Brevet FR2878581A1 — publié le 20060602

PROCEDE D'ASSEMBLAGE D'UN INJECTEUR ET PARTIE DE MOTEUR COMPORTANT UN INJECTEUR. La présente invention concerne, de façon générale, 5 un procédé d'assemblage d'un injecteur sur une culasse de moteur et une partie de moteur comportant un injecteur assemblé de façon particulière. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé d'assemblage d'un injecteur de carburant avec une culasse d'un moteur à explosion, l'injecteur comportant un corps d'injecteur, un corps de buse et une buse d'injection située à l'extrémité du corps de buse, le procédé comportant une opération consistant à réaliser un orifice de passage d'injecteur dans une culasse, une opération de positionnement du corps de buse dans ledit orifice. La buse située à l'extrémité du corps de buse permet d'injecter du carburant dans la chambre de combustion du moteur à explosion. Une telle buse est soumise à de fortes contraintes de températures et à tendance à se dégrader. La buse comporte généralement un cône d'injection interne dont l'ouverture de cône définit de façon précise la direction du carburant injecté ainsi que sa répartition dans l'espace de la chambre. Il est donc primordial de conserver les dimensions et la géométrie d'un tel cône d'injection afin d'avoir une qualité d'injection relativement constante. C'est la raison pour laquelle des fabricants d'injecteurs de carburant ont développé diverses solutions visant à augmenter la longévité d'un injecteur et à conserver ses caractéristiques le plus longtemps possible. 2878581 2 Un injecteur du type précédemment défini, et installé selon le procédé précédemment défini est par exemple décrit dans le document brevet FR2475142. Le corps de buse de cet injecteur ainsi que sa buse elle même sont entourés d'un capot d'isolation thermique isolant thermiquement le corps de buse par rapport à la culasse et par rapport à la chambre de combustion. Le capot est perforé en face du cône de la buse d'injection afin que le carburant issu de la buse puisse traverser le capot et pénétrer dans la chambre. Un espace périphérique du corps de buse est situé entre le corps de buse et le capot d'isolation thermique. Cet espace est empli d'une matière isolante thermiquement afin d'éviter l'échauffement de l'injecteur par la chaleur provenant de la chambre et afin d'éviter un contact du corps de buse avec l'orifice de la culasse. La réalisation d'un tel injecteur est rendue complexe d'une part par la nécessité d'usiner un capot de forme précise et ayant une perforation disposée en face et éloignée du cône de la buse d'injection. De plus la perforation du capot peut interférer avec le jet de carburant passant par la buse d'injection et conduire à une mauvaise combustion. Le fait que la buse ne dépasse pas directement dans la chambre ajoute une contrainte à l'optimisation de l'injection dans la chambre de combustion. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé d'assemblage d'un injecteur et une partie de moteur comportant un injecteur assemblé sur une culasse de manière à avoir une durée de vie de buse d'injection importante. 2878581 3 A cette fin, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte une étape de positionnement d'un matériau caloporteur dans un espace existant entre ledit corps de buse et l'orifice de passage, ce matériau caloporteur étant à la fois en contact contre toute une surface interne de l'orifice et contre le corps de buse. A cette même fin, l'invention concerne également une partie de moteur à explosion comportant une culasse de moteur et un injecteur de carburant, ledit injecteur ayant un corps de buse d'injection et une buse d'injection formant une extrémité de l'injecteur, le corps de buse étant au moins partiellement disposé dans un orifice de passage d'injecteur pratiqué dans ladite culasse, cette partie de moteur étant essentiellement caractérisée en ce qu'un matériau caloporteur est disposé dans un espace existant entre le corps de buse et le passage d'injecteur, ce matériau caloporteur étant en contact contre toute une surface interne de l'orifice et contre le corps de buse. Grâce au procédé d'assemblage d'injecteur selon un premier aspect de l'invention et à la partie de moteur selon un second aspect de l'invention, le corps de buse de l'injecteur se trouve complètement entouré d'un matériau caloporteur sur sa partie qui est à l'intérieur de