Brevet FR2835885A1 — publié le 20030815

Etat de la technique La présente invention concerne un injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne comprenant un boîtier d'injecteur dans lequel est réalisé un perçage dont l'extrémité du côté de la chambre de combustion comporte un siège de soupape avec au moins un orifice d'injection, avec un élément de commande en forme de piston, installé de manière à coulisser longitudinalement dans le perçage, alors qu'entre l'élément de commande et le perçage une chambre de pression peut être remplie de carburant à pression élevée et l'élément de commande coopère par une surface d'étanchéité avec le siège de soupape pour commander au moins l'orifice d'injection. On connaît un tel injecteur de carburant par exemple selon le document DE-196 18 650-Al. Le boîtier de cet injecteur comporte un perçage dont l'extrémité située du côté de la chambre de combustion est fermée par un siège de soupape. Le siège de soupape comporte au moins un orifice d'injection qui relie le perçage à la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Le perçage reçoit une aiguille d'injecteur en forme de piston, coulissant longitudinalement ; entre l'aiguille d'injecteur et le perçage, on a une chambre de pression qui peut recevoir du carburant à pression élevée. Dans cet injecteur connu, l'aiguille comporte à son extrémité tournée vers le siège de soupape, une surface d'étanchéité conique coopérant avec le siège de soupape pour commander au moins un orifice d'injection. Le mouvement longitudinal de l'aiguille dans le perçage permet de relier l'ouverture d'injection à la chambre de pression ou de fermer cette communication ce qui permet de commander la durée et l'instant de l'injection. L'aiguille d'injecteur est guidée dans un segment du perçage, de manière étanche pour séparer la chambre de pression par rapport à la chambre de fuite existant dans l'injecteur. Dans cet injecteur de carburant, connu, l'établissement de la pression pour l'injection se fait par une conduite d'alimentation à haute pression fournissant du carburant à pression élevée à la chambre de pression. Pour disposer de la pression totale du carburant dans la chambre de pression en vue de l'injection, il faut éviter une perte de pression dans l'injecteur avant et pendant l'injection ce qui rend nécessaire une bonne étanchéité de la chambre de pression. L'aiguille d'injecteur connue est toutefois réalisée en un matériau non optimisé du point de vue de l'usure au niveau du siège de soupape, c'est-à-dire vis-à-vis des chocs et de l'usure par vibration. L'étanchéité de la chambre de pression ne peut se réaliser qu'avec un guidage serré de l'aiguille d'injecteur dans le perçage ce qui se traduit par des difficultés du point de vue du frottement et de l'usure dans cette zone. Pour réduire l'usure de l'aiguille dans le moyen de guidage, malgré le matériau de l'aiguille non optimum, il faut prévoir des moyens supplémentaires comme par exemple l'application d'un revêtement réduisant le frottement. Mais ces moyens sont coûteux et ne donnent pas en général des résultats optimisés. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un injecteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que l'élément de commande comporte un manchon de guidage et un organe formant soupape, le manchon de guidage s'appliquant par son extrémité située du côté de la chambre de combustion contre l'organe formant soupape, et la surface d'étanchéité est réalisée sur l'organe formant soupape. L'injecteur selon l'invention a l'avantage de séparer la fonction de guidage et celle de la surface d'étanchéité de sorte que ces deux pièces de l'élément de commande peuvent être optimisées suivant leurs fonctions respectives sans perturber la fonction de l'autre pièce. Ainsi l'élément de commande se compose d'un manchon de guidage dans son extrémité située du côté de la chambre de combustion comporte une cavité dans laquelle pénètre un bossage d'un organe formant soupape, la surface d'étanchéité étant réalisée sur l'organe formant soupape pour coopérer avec le siège de soupape pour commander au moins un orifice d'injection. L'organe formant soupape et le manchon de guidage sont fabriqués séparément et peuvent être réalisés dans des matériaux différents optimisés suivant