Brevet FR2935027A1 — publié le 20100219

i "Circuit d'injection de carburant comportant au moins une conduite d'injection réalisée venue de matière avec un réservoir d'accumulation" L'invention se rapporte à un circuit d'injection de carburant 5 sous pression pour un moteur à combustion de véhicule automobile. L'invention se rapporte plus particulièrement à un circuit d'injection de carburant sous pression, notamment d'essence, pour un moteur à combustion de véhicule automobile à injection io directe, comportant : - un réservoir d'accumulation de carburant sous pression ; - au moins une conduite d'injection qui est destinée à raccorder un orifice de sortie associé dudit réservoir d'accumulation avec un organe d'injection de carburant associé. 15 Ce type de circuit d'injection fait partie d'un dispositif d'injection directe à réservoir commun d'accumulation couramment appelé à "rampe commune", ou encore "common rail" en langue anglaise, qui équipe des moteurs à combustion interne. Un tel dispositif d'injection permet d'injecter du carburant, 20 et notamment de l'essence, directement dans les chambres de combustion par l'intermédiaire d'injecteurs. Le dispositif d'injection à réservoir commun d'accumulation "common rail" permet d'intégrer dans le moteur le dispositif d'injection complet, avec toutes ses fonctionnalités, et d'obtenir 25 des degrés de liberté supplémentaires pour la préparation du mélange d'air et de carburant par rapport à un dispositif d'injection classique. La particularité essentielle du dispositif "common rail" réside dans le fait que la pression d'injection est obtenue indépendamment du régime moteur et du débit 30 d'injection. Le découplage de la compression du carburant et de l'injection est obtenu grâce à un volume de stockage de carburant sous pression. Elément clé du dispositif "common rail", le volume 2 de stockage est formé par le réservoir commun d'accumulation haute pression, les conduites d'injection à haute pression et une chambre haute pression de chaque injecteur. Le circuit d'injection d'un tel dispositif d'injection est habituellement réalisé par l'assemblage de conduites d'injection rapportées sur le réservoir d'accumulation. Les conduites d'injection sont par exemple fixées par soudage sur le réservoir d'accumulation. Cependant, un tel circuit est onéreux à réaliser car il est io nécessaire d'usiner autour de chaque orifice de sortie de la rampe des zones pour permettre un assemblage et une fixation étanche de chaque conduite d'injection sur le réservoir commun d'accumulation. De plus, le montage d'un tel circuit d'injection nécessite de 15 nombreuses opérations d'assemblage et de soudage qui doivent être répétées par chaque conduite d'injection à monter sur le réservoir commun d'accumulation. Pour remédier notamment à ces problèmes, l'invention propose un circuit d'injection du type décrit précédemment, 20 caractérisé en ce qu'au moins une conduite d'injection est réalisée venue de matière en une seule pièce avec le réservoir d'accumulation. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le circuit d'injection comporte une pluralité de conduites 25 d'injection qui sont destinées à raccorder un orifice de sortie associé dudit réservoir d'accumulation avec un organe d'injection de carburant associé, chaque conduite d'injection étant réalisée venue de matière en une seule pièce avec le réservoir d'accumulation ; 30 - le réservoir d'accumulation présente une forme de tube cylindrique transversal creux, chaque orifice de sortie du réservoir d'accumulation étant réalisé dans la face cylindrique du tube ; 3 - le réservoir d'accumulation comporte au moins une bride de fixation destinée à fixer le circuit d'injection sur un élément du moteur, la bride de fixation étant réalisée venu de matière en une seule pièce avec le réservoir d'accumulation ; - le réservoir d'accumulation et chaque conduite d'injection sont réalisés par moulage ; - les corps creux du réservoir d'accumulation et de chaque conduite d'injection sont réalisés par un noyau de sable monobloc ; io - le réservoir d'accumulation est réalisé en un alliage métallique ; - l'alliage métallique comporte de l'aluminium ; - le réservoir d'accumulation est réalisé en fonte. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au 15 cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale qui représente la partie supérieure d'un moteur à 20 combustion interne à essence équipé d'un circuit d'injection réalisé selon les enseignements de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective qui représente le circuit d'injection de la figure 1 qui est raccordé à la pompe d'injection et sur lequel sont fixés des organes d'injection ; 25 - la figure 2A est une vue en section selon le plan de coupe 2A-2A de la figure 2 - la figure 2B est une vue en section selon le plan de coupe 2B-2B de la figure 2 - la figure 2C est une vue en section selon le plan de 30 coupe 2C-2C de la figure 2 - la figure 3 est une vue en coupe axiale qui représente un injecteur et l'extrémité inférieure de la conduite d'injection associée qui sont agencée dans le cylindre correspondant. 