Brevet FR2857702A1 — publié le 20050121

Iniecteur de carburant pour moteur thermique à débit commandable La présente invention se rapporte à un injecteur de carburant pour 5 moteur à combustion interne, en particulier pour moteur fonctionnant par auto-allumage. Ce type d'injecteur est particulièrement adapté aux moteurs comprenant plusieurs cylindres. Les moteurs à combustion interne fonctionnant par auto-allumage io nécessitent une pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion qui soit optimale quel que soit le régime du moteur. Or, le régime moteur est augmenté en injectant de plus grandes quantités de carburant dans les chambres de combustion et la qualité de pulvérisation ne peut être uniforme à section d'injection constante. On dimensionne 15 alors la section d'injection à une valeur qui permet d'avoir une bonne qualité de pulvérisation pour un fort débit de carburant et qui correspond au régime de fonctionnement normal et en conséquence la qualité d'injection à bas régime est moindre. Des systèmes d'injecteur connus permettent d'augmenter la section 20 d'injection lorsque le débit de carburant augmente. Ces injecteurs comportent un corps tubulaire dont une extrémité présente des orifices d'injection percés sensiblement radialement dans une portion annulaire inférieure et dans au moins une autre portion annulaire supérieure de ladite extrémité. Une aiguille est montée à coulissement à l'intérieur dudit 25 corps tubulaire et elle est entraînée alternativement en translation pour former une soupape et commander l'ouverture et la fermeture desdits orifices d'injection. Afin de pouvoir obturer lesdits orifices d'injection de ladite portion annulaire inférieure, notamment à bas régime, un obturateur rotatif est monté à rotation à l'intérieur de ladite portion annulaire 30 inférieure et il est adapté à être entraîné en rotation d'une position d'obturation où il obture lesdits orifices d'injection de ladite portion annulaire inférieur vers une position de libération où il les libère pour 2 2857702 augmenter la section d'injection lorsque le moteur a atteint un régime déterminé. Cependant, un tel obturateur, auquel le document FR 2 543 224 fait référence, est commandé par une tige qui s'étend longitudinalement à 5 travers ladite aiguille, la tige étant susceptible d'être entraînée en rotation par des moyens d'entraînement surmontant l'injecteur. Un objet de la présente invention est alors de fournir un injecteur qui permet non seulement de simplifier la commande de l'obturateur en diminuant notamment le nombre de pièces nécessaire à cette commande, io mais aussi de réduire l'encombrement de l'injecteur dû aux moyens d'entraînement qui le surmonte. Dans ce but, la présente invention propose un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne, comportant un corps tubulaire dont une extrémité présente des orifices d'injection percés sensiblement 15 radialement dans une portion annulaire inférieure et dans au moins une autre portion annulaire supérieure de ladite extrémité. Ledit corps tubulaire comprend à l'intérieur une aiguille montée à coulissement pour commander alternativement l'ouverture et la fermeture desdits orifices d'injection et un obturateur rotatif, monté à rotation à l'intérieur de ladite 20 portion annulaire inférieure, est adapté à être entraîné en rotation entre une position d'obturation où il obture lesdits orifices d'injection de ladite portion annulaire inférieure et une position de libération où il les libère; ledit obturateur rotatif étant solidaire en rotation de ladite aiguille; et ladite aiguille étant adaptée à être entraînée en rotation par rapport audit corps 25 tubulaire pour porter ledit obturateur rotatif dans l'une ou l'autre desdites position d'obturation et position de libération. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans le mode d'entraînement de l'obturateur rotatif au moyen de l'aiguille à laquelle il est lié en rotation, et qui est adaptée à être entraînée, elle-même en rotation 30 grâce à des moyens qui peuvent être disposés latéralement par rapport au corps cylindrique et non plus au-dessus de l'injecteur. De la sorte, 3 2857702 l'extrémité supérieure de l'injecteur peut être libérée pour constituer un système plus compact et moins encombrant. Avantageusement, ledit obturateur rotatif et ladite aiguille sont formés d'une seule pièce, ce qui permet de diminuer le nombre de pièces nécessaire au fonctionnement de l'injecteur. Selon un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, ladite