Brevet FR2816369A1 — publié le 20020510

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 dans lequel un actionneur impose un mouve- ment à un organe formant soupape dans le boîtier de l'injecteur et un siège d'étanchéité d'un élément d'obturation du boîtier de l'injecteur, est commandé pour ouvrir ou fermer une alimentation venant d'une chambre collectrice à haute pression. Pour injecter avec des systèmes d'injection du carburant à o0 haute pression dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, à côté d'autres exigences, de tels systèmes doivent répondre aux caractéristiques suivantes: La pression d'injection et la quantité injectée doivent pou- voir être déterminées indépendamment l'une de l'autre pour chaque point de fonctionnement du moteur à combustion interne pour avoir un degré de liberté supplémentaire pour former le mélange. Au début de l'injection, la quantité injectée doit être aussi faible que possible pour tenir compte du retard d'allumage entre le début de l'injection et l'établissement du front de flamme dans la chambre de combustion. Pour avoir une pression d'injection constante pour tous les cylindres du moteur à combustion in- terne, on utilise des chambres collectrices à haute pression (rampe com- mune) servant de distributeur commun de carburant. Une pression très élevée règne dans ces chambres collectrices de sorte qu'à l'ouverture d'un injecteur, on peut maintenir constante la pression d'injection pour tous les autres injecteurs. Etat de la technique Le document DE-197 01 879-A1 décrit une installation d'injection de carburant de moteur à combustion interne. Ce système d'injection est équipé d'une chambre collectrice à haute pression com- mune (rampe commune), remplie de carburant par une pompe à haute pression. Cette chambre collectrice à haute pression est reliée par des conduites d'injection aux injecteurs pénétrant dans chaque chambre de combustion du moteur à combustion interne ainsi alimenté. Les mouve- ments d'ouverture et de fermeture des injecteurs sont chaque fois com- mandés par une soupape de commande électrique. La partie de commande de la soupape réalisée sous la forme d'un distributeur à 3/2 voies relie une conduite à haute pression débouchant à une ouverture d'injection de l'injecteur avec la conduite d'injection ou avec la conduite de décharge. L'organe de commande de la partie de commande comporte une chambre de travail, hydraulique qui peut être remplie par du carburant à haute pression. Cet organe d'obturation peut être commandé à l'ouverture pour actionner la position de réglage de l'organe de la soupape de com- mande dans le canal de décharge. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvé- nients des solutions connues et concerne à cet effet un injecteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'un élément d'étranglement à effet permanent et un élément d'étranglement réglable par l'organe de soupape sont en dérivation de l'alimentation de buse à la chambre de buse. La solution selon l'invention permet de réaliser de manière très simple un injecteur commandé en pression pour injecter du carbu- rant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. La solution selon l'invention permet à l'alimentation de buse prévue du côté haute pression, vers la chambre de buse entourant l'aiguille de buse, d'avoir deux points d'étranglement permettant de réguler la fin de com- mande. L'un des éléments d'étranglement recevant la haute pression par l'alimentation de buse est disposé pour être fermé ou être ouvert par le tiroir coulissant dans le boîtier de l'injecteur alors que l'élément d'étranglement situé en dessous de celui-ci est positionné par rapport au tiroir pour recevoir en permanence la haute pression. Le premier élément d'étranglement est situé de façon à se fermer ou s'ouvrir par le chevau- chement entre le tiroir et l'arête de commande du boîtier de l'injecteur en étant accessible à une régulation par la commande d'un actionneur piézo- électrique. La solution selon l'invention permet une fermeture plus ra- pide de l'aiguille de buse venant contre son siège de sorte que la quantité de carburant injectée au début de la pré injection, reste faible et permet ainsi de tenir compte du retard à l'allumage. Suivant la fin souhaitée pour l'injection, on peut commander l'ouverture de l'élément d'étranglement du côté du tiroir pour avoir une sortie d'une quantité plus importante de car- burant à la pression élevée et venant de la sortie de buse grâce aux autres éléments d'étranglement, pour que l'aiguille de buse se ferme plus rapi- dement et puisse être conduite de façon étanche contre son siège. A côté de l'élément d'étranglement à