Brevet FR2811022A1 — publié le 20020104

Domaine technique La présente invention concerne un injecteur de carburant à haute pression fourni par une alimentation d'une chambre à haute pres- sion et agissant sur une pièce de commande actionnée par le volume de carburant contenu dans la chambre de commande, une alimentation et une sortie de la chambre de commande étant munies d'éléments d'étranglement et la chambre de commande se déchargeant en pression par l'intermédiaire d'un élément de soupape actionné par un actionneur. Le rendement des pièces de commande utilisées dans les systèmes d'injection à chambre à haute pression (rampe commune) dé- pend fortement du volume de carburant qui passe à l'ouverture de la con- duite d'alimentation dans la chambre à haute pression, sous l'effet de la pression extrêmement élevée qui règne à cet endroit, dans la sortie de car- burant en aval. Plus ce volume de carburant est faible (et il en est ainsi du volume de carburant nécessaire à la commande de pièce de commande), et plus élevé sera le rendement de l'injecteur. A côté d'un rendement élevé d'un injecteur pour des moteurs thermiques à injection directe, il est par- ticulièrement important que de tels composants soient compacts. Etat de la technique Le document DE 198 35 494A1 concerne un ensemble pompe/injecteur. Cet ensemble assure l'alimentation en carburant de moteurs thermiques à injection directe dans la chambre de combustion à l'aide d'une unité de pompe servant à l'établissement d'une pression d'injection ainsi qu'à l'injection du carburant par un injecteur dans la chambre de combustion. L'unité pompe-injecteur comporte une unité de commande ainsi qu'une soupape de commande réalisée comme soupape de type A s'ouvrant vers l'extérieur et une unité d'actionnement de sou- pape pour commander la montée en pression dans l'unité de pompe. Pour créer une unité pompe-injecteur avec une unité de commande de cons- truction simple, peu encombrante et ayant un temps de réponse court, selon le document DE 198 35 494 A1, l'unité d'actionnement de la sou- pape est constituée par un actionneur piézo-électrique. Dans cette solution, à l'intérieur de l'organe de transmis- sion, il est prévu un anneau de guidage coulissant axialement. A l'intérieur de cet anneau de guidage, il y a une tige de soupape précon- trainte par une rondelle en U et un ressort Belleville contre le corps de la soupape. L'anneau de guidage s'applique par un siège plat contre le corps de soupape. Le siège plat peut également être réalisé par d'autres formes de siège. L'élément à ressort agit sur l'anneau de guidage qui s'appuie contre l'organe de transmission. L'élément de ressort est réalisé sous la forme d'un ressort de compression. L'unité d'actionnement de la soupape et la soupape de commande sont disposées pour que leurs axes longitudi- naux soient alignés. Le dispositif de partie de commande connu selon le document DE 198 35 494 A1 nécessite des tolérances de fabrication très strictes, coûteuses à respecter, notamment pour le diamètre qui doit être très précis. Les exigences de tolérance très élevées imposées aux pièces nécessitent une fabrication compliquée avec une mise en oeuvre de moyens de fabrication importants et des conditions très strictes de préci- sion des mesures des pièces. Exposé 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 que la pièce de commande est guidée dans le corps de l'injecteur par deux segments de guidage. Les avantages de la solution de l'invention résident en par- ticulier dans le fait que la partie de commande de la soupape de com- mande est guidée dans deux moyens de guidage situés dans des boîtiers séparés. Les moyens de guidage peuvent ainsi se fabriquer d'une manière beaucoup plus simple pour les tolérances exigées et ainsi par une fabrica- tion moins coûteuse. De plus, la construction de l'injecteur selon la solu- tion proposée est plus simple, car par comparaison aux solutions connues de l'état de la technique, il faut moins de pièces mobiles. La réalisation de deux zones de diamètre sur la pièce de commande permet en outre d'avoir une pièce de commande qui ferme plus proprement; cela correspond à l'entrée de la pièce de commande dans sa surface formant siège qui ferme l'alimentation de la buse dans le corps de l'injecteur. Le mouvement de pénétration est soutenu par un élément de ressort monté sur la pièce de commande de façon à ne pas fléchir et s'appuyer contre une collerette à l'intérieur du boîtier