Brevet FR2862351A1 — publié le 20050520

Domaine de l'invention La présente invention concerne un injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne comprenant un boîtier muni d'un siège conique de soupape ayant un angle d'ouverture et une aiguille d'injecteur ayant une surface d'étanchéité de soupape par laquelle l'aiguille d'injecteur coopère avec le siège de soupape pour ouvrir et fermer au moins un orifice d'éjection, la surface d'étanchéité de soupape ayant une première surface conique dont l'angle d'ouverture est inférieur à celui du siège de soupape et une seconde surface conique dont l'angle d'ouverture est plus grand que celui du siège de soupape, et avec entre la première surface conique et la seconde surface conique une rainure annulaire périphérique formant une arête d'étanchéité à la jonction de la première surface conique et de la rainure annulaire. Etat de la technique On connaît un tel injecteur de carburant par exemple selon le document DE-100 24 703-A 1; il comprend un boîtier dans lequel est réalisée une chambre de pression remplie de carburant. La chambre de pression est délimitée par un siège de soupape conique et reçoit l'aiguille de l'injecteur munie d'une surface d'étanchéité coopérant avec le siège de soupape. On commande ainsi l'ouverture d'au moins un orifice d'éjection par lequel le carburant est injecté à partir de la chambre de pression dans le moteur à combustion interne. La surface d'étanchéité de l'aiguille d'injecteur présente une première surface conique et une seconde surface conique. La première surface conique a un angle d'ouverture plus petit que celui du siège de soupape conique. La seconde surface conique a en revanche un angle d'ouverture plus grand que celui du siège de soupape conique et une rainure annulaire est réalisée entre la première et la seconde surface conique. Le choix approprié de l'angle d'ouverture des surfaces coniques et du siège de soupape permet de former une arête d'étanchéité au passage de la première surface conique et de la rainure annulaire. L'injecteur de carburant connu présente toutefois l'inconvénient que la surface partielle et la surface d'étanchéité sollicitées par la pression du carburant régnant dans la chambre de pression modifie la surface d'étanchéité de la soupape au cours du temps. A l'état neuf, la surface d'étanchéité de la soupape est sollicitée par la pression du carbu- rant de la chambre de pression jusqu'à l'arête d'étanchéité si bien que lorsque l'injecteur est fermé, une force d'ouverture supplémentaire s'exerce sur l'aiguille de soupape qui correspond à la force hydraulique exercée sur cette surface partielle. Mais l'usure produite entre le siège de soupape et la surface d'étanchéité de soupape peut faire que la surface d'étanchéité de soupape ne s'appuie contre le siège de soupape qu'avec la seconde surface conique si bien qu'une plus grande surface partielle de la surface d'étanchéité de la soupape est exposée à la pression du carburant de la chambre de pression. Cela modifie la force d'ouverture hydraulique exercée sur l'aiguille d'injecteur et se répercute de manière négative sur la commande d'un déroulement exact de l'injection. io Exposé et avantage de l'invention La présente invention concerne un injecteur de carburant du type défini ci-dessus caractérisé par au moins une rainure transversale réalisée sur la seconde surface conique. L'injecteur de carburant selon l'invention offre l'avantage que la surface partielle et la surface d'étanchéité de soupape exposée à la pression du carburant régnant dans la chambre de pression lorsque l'aiguille d'injecteur est en position de fermeture reste constante pendant toute la durée d'utilisation. Pour cela, la seconde surface conique comporte au moins une rainure transversale qui évite que la surface d'étanchéité de la soupape ne glisse sur le siège de soupape et se rapproche des orifices d'éjection de sorte que l'arête d'étanchéité formée entre la rainure annulaire et la première surface conique reste toujours active. La rainure transversale produit sur le siège de soupape conique un très léger soulèvement de matière qui reste efficace pour éviter que la surface d'étanchéité de soupape ne continue à glisser sur le siège de soupape et assure ainsi un passage de l'effet d'étanchéité de la première surface conique sur la seconde surface conique. Ainsi les surfaces coniques sont réalisées pour que lorsque l'aiguille d'injecteur s'appuie contre le siège de soupape, la surface d'étanchéité de soupape et le