Brevet FR2875864A1 — publié le 20060331

Domaine de l'invention La présente invention concerne un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne, comportant une aiguille d'injecteur dont l'extrémité comporte une surface d'étanchéité de soupape coopé- rant par son mouvement longitudinal avec un siège de soupape et commandant ainsi un flux de carburant d'une chambre de pression vers au moins un orifice d'éjection, de sorte que lors de l'appui de l'aiguille d'injecteur contre le siège d'injecteur le flux de carburant est interrompu, alors que celui-ci est libéré lorsque l'aiguille d'injecteur est soulevée de son siège. En d'autres termes l'invention concerne un injecteur de carburant tel que celui décrit par exemple dans le document DE 101 33 433 Al. Cet injecteur de carburant connu comporte un corps d'injecteur recevant en coulissement longitudinal une aiguille d'injecteur. L'aiguille d'injecteur présente une surface d'étanchéité de soupape par laquelle elle coopère avec un siège de soupape réalisé dans le corps de l'injecteur. Par son mouvement de translation l'aiguille d'injecteur commande le débit de carburant entre une chambre de pression et un ou plusieurs orifices d'éjection débouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. L'étanchéité de la chambre de pression se fait par l'aiguille d'injecteur qui vient par sa surface d'étanchéité contre le siège de soupape et ferme ainsi de manière étanche les orifices d'éjection. Etat de la technique Les systèmes d'injection actuels de moteur à combustion interne tournant rapidement utilisent différents procédés. Une possibilité consiste à utiliser une pompe distributrice générant une impulsion de carburant pour chaque injection et cette impulsion se développe de la pompe jusque dans une chambre de pression entourant l'aiguille d'injecteur. L'augmentation de la pression dans la cette chambre de pression se traduit par une force hydraulique à effet longitudinal exercée sur l'aiguille d'injecteur. Cette force produit un mouvement longitudinal de l'aiguille et libère les orifices d'éjection. Une autre possibilité utilisée dans les systèmes d'injection dits à rampe commune, consiste à générer une pression de carburant élevée, prédéfinie dans une chambre de pression et de main-tenir l'aiguille d'injecteur en position de fermeture par une force d'obturation élevée correspondante, jusqu'au moment souhaité pour l'injection. La force de fermeture est ensuite réduite pour que l'aiguille puisse se déplacer sous l'effet de la pression dans la chambre de pression et produire l'injection. Dans les deux systèmes d'injection décrits ci-dessus, on a une pression variant dans la chambre de pression, engendrée par les différents chocs de pression de la pompe distributrice et dans le système de rampe commune ces oscillations résultent des variations de pression générées à l'ouverture et à la fermeture de l'aiguille d'injecteur. Les oscillations de pression se traduisent par une extension périodique du corps de soupape et ainsi à un mouvement plus facile des surfaces d'étanchéité de soupape vis-à-vis du siège ce qui engendre du frotte- ment à cet endroit. Ce frottement creuse la surface d'étanchéité de la soupape dans le siège de soupape si bien que la surface partielle de la surface d'étanchéité de la soupape sollicitée par la pression du carburant dans la chambre de pression change. Cela modifie la pression à laquelle l'aiguille d'injecteur s'ouvre et ainsi la caractéristique d'injection qui varie progressivement pendant toute la durée de vie de l'injecteur. Cela complique la réalisation d'une injection précise car pour cela, il faut connaître précisément la pression d'ouverture. Pour éviter ces difficultés, le document DE 101 33 433 Al propose déjà de munir le siège de soupape ou la surface d'étanchéité de soupape d'un revêtement dur par exemple d'une couche dite de DLC (carbone diamant) c'est-à-dire une couche de carbone ayant la structure du diamant. Ces couches de carbone très dures évitent l'usure malgré les mouvements de la surface d'étanchéité vis-à-vis du siège de soupape aussi bien que l'usure peut être maintenue dans une limite acceptable pendant toute la durée de vie de l'injecteur. De tels revêtements ont toutefois l'inconvénient d'être d'une fabrication très compliquée et de renchérir ainsi d'une manière non négligeable le coût des injecteurs. De plus, même si la couche est appliquée de manière précise, on risque que cette matière très dure et cassante éclate sous l'effet des contraintes mécaniques poussées lors-que l'aiguille d'injecteur arrive sur le siège de soupape. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à de tels in- convénients et concerne à cet effet un injecteur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que soit la surface d'étanchéité de soupape, soit le siège de soupape sont munis d'un revêtement ayant un coefficient de friction élevé en combinaison avec l'acier, si le siège de soupape est en acier. Par contre, si l'aiguille d'injecteur et donc la surface d'étanchéité de soupape sont en acier, alors le siège de soupape et la surface d'étanchéité de soupape sont munis d'un revêtement ayant un coefficient de friction élevé en combinaison avec le même revêtement. L'injecteur selon l'invention a l'avantage de réduire de manière décisive l'usure entre la surface formant siège de soupape et le siège de soupape et cela pour un coût réduit. Ainsi, selon