Brevet FR2891318A3 — publié le 20070330

FR 2891318 A3 20070330 FR 0552872 A 20050926 Injecteur de gazole pour moteur à combustion interne La présente invention concerne les moteurs diesel à injection directe de type 5 "common rail" pour véhicules automobiles, et se rapporte plus particulièrement au domaine des injecteurs de carburant pour de tels moteurs. Dans ce type de moteurs, une rampe commune alimente en carburant un ensemble d'injecteurs dont chacun est relié à une chambre de combustion. Afin o d'optimiser l'injection et la répartition du carburant dans chacune des chambres de combustion, la tête d'injection de chacun des injecteurs est munie d'un ensemble d'orifices appropriés, dont le nombre et la répartition sont fonction de la géométrie de la chambre de combustion et des performances souhaitées. Le carburant est ici fortement comprimé dans la rampe grâce à une pompe appropriée. Un capteur et un régulateur de pression, liés au dispositif général de gestion du moteur, et placés sur la rampe permettent le pilotage de la quantité de carburant et de la durée d'injection de chaque injecteur. De manière connue dans l'état de la technique, un injecteur de carburant pour ce mode d'injection comporte généralement principalement une vanne électromagnétique ou piézoélectrique actionnant, par des moyens appropriés, un pointeau adapté placé coaxialement dans une cavité d'injection dont l'extrémité comporte un ensemble d'orifices par lesquels le carburant est injecté dans la chambre de combustion: le déplacement du pointeau, gouverné par la vanne commandée par le calculateur de gestion du moteur, permet alors d'injecter des quantités régulées de carburant. Différentes géométries ont été proposées pour le pointeau et la cavité dans laquelle il se déplace, afin d'optimiser l'injection au moyen d'un tel injecteur. Les documents US4313571 ou US5820031 présentent ainsi un pointeau dont la section peut adopter différentes formes - section en forme de croix, de Y, carrée, triangulaire, ou polygonale, par exemple de manière à définir, avec la paroi interne de la cavité dans laquelle ledit pointeau se déplace, un ensemble de canaux appropriés permettant un acheminement optimisé du carburant jusqu'aux orifices d'injection. PJ3373-DC le Zef août 2005 L'écart important entre la pression dans la chambre de combustion et la pression dans chacun des injecteurs peut induire des modifications de l'écoulement au niveau d'un orifice d'injection de l'un des injecteurs, modifications qui peuvent ensuite se propager d'un orifice à l'autre, de manière chaotique. Il peut en résulter une situation de cavitation "en filaments" ou "string cavitation" schématiquement représentée par la figure 1, qui a pour conséquence une perturbation de l'injection et de la pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion, ainsi qu'un déséquilibre dans la répartition des jets issus de chacun des orifices de l'injecteur. Une telle situation peut conduire à une dégradation générale des performances du moteur, en termes de consommation de carburant et de pollution, par exemple. La présente invention a pour but de proposer un injecteur pour un moteur diesel à injection directe de type "common rait" permettant d'améliorer l'homogénéité de la répartition du carburant injecté et, en particulier, de limiter au maximum l'effet de "string cavitation" précédemment décrit. L'invention atteint son but grâce à un injecteur de carburant pour moteur diesel à injection directe de type "common rail" comportant, en particulier, une cavité munie d'un ensemble d'orifices d'injection sensiblement radiaux faisant communiquer l'injecteur et la chambre de combustion, ainsi que, inséré selon t'axe de symétrie de ladite cavité, un pointeau approprié dont la surface extérieure permet de définir, avec la surface intérieure de ladite cavité, un ensemble de conduits de passage du carburant; dans lequel l'une au moins des surface extérieure du pointeau ou surface intérieure de la cavité présente, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'injecteur, une section polygonale, caractérisé en ce que le nombre de côtés du polygone défini par le profil extérieur de ladite section du pointeau ou le profil intérieur de ladite section de la cavité est égal au nombre d'orifices d'injection. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la section, selon un plan sensiblement perpendiculaire à t'axe de l'injecteur, de la cavité, a un profil intérieur polygonal, et le pointeau est cylindrique. Selon des modes de réalisation alternatifs de l'invention: la section, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'injecteur, de la cavité, a un profil intérieur sensiblement circulaire, et la section, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'injecteur, du pointeau, présente un profil extérieur polygonal, les surfaces intérieure de la cavité et extérieure du pointeau présentent, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'injecteur, un profil polygonal. Selon différentes variantes de ces différents modes de réalisation: les axes des orifices d'injection sont placés aux sommets du polygone défini par la section de la surface intérieure de la cavité ou par la section de la surface extérieure du pointeau, les axes des orifices d'injection sont placés entre deux sommets du polygone défini par la section de la surface intérieure de la cavité ou par la section de la surface extérieure du pointeau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées dans lesquelles: la figure 1 est une vue schématique en coupe, selon un plan sensiblement perpendiculaire à leur axe commun, de la cavité et du pointeau d'un injecteur connu dans l'état de la technique mettant en évidence le phénomène de "string cavitation", les figures 2 à 7 sont des vues schématiques en coupe, selon un plan sensiblement perpendiculaire à leur axe commun, de la cavité et du pointeau d'un injecteur selon l'invention, selon différents modes de réalisation et différentes variantes de l'invention. La figure 1 présente une vue schématique en coupe, selon un plan sensiblement perpendiculaire à leur axe commun Z, de la cavité 1 et du pointeau 2 d'un injecteur tel que connu dans l'état de la technique pour le moteur diesel d'un véhicule automobile à injection directe de type "common rail". La cavité 1 et l'aiguille 2 étant ici cylindriques, leurs sections selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe Z sont concentriques. La cavité 1 est munie, ainsi qu'il a été précédemment évoqué, d'un certain nombre d'orifices 3 pour l'injection du PJ3373-DC le ter août 2005 carburant dans la chambre de combustion: ces orifices sont ménagés, sensiblement radialement, dans la paroi de la cavité 1. A titre d'exemple non limitatif, la figure 1 ainsi que les figures 2 à 7, présentent un injecteur comportant six orifices d'injection du carburant. La distance entre la surface extérieure 4 du pointeau 2 et la surface intérieure 5 de la cavité 1 étant ici constante, l'écart de pression entre la chambre de combustion et l'injecteur proprement dit peut conduire, ainsi qu'il a été décrit plus haut, à des perturbations dans l'écoulement du carburant, induisant des parcours préférentiels 6 au sein de l'injecteur et dont le résultat peut être un phénomène de cavitation "en filaments" ou "string cavitation" tel que le présente la figure 1. Ici, le parcours préférentiel 6 du carburant entre deux orifices 3 de l'injecteur nuit à l'équi-répartition des jets de carburant par les différents orifices 3, et peut altérer les performances de l'ensemble (consommation, pollution, etc...) ainsi qu'il a été précédemment évoqué. Dans le dispositif selon l'invention, ainsi que le présentent les figures 2 à 7, les profils des sections, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe Z de l'injecteur, de la cavité 1 et du pointeau 2, sont tels que la distance entre la surface extérieure du pointeau 2 et la surface intérieure de la cavité 1 n'est pas constante, l'une au moins de ces deux surfaces présentant une section polygonale, dont le nombre de côtés est égal au nombre d'orifices 3 ménagés dans la cavité 1 pour l'injection du carburant. Les figures 2 et 3 présentent un premier mode de réalisation d'un injecteur selon l'invention: dans ce premier mode de réalisation, le pointeau 2 est sensiblement cylindrique et la section, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe Z de l'injecteur, de la cavité 1, présente un profil intérieur 5 polygonal. Dans le mode de réalisation présenté par les figures, l'injecteur comportant six orifices 3 d'injection de carburant, le polygone 5 comporte six côtés. Selon une première variante de l'invention, présentée par la figure 2, les axes des orifices 3 sont placés aux différents sommets du polygone 5: selon une seconde variante, présentée par la figure 3, les axes des PJ3373-DC le ter août 2005 orifices 3 sont placés entre les sommets dudit polygone 5, sensiblement au milieu de chacun des côtés dudit polygone 5. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le profil intérieur 5 de la section, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe Z, de la cavité 1, est sensiblement circulaire, et le profil extérieur 4 de la section, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe Z de l'injecteur, du pointeau 2, est polygonal. De même que précédemment, le profil 4 comporte six côtés, l'injecteur représenté comportant six orifices d'injection 3. Selon différentes o variantes de ce mode de réalisation, présentées respectivement par les figures 4 et 5, les axes desdits orifices 3 sont ici placés, soit au regard de sommets du polygone 4 (figure 4), soit au regard des côtés dudit polygone 4 (figure 5), sensiblement face aux milieux des côtés dudit polygone 4. Avantageusement, dans ce cas, l'injecteur comporte des moyens appropriés (non représentés sur les figures) pour bloquer le pointeau 2 en rotation autour de son axe Z afin de conserver les positions relatives des orifices 3 par rapport au polygone 4. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, présenté par les figures 6 et 7, les sections, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe Z de l'injecteur, du pointeau 2 et de la cavité 1 présentent respectivement un profil extérieur 4 et un profil intérieur 5 polygonaux. De même que pour les modes de réalisation précédents présentés par les figures 1 à 5, les polygones 4 et 5 présentent ici six côtés, l'injecteur représenté présentant six orifices d'injection 3. Dans ce cas, les polygones 4 et 5 sont, préférentiellement, décalés, de manière que la distance entre eux ne soit pas constante, et, selon différentes variantes de ce mode de réalisation, les axes des orifices d'injection 3 sont, soit placés aux différents sommets du polygone 5 (et ainsi, au regard des côtés du polygone 4, voir figure 6), soit sur les côtés du polygone 5, sensiblement à égale distance de deux sommets dudit polygone 5 (et ainsi, au regard des sommets du polygone 4, voir figure 7). PJ3373-DC le ter août 2005 Revendications 1. Injecteur de carburant pour moteur diesel à injection directe de type "common rail" comportant, en particulier, une cavité (1) munie d'un ensemble d'orifices d'injection (3) sensiblement radiaux faisant communiquer l'injecteur et la chambre de combustion, ainsi que, inséré selon l'axe de symétrie (Z) de ladite cavité (1), un pointeau (2) approprié dont ta surface extérieure permet de définir, avec la surface intérieure de ladite cavité (1), un ensemble de conduits de passage du carburant; dans lequel l'une au moins des surface extérieure du pointeau ou surface intérieure de la cavité (1) présente, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (Z) de l'injecteur, une section (4), (5) polygonale, caractérisé en ce que le nombre de côtés du polygone (4), (5) défini par le profit extérieur de ladite section du pointeau (2) ou le profil intérieur de ladite section de la cavité (1) est égal au nombre d'orifices d'injection (3). 2. Injecteur selon ta revendication 1, caractérisé en ce que le profil extérieur (4) de la section, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (Z), du pointeau (2), est sensiblement circulaire, et le profil intérieur (5) de la section, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (Z), de la cavité (1), est polygonal. 3. Injecteur selon ta revendication 2, caractérisé en ce que les axes des orifices d'injection (3) sont placés aux sommets du polygone (5). 4. Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les axes des orifices d'injection (3) sont placés sur les cotés du polygone (5). 5. Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les axes des orifices d'injection (3) sont sensiblement placés au milieu de chacun des côtés du polygone (5). 6. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil intérieur (5) de la section, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (Z), de la cavité (1), est sensiblement circulaire, et le profil extérieur (4) de la section, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (Z), du pointeau (2), est polygonal. 7. Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les axes des orifices d'injection (3) sont sensiblement placés au regard des sommets du polygone (4). 8. Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les axes des orifices d'injection (3) sont sensiblement placés au regard des côtés du polygone (4). 9. Injecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les axes des orifices 15 d'injection (3) sont sensiblement placés au regard du milieu de chacun des côtés du polygone (4). 10. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que des moyens appropriés permettent le blocage en rotation, autour de l'axe 20 (Z), du pointeau (2) par rapport à la cavité (1). 11. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les profils extérieur (4) et intérieur (5), des sections respectives, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (Z), du pointeau (2) et de la cavité (1), sont polygonaux. 12. Injecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les sommets des polygones (4) et (5) sont décalés les uns par rapport aux autres. 13. Injecteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les axes des orifices d'injection (3) sont placés aux sommets du polygone (5). PJ3373-DC le ter août 2005 14. Injecteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les axes des orifices d'injection (3) sont placés au regard des sommets du polygone (4). 15. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en 5 ce que les sommets du polygone (4) sont sensiblement placés au regard des milieux de chacun des côtés du polygone (5). 16. Véhicule automobile équipé d'un moteur diesel à injection directe de type "common rail" comportant au moins un injecteur selon l'une quelconque des o revendications 1 à 15. PJ3373-DC le ter août 2005