Brevet FR2904378A1 — publié le 20080201

"Dispositif d'injection de fluide, notamment de carburant pour un moteur à combustion interne" L'invention concerne un dispositif d'injection de fluide notamment de carburant pour un moteur à combustion interne. Un tel dispositif comporte : - une buse de guidage constituée d'un corps qui est traversé par un alésage cylindrique délimité par une surface interne concave ; - une aiguille d'injection comportant une tige de diamètre io réduit et une tête à une extrémité de la tige, l'aiguille étant montée coaxialement et libre en coulissement dans l'alésage de la buse de guidage ; et - des moyens de guidage de l'aiguille d'injection dans l'alésage qui sont agencés sur la tige de l'aiguille pour assurer un is guidage et un coulissement axial de l'aiguille par rapport à la buse de guidage et qui comportent au moins un bloc de guidage comportant une surface externe convexe en contact avec la surface interne concave de l'alésage. Au moment de l'injection, le carburant sous pression est 20 acheminé dans la buse de guidage, entre la surface interne de l'alésage et l'aiguille d'injection. Sous l'effet de la pression notamment, la tête de l'aiguille est repoussée de manière à libérer le carburant. On connaît des moyens de guidage qui ne permettent 25 qu'un mouvement relatif axial de l'aiguille d'injection par rapport à la buse de guidage. Ces moyens évitent ainsi les chocs latéraux entre l'aiguille d'injection et la buse du guidage, particulièrement au niveau de l'extrémité comportant la tête d'aiguille de manière à garantir la qualité de la forme du jet de carburant. 30 Le document FR-A-2.816.010 décrit et représente un moyen de guidage pour une aiguille d'injection du type décrit précédemment. 2904378 2 Dans ce document, le guidage de l'aiguille est réalisé en augmentant le diamètre d'une partie de l'aiguille, proche de la tête de l'aiguille, de manière à ne permettre qu'un mouvement relatif axial entre l'aiguille et la buse. 5 Des fentes axiales sont réalisées dans le pourtour extérieur de ce moyen de guidage cylindrique de manière à permettre la circulation du carburant. Cependant, cette technique entraîne des pertes de charge importantes et limite fortement le débit de carburant. Il devient io aussi difficile de contrôler la forme du jet de carburant en sortie de l'injecteur. D'autres techniques ont été proposées pour dégager un volume plus important pour le passage de fluide et mieux contrôler la forme du jet. 15 Une de ces techniques fait l'objet du document technique SAE 930322 qui décrit et représente un injecteur utilisé pour des procédés d'atomisation. Dans ce document, le guidage de l'aiguille d'injection est réalisé au moyen de touches de guidage, usinées avec le corps 20 de l'aiguille d'injection. Les touches de guidage comportent une surface externe en arcs de cylindre convexe et elles sont régulièrement réparties autour de l'axe de l'aiguille d'injection de manière à permettre un coulissement axial. De telles touches de guidage peuvent être obtenues, par exemple, par l'usinage de 25 méplats dans un cylindre. Contrairement à la solution précédente, les touches de guidages permettent de libérer plus de volume pour le passage d'un fluide. Cependant ces techniques sont difficilement adaptables 30 pour des injecteurs, comprenant une tige d'éjection mue par des ondes vibro-acoustiques, dits USPI, fonctionnant par vibrations acoustiques. En effet, pour ce type d'injecteur, l'aiguille peut être flambée et/ou fléchie en fonctionnement dès lors que l'extrémité 2904378 3 de l'aiguille proche de la tête comporte un moyen de guidage du type de l'état de la technique qui interdit tout mouvement dans un plan radial. Un tel fléchissement ou flambage de l'aiguille peut abîmer 5 prématurément la tête de l'aiguille et donc altérer le fonctionnement de l'injecteur. Dans le but de répondre à cette problématique, l'invention propose un dispositif d'injection du type décrit précédemment caractérisé en ce que la surface externe du bloc de guidage est io sphérique ; et en ce que le diamètre de sphère est légèrement inférieur au diamètre interne de l'alésage, de manière à guider l'aiguille axialement dans l'alésage et à permettre un léger mouvement de pivotement de l'aiguille d'injection par rapport à l'axe de l'alésage. 15 Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le bloc de guidage comporte un tronçon de sphère usiné avec la tige de l'aiguille d'injection ; - le tronçon de sphère comporte deux surfaces radiales parallèles et les deux surfaces radiales sont séparées par une 20 épaisseur telle que la surface externe touchante permette à l'aiguille d'injection un mouvement de rotation autour d'un axe de la sphère. - le bloc de guidage est usiné de manière à comporter au moins deux touches de guidage distinctes angulairement réparties 25 autour de l'axe de l'aiguille d'injection ; - le bloc de guidage comporte des moyens pour le passage axial du fluide sous pression ; - les moyens de passage du fluide comportent des orifices, percés axialement dans le bloc de guidage ; 30 - les moyens de passage du fluide comportent des fentes qui sont usinées axialement dans la surface externe convexe du bloc de guidage. 