Brevet FR2894631A1 — publié le 20070615

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale l'injection directe de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur. Elle concerne plus particulièrement un injecteur de carburant comportant un fourreau, une soupape à aiguille disposée à l'intérieur du fourreau et des moyens d'actionnement adaptés à translater la soupape à aiguille par rapport audit fourreau à au moins une vitesse de translation. Elle concerne également un moteur à combustion interne de type Diesel comprenant une chambre de combustion pourvue de cylindres et une rampe 10 commune d'alimentation en carburant sous pression de la chambre de combustion. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Un moteur à combustion interne de type Diesel comprend généralement une chambre de combustion pourvue de quatre cylindres alimentés en air frais et 15 en carburant à haute pression. Afin de réaliser cette alimentation en carburant, le moteur comporte de manière connue en soi une rampe commune qui renferme le carburant sous pression et qui est liée à chacun des cylindres de la chambre de combustion par des canaux débouchant sur des injecteurs de carburant. 20 Classiquement, un injecteur de carburant comporte un fourreau cylindrique creux dont une extrémité est fermée par une buse percée d'ouvertures, et une soupape à aiguille comportant une extrémité de commande et une extrémité d'obturation adaptée à fermer ou à ouvrir lesdites ouvertures de la buse lorsque la soupape à aiguille se translate dans le fourreau. 25 Les deux extrémités de la soupape à aiguille débouchent dans des chambres creusées dans le fourreau alimentées en carburant par des canaux indépendants liés à la rampe commune. Les deux extrémités de la soupape à aiguille sont donc chacune soumises à une force de pression de carburant. Une vanne est par ailleurs disposée dans la chambre contenant 30 l'extrémité de commande évasée de la soupape à aiguille, pour permettre de diminuer la pression de carburant régnant dans cette chambre. Lorsque la vanne est fermée, la force de pression exercée sur l'extrémité de commande évasée de la soupape à aiguille est supérieure à la force de pression exercée sur son extrémité d'obturation de sorte que cette dernière reste en contact avec la buse de l'injecteur et obstrue ses ouvertures. En revanche, lorsque la vanne est ouverte, la pression de carburant régnant dans la chambre accueillant l'extrémité de commande évasée de la soupape à aiguille chute et devient nettement inférieure à celle régnant dans l'autre chambre. La force résultante des deux forces de pression change alors de sens de sorte que la soupape à aiguille remonte et son extrémité d'obturation libère les ouvertures de la buse pour laisser passer le carburant sous pression au travers de celles-ci. On a remarqué que certaines caractéristiques du moteur, à savoir ses performances ainsi que ses émissions polluantes et sonores, sont fonction de la vitesse de translation de la soupape à aiguille . On connaît déjà du document FR 2 824 111 un injecteur de carburant tel que défini en introduction, dans lequel la soupape à aiguille présente deux vitesses de translation différentes. Pour cela, selon ce document, le corps de la soupape à aiguille comporte à proximité de son extrémité d'obturation une couronne désolidarisable du corps et adaptée à coopérer avec un épaulement réalisé dans le fourreau lorsque ladite soupape à aiguille s'est translatée dans le fourreau d'une distance supérieure à une valeur seuil. Ainsi, lorsque le temps d'ouverture de la vanne est faible, la course de la soupape à aiguille dans son fourreau reste inférieure à ladite valeur seuil, et la couronne n'entre pas en contact avec l'épaulement qui reste solidaire de la soupape à aiguille si bien que le différentiel des forces de pression s'exerçant sur les deux extrémités de la soupape à aiguille ne varie pas ; par conséquent, la vitesse de remontée de la soupape reste constante et égale à une première vitesse de translation. En revanche, lorsque le temps d'ouverture de la vanne est important, la course de la soupape à aiguille dans son fourreau devient supérieure à ladite valeur seuil. Dans ce cas, la couronne entre en contact avec ledit épaulement et se désolidarise de la soupape à aiguille si bien que le différentiel