4 Dans la description et dans les revendications, on utilisera les expressions telles que � supérieur � et � inférieur �, � axial � et � radial �, ainsi que les directions longitudinale, verticale et transversale en référence aux figures et selon le trièdre "L, V, T" de la figure 1 pour en faciliter la compréhension et ceci à titre non limitatif. La figure 1 représente partiellement la partie supérieure d'un moteur 10 à combustion interne qui est équipé d'un dispositif d'injection 12 à réservoir commun d'accumulation. io Le moteur 10 comporte ici un bloc-cylindres 14 dans lequel sont réalisés quatre alésages, couramment appelés cylindres 16, d'axe vertical "A" alignés transversalement. De manière connue, le moteur 10 comporte aussi une culasse 18 qui recouvre le bloc-cylindres 14 de manière à fermer les cylindres 16 vers le 15 haut, et un couvre-culasse 20 qui est fixé sur la face supérieure la culasse 18. Le dispositif d'injection 12 a pour fonction d'alimenter en carburant sous pression, par exemple en essence, les chambres de combustion du moteur 10. 20 Le dispositif d'injection 12 comporte quatre organes d'injection 22 dont chacun est agencé de manière à alimenter un cylindre 16 associé en carburant. Chaque organe d'injection 22 comporte un injecteur 23 qui est porté par un porte-injecteur 25, comme représenté à la figure 3. Chaque injecteur 23 comporte 25 une tête 24, aussi appelée buse, qui est montée débouchante à travers la culasse 18 dans la chambre de combustion associée à proximité de l'axe "A" du cylindre 16. Comme représenté à la figure 3, l'axe de l'injecteur est ici légèrement incliné par rapport à l'axe "A" du cylindre, notamment 30 pour favoriser le mélange homogène du carburant avec l'air dans le cylindre. Le dispositif d'injection 12 comporte aussi un circuit d'injection 26 qui comporte des conduites d'injection 28 dont chacune raccorde de manière étanche un réservoir commun d'accumulation 30 à un organe d'injection 22 associé. Le dispositif d'injection 12 comporte donc ici quatre conduites d'injection 28. 5 Les conduites d'injection 28 s'étendent globalement dans la direction verticale et comportent successivement des tronçons rectilignes et, éventuellement, des tronçons coudés en fonction de leur parcours. Les conduites d'injection 28 sont pourvues à leur extrémité io inférieure 32 libre de moyens de raccordement avec l'organe d'injection 22 associé qui sont représentés à la figure 3 et qui seront décrit plus en détail par la suite. L'extrémité supérieure de chaque conduite d'injection 28 est raccordée à un orifice de sortie 34 du réservoir commun 15 d'accumulation 30. Du fait de la disposition alignée des cylindres 16, le réservoir d'accumulation 30 présente avantageusement la forme d'un tube cylindrique de révolution transversal creux, et chaque orifice de sortie 34 est agencé dans sa paroi cylindrique, 20 globalement au droit du cylindre 16 associé. Dans l'exemple représenté aux figures 2 et 2A, les orifices de sortie 34 sont ouverts longitudinalement vers l'avant dans le réservoir d'accumulation 30. Chaque conduite d'injection 28 comporte alors un tronçon d'extrémité supérieur formant un coude 25 36 à angle droit qui se prolonge sensiblement verticalement vers le bas en direction des cylindres 16. Selon une variante non représentée de l'invention, le réservoir d'accumulation 30 présente une autre forme telle qu'une forme de balle sphérique creuse. 30 Le réservoir d'accumulation 30 est lui-même alimenté en carburant sous pression par un conduit d'entrée 38 dont une extrémité aval est raccordée à un orifice d'entrée 40 du réservoir d'accumulation 30 et dont l'autre extrémité amont est raccordée à une pompe d'injection 42. Le réservoir d'accumulation 30 présente plus particulière-ment la forme d'un tube ouvert à ses deux extrémités transversales. L'orifice d'entrée 40 du carburant est agencé à une extrémité transversale du réservoir d'accumulation 30, tandis que l'autre extrémité transversale du réservoir d'accumulation 30 est obturée de manière étanche par une vis d'obturation 44. Comme représenté à la figure 1, le réservoir d'accumulation 30 est ici agencé au-dessus de la culasse 18, dans un logement transversal 46 formé dans le couvre-culasse 20, tandis que chaque conduite d'injection 28 s'étend à travers le couvre-culasse 20 et la culasse 18 jusqu'à l'organe d'injection 22 associé à la faveur d'orifices adaptés. 