leur fonction et selon des procédés de fabrication correspondants. Cela permet d'effectuer également des traitements thermi- ques différents sur les deux pièces et de les rendre plus résistants à l'usure. Avantageusement le manchon de guidage comporte une cavité à son extrémité située du côté de la chambre de combustion pour recevoir un bossage de l'organe formant soupape. Selon un développement avantageux de l'invention, la cavité dans le manchon de guidage est un perçage borgne coaxial à l'axe longitudinal du manchon de guidage et dont l'extrémité ouverte est tournée vers l'organe formant soupape. Le bossage de l'organe formant soupape est de forme cylindrique correspondante et il est particulièrement avantageux que le diamètre extérieur du bossage de forme cylindrique soit inférieur au diamètre intérieur de la cavité. Ainsi l'organe formant soupape aura une liberté de mouvement dans la direction radiale par rapport au manchon de guidage si bien que le cône de la surface d'étanchéité de la soupape pourra s'adapter au cône du siège de soupape sans détériorer les qualités de guidage du manchon de guidage dans le perçage. Avantageusement le manchon de guidage est guidé dans un segment du perçage opposé à la chambre de combustion. De plus si le bossage de l'organe formant soupape est de forme cylindrique, le diamètre extérieur du bossage cylindrique est inférieur au diamètre intérieur de la cavité. Selon un développement avantageux de l'invention, l'organe formant soupape est symétrique en rotation, et le bossage ainsi que la surface d'étanchéité de l'organe formant soupape en constituent les deux extrémités. Un tel organe formant soupape se fabrique de manière simple et grâce à sa réalisation symétrique en rotation, son montage dans l'injecteur ne présente aucune difficulté. Selon un autre développement avantageux, le boîtier de l'injecteur comprend un corps d'injecteur et un corps de support d'injecteur, le corps d'injecteur étant adjacent au corps de support et le manchon de guidage est guidé dans le corps de support. Grâce à la réalisation du siège de soupape dans une partie de l'injecteur de carburant et au guidage du manchon de guidage dans l'injecteur de carburant, dans des pièces différentes, on pourra non seulement optimiser le manchon de guidage et l'organe formant soupape suivant la fonction respective mais également la matière de la pièce dans laquelle est réalisé le perçage ou dans laquelle est guidé le manchon de guidage. Selon un autre développement avantageux, dans le manchon de guidage un perçage longitudinal suivant l'axe longitudinal relie la cavité à une chambre de fuite dans laquelle règne toujours une pression de carburant plus faible. Ainsi la cavité du manchon de guidage est toujours sans pression de même que la chambre de fuite, et l'organe formant soupape est pressé ainsi par la pression régnant dans la chambre de pression contre le manchon de guidage et se déplace ainsi dans tous les cas en synchronisme avec ce manchon. Il est en outre avantageux que la surface d'appui contre le manchon de guidage soit en forme de rondelle annulaire et que l'organe formant soupape comporte également un épaulement annulaire en forme de rondelle annulaire, ces deux surfaces venant de manière étanche l'une contre l'autre et séparer ainsi la cavité par rapport à la chambre de pression. Cette réalisation permet de minimiser la fuite de carburant venant de la cavité à travers le perçage longitudinal pour atteindre la chambre de fuite de sorte que le niveau de pression dans la chambre de pression et au niveau du siège de soupape n'est pas détérioré. Dessins La présente invention sera décrite de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'un injecteur de carburant représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant se- lon l'invention ; - la figure 2 est une vue à échelle agrandie de la partie portant la réfé- rence II à la figure 1, au niveau du siège de soupape ; - la figure 3 est une coupe longitudinale d'un autre exemple de réalisa- tion d'un injecteur de carburant. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon l'invention. Cet injecteur se compose d'un boîtier 1 dont une partie est un corps d'injecteur 3 comportant un perçage 6 d'axe longitudinal 18 dont l'extrémité située du côté de la chambre de combustion est délimitée par un siège de soupape 14 essentiellement conique. Plusieurs orifices d'injection 16 sont prévus dans le siège de soupape 14. Ces orifices relient le siège de soupape 14 à la chambre de combustion du moteur à combustion interne ; les orifices d'injection 16 sont répartis régulièrement à la périphérie du boîtier d'injecteur 1. Le perçage 6 reçoit un élément de commande sous la forme d'une aiguille d'injecteur 4 comportant un manchon de guidage 5 et un organe formant soupape 20. Le manchon de guidage 5 est symétrique en rotation son axe longitudinal coïncidant avec l'axe longitudinal 18 du perçage 6. Un manchon de guidage 5 est guidé de manière étanche dans le segment du perçage 6 du côté opposé à la chambre de combustion et ce manchon se rétrécit en formant un épaulement de poussée 7 du côté du siège de soupape 14. Entre le manchon de guidage 5 et la paroi du perçage 6, une chambre de pression 9 s'élargit radialement au niveau de l'épaulement 7. Un canal d'alimentation 12 est réalisé dans le corps 3 de l'injecteur. Ce canal dé- bouche dans l'élargissement radial de la chambre de pression 9 et fournit du carburant à haute pression à la chambre de pression 9. A son extrémité tournée vers le siège de soupape 14, le manchon de guidage 5 comporte une cavité 22 en forme de perçage borgne, coaxial à l'axe longitudinal du manchon de guidage 5. La cavité 22 est reliée par un perçage longitudinal 26 réalisé dans le manchon de guidage 5 à une chambre de fuite non représentée dans le dessin qui est toujours à une pression de carburant faible de sorte qu'il règne toujours une pression réduite dans la cavité 22. Entre le manchon de guidage 5 et le siège de soupape 14 se trouve l'organe formant soupape 20. Cet organe a un axe longitudinal qui coïncide avec l'axe longitudinal 18 du perçage 6. La figure 2 donne une représentation détaillée de l'organe de soupape 20, cette figure correspondant au détail portant la référence II à la figure 1 selon une échelle agrandie. L'organe de soupape 20 comporte à son extrémité située du côté de la chambre de combustion, une surface d'étanchéité 28 essentiellement conique qui coopère avec le siège de soupape 14 pour ouvrir et fermer au moins un orifice d'injection 16. L'organe formant soupape 20 comporte en outre un bossage de forme cylindrique 24 pénétrant dans la cavité 22 du manchon de guidage 5. Le diamètre du bossage 24 cylindrique est inférieur au diamètre maximum de l'organe formant soupape 20 pour réaliser un épaulement annulaire 32 dans l'organe formant soupape 20 ; cet épaulement vient en appui contre une surface d'appui 30 en forme de rondelle annulaire réalisée à l'extrémité du manchon de guidage 5 du côté de la chambre de combustion. Le fonctionnement de l'injecteur de carburant décrit cidessus est le suivant : Une force de fermeture agit sur le manchon de guidage 5 à l'aide d'un dispositif non représenté dans le dessin pour pousser le manchon de guidage 5 en direction du siège de soupape 14. Par la venue en appui contre l'épaulement annulaire 32 de l'organe de soupape 20, cet organe 20 est également pressé avec sa surface d'étanchéité 28 contre le siège de soupape 14 ce qui ferme les orifices d'injection 16. Pour injecter du carburant dans la chambre de combustion du moteur, on fait passer le carburant à pression élevée à travers le canal d'alimentation 12 dans la chambre de pression 9 pour qu'une force hydraulique s'appuie contre l'épaulement de poussée 7 et sur les parties de la surface d'étanchéité 28 de l'organe formant soupape 20. Dès que ces forces hydrauliques dépassent la force de fermeture appliquée au manchon de guidage 5, ce man- chon 5 se déplace et avec lui l'organe formant soupape 20 s'écarte du siège 14 si bien que la chambre de pression 19 est reliée au siège de soupape 14 et le carburant peut être injecté à travers les orifices d'injection 16 dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. En coupant l'alimentation en carburant dans la chambre de combustion 9 ou en augmentant la force de fermeture exercée sur le manchon de guidage 5 on fait glisser le manchon de guidage 5 vers le siège de soupape 14 et on pousse ainsi l'organe formant soupape 20 de nouveau en appui contre le siège de soupape 14. Cela se traduit de