Brevet FR2930600A1 — publié le 20091030

Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape d'injection de carburant, notamment injecteur pour des installations d'injection de carburant de moteurs à combustion interne à compression d'air et allumage non commandé, comportant, - un actionneur piézo-électrique et un organe d'obturation de soupape commandé par une aiguille d'injecteur, cet organe d'obturation coopérant avec une surface formant siège de soupape pour former un siège d'étanchéité, soupape d'injection dans laquelle il est prévu : - une chambre de commande, - une surface frontale de l'aiguille d'injecteur délimite la chambre de commande, - un organe d'étranglement pour relier la chambre de commande à une chambre de soupape, et - une liaison réalisée par l'organe d'étranglement et commandée à l'aide d'un corps de soupape. L'invention concerne une soupape d'injection de carburant (ou injecteur) équipée d'un actionneur piézo-électrique. L'invention concerne tout particulièrement le domaine des injecteurs destinés à des installations d'injection de carburant dans des moteurs à combustion interne à compression d'air et allumage non commandé. Etat de la technique Le document DE 101 39 623 Al décrit un dispositif d'injection pour un système d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne. Selon ce document, il est prévu un module de buse dans lequel une aiguille de buse coopérant avec une buse d'injection est guidée de façon mobile axialement. L'aiguille de buse est reliée à une chambre de commande de soupape reliée par un canal d'alimentation muni d'un organe d'étranglement d'alimentation à une chambre haute pression. Il est en outre prévu un module de commande de soupape comportant un organe d'obturation de soupape installé dans une chambre de soupape. La chambre de soupape est reliée à une chambre de commande de soupape par un organe d'étranglement de sortie. Le dispositif d'injection comporte en outre un canal de dérivation reliant la chambre haute pression à la chambre de soupape ; pendant une opération d'injection par la buse d'injection, ce canal est fermé par l'organe d'obturation de soupape. Dans le système d'injection de carburant avec accumulation, connu selon ce document DE 101 39 623 A 1, la pression de la rampe qui s'établit dans le dispositif d'injection pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne peut être abaissée très rapidement par le canal de dérivation. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne une soupape d'injection de carburant du type défini ci-dessus, caractérisée en ce qu' au moins pour une course partielle du corps de soupape commandée par l'actionneur, pour relier la chambre de commande à une chambre basse pression, on relie la chambre de soupape par un autre organe d'étranglement à la chambre basse pression. Cette soupape d'injection de carburant permet une commande avantageuse pour former le profil d'injection. En particulier, elle permet une fabrication économique qui autorise néanmoins une mise en forme précise de la courbe ou profil d'injection donnant une quantité définie de carburant. De manière avantageuse, il est prévu un autre organe d'étranglement en plus de l'organe d'étranglement du corps de soupape. Il est en outre avantageux que l'organe d'étranglement du corps de soupape soit un perçage réalisé dans le corps de soupape. Le perçage peut traverser en biais le corps de soupape par rapport à l'axe du corps de soupape le long duquel l'actionneur piézo-électrique déplace le corps de soupape. Il en résulte une construction compacte dans laquelle le corps de soupape est ajouté comme pièce de transition à l'actionneur piézo-électrique. Il est en outre avantageux que le corps de soupape soit guidé dans un manchon qui s'applique par une arête d'étanchéité contre une plaque d'étranglement dans laquelle se trouve l'organe d'étranglement entre la chambre de commande et la chambre de soupape ainsi la chambre de soupape est délimitée par la plaque d'étranglement, le manchon et la surface frontale du corps de soupape et l'organe d'étranglement du corps de soupape relie la chambre de soupape à une cavité latérale du corps de soupape logé dans une ouverture de ce manchon. L'organe d'étranglement du corps de soupape qui peut également être réalisé sous la forme d'un perçage et notamment d'un perçage étagé, passe alors de la chambre de soupape dans la cavité et de la cavité à travers l'ouverture dans le manchon avec une liaison côté basse pression. En fonctionnement, dans le cas d'une course partielle du