Brevet FR2865242A1 — publié le 20050722

Domaine de l'invention La présente invention concerne un injecteur de rampe commune commandé en pression, pour injecter du carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur diesel, comprenant un distributeur à 3/2 voies logé dans un corps de soupape, et servant à commander une aiguille de buse montée mobile axialement dans un corps de buse et actionnant une sortie de buse, le distributeur à 3/2 voies ayant un piston asservi actionné par haute pression, coopérant avec un siège d'étanchéité commandant o l'alimentation en carburant de la sortie de buse. Etat de la technique Les injecteurs commandés en pression de systèmes de rampe commune se distinguent des systèmes d'injecteurs commandés par la course en ce qu'ils permettent des puissances spécifiques élevées tout en réduisant les émissions polluantes. Cela résulte d'un mouvement préférentiel de l'aiguille de l'injecteur avec des vitesses élevées et par effet d'ondes de pression, une accentuation de la pression d'injection au-delà de la pression de la rampe commune. La commande d'un injecteur de rampe commune comman- dé en pression se fait habituellement à l'aide d'un distributeur à 3/2 voies. Pour pouvoir commander les flux des doses de carburant importantes, requises, on utilise de préférence des vannes asservies correspondant à une réalisation comportant un tiroir et un siège conique. De telles vannes asservies ou soupapes asservies telles que présentées par exemple dans le document EP 0 117 66 306 A2, sont munies d'une aiguille asservie, en une seule pièce, ainsi que d'un piston asservi en une seule pièce. Cette réalisation nécessite de nombreuses tolérances dimensionnelles créant des difficultés et nécessitant une mise en oeuvre de moyens importants pour la fabrication. En outre, cela ne permet pas de réglage. De 3o plus, le siège d'étanchéité des vannes ou. soupapes asservies, connues, est exposé à des contraintes importantes qui peuvent déformer la zone du siège. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un injecteur pour un système d'injection à rampe commune et commande en pression, permettant une fabrication sans nécessiter une mise en oeuvre de moyens importants et autorisant un réglage simple des efforts de fermeture hydraulique agissant sur le siège d'étanchéité. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un injecteur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité du piston asservi du distributeur à 3/2 voies et le siège d'étanchéité du corps de soupape sont réalisés sous la forme d'un siège plat. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, la surface d'étanchéité du piston asservi et le siège d'étanchéité du corps de soupape sont réalisés chaque fois sous la forme de surfaces planes, le piston asservi présente une surface d'étanchéité plane et le siège plat est io réalisé dans le corps de soupape sous la forme d'une arête d'étanchéité périphérique, le piston asservi comporte comme siège plat une arête d'étanchéité périphérique et le siège plat du corps de soupape est réalisé sous la forme d'une surface d'étanchéité plane. En principe, il est possible de réaliser le siège plat selon l'invention sous la forme d'une arête d'étanchéité circulaire, précise. Dans ce cas le piston asservi ne sera sollicité qu'avec une force de fermeture hydraulique relativement faible. Pour simplifier le procédé de rodage du siège on utilise avantageusement une surface de siège simple, plane, rodée, en combinaison avec une force de fermeture hydraulique requise, d'intensité appropriée. La force de fermeture hydraulique nécessaire, agissant sur le siège d'étanchéité, se règle de manière quelconque sans difficulté par la différence entre la surface de pression d'ouverture et de fermeture. Si le siège d'étanchéité est un siège plat, on a l'avantage particulier de pouvoir utiliser comme corps d'injecteur un boîtier en plu- sieurs parties car il est alors possible de compenser simplement les décalages des pièces. Cette conception de construction permet une fabrication simple et économique de