siège de soupape se déforment pour que la seconde surface conique s'appuie au moins partiellement contre le siège de soupape. Selon un autre développement avantageux de l'invention, la seconde surface conique peut comporter plusieurs rainures transversales situées dans un plan radial par rapport à l'axe longitudinal de l'aiguille d'injecteur. Ces diverses rainures transversales créent un soulèvement de matière au niveau de chaque rainure si bien que les efforts sont répartis sur une partie importante de la seconde surface conique. Il suffit que les rainures transversales possèdent une profondeur très faible de seulement quelques microns. Selon un autre développement avantageux, les rainures transversales sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal de l'aiguille d'injecteur et ne se situent pas dans un plan radial. En particulier des rainures transversales croisées permettent d'éviter que la surface d'étanchéité de soupape ne glisse sur le siège de soupape. Selon un autre développement avantageux, la seconde sur-face conique est munie de rainures longitudinales partant de la rainure lo annulaire et aboutissant sur la seconde surface conique. Ces rainures longitudinales permettent avantageusement d'éviter l'étranglement du carburant au niveau de l'arête entre la rainure longitudinale et la seconde surface conique lors du mouvement d'ouverture de l'aiguille d'injecteur. Les rainures transversales de la seconde surface conique et l'effet d'étanchéité au niveau de l'arête d'étanchéité n'entraînent ainsi aucun défaut d'étanchéité dans cet injecteur de carburant, défaut qui existe si l'aiguille d'injecteur ne s'appuie que par la seconde surface conique ou principalement seulement par la seconde surface conique. Il est particulièrement avantageux de réaliser des rainures transversales ayant une profondeur comprise entre 1 et 20 gm et de préférence entre 5 et 10 m. De telles rainures transversales peuvent être réalisées simplement par exemple par un procédé au laser dans la surface d'étanchéité de soupape et garantissent l'effet d'appui. De préférence, les rainures longitudinales coupent les rai- pures transversales, et la différence d'angle entre l'angle d'ouverture de la première surface conique et l'angle d'ouverture du siège de soupape est supérieure à la différence d'angle entre celui de la seconde surface conique et l'angle d'ouverture du siège de soupape. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un injecteur de carburant représenté dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant montrant les parties essentielles; la figure 2 est une vue à échelle agrandie du détail portant la référence II à la figure 1; la figure 3 est une vue à échelle agrandie du détail portant la référence III de la figure 2, montrant la déformation du siège de soupape. Description d'un mode de réalisation La figure 1 montre une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon l'invention. L'injecteur de carburant se compose d'un boîtier 1 recevant le corps de l'injecteur, un disque d'étranglement 3 et un organe de support 5. Les composants du boîtier 1 sont serrés par un écrou 7. Une chambre de pression 9 en forme de perçage étagé est réalisée dans le corps 2 de l'injecteur. Ce perçage est délimité du côté de la chambre de combustion par un siège de soupape conique 25. En aval du siège de soupape 25, il y a plusieurs orifices d'éjection 30 débouchant dans la chambre de combustion lorsque l'injecteur est installé. Un canal d'alimentation 12 passant à travers le disque d'étranglement 3 et dans le support 5 assure le remplissage de la chambre de pression 9 avec du carburant à haute pression de façon à y maintenir un niveau élevé prédéfini de pression dans le carburant. Une aiguille d'injecteur 14 en forme de piston est logée dans la chambre de pression 9. Cette aiguille coulisse longitudinalement dans le segment de guidage central 16. A son extrémité opposée à celle du siège de soupape 25, entre l'aiguille d'injecteur 14 et le disque d'étranglement 4 on a une chambre de commande 22 délimitée latéralement par un manchon 18. La pression régnant dans la chambre de commande 22 exerce une force de fermeture hydraulique sur l'aiguille d'injecteur 14. Cette force de fermeture est dirigée vers le siège de soupape 25. Une soupape de commande 20 logée dans le support 5 permet de modifier de manière connue la pression dans la chambre de commande 22 pour modifier de façon correspondante la force de fermeture hydraulique agissant sur l'aiguille d'injecteur 