l'orifice, seule la buse se trouvant face à la chambre de combustion. Le matériau caloporteur ainsi disposé crée une grande surface d'échange thermique entre le corps de la 2878581 4 buse et la culasse, contrairement à ce qui est proposé dans le document de l'art antérieur FR 2475142 précité. L'orifice formé dans la culasse est un orifice débouchant possédant une surface en regard avec le corps de buse, cette surface existe sur toute la longueur de l'orifice et est appelée surface interne de l'orifice. C'est principalement grâce à cette surface que la chaleur de l'injecteur pourra être dissipée au travers de la culasse qui est généralement refroidie par un élément extérieur (circuit de refroidissement par eau ou par air). Cette grande surface d'échange thermique permet de réduire l'échauffement de la buse et par conséquent permet de prolonger sa durée de vie par rapport à une buse dont la chaleur est insuffisamment dissipée. On peut par exemple faire en sorte que dans le procédé de l'invention, le matériau caloporteur possède une conductivité thermique supérieure à 200 W/mK et soit adapté pour résister à des températures au moins égales à 300 C. C'est en effet avec des matériaux dont la conductivité thermique est supérieure à 200 W/mK que le bénéfice de la présente invention est particulièrement apparent en terme de durée de vie de l'injecteur. On peut également faire en sorte que le matériau caloporteur soit une résine disposée à l'intérieur dudit espace existant entre le corps de buse et l'orifice de passage, cette résine étant adaptée pour toujours être en contact contre le corps de buse et la surface interne de l'orifice de passage. 2878581 5 La résine est positionnée simplement autour du corps de buse durant l'assemblage de l'injecteur sur la culasse alors que celle-ci est encore sous une forme mole comme un gel souple non encore polymérisé. Puis la résine se durcie légèrement par exemple par polymérisation, par effet de chaleur et/ou d'un catalyseur. Il doit être compris que le durcissement de la résine doit être suffisant pour lui permettre de rester en place dans l'espace entre le corps de buse et l'orifice tout en permettant un léger mouvement relatif du corps de buse par rapport à la culasse sans que le contact de ces pièces avec la résine ne soit rompu. Pour être toujours en contact contre le corps de buse et contre la surface interne de l'orifice de passage, la résine doit donc avoir un minimum de souplesse pour encaisser les variations dimensionnelles de l'orifice et du corps de buse lors du fonctionnement du moteur. La résine est par exemple une résine phénolique chargée d'un métal tel que du cuivre. On peut également faire en sorte que le matériau caloporteur soit une pièce métallique relativement tendre par rapport aux matériaux constituants respectivement le corps de buse et la culasse, cette pièce métallique étant adaptée pour se déformer durant l'opération de positionnement de façon à venir en contact continu contre la partie du corps de buse qui est disposée dans l'orifice et contre la surface interne dudit orifice. Ce mode de réalisation présente comme inconvénient par rapport à la résine d'avoir à réaliser une pièce métallique, mais présente comme avantage par rapport à la résine de se dégrader relativement peu lors du fonctionnement du moteur. 2878581 6 La pièce métallique est préférentiellement constituée d'au moins l'un des matériaux pris seul ou allié appartenant au groupe comprenant du cuivre, de l'aluminium, du laiton. De tels matériaux ont en effet une excellente conductivité thermique tout en étant relativement tendre. Un matériau tendre à pour avantage de pouvoir fluer légèrement et se déformer lors de l'opération d'insertion de la pièce métallique dans l'espace entre le corps de buse et l'orifice. De cette façon, il y a d'une part un très bon contact de la pièce métallique avec le corps de buse et avec l'orifice et donc un échange thermique optimum et d'autre part, les précisions d'usinages de l'orifice, du corps de buse et de la pièce métallique peuvent être réduites. Une telle réduction des précisions d'usinages contribue à un coût de revient de l'assemblage relativement faible. Préférentiellement, selon un exemple de réalisation particulier de la partie de moteur selon l'invention, la culasse comporte un circuit de refroidissement partiellement formé dans l'épaisseur de la culasse et entourant au moins partiellement ledit corps de buse. Ainsi la chaleur provenant de la chambre et captée par la buse transite par le corps de buse puis par le matériau caloporteur vers la culasse et enfin est collectée par le circuit de refroidissement directement autour du corps de buse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure 1 annexée. 