l'injecteur selon l'invention. De préférence le corps de soupape recevant le piston asservi est réalisé en plusieurs parties. Dans ce cas si un corps de soupape exté- o rieur, en forme de pot, reçoit directement un corps de soupape intérieur, avantageusement une cavité du corps de soupape extérieur recevant le corps de soupape intérieur a un diamètre plus grand que le corps de sou-pape intérieur de façon à former un volume annulaire cylindrique entre la paroi extérieure du corps de soupape intérieur et la paroi intérieure du corps de soupape extérieur. En outre le volume cylindrique annulaire rendu étanche vis-à-vis de l'extérieur est sollicité en haute pression. Selon d'autres caractéristiques intéressantes, l'injecteur comporte un amplificateur de pression en aval du distributeur à 3/2 voies pour augmenter la pression d'injection, et la sortie de buse est une buse variable coopérant avec des aiguilles de buse concentriques. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement et en coupe longitudinale dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un premier mode de réalisation d'un injecteur de rampe commune à commande par pression comportant un corps d'injecteur en une seule pièce, lo - la figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un injecteur de rampe commune à commande par pression dont le corps est réalisé en deux parties, - la figure 3 montre un autre mode de réalisation d'un injecteur de rampe commune commandé en pression, comportant un convertisseur de pression entre le distributeur à 3/2 voies et le corps d'injecteur, - la figure 4 montre une autre variante d'un injecteur de rampe commune commandé en pression utilisant une buse dite variable pour augmenter la souplesse de l'injection. Description des modes de réalisation Selon la figure 1, la référence 10 s'applique à un corps d'injecteur (représenté de manière fortement schématisée et entouré par un trait interrompu). Ce corps d'injecteur reçoit notamment un corps de soupape 11 et en aval de celui-ci dans la direction de circulation du fluide 12, un corps de buse 13. Une cavité axiale 14, étagée, reçoit en coulisse- ment axial un piston asservi portant la référence 15; dans le segment inférieur ce piston forme un piston de soupape 16. Le piston asservi 15 et le piston de soupape 16 sont traversés par un perçage d'étranglement 17 central, communiquant. Sous le piston de soupape 16 il y a une partie de boîtier 18 avec un perçage élargi 19; une autre partie de boîtier 20 munie 3o d'un perçage 21 fait suite au perçage élargi 19. Le diamètre du perçage 21 est toutefois beaucoup plus petit que celui (élargi) du perçage 19. Le perçage 21 est relié hydrauliquement à un accumulateur de pression 25 (c'est-à-dire une rampe commune) par une conduite de haute pression 24. Sa surface frontale inférieure 22 du piston de soupape 16 forme une surface d'étanchéité plane, coopérant avec un siège d'étanchéité 23 sur le côté supérieur de la partie de boîtier 20. Le siège d'étanchéité 23 est également réalisé sous la forme d'une surface plane (comme la surface d'étanchéité complémentaire 22 du piston de soupape 16) de manière à constituer un siège plat. Le piston de soupape 16 a en outre la fonction d'un tiroir. Le piston coopère ainsi par sa surface périphérique cylindrique dans laquelle a été usiné un dégagement 26, avec une arête d'étanchéité tiroir 27 réalisée sur le côté supérieur de la partie de boîtier 18, pour une coopération hydraulique. Dans la position de fermeture du piston de soupape 16/siège plat 23 représenté à la figure 1 ainsi que de la surface d'étanchéité complémentaire 22 également plane, on a ainsi un appui io étanche par lequel le piston de soupape 16 relie dans sa fonction de tiroir, le perçage 19 avec une chambre de pression 28 située sous le piston as-servi 15; cette chambre est formée par une extension de la section de la cavité axiale 14. Au-dessus du piston asservi 5, la cavité axiale 14 forme une chambre de commande d'asservissement 29. La chambre de pression 28 et la chambre de commande d'asservissement 29 ne sont pas reliées