Brevet FR2891024A1 — publié le 20070323

INJECTEUR DE CARBURANT La présente invention concerne un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne. L'invention 5 concerne plus particulièrement un injecteur de carburant avec une buse d'injection à conduits d'injection variables. Les injecteurs de carburant pour moteur à combustion interne de véhicule automobile comprennent classiquement une buse d'injection comportant un corps tubulaire muni d'un passage interne et pourvu de conduits d'injection de carburant débouchant dans ledit passage interne et sur la face extérieure de la partie inférieure du corps de buse, destinée à être disposée dans la chambre de combustion, une aiguille d'obturation montée axialement déplaçable dans ledit passage interne entre une position d'obturation desdits conduits d'injection et au moins une position d'ouverture desdits conduits, et au moins un canal d'alimentation dudit passage interne en carburant. Pour adapter la quantité de carburant injectée et la pression d'injection à une plage de régime et de charge du moteur, l'aiguille est conçue pour ouvrir ou fermer sélectivement des conduits d'injection décalés axialement et de sections différentes. Il est connu notamment par le document brevet EP 713 004 d'utiliser une aiguille creuse rotative pourvue de canaux radiaux débouchant dans le passage interne de l'aiguille, ce dernier constituant avec lesdits canaux radiaux des canaux d'alimentation en carburant. Le déplacement en rotation de l'aiguille dans sa position d'ouverture permet de mettre sélectivement des canaux radiaux en vis-à-vis de conduits d'injection. Une telle buse nécessite un injecteur comprenant des moyens de pilotage en rotation de l'aiguille, tel qu'un moteur fonctionnant pas à pas, qui doivent être particulièrement précis, notamment pour de faibles injections de carburant. Une alimentation électrique externe autre que la batterie du véhicule doit être prévue pour ne pas être tributaire des chutes de courant et garantir une parfaite maîtrise des quantités de carburant injectées. Par ailleurs, de tels moyens de pilotage en rotation, disposés au-dessus de la buse s'avèrent particulièrement encombrants et le montage de l'injecteur sur la culasse requiert un porte-injecteur spécifique. Le out de la présente invention est de pallier les inconvénients précités, en proposant une buse d'injection qui permette de simplifier la commande de l'aiguille. Dans ce but, la présente invention a pour objet un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, essentiellement caractérisé en ce que ledit corps de buse comprend au moins des premiers conduits d'injection débouchant dans un tronçon inférieur du passage interne et des seconds conduits d'injection débouchant dans un tronçon supérieur du passage interne, au moins un premier canal d'alimentation débouchant dans une chambre d'alimentation définie autour de ladite aiguille d'obturation entre ledit tronçon supérieur et ledit tronçon inférieur du passage interne, et au moins un second canal d'alimentation débouchant dans ledit tronçon supérieur, ladite aiguille d'obturation étant apte à mettre sélectivement en communication lesdits seconds conduits d'injection avec le second canal d'alimentation dans une position conduits au moins Lad'ouverture intermédiaire, et lesdits premiers d'injection avec la chambre d'alimentation dans une position d'ouverture. buse d'injection selon l'invention permet l'ouverture sélective et indépendante des premiers conduits par un pilotage d'injection ou des seconds conduits d'injection simple déplacement axial de l'aiguille. Le de l'aiguille entre ses différentes positions d'ouverture peut être effectué de manière très simple, hydrauliquement, en utilisant un porte- injecteur de conception standard. Selon un mode de réalisation, ladite aiguille d'obturation comprend une portion proximale apte à coulisser de manière sensiblement étanche dans ledit tronçon supérieur du passage interne, ladite portion proximale comprenant une gorge annulaire adaptée pour mettre le second canal d'alimentation en communication avec les seconds conduits d'injection dans la position d'ouverture intermédiaire de l'aiguille. Selon un mode de réalisation, ladite aiguille comprend une portion d'obturation apte à coulisser de manière sensiblement étanche dans ledit tronçon inférieur, ladite partie d'obturation s'écartant dudit tronçon inférieur dans des positions d'ouverture de l'aiguille pour permettre l'alimentation en carburant desdits premiers conduits d'injection. Selon une particularité, le premier canal d'alimentation et le second canal d'alimentation débouchent sur le bord proximal du corps de buse, de préférence dans le fond d'un renfoncement ménagé sur