2904378 4 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins en annexe, dans lesquels : 5 - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation de l'invention - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un troisième io mode de réalisation de l'invention la figure 4 est une vue en perspective du troisième mode de réalisation de l'invention - la figure 5 est une vue du troisième mode de réalisation de l'invention en coupe radiale selon l'axe 5-5 représenté à la is figure 3. Dans la description qui va suivre des éléments identiques, analogues ou similaires porteront le même numéro de référence. Dans la description suivante, on utilisera la terminologie axiale et radiale en référence aux axes A, A' et T représentés sur 20 les figures ainsi que la terminologie inférieure, supérieure et/ou amont, aval, en référence au sens de circulation du fluide dans l'injecteur représenté par la flèche F. On a représenté à la figure 1 un dispositif d'injection de fluide sous pression selon un premier mode de réalisation. 25 Quel que soit le mode de réalisation, un tel injecteur comporte de manière connue une buse de guidage 10 traversée par un alésage cylindrique 11 d'axe A dont la surface interne 12 est concave. La buse de guidage 10 guide une aiguille d'injection 14 30 d'axe A' qui comporte une tige 16 de diamètre externe réduit par rapport au diamètre interne de l'alésage 11 et une tête 18 agencée à une extrémité axiale inférieure de la tige 16. 2904378 5 Il existe ainsi un jeu radial entre l'alésage 11 et la tige 16 de l'aiguille d'injection 14 qui est destiné à permettre le passage d'un fluide sous pression, comme par exemple du carburant. Le carburant sous pression est éjecté dans une chambre de s combustion (non représentée) en aval de l'injecteur lors d'une phase d'injection. Au repos du dispositif, la tête 18 de l'aiguille d'injection 14 obture l'extrémité inférieure de la buse de guidage 10 de manière étanche. io Sous une sollicitation axiale, telle que par exemple une sollicitation vibro-acoustique, l'aiguille d'injection 14 se déplace axialement vers le bas dans la buse de guidage 10 et libère un passage pour le carburant entre la tête 18 de l'aiguille 14 et l'alésage 11. 15 Le carburant sous pression est alors éjecté hors de l'injecteur pour être injecté dans la chambre de combustion agencée en aval du dispositif. La forme du jet est importante pour la qualité de la combustion, c'est pourquoi il est nécessaire de contrôler avec 20 précision l'ouverture du dispositif d'injection et d'éviter que les mouvements relatifs entre l'aiguille 14 et la buse de guidage 10 n'altèrent le jet. Afin de limiter les débattements de l'aiguille d'injection 14 dans l'alésage 1 1 , l'aiguille 14 comporte des moyens de guidage 25 en coulissement axial qui permettent d'assurer globalement la coaxialité des axes A et A' lors de la phase d'injection de carburant. Les moyens de guidages comportent un bloc de guidage 20 usiné avec le corps de la tige 16 de l'aiguille d'injection 14. 30 Lors du coulissement axial de l'aiguille d'injection 14 par rapport à la buse 10, les axes A et A' sont confondus et l'aiguille d'injection 14 coulisse axialement dans la buse de guidage 10. Toutefois, le bloc de guidage 20 selon l'invention comporte une 2904378 6 surface externe 22 sphérique centrée sur l'axe A pour permettre un léger pivotement de l'aiguille 14 par rapport à la buse de guidage 10. Le bloc de guidage 20 sera décrit plus précisément dans la suite de la description. 5 Le bloc de guidage 20 est agencé axialement de manière à être le plus proche possible de la tête 18 de l'aiguille d'injection 14 pour éviter tout débattement parasite de l'aiguille 14 au niveau de la tête 18. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, io représenté à la figure 1, le bloc de guidage 20 est constitué d'une sphère 21 qui est délimitée par une surface externe 22 sphérique. La surface extérieure sphérique 22 du bloc de guidage 20 est en contact avec la surface interne 12 concave de l'alésage 11 au maximum selon un cercle. 15 Le diamètre externe de la sphère 21 est légèrement inférieur au diamètre interne de l'alésage 11 de manière à permettre le coulissement axial de l'aiguille d'injection 14. Le fait d'avoir un composant sphérique comme moyen de guidage de l'aiguille d'injection 14 permet d'ajouter un degré de 20 liberté au mouvement axial de l'aiguille 14 dans la buse de guidage 10. En effet, en plus d'un mouvement de translation axiale nécessaire à l'éjection du carburant sous pression, le bloc de guidage sphérique permet d'autoriser un léger pivotement à 25 l'aiguille d'injection 14 par rapport à la buse de guidage 10, comme illustré sur la figure 1. Avantageusement par rapport à l'état de la technique, le fait d'autoriser un léger pivotement permet d'éviter que l'aiguille 14 ne se fléchisse ou ne flambe lors d'une sollicitation. Cette 30 configuration permet d'éviter le risque de fléchissement de l'aiguille d'injection 14. 