15 De manière connue, la pression du carburant dans le réservoir d'accumulation 30 est modulée par un régulateur 48 de pression qui est agencé à une ouverture supérieure 50 réalisée dans la paroi cylindrique du réservoir d'accumulation 30. La structure et le fonctionnement d'un tel régulateur 48 sont bien 20 connus et ne seront pas détaillés dans la suite de la description. Pour un moteur 10 à essence, la pression du carburant dans le réservoir d'accumulation 30 et dans les conduites d'injection 28 est par exemple de l'ordre de 200 bars. Selon une variante de l'invention, pour un moteur Diesel, la 25 pression de carburant est par exemple de l'ordre de 2000 bars. L'exemple représenté aux figures concerne un moteur 10 à essence. Chaque cylindre 16 du moteur 10 est donc équipé d'une bougie d'allumage 52 pour déclencher la combustion du mélange d'air et d'essence injectée dans la chambre de combustion. Pour 30 que la combustion du mélange soit efficace, l'extrémité active de chaque bougie d'allumage 52 est agencée à l'intérieur de la chambre de combustion associée à proximité de la tête 24 de l'organe d'injection 22. 7 Comme représenté à la figure 1, pour permettre l'alimentation de chaque bougie d'allumage 52 en électricité, le moteur 10 est aussi équipé de bobines électriques 54 qui sont agencées dans des logements 56 de la culasse 18 dont trois d'entre eux sont agencés transversalement entre deux conduites d'injection 28. Selon les enseignements de l'invention, au moins une des conduites d'injection 28 est réalisée venue de matière en une seule pièce avec le réservoir d'accumulation 30. io Plus particulièrement, dans l'exemple représenté aux figures, chaque conduite d'injection 28 est réalisée venue de matière en une seule pièce avec le réservoir d'accumulation 30. Le réservoir d'accumulation 30 et chaque conduite d'injection 28 sont ici réalisés par moulage. 15 Les corps creux du réservoir d'accumulation 30 et de chaque conduite d'injection 28 sont réalisés par un noyau de sable monobloc commun (non représenté). De manière que le réservoir d'accumulation 30 et les conduites d'injections 28 réalisées par moulage puissent résister 20 à la pression du carburant comprimé, par exemple à 200 bars, et au variations de pression lors des phases d'injection, la section transversale du noyau de sable est avantageusement circulaire. Ainsi, comme représenté aux figures 2B et 2C, le réservoir 30 et les conduites d'injection 28 présentent, respectivement en section 25 longitudinale verticale et en section horizontale, un diamètre interne de forme circulaire. Il est en effet connu qu'une section circulaire permet d'obtenir une répartition homogène de la pression sur la face intérieure des conduites d'injection 28 et du réservoir 30 d'accumulation 30, évitant ainsi l'apparition de contraintes dans le matériau constituant le circuit d'injection 26. 8 Le diamètre interne de la section circulaire du réservoir d'accumulation 30 est ici supérieur au diamètre interne de la section circulaire de chacune des conduites d'injection 28. En outre, l'opération de moulage est avantageusement réalisée de manière que les faces internes des conduites d'injection 28 et du réservoir d'accumulation 30 ne comportent aucun défaut susceptible de former une amorce de rupture sous la pression du carburant. Le réservoir d'accumulation 30 et les conduites d'injection io 28 réalisées venues de matière sont réalisés en un alliage métallique qui comporte par exemple de l'aluminium. Selon une variante non représentée de l'invention, le réservoir d'accumulation 30 et les conduites d'injection 28 réalisées venues de matière sont réalisés en fonte. 15 En dehors des surfaces fonctionnelles qui nécessitent un usinage, le circuit d'injection 26 obtenu par moulage est avantageusement laissé brut de démoulage pour permettre une économie d'énergie et de temps lors de la fabrication du circuit d'injection 26. 20 Par exemple, le pourtour de l'orifice d'entrée 40 du réservoir d'accumulation 30 et l'extrémité inférieure 32 de chaque conduite d'injection 28 forment des surfaces fonctionnelles qui sont usinées pour permettre le raccordement étanche du conduit d'entrée 38 et des organes d'injection 22, respectivement. 25 Dans l'exemple représenté à la figure 3, un embout 55 du porte-injecteur 25 est inséré dans l'orifice d'extrémité inférieure 32 de la conduite d'injection 28 associée pour permettre le raccordement avec l'organe d'injection 22 associé par simple emboîtement axial. 