ledit bord proximal pour une alimentation simultanée des deux canaux d'alimentation. Avantageusement, l'aiguille d'obturation comprend, entre sa portion proximale et sa portion d'obturation, une portion active de poussée disposée dans la chambre d'alimentation pour permettre un déplacement vers le haut de l'aiguille en fonction de la pression de carburant dans ladite chambre d'alimentation. Selon une autre particularité, les premiers conduits d'injection et les seconds conduits d'injection sont adaptés pour provoquer l'injection de carburant selon des angles de nappe différents. Avantageusement, les premiers conduits d'injection sont adaptés pour provoquer l'injection de grandes quantités de carburant avec un angle de nappe large, les seconds conduits d'injection étant adaptés pour provoquer l'injection de faibles quantités de carburant avec un angle de nappe étroit. Selon un mode de réalisation, les orifices de sortie des premiers conduits d'injection sont répartis, de préférence à intervalle angulaire régulier, en au moins une première rangée et les orifices de sortie des seconds conduits d'injection sont répartis, de préférence à intervalle angulaire régulier, en au moins une seconde rangée, lesdites première et seconde rangées étant de préférence superposées, la seconde rangée étant avantageusement disposée au dessus de la première rangée. Selon un mode de réalisation, chaque second conduit d'injection est constitué par un premier alésage oblique formé depuis la face extérieure de la partie inférieure du corps de buse, son angle par rapport à la verticale définissant l'angle de nappe des jets de carburant issus de ces seconds conduits d'injection, un second alésage formé depuis le bord proximal du corps de buse et s'étendant longitudinalement jusqu'au premier alésage, et un troisième alésage formé depuis le passage interne et s'étendant jusqu'au deuxième alésage, l'extrémité libre du second alésage étant avantageusement obturé au moyen d'une cale montée sur le bord proximal du corps de buse. Avantageusement, l'injecteur comprend des moyens de pilotage, disposés au dessus du corps de buse, aptes à piloter hydrauliquement le déplacement axial de l'aiguille d'obturation entre ses positions d'ouverture. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, en référence au dessin schématique annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une buse d'injection d'un injecteur conforme à l'invention, illustrant l'aiguille dans sa position d'obturation; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, illustrant l'aiguille dans une position d'ouverture intermédiaire permettant l'injection de carburant par des seconds conduits d'injection; et, - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1, illustrant l'aiguille dans une deuxième position d'ouverture permettant l'injection de carburant par des premiers conduits d'injection. Sur la figure 1, on a représenté une buse d'injection 1 d'un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne de type Diesel. La buse d'injection 1 comprend un corps tubulaire 2 globalement cylindrique d'axe vertical A, muni d'un passage interne axial borgne 4 débouchant sur le bord proximal supérieur 21 du corps de buse, dans lequel est monté coulissant une aiguille d'obturation 5 formant soupape. Le corps de buse 2 présente extérieurement une partie distale inférieure 22, classiquement appelé nez d'injection, de forme extérieure conique, destinée à être disposée en saillie dans la chambre de combustion, une partie intermédiaire 23 cylindrique, et une partie proximale 24 cylindrique, de diamètre extérieure supérieure à celui de la partie intermédiaire, la partie intermédiaire et la partie proximale étant reliées par un épaulement extérieur tronconique 25. Le passage interne 4 comprend, de son extrémité proximale ouverte 4a à son extrémité distale fermée 4b: un premier tronçon supérieur cylindrique 41; un tronçon annulaire 42, de section supérieure à celle du premier tronçon cylindrique, par exemple globalement sphérique, définissant une chambre d'alimentation 45 qui s'étend dans la partie intermédiaire 23 du corps de buse; un deuxième tronçon inférieur 43 cylindrique s'étendant dans le nez d'injection, de section inférieure à celle du premier tronçon; et un troisième tronçon 44 d'extrémité cylindrique, de section inférieur à celle du deuxième tronçon. Le corps de buse comprend un premier canal d'alimentation 26 et un second canal d'alimentation 27 s'étendant dans l'épaisseur du corps de buse depuis le bord proximal, et débouchant respectivement dans la chambre d'alimentation 45 et dans le premier tronçon 41 du passage interne. Tel qu'illustré sur les figures, les deux canaux d'alimentation 26, 27 débouchent au