hydrauliquement car le piston asservi 15 est guidé de manière étanche en pression dans le corps de soupape 11 ou dans la cavité axiale 14. La chambre de pression 18 est toutefois reliée par une conduite de retour 30 à la partie basse pression (non représentée) du système. Une conduite de haute pression 31 partant du perçage 19 arrive dans le corps de buse 13 et de là dans une chambre de buse 33 entourant une aiguille de buse 32. L'aiguille de buse 32 est guidée par sa partie centrale épaissie 34 dans un perçage 35 du corps de buse 13 et son extrémité supérieure est exposée à un ressort de compression 36. Le ressort de compression 36 s'appuie sur une partie de tige 37 de diamètre réduit de l'aiguille de buse 32 et est logé dans un volume 38 relié par une conduite de retour 39 à la partie basse pression (non représentée) du système. L'extrémité inférieure de l'aiguille de buse 32 forme un or- o gane d'obturation 40 coopérant avec une sortie de buse 41 réalisée dans le corps de buse 13. Le carburant passe de la sortie de buse 41 dans la chambre de combustion correspondante du moteur à combustion interne. Au-dessus du corps de soupape 11 on a une partie de boîtier portant la référence 42 logeant une soupape de commande à électro- aimant ou électrovanne 43. Dans la position de fermeture selon la figure 1 de l'électrovanne 43, on commande la chambre de commande d'asservissement 29 par un organe d'étranglement 44 à partir de la chambre de soupape 45. Lorsque l'électrovanne de commande 43 est en posi- tion d'ouverture, le carburant qui se trouve dans la chambre de soupape 45 passe par une conduite de retour 46 dans la partie basse pression du système. L'injecteur dont la structure a été décrite ci-dessus fonc-5 tionne comme suit: Au repos, le siège d'étanchéité 23 est fermé par le piston de soupape ou piston asservi 15 ou 16. Ainsi, la chambre de buse 33 et la conduite d'alimentation 33 sont déchargées en pression et elles sont reliées par le tiroir 26, 27 au retour 30 (système basse pression). L'aiguille o de buse 32 est fermée et il n'y a pas d'injection. Pour ouvrir la soupape 16, 23 on active tout d'abord l'électrovanne 43 (c'est-à-dire on l'ouvre) et ainsi on décharge la pression de la chambre de commande d'asservissement 29. Le piston asservi 15 qui fait corps avec le piston de soupape 16:remonte sous l'effet de la poussée exercée sur la surface de piston de soupape 22 à partir du perçage 21; l'arête d'étanchéité 23 s'ouvre et l'arête d'étanchéité 27 se ferme. Les organes d'étranglement 17 et 43 permettent de régler de manière quelconque la vitesse de déplacement du piston asservi 15. La haute pression (pression de rampe) dans le perçage 21 assure en permanence une force d'ouverture définie exercée sur le piston de soupape 16 et ainsi sur le piston asservi 15. On réalise ainsi un mouvement exact de la soupape et un séjour stable contre la butée d'ouverture en position ouverte. Lorsque le piston de soupape et le piston asservi 15, 16 sont ouverts, la chambre de buse 33 de la buse d'injection (sortie de buse 41) est découplée du retour et alimentée par la conduite d'alimentation 31 avec du carburant à haute pression (carburant à la pression de la rampe commune). La sortie de buse 21 s'ouvre et l'injection commence. Pour terminer l'injection, il faut tout d'abord fermer de nouveau l'électrovanne de commande 43 (en coupant son alimentation, voir à cet effet la position de la figure 1). Il s'établit une pression systématique dans la chambre de commande asservi 29 et la poussée déplace le piston d'asservissement et le piston de soupape 15, 16 en l'enfonçant dans sa position de sortie (position de fermeture, voir figure 1). La soupape 22, 23 se ferme et le tiroir 26, 27 s'ouvre. Comme la surface de poussée dans le sens de la fermeture dans le volume 29 est plus grande que la surface de poussée dans le sens de l'ouverture dans le perçage 21, on réalise un mouvement de fermeture précis et rapide du piston asservi et du piston de soupape 15, 16. Pour assister le mouvement de la soupape on peut prévoir en outre un ressort (ressort