nouveau par la fermeture des orifices d'injection 16 et la fin de l'injection. Le fonctionnement de l'injecteur fait que lors du mouvement de fermeture l'aiguille 4 rencontre à vitesse élevée le siège de soupape 14. Pour commander le mouvement longitudinal des forces importantes sur l'aiguille d'injecteur 4 sont inévitables, car seulement des temps de commutation courts fournissent des injections précises même pour de très petites quantités de carburant. Pour réduire au minimum l'usure par choc et par vibration de l'organe formant soupape 20 contre le siège de soupape 14, on réalise l'organe formant soupape 20 en un acier approprié optimisé par un procédé de traitement thermique. L'acier de l'organe d'obturation 20 peut être différent de l'acier du manchon de guidage 5. Le manchon de guidage 5 est guidé de façon étanche dans le segment du perçage 6 du côté opposé à la chambre de combustion si bien qu'il se produit de l'usure entre le manchon de guidage 5 et la paroi du perçage 6, cette usure pouvant être réduite au minimum par le choix d'un acier approprié ayant une surface traitée de manière correspondante. Il est très difficile d'aligner exactement le manchon de guidage 5 sur le siège de soupape 14 c'est-à-dire de monter de manière appropriée l'axe du cône. Comme il subsiste du jeu entre le bossage 24 et la cavité 22 en forme de perçage borgne, l'organe formant soupape 20 peut se déplacer dans la direction radiale par rapport au manchon de guidage 5 de sorte que l'organe formant soupape 20 s'adapte de manière optimale au siège de soupape 14 sans détériorer le guidage du manchon 5 dans le per- çage 6. Si l'organe formant soupape 20 était relié rigidement au manchon de guidage 5, le guidage du manchon 5 dans le perçage 6 pourrait subir des efforts transversaux causant une usure importante et ainsi la défaillance prématurée de l'injecteur de carburant. La figure 3 montre un autre exemple de réalisation d'un injecteur de carburant selon l'invention. Le corps d'injecteur 4 se poursuit ici par un corps de support d'injecteur 2 serré axialement contre le corps de support d'injecteur 1 par un dispositif non représenté dans le dessin. Le manchon de guidage 5 n'est plus dans ce cas guidé dans le perçage 6 mais dans un perçage 31 approprié du corps de fixation d'aiguille 2. La fonction d'étanchéité de l'organe formant soupape 20 au niveau du siège de soupape 14 est ainsi totalement séparé de la fonction de guidage du manchon de guidage 5. Comme le corps d'injecteur 3 est optimisé du point de vue de la résistance au choc contre le siège de soupape 14, en dépla- çant le guidage du manchon de guidage 5 dans le corps de support de soupape 2, le matériau du corps de fixation d'injecteur 2 peut être optimisé pour réduire l'usure du guidage du manchon de guidage 5 dans le per- çage 31, pour aboutir à une meilleure tenue à l'usure. L'étanchéité de la chambre de pression 9 se fait là encore par le guidage étanche du manchon de guidage 5 dans le perçage 31. On peut également prévoir de guider l'organe de soupape 20 avec son bossage 24 dans la cavité 22 du manchon de guidage 5. Dans ce cas, on supprime certes la fonction d'auto-alignement de l'organe de soupape 20 par rapport au siège de soupape 14 mais cette liaison facilite le montage de l'injecteur de carburant dans le procédé de fabrication. Du fait du perçage longitudinal 26, la cavité 22 est toujours hors pression de sorte que l'organe formant soupape 20 peut être pressé par la force hydraulique exercée sur la surface d'étanchéité 28 contre le manchon de guidage 5 et que l'organe formant soupape 20 et le manchon de guidage 5 se déplacent toujours en synchronisme sans risque que l'organe formant soupape 20 ne reste contre le siège de soupape 14, en position de fermeture, malgré le mouvement longitudinal du manchon de guidage 5, et ferme ainsi les orifices d'injection 16. On peut également prévoir de guider le manchon de guidage 5 par un autre segment entre le segment guidé sur le corps d'injecteur 3 et le siège de soupape 14 en plus dans le perçage 6. Ce double guidage évite les vibrations et les décalages du manchon de guidage 5 et du fait de la fonction d'auto-alignement de l'organe formant soupape 20 il n'y a pas d'influence négative sur la fonction d'étanchéité de l'organe