de l'injecteur. Les deux zones de diamètres différents des segments de guidage réalisés sur la pièce de commande, assure une fermeture garantie et très rapide de la cavité du côté de l'huile de fuite dans le boîtier de l'injecteur; cela évite toute perte de volume de carburant et se traduit par une augmentation du rendement de la pièce de commande de l'injecteur, logée dans des moyens de guidage indépendants. Comme une arête de commande assurant l'étanchéité de la cavité entre les deux segments de guidage est prévue sur la pièce de com- mande, cette pièce de commande formée selon l'invention, mobile dans deux moyens de guidage séparés l'un de l'autre, ne nécessite qu'un bran- chement d'huile de fuite. Cela permet une fabrication plus avantageuse du boîtier de l'injecteur en deux parties, avec une commande en pression pour des applications à un système de rampe commune. Comme le nom- bre de pièces mobiles est réduit considérablement, cela augmente égale- ment la durée de vie de l'injecteur commandé en pression. Dessin Un injecteur selon l'invention sera décrit ci-après de ma- nière plus détaillée à l'aide du dessin annexé dans lequel l'unique figure montre un injecteur commandé en pression pour un moteur thermique à injection directe et dont la pièce de commande comporte deux segments de guidage séparés l'un de l'autre, le second segment de guidage ayant une arête de commande coopérant avec le corps de l'injecteur. Description d'un mode de réalisation de l'invention Selon la figure unique, le boîtier 2 de l'injecteur 1 reçoit une pièce de commande 6 à symétrie de rotation par rapport à un axe de rota- tion 3. Une alimentation 4 dérivée de la chambre collectrice à haute pres- sion (non représentée ici), débouche dans le boîtier 2 de l'injecteur. Une réserve de carburant est prévue dans la chambre collectrice à haute pres- sion. Ce carburant est à une pression très élevée; la pression régnant dans la chambre à haute pression est appliquée par l'alimentation 4 ve- nant de la chambre à haute pression dans une chambre de buse 25 réali- sée dans le boîtier 2 de l'injecteur. Une alimentation 5 pour la buse dérive de la chambre de buse 25; cette alimentation 5 est réalisée dans le corps de l'injecteur sous la forme d'un canal 18 pour alimenter une buse d'injection non représentée ici, et de lui fournir la dose à injecter dans la chambre de combustion d'un moteur thermique à injection directe. Une pièce de commande 9 se trouve dans la zone supé- rieure de l'injecteur 1 selon la figure unique. La pièce de commande 9 peut être une bille comme à l'exemple de la figure unique; cette bille est ac- tionnée par une unité d'actionnement non représentée en détail ici. Il peut s'agir d'un électro-aimant ou d'un actionneur piézo-électrique. La pièce de commande 9 sollicitée par l'actionneur dans la direction d'action 1l 1 ferme un diamètre formant siège 7 dans lequel débouche un organe d'étranglement de sortie 8 prévu du côté de la sortie. L'organe d'étranglement 8 est issu d'une chambre de commande 12 prévue dans le boîtier 2 de l'injecteur et dans laquelle arrive en continu du carburant sous une pression élevée par l'intermédiaire d'un organe d'étranglement d'alimentation 16. La chambre de commande 12 est ainsi à une pression s élevée régnant dans l'alimentation de la chambre à haute pression 4. Le volume de commande reçu dans la chambre de com- mande 12 peut soulever et abaisser la pièce de commande 6 symétrique en rotation par rapport à l'axe de symétrie 3. La surface frontale 13 de la pièce de commande 6, c'est-à-dire un premier segment de guidage 6.1 pé- nètre dans la chambre de commande 12 pour la position de la pièce de commande 6 représentée à la figure. Ce premier segment de guidage 6.1 de la pièce de commande a un premier diamètre dl et elle est guidée dans un premier segment de perçage du corps 1 de l'injecteur. Le premier seg- ment de guidage 6.1 se poursuit par une zone rétrécit 6.3 de la pièce de commande 6, cette zone rétrécie se poursuit par un second segment de guidage 6.2 avec un second diamètre d2 inférieur au diamètre dl du pre- mier élément de guidage 6.1. Le second segment de guidage 6.2 est guidé dans le boîtier 2 de l'injecteur dans un perçage de diamètre plus faible d2; il est traversé par un perçage transversal 21 et il comporte un perçage coaxial 24 débouchant dans la chambre 25 de la buse dans le boîtier 2 de l'injecteur. Au niveau du second segment de guidage 6.2 de la pièce de commande 