30 Les organes d'injection 22 ne sont pas fixés à la culasse, mais ils sont simplement agencés dans un logement adapté de la culasse qui permet de les maintenir radialement. Les organes d'injection 22 sont immobilisés axialement dans leur position par le pourtour de l'orifice d'extrémité inférieure 32 de la conduite d'injection 28 associée. De plus, les organes d'injection 22 sont sollicités axialement vers le bas dans leur logement par la pression constante du carburant. Pour permettre un tel agencement, les conduites d'injection 28 sont dimensionnées de manière à être suffisamment rigides pour empêcher le coulissement axial des organes d'injection 22 vers le haut par rapport à la culasse. Ainsi, le circuit d'injection 26 réalisé en une seule pièce io selon les enseignements de l'invention permet avantageusement d'agencer les organes d'injection 22 dans la culasse à distance du réservoir d'accumulation 30 sans fixer les organes d'injection 22 directement à la culasse 18. Par ailleurs, comme représenté à la figure 2, pour 15 permettre la fixation rigide du réservoir d'accumulation 30 sur un élément du moteur 10, le réservoir d'accumulation 30 comporte au moins une bride de fixation 58. Ledit élément du moteur 10 est ici formé par le couvre-culasse 20. Avantageusement, chaque bride de fixation 58 est réalisée 20 venue de matière en une seule pièce avec le réservoir d'accumulation 30. Le réservoir d'accumulation 30 comporte ici quatre brides de fixation 58 qui se présentent sous la forme de quatre languettes horizontales parallèles qui s'étendent longitudinale- 25 ment depuis la face cylindrique du réservoir d'accumulation 30. Chaque languette 58 s'étend plus précisément depuis l'embranchement entre le réservoir d'accumulation 30 et une conduite d'injection 28 associée, comme illustré à la figure 2A. Chaque languette 58 est traversée verticalement par un 30 orifice de fixation 60 qui est destiné à permettre le passage de la tige filetée d'une vis de fixation (non représentée) associée qui est vissée dans un taraudage (non représenté) associé du couvre-culasse 20. Le circuit d'injection 26 est ainsi fixé de i0 manière rigide au moteur 10 par serrage de chaque bride de fixation 58 entre la tête de vis et le couvre-culasse 20. Les organes d'injection 22 sont ainsi immobilisés par rapport à la culasse. Un tel circuit d'injection 12 est peu onéreux à réaliser et simple à monter sur le moteur 10. L'invention a été présentée en application à un moteur à essence. On comprendra cependant qu'elle est aussi applicable à un moteur Diesel. REVENDICATIONS1. Circuit d'injection (26) de carburant sous pression, notamment d'essence, pour un moteur (10) à combustion de véhicule automobile à injection directe, comportant : - un réservoir d'accumulation (30) de carburant sous pression ; - au moins une conduite d'injection (28) qui est destinée à raccorder un orifice de sortie (34) associé dudit réservoir d'accumulation (30) avec un organe d'injection (22) de carburant io associé ; caractérisé en ce qu'au moins une conduite d'injection (28) est réalisée venue de matière en une seule pièce avec le réservoir d'accumulation (30). 2. Circuit d'injection (26) selon la revendication 15 précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de conduites d'injection (28) qui sont destinées à raccorder un orifice de sortie (34) associé dudit réservoir d'accumulation avec un organe d'injection (22) de carburant associé, et en ce que chaque conduite d'injection (28) est réalisée venue de matière en une 20 seule pièce avec le réservoir d'accumulation (30). 3. Circuit d'injection (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir d'accumulation (30) présente une forme de tube cylindrique transversal creux, et en ce que chaque orifice de sortie (34) du 25 réservoir d'accumulation (30) est réalisé dans la face cylindrique du tube. 4. Circuit d'injection (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir d'accumulation (30) comporte au moins une bride de fixation (58) 30 destinée à fixer le circuit d'injection (26) sur un élément (20) du moteur (10), la bride de fixation (58) étant réalisée venu de matière en une seule pièce avec le réservoir d'accumulation (30). 12 5. Circuit d'injection (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir d'accumulation (30) et chaque conduite d'injection (28) sont réalisés par moulage. 6. Circuit d'injection (26) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les corps creux du réservoir d'accumulation (30) et de chaque conduite d'injection (28) sont réalisés par un noyau de sable monobloc commun. 7. Circuit d'injection (26) selon l'une quelconque des lo revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir d'accumulation (30) est réalisé en un alliage métallique. 8. Circuit d'injection (26) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'alliage métallique comporte de l'aluminium. 15 9. Circuit d'injection (26) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réservoir d'accumulation (30) est réalisé en fonte.