des forces de pression s'exerçant sur les deux extrémités de la soupape à aiguille varie ; par conséquent, la soupape remonte dans son fourreau à une vitesse supérieure, égale à une deuxième vitesse de translation. L'inconvénient principal d'un tel injecteur de carburant est, outre son encombrement important, que le passage de la première à la deuxième vitesse de translation dépend de la position de l'épaulement qui est fixe et donc de la durée d'ouverture de la vanne. Plus précisément, la position de cet épaulement étant définitivement fixé lors de la conception de l'injecteur de carburant, ce dernier ne dispose d'aucun moyen permettant de modifier la position et le moment où la soupape à aiguille passe de la première à la deuxième vitesse de translation. Il ne dispose par conséquent d'aucune latitude pour modifier au moment voulu les caractéristiques du moteur en fonction des sollicitations qui lui sont imposées. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un injecteur de carburant dont l'encombrement est réduit et dont la position pour laquelle la soupape à aiguille passe d'une vitesse de translation à une autre est variable. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un injecteur de carburant tel que défini dans l'introduction, dans lequel il est prévu des moyens de variation de la vitesse de translation de la soupape à aiguille quelque soit la position de la soupape à aguille dans le fourreau. Ainsi, en fonction du couple désiré en sortie du moteur et donc de la quantité de carburant à injecter, il est possible de régler la vitesse de translation de la soupape sur toute ou partie de la course de la soupape à aiguille. Plus particulièrement, il est possible, lorsque le moteur est peu sollicité, de diminuer ses émission polluantes en freinant la translation de la soupape à aiguille sur toute ou partie de sa course. En outre, il est également possible d'augmenter efficacement les performances du moteur en accélérant la translation de la soupape à aiguille sur toute ou partie de sa course. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'injecteur de carburant selon l'invention sont les suivantes : - les moyens de variation de la vitesse de translation de la soupape à aiguille 30 sont des moyens de freinage de la soupape à aiguille ; - les moyens de variation de la vitesse de translation de la soupape à aiguille sont des moyens d'accélération de la soupape à aiguille ; les moyens de variation de la vitesse de translation de la soupape à aiguille comprennent un électro-aimant ; l'électro-aimant est une bobine solénoïde disposée dans le fourreau autour de la soupape à aiguille ; - la soupape à aiguille est réalisée en acier ; - l'injecteur de carburant comprenant, à l'extrémité du fourreau, une buse percée d'ouvertures, la bobine solénoïde est disposée à proximité de la buse ; - les moyens de variation comprennent un commutateur à commande temporelle ; et la soupape à aiguille est monobloc. L'invention concerne également un moteur à combustion interne tel que décrit en introduction comprenant un injecteur de carburant selon l'invention disposé directement dans chacun des cylindres de la chambre de combustion. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : la figure 1 est un schéma de principe simplifié d'un moteur à combustion interne selon l'invention ; et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un moteur à combustion interne 10 qui comprend, dans un carter cylindre, une chambre de combustion 11, ici à quatre cylindres 11A. Cette chambre de combustion 11 est alimentée en carburant par une 25 rampe commune 14. Cette rampe commune 14 comprend un canal d'entrée lié à un réservoir de carburant 12 par l'intermédiaire d'une pompe 13 qui prélève le carburant dans le réservoir de carburant 12 et l'injecte sous pression dans la rampe commune 14. La rampe commune 14 comprend en outre quatre canaux de sortie 14A 30 débouchant directement dans chacun des cylindres 11A de la chambre de combustion 11. Ces canaux de sortie 14A sont chacun pourvus, à leur extrémité, d'un injecteur 30 disposé directement dans un des cylindres 11A de la chambre de combustion 11. Comme le montre plus particulièrement la figure 2, chaque injecteur 30 comprend un fourreau 35 et un soupape à aiguille 31 disposée dans ledit fourreau 35. La soupape à aiguille 