14. En plus de la force de fermeture engendrée par la pression régnant dans la chambre de commande 22, l'aiguille d'injecteur 14 est également soumise à la force développée par un ressort de fermeture 19. Ce ressort est installé entre le manchon 18 et un décrochement de l'aiguille d'injecteur 14, avec un montage en précon- trainte. La pression régnant dans la chambre de pression 9 exerce sur l'aiguille d'injecteur 14 une force agissant dans le sens de l'ouverture. Cette force s'éloigne du siège de soupape 25. Suivant la pression régnant dans la chambre de commande 22, la force de fermeture ou la force d'ouverture domine et ainsi l'aiguille d'injecteur 14 se déplace de manière connue par rapport au siège de soupape 25 de façon à fermer ou ouvrir le siège de soupape 25. Lorsque l'aiguille d'injecteur 14 est soulevée du siège de soupape 25, le carburant passe de la chambre de pression 9 entre la surface d'étanchéité de soupape 27 et le siège de soupape 25 pour arriver dans les orifices d'éjection 30 par lesquels le carburant est éjecté dans la chambre de combustion. Lorsque l'aiguille d'injecteur 14 revient dans sa position de fermeture c'est-à-dire en appui contre le siège de soupape 25, le passage de carburant est coupé et les orifices d'éjection 30 se ferment. Le carburant qui continue d'arriver par le canal d'alimentation 12 assure le maintien d'un niveau de pression de carburant élevé dans la chambre de pression 9. La figure 2 montre une vue à échelle agrandie du détail de la figure 1 portant la référence II c'est-à-dire la région du siège de soupape 25. Le siège de soupape 25, conique se poursuit par un trou borgne 37 d'où partent les orifices d'éjection 30. Dans le cas présent on a de préférence plusieurs orifices d'éjection 30 répartis à la périphérie du corps d'injecteur 1. La surface d'étanchéité de soupape 27 se subdivise en une première surface conique 32 et une seconde surface conique 33 entre les-quelles on a une rainure annulaire 35. Cette rainure se situe dans un plan radial par rapport à l'axe longitudinal 8 de l'aiguille d'injecteur 14. L'angle d'ouverture (a) de la première surface conique 32 est inférieur à l'angle d'ouverture (b) du siège de soupape conique 25; l'angle d'ouverture (b) de la seconde surface conique 33 est supérieur à l'angle d'ouverture (c) du siège de soupape 25; la figure 2 ne montre chaque fois que le demi- angle d'ouverture a/2, b/2, c/2. L'arête à la jonction de la première sur- face conique 32 et de la rainure annulaire 35 forme une arête d'étanchéité 36 qui lorsque l'injecteur est neuf, s'appuie tout d'abord contre le siège de soupape 25 lorsque l'aiguille d'injecteur 14 est en position de fermeture. La pression surfacique élevée ainsi engendrée assure une bonne étanchéité de la chambre de pression 9 au niveau de l'arête d'étanchéité 36. Mais l'usure qui se produit au fur et à mesure fait que la seconde surface conique 33 s'appuie également contre le siège de soupape 25 lorsque l'aiguille d'injecteur 14 est en position de fermeture. Les efforts importants qui poussent l'aiguille d'injecteur 14 contre le siège de soupape 25 produisent une déformation plastique du corps d'injecteur 1; dans les injecteurs connus cette déformation plastique peut faire que la surface d'étanchéité de soupape 27 glisse légèrement par rapport au siège de sou- pape 25 et au cours du temps seule la seconde surface conique 33 sou- tient la force de fermeture. De ce fait, en position de fermeture de l'aiguille d'injecteur 14 il subsiste un intervalle résiduel entre l'arête d'étanchéité 36 et le siège de soupape 25 si bien qu'à cet endroit la rainure annulaire est soumise à une pression permanente et qu'ainsi une force d'ouverture supplémentaire correspondante s'applique à l'aiguille de sou-pape 14. Pour éviter cette situation, l'injecteur de carburant selon l'invention comporte au niveau de la seconde surface conique 33, une ou plusieurs rainures transversales 42 évitant une telle déformation plastique du corps d'injecteur 1. Comme la seconde surface conique 33 s'applique contre le siège de soupape 25, les rainures transversales 42 produisent un léger bourrelet 44 de la matière du siège de soupape 25, bourrelets contre lesquels s'appuient les rainures transversales 42. La figure 3 montre ces Io bourrelets 44 selon une représentation agrandie de la section portant la référence 3 à la figure 2. Mais il n'y a pas d'autre déplacement de la seconde surface conique 33 par rapport au siège de soupape 25. L'arête d'étanchéité 36 conserve