Brevet FR2862095A1 — publié le 20050513

Domaine de l'invention La présente invention concerne un injecteur de carburant notamment pour l'injection directe de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne comprenant une aiguille d'injecteur logée dans un corps de buse, cette aiguille étant commandée par un actionneur et sollicitée par un ressort de rappel pour qu'un organe d'obturation de soupape coopérant avec l'aiguille d'injecteur, tourné vers la chambre de combustion, soit à l'état non actionné de l'actionneur maintenu en appui étanche contre une surface formant siège de soupape. Etat de la technique Selon le document DE 195 34 445 Al on connaît par exemple un injecteur de carburant s'ouvrant vers l'extérieur et ayant un siège d'étanchéité conique. L'aiguille d'injecteur comporte un perçage central débouchant dans une chambre de pression en amont du siège d'étanchéité. Un actionneur en forme d'actionneur piézo-électrique s'appuie d'un côté contre un corps de buse et de l'autre contre un épaulement de pression relié par une liaison de force à l'aiguille d'injecteur. Un ressort de rappel maintient l'aiguille d'injecteur en position de fermeture. Lorsque l'actionneur est excité, son allongement ouvre l'aiguille contre la force de fermeture exercée par le ressort de rappel et permet l'éjection de carburant. L'inconvénient de l'injecteur de carburant connu selon le document DE 195 34 445 Al est notamment la forme conique du jet de carburant injecté dans la chambre de combustion du moteur à combus- tion interne, cette forme étant symétrique par rapport à l'axe longitudinal de l'injecteur. Cet injecteur ne permet pas une injection en biais ou une déformation asymétrique du jet conique pour éviter de frapper directement la bougie d'allumage. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne un injecteur de carburant du type dé-fini ci-dessus, caractérisé en ce que l'organe d'obturation de soupape comporte un manchon qui s'appuie contre l'organe d'obturation de sou-pape par au moins un élément en relief. L'injecteur selon l'invention a l'avantage de permettre de déformer simplement le nuage de mélange à l'aide d'un élément en relief prévu sur le manchon installé sur l'organe d'obturation de soupape. On peut prévoir un seul élément en relief sur le manchon mais aussi deux éléments en relief opposés ou encore un plus grand nom- 15 bre d'éléments en relief suivant les conditions requises. Les éléments en relief peuvent être de même largeur ou de largeurs différentes. Il est avantageux de bloquer en rotation le manchon dans l'injecteur. Pour cela, les broches traversent le corps de buse pour arriver dans des fentes du manchon. L'aiguille d'injecteur reste ainsi libre en mouvement. Il est particulièrement avantageux que les intervalles de jet formés par les éléments en relief soient fixes pour le nuage de mélange et évitent que la bougie d'allumage ne reçoive une projection. Avantageusement, le manchon est traversé par l'aiguille d'injecteur. De plus, si le manchon comporte un moyen de blocage en rotation de préférence le manchon est bloqué en rotation par des broches sur un corps de buse de l'injecteur de carburant. Dans ce cas les broches pénètrent dans la direction radiale dans les fentes du manchon et par exemple les fentes sont au nombre de deux. Selon d'autres caractéristiques avantageuses: le manchon est sollicité par un ressort, - le ressort est serré entre le manchon et le corps de buse, le diamètre intérieur du manchon n'est pas inférieur au diamètre intérieur du corps de buse du côté de l'arrivée du fluide du ressort, - le diamètre extérieur du manchon est légèrement inférieur au diamètre intérieur du corps de buse au niveau du manchon. Selon d'autres caractéristiques au choix ou en combinai-son É au moins un élément en relief est de forme rectangulaire, au moins un élément en relief est arrondi. Si on a seulement deux éléments en relief, les éléments en 30 relief sont écartés d'un écart angulaire d'environ 180 . Si en outre les fentes sont écartées d'un intervalle angulaire d'environ 180 , les éléments en relief et les fentes sont écartés d'un intervalle angulaire respectif d'environ 90 . Si le nombre (n) d'éléments en relief est supérieur à deux, 35 (n-1) éléments en relief sont de mêmes dimensions et un élément en relief est plus large que les autres éléments en relief. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée a l'aide d'exemples de réalisation représentés de manière simplifiée dans les dessins annexés dans lesquels: la figure lA est une coupe schématique d'ensemble d'un premier exemple de réalisation d'un injecteur de carburant selon l'invention, la figure 1B est une coupe schématique de l'extrémité du côté de l'éjection du premier exemple de réalisation de l'injecteur selon l'invention représenté à la figure 1A, montrant la zone 1B de la figure 1A, la figure 1C montre le jet d'éjection formé par le premier mode de réalisation de l'injecteur de carburant selon les figures lA, 1B, la figure 2A est une vue développée du manchon de l'injecteur de carburant représenté à la figure 1B, la figure 2B est une vue développée d'un autre exemple de réalisation d'un manchon d'un injecteur de carburant selon l'invention. Description de modes de réalisation Un premier exemple de réalisation d'un injecteur de carburant 1 selon l'invention, représenté de manière simplifiée à la figure 1A, correspond à un injecteur i pour une installation d'injection de carburant destinée à un moteur à combustion interne à compression de mélange et allumage commandé. L'injecteur de carburant 1 est sous la forme d'un injecteur 1 s'ouvrant vers l'extérieur et convient notamment pour l'injection directe de carburant dans une chambre de combustion non représentée d'un moteur à combustion interne. L'injecteur de carburant i se compose d'un corps en forme de boîtier 2 et d'un corps de buse 3 logeant une aiguille d'injecteur 4. L'aiguille d'injecteur 4 coopère avec une organe d'obturation de soupape qui lui-même coopère avec une surface de siège d'étanchéité 6 pour former un siège d'étanchéité. L'injecteur de carburant 1 comporte un actionneur réalisé comme actionneur piézo-électrique 7 dans cet exemple de réalisation. L'actionneur 7 s'appuie d'un côté contre le corps de boîtier 2 et de l'autre contre un épaulement 8 de l'aiguille d'injecteur 4. Un ressort de rappel 9 est prévu du côté aval de l'épaulement 8. Ce ressort s'appuie lui-même contre le corps de buse 3. L'aiguille d'injecteur 4 comporte un canal de carburant 10 traversé par le carburant arrivé par une alimentation de carburant il cen- traie, du côté de l'alimentation, pour atteindre le siège d'étanchéité. Du côté amont du siège d'étanchéité, le canal de carburant 10 débouche dans un volume annulaire 12. En position de repos de l'injecteur 1, l'épaulement 8 est sol- licité par la force du ressort de rappel 9 dans la direction opposée à la di-rection de soulèvement pour tenir l'organe d'obturation de soupape 5 en appui étanche contre la surface formant siège de soupape 6. Lorsque l'actionneur piézo-électrique 7 est excité, il se dilate dans la direction axiale contre la force du ressort de rappel 9 et l'épaulement 8 avec l'aiguille 4 reliée par une liaison de force à l'épaulement 8, se déplace dans la direction du soulèvement. L'organe d'obturation de soupape 5 se sou-lève de la surface formant siège de soupape 6 et le carburant du canal 10 est éjecté. Lorsque le courant d'excitation est coupé, l'extension axiale de l'actionneur piézo-électrique 7 diminue et l'aiguille d'injecteur 4 est dé-placée par la poussée exercée par le ressort de rappel 9 dans la direction opposée à la direction de soulèvement. L'organe d'obturation de soupape 5 s'appuie contre la surface foi Niant siège de soupape 6 et l'injecteur de carburant 1 se ferme. Selon l'invention, un manchon 13 est réalisé sur l'organe 20 d'obturation de soupape 5 de l'injecteur 1. Ce manchon est monté de manière bloquée en rotation dans le corps de buse 3 par un moyen de blocage en rotation 14. Le manchon 13 est sollicité par un ressort 15. Ce ressort maintient le manchon 13 en appui contre l'organe d'obturation de soupape 5. Le fonctionnement du manchon 13 sera décrit ci-après à l'aide des figures. La figure 1B montre une vue à échelle agrandie du détail portant la référence 1B à la figure lA. Les injecteurs de carburant 1 selon l'état de la technique forment un nuage de mélange, conique fermé, qui se développe en direction d'une ou plusieurs bougies d'allumage installée dans la chambre de combustion. Les électrodes des bougies peuvent ainsi être mouillées avec du carburant. Or, les bougies sont sensibles aux chocs thermiques provo- qués par le carburant frais et à l'érosion. En outre, les étincelles d'allumage sont soufflées par la vitesse du carburant injecté lorsqu'on est à trop grande proximité de l'injecteur 1, ce qui détériore la qualité de l'étincelle d'allumage. En outre, la projection directe sur la bougie d'allumage au moins d'un mélange trop riche dans la zone du chemin d'étincelles se traduit par une détérioration de la combustion. La variation de l'angle d'allumage en cas de durée d'injection fixe est limitée. Pour éliminer ces difficultés concernant les bougies, on applique des stratégies d'injection avec interruption répétée de l'impulsion d'injection pour ventiler et protéger la bougie mais ces solutions sont compliquées et coûteuses. Ainsi, à cause des durées de commande brèves, nécessaires, il faut dans chaque cas un actionneur piézo-électrique 7. L'utilisation d'actionneurs électromagnétiques n'est plus possible dans ce cas. L'injecteur de carburant 1 selon l'invention