31, monobloc et réalisée ici en acier, présente trois parties distinctes cylindriques de révolution. Elle présente en particulier une partie centrale 31B de guidage disposée entre une partie de commande 31A et une partie d'obturation 31C. Le diamètre de la partie de commande 31A est supérieur à celui de la partie centrale 31B ; le raccordement entre ces deux parties forme un épaulement. Le diamètre de la partie d'obturation 31C est quant à lui inférieur à celui de la partie centrale 31B ; le raccordement entre ces deux parties est réalisé par une zone chanfreinée. Par ailleurs, la partie d'obturation 31C comporte une extrémité basse conique et pointue 31 D. Le fourreau 35 dans lequel est disposé cette soupape à aiguille 31 présente un alésage dont le diamètre est prévu pour qu'il soit ajusté à la partie centrale 31B et à la partie de commande 31A de la soupape à aiguille 31. L'extrémité supérieure de cet alésage s'élargit sur une chambre de commande 32 et son extrémité inférieure s'élargit sur une chambre d'obturation 33. Cette chambre d'obturation 33 est fermée en partie inférieure par une buse 36 qui présente intérieurement une surface conique formant le négatif de l'extrémité basse conique et pointue 31D de la soupape à aiguille 31. Cette dernière est donc, lorsqu'elle est disposée contre la buse 36, adaptée à obstruer les ouvertures 36A de celle-ci. Les chambres d'obturation 33 et de commande 32 possèdent chacune une entrée de carburant reliée à un canal haute pression 33A, 32A distinct piqué sur un des canaux de sortie 14A de la rampe commune 14. La chambre de commande 32 comporte en outre en sortie un canal basse pression 34A pourvu d'une vanne 34 commandée soit par un dispositif piézoélectrique de type connu (non représenté), soit par un dispositif comprenant un ressort de rappel et une bobine créant un champ électromagnétique. Quoi qu'il en soit, ce canal basse pression 34A présente une section importante de manière à ce que le carburant puisse s'échapper rapidement de la chambre de commande 32. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'injecteur de carburant 30 est pourvu de moyens de variation de la vitesse de translation de la soupape à aiguille 31 quelque soit la position de cette dernière par rapport au fourreau 35. Ces moyens de variation comportent un électro-aimant 40. Ici, cet électro-aimant est une bobine électromagnétique 40, disposé dans le fourreau 35, transversalement à l'axe de la soupape à aiguille 31, tout autour de cette dernière. La soupape à aiguille 31 forme ainsi le noyau de la bobine. Cette bobine électromagnétique 40 est en outre intégrée au fourreau 35 si bien qu'elle ne modifie pas le flux de carburant circulant dans la chambre d'obturation 33. Elle est par ailleurs reliée en entrée à un commutateur 41 à commande temporelle commandé par un calculateur. En fonctionnement, la pompe 13 liée au moteur à combustion interne 10 prélève du carburant dans le réservoir de carburant 12 et l'injecte sous pression dans la rampe commune 14. Le carburant sous pression entre donc dans la rampe commune 14 ainsi que dans les canaux 14A et dans chacune des chambres d'obturation 33 et de commande 32 des injecteurs de carburant 30. Les vannes 34 sont quant à elles fermées si bien que les pressions régnant dans chacune de ces chambres d'obturation 33 et de commande 32 sont identiques. La partie de commande 31A de la soupape à aiguille 31 comportant une section importante, la résultante des forces de pression s'exerçant sur la soupape à aiguille 31 présente une direction dirigée vers la partie inférieure de l'injecteur de carburant 30, c'est-à-dire vers la buse 36. La partie d'obturation 31C de la soupape à aiguille 31 est donc maintenue contre la buse 36 si bien qu'elle obstrue les ouvertures 36A de la buse 36. Afin d'injecter du carburant dans la chambre de combustion 11, le dispositif de commande de vanne ouvre la vanne 34 pendant une durée déterminée par le calculateur en fonction, au moins, du régime du moteur et de la pression du carburant dans la rampe commune 14. Le carburant sous pression présent dans la chambre de commande 32 est alors évacué par la conduite basse pression 34A si bien que sa pression devient inférieure à celle régnant dans la chambre d'obturation 33. La résultante des forces de pression s'exerçant sur la