Brevet FR2920488A1 — publié le 20090306

Dispositif d'injection pour un moteur à combustion interne comportant un tel dispositif d'injection [000i La présente invention concerne un dispositif d'injection pour un moteur à combustion interne, comprenant un injecteur et des moyens de fixation de l'injecteur sur le moteur. Les moyens de fixation comportent au moins un élément principal, solide, venant prendre appui en partie sur l'injecteur, fixé sur le moteur par au moins une vis et un taraudage approprié dans le moteur 1 o pour recevoir la vis. [0002] La présente invention vise plus particulièrement des moyens permettant de réduire le bruit et les vibrations générés par l'injecteur qui sont une des bruyances pénalisantes des véhicules automobiles, qu'ils soient en motorisation Diesel ou en motorisation Essence, et qui est d'ailleurs aussi un 15 des bruits les plus prononcés d'un groupe motopropulseur de nouvelle génération. [0003] L'injecteur et le moteur à combustion interne forment ensemble un système de deux appareils dont le premier, l'injecteur, est la source de vibrations et dont le second, le moteur, qui est soumis à des contraintes 2 0 thermiques, est susceptible de recevoir et de transmettre les vibrations soit vers l'extérieur sous la forme de bruit, soit encore vers l'intérieur du véhicule automobile sous la forme de vibrations. [0004] Les injecteurs, qui ne sont qu'une source parmi d'autres sources de bruit et de vibrations dans un véhicule automobile, sont destinés à être 25 montés, pour exercer leur fonction, sur un moteur pourvu au moins d'une chambre de combustion dans laquelle un tel injecteur doit injecter un carburant. Les injecteurs sont d'ailleurs sources de vibrations à double titre. D'abord, les injecteurs sont sources de vibrations en raison de leurs parties mobiles internes qui sont activées pour la préparation consécutive des 3 0 portions de carburant destinées à être injectées dans la ou les chambres de combustion suivant le régime du moteur. Ces pièces sont en général sollicitées en mouvements translatoires et oscillatoires et les vibrations consécutives de l'injecteur produisent un rayonnement acoustique directement audible. Mais les injecteurs sont aussi sources de vibrations et de bruits en raison des efforts dynamiques qu'ils produisent sur la culasse du moteur, à laquelle ils sont fixés, et sur l'ensemble du moteur pendant la préparation et l'injection de portions de carburant. Chaque brusque changement d'état de l'injecteur engendre des vibrations qui se propagent par voie solide dans le moteur, et engendrent ensuite un bruit rayonné par les autres structures qui l'environnement. [0005] De plus, les nouvelles générations d'injecteur ont des activateurs de plus en plus efficaces pour l'injection, ce qui est obtenu au prix d'un fonctionnement de plus en plus violent et donc potentiellement bruyant. [0006] Pour réduire le bruit d'injecteur, on peut utiliser des écrans acoustiques, ce qui n'est pas toujours très économique, ou réduire la violence de commande électrique, ce qui est une limitation pour les performances souhaitées de l'injecteur. Pour réduire le bruit d'injecteur, on peut aussi utiliser des joints découplant et amortissant en utilisant des matériaux adaptés ou encore placer des étouffeurs de vibrations sur différentes parties de l'injecteur et de son système de fixation. [0007] Ces différentes possibilités de réduire le bruit d'injecteur étant plus au moins coûteux ou ayant une envergure technique plus ou moins importante, le but de la présente invention est de proposer des moyens simples, mais néanmoins efficaces, qui permettent de réduire les vibrations et, consécutivement, le bruit d'injecteur qu'ils engendrent. [0008] Contrairement à d'autres solutions, la présente invention se situe dans le coeur du système de fixation et non pas à la surface d'un tel système. [0009] Le but de l'invention est atteint avec un dispositif d'injection pour un moteur à combustion interne, comprenant un injecteur et des moyens de fixation comportant au moins un élément principal et au moins une vis 3 0 associée pour monter l'injecteur sur le moteur. [ooi o] Selon l'invention, au moins une des pièces formant les moyens de fixation est réalisée au moins partiellement dans un matériau choisi tel que son comportement viscoélastique permette de dissiper de l'énergie vibratoire par effet d'amortissement. [ooi 1] La présente invention trouve donc une application particulièrement efficace dans le domaine de la conception des groupes motopropulseurs de véhicules automobiles. [0012] La présente invention consiste en un système d'injection dont les moyens de fixation