présente, comme déjà indiqué ci-dessus, pour remédier à ces difficultés d'une manière économique, un manchon 13 installé sur l'organe d'obturation de soupape 5. Ce manchon est installé du côté d'arrivée de l'organe d'obturation de soupape 5 et s'appuie contre celui-ci. Le manchon 13 est traversé par l'aiguille d'injecteur 4. Un ressort 15 s'appuyant d'un côté contre la manchon 13 et de l'autre contre le corps de buse 3 sollicite le manchon 13 pour être tenu en appui contre celui-ci quel que soit l'état de soulèvement de l'organe d'obturation de soupape 5. Le manchon 13 est en même temps sollicité par la pression du système et par le ressort 15 de sorte que la force développée par le ressort 15 peut être faible et le composant peut ainsi être économique. Le manchon 13 est muni d'éléments en relief 16 qui agis- sent de manière précise sur la formation d'un nuage de mélange 18 à injecter dans la chambre de combustion. Le manchon 13 s'appuie contre l'organe d'obturation de soupape 5 par le ou les éléments en relief 16. La figure 1B montre deux éléments en relief 16 représentés en coupe. Les éléments en relief 16 doivent être plus longs que l'outil de soulèvement de l'aiguille 4 pour ne pas perturber l'éjection de carburant dans les autres domaines. La figure 1C montre l'image du jet formé par le manchon 13 muni de deux éléments en relief 16. L'injecteur de carburant 1 projette au centre le nuage de mélange 18, essentiellement conique, dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. A l'endroit d'un élément en relief 16 on a chaque fois un intervalle d'injection 19 dans le nuage de mélange 18 et l'un des éléments en relief peut être positionné en fonction de la bougie d'allumage 20. Ainsi, on diminue de manière significative la densité du jet au niveau de la bougie d'allumage 20 ce qui réduit au minimum le choc thermique et la tendance à l'encrassage. D'un autre côté, suffisamment de carburant arrive à proximité du chemin d'étincelle pour garantir l'allumage et une combustion efficace. Cette combustion est assistée en ce que le nuage de mélange 18 est déchiré du fait de la dynamique du jet au niveau des bords et ainsi le carburant est pulvérisé au niveau du chemin d'étincelles de la bougie 20 d'une manière extrêmement fine et il est pré-paré de manière optimale. En outre, au niveau du chemin d'étincelles il n'y aura plus de carburant à la vitesse maximale d'injection mais avec un profil de vitesse fortement réduit d'un mélange air/carburant bien mélangé ; l'étincelle d'allumage ne risque pas d'être soufflée. En outre, il est avantageux de disposer d'une plage d'angle d'allumage élargie pour une position d'injection fixée dans le temps. L'allumage et l'injection peuvent se faire simultanément. La forte pénétration du jet peut déplacer l'allumage dans le sens du retard ce qui optimise la combustion et diminue l'émission d'oxyde d'azote. De plus, grâce à une forme appropriée des électrodes de la bougie d'allumage, on diminue encore plus les tolérances de la profondeur de pénétration de la bougie d'allumage. Le manchon 13 a un diamètre intérieur qui si possible n'est pas inférieur au diamètre intérieur du corps de buse 3 du côté amont du ressort 15. Le diamètre extérieur du manchon 13 est légèrement inférieur au diamètre intérieur du corps de buse 3 au niveau du manchon 13. Il n'est pas nécessaire d'ajuster de manière extrêmement précise le diamètre intérieur du corps de buse 3 et le diamètre extérieur du manchon 13 ce qui permet de réaliser le composant de manière et économique. Le manchon 13 est muni de préférence d'un moyen de blocage en rotation 14 par exemple sous la forme de broche 14 qui bloque la position en rotation. Les broches 14 traversent le corps de buse 3 et arri- vent dans des fentes 17. Ainsi, d'une part, le manchon 13 ne peut pas tourner si bien que les intervalles de jet 19 ne se déplacent pas par rapport à la bougie d'allumage 20 et d'autre part l'aiguille d'injecteur 4 peut continuer à se déplacer librement et n'est pas limitée en mobilité par le manchon 13 fixé car le manchon 13 est seulement bloqué en rotation au corps de buse 3. Le mode de réalisation décrit ci-dessus comporte deux intervalles de jet 19 correspondant à deux éléments en relief 16. La réalisation symétrique a l'avantage d'avoir une seconde bougie d'allumage 20 en regard de la première bougie d'allumage 20 ce qui laisse ouvert la possibi- lité d'un double allumage. Les figures 2A et 2B montrent deux vues développées du manchon 13. La figure 2A montre le manchon 13 correspondant au premier exemple de réalisation et la figure 2B un autre mode de réalisation. La figure 2A montre qu'à la fois les deux éléments en relief 16 et aussi les deux fentes 17 sont décalés chaque fois de 180 pour le blocage en rotation 40. Les fentes 17 et les tourillons 13 sont décalés entre