Brevet FR2933749A1 — publié le 20100115

DISPOSITIF D'INJECTION A HAUTE PRESSION POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A INJECTION DIRECTE La présente invention concerne un dispositif d'injection à haute pression pour un moteur à combustion interne à injection directe, avec une soupape d'injection et un élément de support, lequel supporte la soupape d'injection à l'état monté sur un siège d'un moteur à combustion interne. Les dispositifs d'injection à haute pression de moteurs à combustion interne à injection directe, lesquels présentent des soupapes d'injection réalisées selon la technique des soupapes à électro-aimant, produisent de fortes impulsions lors du fonctionnement en raison de l'impact de l'aimant contre ses butées de fin de course lors de l'ouverture et de la fermeture de la soupape, lesquelles impulsions sont transmises via le boîtier de la soupape d'injection et l'élément de support au moteur à combustion interne, en produisant de la sorte un bruit perceptible pour un être humain. C'est en particulier à cause de la réflexion de surfaces libres en vibration dans la tête de cylindre du moteur à combustion interne ou sur celle-ci, que de telles impulsions sonores sont ainsi produites, lesquelles sont nettement perceptibles pour un être humain. En raison de la fréquence élevée d'ouverture et de fermeture de telles soupapes d'injection, cette fréquence sonore se situe dans une plage de fréquences relativement élevée s'avérant très désagréable pour une oreille humaine. On perçoit en outre un bruit de butée de fin de course mécanique d'un son aigu, un � tic tac �. Afin de minimiser ces impulsions sonores indésirables, on connaît le fait de prévoir des dispositifs à ressort dans la zone dans laquelle la soupape d'injection est supportée 2 sur la tête de cylindre. Le document EP 1 134 406 B1 a par exemple fait connaître un dispositif dans lequel un élément de support, à savoir une bague d'ajustement, supporte la soupape d'injection dans la tête de cylindre. Avec le dispositif décrit, l'inconvénient réside en ce que la bague d'ajustement et l'élément de ressort sont situés à grande distance l'un de l'autre, et en ce que l'élément de ressort en forme de cintre est suspendu dans un anneau autour du boîtier, c'est-à-dire qu'il ne présente en fin de compte pas d'atténuation efficace des impulsions, mais sert avant tout à des besoins de fixation. Cela nécessite un volume d'encombrement important, en particulier radialement, et nécessite une réalisation de l'élément de ressort dans la zone d'un raccord électrique et/ou du raccord d'un tuyau à carburant dans la zone d'extrémité de la soupape d'injection. Dans ce cas, la transmission des impulsions à proprement parler, via la bague d'ajustement sur la tête de cylindre, n'est pas atténuée de manière efficace. L'invention a pour but de mettre à disposition un dispositif d'injection à haute pression, lequel évite les inconvénients mentionnés et offre une suppression si possible complète d'une entrée d'impulsions mécaniques générant des phénomènes acoustiques non désirés, en particulier du fait de la transmission d'un bruit de structure ou de l'excitation de surfaces en vibration, au niveau du bloc moteur, en particulier de la tête de cylindre d'un moteur à combustion interne. A cette fin, on propose un dispositif d'injection à haute pression pour un moteur à combustion interne à injection directe, avec une soupape d'injection et un élément de support, lequel supporte la soupape d'injection dans l'état monté sur un siège d'un moteur à combustion interne. On prévoit dans ce cas de disposer un élément de 3 ressort entre la soupape d'injection et l'élément de support. La soupape d'injection est dans ce cas maintenue dans un élément de support, lequel supporte la soupape d'injection dans son état monté au niveau du siège du moteur à combustion interne qui lui est attribué. Entre la soupape d'injection et l'élément de support, on dispose un élément de ressort. Contrairement à l'état de la technique, il en résulte par conséquent que l'impulsion générée par la soupape à électro-aimant de la soupape d'injection n'est pas transmise directement du boîtier de la soupape d'injection à l'élément de support, moyennant quoi l'amortissement ou la suppression de l'impulsion peut avoir lieu seulement dans la mesure où le matériau et le mode de réalisation de l'élément de support le permettent, bien au contraire, l'impulsion est tout d'abord transmise à un élément de ressort disposé entre l'élément de support et la soupape d'injection, et est transmise de celui-ci à l'élément de support. De cette manière, une partie importante de l'impulsion est déjà utilisée dans l'élément de ressort. L'élément de support est de ce fait nettement moins sollicité par l'impulsion que dans l'état de la technique, de sorte que sa part d'impulsion restante à amortir est relativement faible. L'élément de ressort est de