action permanente qui ne peut être fermé par le tiroir, il est prévu un autre l'élément d'étranglement commandé, qui crée une possibilité d'intervention sur la décharge en pression dans l'alimentation de la buse pour arriver à une fermeture plus rapide de la buse d'injection. Les remarques faites ci- dessus à propos de la phase de pré injection s'appliquent également à la phase d'injection principale et à la phase de post-injection par l'injecteur pendant l'injection de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, l'actionneur agit avec interposition d'un élément d'obturation sur la sur- face frontale de l'organe de soupape. Au niveau des embouchures des élé- ments d'étranglement, l'organe de soupape comporte une chambre annulaire, en étant réalisé en forme de tiroir; l'organe de soupape est pré- contraint dans le boîtier de l'injecteur par un ressort de rappel qui agit dans le sens de fermeture de l'élément d'obturation pour l'appliquer contre sa surface formant siège. Un perçage commun partant de l'alimentation de buse est prévu en amont des éléments d'étranglement du côté de l'alimentation de la buse, l'élément d'étranglement réglable est positionné dans le boîtier pour que toute sa section dans le boîtier de l'injecteur soit ouverte par le tiroir et l'arête de commande lorsque l'élément d'obturation est appliqué contre son siège d'étanchéité. L'alimentation de la chambre collectrice à haute pression se trouve audessus de l'alimentation de buse par rapport à la chambre, ou bien en dessous de l'alimentation de buse par rapport à la chambre, l'embouchure d'une conduite de fuite est prévue en regard de la chambre annulaire du côté du tiroir. De plus, l'unité d'actionnement du distributeur à 2/2 voies est un actionneur piézoélectrique. 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 comportant une cavité du côté du boitier en dessous de l'actionneur, - la figure la montre à échelle agrandie, la position des points d'étranglement dans l'alimentation de buse par rapport au tiroir et au côté haute pression, et - la figure 2 montre une variante de réalisation de la cavité prévue du côté du boîtier et qui se trouve dans la zone supérieure de l'injecteur. Description des modes de réalisation La vue en coupe longitudinale de la figure 1 d'un injecteur selon l'invention correspond à une première variante de réalisation de cet injecteur. L'injecteur selon l'invention représenté à la figure 1 comprend un boîtier 2 dans lequel est prévue une chambre 7 au-dessus d'un organe de soupape 6 en forme de tiroir. La chambre 7 reçoit une soupape ou distributeur à 2/2 voies réalisées ici par un élément en forme de bille portant la référence 3. Au-dessus de la chambre 7 prévue dans le boîtier se trouve un actionneur agissant dans la direction de la flèche 4. Cet actionneur sollicite avec interposition de l'élément d'obturation 3 de la soupape ou distributeur à 2/2 voies, l'organe formant soupape 6 coulissant dans le boîtier 2 de l'injecteur. L'actionneur peut être un actionneur piézoélectri- que ou un actionneur hydraulique-mécanique. De plus pour actionner le distributeur à 2/2 voies, l'injecteur peut comporter une électrovanne. Tous les actionneurs utilisés pour le distributeur ou soupape à 2/2 voies ont en commun un temps de réponse court. Au-dessus de la chambre de soupape 7 dans le boîtier d'injecteur 2 débouche un perçage d'alimentation 5 venant d'une chambre collectrice à haute pression (rampe commune). Sous l'ouverture fermée par l'organe d'obturation du distributeur à 2/2 voies, par laquelle débou- che l'alimentation 5 de la chambre collectrice à haute pression (rampe commune) la chambre 7 communique avec un perçage transversal 13. Le perçage transversal 13 débouche de son côté dans un perçage d'alimentation de buse 14 parallèle à l'axe de l'organe de soupape dans le boîtier 2; cette embouchure portant la référence 24 arrive dans la cham- bre de buse 23 réalisée dans le boîtier 2 de l'injecteur. L'élément d'obturation constitué par un corps en forme de bille du distributeur à 2/2 voies s'appuie d'un côté contre une tige de poussée ou poussoir sollicitée par l'actionneur 4 et s'appuie de l'autre côté contre la surface frontale 36 de l'organe de soupape 6 en forme de tiroir. L'organe de soupape 6 en forme de tiroir qui s'étend à partir de la chambre 7 prévue dans le boîtier s'étend vers le bas et constitue une pièce ayant une symétrie de rotation entourée par le perçage 34 réalisé dans le boîtier 2 d'injecteur. Sur l'organe de soupape 6 en forme de tiroir est formé une chambre annulaire 8 située au niveau des points d'embouchure de deux éléments d'étranglement 30, 31 prévus dans le boîtier 2 de l'injecteur (fi- gure la). En regard de ces deux éléments d'étranglement, le boîtier 2 de l'injecteur présente un perçage transversal 9 débouchant dans une sortie de liquide de fuite 10; cette sortie renvoie le carburant en excédent dans le réservoir. La chambre annulaire 8 de l'organe de soupape 6 constitue un point d'étranglement permettant l'évacuation de carburant à haute pression sortant par les éléments d'étranglement du boîtier à travers le perçage transversal 9 du boîtier 2 de l'injecteur dans la conduite 10 de sortie de liquide de fuite. Sous la chambre annulaire 8 et contre l'organe de soupape 6 on a un ressort de rappel 15 s'appuyant d'un côté contre une rondelle 16 placée dans le boîtier 2 de l'injecteur et de l'autre côté contre la surface frontale inférieure de l'organe de soupape 6. Le ressort de rappel 15 assure l'appui de la surface frontale 36 du côté du tiroir contre l'élément d'obturation 3 en forme de bille. Pour prolonger la durée de vie de la surface frontale 36 fortement sollicitée mécaniquement de l'organe de soupape 6, on peut traiter cette surface par un procédé particulier pour assurer une durée de vie importante à l'injecteur selon l'invention tel que représenté à la figure 1. Sous le point d'appui 16 formé par l'insert ou rondelle dans le boîtier 2 de l'injecteur se trouve une chambre à ressort 19. La chambre à ressort 19 reçoit un ressort d'étanchéité 18 en forme de ressort hélicoï- dal qui s'appuie contre la face inférieure de l'insert 16 en forme de ron- delle; le ressort d'étanchéité s'appuie de l'autre côté contre une pièce conique 20. La pièce conique coopère par sa surface d'appui en forme de tronc de cône avec la surface frontale 35 de l'aiguille de buse. L'aiguille de buse 21 logée dans le boîtier 2 de l'injecteur s'étend dans la direction lon- gitudinale, vers le bas, dans une chambre de buse 23. A l'intérieur de la chambre de buse 23 on a un gradin de pression 22 réalisé sur l'aiguille de buse 21. Cette aiguille 21 est pressé par le ressort d'étanchéité 18 contre son siège de buse 25. Sous le gradin de pression 22 de l'aiguille de buse 21, l'aiguille se poursuit en direction du siège de buse 25 par une partie de diamètre réduit par rapport à celui du côté du gradin de pression 22. La référence 25 désigne le siège de buse par lequel on ferme l'orifice d'éjection 26 réalisé dans le boîtier d'injecteur 2. Il est à remarquer qu'à la place de l'unique orifice d'éjection 26 prévu ici on peut envisager plusieurs orifices d'éjection répartis suivant l'axe de symétrie de l'aiguille de buse 21 ou de l'organe de soupape 6 dans le boîtier 2 de l'injecteur, au niveau de la zone de la buse d'éjection pénétrant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. On peut avoir selon un modèle d'orifices 4, 6 ou plusieurs orifices d'éjection 26 répartis suivant un cercle. L'orifice d'éjection 26 traverse suivant un même diamètre, la paroi 27 du boîtier 2 de l'injecteur. Par l'orifice d'éjection 26, du carburant à haute pression traverse sous l'effet du mouvement d'ouverture de l'aiguille 21 contre s l'action du ressort d'étanchéité 27, l'aiguille 21 effectuant son mouvement d'ouverture, pour arriver dans la chambre à combustion du moteur à combustion interne. L'injecteur selon la variante de réalisation de la figure 1 fonctionne de la manière suivante: Par la commande de l'actionneur piézoélectrique dans la di- rection d'action selon la flèche de la figure 1, la tige de poussée agit sur l'organe d'obturation en forme de bille de la soupape à 2/2 voies. La péri- phérie de l'élément de fermeture en forme de bille libère ainsi son siège d'étanchéité et le carburant appliqué à partir de la chambre collectrice à haute pression par l'alimentation 5 et qui est à une pression extrêmement élevée, pénètre brutalement dans la chambre 7 du boîtier d'injecteur 2. La chambre 7 de la vue de la figure 1 permet au carburant de passer par le perçage transversal 13 du boîtier de l'injecteur pour arriver dans l'alimentation de buse 14 à la pression élevée, dans la chambre de buse 23. La quantité de carburant à pression élevée qui arrive dans la chambre de buse 23 du boîtier 2 de l'injecteur configuré selon l'invention, agit sur le gradin de pression 22 de l'aiguille de buse 21 en exerçant une force d'ouverture s'opposant à la force de fermeture générée par le ressort d'étanchéité 18 logé dans la chambre à ressort 19. Suivant la pression ré- gnant dans la chambre collectrice à haute pression et qui arrive dans la chambre de buse 23, l'aiguille de buse 21 s'ouvre contre l'action du res- sort 18. L'aiguille de buse 21 remonte et s'appuie contre le ressort d'étanchéité 18 et contre l'élément d'appui 16 en