6, on a réalisé un siège 23 dans lequel s'enfonce la zone infé- rieure conique du second segment de guidage 6.2 de la pièce de com- mande aussi longtemps que la chambre de commande 12 n'est pas déchargée en pression par l'actionnement de l'actionneur piézo-électrique ou de l'électro-aimant sollicitant la pièce de commande 6. Le boîtier 2 de l'injecteur comporte en outre une cavité 15 délimitée du côté de l'huile de fuite par les deux segments de guidage 6.1, 6.2; une conduite d'huile de fuite 14 est issue de cette cavité pour débou- cher dans le sens indiqué dans la flèche 28 dans le réservoir de carburant, sans pression, non représenté ici. La cavité 15 délimitée par la surface frontale respective du premier et du second segments de guidage 6.1, 6.2 comporte une surface d'appui 20, annulaire contre laquelle s'appuie une extrémité d'un élément de ressort 19. L'extrémité opposée de cet élément s'appuie contre la surface frontale supérieure du second segment de gui- dage 6.2 de la pièce de commande correspondant au second diamètre d2. Une arête de commande 27 est réalisée sur la surface périphérique du se- cond segment de guidage 6.1; cette arête coopère avec une arête de com- mande correspondante du boîtier 2 de l'injecteur et porte ici la référence 26. Lors de la commande de l'actionneur piézo-électrique ou électromagnétique sollicitant la soupape de commande 9, celle-ci est dé- chargée en pression et se dégage de son diamètre formant siège 7, car la force appliquée, (indiquée par la flèche 11) n'est plus exercée. Une partie du volume de liquide de commande de la chambre de commande 12 s'échappe par l'organe d'étranglement de sortie 8, du côté de l'huile de fuite, si bien que la pièce de commande 6 se soulève dans la direction ver- 1o ticale. La surface frontale 13 réalisée sur le premier segment de guidage 6.1 de la pièce de commande 6 se déplace en comprimant l'élément de ressort 19, pour pénétrer en partie dans la chambre de commande 12 et refouler le volume de commande à travers l'organe d'étranglement de sor- tie. La zone conique du second segment de guidage 6.2 de diamètre d2, se dégage de son diamètre 23 formant siège et libère le passage 5 relié à la buse d'injection. Du carburant à une pression extrêmement élevée corres- pondant à l'alimentation 4 venant de la chambre à haute pression (rampe commune) arrive ainsi sur la buse d'injection. Par convention l'expression " huile " utilisée dans la présente description est synonyme de carburant. A l'instant auquel se fait la décharge en pression de la chambre de commande 12 par l'actionnement de la soupape de com- mande 9 et le mouvement de soulèvement vertical de la pièce de com- mande 6, l'arête de commande 27 réalisée sur la surface périphérique extérieure du second segment de guidage 6.2 recouvre l'arête de com- mande correspondante 26 du boîtier 2 de l'injecteur; elle assure ainsi l'étanchéité de la cavité 15 entre le premier segment de guidage 6.1 et le second segment de guidage 6.2 de la pièce de commande 6 vis-à-vis du carburant d'entrée, à haute pression provenant de la conduite 5 de la chambre à haute à haute pression, pour la couper de la sortie de l'huile de fuite 14. La course 22 réglable par le volume de carburant qui s'échappe de la chambre de commande 12 est dimensionnée pour qu'à l'ouverture du siège 23 par la pièce de commande 6 qui remonte, l'arête de commande 26 du côté du boîtier 2 de l'injecteur 1 est recouverte efficacement. Le mouvement vertical de la pièce de commande 6 qui se fait dans la direc- tion de levée sur la hauteur 22, est soutenu par le rapport des diamètres. Le diamètres di du premier segment de guidage 6.1 est considérablement plus grand que le diamètre d2 du second segment de guidage 6.2 de la pièce de commande 6. Grâce à la pression élevée régnant dans la cavité 15 par l'intermédiaire du perçage axial 24, du perçage transversal 21 et de l'ouverture entre le segment 6.3 et la surface périphérique de la collerette 22, le mouvement de soulèvement de la pièce des commande 6 est soute- nu dans la chambre de commande 12 par l'échappement du volume de commande à travers l'organe d'étranglement de sortie 8; cela permet un chevauchement rapide des deux arêtes de commande 27, 26. Cela permet de prévoir seulement un branchement d'huile de fuite 14 dans le boîtier 2 de l'injecteur 1 selon l'unique figure, car celui-ci se situe dans la plage transitoire entre le premier segment de guidage 6.1 et le second segment de guidage 6.2. La pièce de commande 6 symétrique en rotation par rapport à son axe de symétrie 3, est guidée dans le boîtier 2 de l'injecteur, dans des segments de perçage correspondants, par les deux segments de gui- dage 6.1, 6.2 indépendants l'un de l'autre. Les segments de perçage dans le boîtier 2 de l'injecteur de même que les segments de guidage 6.1 et 6. 