aiguille est entourée d'une couronne dont elle est solidaire en rotation et ladite couronne est adaptée à être commandée en rotation par des moyens d'entraînement. Ainsi, la couronne qui est bloquée en translation 10 par rapport au corps tubulaire et dans laquelle l'aiguille est libre en translation pour jouer son rôle de soupape, est destinée à entraîner l'aiguille en rotation pour modifier la position angulaire de l'obturateur rotatif et le porter soit dans la position de libération soit dans la position d'obturation. Conformément à ce mode particulier de mise en oeuvre, ladite couronne est, de façon particulièrement avantageuse, montée à rotation dans un logement annulaire ménagé dans ledit corps tubulaire autour de ladite aiguille et ledit logement annulaire présente un évidement périphérique définissant deux bords opposés entre lesquels un ergot 20 périphérique de ladite couronne est adapté à s'étendre. Ainsi, I'entraînement de l'aiguille en rotation est réalisé avec des moyens compacts entourant l'aiguille et logés dans le corps tubulaire, ce qui permet de réduire considérablement l'encombrement. En outre, I'ergot qui s'étend en saillie de ladite couronne permet non seulement de former 25 un point d'appui contre la couronne pour l'entraînée en rotation dans le logement annulaire mais aussi de limiter la course de la couronne entre les deux bords opposés de l'évidement périphérique qui forment butées. De la sorte, il est aisé de choisir une première position d'appui de l'ergot contre l'un desdits bords, correspondant à ladite position d'obturation et 30 une seconde position d'appui de l'ergot contre le bord opposé correspondant à ladite position de libération desdits orifices d'injection de ladite portion annulaire inférieure. Selon une première variante d'exécution de l'invention particulièrement avantageuse, ledit ergot périphérique divise ledit évidement périphérique en deux chambres étanches, et lesdits moyens d'entraînement comportent des moyens d'alimentation en fluide sous 5 pression destinés à alimenter l'une ou l'autre desdites chambres pour entraîner ledit ergot périphérique dans ledit évidement périphérique en position d'appui contre l'un ou l'autre des bords dudit évidement périphérique. Ainsi, en connectant l'une desdites chambre avec les moyens 10 d'alimentation en fluide sous pression et en portant l'autre chambre à une pression inférieur, le fluide s'étend dans ladite chambre et exerce une pression sur l'ergot qui est entraîné en rotation avec la couronne et qui vient en butée contre le bord opposé de l'évidement périphérique. Selon une seconde variante préférentielle de mise en ceuvre de 15 lI'invention, lesdits moyens d'entraînement comportent deux pistons opposés logés dans deux chambres opposées formant cylindre pour constituer des vérins aptes à être alimentés en fluide sous pression, lesdits vérins étant destinés à entraîner ledit ergot périphérique dans ledit évidement périphérique en position d'appui contre l'un ou l'autre des 20 bords dudit évidement périphérique. Ainsi, pour assurer une plus grande étanchéité des moyens d'entraînement, le fluide sous pression alimente ici deux chambres opposées fermées par un piston pour formé vérin et qui agit sur ledit ergot. L'alimentation d'une desdites chambres en fluide sous pression 25 étant, comme dans la variante précédente, dans une position normale d'utilisation, conditionnée à la mise sous une pression inférieure de l'autre chambre. Le fluide sous pression est, de façon avantageuse constitué de gazole comprimé par une pompe hydraulique, ce qui permet de 30 commander aisément l'entraînement en rotation de la couronne et de l'aiguille. -2857702 D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique partielle en élévation d'un élément pour un injecteur conforme à l'invention; - la Figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un corps d'injecteur conforme à l'invention; - la Figure 3 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un 10 injecteur conforme à l'invention, l'élément représenté sur la Figure 1 étant monté dans le corps illustré sur la Figure 2; - la Figure 4 est une section de l'injecteur illustré sur la Figure 3 selon le plan IV-IV conformément à une première variante d'exécution et, - la Figure 5 est une section de l'injecteur représenté sur la Figure 3 selon le plan IV-IV conformément à une seconde variante d'exécution. La Figure 1 illustre une aiguille 10 destinée à être montée dans un corps tubulaire 12 tel qu'illustré sur la Figure 2 pour former un