l'invention, la surface d'étanchéité de la soupape vient sur le siège de soupape avec un frottement d'accrochage élevé de sorte que le siège de soupape et la surface d'étanchéité de la soupape ne peuvent pas se déplacer l'un par rapport à l'autre sous l'effet du léger élargissement du corps de l'injecteur. Comme lorsque l'injecteur est en position fermée, il n'y a pas de mouvement entre la surface d'étanchéité et le siège de soupape, le frottement sera significativement réduit à cet endroit ce qui diminue considérablement l'usure dans cette zone et la pression d'ouverture de l'injecteur reste constante pendant toute la durée de vie celui-ci. Selon un développement avantageux, le revêtement est avantageusement un métal mou par comparaison avec l'acier et il est particulièrement avantageux d'utiliser de l'or, du nickel ou du palladium. Mais il est également possible de réaliser un revêtement en ma- tière plastique. A la fois les métaux énoncés ci-dessus et les matières plastiques s'appliquent de manière simple sur la surface d'étanchéité de l'injecteur ou le siège de soupape ce qui n'entraîne qu'un coût réduit. Toutes ces matières ont la caractéristique d'un coefficient de friction élevé par rapport à celui de l'acier si bien que l'aiguille de l'injecteur pressée avec une force importante contre le siège de soupape, s'accroche par sa surface d'étanchéité contre le siège de soupape de sorte qu'il n'y aura pas de mouvement relatif entre le siège de soupape et la surface d'étanchéité de l'aiguille. Ces revêtements sont particulièrement avantageux dans le cas d'un siège de soupape et d'une surface d'étanchéité de soupape de forme au moins sensiblement conique. Il est avantageux de prévoir un revêtement d'une épaisseur au plus de 5 m qui s'installe très rapidement et ne détériore pas la solidité mécanique de l'aiguille d'injecteur ou de la paire constituée par l'aiguille d'injecteur et le 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 selon l'invention, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie de la partie du siège de soupape représentée à la figure 1. Description du mode de réalisation La figure 1 est une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon l'invention. Le corps 1 de l'injecteur comporte un perçage 3 dont l'extrémité située du côté de la chambre de combustion est délimitée par un siège de soupape 9 principalement conique. Un ou plusieurs orifices d'éjection 11 partent du siège de soupape 9. Lorsque l'injecteur est monté, ces orifices débouchent dans la chambre de corn- bustion du moteur à combustion interne. Le perçage 3 reçoit une aiguille d'injecteur 5 en forme de piston coulissant longitudinalement. Son segment de guidage 15 à l'opposé du siège de soupape 9 est guidé de manière étanche dans la zone de guidage 23 du perçage 3. Partant du segment de guidage 15, l'aiguille d'injecteur 5 diminue de section en direction du siège de soupape 9 en formant un épaulement de pression 13 pour rejoindre par son extrémité tournée vers le siège de soupape 9 une surface d'étanchéité 7, principalement conique. Au niveau de l'épaulement de pression 13, le perçage 3 s'élargit radialement et forme une chambre de pression 19. Cette chambre entoure l'aiguille d'injec- teur 5 de son extension radiale jusqu'au siège de soupape 9. L'extension radiale de la chambre de pression 19 débouche dans un canal d'alimentation 25 réalisé dans le corps 1 de l'injecteur. Du carburant à haute pression remplit la chambre de pression 19 en arrivant du canal d'alimentation 25. L'extrémité de l'aiguille d'injecteur 5 à l'opposé de celle du siège de soupape 9 est soumise à une force de fermeture qui pousse l'aiguille 5 en direction du siège de soupape 9. Cette force de fermeture peut être générée par exemple par un ressort ou par un dis- positif hydraulique. Le fonctionnement est tel que la pression régnant dans la chambre de pression 19 engendre une force hydraulique s'exerçant sur l'épaulement de pression de poussée 13 et sur des parties de la surface d'étanchéité de soupape 7 en générant une force d'ouverture dirigée à l'opposé du siège de soupape 9 et s'appliquant à l'aiguille d'injecteur 5. Lorsque la force hydraulique d'ouverture dépasse la force de fermeture, l'aiguille d'injecteur 5 se soulève de son siège 9 et libère les orifices d'éjection 11. Le carburant peut ainsi passer de la chambre de pression 19 entre la surface d'étanchéité 7 et le siège de soupape 9 pour passer par les orifices d'éjection 11 dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. On peut prévoir soit que l'aiguille d'injecteur 5 soit sollicitée par une force de fermeture constante et que chaque injection soit initialisée par un choc de pression introduit dans la chambre de pression 9 par exemple par une pompe distributrice. On peut égale-ment prévoir de maintenir la pression constante dans la chambre de pression 19 et ainsi d'exercer également une force d'ouverture constante sur l'aiguille d'injecteur 5. Pour la commande, on utilisera alors une force de fermeture variable pour que lorsque la force de fermeture diminue, l'aiguille d'injecteur 5 se soulève du siège de soupape 9 et permet ainsi une injection comme cela a déjà été décrit. La figure 2 montre un agrandissement de l'extrémité du corps d'injecteur 1 située du côté de la chambre de combustion comme représenté à la figure 1. L'aiguille d'injecteur 5 comporte un revêtement 30 