de compression) qui sollicite le piston asservi 15 à partir de la chambre 29. Mais on peut également avoir un fonctionnement sans ressort ce qui donne une structure très compacte à la soupape asservie 15, 16, 22, 23, 29. Par la fermeture du piston asservi et de soupape 15, 16, on décharge la pression dans la chambre de buse 33 et dans la conduite d'alimentation 31 en reliant au retour (système basse pression). L'aiguille de buse 32 se ferme et termine ainsi l'injection. I0 La variante d'injecteur représentée à la figure 2 correspond pour l'essentiel au détail constructif du mode de réalisation de la figure 1 de sorte que l'on utilisera pratiquement les mêmes différences à la figure 2 qu'à la figure 1. La même remarque s'applique également au fonctionne-ment. Une nouvelle description fonctionnelle de la variante de la figure 2 est de ce fait inutile. Une particularité constructive du mode de réalisation de la figure 2 est que le corps de soupape recevant le piston asservi 15 et le piston de soupape 16 est réalisé en deux parties. Il s'agit d'une partie in-terne de corps de soupape 1 la recevant directement le piston asservi et le piston de soupape 15, 16, ainsi que d'une partie de corps de soupape extérieure 1 l b en forme de pot entourant l'autre partie. Entre la paroi extérieure de la partie intérieure de corps de soupape 1 la et la paroi intérieure de la partie extérieure de corps de soupape 1 lb, on a un volume cylindrique annulaire 47 dont l'extrémité supérieure est fermée par un élément d'étanchéité 48 annulaire. Le volume cylindrique annulaire 47 est raccordé par la conduite de pression 24 à l'accumulateur de pression 25 (rampe commune). Un canal radial 49 usiné dans la partie de boîtier 20 relie hydrauliquement le perçage 21 au volume cylindre annulaire 47 pour y avoir les mêmes conditions de pression. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la partie intérieure 1 la du corps de soupape est réalisée en forme de douille exposée au moins en partie à la pression systématique, radialement de l'extérieur (par le liquide à haute pression qui se trouve dans le volume cylindrique annulaire 47). On s'oppose ainsi à une expansion des moyens de guidage d'aiguille des pistons asservis et de soupape 15, 16, et on diminue de la sorte les contraintes dans la matière, par exemple au niveau des chevauchements de perçages. Les moyens constructifs appliqués à la variante de la figure 2 pour avoir un corps de soupape en deux parties lla, Il b, sont rendus possibles grâce à la réalisation du siège de soupape 23 sous la forme d'une surface plane (sur la partie de boîtier 20) et de la surface d'étanchéité complémentaire 22 (sur le piston de soupape 16) ou du moins elles sont favorisées. Une telle étanchéité de siège plat permet de compenser tout décalage axial éventuel entre les deux parties de corps de soupape 11a, l lb. La force engendrée par la pression dans le sens de ferme- Io ture dans la chambre de commande d'asservissement 29 assure du reste une force de fermeture suffisante pour garantir au niveau du siège plat 23, une pression surfacique élevée et ainsi une bonne étanchéité. La variante de la figure 3 correspond pour l'essentiel au mode de réalisation de la figure 1 ce qui permet d'utiliser les mêmes références. Une particularité du mode de réalisation de la figure 3 est que le distributeur a 3/2 voies 15, 16, 22, 23, 26, 27 est suivi d'un amplificateur de pression 50 pour augmenter la pression d'injection. L'amplificateur de pression 50 est monté dans la conduite d'alimentation (31) alimentant la chambre de buse (33) avec du carburant à haute pression; celui-ci arrive de la chambre de soupape (perçage élargi 19). Il s'agit d'un piston amplificateur formé de deux segments de piston 51, 52 de diamètres différents; ce piston est logé dans le volume 53 d'un boîtier d'amplificateur 54. De part et d'autre (en haut et en bas) du piston amplificateur 51, 52, on a deux chambres de pression 56, 57 de sections différentes dans le boîtier du démultiplicateur 54. La conduite d'alimentation 31 débouche tout d'abord dans