injecteur 14 partiellement illustré sur la Figure 3. L'aiguille 10 représentée sur la Figure 1, présente une tige cylindrique 16 de section circulaire et d'axe AA, prolongée par une première partie tronconique 18 qui est prolongée elle-même par une seconde portion tronconique 20 et qui se termine par une extrémité libre cylindrique 22 de symétrie circulaire. La base 24 de la première portion tronconique 18 est confondue avec la section droite de la tige 16 et la base 26 de la seconde portion tronconique 20 est sensiblement confondue avec la section droite supérieure de la première portion tronconique 18. En outre, l'extrémité libre cylindrique 22 prolonge la section droite 30 supérieure de la seconde portion tronconique 20, I'extrémité libre cylindrique 22 et la seconde portion tronconique 20 étant séparées l'une de l'autre par une gorge large 28. Par ailleurs, l'extrémité libre cylindrique 22 présente ici, une rainure longitudinale partielle 30 qui s'étend à partir d'un point intermédiaire situé entre les deux extrémités de l'extrémité libre cylindrique 22 et qui débouche dans ladite gorge large 28. Comme on l'expliquera plus en s détail dans la suite de la description, d'autres rainures longitudinales du même type sont susceptibles d'être ménagées à la périphérie de l'extrémité libre cylindrique 22. On décrira maintenant, en référence à la Figure 2, le corps tubulaire 12 d'axe AC de l'injecteur à l'intérieur duquel l'aiguille 10 est apte à être 10 ajustée, et dont une extrémité 32, est adaptée à être montée en saillie dans la chambre de combustion d'un cylindre de moteur à combustion interne. L'extrémité 32 du corps tubulaire est fermée et elle présente des orifices d'injection 34, 36 sensiblement radiaux à travers lesquels le 15 carburant est injecté. Un des orifices d'injection 36 apparaît sur la Figure 2 dans une portion annulaire inférieure 38 et un autre 34, dans une portion annulaire supérieure 40. D'autres orifices d'injection sont percés dans le pourtour de l'extrémité 32 du corps tubulaire 12 et respectivement dans les deux portions annulaires 38, 40 de façon à former lors de l'injection du 20 carburant, deux nappes de carburant vaporisé. Les nappes de carburant peuvent être superposées ou décalées angulairement. De même, elles peuvent être parallèles entre elles ou non. L'extrémité 32 du corps tubulaire 12 présente une paroi interne comportant une partie tronconique 44 qui se resserre à partir d'une 25 extrémité 45 d'un canal d'alimentation 42 jusqu'à une première partie cylindrique 46 à base circulaire. La première partie cylindrique 46, est formée par alésage axiale de l'extrémité 32 et elle est délimitée par la portion annulaire inférieure 38. En outre, la portion annulaire supérieure 40 délimite une partie resserrée de 30 la partie tronconique 44, qui jouxte la première partie cylindrique 46. Par ailleurs, la paroi interne de l'extrémité 32 du corps tubulaire 12 est surmontée par une deuxième partie cylindrique 48 qui s'étend 7 2857702 axialement et dont la section correspond sensiblement à celui de la base de la partie tronconique 44. Entre la deuxième partie cylindrique 48 et la partie tronconique 44, un logement annulaire 50 est ménagé, I'extrémité 45 du canal d'alimentation 42 débouchant dans ce logement annulaire 50. 5 Ainsi, comme on va l'expliquer dans la suite de la description en référence à la Figure 3, la géométrie de la paroi interne du corps tubulaire 12 est adaptée à celle de l'aiguille 10 qu'il reçoit et qui est illustrée sur la Figure 1 de façon à former l'injecteur 14. On retrouve sur la Figure 3, le corps tubulaire 12 et l'aiguille 10 dans 10 lequel elle est engagée. L'extrémité libre cylindrique 22 est montée dans la portion annulaire inférieure 38 et ajustée contre la première partie cylindrique 46 de la paroi, dans laquelle débouche l'un des orifices d'injection 36 pour former un obturateur rotatif. En outre, la jonction entre la première 18 et la seconde 20 portion i5 tronconique définie une arête 52 qui est adaptée à prendre appui contre la partie tronconique 44 de la paroi interne, sur toute la circonférence, entre la portion annulaire supérieure 40 et l'extrémité 45 du canal d'alimentation 42, de façon à former soupape. De la sorte, l'aiguille 10 qui est entraînée alternativement en translation axiale par rapport au corps tubulaire 12 20 obture alternativement le chemin de passage du carburant qui s'écoule depuis l'extrémité 45 du canal d'alimentation 42 entre les portions tronconiques 18, 20 et la partie tronconique 44 de