Brevet FR2907515A1 — publié le 20080425

Domaine de l'invention La présente invention concerne un injecteur pour injecter du carburant dans les chambres de combustion de moteurs à combustion interne, notamment injecteur de systèmes à rampe commune corn-prenant une chambre de pression et un actionneur installé dans le corps de l'injecteur qui actionne une soupape de commande fermant ou libérant un chemin de sortie de carburant partant d'une chambre de commande vers une première chambre basse pression, pour influencer la pression dans la chambre de commande recevant le carburant par un canal de pression, pour déplacer une aiguille d'injecteur coopérant avec la chambre de commande entre une position d'ouverture libérant le passage du carburant et une position de fermeture, un segment axial de l'aiguille d'injecteur étant entouré d'une surface d'application de pression générant une force de fermeture à partir d'une seconde chambre basse pression. Etat de la technique Le document DE 198 27 267 Al décrit un injecteur d'un système de rampe commune comportant une soupape de commande pour fermer et ouvrir le chemin de sortie de carburant d'une chambre de commande. Le chemin de sortie de carburant relie la chambre de commande à une première chambre basse pression lorsque la soupape de commande est ouverte. La chambre de commande est entourée radialement par une chambre de pression et un canal de pression muni d'un organe d'étranglement d'alimentation relie hydrauliquement la chambre de pression à la chambre de commande. En modifiant la pression du carburant dans la chambre de commande, en ouvrant et en fermant la soupape de commande, on déplace l'aiguille d'injecteur entre une position d'ouverture et une position de fermeture ; en position d'ouverture l'aiguille d'injecteur libère le passage du carburant vers la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Le carburant sous haute pression s'échappe ainsi de la chambre d'alimentation en carburant dans le corps de buse, entourant de façon annulaire l'aiguille d'injecteur ; cette chambre d'alimentation en carburant est reliée par un perçage axial dans le corps de buse et dans le corps d'injecteur à l'accumulateur de carburant à haute pression en passant latéralement 2907515 2 à côté de l'aiguille d'injecteur jusqu'à la disposition d'orifices de buse. Axialement entre la chambre de pression supérieure qui alimente la chambre de commande et la chambre de pression inférieure, distincte (chambre d'alimentation en carburant) il y a une seconde chambre 5 basse pression reliée hydrauliquement par un perçage dans le corps d'injecteur à la première chambre basse pression. Dans la chambre basse pression, l'aiguille d'injecteur a une zone de diamètre réduit, si bien que la différence de pression entre la chambre de pression supérieure et la chambre de pression inférieure engendre une force hydrau- 10 lique de fermeture appliquée dans la direction axiale sur l'aiguille d'injecteur. Cet injecteur connu s'est imposé ; toutefois, sa construction est relativement complexe car la chambre de pression supérieure doit être rendue étanche par des moyens complexes par rapport à la seconde chambre de basse pression. Un autre inconvénient est que la chambre 15 de pression supérieure et la chambre de pression inférieure, distinctes (chambre d'alimentation en carburant) doivent être alimentées en carburant venant de l'accumulateur de carburant à haute pression par des conduites d'alimentation distinctes avec du carburant sous haute pression. 20 Le document DE 10 024 702 Al décrit un autre injecteur de système à rampe commune qui ne comporte pas de seconde chambre basse pression. Il en résulte l'avantage de n'avoir qu'une seule con-duite d'alimentation en carburant, cette conduite est reliée à la chambre de pression à partir de laquelle le carburant peut passer dans la direc- 25 tion axiale jusqu'à la disposition d'orifices de buse. L'avantage de n'avoir qu'une seule conduite d'alimentation en carburant s'obtient néanmoins au prix de la suppression de la seconde chambre basse pression et de l'absence ainsi de la force hydraulique de fermeture, supplémentaire. 30 But de l'invention La présente invention a pour but de développer un injecteur qui, tout en ayant une seconde chambre basse pression, soit de construction plus simple. 