corps de soupape, la liaison est réalisée entre la chambre de commande à la basse pression par l'organe d'étranglement de la plaque d'étranglement et l'organe d'étranglement du corps de soupape. L'effet d'étranglement de l'organe d'étranglement de corps de soupape et l'effet d'étranglement de l'organe d'étranglement dans la plaque d'étranglement s'additionnent ce qui se traduit par une certaine diminution contrôlée de la pression régnant dans la chambre de commande. Cette diminution de la pression est choisie pour que l'aiguille d'injecteur ne soit pas encore commandée et que le siège d'étanchéité entre l'organe d'obturation de soupape et la surface formant siège d'étanchéité reste fermée. Pour une poursuite de la course du corps de soupape notamment une course totale, l'actionnement de l'aiguille d'injecteur sera garanti. Cela permet également un actionnement de l'aiguille d'injecteur pratiquement sans temporisation et ainsi une commande précise dans le temps. Dans le cas de la course totale du corps de soupape, la pression régnant dans la chambre de soupape sera abaissée brutalement ce qui permet une chute rapide de la pression dans la chambre de commande par l'organe d'étranglement réalisé dans la plaque d'étranglement. De façon avantageuse, la cavité latérale du corps de soupape est sous la forme d'une rainure annulaire. Cela garantit le fonctionnement qui est assuré même en cas de rotation de certaines pièces, par exemple du manchon, par rapport à l'axe du corps de soupape, car la liaison avec le côté basse pression à travers l'ouverture du manchon reste assurée. De façon avantageuse, la section du corps de soupape est plus grande que la section de la surface frontale de l'aiguille d'injecteur. Cela se traduit par une démultiplication de la course résultant du rapport des surfaces ; on pourra par exemple avoir une course du corps de soupape sensiblement quatre fois supérieure à la course de l'aiguille d'injecteur. Il est en outre avantageux de prévoir un dispositif de commande qui prédéfinit une course partielle pour générer une certaine réduction de pression dans la chambre de commande au cours d'un cycle d'injection, la course partielle se faisant de préférence juste avant une injection ou une série de plusieurs injections, notamment avant une injection pilote. Cela permet une mise en forme précise de la courbe (ou profil) d'injection et ainsi un dosage précis des quantités de carburant injectées. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation préférentiels représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un injecteur de carburant selon une vue en coupe 20 axiale schématique correspondant à un exemple de réalisation préférentiel, et - la figure 2 montre un diagramme représentant l'évolution du signal de la tension de commande et des paramètres de fonctionnement caractéristiques ainsi engendrés pour l'injecteur de carburant. 25 Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre un injecteur de carburant ou soupape d'injection de carburant 1 comportant un appareil de commande 2 selon un exemple de réalisation préférentiel de l'invention. La soupape d'injection de carburant 1 peut notamment servir d'injecteur pour des 30 installations d'injection de carburant dans des moteurs à combustion interne à compression d'air et allumage non commandé. Une utilisation préférentielle de la soupape d'injection de carburant 1 est celle d'une installation d'injection de carburant équipée d'une rampe commune et fournissant du gazole à pression élevée à plusieurs soupapes d'injection 35 de carburant ou injecteur de carburant 1. L'injecteur de carburant 1 selon l'invention convient toutefois également pour d'autres applications. L'injecteur de carburant 1 comporte un corps d'injecteur 3 logeant un actionneur piézo-électrique 4. L'actionneur piézo-électrique 4 s'appuie par l'intermédiaire d'un talon d'actionneur 5 équipant l'actionneur 4 au corps d'injecteur 3. Les lignes électriques 6 traversant le talon 5 de l'actionneur relient l'actionneur 4 à l'appareil de commande 2. L'appareil de commande 2 peut ainsi commander l'actionneur 4. Sont également prévus une entrée de carburant 7 et un retour de carburant 8. Le carburant arrive dans la chambre à carburant 9 par l'entrée de carburant 7. La chambre à carburant 9 loge une aiguille d'injecteur 11 guidée par une pièce de guidage 10 du boîtier. La pièce de guidage 10 du boîtier comporte des orifices traversant 12, 13. L'aiguille d'injecteur 11 permet d'actionner un organe d'obturation d'injecteur 14 qui fait corps avec