Brevet FR2857060A1 — publié le 20050107

Domaine de l'invention La présente invention concerne un système d'injection de carburant pour des moteurs à combustion interne comportant un injecteur de carburant muni d'un boîtier recevant de manière coulissante un organe de soupape ayant une surface de pression sollicitée par la pression du carburant dans la zone des hautes pressions de l'injecteur. Etat de la technique On connaît un système d'injection de carburant de moteurs à combustion interne du type défini ci-dessus, par exemple selon le do- cument DE 100 58 130 Al. Ce système d'injection de carburant comprend une soupape d'injection (ou injecteur) de carburant avec un boîtier recevant un organe de soupape coulissant. L'organe de soupape est mobile dans le boîtier et commande par son mouvement l'ouverture d'au moins un orifice d'éjection (orifice d'injection) par lequel le carburant est injecté dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Une chambre de pression est réalisée dans le corps ou boîtier de l'injecteur. Cette chambre de pression est reliée par un canal à haute pression à une source de haute pression de carburant. Une surface de pression réalisée sur l'organe de soupape délimite la chambre de pression et est sollicitée par la pression régnant dans cette chambre pour déplacer l'organe de soupape par cette force hydraulique pour libérer au moins un orifice d'éjection. Dans le système connu d'injection de carburant, l'ouverture rapide de l'organe d'obturation et différents dimensions géométriques peu- vent engendrer des vibrations de pression dans la chambre de pression. Ces vibrations de pression se répercutent de manière négative sur la dynamique d'injection en particulier si les vibrations ou oscillations de pression se produisent au niveau de la pression d'ouverture de l'organe de soupape. La pression d'ouverture correspond à la pression à laquelle l'organe d'obturation glisse contre la force d'obturation appliquée pour passer de sa position de fermeture à une position d'ouverture. Les vibrations de pression autour de cette pression d'ouverture peuvent entraîner la brève ouverture de l'organe d'obturation produisant une injection in-contrôlée de carburant dans la chambre de combustion. De plus, l'instant de l'injection est indéfini si bien que la quantité à injecter ne peut être prédéfinie. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne un système d'injection de carburant du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la zone de haute pression de l'injecteur est reliée à une chambre d'amortissement recevant un piston amortisseur mobile pour se déplacer sous l'effet de la pression régnant dans la chambre d'amortissement contre une force antagoniste. Le système d'injection de carburant selon l'invention a l'avantage d'une pression d'ouverture définie de manière précise de l'organe de soupape ou organe d'obturation évitant toute ouverture in-contrôlée et permettant un dosage précis du carburant. La zone de haute pression du système d'injection de carburant est le canal à haute pression ou la chambre de pression réalisé dans le boîtier de l'injecteur, relié à la chambre d'amortissement munie d'un piston d'amortissement mobile. La face frontale du piston d'amortissement est sollicitée par la pression du carburant dans la plage de haute pression de sorte qu'en dépassant un certain seuil de pression dans la chambre d'amortissement, le piston d'amortissement est déplacé contre une force antagoniste ce qui se traduit par une réduction de la pression. De façon correspondante, on compense et on amortit de brèves oscillations de pression dans la plage des hautes pressions évitant les inconvénients cités ci-dessus. Selon un premier mode de réalisation avantageux, la chambre d'amortissement est réalisée sous la forme d'un perçage dans le boîtier recevant en coulissement longitudinal le piston d'amortissement. De manière avantageuse, le piston d'amortissement est de forme cylindrique et il est sollicité par un élément de ressort placé dans la chambre à ressort pour opposer la force de l'élément de ressort à la pression exercée sur la face frontale du piston amortisseur; ainsi, l'élément de ressort engendre la force antagoniste exercée sur le piston amortisseur. Cette construction