2907515 3 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un injecteur du type défi-ni ci-dessus, caractérisé en ce que la seconde chambre basse pression est logée radialement dans la chambre de pression. 5 L'invention repose sur l'idée d'installer la seconde chambre basse pression non pas axialement entre une chambre de pression supérieure et une chambre de pression inférieure mais de prévoir la seconde chambre basse pression, radialement à l'intérieur d'une chambre de pression (chambre de pression supérieure). Ainsi, la chambre de 10 pression est reliée par la conduite d'alimentation à l'accumulateur de carburant à haute pression. Comme selon l'invention on entoure la seconde chambre basse pression avec la chambre de pression, il est possible de réaliser axialement la chambre de pression jusqu'à la disposition d'orifices de buse, c'est-à-dire de relier directement de ma- 15 nière hydraulique la chambre de pression au dispositif de buse sans qu'il ne soit nécessaire de prévoir des perçages appropriés dans le corps d'injecteur et/ou dans le corps de buse. La réalisation selon l'invention permet évidemment de prévoir de tels canaux de liaison. Dans la seconde chambre de pression, l'aiguille d'injecteur comporte une surface 20 d'attaque de pression pour le carburant à basse pression, dans la di-rection axiale, (par exemple par une réduction de diamètre) pour qu'une force hydraulique de fermeture, résultante, agisse sur l'aiguille d'injecteur. Grâce à la seconde chambre de pression on obtient une fermeture rapide par l'aiguille d'injecteur, ce qui permet un bon dosage 25 de quantité très faible, un champ de caractéristiques plat et une faible sensibilité vis-à-vis des tolérances. De manière préférentielle, un canal de pression relie directement la chambre de commande à la chambre de pression. On peut également envisager de relier le canal de pression directement à une conduite d'alimentation, par exemple à travers une 30 plaque d'étranglement. La première chambre basse pression séparée de la chambre de commande par la soupape de commande est reliée hydrauliquement par un chemin de retour de carburant allant en général au côté aspiration d'une pompe alimentant l'accumulateur de carburant à 35 haute pression. 2907515 4 Selon un développement de l'invention, il est avantageux que la seconde chambre basse pression soit reliée hydrauliquement à la première chambre basse pression pour assurer de manière simple l'évacuation du carburant de la seconde chambre basse pression par 5 l'intermédiaire de la première chambre basse pression reliée au chemin de retour de carburant. Il est avantageux que la seconde chambre basse pression soit délimitée axialement par deux segments de guidage de l'aiguille d'injecteur. Grâce aux deux segments de guidage qui délimitent la seconde chambre basse pression, on réalise un guidage précis de l'aiguille d'injecteur et on évite ainsi les défauts de planéité au niveau de la pointe de l'aiguille. Du fait de l'intervalle annulaire minimal inévitable entre l'aiguille d'injecteur et les segments de guidage on aura, d'une part, de faibles quantités de carburant sortant de la chambre de corn- 15 mande, et, d'autre part, de faibles quantités de fuite de carburant sortant de la chambre de pression vers la chambre basse pression et s'évacuant de là en direction du chemin de retour de carburant. Grâce à la chambre basse pression disposée dans la chambre de pression, il est possible de réaliser d'une manière cons- 20 tractive avantageuse deux segments de guidage qui sont également entourés radialement par l'extérieur par la chambre de pression. Cela signifie que les guidages sont soumis à une poussée agissant radiale-ment vers l'intérieur en direction de l'aiguille d'injecteur, ce qui évite l'élargissement des intervalles d'étanchéité pendant le fonctionnement, 25 de sorte que les pertes par fuite sont extrêmement réduites. Cela permet d'avoir un bon comportement de fermeture de l'aiguille avec un rende-ment élevé de l'injecteur sans perte de pression ou avec seulement des pertes de pression réduites. Une possibilité simple de réaliser une surface d'attaque 30 de pression sur l'aiguille d'injecteur pour engendrer une force hydraulique de