préférence une rondelle élastique. Dans ce cas, l'élément de ressort est essentiellement plat, c'est à dire qu'il est réalisé en tant que rondelle élastique, une rondelle élastique pouvant également être une rondelle-ressort, à savoir une rondelle élastique avec une trouée essentiellement centrale. On prévoit par ailleurs, dans un mode de réalisation, que la rondelle élastique présente une zone annulaire interne et une zone annulaire externe, la zone annulaire interne reposant au niveau d'une première zone de contact 4 contre la soupape d'injection, et la zone annulaire externe reposant au niveau d'une deuxième zone de contact contre l'élément de support. Il en résulte que la première zone de contact est la zone de contact au niveau de laquelle la soupape d'injection est en contact physique avec la zone annulaire interne de la rondelle élastique, alors que la deuxième zone de contact est celle où la zone annulaire externe touche l'élément de support. La rondelle élastique est par conséquent réalisée en tant que bague, à savoir une rondelle-ressort, laquelle est traversée de manière centrale par la soupape d'injection laquelle est par exemple réalisée de manière étagée. Dans ce cas, la zone annulaire interne repose contre la soupape d'injection et forme ainsi la première zone de contact. La zone annulaire externe repose contre l'élément de support et assure ainsi le support de la soupape d'injection par l'intermédiaire de la rondelle élastique au niveau de l'élément de support dans la deuxième zone de contact. L'essentiel réside dans ce cas en ce que la soupape d'injection ne repose pas directement contre l'élément de support, et repose par ailleurs de préférence de manière à ce que la première zone de contact et la deuxième zone de contact ne sont pas alignées lorsque vues en étendue axiale de la soupape d'injection. On évite ainsi de manière très efficace une transmission de bruit de structure, à savoir une entrée d'impulsions, depuis la soupape d'injection dans le bloc de cylindre, c'est-à-dire via l'élément de support. La première zone de contact est de préférence une première zone de contact linéaire. Grâce à la zone de contact linéaire, on peut obtenir une formation de contact essentiellement linéaire, de sorte à éviter une butée à grande surface et de sorte que, grâce à la pression localisée de manière très concentrée dans l'espace ainsi obtenu lors de l'application des impulsions dans la zone de contact linéaire, il s'en suit une entrée d'impulsions à définition géométrique très précise dans la rondelle élastique. 5 De manière particulièrement préférée, la deuxième zone de contact est une deuxième zone de contact linéaire. Dans ce cas, il va de soit que les mêmes explications valent que celles pour la première zone de contact linéaire. Dans un autre mode de réalisation particulièrement préféré, la première zone de contact se situe à distance radiale de la deuxième zone de contact. De cette manière, entre la première zone de contact et la deuxième zone de contact, à savoir en particulier la première zone de contact linéaire et la deuxième zone de contact linéaire, il y a formation d'un genre de levier, grâce auquel la soupape d'injection est maintenue de manière élastique/oscillante par rapport à l'élément de support, à savoir en pouvant s'enfoncer et se détendre en particulier en direction axiale. On évite ainsi une entrée directe d'impulsions depuis la soupape d'injection vers l'élément de support, et de celui-ci vers la tête de cylindre. Grâce à cet agencement, on réalise par ailleurs un Système-Ressort-Masse, moyennant quoi chaque impulsion peut être résorbée en tant que vibration amortie. Dans un mode de réalisation, l'élément de ressort se compose d'acier. L'utilisation d'acier à ressort classique ou également d'acier ordinaire, par exemple d'une rondelle, est en particulier envisageable. L'acier présente d'excellentes valeurs d'élasticité et de solidité pour une telle application. On prévoit de préférence que l'élément de support se compose de matière synthétique. On peut ainsi obtenir un auto-amortissement de l'élément de support, à savoir grâce 6 au choix du matériau synthétique, moyennant quoi l'impulsion restante, laquelle est encore introduite dans l'élément de support, peut être avantageusement amortie, de sorte à ne plus pouvoir être introduite (ou alors uniquement de manière très limitée) dans la tête de cylindre. La réalisation d'un élément de support en matière synthétique sans l'élément de ressort selon l'invention est en principe également envisageable, dans ce cas cependant, l'élément de support devrait être réalisé de manière particulièrement grande afin d'obtenir des valeurs d'amortissement d'une qualité à peu près équivalente, ce qui pourrait d'une part poser des problèmes de volume d'encombrement, et d'autre part des problèmes de précision, en particulier lors du montage et concernant l'ajustement du moteur à