l'aiguille d'injecteur 11 dans cet exemple de réalisation. L'organe d'obturation d'injecteur ou organe d'obturation de soupape 14 coopère avec une surface formant siège de soupape 15 pour constituer un siège d'étanchéité. La surface formant siège de soupape 15 est réalisée dans un organe formant siège de soupape 16 relié au corps 3 de l'injecteur. Il est également prévu une plaque d'étranglement 20 reliée au boîtier 3 de l'injecteur. Cette plaque comporte un organe d'étranglement 21 réalisé sous la forme d'un perçage d'étranglement. Un manchon 22 muni d'une arête d'étanchéité 23 s'appuie contre la plaque d'étranglement 20 par le côté tourné vers la chambre à carburant 9. Ce manchon est soumis à l'action d'un élément de ressort 24. L'intérieur du manchon 22 guide un segment de l'aiguille d'injecteur 11. La surface frontale 24 de l'aiguille d'injecteur 11, le manchon 22 et la plaque d'étranglement 20 délimitent une chambre de commande 25. Le carburant peut passer de la chambre à carburant 9 dans la chambre de commande 25 à travers un perçage 26 réalisé dans le manchon 22 et constituant un organe d'étranglement d'alimentation. En fonctionnement de l'injecteur de carburant 1, la chambre de commande 25 contient du carburant à la pression P. Une chambre basse pression 30 est prévue sur le côté de la plaque d'étranglement 20, à l'opposé de celui de la chambre à carburant 9. La chambre basse pression est reliée à l'orifice de retour de carburant 8. La chambre basse pression 30 loge l'actionneur 4 et un corps de soupape 31 est relié à l'actionneur 4. Dans cet exemple de réalisation, l'actionneur 4 agit directement sur le corps de soupape 31. Mais il est également possible de faire agir l'actionneur sur le corps de soupape 31 par une tête d'actionneur, distincte ou d'une autre manière. Le corps de soupape 31 a une forme pratiquement cylindrique avec une surface extérieure 32 en forme d'enveloppe cylindrique. Toutefois, la surface extérieure 32 en forme d'enveloppe cylindrique est interrompue par une gorge annulaire 33. La gorge ou rainure annulaire 33 est une réalisation possible d'une cavité latérale 33 du corps de soupape 31. Le corps de soupape 31 comporte en outre une surface frontale 34 tournée vers la plaque d'étranglement 20. La surface frontale 34 de cet exemple de réalisation a une surface en forme de calotte sphérique. Le corps de soupape 31 est guidé dans un manchon 36 suivant un axe 35. Le manchon 36 s'applique par une arête d'étanchéité 37 contre la plaque d'étranglement 20. La surface frontale 34 du corps de soupape 31, le manchon 36 et la plaque d'étranglement 20 délimitent une chambre de soupape 38. La section du corps de soupape 31 est plus grande que la section de la surface frontale 24 de l'aiguille d'injecteur 11 au moins 25 dans une zone du manchon 36. Le corps de soupape 31 comporte un organe d'étranglement 40 qui constitue un autre organe d'étranglement 40 en plus de l'organe d'étranglement 21. L'organe d'étranglement 40 du corps de soupape est constitué par un perçage réalisé dans le corps de 30 soupape 31. Ce perçage est en biais par rapport à l'axe 35 traversant le corps de soupape 31. L'organe d'étranglement 40 du corps de soupape débouche d'un côté sur la face frontale 34 du corps de soupape 31 dans la chambre de soupape 38. Par son autre extrémité, l'organe d'étranglement 40 du corps de soupape débouche dans la rainure de 35 forme annulaire 33. Au niveau de la rainure de forme annulaire 33, le manchon 36 présente une ouverture 41 qui est ainsi associée à cette rainure 33. Dans la position représentée du corps de soupape 31, la rainure de forme annulaire 33 est reliée à la chambre basse pression 30 par l'ouverture 41 du manchon 36. Ainsi, l'organe d'étranglement 40 du corps de soupape est relié par cette extrémité à la chambre basse pression 30. La liaison entre la chambre de commande 25 et la chambre de soupape 38 par l'intermédiaire de l'organe d'étranglement 21 dans la plaque d'étranglement 20 est commandée par le corps de soupape 31. Le corps de soupape 31 réalise l'étanchéité de l'organe d'étranglement 21 dans l'état de fonctionnement représenté à la figure 1 de façon à interrompre la communication. L'appareil de commande 2 agit sur l'actionneur 4 pour que celui-ci soit en charge. En décharge, l'actionneur 4 se raccourcit suivant l'axe 35 et ainsi le corps de soupape 31 libère l'organe d'étranglement 21. L'appareil de commande 2 est réalisé pour qu'une décharge partielle de l'actionneur 4 produise une course partielle du corps de soupape 31. Cette