Brevet FR2884876A1 — publié le 20061027

L'invention concerne un dispositif de fixation pour le montage d'un porte- injecteur, source de vibrations, sur un moteur à combustion interne, susceptible de recevoir et de transmettre les vibrations, à l'aide d'un élément de fixation, ainsi qu'un moteur à combustion interne comportant un tel dispositif. Lors de la conception d'un véhicule automobile, il est de tradition depuis longtemps de prévoir des moyens destinés à empêcher la génération de vibrations ou, pour le moins, de prévoir des moyens destinés à les amortir. Un exemple typique en sont les amortisseurs de vibration que l'on utilise pour la suspension du bloc moteur dans le châssis du véhicule. On utilise à cet effet, par exemple, des blocs de caoutchouc. Les approches récentes pour diminuer les bruits qu'un véhicule automobile en général et un groupe motopropulseur en particulier génèrent sont de plus en plus dirigées vers les sources même des bruits. En effet, les approches les plus efficaces en vue de réduire le bruit et les vibrations, consistent à agir au plus près de la source, voire directement sur la cause du bruit lorsque cela est possible. Un des bruits les plus prononcés d'un groupe motopropulseur dans un véhicule automobile est le bruit engendré par les injecteurs, et cela particulièrement dans les moteurs à allumage par compression. Les injecteurs sont destinés à être montés, pour exercer leur fonction, sur un bloc moteur pourvu d'au moins une chambre de combustion dans laquelle un tel injecteur doit injecter un carburant. Les injecteurs sont source de vibration à double titre. D'abord, les injecteurs sont source de vibrations en raison des pièces mobiles qui sont activées pour la préparation consécutive des portions de carburant destinées à être injectées dans la ou les chambres de combustion suivant le régime du moteur. Ces pièces sont en général sollicitées en mouvements translatoire et oscillatoire. Les injecteurs sont ensuite source de vibration en raison des changements de pression qui ont continuellement lieu pendant la préparation et l'injection des portions de carburant. Chaque changement de pression, et notamment chaque décharge de pression, engendre des vibrations. Ces vibrations se propagent sous la forme d'un rayonnement acoustique directement audible. D'autres vibrations issues des injecteurs ont pour origine les changements de pression qui entraînent des contractions du corps et des pièces des injecteurs. Le bruit des injecteurs transmis et rayonnés par un moteur à combustion interne est lié d'une part à un phénomène excitateur de l'actionneur piézo-électrique pour des injecteurs Diesel et du choc d'aiguille pour les injecteurs essence. D'autre part, le bruit des injecteurs est lié à la réponse dynamique du porte-injecteur à cette excitation. Ce comportement vibratoire rend le porte-injecteur émissif sur la voie aérienne et excitateur, sur la voie solidienne, pour le haut du moteur qui peut à son tour rayonner. La maîtrise des quantités de carburant injectées impose des mouvements d'aiguille, donc de l'actionneur, de plus en plus rapides pour répondre aux objectifs de limitation de la pollution et pour limiter le bruit de combustion ou encore pour limiter la consommation. La nature double des injecteurs en tant que source de vibrations a été reconnue déjà dans l'état de la technique et a donné lieu à des solutions favorisant plutôt l'un ou plutôt l'autre des deux phénomènes énoncés plus haut. Toutefois, ces solutions concernaient à chaque fois l'injecteur luimême ou l'utilisation d'une pièce supplémentaire lors du montage de l'injecteur. Ainsi, à titre d'exemple, le document US-A-6 382 532 enseigne l'utilisation d'intercalaires viscoélastiques introduits à différents endroits entre l'injecteur et la partie du bloc moteur dans laquelle l'injecteur est inséré. Toutefois, en raison des températures locales que l'on rencontre, par exemple, dans la partie inférieure d'un injecteur ou en contact avec la culasse, l'utilisation de pièces complémentaires, par exemple d'intercalaires viscoélastiques, n'est pas toujours possible. Le but de l'invention est de proposer une solution qui permette d'amortir des vibrations et du bruit engendré par un injecteur destiné à être monté sur un moteur à combustion interne. Le but de l'invention est atteint avec un dispositif de fixation