combustion interne que l'on peut obtenir ; un tel élément de support, à lui seul, ne serait pas en mesure d'atteindre l'amortissement élevé proposé des impulsions. Dans un autre mode de réalisation, l'élément de support est un élément de cage. Cela signifie que l'élément de support entoure au moins de manière localisée la soupape d'injection. On prévoit en particulier de réaliser l'élément de cage de manière à ce que l'élément de support présente une bague d'ajustement, laquelle est en prise d'engrènement, par exemple grâce à des agrafes ou pinces s'étendant extérieurement au niveau de l'élément de cage en direction axiale de la soupape d'injection, dans des fixations d'élément de support de la soupape d'injection. On peut ainsi obtenir un montage très simple et sûr de l'élément de support sur la soupape d'injection, et il est en particulier possible de réaliser un montage préalable de la soupape d'injection avec l'élément de support et la rondelle élastique qui y est mise en place et/ou l'élément 7 de ressort, en le mettant ainsi à disposition en tant que module à intégrer dans le moteur à combustion interne. D'autres détails sont montrés par les figures. D'autres modes de réalisation avantageux découlent des sous-revendications et de combinaisons de ces mêmes, ainsi que de la description de l'exemple de réalisation. On décrit l'invention plus en détail dans ce qui suit à l'aide d'un exemple de réalisation, lequel ne se veut pas limitatif. On peut voir : sur la figure 1, une représentation en trois dimensions de la soupape d'injection et sur la figure 2, une représentation en coupe de la soupape d'injection à l'état monté. La figure 1 montre une soupape d'injection 1 pour une installation d'injection à haute pression non représentée d'un véhicule automobile, avec un boîtier 3 réalisé au sens le plus large en tant que cylindre étagé 2, lequel est intégré à peu près jusqu'à une ligne de ceinture 4 dans un moteur non représenté d'un moteur à combustion interne, en particulier dans la zone d'une tête de cylindre (non représentée sur la figure). La soupape d'injection 1 présente, au-dessus de la ligne de ceinture 4, un raccord de carburant 5 ainsi qu'un raccord électrique 6 pour le raccordement à des systèmes d'alimentation en carburant et de commande du véhicule automobile. Le boîtier 3 s'amenuise à l'extrémité opposée au raccord de carburant 5 de manière multi-étagée, jusqu'à former un injecteur 7, lequel introduit le carburant à injecter dans la chambre de chauffe du moteur à combustion interne. Le boîtier 3 peut dans ce cas être séparé en un corps de base d'injecteur 8 et en deux étages annulaires 9 en jonction en direction de l'injecteur pour la formation du cylindre étagé 2, les 8 étages annulaires 9 présentant des surfaces d'appui 10 orientées en direction de l'injecteur 7. La butée de la soupape d'injection 1 contre un siège 11 du moteur à combustion interne s'effectue au niveau des surfaces d'appui 10. Dans la zone de l'étage annulaire 9 la plus proche de l'injecteur 7, la soupape d'injection 1 est maintenue par un élément de support 12, lequel entoure le boîtier 3 dans cette zone à la manière d'un élément de cage 13. Entre la soupape d'injection 1 et l'élément de support 12, on dispose dans ce cas un élément de ressort 15 pour la formation d'un palier à ressort 14, lequel élément entoure de façon annulaire la soupape d'injection 1 dans la zone de l'élément annulaire 9 entouré par l'élément de cage 13 à la manière d'une rondelle élastique 16, à savoir en particulier une rondelle-ressort 17. Une impulsion 18 apparaissant lors du fonctionnement de la soupape d'injection 1 du fait de l'électroaimant non représenté de la soupape d'injection 1, laquelle impulsion a été introduite en direction axiale de la soupape d'injection 1 via le siège 11 dans la tête de cylindre non représentée ici, est dans ce cas interceptée de manière élastique. La figure 2 montre partiellement, en coupe transversale, la soupape d'injection 1 telle que montée en position de montage dans le siège 11 d'une tête de cylindre 19 du moteur à combustion interne. La soupape d'injection 1 est réalisée en tant que cylindre étagé 2, les étages annulaires 9 présentant des réductions de diamètre en direction de l'injecteur 7. L'étage annulaire 9 le plus proche de l'injecteur 7 alimente l'élément de ressort 15, à savoir la rondelle-ressort 17. La rondelle-ressort 17, à savoir la rondelle élastique 16, présente dans ce cas une zone annulaire interne 20 et une zone annulaire externe 21. La zone annulaire externe 21 repose dans ce cas contre l'élément de support 12, alors que la zone annulaire interne 20 repose contre la soupape d'injection 1. La zone annulaire interne 20 forme, lors de sa butée contre la soupape d'injection 1, une première zone de contact 22, alors que la zone annulaire externe 21 forme, lors de sa butée contre l'élément de support 12, une deuxième zone de contact 23. La