fermeture exercée sur l'aiguille d'injecteur consiste à avoir un diamètre intérieur du premier segment de guidage plus grand que celui du second segment de guidage (avec une adaptation appropriée du dia-mètre de l'aiguille d'injecteur). On réalise ainsi un segment de surface, 35 radial sur lequel peuvent agir les efforts de poussée dans la direction 2907515 5 axiale. Grâce à un choix de diamètre différent, on aura une surface d'attaque de pression comme surface annulaire ou comme épaulement à la périphérie extérieure de l'aiguille d'injecteur. Pour que le montage de l'injecteur soit simple, un déve- s loppement de l'invention prévoit de réaliser les deux segments de guidage par deux composants distincts qui s'appliquent de manière étanche l'un contre l'autre pendant le fonctionnement. Au moins l'un des deux composants forme ainsi de manière préférentielle la paroi périphérique de la seconde chambre basse pression. 10 Il est avantageux d'installer la chambre de commande dans le composant qui forme le premier segment de guidage. Ce premier composant délimite ainsi non seulement la seconde chambre de pression mais en plus la chambre de commande. Pour réduire le nombre de perçages de liaison, compli- 15 qués dans le corps de l'injecteur, l'invention prévoit, selon un développement avantageux, de relier la seconde chambre basse pression à la première chambre basse pression par un canal de liaison passant dans le premier composant délimitant la seconde chambre basse pression dans la direction axiale. 20 Il est prévu avantageusement que la chambre de pression qui entoure la seconde chambre basse pression se prolonge dans la di-rection axiale jusqu'à la disposition des orifices de buse pour que cette disposition soit exclusivement alimentée en carburant venant de la chambre de pression. Cela permet de supprimer une conduite 25 d'alimentation supplémentaire. Pour éviter les chocs de pression, un développement de l'invention prévoit avantageusement, au niveau du corps de buse, une extension de la chambre de pression, c'est-à-dire que l'on forme une chambre d'alimentation en carburant ou une chambre d'amortissement. 30 Cette chambre d'alimentation en carburant ne constitue pas un volume distinct mais une partie de la chambre de pression à laquelle elle est reliée dans la direction axiale par une liaison hydraulique et dans la chambre d'alimentation en carburant, l'aiguille d'injecteur présente une surface d'application de la pression pour créer une force d'ouverture 35 exercée sur l'aiguille d'injecteur. 2907515 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : 5 - la figure 1 montre de façon fortement schématisée un injecteur avec une aiguille d'injecteur en une seule pièce, et - la figure 2 montre suivant une représentation fortement schématisée un injecteur avec une aiguille en deux parties. Description de modes de réalisation de l'invention 10 Dans les figures on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments ou des éléments de même fonction. Les figures 1 et 2 montrent un injecteur 1 d'un système de rampe commune pour du carburant, notamment du gasoil. L'injecteur 1 comporte un corps d'injecteur 2, un corps de buse 3 et un 15 premier composant 4 (plaque d'étranglement) placé entre le corps de buse 3 et le corps d'injecteur 2. Un écrou de serrage de buse non représenté est habituellement vissé sur le corps d'injecteur 2 pour serrer ainsi le corps de buse 3 et le premier composant 4 contre le corps d'injecteur 2. Cet écrou de buse non représenté entoure coaxialement 20 des zones du corps de l'injecteur et du corps de buse 3 ; ce dernier tra-verse l'écrou de buse dans la direction axiale. Une aiguille d'injecteur 6, allongée, est guidée axialement dans le corps de buse 3 et dans le corps d'injecteur 2, dans la chambre de pression 5. L'aiguille d'injecteur 6 de l'exemple de réalisation de la 25 figure 1 est en une seule pièce. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, l'aiguille d'injecteur 6 est en deux parties comprenant une partie inférieure 6b et une partie supérieure 6a. A la figure 1, la partie supérieure 6a et la partie inférieure 6b sont en une seule pièce. La pointe 7 de l'aiguille d'injecteur 6 présente une surface de fermeture 8 par 30 laquelle elle est mise en appui étanche contre un siège d'aiguille 9 réalisé dans le corps de buse 3. Lorsque l'aiguille d'injecteur 6 est appliquée contre le siège 11, c'est-à-dire lorsque l'aiguille est en position de fermeture, la sortie du carburant par le dispositif d'orifices de buse est fermée. Si, en revanche, l'aiguille est soulevée par rapport à son siège 35 11, le carburant passe directement de la chambre de pression 5 qui 6 2907515 7 s'étend du premier composant 4 dans la direction axiale jusqu'au dis-positif à orifices de buse 10, pour traverser ce composant et être injecté sous haute pression dans la chambre de combustion. La chambre de pression 5 est reliée hydrauliquement à l'accumulateur de carburant à 5 haute pression 12 par une seule conduite d'alimentation 11 ; l'accumulateur de carburant à haute pression est alimenté en carburant à haute pression par exemple par une pompe à pistons radiaux non représentée. L'aiguille d'injecteur 6 est précontrainte par un ressort de 10 précontrainte 13 en position de fermeture. Le ressort de précontrainte 13 s'appuie ainsi par une extrémité contre une bague de fixation 14 te- nue à la périphérie de l'aiguille d'injecteur 6 dans la chambre de pression 5 et son autre extrémité s'appuie contre un second composant 15 en forme de manchon qui s'appuie lui-même de manière étanche contre 15 le premier composant 4. Une chambre de commande 16 est prévue dans le premier composant 4. Cette chambre est alimentée par un canal de pression 17 par l'organe d'étranglement 18 au carburant à haute pression de la chambre de pression 5. 20 Le segment supérieur 6a de l'aiguille d'injecteur délimite la chambre de commande 16 dans la direction axiale dans le plan du dessin, vers le bas, de sorte que la pression du carburant dans la chambre de commande 16 agit dans la direction axiale sur l'aiguille d'injecteur 6, c'est-à-dire dans la même direction que la force de pré- 25 contrainte exercée par le ressort de précontrainte 13. La chambre de commande 16 est reliée à une première chambre basse pression 22 par un perçage de sortie 21 (faisant partie du chemin de sortie de carburant 21) muni d'un organe d'étranglement de sortie 20 permettant au carburant de passer dans le chemin de re- 30 tour de carburant 23. La pression du carburant dans la première chambre basse pression 22 est de 0 à 10 bars selon l'état de fonctionnement alors que la pression du carburant dans la chambre de pression 5 est de l'ordre de 1800 à 2000 bars. Un actionneur électromagnétique 24 permet de couper le 35 passage du carburant de la chambre de commande 16 dans la première 2907515 8 chambre basse pression 22 par une soupape de commande 25 équilibrée en pression dans la direction axiale. Le ressort de précontrainte 13 et l'action de la pression régnant dans la chambre de commande 16 sur la surface frontale 19 de 5 l'aiguille d'injecteur 6 exerce une force de fermeture dirigée axialement vers la chambre de combustion sur l'aiguille d'injecteur 6. Cette force de fermeture s'oppose à la force axiale d'ouverture ; celle-ci est exercée par l'action de la pression régnant dans la chambre d'alimentation en carburant 26 (une partie de la chambre de pression 5) sur la surface conique 27 de l'aiguille d'injecteur 6, c'est-à-dire que cette force est exercée sur l'aiguille d'injecteur 6. Si la soupape de commande 25 est en position fermée et si la sortie de carburant est bloquée par le perçage de sortie 21, la force de fermeture est plus grande à l'état stationnaire que la force d'ouverture, si bien que l'aiguille d'injecteur 6 reste en position 15 de fermeture. Si l'on ouvre la soupape de commande 25, du carburant sort de la chambre de commande 16 et passe dans la première chambre basse pression 22 et de là le carburant revient par le chemin de retour de carburant 23. L'organe d'étranglement d'alimentation 18 et l'organe 20 d'étranglement de sortie 20 sont accordés l'un par rapport à l'autre pour que l'arrivée à travers le canal de pression 17 en provenance de la chambre de pression 5 soit plus faible que la sortie par le perçage de sortie 21 et que l'on a ainsi une sortie nette de carburant lorsque la soupape de commande 25 est ouverte. La chute de pression qui en ré- 25 suite dans la chambre de commande 16 fait que l'amplitude de la force de fermeture descend sous celle de la force d'ouverture si bien que l'aiguille d'injecteur 6 se soulève de son siège 9. La chambre basse pression 22 est délimitée radialement à l'extérieur par une bague de réglage de course d'induit 28 par laquelle 30 l'actionneur 24 s'appuie sur le premier composant 4. La soupape de commande 25 comprend un manchon de soupape 29 coulissant dans la direction axiale et qui est relié solidaire-ment à la plaque d'induit 30 ou est en une seule pièce avec celle-ci. La plaque d'induit 30 coopère avec l'actionneur électromagnétique 24 et est 35 logée radialement dans la bague de réglage de course d'induit 28. 