fond d'un même renfoncement 28 ménagé sur le bord proximal du corps de buse. Le corps de buse comprend des premiers conduits d'injection, à travers lesquels le carburant provenant de la chambre d'alimentation peut être injecté dans la chambre de combustion. Ces premiers conduits, dont l'un est représenté sur la figure 1 sous la référence 29, sont chacun formés par un alésage sensiblement rectiligne débouchant par un orifice d'entrée 29a sur le deuxième tronçon du passage interne, et par un orifice de sortie 29b sur la face conique 22a du nez d'injection. Les orifices de sortie 29b des premiers conduits sont par exemple répartis à espace angulaire régulier en une première rangée disposée selon un plan P1. Des seconds conduits d'injection sont formés dans le corps de buse pour permettre l'injection de carburant provenant du deuxième canal d'alimentation 27. Ces conduits, dont l'un est représenté sur la figure 1 sous la référence 30, s'étendent dans la partie proximale 24 et la partie intermédiaire 23 du corps de buse depuis un orifice d'entrée 30a débouchant dans le premier tronçon 41 du passage interne, jusqu'à un orifice de sortie 30b débouchant sur la face conique 22a du nez d'injection. Chaque second conduit 30 est constitué par un premier alésage 301 formé depuis la face conique, s'étendant obliquement par rapport à l'axe A, et dont l'angle par rapport à la verticale défini l'angle de nappe des jets de carburant issus de ces seconds conduits, un second alésage 302 formé depuis le bord proximal 21 et s'étendant parallèlement à l'axe A jusqu'au premier alésage, et un troisième alésage 303, formé depuis le passage interne 4 et s'étendant, par exemple obliquement, jusqu'au deuxième alésage. Le troisième alésage comprend avantageusement un lamage 303a définissant l'orifice d'entrée 30a. Les orifices d'entrée 30a sont répartis à espace angulaire régulier sur la face interne de la paroi du corps de buse, sensiblement au même niveau que l'orifice de sortie 27a du second canal d'alimentation, selon un plan transversal P3. Dans le présent mode de réalisation, les orifices de sortie 30b sont répartis à intervalle angulaire régulier en une seconde rangée disposée selon un plan P2, au dessus des orifices de sortie 29b des premiers conduits. Par ailleurs, l'angle des premiers conduits par rapport à l'axe A est adapté de façon à former des jets de carburant 8 selon une nappe à angle large a, tel qu'illustré à la figure 3, tandis que l'angle des seconds conduits, plus précisément l'angle des premiers alésages 301 par rapport à l'axe A, est adapté de façon à former des jets de carburant 9 selon une nappe à angle étroit P. Les premiers conduits sont avantageusement utilisés pour l'injection de grandes quantités de carburant avec un angle de nappe large lors des injections dites principales. Les seconds conduits sont avantageusement utilisés pour injecter de faible quantité de carburant, par exemple pour des injections très tôt dans le cycle en phase de compression, dites pré-injections, ou pour des injections tardives en phase de détente, dites post-injections, avec un angle de nappe étroit, afin de réduire les risques de dilution du film d'huile sur le fût du cylindre. Pour purger le filtre à particule classiquement utilisé dans les moteurs à injection directe, il sera possible d'effectuer deux post-injections en phase détente, une première avec un fort débit de carburant au moyen des premiers conduits et une seconde avec un faible débit et un angle de nappe plus étroit via les seconds conduits. En variante, les orifices de sortie 29b, 30b des premiers et seconds conduits peuvent être simplement décalés angulairement, sans être superposés. Par ailleurs, la section et/ou le nombre des premiers conduits et des seconds conduits peuvent être identiques ou différents. L'aiguille 5 comprend, de son extrémité proximale 5a à son extrémité distale 5b, une première portion cylindrique, dite proximale 51, une portion tronconique active, dite de poussée 52, une seconde portion cylindrique 53, une troisième portion cylindrique, dite d'obturation 54, et une quatrième portion d'extrémité, dite de guidage 55. La portion proximale présente une gorge annulaire 56 permettant de mettre en communication le second canal d'alimentation avec les seconds conduits dans une position intermédiaire d'ouverture de l'aiguille tel que décrit ci-après. Lors des déplacements en translation de l'aiguille dans le passage interne, sa portion proximale 51 et sa portion d'obturation 54 coulissent de manière étanche, respectivement dans le premier tronçon 41 et le deuxième tronçon 43 du passage central, sa portion de guidage 55 coulissant dans le troisième tronçon 44. La portion active de poussée 52 est disposée