pour le montage d'un porte-injecteur, source de vibrations, sur un moteur à combustion interne, susceptible de recevoir et de transmettre les vibrations, à l'aide d'un élément de fixation. Selon l'invention, le dispositif de fixation comprend des moyens de compensation des vibrations réalisés sous la forme d'un premier élément formant une masse mobile et d'un ensemble de seconds éléments formant des ressorts liant la masse mobile à l'élément de fixation. La présente invention permet de réduire les vibrations inhérentes au fonctionnement d'un injecteur en réduisant les amplitudes vibratoires du système de fixation de l'injecteur aux fréquences de traction/compression du porte-injecteur et de diminuer ainsi aussi bien le niveau de bruit rayonné par le porte-injecteur par la voie aérienne que l'excitation vibratoire imposée à la partie haute du moteur par la voie solidienne. L'utilisation de la présente invention permet de réduire le caractère impulsionnel du bruit, auquel l'injecteur contribue de manière forte, et permet ainsi de contribuer à l'amélioration de la coloration acoustique des moteurs à combustion interne. A ce titre, la présente invention concerne également les caractéristiques ci-après, considérées isolément ou selon 30 toute combinaison techniquement possible: - les moyens de compensation sont conformés pour amortir des vibrations axiales; - les seconds éléments sont formés par des ressorts hélicoïdaux; - les seconds éléments sont formés par des ressorts de Belleville; - les seconds éléments sont formés par des ressorts élastomères. Le but de la présente invention est également atteint avec un moteur à combustion interne, à injection, comprenant au moins un injecteur de carburant monté sur une culasse du moteur, ce moteur comprenant un dispositif de fixation décrit plus haut. La présente invention traite donc la réponse dynamique du système, pour obtenir des aménagements permettant de mieux maîtriser le rayonnement acoustique ainsi que l'excitation que celui-ci impose à la partie haute du moteur. Le dispositif de l'invention est fondé sur l'observation que le mode propre, en partie responsable du bruit des injecteurs, est associé à une déformation du type "traction-compression" du porte-injecteur dans l'axe longitudinal des injecteurs, générant en conséquence des déplacements importants du système de fixation dans un même axe. Ce mode propre est généralement situé autour de 4000 Hz. Il est fortement sollicité par des excitations issues de l'actionneur ou de l'aiguille de l'injecteur. Le dispositif de fixation selon l'invention reprend le principe du batteur axial classiquement utilisé comme amortisseur vibratoire, appliqué ici au système de fixation du porte-injecteur. La fixation peut être effectuée par une bride ou par une fourchette. Par la suite, l'invention sera décrite pour la fixation d'un porte-injecteur à l'aide d'une fourchette. D'autres types de fixation feront l'objet de variantes de réalisation de l'invention. Le principe du batteur est adapté dans la mesure du possible, sur les zones de débattement maximal de la fourchette et selon les possibilités d'implantation. Le principe batteur axial correspondant au principe d'utilisation de moyens de compensation des vibrations, de tels moyens de compensation sont disposés ou implantés de préférence à proximité des points d'appui de la fourchette sur le porte-injecteur. Ces moyens de compensation des vibrations sont des simples systèmes masse-ressort dont la fréquence propre 2z.\/K/M est à caler sur la fréquence de traction/compression du porte-injecteur. Il est nécessaire d'assurer une parfaite mobilité de la masse par rapport à la 5 fourchette. Le système de ressort peut être réalisé par l'utilisation de ressorts hélicoïdaux, placés de part et d'autre de la masse, ou par l'utilisation de ressorts Belleville ou par l'utilisation d'un élastomère. Lorsqu'il n'est pas possible d'implanter la masse mobile et le système de ressorts à proximité de points d'appui de la fourchette sur le porteinjecteur, l'ensemble de la masse mobile et le système de ressorts peut être implanté, par exemple, à proximité des points d'appui sur le porteinjecteur. Il est également possible d'utiliser plusieurs systèmes batteur, chacun d'entre eux étant calé à une autre fréquence. Cette disposition permet d'amortir plusieurs modes propres. Lorsque