eux de chaque fois 90 . La forme des éléments en relief 16 peut être adaptée de manière quelconque aux données relatives à l'injecteur de carburant 1. L'élément en relief gauche 16 de la figure 2a est par exemple de forme rectangulaire alors que l'élément en relief 16, droit, présente des transitions arrondies avec le manchon 13. La figure 2B est une vue d'un manchon 13 muni de plu-sieurs éléments en relief 16; les éléments en relief 16 sont installés à des intervalles réguliers sur le manchon 13. Un élément en relief 21 plus large constitue l'intervalle de jet 19. Cela permet de déformer de manière quel-conque le nuage de mélange 18. Du reste, on peut également avoir un manchon 13 n'ayant qu'un élément en relief 16 pour générer un intervalle de jet 19 unique mais pour des raisons d'appui et éviter un éventuel grippage, cette solution n'est pas appliquée. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et peut également s'appliquer à des injecteurs 1 à commande électromagnétique. L'entraînement du mouvement de l'aiguille d'injecteur est également possible pan un piston à actionnement hydraulique. En particulier, toutes les caractéristiques de l'invention peuvent être combinées de façon quelconque. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur de carburant (1) notamment pour l'injection directe de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne comprenant une aiguille d'injecteur (4) logée dans un corps de buse (3), cette aiguille étant commandée par un actionneur (7) et sollicitée par un ressort de rappel (9) pour qu'un organe d'obturation de soupape (5) coopérant avec l'aiguille d'injecteur (4), tourné vers la chambre de combustion, soit à l'état non actionné de l'actionneur (7) maintenu en appui étanche contre une surface formant siège de soupape (6), caractérisé en ce que l'organe d'obturation de soupape (5) comporte un manchon (13) qui s'appuie contre l'organe d'obturation de soupape (5) par au moins un élément en relief (16). 2 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (13) est traversé par l'aiguille d'injecteur (4). 3 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que le manchon (13) comporte un moyen de blocage en rotation (14). 4 ) Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que le manchon (13) est bloqué en rotation par des broches (14) sur un corps de buse (3) de l'injecteur de carburant (1). 5 ) Injecteur de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que les broches (14) pénètrent dans la direction radiale dans les fentes (17) du manchon (13). 6 ) Injecteur de carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce que les fentes (17) sont au nombre de deux. 7 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (13) est sollicité par un ressort (15). 8 ) Injecteur de carburant selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ressort (15) est serré entre le manchon (13) et le corps de buse (3). 9 ) Injecteur de carburant selon la revendication 8, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du manchon (13) n'est pas inférieur au diamètre in-10 térieur du corps de buse (3) du côté de l'arrivée du fluide du ressort (15). 10 ) Injecteur de carburant selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le diamètre extérieur du manchon (13) est légèrement inférieur au diamè-15 tre intérieur du corps de buse (3) au niveau du manchon (13). 11 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un élément en relief (16) est de forme rectangulaire 12 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un élément en relief (16) est arrondi. 13 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé par deux éléments en relief (16). 14 ) Injecteur de carburant selon la revendication 13, 30 caractérisé en ce que les éléments en relief (16) sont écartés d'un écart angulaire d'environ 180 . 15 ) Injecteur de carburant selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fentes (17) sont écartées d'un intervalle angulaire d'environ 180 . 16 ) Injecteur de carburant selon les revendications 14 et 15, caractérisé en ce que les éléments en relief (16) et les fentes (17) sont écartés d'un intervalle angulaire respectif d'environ 90 . 17 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, 5 caractérisé en ce que le nombre (n) d'éléments en relief (16) est supérieur à deux. 18 ) Injecteur de carburant selon la revendication 17, caractérisé en ce que (n-1) éléments en relief (16) sont de mêmes dimensions. 19 ) Injecteur de carburant selon la revendication 18, caractérise en ce qu' un élément en relief (21) est plus large que les autres éléments en relief. 20 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un élément en relief (16) génère au moins un intervalle de jet (19) dans le nuage de mélange (18) injecté dans la chambre de combustion 20 du moteur à combustion interne.