2904378 7 Pour permettre le passage du carburant, le bloc 20 comporte des orifices 23 percés axialement dans le corps de la sphère 21. Selon une variante de réalisation de l'invention, la sphère 5 comporte d'autres moyens de passage pour le carburant sous pression, comme par exemple, des fentes usinées à la surface de la sphère 21 ou tout autre moyen équivalent. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 2, le bloc de guidage 20 est composé d'un io tronçon de sphère 25 qui comporte deux surfaces parallèles radiales 24. Le tronçon de sphère 25 constitue avantageusement un bloc de guidage moins volumineux et plus léger que celui du premier mode de réalisation. 15 De la même manière que pour le mode de réalisation précédent, le tronçon de sphère 25 possède un diamètre tel qu'il est légèrement plus faible que le diamètre interne de l'alésage 11 de manière à permettre un coulissement de l'aiguille d'injection 14 dans la buse de guidage 10. 20 Les deux surfaces parallèles 24 sont séparées d'une épaisseur e qui est telle qu'elle permette à l'aiguille un léger mouvement de rotation dans un plan axial ce qui évite tout phénomène de fléchissement de l'aiguille d'injection 14. On a représenté aux figures 3 à 5 un troisième mode de 25 réalisation de l'invention. La figure 4 représente une partie d'un dispositif d'injection de fluide sous pression, notamment de carburant, utilisé pour les véhicules automobiles. Dans ce troisième mode de réalisation, le bloc de guidage 30 20 comporte des touches de guidage 26 dont la surface extérieure est sphérique. En effet, comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, le bloc de guidage 20 est usiné à partir d'une sphère du type décrite 2904378 8 dans le premier mode de réalisation, dans laquelle on usine des méplats 28. Ainsi, seules la surface sphérique des touches de guidage 26 touchent la surface interne 12 de l'alésage 11. Avantageusement par rapport aux modes de réalisation 5 précédents, les méplats 28 permettent de libérer un espace plus important pour le passage du carburant sous pression ce qui permet de contrôler plus précisément le jet de carburant. D'autre part, ce mode de réalisation rend plus facile et donc plus rapide l'usinage du bloc de guidage 20 car il ne io nécessite par de réaliser des fentes ou des orifices comme pour les modes de réalisation précédents. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de fluide, notamment de carburant pour moteur à combustion interne comportant : - une buse de guidage (10) constituée d'un corps qui est traversé par un alésage cylindrique (Il) délimité par une surface interne (12) concave ; - une aiguille d'injection (14) comportant une tige (16) de diamètre réduit et une tête (18) à une extrémité de la tige (16), l'aiguille (14) étant montée coaxialement et libre en coulissement io dans l'alésage (Il) de la buse de guidage (10) ; et - des moyens de guidage de l'aiguille d'injection (14) dans l'alésage (11) qui sont agencés sur la tige (16) de l'aiguille (14) pour assurer un guidage et un coulissement axial de l'aiguille (14) par rapport à la buse de guidage (10) et qui comportent au moins is un bloc de guidage (20) comportant une surface externe (22) en contact avec la surface interne (12) concave de l'alésage caractérisé en ce que la surface externe (22) du bloc de guidage est sphérique et en ce que le diamètre de sphère est légèrement inférieur au diamètre interne de l'alésage (11) de manière à 20 guider l'aiguille (14) axialement dans l'alésage (Il) et à permettre un léger mouvement de pivotement de l'aiguille d'injection (14) par rapport à l'axe (A) de l'alésage (Il). 2. Dispositif d'injection de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc de guidage comporte un tronçon de 25 sphère (25) usinée avec la tige (16) de l'aiguille d'injection (14). 3. Dispositif d'injection de fluide selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tronçon de sphère (25) comporte deux surfaces radiales parallèles (24) et en ce que les deux surfaces radiales (24) sont séparées par une épaisseur (e) telle que la 30 surface externe touchante (22) permette à l'aiguille d'injection (14) un mouvement de rotation autour d'un axe de la sphère. 4. Dispositif d'injection de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sphère (21) est usinée de manière à 2904378 io comporter au moins deux touches de guidage (26) distinctes angulairement réparties autour de l'axe de l'aiguille d'injection (14). 5. Dispositif d'injection de fluide selon l'une quelconque 5 des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc de guidage (20) comporte des moyens pour le passage axial du fluide sous pression. 6. Dispositif d'injection de fluide selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de passage du fluide io comportent des orifices, percés axialement dans le bloc de guidage (20). 7. Dispositif d'injection de fluide selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de passage du fluide comportent des fentes qui sont usinées axialement dans la 15 surface externe convexe (22) du bloc de guidage (20).