l'on utilise, à la place d'une fourchette, une bride ou une bride double pour fixer un porte-injecteur sur le moteur à combustion interne, on détermine les zones de débattement maximales de la bride, le cas échéant en fonction des possibilités d'implantation du système. En cas de difficulté d'implantation sur les zones de débattement maximales, il reste également envisageable d'insérer l'ensemble de masse mobile et ressort en une position moins contraignante. Lorsque l'on utilise une bride trois points, cet élément de fixation peut recevoir trois ensembles de masse mobile et un ressort, à proximité des points d'appui de la bride sur le porte-injecteur, avec la possibilité de caler chacun d'entre eux à une fréquence différente. Il en est de même pour le cas d'une bride double évoqué ci avant. Le système masse-ressort décrit ci avant peut être remplacé par une pièce unique ayant des dimensions appropriées et dont la raideur et la masse propre conduisent à une fréquence propre 2/K/M qui est à caler sur la fréquence de traction/compression du porte-injecteur. Le dispositif de fixation pour le montage, à l'aide d'un élément de fixation, tels une fourchette, une bride ou tout autre élément adapté, d'un porte-injecteur, source de vibrations, sur un moteur à combustion interne, susceptible de recevoir et de transmettre les vibrations, utilise le principe du batteur axial à un degré de liberté. Ceci permet d'annuler le déplacement d'une structure, en résonance ou en réponse forcée à une fréquence donnée. Le dispositif de fixation selon l'invention comprend donc l'élément de fixation lui-même et l'injecteur, l'ensemble formant un système de masse M1 et de raideur K1, soumis à un effort F(w)=Fo.cos(wt). Le batteur simple est un système additionnel de masse M2 et de raideur -K2, additionnel au système de fixation, comme cela est représenté sur la figure 1 des dessins annexés. Le système formé par l'élément de fixation et le système formé par le batteur ont chacun une fréquence propre 1 w, définit selon l'équation 1VKI/Mi=2z pour l'élément de 1 w2 fixation et, de manière analogue, VK2/M2= pour le 2z 2z batteur. Les déplacements respectifs des deux systèmes sont indiqués sur la figure 1 par les vecteurs ul et u2. Le dimensionnement du batteur consiste à choisir M2 et 25 K2 permettant d'annuler le déplacement U1, pour une fréquence wo/2n choisie (en général wo = w1). Les équations du mouvement de ce nouveau système s'écrivent sous la forme: "Mi 0 '\(ü (w) (KI+K2 - K2 v ui (w) "F(w) + _ 0 M2)vüz (CO)) K2 K2) u2 (w) 0 On cherche Ul et U2 sous la forme uX = UX. cos (w. t) . Il vient alors. /Ui _ Fo (K2 - w2 M2v (Ki + K2 - w2 M1) (K2 - w2 M2) -K22 K2 Il suffit donc, pour annuler le déplacement U1 à la fréquence wo/2n sur ce système simple, de choisir M2 et K2 5 tels que: Dans le cas du porte-injecteur, il convient donc, comme expliqué dans la description de l'invention, de caler 1/2z.JK2/M2 sur la fréquence propre de traction-compression (environ 4000 Hz sur les injecteurs connus), pénalisante pour le bruit. Lorsque le type de fixation utilisé pour le montage des portes-injecteurs implique plusieurs batteurs dont chacun est à caler sur une autre fréquence propre, il y a superposition des systèmes décrits ci avant. Le dispositif de l'invention permet de réduire les amplitudes vibratoires du système de fixation aux fréquences de traction-compression de chacun des portes-injecteurs et de diminuer ainsi le niveau de bruit rayonné par le ou les portes-injecteurs par voie aérienne, ainsi que l'excitation vibratoire imposée à la partie haute du moteur par voie solidienne. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention. La description est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente le principe du batteur axial à un degré de liberté appliqué à une masse oscillante, - la figure 2 montre l'implantation d'un batteur dans une fourchette destinée au montage d'un porte-injecteur, - la figure 3 montre les implantations de batteurs dans une bride symétrique destinée au montage d'un porte- injecteur, - la figure 4 monte les implantations de batteurs dans une bride double destinée au montage d'un porte-injecteur, - la figure 5 montre les implantations de batteurs dans une bride à trois points destinée au montage d'un porte- s injecteur, et - la figure 6 montre une pièce unique apte à vibrer et destinée