la paroi interne. En, outre, la tige 16 de l'aiguille 10 est parfaitement ajustée contre la deuxième partie cylindrique 48 et le carburant ne peut s'écouler entre les 25 surfaces en contact pour remonter dans l'injecteur 14. Ainsi, I'alimentation, notamment de l'orifice d'injection 34 qui traverse la portion annulaire supérieure 40 et débouche dans ladite partie resserrée de paroi de la partie tronconique 44, est-elle régulée alternativement par le déplacement relatif de l'aiguille 10. L'aiguille 10 et la partie tronconique 44 de la paroi, permettent non seulement de réguler l'alimentation de l'orifice d'injection 34 qui traverse la portion annulaire supérieure 40, mais aussi l'alimentation de l'orifice d'injection 36 qui traverse la portion annulaire inférieure 38 et qui débouche dans la première partie cylindrique de la paroi. Pour ce faire, l'extrémité libre cylindrique 22 ajustée dans la première partie cylindrique 46 doit être orientée de façon que la rainure longitudinale partielle 30 soit disposée en regard de l'orifice d'injection 36. De la sorte, le carburant qui est susceptible de s'écouler entre, l'aiguille et la paroi interne du corps tubulaire 12, d'une part contre les portions tronconiques 18, 20 puis dans la gorge large 28 et d'autre part, contre la partie tronconique 44, emprunte le chemin de passage formé io entre la rainure 30 et la partie cylindrique 46 de paroi pour s'écouler de la gorge large 28 vers l'orifice d'injection. La Figure 3 illustre partiellement en coupe axiale la coopération d'une seule rainure 30 avec un seul orifice d'injection 36. Cependant d'autres orifices d'injection ménagés à travers la portion annulaire 15 inférieur 38 sont susceptibles de coopérer simultanément avec d'autres rainures longitudinales partielles. Dans un autre mode de réalisation non représenté, une pluralité d'orifices d'injection est susceptible d'être alimentée par une seule rainure longitudinale, grâce à un évidement annulaire dans lequel déboucheraient 20 tous les orifices d'injection et ladite rainure. Comme on va l'expliquer ci-après, grâce à la mobilité relative en rotation de l'extrémité libre cylindrique 22 dans la partie cylindrique 46 en conservant l'étanchéité de la paroi externe de l'extrémité libre cylindrique 22 en appui contre la partie cylindrique 46, I'orifice d'injection 36 qui 25 traverse la portion annulaire inférieure 38 est susceptible d'être obturé en entraînant l'aiguille 10 en rotation par rapport au corps tubulaire 12. L'aiguille est montée à coulissement dans une couronne 56 dont elle est solidaire en rotation grâce à deux saillies opposées 58, 60 formant des clavettes et qui sont illustrées sur les Figures 4 et 5. Comme on va 30 lI'expliquer, la couronne 56 est bloquée en translation longitudinalement par rapport au corps tubulaire 12 mais elle est entraînable en rotation grâce à des moyens d'entraînement. Pour ce faire, la couronne 56 est 9 2857702 ajustée dans un logement annulaire 62 qui est illustré sur la Figure 2 et qui présente un évidement périphérique 64. On retrouve sur la section de la Figure 4, l'évidement périphérique 64 présentant deux bords opposés 66, 68 et dans lequel s'étend un ergot 5 périphérique 70 qui est entièrement solidaire de la couronne 56. L'ergot périphérique 70 divise l'évidement périphérique 64 en deux chambres étanches 72, 74 et il est mobile en rotation, avec l'aiguille 10, entre les deux bords opposés 66, 68. Afin de conserver l'étanchéité des deux chambres durant la course de l'ergot périphérique 70, tout d'abord la paroi 1o latérale de l'évidement périphérique 64 qui s'étend entre les deux bords opposés 66, 68 forme une surface courbée dont le rayon de courbure correspond sensiblement à la distance qui sépare l'axe AA de l'extrémité de l'ergot périphérique 70 et les deux parois opposées contre lesquelles l'ergot périphérique 70 est simultanément en contact sont strictement 15 parallèles. En outre, les chambres 72, 74 sont respectivement connectées à des conduits d'alimentation 76, 78 en huile sous pression afin d'être alimentées l'une ou l'autre pour entraîner l'ergot périphérique 70 dans l'évidement périphérique 64 en position d'appui contre l'un 66 ou l'autre 20 68 des bords opposés. Ainsi, lorsque l'ergot périphérique 70 est en appui contre l'un 66 desdits bords opposés et qu'il est maintenu dans cette position par la mise en pression d'huile de la chambre 74 qui est opposée audit bord 66, la rainure 30 est par exemple étendue en regard de l'orifice d'injection 36 25 qui est alors libéré. Dès que l'ergot périphérique 70 est entraîné contre l'autre bord opposé 68 en inversant la différence de pression entre les chambres 72, 74, la couronne 56 entraîne l'aiguille 10 en rotation et par là-même l'extrémité libre cylindrique 22 et la rainure 30, la paroi externe de l'extrémité libre cylindrique 22 venant obturer l'orifice d'injection 36. De la sorte, par simple commande de la pression d'huile dans les conduits d'alimentation 76, 78 il est aisé de commander l'obturation ou la libération d'un ou des orifices d'injection qui traversent la portion annulaire inférieure 38. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, les moyens d'entraînement sont constitués de deux pistons opposés 80, 82 logés 5 dans deux chambres cylindriques opposées 84, 86 destinées à être alimentées en huile sous pression. Les pistons sont prolongés par des tiges 88, 90 adaptées à déboucher dans l'évidement périphérique 64 pour prendre appui contre les deux bords opposés de l'ergot périphérique 70. Ainsi, de la même manière que dans la variante précédente, en 10 mettant à la pression d'huile l'une 84 ou l'autre 86 des chambres cylindriques, I'ergot périphérique 70 est susceptible d'être entraîné vers l'un 66 ou l'autre 68 des bords opposés pour obturer ou libérer les orifices d'injection de la portion annulaire inférieure 36. REVENDICATIONS 1. Injecteur de carburant pour moteur à combustion interne, 5 comportant un corps tubulaire (12) dont une extrémité (32) présente des orifices d'injection (34, 36) percés sensiblement radialement dans une portion annulaire inférieure (38) et dans au moins une autre portion annulaire supérieure (40) de ladite extrémité (32), ledit corps tubulaire (12) comprenant à l'intérieur une aiguille (10) montée à coulissement pour 0io commander alternativement l'ouverture et la fermeture desdits orifices d'injection (34, 36), un obturateur rotatif (22), monté à rotation à l'intérieur de ladite portion annulaire inférieure (38), étant adapté à être entraîné en rotation entre une position d'obturation où il obture lesdits orifices d'injection (34,36) de ladite portion annulaire inférieure (38) et une 15 position de libération où il les libère; caractérisé en ce que ledit obturateur rotatif (22) est solidaire en rotation de ladite aiguille (10); et en ce que ladite aiguille (10) est adaptée à être entraînée en rotation par rapport audit corps tubulaire (12) pour porter ledit obturateur 20 rotatif (22) dans l'une ou l'autre desdites position d'obturation et position de libération. 2. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit obturateur rotatif (22) et ladite aiguille (10) sont formés d'une seule pièce. 3. Injecteur de carburant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite aiguille (10) est entourée d'une couronne (56) dont elle est solidaire en rotation et en ce que ladite couronne (56) est adaptée à être commandée en rotation par des moyens d'entraînement. 4. Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en 30 ce que ladite couronne (56) est montée à rotation dans un logement annulaire (62) ménagé dans ledit corps tubulaire (12) autour de ladite aiguille (10) et en ce que ledit logement annulaire (62) présente un 12 2857702 évidement périphérique (64) définissant deux bords opposés (66, 68) entre lesquels un ergot périphérique (70) de ladite couronne (56) est adapté à s'étendre. 5. Injecteur de carburant selon la revendication 4, caractérisé en 5 ce que ledit ergot périphérique (70) divise ledit évidement périphérique (64) en deux chambres étanches (72, 74), et en ce que lesdits moyens d'entraînement comportent des moyens d'alimentation en fluide sous pression (76, 78) destinés à alimenter l'une ou l'autre desdites chambres étanches (72, 74) pour entraîner ledit ergot périphérique (70) dans ledit 10 évidement périphérique (64) en position d'appui contre l'un ou l'autre des bords opposés (66, 68) dudit évidement périphérique (64). 6. Injecteur de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement comportent deux pistons opposés (80, 82) logés dans deux chambres opposées (84, 86) formant cylindre 15 pour constituer des vérins aptes à être alimentés en fluide sous pression, lesdits vérins étant destinés à entraîner ledit ergot périphérique (70) dans ledit évidement périphérique (64) en position d'appui contre l'un ou l'autre des bords opposés (66, 68) dudit évidement périphérique (64). 7. Injecteur de carburant selon la revendication 5 ou 6, caractérisé 20 en ce que ledit fluide sous pression est constitué de gazole.