soupape à aiguille 31 change alors de sens et devient ainsi dirigée vers la partie supérieure de l'injecteur 30. Par conséquent, la soupape à aiguille 31 se soulève et sa partie d'obturation 31C libère les ouvertures 36A de la buse 36 pour que le carburant présent dans la chambre d'obturation 33 s'échappe par ces ouvertures 36A dans la chambre de combustion 11. De manière à faire varier la vitesse de translation de la soupape à aiguille 31, le commutateur 41 peut se fermer durant un intervalle de temps déterminé par le calculateur de sorte qu'un courant passe dans la bobine électromagnétique 40 et crée sur la soupape à aiguille 31 une force électromagnétique dirigée vers la partie inférieure de l'injecteur de carburant 30. Cette force électromagnétique freine ainsi le mouvement de translation de la soupape à aiguille 31 de telle sorte que le moteur à combustion interne 10 présente un meilleur compromis entre le bruit qu'il produit et ses émissions polluantes. Lorsque le moteur à combustion interne 10 est fortement sollicité, l'intervalle de temps pendant lequel le courant passe dans la bobine électromagnétique 40 est diminué voire annulé si bien que la soupape à aiguille 31 n'est plus freinée et remonte rapidement dans l'injecteur 30. Le débit de carburant passant par les ouvertures 36A de la buse 36 est alors augmenté, permettant par conséquent au moteur de développer une puissance plus importante. En variante, on peut prévoir un dispositif d'inversion de la direction du courant électrique passant dans la bobine électromagnétique de manière à créer sur la soupape à aiguille une force électromagnétique dirigée vers la partie supérieure de l'injecteur de carburant, accélérant ainsi le mouvement de translation de la soupape à aiguille dans le fourreau. Egalement en variante, on peut prévoir une commande de la bobine électromagnétique en courant qui permet de faire varier en continu la valeur de la force électromagnétique exercée sur la soupape à aiguille et donc la vitesse de translation de la soupape à aiguille. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Injecteur de carburant (30) comportant un fourreau (35), une soupape à aiguille (31) disposée à l'intérieur du fourreau (35) et des moyens d'actionnement (32, 33, 34) adaptés à translater la soupape à aiguille (31) par rapport audit fourreau (35) à au moins une vitesse de translation, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de variation (40, 41) de la vitesse de translation de la soupape à aiguille (31) quelque soit la position de la soupape à aguille (31) dans le fourreau (35). 2. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de variation (40, 41) de la vitesse de translation de la soupape à aiguille (31) sont des moyens de freinage de la soupape à aiguille (31). 3. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de variation (40, 41) de la vitesse de translation de la soupape à aiguille (31) sont des moyens d'accélération de la soupape à aiguille (31). 4. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de variation de la vitesse de translation de la soupape à aiguille (31) comprennent un électro-aimant (40). 5. Injecteur de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'électro-aimant est une bobine solénoïde (40) disposée dans le fourreau (35) autour de la soupape à aiguille (31). 6. Injecteur de carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce que la soupape à aiguille (31) est réalisée en acier. 7. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 5 et 6 comprenant, à l'extrémité du fourreau (35), une buse (36) percée d'ouvertures (36A), caractérisé en ce que la bobine solénoïde (40) est disposée à proximité de la buse (36). 8. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de variation comprennent un commutateur (41) à 30 commande temporelle. 9. Injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la soupape à aiguille (31) est monobloc. 10. Moteur à combustion interne (10) de type Diesel comprenant une chambre de combustion (11) pourvue de cylindres (11A) et une rampe commune (14) d'alimentation en carburant sous pression de la chambre de combustion (11), caractérisé en ce qu'il comporte un injecteur de carburant (30) selon l'une des revendications 1 à 9, disposé directement dans chacun des cylindres (11A) de la chambre de combustion (11).