2878581 7 Comme annoncé précédemment, l'invention concerne une partie de moteur selon l'invention assemblée selon le procédé d'assemblage de l'invention. La figure 1 représente une partie de moteur 3 comportant une culasse 2, un cylindre de combustion 14 permettant le coulissement d'un piston non représenté. La culasse est assemblée avec le cylindre 14 de façon à former une chambre de combustion 10. La culasse comporte trois orifices distincts 13 et 10 7 débouchant dans la chambre et traversant la culasse 2 de part et d'autre. Les orifices 13 sont des passages pour des soupapes afin de permettre l'échappement de gaz et l'admission de comburant. L'orifice 7 est un orifice de passage d'injecteur fileté sur une portion seulement de sa longueur à une extrémité de l'orifice qui est distante de la chambre. Le corps de buse 5 est également fileté sur une portion seulement de sa longueur et est vissé avec le filetage de l'orifice de passage d'injecteur 7. Le corps de buse et l'orifice de passage 7 sont conformés de telle manière qu'il existe un espace entre une surface interne de l'orifice et la surface extérieure du corps de buse. Cet espace est entièrement comblé par un matériau caloporteur 8 qui est soit une pièce métallique tendre, soit une résine souple telle qu'une résine phénolique injectée lors de l'assemblage par vissage de l'injecteur 1 avec la culasse 2. Si le matériau caloporteur 8 est une pièce métallique tendre, alors le matériau constitutif de la pièce métallique est choisi pour être d'une dureté 2878581 8 inférieure au matériau constitutif de la culasse 2 et au matériau constitutif du corps de buse 5. Préférentiellement ce matériau métallique est du cuivre. Une portion du corps de buse est introduite dans une rondelle 12 servant de rondelle d'étanchéité et de cale de réglage de profondeur d'enfoncement de la buse dans la chambre. Cette rondelle 12 est placée en appui par une de ses faces au fond d'un lamage débouchant dans l'orifice de passage d'injecteur 7, et par une autre de ses faces sur une portion d'appui du corps d'injecteur 4 dont le diamètre est supérieur au corps de buse 5. L'injecteur 1 est donc assemblé sur la culasse 2 du moteur 3 selon le procédé de l'invention car un espace empli d'un matériau tendre et souple est ménagé entre le corps de buse et l'orifice de passage d'injecteur. Ceci permet un léger mouvement relatif du corps de buse par rapport à la culasse, ce qui autorise des phénomènes de dilatation différentielle lors du fonctionnement du moteur et autorise aussi une diminution de la précision d'usinage de l'orifice et de la buse d'injection. Le corps d'injecteur comporte une portion en forme d'écrou pour permettre le vissage du corps de buse 5 dans l'orifice de passage d'injecteur formé dans la culasse 2 ou son dévissage. Grâce au procédé d'assemblage et à la partie de moteur selon l'invention, l'échange thermique entre le corps de buse et l'orifice se fait contre toute la surface interne de l'orifice qui est en regard du corps de buse. Il y a ainsi une grande surface d'échange thermique entre la buse et l'orifice de la culasse. 2878581 9 L'espace existant entre le corps de buse et le passage d'injecteur est entièrement rempli dudit matériau caloporteur. Ce matériau caloporteur est en contact continu contre la surface interne de l'orifice et contre le corps de buse 5, c'est à dire contre sa surface externe. Le matériau caloporteur 8 évite également que des flammes de la chambre ou des éléments polluants (charbonnage) ne viennent se placer dans l'espace entre le corps de buse et l'orifice. Grâce à l'invention la température de la buse est réduite tout en permettant d'avoir la buse 6 directement dans la chambre de combustion 10. Avantageusement l'assemblage du corps de buse est uniquement réalisé par sertissage si le matériau caloporteur est une pièce métallique ou par collage si le matériau caloporteur est une résine. Dans ce cas, le passage entre l'orifice et le corps de buse existe sur toute la longueur du corps de buse qui est insérée dans