première zone de contact 22 tout comme également la deuxième zone de contact 23 sont respectivement des zones de contact linéaires 24. Cela signifie qu'une butée essentiellement linéaire est formée. Dans ce cas, la première zone de contact 22 et la deuxième zone de contact 23 sont situées à distance radiale 25 l'une de l'autre. L'élément de ressort 15 est par conséquent maintenu entre la première zone de contact 22 et la deuxième zone de contact 23 à la manière d'un levier circulaire, et l'on obtient, ensemble avec la masse de la soupape d'injection 1, un Système-Ressort-Masse grâce auquel l'impulsion 18, laquelle est transmise en direction d'injecteur 7 de la soupape d'injection 1 vers le siège 11 dans la tête de cylindre 19, est amortie efficacement. Dans ce cas, comme décrit, l'élément de support 12 est réalisé en tant qu'élément de cage 13, moyennant quoi il est réalisé en tant que bague d'ajustement 27 dans la zone du siège 11, à savoir au niveau d'une surface d'appui étagée 26 de la tête de cylindre 19, sur laquelle il est en appui, laquelle bague d'ajustement entoure de manière annulaire la soupape d'injection 1 dans la zone de l'étage annulaire 9 la plus proche de l'injecteur 7. La bague d'ajustement 27 présente des entretoises axiales 28, lesquelles sont formées en saillie à partir de la bague d'ajustement 27 en étendue axiale de la soupape d'injection 1 et qui s'étendent en direction opposée à l'injecteur 7 au niveau de la soupape d'injection 1 jusqu'au deuxième étage 10 annulaire 9. Celles-ci présentent des crochets à ressort 29, lesquels sont en prise dans une rainure circulaire 30 de la soupape d'injection 1 ou dans des évidements de forme correspondante de la soupape d'injection 1, et fixent ainsi l'élément de support 12 sur la soupape d'injection 1. Avec ce mode de réalisation, on obtient la forme de l'élément de cage 13. La bague d'ajustement 27 présente quant à elle une structure essentiellement réalisée en tant que U 31 renversé en direction de la surface d'appui étagée 26, moyennant quoi l'on obtient alors un support élastique amélioré de l'élément de support 12 sur la surface d'appui étagée 26. L'élément de support 12 est de préférence formé par une matière synthétique, et l'élément de ressort 15 par de l'acier. Grâce à la coopération de ces matériaux, on obtient avantageusement un excellent amortissement des impulsions et vibrations, de sorte que l'impulsion 18 n'est pas transmise à la tête de cylindre 19, ou alors seulement de manière très limitée. Liste des numéros de référence : 1 Soupape d'injection 2 Cylindre étagé 3 Boîtier 4 Ligne de ceinture 5 Raccord de carburant 6 Raccord électrique 7 Injecteur 8 Corps de base d'injecteur 9 Etage annulaire 10 Surface d'appui 11 Siège 12 Elément de support 13 Elément de cage 14 Palier à ressort 15 Elément de ressort 16 Rondelle élastique 17 Rondelle-ressort 18 Impulsion 19 Tête de cylindre 20 Zone annulaire interne 21 Zone annulaire externe 22 Première zone de contact 23 Deuxième zone de contact 24 Zone de contact linéaire 25 Distance radiale 26 Surface d'appui étagée 27 Bague d'ajustement 28 Entretoise axiale 29 Crochet à ressort REVENDICATIONS1. Dispositif d'injection à haute pression pour un moteur à combustion interne à injection directe, avec une soupape d'injection (1) et un élément de support (12), lequel supporte la soupape d'injection (1) dans l'état monté sur un siège (11) d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'entre la soupape d'injection (1) et l'élément de support (12), un élément de ressort (15) est disposé. 2. Dispositif d'injection selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce que l'élément de ressort (15) est une rondelle élastique (16). 3. Dispositif d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rondelle élastique (16) présente une zone annulaire 15 interne (20) et une zone annulaire externe (21), la zone annulaire interne (20) reposant contre la soupape d'injection (1) au niveau d'une première zone de contact (22) et la zone annulaire externe (21) reposant contre l'élément de support (12) au niveau d'une 20 deuxième zone de contact (22). 4. Dispositif d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première zone de contact (22) est une première zone de contact linéaire (24). 25 5. Dispositif d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième zone de contact (23) est une deuxième zone de contact linéaire (24). 14 6. Dispositif d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première zone de contact (22) se situe à une distance radiale (25) de la deuxième zone de contact (23). 7. Dispositif d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de ressort (15) est en acier. 8. Dispositif d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de support (12) se compose d'une matière synthétique. 9. Dispositif d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de support (12) est un élément de cage (13).