Brevet FR2927669A1 — publié le 20090821

Dispositif d'injection de carburant [000l] La présente invention concerne un dispositif d'injection de carburant dans un cylindre d'un moteur à combustion interne ainsi qu'un véhicule automobile ayant un moteur à combustion interne équipé d'un tel dispositif. [0002] Les dispositifs d'injection de carburant émettent des bruits pendant leur fonctionnement, phénomène que les constructeurs d'automobile cherchent à maîtriser aussi bien pour améliorer le confort des utilisateurs des véhicules 1 o automobiles que pour réduire les vibrations qui sont engendrées. Comme cela est aussi le cas pour d'autres sources de bruit dans un véhicule automobile, les approches les plus efficaces en vue de réduire le bruit et les vibrations consistent à agir au plus prêt possible de la source, voire directement sur la cause du bruit et des vibrations lorsque cela est possible. 15 [0003] Le bruit des injecteurs de carburant est lié d'une part à un phénomène excitateur résultant d'un actionneur piézoélectrique pour les injecteurs diesel, ou du choc d'aiguille et des pulsations hydrodynamiques pour les injecteurs d'essence, et d'autre part à la réponse dynamique du porte-injecteur à ces excitations. Le comportement vibratoire du porte-injecteur le rend émissif par 2 0 voie aérienne et excitateur par voie solidienne. Alors que la première voie est celle du bruit, la seconde est celle des vibrations qui sont transmis au moins dans la partie haute du moteur et qui peuvent engendrer de leur côté une émission par voie aérienne donc de bruit. [0004] Par ailleurs, le bruit des injecteurs de carburant et même les vibrations 25 engendrées en même temps sont de plus en plus marqués dans les véhicules automobiles récents. En effet, dans le but de réduire les émissions de gaz nocifs et de réduire la consommation de carburant, les constructeurs automobiles cherchent à maîtriser les quantités de carburant injectées. Ceci se traduit par des mouvements de l'organe mobil de l'injecteur de plus en plus 3 0 rapides et fréquents, et en conséquence par des sollicitations plus fréquentes des moyens d'actionnement. [0005] Il est donc nécessaire de traiter la réponse dynamique du porte-injecteur, en proposant des aménagements permettant de mieux maîtriser le rayonnement acoustique, ainsi que l'excitation que celui-ci impose dans la partie du moteur dans laquelle sont logés les injecteurs. [0006] Dans ce contexte, la présente invention a pour but de palier les défauts mentionnés ci-dessus et de proposer un dispositif d'injection générateur de bruits et de vibrations à un moindre degré. [0007] Le but de l'invention est atteint avec un dispositif d'injection de carburant dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, le dispositif 1 o comprenant un porte-injecteur de forme générale allongée suivant une direction axiale et traversé par une lumière axiale, et un organe d'injection rigidement fixé dans la lumière et comportant un orifice de passage du carburant injecté dans le cylindre, un élément mobile et des moyens d'actionnement pour déplacer l'élément mobile entre une position d'obturation et une position de dégagement 15 de l'orifice de passage. [0008] Selon l'invention, les moyens d'actionnement sont pourvus de moyens d'amortissement comportant une masse rapportée. [0009] Selon différents modes de réalisation, le dispositif d'injection selon l'invention peut également avoir l'une au moins des caractéristiques ci-après, 2 0 considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, à savoir • la masse rapportée est sous la forme d'une pièce unique monobloc, en particulier un élément annulaire conformé pour pouvoir être disposé coaxialement sur les moyens d'actionnement ; 25 • la masse rapportée est un élément métallique ; • la masse rapportée est pourvue d'un pas de vis ; • le pas de vis est conformé pour coopérer avec un pas de vis correspondant réalisé sur un capot des moyens d'actionnement ; • la masse rapportée se présente sous la forme d'au moins deux masses partielles conformées pour pouvoir être rendues solidaires des moyens d'actionnement ; • le dispositif comprend un capot réalisé en un matériau permettant d'adhérer au masses partielles ; • le dispositif