Brevet FR2868482A1 — publié le 20051007

Domaine de l'invention La présente invention concerne un injecteur pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne comprenant une unité de commande et une buse, dans lequel l'unité de commande comporte une soupape de dosage qui commande le débit de carburant vers la chambre haute pression de la buse, cette buse comporte un corps et au moins une aiguille de buse guidée dans le corps, cette aiguille servant à commander au moins un orifice d'éjection comporte un épaulement de poussée venant dans la chambre haute pression de la buse et soumis à la pression du fluide lorsque l'aiguille passe en position d'ouverture, cette pression agissant contre la force d'un ressort de fermeture logé dans une chambre à ressort et assurant la précontrainte de l'aiguille dans le sens de la fermeture, une conduite de fuite est issue de la chambre à ressort et l'aiguille coopère avec un piston dont la face frontale à l'opposé de celle de l'aiguille délimite une chambre de pression communiquant avec la soupape de dosage et qui, lors de la fermeture de l'aiguille est soumise au carburant à la pression de fin de commande. Etat de la technique Un tel injecteur de carburant est par exemple connu selon 20 le document DE 101 57 411 Al; il permet d'injecter du carburant à haute pression dans un moteur à combustion interne diesel. L'injecteur connu selon le document DE 101 57 411 Al rappelé ci-dessus comprend une unité de commande et une buse dans laquelle une aiguille coulisse axialement. L'aiguille est commandée en pression et permet de commander les orifices d'éjection débouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Un étage de pression est réalisé sur l'aiguille. Cet étage de pression ou épaulement de pression se trouve dans la chambre de haute pression entourant radiale- ment l'aiguille de la buse. Le déplacement de l'aiguille de la buse vers sa position d'ouverture est assuré par la pression du fluide ou du liquide s'appliquant contre l'épaulement de pression et agissant contre la force développée par un ressort de fermeture installé dans une chambre à res- sort. Ce ressort assure la précontrainte de l'aiguille de buse dans le sens de la fermeture. La chambre à ressort est déchargée en pression par une conduite de fuite. Le réglage de la pression dans la chambre à haute pres- sion se fait à l'aide d'une unité de commande de soupape comportant un tiroir dont la face frontale tournée vers l'aiguille d'injecteur délimite une chambre de fin de commande. Cette chambre communique par un per- çage ou une conduite de liaison avec la face frontale de l'aiguille de buse ou d'un piston de l'aiguille de buse du côté opposé de celui des orifices d'éjection. Ainsi lors de la fermeture de l'organe d'obturation d'injecteur, la pression de fin de commande engendrée assiste l'opération de fermeture de l'aiguille ou accélère cette opération. Le choc de pression de fin de commande de la soupape de dosage est utilisé pour fermer de manière active l'aiguille de la buse pour que cette aiguille puisse être fermée plus rapidement et à une pression élevée dans la chambre à haute pression que si la fermeture était uniquement déclenchée par la force développée par le ressort de la buse. Lorsque l'aiguille est ouverte, le piston relié à l'aiguille ferme un perçage ou une conduite reliée à la chambre de fin de commande de l'unité de commande de l'injecteur. Le choc de la pression de fin de commande engendre une impulsion transmise par le piston à l'aiguille. Dès que le piston a couvert une faible course, le volume de fin de commande passe de la chambre de ressort dans la conduite de fuite vers la zone de fuite de liquide. La conduite de fuite comporte une soupape ou clapet de retenue de pression. Pour assister le mouvement du piston de commande de la soupape de dosage, il règne par exemple une pression fixe de 50 bars dans la chambre de fin de commande, dans le perçage de liaison et dans la chambre à ressort. Lorsque le volume de fin de commande traverse la chambre à ressort, ce passage peut y engendrer des vibrations de pression risquant de détériorer la précision des doses à injecter. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un injecteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le piston est guidé de manière étanche dans un corps de façon à découpler la chambre à ressort de la chambre de pression, le piston servant d'organe d'obturation de soupape pour libérer une veine de fluide entre la chambre de pression et une conduite de re- tour. Ainsi grâce au piston guidé de manière étanche dont le corps ou boîtier de l'injecteur assurant le découplage entre la chambre à ressort et la chambre de pression, le piston fonctionne comme organe d'obturation d'injecteur ou de buse pour libérer la veine de liquide entre la chambre de pression et la conduite de retour. Cette solution a l'avantage de ne pas transmettre à la chambre à ressort les chocs de pression déclenchés par la soupape de dosage. La chambre à ressort est uniquement exposée à la pression du liquide de fuite. De plus la conduite de retour est une conduite dis- tincte également découplée de la chambre à ressort. Les chocs de pression et les vibrations transmises par l'unité de commande de soupape au pis- ton n'ont dans ces conditions aucune influence sur les surfaces à activité hydraulique dans la chambre à ressort. La réalisation de la conduite de retour distincte permet également une évacuation rapide du volume de fin de commande de la soupape de dosage après l'arrivée sur le piston. Il n'en résulte aucun passage de liquide dans la chambre à ressort. Le volume de fin de commande est étranglé par le déplacement du piston et la libération de la conduite de retour. L'injecteur selon l'invention peut notamment faire partie d'un système d'injection à rampe commune servant à injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne diesel d'un véhicule automobile. Dans ces conditions, l'injecteur est relié à l'accumulateur de pression constitué par la rampe commune et dans le- quel il règne une pression de carburant allant jusqu'à 1,8 kbar alimentant tous les injecteurs du moteur à combustion interne. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'injecteur selon l'invention, le piston coopère avec une aiguille intérieure et une aiguille extérieure. L'injecteur est dans ces conditions réalisé comme buse coaxiale variable permettant une adaptation échelonnée du volume à injecter ou de la dose à injecter aux différentes conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne. L'aiguille extérieure coopère avec une première série d'orifices d'éjection et l'aiguille intérieure, avec une seconde série d'orifices d'éjection. Les orifices d'éjection coopérant avec l'aiguille extérieure peu- vent avoir un diamètre plus faible que les orifices d'éjection coopérant avec l'aiguille intérieure et permettre ainsi une meilleure pulvérisation du carburant pour de faibles doses injectées, ce qui se répercute de manière positive sur la réduction de l'émission des matières polluantes par le moteur à combustion interne. Les orifices d'éjection coopérant avec l'aiguille inté- rieure sont alors libérés pour injecter des doses plus importantes. Selon un mode de réalisation particulier de l'injecteur selon l'invention, le piston de commande de l'aiguille extérieure est relié à une tige de poussée agissant par l'intermédiaire d'un disque sur un manchon coopérant avec l'aiguille extérieure. La tige de poussée peut être une pièce séparée et s'appliquer contre la face frontale du piston. En variante la tige de poussée peut également faire corps avec le piston ou constituer un composant du piston. Pour contraindre l'aiguille de buse intérieure dans le sens de la fermeture, le manchon peut comporter un ressort de fermeture associé à l'aiguille de buse intérieure et qui s'appuie contre le disque agissant sur la tige de poussée. Pour régler la force d'ouverture nécessaire pour agir sur l'aiguille intérieure contre la force de fermeture du ressort de fermeture ou pour ouvrir l'aiguille intérieure, le ressort de fermeture associé à l'aiguille intérieure agit de préférence sur un disque ou une rondelle de réglage. Le couplage du manchon à l'aiguille extérieure de la buse se fait de préférence par l'intermédiaire d'un poussoir tubulaire, extérieur, traversé par un poussoir intérieur agissant sur l'aiguille intérieure de la buse. Pour assurer la fermeture simultanée de l'aiguille buse et de l'aiguille buse extérieure, le poussoir extérieur peut servir à la fermeture comme organe d'entraînement de l'aiguille intérieure. Le poussoir extérieur peut alors agir directement sur la face frontale de l'aiguille intérieure à l'opposé de celle tournée vers les orifices d'éjection ou sur un poussoir intérieur associé à l'aiguille intérieure. Pour amortir le choc de poussée ou de pression de la sou- pape de dosage agissant sur le piston, la soupape selon l'invention comporte de préférence une plaque d'étranglement en amont du piston; cette plaque est installée entre l'unité de commande et le corps ou support associé à la buse. Pour éviter qu'il ne se forme un coussin de pression sur la face frontale du piston à l'opposé de celle tournée vers l'aiguille de la buse, la plaque d'étranglement comporte de préférence un canal de dérivation permettant le passage d'une veine de fluide entre la chambre de pression et la conduite de retour. En variante un organe d'étranglement de dérivation entre la chambre de pression et la conduite de retour est intégré dans le piston. Pour simplifier le système de conduite relié à l'injecteur du moteur à combustion interne, la conduite de fuite et la conduite de retour peuvent être reliées ou être réunies dans l'injecteur. La conduite de retour aboutit de préférence à une soupape de retenue de pression pour maintenir une pression normale par exemple de 50 bars dans la conduite de re- tour et dans la chambre de pression en amont du piston. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un injecteur représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'une unité de commande d'un injecteur, - la figure 2 est une coupe longitudinale tournée à 90 de l'unité de buse et du support auquel est reliée l'unité de commande d'injecteur selon la figure 1. Description du mode de réalisation Les dessins montrent un injecteur faisant partie d'un système d'injection dit à rampe commune pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur diesel d'un véhicule automobile. Les composants principaux de l'injecteur sont une unité de commande d'injecteur 11 en forme de soupape, un corps ou support 12 en plusieurs parties et une buse 13 pénétrant dans la chambre de combustion. L'unité de commande 11 comporte un ajutage de branche-ment 14 qui reçoit le carburant à haute pression d'un accumulateur à haute pression ou rampe commune alimentant l'injecteur. L'ajutage de branchement 14 est réalisé en une seule pièce avec le corps 15 guidant l'organe d'obturation de soupape 16 en forme de tiroir actionné axialement par un actionneur magnétique 17. Le tiroir 16 permet de régler le débit de carburant fourni lors d'une opération d'injection à travers un canal de carburant non dé- taillé du corps ou support 12 et de la buse 13 arrivant par l'embouchure 18 dans la chambre de haute pression 19 de la buse 13. La face frontale du tiroir 16 tournée vers le corps 12 délimite une chambre de fin de commande 20 dans laquelle l'actionnement du tiroir 16 crée un choc de fin de commande ou excite des oscillations de pression. La buse 13 est une buse variable coaxiale comportant une aiguille combinée formée d'une aiguille intérieure 21 et d'une aiguille exté- rieure 22. L'aiguille intérieure 21 de la buse coopère avec une première série d'orifices d'éjection 23 débouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne; l'aiguille extérieure 22 coopère avec une seconde série d'orifices d'éjection 24 de diamètre plus faible que celui des orifices d'éjection 23 coopérant avec l'aiguille intérieure 21. L'aiguille exté- rieure 22 est en forme d'aiguille creuse guidée dans le corps 25 de la buse 13. La périphérie de l'aiguille extérieure 22 comporte un épaulement de pression 26 venant dans la chambre à haute pression 18 et s'étendant jusqu'au siège de l'aiguille dans la zone des orifices d'éjection 24. L'aiguille intérieure 21 est guidée dans l'aiguille extérieure 22. La buse 13 est serrée axialement contre le corps 12 par un écrou de serrage 27; le corps 12 se compose d'une partie supérieure 28, d'une partie inférieure 29 et d'un disque d'étranglement 30 placé entre la partie supérieure 28 et la partie inférieure 29. Il est également prévu un disque intermédiaire 31 servant au guidage d'un poussoir extérieur 32 et d'un poussoir intérieur 33. Le poussoir extérieur 32 coopère avec l'aiguille extérieure 22 et le poussoir intérieur 33 coopère avec l'aiguille intérieure 21. La partie inférieure 29 comporte un perçage axial 35 ayant une zone 36 de diamètre réduit et une zone 37 de diamètre agrandi. La zone 36 de diamètre réduit guide un piston cylindrique 38 dont la face frontale bombée située du côté opposé à celui des orifices d'éjection 23, 24 coopère avec un siège de soupape 39 réalisé dans le disque d'étranglement 30 pour commander le débit de fluide entre une chambre de pression 40 et une conduite de retour 41. La chambre de pression 40 fait partie de la chambre de fin de commande 20 ou est reliée à cette chambre de fin de commande 20; la chambre 20 rejoint le tiroir 16 de l'unité de commande 11 et traverse la partie supérieure 28 du corps 12. La plaque d'étranglement 30 qui peut être conçue de manière variable et est représentée sous la forme d'un groupe dit de sélec- tion, comporte en outre une conduite de dérivation 43 munie d'un organe d'étranglement 42. Cette conduite relie la chambre de pression 40 à la conduite de retour 41 de manière à atténuer les chocs de pression déclenchés par le tiroir 16 de la soupape de dosage ou unité de commande 11. Le piston 38 guidé de manière étanche dans la zone 36 de diamètre réduit du perçage axial 35 est relié par sa face frontale située du côté des orifices d'éjection 23, 24, à une tige de poussée 44 agissant sur une rondelle 45 dont la section correspond à la section de la zone 37 de grand diamètre du perçage axial 35. Le disque 45 coopère par son bord avec un manchon 46 guidé