l'orifice 7 car il n'y a pas de filetage au niveau de l'orifice. De façon générale, le corps de buse 5 est de forme cylindrique et la buse qui forme une extrémité de l'injecteur (à distance du corps de l'injecteur 4) est disposée à l'intérieur de la chambre de combustion 10, cette chambre étant en partie délimitée par ladite culasse 2. Le corps de buse 5 est lui situé au moins en partie dans l'orifice 7 et à distance de ladite chambre de combustion 10. De cette façon seule la buse 6 est en contact avec les gaz de la chambre de combustion 10 et le reste de l'injecteur, c'est à dire le corps de buse 5 et le corps d'injecteur 4 sont éloignés de la chambre 10. 2878581 10 Un circuit de refroidissement 11 est formé dans l'épaisseur de la culasse et autour de l'orifice de passage 7. Ainsi, lorsque le corps de buse est dans cet orifice, le circuit de refroidissement 11 permet de refroidir le corps de buse en même temps que la culasse elle même. 11 Revendications 1. Procédé d'assemblage d'un injecteur de carburant (1) avec une culasse (2) d'un moteur (3) à explosion, l'injecteur comportant un corps d'injecteur (4), un corps de buse (5) et une buse d'injection (6) située à l'extrémité du corps de buse (5), le procédé comportant une opération consistant à réaliser un orifice de passage d'injecteur (7) dans la culasse (2), une opération de positionnement du corps de buse (5) dans ledit orifice (7), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de positionnement d'un matériau. caloporteur (8) dans un espace existant entre ledit corps de buse (5) et l'orifice de passage (7), ce matériau caloporteur (8) étant à la fois en contact contre toute une surface interne de l'orifice et contre le corps de buse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau caloporteur (8) possède une conductivité thermique supérieure à 200 W/mK et est adapté pour résister à des températures au moins égales à 300 C. 3. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce le matériau caloporteur (8) est une résine disposée à l'intérieur dudit espace existant entre le corps de buse et l'orifice de passage, cette résine étant adaptée pour toujours être en contact contre le corps de buse et la surface interne de l'orifice de passage._ 4. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau caloporteur (8) est une pièce métallique relativement tendre par rapport aux matériaux constituants 2878581 12 respectivement le corps de buse (5) et la culasse (2), cette pièce métallique (8) étant adaptée pour se déformer durant l'opération de positionnement de façon à venir en contact continu contre la partie du corps de buse qui est disposée dans l'orifice et contre la surface interne dudit orifice. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résine est une résine phénolique chargée d'un métal. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit métal de la résine est du cuivre. 7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce métallique (8) est constituée d'au moins l'un des matériaux pris seul ou allié appartenant au groupe comprenant du cuivre, de l'aluminium, du laiton. 8. Partie de moteur à explosion comportant une culasse de moteur (2) et un injecteur de carburant (1), ledit injecteur ayant un corps de buse d'injection (5) et une buse d'injection (6) formant une extrémité de l'injecteur (1), le corps de buse étant au moins partiellement disposé dans un orifice de passage d'injecteur (7) pratiqué dans ladite culasse (2), caractérisée en ce qu'un matériau caloporteur (8) est disposé dans un espace existant entre le corps de buse (5) et l'orifice de passage d'injecteur (7), ce matériau caloporteur étant en contact contre toute une surface interne de l'orifice (7) et contre le corps de buse (5). 9. Partie de moteur selon la revendication 8, caractérisée en ce que le corps de buse (5) est de forme cylindrique et en ce que la buse (6) qui forme une extrémité de l'injecteur est disposée à l'intérieur d'une chambre de combustion (10) en partie délimitée par ladite 2878581 13 culasse, le corps de buse étant situé au moins en partie dans l'orifice (7) et à distance de ladite chambre de combustion. 10. Partie de moteur selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que la culasse comporte un circuit de refroidissement (11) partiellement formé dans l'épaisseur de la culasse (2) et entourant au moins partiellement ledit corps de buse.