est simple et grâce à différents éléments de ressort on peut sans difficultés régler différents seuils de pression pour lesquels le piston amortisseur devient actif. Selon un autre développement avantageux, l'organe de sou- pape est en forme d'aiguille d'injecteur munie d'un perçage longitudinal recevant une aiguille intérieure. Les deux aiguilles coopèrent avec un siège de soupape réalisé dans le boîtier de l'injecteur de carburant et comman- dent ainsi l'ouverture d'au moins un orifice d'éjection. Pour de telles buses coaxiales il est particulièrement avantageux de disposer d'une pression définie dans la chambre de pression pour commander de manière précise les deux aiguilles par la pression régnant dans la chambre de pression pour les ouvrir ou les fermer. Ainsi, à la fois l'aiguille d'injecteur et l'aiguille intérieure ont chacune une surface de pression. La surface de pression de l'aiguille d'injecteur n'est sollicitée par la pression du carbu- rant dans la chambre de pression qu'après le soulèvement de l'aiguille par rapport au siège. Comme le débit d'injection dépend de ce que l'aiguille d'injecteur libère ses orifices d'éjection respectifs ou que l'aiguille d'injecteur ainsi que l'aiguille intérieure libère les orifices, il est particulièrement important d'éviter les oscillations de pression susceptible de se produire au niveau de la pression d'ouverture de l'aiguille intérieure. C'est pourquoi il est particulièrement avantageux de concevoir l'élément de ressort appliqué au piston amortisseur pour que le seuil de pression pour lequel le piston amortisseur se déplace, soit inférieur à la pression d'ouverture de l'aiguille intérieure. Si le piston amortisseur est appliqué contre sa butée, ce qui se produit pour une certaine pression finale dans la chambre d'amortissement, alors cette pression finale doit se situer avantageusement au-dessus de la pression d'ouverture de l'aiguille d'injecteur pour amortir les oscillations de pression autour de la pression d'ouverture de l'aiguille intérieure. De manière avantageuse, la différence entre la pression de seuil et la pression finale dans le piston amortisseur se situe dans une plage comprise entre 50 et 250 bars. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un système d'injection de carburant représenté dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre un système d'injection de carburant selon l'invention avec coupe longitudinale de la soupape d'injection ou injecteur de carburant et représentation seulement schématique des autres composants du système d'injection de carburant, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie de la figure 1 au niveau du piston d'amortissement, les figures 2a, 2b, 2c montrant des positions différentes du piston d'amortissement. Description d'un mode de réalisation La figure 1 montre un système d'injection de carburant se- lon l'invention. Ce système comporte comme composant principe, une soupape d'injection de carburant ou injecteur 1 avec un boîtier 2 composé entre autre d'un corps de soupape 5 et d'un corps de support de soupape 3 pressés l'un contre l'autre par un dispositif non représenté dans le dessin. Le corps de soupape 5 est muni d'un perçage 25 dont l'extrémité du côté de la chambre de combustion est délimitée par un siège de soupape conique 27. Partant du siège de soupape 27 on a une rangée d'orifices d'éjection extérieure 29 et une rangée d'orifices d'éjection intérieure 30, à s travers lesquels le carburant peut être injecté dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Le perçage 25 reçoit un organe de soupape sous la forme d'une aiguille 32 guidée dans un segment du perçage 25 à l'opposé de celui de la chambre de combustion. L'aiguille d'injecteur 32 se rétrécit en partant du segment guidé, vu à partir du siège de soupape 27 en formant un épaulement de pression 36 et en s'appuyant par son extrémité située du côté du siège de soupape contre le siège de soupape 27. Entre l'aiguille d'injecteur 32 et la paroi du perçage 25 on a une chambre de pression 26 qui s'élargit radialement au niveau de l'épaulement de pression 36. L'aiguille d'injecteur 32 comporte un perçage longitudinal 33 recevant en coulissement longitudinal un autre organe de soupape sous la forme d'une aiguille