sa fonction et la surface partielle de la surface d'étanchéité de soupape 27 sollicitée par la pression du carburant régnant dans la chambre de pression 9 reste ainsi toujours constante et il en est de même de la dynamique d'ouverture de l'aiguille d'injecteur 14. La surface d'étanchéité de soupape 33 peut également comporter des rainures longitudinales 40, supplémentaires reliant la rainure annulaire 35 au perçage borgne 37. Des rainures longitudinales 40 évitent tout étranglement au niveau de l'arête au moment de la course de soulèvement d'ouverture de l'aiguille d'injecteur 14, cette arête étant celle située entre la rainure annulaire 35 et la seconde surface conique 33. La réalisation de rainures transversales 42 dans un injecteur de carburant équipé de telles rainures longitudinales 40 est particulièrement avantageuse car une étanchéité au niveau de l'arête d'étanchéité 36 qui ne serait plus suffisante n'aboutira plus ainsi directement à une liaison hydraulique permanente entre la chambre de combustion 9 et le perçage borgne 37 et ainsi avec les orifices d'éjection 30. Cela se traduirait par une augmentation non voulue d'émission d'hydrocarbure par le moteur à combustion interne. Les rainures transversales 42 de l'exemple de réalisation présenté à la figure 2 sont situées dans un plan radial par rapport à l'axe longitudinal 8. Mais en variante on peut également prévoir un tracé incli- né des rainures transversales 42 c'est-à-dire de leur faire prendre un an- gle par rapport à l'axe longitudinal 8. Cette situation est représentée à la figure 3. Dans ce cas les rainures transversales 42 coupent la seconde surface conique. La profondeur des rainures transversales 42 est de préférence de 1 à 20 m et une plage de 5 à 10 m est particulièrement avantageuse. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne comprenant un boîtier (1) muni d'un siège conique de soupape (25) ayant un angle d'ouverture (c) et une aiguille d'injecteur (34) ayant une surface d'étanchéité de soupape (27) par laquelle l'aiguille d'injecteur (14) coopère avec le siège de soupape (25) pour ouvrir et fermer au moins un orifice d'éjection (30), la surface d'étanchéité de soupape (27) ayant une première surface conique (32) dont l'angle d'ouverture (a) est inférieur à celui du siège de sou- to pape (25) et une seconde surface conique (33) dont l'angle d'ouverture (b) est plus grand que celui du siège de soupape (25), et avec entre la première surface conique (32) et la seconde surface conique (33) une rainure annulaire périphérique (35) formant une arête d'étanchéité (36) à la jonction de la première surface conique (32) et de la rainure annulaire (35), caractérisé par au moins une rainure transversale (42) réalisée sur la seconde surface conique (33). 2 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces coniques (32, 33) sont réalisées pour que lorsque l'aiguille d'injecteur (14) s'appuie contre le siège de soupape (25), la surface d'étanchéité de soupape (27) et le siège de soupape (25) se déforment pour que la seconde surface conique (33) s'appuie au moins partiellement contre le siège de soupape (25). 3 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde surface conique (33) comporte plusieurs rainures transversales 30 (42) passant dans un plan radial par rapport à l'axe longitudinal (8) de l'aiguille d'injecteur (14). 4 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures transversales (42) sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal (8) de l'aiguille d'injecteur (14). 5 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que des rainures longitudinales (40) réalisées sur la seconde surface conique (32), partent de la rainure annulaire (35) et arrivent jusqu'à la seconde surface conique (33). 6 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures transversales (42) ont une profondeur comprise entre 1 et 20 m. 7 ) Injecteur de carburant selon la revendication 6, caractérisé en ce que les rainures transversales (42) ont une profondeur comprise entre 5 et 10 m. 8 ) Injecteur de carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce que les rainures longitudinales (40) coupent les rainures transversales (42). 9 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence d'angle entre l'angle d'ouverture (a) de la première surface conique (32) et l'angle d'ouverture (c) du siège de soupape (25) est supérieure à la différence d'angle entre celui de la seconde surface conique (33) et l'angle d'ouverture (c) du siège de soupape (25). Io