comprend un capot réalisé en un matériau permettant d'intégrer les masses partielles dans le matériau ; • le dispositif comprend un capot réalisé en un matériau permettant d'intégrer les masses partielles de manière homogène dans le matériau 1 o d'au moins une partie du capot ; • le dispositif comprend un capot réalisé en un matériau viscoélastique. [0010] Le but de l'invention est également atteint avec un véhicule automobile dont le moteur à combustion interne comporte un dispositif tel que décrit plus 15 haut. [0011] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après d'un injecteur de carburant selon deux modes de réalisation différents. La description est faite en référence aux dessins dans lesquels : 20 [0012] la figure 1 représente les principaux composants d'un injecteur de carburant, [0013] la figure 2 représente la partie connectique d'un injecteur de carburant avec un capotage selon un premier mode de réalisation et [0014] la figure 3 représente la partie connectique d'un injecteur de carburant 25 avec un capotage selon un second mode de réalisation selon l'invention. [0015] La figure 1 rappelle la structure générale d'un injecteur de carburant conformée pour injecter périodiquement ou selon une commande spécifique, une quantité de carburant prédéterminée dans un cylindre d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. [0016] Ce dispositif comprend un porte-injecteur 10 de forme générale allongée suivant une direction axiale X-X', qui est traversé par une lumière axiale 11. Le dispositif comprend en outre un organe d'injection 20 rigidement fixé dans la lumière 11. [0017] Le porte-injecteur 10 présente une portion cylindrique 12 d'axe X-X' et une collerette 13 ménagée autour d'une partie intermédiaire de la portion cylindrique 12 et faisant saillie radialement vers l'extérieur. La lumière 11 1 o traverse la portion cylindrique 12 sur toute sa longueur et est délimitée par une face radiale interne de ladite portion cylindrique. Cette face interne comprend par exemple, du côté supérieur, un tronçon supérieur 121 cylindrique de diamètre relativement plus grand portant un taraudage, et du côté inférieur un tronçon inférieur 122 cylindrique de diamètre relativement plus petit, ces deux 15 tronçons étant séparés par un épaulement 123. [0018] Le porte-injecteur 10 est rigidement fixé dans un orifice de la culasse du moteur spécifiquement formé à cet effet. Cette fixation peut être retenue par un filetage (non représenté) formé sur le corps du porte-injecteur, qui coopère avec un taraudage correspondant pratiqué dans l'orifice de la culasse du moteur. 20 Cette fixation rigide peut également être obtenue par une bride vissée dans la culasse et prenant appui sur la collerette 13. [0019] L'organe d'injection 20 comprend par exemple un corps d'injecteur 21 pourvu d'une partie inférieure présentant une forme complémentaire de celle de la lumière 11 dans laquelle elle est engagée. La partie inférieure du corps 25 d'injecteur 21 porte avantageusement un filetage coopérant avec le taraudage du tronçon supérieur 121, ce qui permet de fixer rigidement l'organe d'injection 20 au porte-injecteur 10. [0020] Le corps d'injecteur 21 présente une forme allongée axialement et comprend une entrée de carburant sous pression 211 ménagée du côté destiné 30 à être éloigné de la culasse du moteur lorsque l'injecteur est monté dans la culasse, un orifice de passage du carburant 212 ménagé à l'extrémité du corps d'injecteur destiné à être situé à l'intérieur de la culasse lorsque l'injecteur est monté sur la culasse du moteur, ainsi qu'un canal interne 213 permettant au carburant de circuler de l'entrée 211 à l'orifice de passage 212. [0021] L'organe d'injection 20 comprend encore un élément 22 sélectivement mobile entre une position d'obturation de l'orifice 212 et une position de dégagement de l'orifice 212, et des moyens d'actionnement 23 pour déplacer l'élément mobile 22 entre les positions d'obturation et de dégagement. [0022] L'élément mobile 22 présente généralement la forme d'une aiguille axiale, disposée dans le canal interne 213, et est pourvue d'une partie 1 o d'extrémité engagée dans l'orifice 212 et d'une partie d'obturation 221 venant, en position d'obturation