intérieure 34 coulissant longitudinalement. Par son extrémité située du côté du siège de soupape l'aiguille intérieure 34 coopère avec le siège de soupape 27 et ferme/ouvre les orifices d'éjection intérieurs 30, suivant sa position longitudinale. Le mouvement de l'aiguille intérieure 34 est assuré par l'application d'une pression contre la surface de pression 35. Cette surface n'est sollicitée par la pression du carburant de la chambre de pression 26 qu'après soulèvement de l'aiguille d'injecteur 32 par rapport à son siège de soupape 27. Le corps de support 3 de l'injecteur forme une chambre à ressort 50 recevant le ressort d'obturation 52, extérieur, sous pré- contrainte de pression de façon à pousser l'aiguille d'injecteur 32 en di- rection du siège de soupape 27. Coaxialement au ressort de fermeture 52 extérieur, la chambre à ressort 50 loge un ressort de fermeture intérieur 54. Ce ressort est également installé avec précontrainte de pression et sol- licite, par l'intermédiaire d'une coupelle à ressort 58 et d'un piston 56, l'aiguille d'injecteur 34 en direction du siège de soupape 27. Lorsque les aiguilles d'injecteur 32 34 sont placées comme elles sont représentées à la figure 1, tous les orifices d'éjection 29, 30 sont fermés. Lorsque l'aiguille d'injecteur 32 se soulève du siège 27, le carburant sort de la chambre de pression 26 en direction des orifices d'éjection 29, 30 pour être injecté dans la chambre de combustion par les orifices d'éjection extérieurs 29. Lorsque l'aiguille intérieure 34 se soulève également du siège de soupape 27, le carburant est injecté dans la chambre de combustion à travers tous les orifices d'éjection 29, 30. Le système d'injection de carburant comprend un réservoir 10 à partir duquel le carburant est transféré par une conduite d'alimentation 12 à l'aide d'une pompe à haute pression 14 dans la chambre collectrice à haute pression 15. La pompe à haute pression 14 est réalisée de façon à maintenir une haute pression constante, prédéfinie, dans la chambre collectrice à haute pression 15. Plusieurs conduites de carburant 17 correspondant au nombre d'injecteurs de carburant sont issues de la chambre collectrice à haute pression 15. Une seule conduite est représentée à titre d'exemple à la figure 1. La conduite de carburant 17 dé-bouche dans un canal d'alimentation 22 réalisé dans le corps de soupape 5. Ce canal débouche dans l'extension radiale de la chambre de pression 26. Le canal d'alimentation 22 et la chambre de pression 26 forment la zone de haute pression de l'injecteur de carburant. La conduite de carburant 17 comporte une soupape de dosage 20 en forme de distributeur à 2/2 voies qui peut ouvrir ou fermer la conduite de carburant 17. Un perçage 42 est issu du canal d'alimentation 22. Ce perçage débouche dans une chambre d'amortissement 40 réalisée dans le boîtier 2. Un piston d'amortissement 44 est logé dans la chambre d'amortissement 40. Ce piston coulisse longitudinalement dans la chambre d'amortissement 40. La figure 2a montre à échelle agrandie le piston d'amortissement 44 et la chambre d'amortissement 40. Pour une pression appliquée de manière correspondante sur la face frontale 45 du piston d'amortissement 44, celui-ci se déplace contre la force développée par un ressort d'obturation 46 logé dans la chambre à ressort 47 directement adjacente à la chambre d'amortissement 40. Ainsi, le piston d'amortissement prend la position représentée à la figure 2b. A l'extrémité de la chambre d'amortissement 40, un épaulement 49 limite le mouve- ment longitudinal du piston d'amortissement 44 et fonctionne ainsi comme butée (figure 2c). Une conduite de fuite 48 issue de la chambre à ressort 44 débouche dans le réservoir à carburant 10; dans cette conduite règne déjà une faible pression de carburant correspondant pratiquement à la pression dans le réservoir à carburant 10. Le fonctionnement du système d'injection de carburant décrit ci-dessus est le suivant: pour injecter du carburant dans la chambre de combustion du moteur on actionne la soupape de dosage 20 pour relier la chambre collectrice à haute pression 15 à la chambre de pression 26 par la conduite de carburant 17. La pression augmente alors dans la chambre de pression 26 donnant une force hydraulique correspondante