2 sont réalisés avec des classes de diamètre différentes dl, d2; découplés l'un de l'autre, on peut ainsi les réaliser d'une manière beaucoup plus avantageuse aboutissant globalement à une construction plus simple pour des applications à des chambres à haute pression et les injecteurs utilisés dans de tels systèmes. La solution selon l'invention permet notamment de réduire le nombre de pièces mobiles par comparaison aux solutions de l'état de la technique, si bien que globalement on allonge de manière con- sidérable la durée de vie d'un injecteur destiné à des telles applications à haute pression. De manière avantageuse, le segment 6.3 situé entre le premier segment de guidage 6.1 et le second segment de guidage 6.2 peut servir au guidage du ressort de compression 19 pour éviter que celui-ci ne fléchisse. Dans le corps de l'injecteur, on peut percer ou réaliser d'une manière différente la conduite d'huile de fuite 14 et le canal 18 qui débouchent dans la conduite d'alimentation 5 reliée à l'injecteur. Un per- çage 17 parallèle à l'axe de rotation 3 à travers le corps de l'injecteur dé- bouche dans un organe d'étranglement d'alimentation 16. Par cet organe d'étranglement d'alimentation 16 qui communique avec la chambre de commande 12 du boîtier 2 de l'injecteur, et qui reçoit le volume de com- mande, la chambre de commande 12 reçoit toujours la pression de carbu- rant élevée appliquée à la conduite d'alimentation 4 de la chambre à haute pression, ce qui permet une réponse directe de la pièce de commande 6 à une décharge en pression de la chambre de commande 12, par l'ouverture de la soupape de commande 9. La configuration présentée ci-dessus permet de réaliser et de faire fonctionner des dispositifs à trois/deux soupapes comme des dis- positifs à deux/deux soupapes; dans cette soupape de commande, on au- ra toujours la pression élevée régnant dans la chambre à haute pression, appliquée par la conduite d'alimentation 4 venant de la chambre à haute pression à la chambre 25 de la buse dans le boîtier 2 de l'injecteur. REVEND I CATIONS 1 ) Injecteur pour injecter du carburant à haute pression fourni par une alimentation (4) d'une chambre à haute pression et agissant sur une pièce de commande (6) actionnée par le volume de carburant contenu dans la chambre de commande (12), une alimentation (16) et une sortie (8) de la chambre de commande (12) étant munies d'éléments d'étranglement et la chambre de commande (12) se déchargeant en pression par l'intermédiaire d'un élément de soupape (9) actionné par un actionneur, caractérisé en ce que la pièce de commande (6) est guidée dans le boîtier de l'injecteur par deux segments de guidage (6.1, 6.2). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé par une cavité (15) du côté de l'huile de fuite, délimitée par un premier segment de guidage et par un second segment de guidage (6.1, 6.2). 3 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier segment de guidage (6.1) a un premier diamètre (dl) et le se- cond segment de guidage (6.2) un second diamètre (d2). 4 ) Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre (dl) du premier segment de guidage (6.1) dépasse celui du se- cond segment de guidage (6.2). ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (2) comporte un élément de ressort (19) agissant sur une face frontale du second segment de guidage (6.2) et soutenant le mouvement de fermeture de la pièce de commande (6) dans son siège (23). 6 ) Injecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de ressort (19) est appuyé contre une surface de butée (20) du boîtier (2). 7 ) Injecteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé par une arête de commande (27) réalisée sur le second segment de gui- dage (6.2). 8 ) Injecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de ressort (19) entoure le segment rétréci (6.3) de la pièce de commande (6) et est reçu par cette pièce. 9 ) Injecteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lors de la décharge en pression de la chambre de commande (12), la course de soulèvement (22) de la pièce de commande (6) ferme la cavi- té (15).