course partielle, ouvre la liaison par l'organe d'étranglement 21 de la plaque d'étranglement 20. Cela permet à du carburant de la chambre de commande 25 de passer par l'organe d'étranglement 21 pour arriver dans la chambre de soupape 38. En outre, la chambre de soupape 38 est reliée à la chambre basse pression 30 par l'intermédiaire de l'organe d'étranglement 40 du corps de soupape. Le fonctionnement de l'organe d'étranglement 40 du corps de soupape s'ajoute à l'action de l'organe d'étranglement 21 ce qui se traduit par une liaison assez fortement étranglée entre la chambre de commande 25 et la chambre basse pression 30, entrainant certaine réduction de la pression P régnant dans la chambre de commande pour la course partielle du corps de soupape 31. Cette course partielle du corps de soupape 31 peut se continuer par une course totale de sorte que la pression chute fortement dans la chambre de soupape 38 et permet ainsi de réaliser une réduction brusque de la pression P de la chambre de commande 25. Cette forte réduction de pression produit l'actionnement de l'aiguille d'injecteur 11 pour ouvrir le siège d'étanchéité. Cela sera décrit ci-après de manière plus détaillée à l'aide du diagramme de la figure 2. La figure 2 montre un diagramme permettant d'expliciter l'invention. Ce diagramme est le chronogramme de la tension de commande U de l'appareil de commande 2 en fonction du temps t. On a également représenté le chronogramme de la pression P de la chambre de commande 25 en fonction du temps t. En outre, la course h de l'aiguille d'injecteur 11 suivant l'axe 35 a été représentée; cette course est indiquée à la figure 1 par la flèche directionnelle portant la référence h. A l'instant t0, l'actionneur 4 est chargé de sorte que le corps de soupape 31 ferme l'organe d'étranglement 21 de la plaque d'étranglement 20. A l'instant tl, l'appareil de commande 2 décharge l'actionneur 4 par la réduction de l'amplitude de la tension de commande U. L'actionneur 4 n'est alors que partiellement déchargé pour réaliser une course partielle du corps de soupape 31. Cette course partielle est maintenue pendant un certain temps. Dans l'exemple de réalisation présenté ce temps est compris entre l'instant tl et l'instant t2. Cela se traduit par une certaine réduction de la pression P dans la chambre de commande. La réduction de pression se fait de manière mesurée et contrôlée pour que l'aiguille d'injecteur 11 ne se soulève pas encore de son siège et pour maintenir fermé le siège d'étanchéité entre l'organe d'obturation de soupape 14 et la surface formant siège de soupape 15. A l'instant t2, l'appareil de commande 2 décharge l'actionneur 4 de façon importante par une réduction importante de l'amplitude de la tension de commande U. Cela se traduit par un déplacement rapide du corps de soupape 31 si bien que la pression régnant dans la chambre de soupape 38 chute rapidement ou s'effondre entrainant une chute brutale 42 de la pression P dans la chambre de commande. Cette chute brutale soulève l'aiguille d'injecteur 11 par rapport à son siège si bien que l'on atteint la course maximale h de l'aiguille d'injecteur 11 en un temps très court. A partir de l'instant t2 jusqu'à l'instant t3, le carburant arrive par le perçage 26 fonctionnant comme organe d'étranglement d'alimentation dans le manchon 22 dans la chambre de commande 25 entrainant une montée de la pression P dans la chambre de commande mais l'aiguille d'injecteur 11 reste ouverte. A l'instant t3, l'actionneur 4 est de nouveau chargé complètement de sorte que le corps de soupape 31 est rappelé dans sa position de sortie représentée à la figure 1. Cela se traduit par une augmentation brutale 43 de la pression P de la chambre de commande si bien que l'aiguille d'injecteur 11 se ferme rapidement. La durée comprise entre l'instant t2 et l'instant t3, durée pendant laquelle l'aiguille d'injecteur 11 est ouverte, peut se prédéfinir de manière précise. En outre, l'aiguille d'injecteur 11 peut être ouverte et fermée rapidement ce qui se traduit par un dosage précis de la quantité de carburant délivrée. Il est par exemple possible que l'actionneur 4 exécute entre les instants t1 et t2, une course partielle dans une plage d'environ 10 ,um jusqu'à environ 15 ,um. L'organe d'étranglement 21 de la plaque d'étranglement 20 est ainsi libéré et la pression P de la chambre de commande 25 diminue selon le rapport des débits dans l'organe d'étranglement 21 et dans le perçage 26 fonctionnant comme organe d'étranglement d'alimentation vers la basse pression régnant