de l'orifice 212, en appui sur un siège ménagé dans le canal interne 213. L'organe d'injection 20 comprend enfin un ressort de rappel 24 sollicitant l'élément mobile 22 axialement vers l'extrémité inférieure du corps 21 de telle sorte que la partie d'obturation 221 soit sollicitée contre le siège 15 ménagé dans le canal interne 213. Les moyens d'actionnement 23 déplacent l'élément mobile 22 à l'encontre de la force de rappel du ressort 24 de sa position d'obturation à sa position de dégagement, le carburant arrivant sous pression à l'entrée 211 étant alors projeté vers le cylindre à travers l'orifice 212. [0023] Les moyens d'actionnement 23 peuvent prendre différentes formes, 2 0 chacune contribuant à sa façon à la génération de vibration et de bruits qui en résulte. [0024] Dans le cas d'un injecteur pour un moteur diesel, les moyens d'actionnement 23 sont généralement réalisés sous la forme d'un actionneur piézoélectrique constitué d'un empilement de fines couches de cristaux 25 piézoélectriques. Dans le cas d'un injecteur pour un moteur à essence, les moyens d'actionnement 23 sont généralement constitués par un solénoïde, comprenant un noyau magnétique solidaire de l'aiguille, qui est déplacé axialement au centre d'une bobine électromagnétique. [0025] Les mouvements de l'actionneur piézoélectrique et/ou les chocs répétés 30 de l'aiguille sur son siège constituent un phénomène excitateur créant des vibrations qui se propagent dans le corps d'injecteur 21 et dans le porte- injecteur 10. La réponse dynamique du porte-injecteur 10 à cette excitation rend celui-ci émissif d'ondes sonores. [0026] Les déformations axiales que le porte-injecteur subit pendant le fonctionnement de l'injecteur c'est-à-dire l'alternance répétitive entre une contrainte de compression axiale et une contrainte d'extension axiale correspond à un mode propre de vibrations du porte-injecteur avec une fréquence propre située par exemple autour de 4000 Hertz. [0027] Selon une solution qui ne correspond pas au principe de la présente invention et qui est représentée sur la figure 1 en traits mixtes, le dispositif d'injection comprend des moyens d'amortissement 30 sous la forme d'un manchon enfilé sur la portion cylindrique 12 du porte-injecteur 10 entre la collerette 13 et l'extrémité portant l'orifice de passage 212 du porte-injecteur. Cette solution applique sur le corps extérieur du porte-injecteur le principe général d'un batteur ou étouffeur de vibrations. [0028] La présente invention, représentée sur les figures 2 et 3, propose une solution qui s'approche encore plus de la source des vibrations et du bruit. [0029] La figure 2 représente la partie connectique d'un injecteur de carburant avec un capotage selon un premier mode de réalisation de l'invention. [0030] On reconnaît sur cette figure une structure de tête de dispositif d'injection 2 0 ressemblant essentiellement à celle du dispositif d'injection représenté sur la figure 1. Plus particulièrement on reconnaît le moyen d'actionnement 23 coiffé d'un capot supérieur 31 comportant la connectique électrique. On reconnaît également le corps d'injecteur 21 avec l'entrée de carburant sous pression 211. [0031] Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2, le capot 31 est 25 réalisé en une matière viscoélastique, par exemple en polyamide, et comporte, intégré dans la masse du capot, deux masses partielles M1 et M2 représentant ensemble la masse rapportée M. [0032] La masse rapportée M peut être divisée en d'avantage de masses partielles que seulement deux, le chiffre deux ayant été choisi dans l'exemple 30 uniquement pour des raisons pratiques de représentation sur la figure 2. Ainsi, la masse rapportée M peut être constituée par exemple par cinq, dix ou quinze masses partielles distinctes. [0033] Toutefois, la masse rapportée M peut également être constituée par une très grande quantité de masses partielles fines, métalliques ou non, par exemple par de la limaille, réparties de manière homogène dans la matière viscoélastique du capot entier ou d'une partie appropriée du capot 31. Dans ce dernier cas, le capot 31 est réalisé par exemple en une partie de capotage proprement dite chargée des petites particules de masse rapportée et une partie très faiblement ou pas du tout chargée de tels particules, cette partie 1 o servant à loger la connectique. [0034] Selon encore une autre variante de réalisation possible, les particules formant la masse rapportée sont concentrées essentiellement sur la surface intérieure ou sur la surface extérieure du capot 31, en fonction du procédé de fabrication choisi ou applicable. 