appliquée contre l'épaulement de pression 36 de l'aiguille d'injecteur 32. Dès que cette force hydraulique dépasse la force exercée par le ressort de fermeture extérieur 52, l'aiguille d'injecteur 22 se soulève du siège de sou-pape 27 et libère les orifices d'éjection extérieurs 29. Si ensuite la soupape de dosage 20 est immédiatement refermée, il ne peut s'établir qu'une pression relativement faible dans la chambre de pression 26; toutefois cette pression est suffisante pour déplacer l'aiguille 32 en position io d'ouverture mais non l'aiguille intérieure 34. La fermeture de la soupape de dosage 20 fait chuter la pression dans la chambre de pression 26 et l'aiguille d'injecteur 32 revient dans sa position de fermeture. En revanche, si l'on veut injecter du carburant à travers tous les orifices d'éjection 29, 30, la soupape de dosage 20 reste ouverte plus longtemps. Il s'établit ainsi une pression plus élevée dans la chambre de pression 26, ce qui permet d'atteindre finalement la pression d'ouverture de l'aiguille intérieure 34. Cette pression est suffisante pour solliciter la surface de pression correspondante et soulever l'aiguille injecteur du siège de soupape 27 contre la force du ressort intérieur de fermeture 54. Pour terminer l'injection on ferme de nouveau la soupape de dosage 20. L'injection par les orifices d'éjection extérieurs 29 ou par tous les orifices d'éjection 29, 30, peut engendrer des vibrations de pression dans la chambre de pression 26 dans la plage de la pression d'ouverture de l'aiguille intérieure 34. Il peut ainsi arriver que l'aiguille intérieure 34 s'ouvre brièvement du fait des vibrations de pression et que du carburant arrive d'une manière incontrôlée dans la chambre de combustion. De plus, l'instant d'ouverture de l'aiguille intérieure 34 est indéfini car les vibrations de pression ne permettent pas de savoir de manière précise quand la pression dans la chambre de pression 26 atteint la pression d'ouverture. Il est ainsi impossible de doser de manière précise le carburant, or cela qui est indispensable pour une combustion optimale. Pour éviter de telles oscillations de pression, la chambre d'amortissement 40 comporte un piston d'amortissement 44 montant cylindrique. La face frontale 45 du piston est reliée par un perçage 42 au canal d'alimentation 22 et ainsi également à la chambre de pression 26. La précontrainte de l'élément de ressort 46 est choisie pour que la pression de seuil dans la chambre d'amortissement 40 pour laquelle le piston d'amortissement 44 se déplace soit inférieure à la pression d'ouverture de l'aiguille intérieure 34 et que la pression finale à laquelle le piston d'amortissement 44 vient en appui contre l'épaulement 49 dans la chambre d'amortissement 44 soit légèrement supérieure à la pression d'ouverture de l'aiguille intérieure 34. Si dans ces conditions des oscilla- tions de pression se produisent dans le canal d'alimentation 22 ou dans la chambre de pression 26 situées dans la plage de pression comprise entre le seuil de pression et la pression finale du piston d'amortissement 44, alors le piston d'amortissement 44 se déplace et amortit les vibrations de pression car la pression diminue lorsque le piston d'amortissement 44 s'échappe et au retour du piston d'amortissement 44 entraîné par l'élément de ressort 46 la pression augmente de nouveau dans le canal d'alimentation 22 ou dans la chambre de pression 26. Ce mécanisme d'amortissement évite les inconvénients cités ci-dessus et permet une ouverture précise de l'aiguille intérieure 34. Il est rappelé que la différence entre le seuil de pression et la pression finale est comprise entre 50 et 250 bars et la pression de l'ouverture de l'aiguille d'injecteur se situe entre le seuil de pression et la pression finale. Le piston d'amortissement 44 est également intéressant et peut être prévu si à la place de deux aiguilles d'injecteur comme dans l'exemple de réalisation présenté à la figure 1 il n'y a qu'une aiguille d'injecteur commandée en pression, c'est-à-dire déplacée par la pression régnant dans la chambre de pression 26. Les vibrations de pression peu-vent être déclenchées par différents facteurs dans les systèmes d'injection, par exemple par la commutation de l'injecteur (ou de la soupape) ou