à remplacer le système masse et ressort. La figure 1 représente le principe de la présente invention selon lequel un élément de fixation ayant la masse M1 et la raideur K1, qui est soumis à un effort F(w), est pourvu d'un batteur simple ayant la masse M2 et la raideur K2 dont le comportement oscillatoire ou vibratoire se superpose à celui de l'élément de fixation. Les deux éléments, l'élément de fixation et le batteur, sont donc reliés l'un à l'autre de manière additionnelle, et chacun de ces deux systèmes est soumis à des déplacements de même orientation représentés par les flèches ul et u2. La figure 2 représente l'implantation d'un batteur sur un élément de fixation suivant un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 montre une fourchette 1 fixant un porte-injecteur 2 sur un moteur à combustion interne 3. La fourchette 1 est fixée sur le moteur 3 à l'aide d'un boulon 4 en passant par un orifice 5 pratiqué dans la fourchette 1. Aux deux extrémités 6 et 7 de la fourchette 1, extrémités destinées à être en appui sur le porte-injecteur 2, sont implantés des batteurs B dont un est représenté schématiquement en haut de la figure 2. Ce batteur comprend une masse M et deux ressorts Rl, R2 dont le ressort supérieur R1 a une raideur K/n et le ressort inférieur R2 a une raideur (n-1) x K/n. La figure 3 montre schématiquement une bride 11 en une vue axiale et en une vue latérale. Sur la vue axiale, on voit d'une part deux orifices 12, 13 pour la fixation de la bride et d'autre part deux emplacements 14, 15 pour l'implantation de batteurs. La bride en vue latérale montre l'implantation de l'un des batteurs B. La figure 4 montre schématiquement une bride double 21 en une vue en perspective avec deux porte-injecteurs 22, 23. La bride double 21 est fixé sur un moteur à combustion interne 3A à l'aide d'une vis 24 passant par un trou 25 pratiqué dans la bride. La bride double 21 comprend six implantations de batteurs B, c'est-à-dire trois pour chaque porte-injecteur. Les implantations sont indiquées par des cercles dessinés en trait plein ou traits interrompus. La figure 5 montre schématiquement une bride à trois point 31 en une vue en perspective avec un porte-injecteur 32. La bride à trois points 31 est fixé sur un moteur à combustion interne 3B à l'aide de trois vis 33 à 35 passant par des trous pratiqués dans la bride, mais cachés sur la figure 5 par des rondelles posées sous les têtes des vis. La bride à trois points 31 comprend trois implantations de batteurs B. Les implantations sont indiquées par des cercles. La figure 6 montre une variante de la fixation selon l'invention selon laquelle une pièce unique 41 apte à vibrer est destinée à remplacer le système masse et ressort. Un batteur B est implanté dans une de deux extrémités 42, 43 de la pièce unique 41. Dans la réalisation représentée sur la figure 6, le batteur B est implanté ans l'extrémité 42. 2884876 10 REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation pour le montage d'un porte-injecteur (2) , source de vibrations, sur un moteur à combustion interne, susceptible de recevoir et de transmettre les vibrations, à l'aide d'un élément de fixation (1), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de compensation (B) des vibrations réalisés sous la forme d'un premier élément (M) formant une masse mobile et au moins un second éléments (R1) formant un ressort liant la masse mobile (M) à l'élément de fixation (1). 2. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de compensation (B) sont conformés pour amortir des vibrations axiales. 3. Dispositif de fixation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les seconds éléments (R1, R2) sont formés par des ressorts hélicoïdaux. 4. Dispositif de fixation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les seconds éléments (R1, R2) sont 20 formés par des ressorts de Belleville. 5. Dispositif de fixation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les seconds éléments (R1, R2) sont formés par des ressorts élastomères. 6. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément (M) formant une masse mobile et un second élément unique (Rl) sont formés par une pièce unique apte à vibrer. 7. Moteur à combustion interne, à injection, comprenant au moins un injecteur de carburant monté sur une culasse du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.