la chambre de pression 56. Celle-ci est reliée hydraulique-ment par un perçage d'étranglement 55 usiné dans le boîtier amplificateur 54 avec la chambre de pression 57 (chambre inférieure). Un clapet antiretour 58 équipe le perçage d'étranglement 55. Partant de la chambre de pression 57, le segment inférieur de la conduite d'alimentation 31 débouche dans la chambre de buse 33. Le fonctionnement d'un tel amplificateur de pression est connu en soi et ne nécessite pas de description détaillée. Dans le cas de la variante de la figure 4 on utilisera égale-ment les mêmes références que pour le mode de réalisation de la figure 1. La particularité du mode de réalisation de la figure 4 est d'utiliser une buse variable 41a, 41b comme sortie de buse; cette buse coopère avec deux aiguilles de buse concentriques. On a ainsi une aiguille intérieure 32a sollicité par un ressort de compression 36a et une aiguille extérieure 32b sollicitée par un ressort de compression 36b. Les ressorts de compression 36a, 36b sont logés de manière concentrique dans une chambre commune 38 du boîte de buse 13. La commande des deux aiguilles de buse 32a, 32b peut se faire soit par la force de poussée des ressorts 36a, 36b, soit grâce à des moyens supplémentaires de commande active de l'aiguille de buse intérieure 32a. io REVENDICATIONS 1 ) Injecteur de rampe commune commandé en pression, pour injecter du carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur diesel, comprenant un distributeur à 3/2 voies (15, 16, 22, 23, 26, 27) logé dans un corps de soupape (11, 1 la), et servant à commander une aiguille de buse (32, 32a, 32b) montée mobile axialement dans un corps de buse (13) et actionnant une sortie de buse (41, 41a, 41b), le distributeur à 3/2 voies ayant un piston asservi (15, 16) actionné par haute pression, coopérant avec un siège d'étanchéité (23) commandant l'alimentation en carburant de la sortie de buse (41, 41a, 4 lb), caractérisé en ce que la surface d'étanchéité (22) du piston asservi (15, 16) du distributeur à 3/2 voies et le siège d'étanchéité (23) du corps de soupape (11, 1 la) sont 15 réalisés sous la forme d'un siège plat. 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité (22) du piston asservi (15, 16) et le siège 20 d'étanchéité (23) du corps de soupape (11, 1 la) sont réalisés chaque fois sous la forme de surfaces planes. 3 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston asservi (15, 16) présente une surface d'étanchéité plane (22) et le siège plat est réalisé dans le corps de soupape sous la forme d'une arête d'étanchéité périphérique. 4 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston asservi comporte comme siège plat une arête d'étanchéité périphérique et le siège plat (23) du corps de soupape (11, 1la) est réalisé sous la forme d'une surface d'étanchéité plane. 5 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de soupape (11, lla) recevant le piston asservi (15, 16) est réalisé en plusieurs parties. 6 ) Injecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' un corps de soupape (1lb) extérieur, en forme de pot, reçoit directement un corps de soupape intérieur (1la). 7 ) Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' une cavité du corps de soupape extérieur (1lb) recevant le corps de sou-pape intérieur (1la) a un diamètre plus grand que le corps de soupape intérieur (11a) de façon à former un volume annulaire cylindrique (47) entre la paroi extérieure du corps de soupape intérieur (lla) et la paroi intérieure du corps de soupape extérieur (1 lb). 8 ) Injecteur selon la revendication 7, l5 caractérisé en ce que le volume cylindrique annulaire (47) rendu étanche (48) vis-à-vis de l'extérieur est sollicité en haute pression (24, 25). 9 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé par un amplificateur de pression (50) en aval du distributeur à 3/2 voies (15, 16, 22, 23, 26, 27) pour augmenter la pression d'injection. 10 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie de buse est une buse variable (41a, 41b) coopérant avec des aiguilles de buse (32a, 32b) concentriques.