encore comme indiqué ci-dessus, par la dose de carburant brusquement mise en mouvement ou freinée. Pour que le système d'injection de carburant fonctionne parfaitement, il est toujours important et indispensable que l'aiguille d'injecteur s'ouvre à un instant fixé et que la dose prévue de carburant soit injectée dans la chambre de combustion. Ce n'est qu'en éliminant les vibrations de pression que l'on peut arriver à un tel résultat, quels que soient les points de fonctionnement. Suivant une autre caractéristique la chambre d'amortissement est réalisée dans un boîtier séparé à l'extérieur de 35 l'injecteur de carburant. REVENDICATIONS 1 ) Système d'injection de carburant pour des moteurs à combustion interne comportant un injecteur de carburant (1) muni d'un boîtier (2) recevant de manière coulissante un organe de soupape (32, 34) ayant une surface de pression (36) sollicitée par la pression du carburant dans la zone des hautes pressions (22, 26) de l'injecteur, caractérisé en ce que la zone de haute pression (22, 26) de l'injecteur est reliée à une chambre d'amortissement (40) recevant un piston amortisseur (44) mobile pour se déplacer sous l'effet de la pression régnant dans la chambre d'amortissement (40) contre une force antagoniste. 2 ) Système d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'amortissement (40) est réalisée sous la forme d'un perçage dans le boîtier (2) dans lequel le piston d'amortissement (44) coulisse longitudinalement. 3 ) Système selon la revendication 2, 20 caractérisé en ce que le piston d'amortissement (44) est cylindrique. 4 ) Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le piston d'amortissement (44) est sollicité par un élément à ressort (46) logé dans une chambre à ressort (47) de façon que la force de l'élément à ressort (46) soit opposée à la force développée par la pression appliquée sur la face frontale (45) du piston d'amortissement (44) et crée ainsi une force antagoniste. 5 ) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de soupape est une aiguille d'injecteur (32) coulissant longitudinalement dans un perçage (25) réalisé dans le boîtier (2). 6 ) Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la zone de haute pression comprend une chambre de pression (26) réalisée entre la paroi du perçage (25) et l'aiguille d'injecteur (32). 7 ) Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'aiguille d'injecteur (32) comporte un perçage longitudinal (33) recevant une aiguille intérieure (34) et à la fois l'aiguille d'injecteur (32) et l'aiguille intérieure (34) coopèrent avec un siège de soupape (27) muni d'au moins deux orifices d'éjection (29, 30) et par son mouvement longitudinal chaque lo aiguille (32, 34) commande au moins un orifice d'éjection (29, 30). 8 ) Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'aiguille intérieure (34) présente une surface de pression (35) sollicitée par la pression du carburant dans la chambre de pression (26) seulement après le soulèvement de l'aiguille (32) par rapport à son siège de soupape (27). 9 ) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de pression (26) est reliée par une conduite de carburant (17) à une chambre collectrice à haute pression (15) et la conduite de carburant (17) comporte une soupape de dosage (22) qui ouvre ou ferme la conduite de carburant (17). 10 ) Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que la chambre d'amortissement (40) est réalisée dans un boîtier séparé à l'extérieur de l'injecteur de carburant (1). 11 ) Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le piston amortisseur (44) ne se déplace contre la force de l'élément de ressort (46) que lorsqu'on atteint un seuil de pression dans la chambre 35 d'amortissement (40). 12 ) Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que lo le piston amortisseur (44) arrive en appui contre une butée (49) lorsqu'on atteint la pression finale dans la chambre d'amortissement (40). 13 ) Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que la différence entre le seuil de pression et la pression finale est comprise entre 50 et 250 bars. 14 ) Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que la pression de l'ouverture de l'aiguille d'injecteur (34) se situe entre le seuil de pression et la pression finale.