2907515 9 Le manchon de soupape 25 s'appuie par un ressort hélicoïdal 31 contre le corps d'injecteur 2 et le ressort hélicoïdal 21 le sollicite dans le sens de la fermeture, c'est-à-dire dans le sens d'une surface formant siège de soupape 32. La surface formant siège de soupape 32 5 est réalisée sur le premier composant 4. Le ressort hélicoïdal 31 et logé dans un orifice traversant 33 de l'actionneur 24. Radialement dans le ressort hélicoïdal 31 on a un goujon 34 dont la surface frontale supérieure 35 selon l'orientation du dessin s'appuie contre le corps d'injecteur 2. Par son segment inférieur, 10 le goujon 34 se loge dans le manchon de soupape 29, de sorte que ce manchon de soupape 29 est guidé pratiquement de manière étanche à la haute pression dans la direction axiale sur le goujon 34. La soupape de commande 25 est une soupape à compensation de pression dans la direction axiale, ce qui signifie qu'aucune force engendrée par la pres- 15 Sion est exercée sur le manchon de soupape 29 dans la direction axiale par le carburant de la zone haute pression. Les forces axiales engendrées par la pression sont absorbées par le goujon 34 qui s'appuie sur le corps d'injecteur 2. Une seconde chambre basse pression 36 est prévue dans 20 la chambre de pression 5. Cette seconde chambre est reliée par un canal de liaison 37 à la première chambre basse pression 22. Le canal de liaison 37 est réalisé dans le composant 4 à section en forme de T. La seconde chambre basse pression 36 est délimitée dans la direction axiale par un premier segment de guidage 38 pour l'aiguille 25 d'injecteur 6 à l'intérieur du premier composant 4 et par un second segment de guidage 39 pour l'aiguille d'injecteur 6 dans le second composant 15. La paroi périphérique 40 de la seconde chambre basse pression 36 est formée en partie par le premier composant 4 et en partie par le second composant 15. Le second composant 15 est réalisé principa- 30 lement comme manchon traversé en position centrale par l'aiguille d'injecteur 6. Le premier composant 4 a en revanche un perçage borgne 41 dans lequel est guidé le segment supérieur 6a de l'aiguille d'injecteur 6 de façon coulissante axialement en séparant ainsi la chambre de commande 16 par rapport à la seconde chambre basse pression 22 35 dans la direction axiale. 2907515 10 A la fois le premier segment de guidage 38 et le second segment de guidage 39 ou le premier composant 4 et le second composant 15 sont entourés radialement à l'extérieur par du carburant à haute pression venant de la chambre de pression 5, de sorte que les 5 segments de guidage 38, 39 ou le premier et le second composant 4, 15 sont soumis à l'action d'une poussée dirigée radialement vers l'intérieur vers l'aiguille d'injecteur 6 ; cela minimise les pertes par fuite de la chambre de commande 16 dans la seconde chambre basse pression 38 ou de la chambre de pression 5 dans la seconde chambre basse pression 36. On évite ainsi de façon efficace que l'intervalle annulaire de guidage ne soit élargi par la pression systématique. Le diamètre du premier segment cylindrique 6a au ni-veau du premier guide 38 est supérieur au diamètre du second segment 6b de l'aiguille d'injecteur 6 au niveau du second segment de guidage 15 39 de sorte qu'il se forme ainsi une surface annulaire d'application de la pression 42 (épaulement annulaire), s'étendant dans la direction radiale, sur le côté inférieur selon l'orientation du dessin du premier segment 6a de l'aiguille d'injecteur 6. Ainsi, grâce à la pression du carburant agissant sur la surface frontale 19 du premier segment 6a de 20 l'aiguille d'injecteur 6, on exerce une force