dans la chambre d'alimentation 45 pour permettre un déplacement vers le haut de l'aiguille en fonction de la pression de carburant dans ladite chambre d'alimentation. L'extrémité proximale de l'aiguille est destinée à coopérer avec des moyens de pilotage en translation de l'aiguille, connus en soi, tel qu'un actionneur magnétostrictif ou un actionneur piézostrictif, pour déplacer hydrauliquement l'aiguille indépendamment de la pression de carburant dans la chambre d'alimentation. L'injecteur comprend une cale 6 venant contre le bord proximal 21 du corps de buse une fois les différents éléments de l'injecteur assemblés les uns aux autres dans un porte--injecteur. La cale comprend un alésage central 61 dans lequel pénètre la portion proximale 51 de l'aiguille. Cet alésage central comprend un épaulement 61a formant butée coopérant avec un épaulement 51a de la portion proximale pour limiter le déplacement de l'aiguille hors du passage interne. La cale permet en outre d'obturer les alésages 302 débouchant sur le bord proximal du corps de buse, par exemple en bloquant une bille d'obturation 7 dans un évidement de forme appropriée ménagé dans le bord proximal. La cale comprend un canal longitudinal 62 disposé en vis-à-vis du renfoncement pour l'alimentation en carburant des canaux d'alimentation 26, 27. Lorsque l'injecteur est au repos, l'aiguille est dans la position d'obturation illustrée à la figure 1, dans laquelle son extrémité distale 5b est en butée contre l'extrémité distale fermée 4b du passage central. Les premiers conduits sont obturés par la portion d'obturation 54, les orifices d'entrée 30a des second conduits d'injection et l'orifice de sortie 27a du second canal d'alimentation sont obturés par la portion proximale 51 de l'aiguille, la gorge annulaire 56 étant disposée à distance en dessous desdits orifices 30a, 27a. L'aiguille est maintenue dans cette position d'obturation par des moyens élastiques, connu en soi, agissant sur l'extrémité proximale de l'aiguille. Pour l'injection de faibles quantités de carburant, le carburant sous pression, par exemple à une pression pouvant atteindre 1800 bars, est acheminé via le canal 62 dans les canaux d'alimentation 26, 27 et la chambre d'alimentation. Le carburant sous pression de la chambre de combustion agissant sur la portion de poussée, éventuellement en combinaison avec les moyens de pilotage agissant sur l'extrémité proximale de l'aiguille, provoque le déplacement l'aiguille vers le haut jusqu'à la position intermédiaire d'ouverture représentée à la figure 2. Dans cette position intermédiaire, le carburant sous pression provenant du second canal d'alimentation 27 est acheminé via la gorge annulaire 56 dans les seconds conduits d'injection et est pulvérisé par les orifices de sortie 30b sous forme de jets 9 avec un angle de nappe étroit R. La portion d'obturation de l'aiguille demeure partiellement engagée de manière étanche dans le deuxième tronçon 43 du passage interne et empêche ainsi toute communication de fluide entre la chambre d'alimentation et les premiers conduits 29. Pour l'injection de grandes quantités de carburant, l'aiguille est déplacée davantage vers le haut, en augmentant la pression de carburant dans la chambre d'alimentation et/ou via les moyens de pilotage, jusqu'à une position d'ouverture telle que celle illustrée à la figure 3. Dans cette position d'ouverture, la portion proximale 51 obture le second canal d'alimentation 27, la gorge annulaire étant disposée au dessus des orifices 30a, 27a précités, et la portion d'obturation 54 est dégagée hors du deuxième tronçon 43 pour mettre les premiers conduits en communication avec la chambre d'alimentation, et ainsi permettre la pulvérisation de carburant par les premiers conduits d'injection sous la forme de jets 8 avec un angle de nappe ouvert a. L'aiguille peut adopter plusieurs positions d'ouverture en fonction de la pression et de la quantité de carburant souhaitées, les positions d'ouverture se différenciant les unes des autres par la distance entre la portion d'obturation et le deuxième tronçon, la position d'ouverture maximale étant définie par la venue en butée de l'épaulement 51a de l'aiguille contre l'épaulement 61a de la cale. Dans des variantes de réalisation, la forme de la portion d'obturation de l'aiguille et la position de la gorge annulaire sont définies de manière à obtenir, lors d'un déplacement de l'aiguille vers le haut depuis sa position d'obturation, d'abord l'alimentation des premiers conduits par la chambre d'alimentation puis l'alimentation des seconds conduits par la gorge annulaire. Par ailleurs, la dimension axiale ou hauteur de la gorge annulaire peut être adaptée pour permettre une injection simultanée de carburant par les premiers et les seconds conduits sur une course axiale donnée de l'aiguille. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Injecteur de carburant pour moteur à combustion interne comprenant une buse d'injection comportant - un corps tubulaire muni d'un passage interne et pourvu de conduits d'injection de carburant débouchant dans ledit passage interne et sur la face extérieure de la partie inférieure du corps de buse destinée à être disposée dans la chambre de combustion, une aiguille d'obturation montée axialement déplaçable dans ledit passage interne entre une position d'obturation desdits conduits d'injection et au moins une position d'ouverture desdits conduits, et - au moins un canal d'alimentation dudit passage interne en carburant, caractérisé en ce que ledit corps de buse (2) comprend - au moins des premiers conduits d'injection (29) débouchant dans un tronçon inférieur (43) du passage interne (4) et des seconds conduits d'injection (30) débouchant dans un tronçon supérieur (41) du passage interne, - au moins un premier canal d'alimentation (26) débouchant dans une chambre d'alimentation (45) définie autour de ladite aiguille d'obturation (5) entre ledit tronçon supérieur et ledit tronçon inférieur du passage interne, et au moins un second canal d'alimentation (27) débouchant dans ledit tronçon supérieur, ladite aiguille d'obturation (5) étant apte à mettre sélectivement en communication lesdits seconds conduits d'injection avec le second canal d'alimentation dans une position d'ouverture intermédiaire, et lesdits premiers conduits d'injection avec la chambre d'alimentation dans au moins une position d'ouverture. 2. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite aiguille d'obturation (5) comprend une portion proximale (51) apte à coulisser de manière sensiblement étanche dans ledit tronçon supérieur (41) du passage interne (4), ladite portion proximale comprenant une gorge annulaire (56) adaptée pour mettre le second canal d'alimentation (27) en communication avec les seconds conduits d'injection (30) dans la position d'ouverture intermédiaire de l'aiguille. 3. Injecteur de carburant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite aiguille comprend une portion d'obturation (54) apte à coulisser de manière sensiblement étanche dans ledit tronçon inférieur (43), ladite partie d'obturation s'écartant dudit tronçon inférieur (43) dans des positions d'ouverture de l'aiguille pour permettre l'alimentation en carburant desdits premiers conduits d'injection (29). 4. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier canal d'alimentation (26) et le second canal d'alimentation (27) débouchent sur le bord proximal (21) du corps de buse (2). 5. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'aiguille d'obturation comprend une portion active de poussée (52) disposée dans la chambre d'alimentation (45) pour permettre un déplacement vers le haut de l'aiguille en fonction de la pression de carburant dans ladite chambre d'alimentation (45). 6. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premiers conduits d'injection (29) et les seconds conduits d'injection (30) sont adaptés pour provoquer l'injection de carburant selon des angles de nappe (a, 13) différents. 7. Injecteur de carburant selon la revendication 6, caractérisé en ce que les premiers conduits d'injection (29) sont adaptés pour provoquer l'injection de grandes quantités de carburant avec un angle de nappe large (a), les seconds conduits d'injection (30) étant adaptés pour provoquer l'injection de faibles quantités de carburant avec un angle de nappe étroit ((3). 8. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les orifices de sortie (29b) des premiers conduits d'injection (29) sont répartis en au moins une première rangée et les orifices de sortie (30b) des seconds conduits d'injection (30) sont répartis en au moins une seconde rangée, lesdites première et seconde rangées étant superposées, la seconde rangée étant disposée au dessus de la première rangée. 9. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque second conduit d'injection (30) est constitué par un premier alésage oblique (301) formé depuis la face extérieure (22a) de la partie inférieure (22) du corps de buse, un second alésage (302) formé depuis le bord proximal (21) du corps ie buse et s'étendant longitudinalement jusqu'au premier alésage, et un troisième alésage (303) formé depuis le passage interne (4) et s'étendant jusqu'au deuxième alésage. 10. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de pilotage, disposés au dessus du corps de buse (2), aptes à piloter hydrauliquement le déplacement axial de l'aiguille d'obturation (5) entre ses positions d'ouverture.