agissent de manière à réduire les vibrations transmises 1 o par l'injecteur au reste de son environnement, par exemple à la culasse, aux carters moteur et à l'air environnant. L'invention s'applique tout particulièrement à tout type d'injecteur fixé sur le moteur par des moyens de fixation dont l'élément principal est de type fourchette. Avec un tel type fourchette, on utilise parfois un pion dit de centrage, lui permettant de mieux 15 prendre appui sur la culasse. Le système de fixation permet de mettre en tension mécanique l'injecteur sur la structure d'accueil. Un autre type d'élément principal est le type bride, qui utilise lui au moins deux vis pour relier l'élément principal de fixation au moteur. Le type fourchette et le type bride, tous deux utilisant une ou plusieurs vis, sont à ce jour les plus usités. 2 0 [0013] La présente invention consiste à utiliser un système de fixation qui amortit les vibrations engendrées par l'injecteur. Pour cela, on joue sur les propriétés mécaniques dynamiques de cette fixation. [0014] Les propriétés mécaniques en régime statique des moyens de fixation dépendent, notamment, de la nature du ou des matériaux dans lesquels ils 25 sont réalisés. Ainsi, on utilise des fourchettes en aluminium, en acier ou en cuivre, ce qui permet de bien maintenir l'injecteur sur la culasse et de remplir ainsi leur � fonction système � de fixation. [0015] La présente invention ajoute à cela une seconde fonction système, à savoir l'amortissement et conséquemment la réduction des vibrations 3 0 générées par l'injecteur, en utilisant, dans les moyens de fixation, des matériaux ayant des comportements de type viscoélastique, donc dissipant au moins partiellement l'énergie des vibrations. [0016] Pouvoir concilier ces deux fonctions système, maintien en appui statique et propriétés dynamiques amortissantes, est une caractéristique majeure de la présente invention. [0017] C'est dans ce sens que la présente invention propose d'utiliser, pour la fixation de l'injecteur sur un moteur, des moyens de fixation comportant un élément principal réalisé au moins partiellement en un matériau composite. [ooi 8] Pour la réalisation d'un élément principal au moins partiellement en un 1 o matériau composite, on peut utiliser tous les matériaux de type élastomère, polymère, polyamide, des résines, notamment des résines phénoliques, le polychlorure de vinyle, et le téflon, et, de manière plus générale, tous matériaux organiques montrant un comportement de type viscoélastique, propre à dissiper de l'énergie vibratoire. D'autres matériaux convenant à la 15 mise en oeuvre de la présente invention sont tous les matériaux composites comprenant en quantité plus ou moins grande un ou plusieurs des matériaux énoncés ci-dessus, comme par exemple les matériaux de friction. Un cas limite, faisant partie de la présente invention est celui où l'ensemble du dispositif est constitué d'un ou plusieurs de ces matériaux. 20 [0019] Le choix du ou des matériaux pour la réalisation de l'élément principal dépendent de différents paramètres fonctionnels tels la raideur statique de la fixation ainsi réalisée, qui conditionnera les capacités de serrage et la satisfaction de la fonction de fixation, et la raideur dynamique de la fixation ainsi réalisée qui conditionnera ses propriétés anti-vibratoires. Et c'est 25 notamment pour la partie imaginaire de la raideur dynamique de la fixation étudiée lorsque l'on se place dans le cadre des approches de type � module complexe � en dynamique des structures amorties, que les caractéristiques des matériaux à choisir entreront en compte dans la mise au point du dispositif. [0020] La présente invention concerne par ailleurs aussi les caractéristiques supplémentaires ci après, considérées isolément ou selon toute combinaison techniquement possible et décrites, à titre d'exemple, sans que cela limite la portée de la présente invention, pour le cas où l'élément principal est de type fourchette : - la fourchette est réalisée en un matériau composite stratifié comportant au moins trois couches ; - la fourchette est réalisée en un matériau composite stratifié comportant une couche centrale en une première matière et, de manière symétrique, au moins 1 o une couche de part et d'autre dans au moins une autre matière ; - la fourchette est réalisée en au moins deux couches métalliques empilées les unes sur les autres et liées entre elles par au moins un film en un matériau viscoélastique ; - la fourchette est réalisée en au moins deux couches métalliques empilées 15 les unes sur les autres et liées entre elles par au moins une couche de résine phénolique ; - la fourchette comporte un corps