forme de rondelle placé dans le boîtier de l'injecteur. L'aiguille de buse 21 remonte et libère le siège d'étanchéité 25 de sorte que le carburant à pression élevée arrive à travers l'orifice d'éjection 26 dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne, par exemple pendant la phase de préinjection. Pour permettre une fermeture rapide de l'aiguille d'injecteur 21, l'alimentation de buse 14 comporte deux éléments d'étranglement 30, 31. L'élément d'étranglement inférieur 31 constitue un élément d'étranglement sollicité en permanence car cet élément ne peut être recou- vert par le tiroir 11 de l'organe de soupape 6 et ne risque pas d'être ainsi fermé. C'est ainsi qu'à la fin de la phase de pré injection on a par exemple une décharge en pression de l'alimentation 14 de la buse par celui des éléments d'étranglement 30, 31 qui est inférieur, tous deux étant prévus du côté du boîtier. A partir de l'embouchure de l'élément d'étranglement 31, du carburant à pression élevée arrivera dans la chambre de buse 23 et l'alimentation de buse 14, dans la chambre annulaire 8 à l'intérieur du perçage 34 du tiroir prévu du côté du boîtier, pour arriver dans la con- duite de fuite 10 par l'intermédiaire du perçage transversal 9. De là le car- burant revient au réservoir pour être de nouveau comprimé par une pompe à haute pression prévue dans le circuit et arriver dans la chambre collectrice à haute pression du système d'injection de carburant. La vue de la figure la montre la position à échelle agrandie des points d'étranglement par rapport au distributeur, selon une vue plus détaillée. Pour arriver à une poursuite de la décharge en pression de l'alimentation de buse 14 soumise au carburant à haute pression et ainsi de la chambre de buse 23 entourant l'aiguille de buse 21, on peut obtenir par la poursuite de l'ouverture de l'organe de soupape 6 en forme de tiroir, que le tiroir 11 remonte par l'actionnement de l'actionneur 4 pour que l'arête de tiroir 11 arrive jusqu'au niveau de l'arête de commande 12 du côté du boîtier et libère ainsi toute la section de l'élément d'étranglement supérieur 30. Cette libération de l'élément d'étranglement 30 prévu en plus permet la sortie d'un volume plus important de carburant de l'alimentation de buse 14 par la chambre annulaire 8 vers la conduite de sortie de liquide 9, 10 selon la figure 1. Les deux canaux formant les élé- ments d'étranglement 30, 31 sont précédés d'un perçage 32 commun aux deux éléments d'étranglement. Entre les deux éléments d'étranglement 30, 31 réalisés sous la forme de canaux dans le boîtier 2 de l'injecteur, on a une nervure 33. Les deux canaux des éléments d'étranglement 30, 31 dé- bouchent à l'intérieur de la zone rétrécie de l'organe de soupape 6 configu- rée comme chambre annulaire 8, si bien que le carburant sortant des canaux des éléments 30, 31 peut revenir directement par le perçage trans- versal 9 et la conduite de fuite 10 dans le réservoir de carburant. Comme le tiroir 11 est conçu pour que sous l'effet du mouvement de remontée de l'organe de soupape 6 après actionnement par l'actionneur 4 recouvre seulement le canal de l'élément d'étranglement 30 supérieur, le tiroir 11 ne peut saisir par son action, le canal de l'élément d'étranglement infé- rieur; c'est pourquoi l'élément d'étranglement inférieur 31 constitue un point d'étranglement à effet permanent alors que contrairement à celui-ci, l'élément d'étranglement réglable prévu au-dessus de celui-ci est libéré totalement, partiellement ou à différents degrés par le mouvement du ti- roir 11 suivant le mouvement de remontée de l'organe de soupape 6 dans le boîtier 2 de l'injecteur, en libérant la section du canal de l'élément d'étranglement 30, réglable suivant sa commande par l'actionneur. La possibilité de réglage de la position de l'organe de sou- pape 6 ou de son arête de tiroir 11 par rapport à l'arête de commande 12 prévue du côté du boîtier permet de réaliser en plus de l'élément d'étranglement 31 à action permanente, un élément d'étranglement 30 ré- 0o glable dans le boîtier 2 de l'injecteur qui permet le cas échéant une com- mande de fermeture plus rapide de l'aiguille de buse 21 contre son siège ; ainsi, dans le cadre d'une phase de pré injection dans la chambre de combustion par l'orifice d'éjection 26, on peut injecter un volume de car- burant défini exactement en fonction du décalage de l'allumage. Grâce à la solution de l'invention, la quantité à injecter par préinjection n'est plus dégradée par l'ouverture brutale de l'aiguille de la buse et par les impréci- sions de la quantité à injecter, liées aux forces d'ouverture dynamiques; au contraire, dans le cadre de la pré injection on