15 [0035] Quelle que soit la réalisation choisie pour incorporer des masses partielles dans le capot 31, le résultat sera un élément de capotage formant à la fois une masse rapportée M divisée en une plus ou moins grande quantité de masses partielles et un corps viscoélastique ayant une raideur prédéterminée K. Le capot 31 et la masse rapportée M forment alors ensemble des moyens 2 0 d'amortissement 30B ayant une masse M et présentant une raideur K. [0036] Grâce aux dispositions décrites ci avant, le dispositif de l'invention applique à la fois le principe général d'un batteur ou étouffeur de vibrations sur le corps extérieur de l'injecteur et celui de l'utilisation d'un matériau possédant un coefficient d'amortissement structural suffisant, travaillant en déformation, 25 par exemple en cisaillement, lui permettant de dissiper l'énergie vibratoire et d'étendre le domaine d'efficacité en fréquences. [0037] Plus particulièrement, le dispositif de l'invention amortit les vibrations de l'injecteur dans l'axe longitudinal de ce dernier à l'aide d'un batteur ou étouffeur de vibrations intégré dans un des composants existant du porte-injecteur. Cette 30 conception du dispositif de l'invention évite l'adjonction d'un système masse- ressort additionnel, et limite ainsi l'encombrement du système complet ainsi que le coût d'un batteur distinct tel que le manchon 30 représenté sur la figure 1. [0038] En effet, le dispositif de l'invention constitue, comme si l'on utilisait un batteur annulaire enfilé sur le corps du porte-injecteur, un système masse- ressort axi-symétrique ayant une fréquence propre que l'on peut calculer selon l'expression mathématique 1 /2n• ''IK/M , où K représente la raideur du capotage et M la masse de celui-ci. Cette fréquence propre est à caler sur la fréquence pénalisante pour le bruit. [0039] En ce qui concerne la masse rapportée au capotage, elle est de l'ordre 1 o de 40 à 70 grammes pour la plupart des porte-injecteurs, et de préférence aux alentours des 50 grammes. Dans les explications de l'invention, la masse propre du capot n'est pas prise en compte. [0040] Dans le cadre de la présente invention, on utilise de préférence des matériaux ayant un comportement viscoélastique, notamment des polymères 15 qui se sont avérés particulièrement appropriés pour constituer une raideur suffisante pour maintenir la forme du composant de l'injecteur de carburant et pour supporter la connectique de l'injecteur, mais qui ont en même temps aussi des caractéristiques intéressantes d'amortissement et qui permettant d'adhérer au matériau de la masse rapportée. Ainsi, on réalise avantageusement le 20 capotage supérieur du porte-injecteur en un polyamide. Un tel capotage est suffisamment lourd, c'est-à-dire présente une masse suffisante pour constituer un batteur et d'être ainsi capable de piéger l'énergie vibratoire du porte-injecteur et de la dissiper. Le capotage rempli le rôle d'amortisseur. [0041] Le matériau du capotage, notamment sa raideur, et la masse doivent 25 évidemment être choisis de manière à pouvoir accorder la fréquence propre du capotage sur la fréquence pénalisante pour le bruit. Les paramètres fonctionnels prépondérants du système seront donc la masse volumique de la pièce rapportée et la raideur et donc l'amortissement du matériau utilisé pour le capotage. 