également dans la zone 37 de grand diamètre du perçage axial 35. Le manchon 46 s'appuie par sa face frontale à l'opposé de celle du disque 45 contre le poussoir extérieur 32 associé à l'aiguille extérieure 22. En outre un premier ressort de fermeture 47 qui s'appuie contre une rondelle de réglage 48, associée à l'aiguille extérieure 22 agit sur le disque 45. Cette rondelle de réglage 48 s'appuie contre l'épaulement 49 du perçage axial 35. Le premier ressort de fermeture 47 qui assure la précontrainte de l'aiguille extérieure 22 dans le sens de la fermeture est logé dans une première chambre à ressort 50 et entoure la tige de poussée 44. La chambre à ressort 50 est séparée de la chambre de pression 40 par le piston 38. Un second ressort de fermeture 51 s'appuie également con- tre le disque 45. Ce second ressort agit sur le disque de réglage 52 et ainsi sur le poussoir intérieur 33 auquel est associée l'aiguille intérieure 22 pour en assurer la précontrainte dans le sens de la fermeture. Le disque 45, le manchon 46 et le disque de réglage 52 délimitent une seconde chambre à ressort 53 dans laquelle se trouve le second ressort de ferme- ture 51. Le poussoir intérieur 33 présente dans sa zone guidée dans le poussoir extérieur 32, un diamètre inférieur à celui de l'aiguille intérieure 21 de sorte que le poussoir extérieur 32 fonctionne comme organe d'entraînement de l'aiguille intérieure 21 lors du mouvement de fermeture des aiguilles 21 et 22. L'ouverture de l'aiguille intérieure 21, lorsque l'aiguille extérieure 22 est ouverte, est assurée par la pression du liquide régnant dans la chambre haute pression 19 appliquée sur l'épaulement de poussée 53 à la pointe de l'aiguille intérieure 21. La pression d'ouverture de l'aiguille intérieure 21 peut se régler en meulant de manière précise le disque de réglage 52. La pression d'ouverture de l'aiguille extérieure 22 se règle par un meulage précis du disque ou rondelle de réglage 48. La fin de course de l'aiguille extérieure 22 est fixée par la venue en butée du piston 38 contre le siège de soupape 39 de la plaque d'étranglement 30. La fin de course de l'aiguille intérieure 21 est fixée par le poussoir extérieur 32 servant également d'organe d'entraînement à l'aiguille intérieure 21. Une conduite de fuite 56 relie la chambre de ressort 50 au réservoir de carburant non représenté ici. La conduite de retour 41 est également reliée au réservoir de carburant par l'intermédiaire d'une sou- pape de retenue de pression non représentée. L'injecteur de carburant représenté aux dessins fonctionne de la manière suivante: En position de fermeture des aiguilles 21 et 22, le passage de carburant vers la chambre haute pression 19 de la buse 13 est fermé par le tiroir 16 de l'unité de commande 11. Pour ouvrir les aiguilles 21 et 22 on déplace le tiroir 16 pour que le carburant à haute pression arrive par l'embouchure 18 dans la chambre à haute pression 19; ce carburant agit sur l'épaulement de poussée 26 de l'aiguille extérieure 22 contre la force développée par le ressort de fermeture 47 et l'aiguille extérieure 22 se déplace en position d'ouverture; le carburant est ainsi éjecté par les orifices d'éjection 24 dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Dans cette position de l'aiguille extérieure 22, la pression du fluide régnant dans la chambre à haute pression 19 agit également sur l'épaulement de poussée 54 de l'aiguille intérieure 21 contre la force de fermeture développée par le ressort de fermeture 51. Si la pression exercée sur l'épaulement de poussée 54 est suffisamment grande, l'aiguille inté- rieure 21 s'ouvre et permet au carburant d'être éjecté à travers les orifices 23 dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Lorsque les aiguilles 21 et 22 sont ouvertes, le piston 38 est appliqué de manière étanche contre le siège de soupape 39. Pour fermer les aiguilles d'injecteur 21, 22, le tiroir 16 passe en position de fermeture ce qui coupe le débit de carburant dans la chambre haute pression 19. La pression qui y règne diminue. Les ressorts de fermeture 47, 51 poussent alors les aiguilles 21, 22 dans le sens de la fermeture. Cette opération est soutenue ou renforcée par le choc de pression de fin de commande développé dans la chambre de fin de commande 20 par le mouvement du tiroir 16 et transmis par l'intermédiaire de la chambre de pression 40 à la tige de poussée 44 et ainsi à la surface frontale bombée du piston 38. Le choc de fin de commande est transmis comme impulsion par le piston 38 à la tige de poussée 44 et ainsi par la rondelle 45, le manchon 46 et le poussoir extérieur 32 à l'aiguille extérieure 22 et à l'aiguille intérieure 21. Dès que le piston 38 s'est soulevé de son siège de soupape 39, le volume de fin de commande est étranglé pour être évacué à travers la