aura une fermeture beaucoup plus rapide de l'aiguille d'injecteur 21 contre son siège de sou- pape 25 ce qui est favorable au respect précis de la quantité de carburant dosée dans le cadre de la pré injection. La figure 2 montre une variante de réalisation de la cham- bre dans le boîtier de l'injecteur. La double flèche selon la figure 2 caractérise les mouve- ments d'actionnement d'un actionneur piézoélectrique 4; celui-ci effectue ces mouvements pour la soupape de commande du distributeur à 2/2 voies. Suivant la commande de l'actionneur 4 on aura une ouverture de l'élément d'obturation 3 en forme de bille par rapport à son siège d'étanchéité dans le boîtier 2 de l'injecteur ou une décharge en pression sur l'élément en forme de poussoir pour que l'élément d'obturation 3 constitué par un corps en forme de bille, vienne contre son siège d'étanchéité réalisé dans le boîtier. La référence 28 désigne l'alimentation venant de la chambre collectrice à haute pression débouchant dans la chambre 7 du boîtier 2 de l'injecteur et lui fournissant du carburant à haute pression. Par l'actionnement de l'actionneur dans le mouvement descendant, l'élément d'obturation 3 du distributeur à 2/2 voies est pous- sé vers le bas et l'organe de soupape 6 qui n'est représenté que schémati- quement, descend libérant le siège d'étanchéité dans la chambre 7 et ainsi le carburant sortant à haute pression de l'alimentation 28 venant de la chambre collectrice à haute pression passe par le perçage transversal 13 dans l'alimentation de buse 14. De cette alimentation de buse 14, le car- burant à haute pression arrive à la chambre de buse 23 pour y pénétrer et commander le mouvement d'ouverture de l'aiguille de buse 21 en agissant contre le ressort d'étanchéité 18 logé dans la chambre à ressort 19 (com- parer avec la vue de la figure 1). La variante de réalisation de la chambre 7 selon la figure 2 constitue une autre possibilité pour positionner l'alimentation de buse 28 ou 5 (figure 1) l'une par rapport à l'autre. 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 dans lequel un action- neur (4) impose un mouvement à un organe formant soupape (6) dans le boîtier (2) de l'injecteur, et un siège d'étanchéité d'un élément d'obturation (3) du boîtier (2) de l'injecteur est commandé pour ouvrir ou fermer une alimentation (5, 28) venant d'une chambre collectrice à haute pression, caractérisé en ce qu' un élément d'étranglement (31) à effet permanent et un élément d'étranglement (30) réglable par l'organe de soupape (6) sont en dérivation de l'alimentation de buse (14) à la chambre de buse (23). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur (4) agit avec interposition d'un élément d'obturation (3) sur la surface frontale (36) de l'organe de soupape (6). 3 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en qu' au niveau des embouchures des éléments d'étranglement (30, 31), l'organe de soupape (6) comporte une chambre annulaire (8), l'organe de sou- pape (6) étant réalisé en forme de tiroir. 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de soupape (6) est précontraint dans le boîtier (2) de l'injecteur par un ressort de rappel (15) qui agit dans le sens de fermeture de l'élément d'obturation (3) pour l'appliquer contre sa surface formant siège. 5 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un perçage commun (32) partant de l'alimentation de buse (14) est prévu en amont des éléments d'étranglement (30, 31) du côté de l'alimentation de la buse. 6 ) Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément d'étranglement réglable (30) est positionné dans le boîtier pour que toute sa section dans le boîtier (2) de l'injecteur soit ouverte par le ti- roir (11) et une arête de commande (12), lorsque l'élément d'obturation (3) est appliqué contre son siège d'étanchéité. 7 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation (5) d'une chambre collectrice à haute pression se trouve au- dessus de l'alimentation de buse (13, 14) par rapport à une chambre (7) prévue dans le boîtier (2) au dessus de l'organe formant soupape (6). 8 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation (28) d'une chambre collectrice à haute pression est en des- sous de l'alimentation de buse (13, 14) par rapport à une chambre (7) pré- vue dans le boîtier (2) au dessus de l'organe formant soupape (6). 9 ) Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'embouchure (9) d'une conduite de fuite (10) est prévue en regard de la chambre annulaire (8) du côté du tiroir. ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'actionnement de l'élément d'obturation en forme de distributeur à 2/2 voies (3) est un actionneur piézoélectrique.