3 0 [0042] La masse rapportée est avantageusement sous la forme d'une pièce unique, conformée pour être rendue solidaire du capot du dispositif, auquel cas le matériau du capotage doit être choisi comme permettant l'adhérisation de la masse rapportée (ou des masses partielles). [0043] Selon le mode de réalisation représentée sur la figure 3, la masse rapportée M est formée par un corps annulaire distinct conformé pour pouvoir être disposé sur un capot viscoélastique 32. [0044] La figure 3 représente donc une partie d'un dispositif d'injection comportant la connectique du dispositif, notamment l'organe d'injection 20B ayant une structure plus ou moins proche de celle de l'organe d'injection 20 du dispositif représenté sur la figure 1, des moyens d'actionnement 23 et un corps d'injecteur 21 avec une entrée 211 pour le carburant sous pression. Les moyens d'actionnement 23 sont coiffés du capot 32 qui se distingue de celui du dispositif selon la figure 2 par le fait que la connectique est orientée axialement sur les moyens d'actionnement 23 pour que l'on puisse fixer sur lui la masse rapportée M qui se présente sous la forme d'un corps annulaire. [0045] Selon ce mode de réalisation, le capot 32 comporte une partie cylindrique dont le diamètre extérieur est adapté au diamètre intérieur de la masse rapportée M. Avantageusement, la masse rapportée M est un corps métallique, par exemple en acier ou en aluminium, pourvu d'un taraudage MF permettant de visser la masse rapportée M sur le capot 32. La masse rapportée M étant un corps métallique, le taraudage est généralement assez fort et notamment coupant afin que l'on puisse visser la masse sur le capot 32 sans que celui-ci ne soit préalablement pourvu d'un filetage. Dans le cas contraire, le capot 32 est formé avec un filetage dont le pas de vis correspond à celui du taraudage MF. [0046] Lorsque la masse rapportée M est fixée sur le capot 32, le capot 32 et la masse rapportée M forment ensemble des moyens d'amortissement 30B ayant une masse M et présentant une raideur K correspondante au mode de réalisation du dispositif selon la figure 2. [0047] Grâce aux dispositions exposées dans la présente description, le dispositif de l'invention permet de réduire les amplitudes vibratoires du porte-injecteur aux fréquences considérées et de diminuer donc le niveau du bruit rayonné par le porte-injecteur par voie aérienne et l'excitation vibratoire imposée aux alentours du porte-injecteur par la voie solidienne. [0048] Dans l'ensemble, il en résultera la réduction du bruit engendré par le fonctionnement du dispositif d'injection et, par cela, aussi une réduction du bruit du moteur, ce qui se traduit en une amélioration du confort des utilisateurs du véhicule automobile. Revendications 1. Dispositif d'injection de carburant dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, le dispositif comprenant un porte-injecteur (10) de forme générale allongée suivant une direction axiale et traversé par une lumière axiale (11), et un organe d'injection (20) rigidement fixé dans la lumière (11) et comportant un orifice de passage (212) du carburant injecté dans le cylindre, un élément (22) mobile et des moyens d'actionnement (23) pour déplacer l'élément 1 o mobile (22) entre une position d'obturation et une position de dégagement de l'orifice de passage (212), caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (23) sont pourvus de moyens d'amortissement (30A, 30B) comportant une masse rapportée (M). 15 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse rapportée est un élément monobloc. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la masse rapportée (M) est un élément annulaire conformé pour pouvoir être 20 disposé coaxialement sur les moyens d'actionnement (23). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la masse rapportée (M) est un élément métallique. 25 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la masse rapportée (M) est pourvue d'un pas de vis (MF). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse rapportée (M) se présente sous la forme d'au moins deux masses partielles 30 (M1, M2) conformées pour pouvoir être rendues solidaires des moyens d'actionnement (23). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un capot (31) réalisé en un matériau polymère permettant d'adhérer aux 35 masses partielles (M1, M2). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un capot (31) réalisé en un matériau permettant d'intégrer les masses partielles de manière homogène dans le matériau d'au moins une partie du capot (31). 59. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un capot (31, 32) réalisé en un matériau viscoélastique. 10. Véhicule automobile ayant un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.