et une partie d'extrémité formant un angle avec le corps de manière que, en état monté de la fourchette, la partie d'extrémité prenne appui sur le moteur, rendant ainsi inutile la présence d'un 2 0 pion de centrage additionnel. [0021 Le but de l'invention est également atteint avec un moteur à combustion interne qui comprend un dispositif d'injection tel que celui décrit ci-dessus. [0022] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci après de deux modes de réalisation du 25 dispositif de l'invention. La description est faite en référence aux dessins dans lesquels : [0023] - la figure 1 rappelle le principe de la fixation d'un injecteur, sur un moteur, dans le cas où l'élément principal est une fourchette vissée sur le moteur ; [0024] - la figure 2 représente le principe de la fixation d'un injecteur, sur un moteur, dans le cas où l'élément principal est une fourchette vissée sur le moteur et comporte un pion dit de centrage ; [0025] - la figure 3 représente un premier mode de réalisation de l'invention, selon lequel la fourchette est composite et est réalisée en un ensemble de lames métalliques reliées entre elles par un matériau viscoélastique ; [0026] - la figure 4 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention selon lequel la fourchette composite est réalisée en un matériau lui-même composite placé entre deux couches métalliques. [0027] La figure 1 rappelle schématiquement un des principes possibles de dispositif d'injection auquel la présente invention s'applique, celui où l'élément principal de fixation est de type fourchette. Le dispositif d'injection pour un moteur à combustion interne M comprend un injecteur 1 et des moyens de fixation 2. L'injecteur 1 est logé dans un orifice de passage pratiqué à cet effet dans la culasse du moteur M afin que l'injecteur puisse délivrer des portions de carburant, selon le régime du moteur, directement dans la chambre de combustion à laquelle l'injecteur est attribué. L'injecteur 1 est alors monté sur le moteur M à l'aide d'une fourchette 21. La fourchette 21 est vissée sur la culasse du moteur M moyennant une vis 22 ou moyennant un écrou 22A engagé sur une tige filetée 22B solidaire de la culasse du moteur M. Dans la suite de la présente description, par souci de simplification, ces possibilités de fixation seront appelées de manière unique une fixation par une vis 22. [0028] La fourchette 21 est disposée de manière à entourer partiellement par une des ses deux extrémités opposées, plus précisément par son extrémité fourchue, le haut du corps de l'injecteur 1 et de prendre appui, par l'autre de ses deux extrémités opposées, plus précisément par l'extrémité non fourchue mais recourbée 21A, sur la culasse du moteur M. La vis 22 est disposée entre les deux extrémités opposées de la fourchette 21 et traverse la fourchette 21. En serrant la vis 22, on exerce une force sur la fourchette grâce à laquelle la fourchette appuie sur le haut du corps de l'injecteur 1 et le maintient fortement en appui sur la culasse du moteur M. [0029] Grâce à la fixation représentée de manière schématique sur la figure 1, l'injecteur 1 est en contact direct avec la culasse du moteur M et toutes les vibrations engendrées par l'injecteur sont transmises ou rayonnées sous forme de bruit sans atténuation particulière ni amortissement. Ceci est valable également dans une variante de réalisation présentée figure 2 selon laquelle la fourchette 21 ne s'appuie pas directement sur la culasse du moteur M, mais par l'intermédiaire d'une pièce distincte de la fourchette et remplissant la fonction d'un pion de centrage. La figure 2 représente cette variante selon laquelle les moyens de fixation 2 comportent une fourchette 21, une vis 22 et un pion de centrage 23. [0030] Pour remédier aux inconvénients décrits plus haut, la présente invention propose de réaliser au moins une des pièces formant les moyens de fixation au moins partiellement en un matériau composite. [0031] Selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 3, la fourchette elle-même est réalisée en un matériau composite. [0032] La figure 3 représente une fourchette 24 réalisée en un matériau composite stratifié comportant cinq couches métalliques 241 à 245 empilées les unes sur les autres et liées entre elles par des films 246 à 249 en un matériau viscoélastique, par exemple en un polymère à fort pouvoir dissipatif, ayant une zone dite de transition voisine des températures régnant en haut de la culasse du moteur M. En général, cette température est de l'ordre de 100°C. [0033] Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 4, les moyens de fixation comportent une fourchette 25 réalisée