d'obturation 20. On peut également prévoir un manchon de guidage 5 et un organe formant soupape 20 en des matières totalement différentes. Par exemple l'organe formant soupape 20 peut être réalisé en un acier alors que le manchon de guidage 5 sera réalisé en céramique ou en une matière plastique en particulier une matière plastique renforcée par des fibres. Cela permet également de réduire le poids de l'ensemble du système en mouvement ce qui diminue les temps de commutation et facilite la possibilité de commande en particulier de faibles quantités à injecter. Dans la réalisation du manchon de guidage 5 en acier, le perçage longitudinal 26 produit une réduction significative de poids par rapport à l'état de la technique. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne comprenant un boîtier d'injecteur (1) dans lequel est réalisé un perçage (6) dont l'extrémité du côté de la chambre de combustion comporte un siège de soupape (14) avec au moins un orifice d'injection (16), avec un élément de commande (4) en forme de piston, installé de manière à coulisser longitudinalement dans le perçage (6), alors qu'entre l'élément de commande (4) et le perçage (6) une chambre de pression (9) peut être remplie de carburant à pression élevée et l'élément de commande (4) coopère par une surface d'étanchéité (28) avec le siège de soupape (14) pour commander au moins l'orifice d'injection (16), caractérisé en ce que l'élément de commande (4) comporte un manchon de guidage (5) et un organe formant soupape (20), le manchon de guidage (5) s'appliquant par son extrémité située du côté de la chambre de combustion contre l'organe formant soupape (20), et la surface d'étanchéité (28) est réalisée sur l'organe formant soupape (20). 2 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon de guidage (5) comporte une cavité (22) à son extrémité située du côté de la chambre de combustion pour recevoir un bossage (24) de l'organe formant soupape (20). 3 ) Injecteur de carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le manchon de guidage a un axe longitudinal (18) et la cavité (22) du manchon de guidage (5) est un perçage borgne coaxial à l'axe longitudinal (18) du manchon de guidage (5) et dont l'extrémité ouverte est tournée vers le siège de soupape (14). 4 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon de guidage (5) est guidé dans un segment du perçage (6) opposé à la chambre de combustion. 5 ) Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bossage (24) de l'organe formant soupape (20) est de forme cylindrique. 6 ) Injecteur de carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diamètre extérieur du bossage cylindrique (24) est inférieur au diamètre intérieur de la cavité (22). 7 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe formant soupape (20) est symétrique en rotation, et le bossage (24) et la surface d'étanchéité de soupape (28) constituent les deux extrémités de l'organe formant soupape (20). 8 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (1) de l'injecteur comprend un corps (3) et un corps de support d'injecteur (2), le corps d'injecteur (3) étant adjacent à l'extrémité du corps i de support d'injecteur (2) du côté opposé à la chambre de combustion, et le perçage (6, 31) traverse à la fois le corps d'injecteur (3) et le corps de support d'injecteur (2), le manchon de guidage (5) étant guidé dans le corps de support d'injecteur (2). 9 ) Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que le manchon de guidage (5) comporte un perçage longitudinal (26) dont l'axe coïncide avec l'axe longitudinal (18), le perçage longitudinal (26) relie la cavité (22) à l'extrémité du manchon de guidage (5) opposée à la chambre de combustion, et le perçage longitudinal (26) débouche dans une chambre de fuite dans laquelle règne déjà une pression de carburant plus faible. 10 ) Injecteur de carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité du manchon de guidage (5) à l'opposé de la chambre de combustion comporte une surface d'appui (30) en forme de rondelle annulaire et l'organe formant soupape (20) a un épaulement annulaire (32) également en forme de rondelle annulaire, et ces deux surfaces viennent en ap- pui de manière étanche en fermant ainsi la cavité (22) par rapport à la chambre de pression (9).