section maintenant ouverte par une cavité 55 de la partie inférieure 28 du corps à travers la plaque d'étranglement 30 pour passer dans la conduite de retour 41 et ensuite à travers la soupape de retenue pour revenir dans le réservoir de carburant. Cela se traduit par une évacuation rapide du volume de fin de commande. Il n'y a pas pas-sage de fluide à travers la chambre à ressort 50. La conduite de dérivation 43 munie de l'organe d'étranglement 42 atténue le choc de fin de commande et évite qu'il ne s'établisse un coussin de pression dans la chambre de fin de commande 20 ou la chambre de pression 40. Le piston 38 et la plaque d'étranglement 30 peuvent être réalisés différemment. Dans le présent cas, une surface frontale bombée s'applique contre un siège de soupape 39 en forme de siège plat de la plaque d'étranglement 30. En variante on peut également avoir un piston à surface plane s'appliquant contre un siège de soupape également de forme io plane. On peut également envisager sur la face frontale du piston une surface plane avec un congé ou un rayon de courbure s'appliquant contre la surface plane de la plaque d'étranglement. Suivant une autre variante, l'extrémité du piston a une surface sphérique s'appliquant contre une surface plane de la plaque d'étranglement ou une arête du perçage de la plaque d'étranglement en forme de chambre de pression. Dans cette réalisation on peut toutefois avoir des défauts de concentricité et ainsi des défauts d'étanchéité. On peut également envisager de réaliser le piston 38 sous la forme d'une bille séparée coopérant avec un siège conique de la plaque ou disque d'étranglement 30. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne comprenant une unité de commande (11) et une buse (13), dans lequel l'unité de commande (11) comporte une soupape de dosage qui commande le débit de carburant vers la chambre haute pression (19) de la buse (13), cette buse (13) comporte un corps (25) et au moins une aiguille de buse (21, 22) guidée dans le corps (25), cette aiguille servant à commander au moins un orifice d'éjection (23, 24) comporte un épaulement de poussée (26, 54) venant dans la chambre haute pression (19) de la buse (13) et soumis à la pression du fluide lorsque l'aiguille (21, 22) passe en position d'ouverture, cette pression agissant contre la force d'un ressort de fermeture (47, 51) logé dans une chambre à ressort (50, 53) et assurant la précontrainte de l'aiguille (21, 22) dans le sens de la fermeture, une conduite de fuite (56) est issue de la chambre à ressort (50, 53) et l'aiguille (21, 22) coopère avec un piston (38) dont la face frontale à l'opposé de celle de l'aiguille (21, 22) délimite une chambre de pression (40) communiquant avec la soupape de dosage (13) et qui, lors de la fermeture de l'aiguille (21, 22) est soumise au carburant à la pression de fin de commande, caractérisé en ce que le piston (38) est guidé de manière étanche dans un corps (12) de façon à découpler la chambre à ressort (50, 53) de la chambre de pression (40), le piston (38) servant d'organe d'obturation de soupape pour libérer une veine de fluide entre la chambre de pression (40) et une conduite de retour (41). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (38) coopère avec une aiguille intérieure (21) et une aiguille extérieure (22). 3 ) Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston (38) est relié à une tige de poussée (44) agissant par 35 l'intermédiaire d'un disque (45) sur un manchon (46) agissant sur l'aiguille extérieure (22). 4 ) Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' un ressort de fermeture (51) associé à l'aiguille intérieure (21) et logé dans le manchon (46), s'appuie contre le disque (45). 5 ) Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ressort de fermeture (51) associé à l'aiguille intérieure (21) agit sur une rondelle de réglage (52). 6 ) Injecteur selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le manchon (46) agit sur un poussoir extérieur (32) coopérant avec l'aiguille extérieure (22). 7 ) Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le poussoir extérieur (32) sert d'organe d'entraînement de l'aiguille intérieure (22) lors du mouvement de fermeture. 8 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une plaque d'étranglement (30) en amont du piston (38), est associée à un corps (12) prévu entre l'unité de commande (11) et la buse (13). 9 ) Injecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la plaque d'étranglement (30) comporte un canal de dérivation (43) per-mettant le passage de fluide entre la chambre de pression (40) et la con-duite de retour (41), et ce canal est muni d'un point d'étranglement (42). 10 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite de fuite (56) et la conduite de retour (41) sont reliées.