 32 pour évacuer le volume de la chambre de commande; lors de la décharge en pression de la chambre de commande 11, ce volume quitte cette chambre à travers l'organe d'étranglement de sortie 20. Le tiroir de commande 25 qui a un diamètre dl inférieur au diamètre du siège de soupape 24, comporte des surfaces de guidage 30 pour recevoir un outil. Le corps 15 de l'injecteur guidé par le prolongement de l'élément central à haute pression 3, dans son diamètre d3 (référence 14) présente un diamètre d2; les deux diamètres d3, d2 et le diamètre du siège du corps d'injecteur 15 sont définis les uns en fonction des autres. La force d'étanchéité appliquée par le ressort d'étanchéité 12 est relative- ment faible par comparaison avec celle des dispositifs connus des injec- teurs de carburant. Le ressort d'étanchéité 12 est dimensionné pour qu'en fonction de la surface annulaire résultant de la différence de diamètre en- tre les diamètres d2 et d3, on obtient le diamètre du siège d'étanchéité dl (référence 24). La force appliquée en outre par le ressort d'étanchéité 12 doit être suffisamment grande pour que le volume de commande de carbu- rant contenu dans la chambre de commande 11 arrivé dans celle-ci à tra- vers l'organe d'étranglement d'alimentation 10, exerce une force agissant sur le corps d'injecteur 15 suffisamment grande pour assurer, avec l'obturateur 17 fermé et du carburant dans la chambre de soupape 21, toujours une application étanche du corps 15 avec son arête d'étanchéité du côté de la haute pression dans le boîtier d'injecteur 2. La longueur du prolongement qui s'étend axialement par rapport à la ligne de symétrie du branchement central 3, et ayant pour diamètre d3 (référence 14) limite la course maximale du corps 15 sur sa surface de guidage du prolongement sur la pièce de branchement central 3. Dans la variante de réalisation représentée à la figure, l'obturateur 17, qu'il s'agisse d'un actionneur piézoélectrique d'un électro- aimant ou autre élément de fermeture, dépasse latéralement du boîtier d'injecteur 2. A la place de la disposition latérale de l'obturateur 17 on peut également prévoir celui-ci de manière externe sur le boîtier d'injec- teur 2 ou encore à l'intérieur du boîtier 2 de l'injecteur 1. L'alimentation 29 de l'injecteur fournit du carburant à haute pression aux chambres de combustion d'un moteur thermique; la buse d'injection, elle-même, n'est pas représentée sur la figure. La même remarque s'applique à la présentation de la chambre collectrice à haute pression (rampe commune) dont on a seulement représenté le filetage ex- térieur pour les branchements de la conduite partant de la rampe com- mune vers la pièce de branchement central 3. REVEND I CATIONS 1 ) Injecteur pouvant injecter du carburant à haute pression dans les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne, comprenant un corps d'injecteur (15) qui commande l'ouverture ou la fermeture d'une chambre d'injecteur (21), de laquelle part une alimentation (29) allant vers la buse d'injection, avec une chambre de commande (11) du boîtier d'in- jecteur (2) qui peut être déchargée en pression par un obturateur de commande (17), pour l'actionnement du corps d'injecteur (15). caractérisé en ce que l'alimentation (3, 9) arrivant de la chambre collectrice à haute pression traverse centralement le corps de l'injecteur (15). 2 ) Injecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le branchement central à haute pression (3, 9) alimente la chambre de commande (1) et la chambre d'injecteur (21) du boîtier d'injecteur (2) avec du carburant à haute pression. 3 ) Injecteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que le branchement central à haute pression (3, 9) comporte un perçage tra- versant (9) qui débouche dans la chambre d'injecteur (21) du boîtier d'in- jecteur (2). 4 ) Injecteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que le branchement central à haute pression (3) comporte un organe d'étran- glement d'alimentation (10) débouchant dans la chambre de commande (11). ) Injecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le branchement à haute pression central (3) muni d'un filetage est logé de manière stationnaire dans le boîtier d'injecteur (2). 6 ) Injecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le corps d'injecteur (15) est guidé de manière mobile dans le branchement central à haute pression (3, 9). 7 ) Injecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre de commande (11) qui contient le volume de commande est délimitée par le branchement à haute pression (3, 9) central installé de manière stationnaire dans le boîtier d'injecteur (2), et délimitée par le corps d'injecteur (15) mobile. 8 ) Injecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le corps d'injecteur (15) ferme la chambre d'injecteur (21) avec une arête d'étanchéité à haute pression (23), appliquée contre le siège d'étanchéité (24) du boîtier d'injecteur (2). 9 ) Injecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité du côté de la sortie du corps d'injecteur (15) comporte un tiroir de fuite (25) avec une arête de commande (26) coopérant avec une arête de commande (27) prévue du côté de la sortie du boîtier de l'injecteur (2). ) Injecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le branchement à haute pression (3, 9) central est introduit avec un élé- ment de serrage (4) muni d'une arête d'étanchéité (13), de façon étanche dans le boîtier de l'injecteur (2).