hydraulique de fermeture sur l'aiguille d'injecteur 6. Les deux segments 6a, 6b de l'aiguille d'injecteur 6 sont en une seule pièce, ce qui réduit le nombre de pièces à travailler. Le carburant passe de l'aiguille d'injecteur 6 dont la pointe 9 a été soulevée, de la zone d'embouchure de la conduite 25 d'alimentation 11 dans la chambre de pression 5 et de là extérieure-ment le long du premier et du second composant 4, 15 pour descendre selon l'orientation du dessin, axialement le long de l'aiguille d'injecteur 5 jusque sur la surface limite entre le corps de buse 3 et le corps d'injecteur 2. Schématiquement, on a un perçage de liaison 43 dans 30 l'aiguille d'injecteur 6 par lequel le carburant peut descendre dans la chambre d'alimentation en carburant 26, représentée plus bas dans le plan du dessin. A la place d'un perçage de liaison 43 on peut également faire passer le carburant en plus ou en variante des conduites de sortie, au niveau d'un troisième segment de guidage 44 de nouveau entre le 35 corps de buse 3 et le corps d'injecteur 6. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur pour injecter du carburant dans les chambres de combustion de moteurs à combustion interne, notamment injecteur de systèmes à rampe commune (1) comprenant une chambre de pression (5) et un actionneur (24) installé dans le corps (2) de l'injecteur qui actionne une soupape de commande (25) fermant ou libérant un chemin de sortie de carburant (21) partant d'une chambre de commande (16) vers une première chambre basse pression (22), pour influencer la pression dans la chambre de commande (16) recevant le carburant par un canal de pression (17), pour déplacer une aiguille d'injecteur (6) coopérant avec la chambre de commande (16) entre une position d'ouverture libérant le passage du carburant et une position de fermeture, un segment axial de l'aiguille d'injecteur étant entouré d'une surface d'application de pression (42) générant une force de fermeture à partir d'une seconde cham- bre basse pression (36), caractérisé en ce que la seconde chambre basse pression (36) est logée radialement dans la chambre de pression (5). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde chambre basse pression (36) est reliée hydrauliquement à la première chambre basse pression (22). 3 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde chambre basse pression (36) est délimitée dans la direction axiale par un premier segment de guidage (38) et par un second segment de guidage (39) pour l'aiguille d'injecteur (6). 4 ) Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux segments de guidage (38, 39) sont entourés radialement à l'extérieur par la chambre de pression (5). 2907515 12 5 ) Injecteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du premier segment de guidage (38) est plus grand que le diamètre intérieur du second segment de guidage (39). 5 6 ) Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier et le second segment de guidage (38, 39) sont formés par un premier et un second composant (4, 15), ce dernier étant appliqué de 10 manière étanche sur le premier. 7 ) Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la chambre de commande (16) est réalisée dans le premier composant 15 (4), la soupape de commande (25) étant réalisée sur le premier composant (4). 8 ) Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' 20 un canal de liaison (37) est réalisé dans le premier composant (4) pour relier hydrauliquement la seconde chambre basse pression (36) à la première chambre basse pression (22). 9 ) Injecteur selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce qu' une disposition d'orifices de buse (10) fermés par l'aiguille d'injecteur (6) en position de fermeture, est alimentée de préférence exclusivement par du carburant venant de la chambre de pression (5). 30 10 ) Injecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans un corps de buse (3) fixé au corps d'injecteur (2), se trouve une chambre d'alimentation en carburant (26) reliée hydrauliquement à la chambre de pression (5) et à la disposition d'orifices de buse (10), 35 l'aiguille d'injecteur (6) ayant une surface d'application de pression (27) 2907515 13 au niveau de la chambre d'alimentation en carburant (26) pour générer une force d'ouverture. 5