qui couvre toute la zone de la surface d'étanchéité 7 arrivant en contact avec le siège de soupape 9. La figure 2 montre l'aiguille d'injecteur 5 en position ouverte; la distance axiale entre l'aiguille d'injecteur 5 et le siège de soupape 9 a été représentée de façon exagérée dans un but de clarté de la présentation. La moitié gauche de la figure 2 montre une disposition des orifices d'éjection 11 partant directement du siège de soupape conique 9. Un injecteur muni d'orifices d'éjection 11 ainsi réalisé est habituellement appelé buse à orifices de siège. La moitié droite de la figure 2 montre en revanche des orifices d'éjection 11 par- tant du perçage borgne 17 faisant suite au siège de soupape conique 9. L'aiguille d'injecteur 5 ne passe que par une partie du perçage borgne 17 si bien qu'il se forme dans celui-ci un réservoir de carburant avec une pression isotropique qui alimente les différents orifices d'éjection 11. A la fois dans le cas de l'utilisation d'une pompe distributrice qui augmente de manière impulsionnelle la pression du carburant dans la chambre de pression 19 à chaque injection, que dans le cas d'un système d'injection à rampe commune maintenant constante la pression dans la chambre de pression 19, on a des oscillations de pression dans la chambre de pression 19. Dans le cas des systèmes à rampe commune, la cause est que le carburant est accéléré dans la chambre de pression 19 par la fermeture et l'ouverture de l'aiguille d'injecteur 5 puis, le carburant est de nouveau freiné. Ces oscillations de pression se traduisent par un élargissement périodique du corps 1 de l'injecteur au niveau de la chambre de pression 19 si bien que le corps 1 de l'injecteur se déforme légèrement au niveau du siège de sou-pape 9. Le revêtement 30 qui a un coefficient de frottement plus élevé que celui de l'acier, fait que l'aiguille d'injecteur 5 s'appuie par sa sur- face d'étanchéité 7 avec une force d'accrochage importante contre le siège de soupape 9 ce qui se traduit par l'absence de tout mouvement relatif entre la surface de siège de soupape 7 et le siège de soupape 9. Le revêtement 30 est formé comme déjà indiqué d'une matière ayant un coefficient de friction plus élevé que celui de l'acier. Conviennent à cet effet des métaux relativement mous par rapport à l'acier. Il s'agit par exemple d'or, de nickel ou de palladium; les métaux sont appliqués sur une épaisseur de couche inférieure à 5 m sur la surface d'étanchéité 7 de la soupape. Il est également possible de réaliser le revêtement 30 de la surface d'étanchéité 7 en une matière plasti- que appropriée. On peut également appliquer le revêtement 30 non pas sur la surface d'étanchéité de soupape mais sur le siège de soupape 9. On peut enfin envisager un revêtement des deux surfaces. Dans ce cas, la matière du revêtement doit avoir un coefficient de friction élevé non seulement dans la paire formée avec le métal mais également avec la même matière du revêtement. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur de carburant pour moteur à combustion interne, comportant une aiguille d'injecteur (5) dont l'extrémité comporte une surface d'étanchéité de soupape (7) coopérant par son mouvement longitudinal avec un siège de soupape (9) et commandant ainsi un flux de carburant d'une chambre de pression (19) vers au moins un orifice d'éjection (11), de sorte que lors de l'appui de l'aiguille d'injecteur (5) contre le siège d'injecteur (9) le flux de carburant est interrompu, alors que celui-ci est libéré lorsque l'aiguille d'injecteur (5) est soulevée de son siège (9), le siège de soupape (9) étant réalisé en acier, caractérisé en ce que soit la surface d'étanchéité de soupape (7), soit le siège de soupape (9) sont munis d'un revêtement (30) ayant un coefficient de friction élevé en combinaison avec l'acier. 2 ) Injecteur de carburant pour moteur à combustion interne, comportant une aiguille d'injecteur dont une extrémité comporte une surface d'étanchéité de soupape (7) coopérant par un mouvement longitudinal avec un siège de soupape (9) et commandant ainsi le flux de carburant d'une chambre de pression (19) vers au moins un orifice d'éjection (11), de sorte que lors de l'appui de l'aiguille d'injecteur (5) contre le siège de soupape (9) le flux de carburant est interrompu, alors qu'il est libéré si l'aiguille d'injecteur (5) est soulevée du siège (9), dans lequel l'aiguille d'injecteur (5) et donc la surface d'étanchéité de soupape (7) sont en acier, caractérisé en ce que le siège de soupape (9) et la surface d'étanchéité de soupape (7) sont munis d'un revêtement (30) ayant un coefficient de friction élevé en combinaison avec le même revêtement (30). 3 ) Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement (30) est formé d'un métal plus mou que l'acier du siège de soupape (9). 4 ) Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que le revêtement (30) est en or, nickel ou palladium. 5 ) Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement (30) est en matière plastique. 6 ) Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le siège de soupape (9) est au moins sensiblement de forme conique. 7 ) Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 6, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité de soupape (7) est au moins sensiblement de forme conique. 8 ) Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement (30) a une épaisseur au plus égale à 5 m.