en deux couches métalliques 252, 253 empilées les unes sur les autres et liées entre elles par une couche de résine phénolique ou de composite à matrice organique à base de résine phénolique 251. La couche 251 peut avoir une épaisseur supérieure à l'épaisseur de l'une ou l'autre des deux couches métalliques 252, 253. Les deux couches métalliques remplissent alors la fonction d'une armature pour la couche 251. [0034] D'autres modes de réalisation sont évidemment possibles. II existe ainsi par exemple des systèmes où l'élément principal de fixation est une double fourchette dans lesquels deux injecteurs sont maintenus par une même fourchette symétrique et une vis centrale, où la présente invention est réalisée lorsque l'on utilise une structure de fourchette composite semblable à celle 1 o décrite dans les deux modes de réalisation représentés par les figures 3 et 4. Un autre exemple de mode de réalisation est encore le cas où l'élément principal est une bride composite dont la structure est semblable à celle des fourchettes montrées aux figures 3 et 4, et qui est reliée à la culasse par deux vis positionnées de part et d'autre de l'injecteur. 15 [0035] Grâce au dispositif de la présente invention, quel que soit le mode de réalisation préféré, la solution proposée apporte les avantages suivants : - on agit au plus près de la source, donc on peut traiter efficacement le bruit et les vibrations ; - notamment, on économise la mise en oeuvre de solutions moins 20 satisfaisantes à efficacité acoustique équivalente (voir par exemple le paragraphe [006]), car plus chères, positionnées plus loin des injecteurs, plus étendues, plus lourdes ; - la solution proposée n'affecte pas les performances de l'injecteur pour sa fonction d'injection de carburant et évite donc de compromettre ces 25 performances ; - on n'ajoute pas ou très peu de masse au système ainsi traité par rapport aux dispositifs existants (ce n'est pas le cas de solutions de type batteur ajouté ou de type écran acoustique) ; - l'encombrement du système d'injection n'est pas impacté par l'invention ; - on agit dans une zone du système d'injection où les températures ne sont pas trop élevées et permettent l'utilisation d'une classe large de matériaux amortissants (ce n'est pas le cas par exemple du fond de puits injecteur), ce qui garantit la possibilité d'adapter le système proposé à un nombre varié d'architectures ; - les matériaux amortissants ainsi préconisés sont généralement bon marché. Revendications 1. Dispositif d'injection pour un moteur à combustion interne (M), comprenant un injecteur (1) et des moyens de fixation (2) comportant au moins un élément dit élément principal et au moins une vis associée (22) pour monter l'injecteur sur le moteur, caractérisé en ce qu'au moins une des pièces formant les moyens de fixation (2) est réalisée au moins partiellement en un matériau dont le comportement viscoélastique permette de dissiper de l'énergie vibratoire par effet d'amortissement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément principal est une bride. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément principal est une fourchette (21 ; 24 ; 25). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément principal est un composite stratifié. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément principal (24 ; 25) est un composite stratifié comportant une couche centrale (251) composé d'une première matière et, de manière symétrique, au moins une couche de part et d'autre (252, 253) dans au moins une autre matière. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément principal (24) est réalisé en au moins deux couches métalliques (241-245) empilées les unes sur les autres et liées entre elles par au moins un film en un matériau viscoélastique (246-249). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément principal (25) est réalisé en deux couches métalliques (252, 253) liées entre elles par une couche de résine phénolique ou de composite à matrice organique à base de résine phénolique (251). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'élément principal de type fourchette comporte un corps (21) et une partie d'extrémité (21A) mécaniquement continue à ce corps et forme avec lui un angle de manière que, en état monté de la fourchette, la partie d'extrémité (21A) puisse prendre appui sur le moteur (M). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un pion de centrage (23, 26) par lequel, en état monté de la fourchette (21), cette dernière prend appui sur le moteur (M). 10. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un 1 o dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.