dans la chambre basse pression 30. Juste avant d'atteindre la pression d'ouverture de l'aiguille d'injecteur 11, l'actionneur 4 décharge complètement ou du moins pratiquement complètement l'appareil de commande 2. Cela se fait à l'instant t2. Le rapport entre la surface de la section du corps de soupape 31 qui est défini dans cet exemple de réalisation par le diamètre 45 du corps de soupape 31 et la surface de la section de l'aiguille d'injecteur 11 ou de la surface frontale 24 définie dans cet exemple de réalisation par le diamètre 46, fait chuter la pression P de la chambre de commande en dessous de la pression d'ouverture de l'injecteur. Elle est convertie en un mouvement de l'aiguille. La course h de l'aiguille d'injecteur 11 découle de la course hA de l'actionneur selon la relation suivante : h=hA*(D/d)2 lo Dans cette formule, D est le diamètre 45 du corps de soupape 31 et d est le diamètre 16 de l'aiguille d'injecteur 11. Avec un rapport de surfaces de 4 : 1, la course résiduelle de l'actionneur peut transformer par exemple une course de 20 pm jusqu'à environ30 pm en une course h de l'aiguille d'injecteur 11 qui peut dépasser environ 120 ,um. Ainsi, on peut abaisser la pression P dans la chambre de commande avant une injection. Par les effets dynamiques pour des durées de commande brèves, par exemple pour une injection pilote, on pourra réaliser l'injection par la seule décharge complète de l'actionneur 4. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation présentés.15 REVENDICATIONS1°) Soupape d'injection de carburant (1), notamment injecteur pour des installations d'injection de carburant de moteurs à combustion interne à compression d'air et allumage non commandé, comportant, - un actionneur piézo-électrique (4) et un organe d'obturation de soupape (14) commandé par une aiguille d'injecteur (11), cet organe d'obturation coopérant avec une surface formant siège de soupape (15) pour former un siège d'étanchéité, soupape d'injection dans laquelle il est prévu : - une chambre de commande (25), - une surface frontale (24) de l'aiguille d'injecteur (11) qui délimite la chambre de commande (25), - un organe d'étranglement (21) pour relier la chambre de commande (25) à une chambre de soupape (38), et - une liaison réalisée par l'organe d'étranglement (21) et commandée à l'aide d'un corps de soupape (31), caractérisée en ce qu' au moins pour une course partielle du corps de soupape (31) commandée par l'actionneur (4), pour relier la chambre de commande (25) à une chambre basse pression (30), on relie la chambre de soupape (38) par un autre organe d'étranglement (40) à la chambre basse pression (30). 2°) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'autre organe d'étranglement (40) est réalisé sous la forme d'un organe d'étranglement de corps de soupape. 3°) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'organe d'étranglement (40) du corps de soupape est réalisé par un perçage dans le corps de soupape (31), ce perçage traversant en biais le corps de soupape (31) par rapport à l'axe (35) du corps de soupape (31).354°) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le corps de soupape (31) est guidé dans un manchon (36), le manchon (36) s'applique par une arête d'étanchéité (37) contre une plaque d'étranglement (20), cette plaque comportant l'organe d'étranglement (21), la chambre de soupape (38) est délimitée par la plaque d'étranglement (20), par le manchon (36) et par une surface frontale (34) du corps de soupape (31), et l'organe d'étranglement (40) du corps de soupape relie la chambre de soupape (38) à une cavité latérale (33) du corps de soupape (31), cette cavité latérale étant associée à une ouverture (41) réalisée dans le manchon (36). 5°) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 4, caractérisée en ce qu' au moins pour une course partielle du corps de soupape (31), la cavité latérale (33) du corps de soupape (31) est reliée par l'ouverture (41) du manchon (36) à la chambre basse pression (30). 6°) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la cavité latérale (33) du corps de soupape (31) est réalisée sous la forme d'une rainure annulaire. 7°) Soupape d'injection de carburant selon les revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la section du corps de soupape (31) au moins dans une zone du manchon (36) est plus grande que la section de la surface frontale (24) de l'aiguille d'injecteur. 8°) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la course partielle du corps de soupape (31) produit une certaine 35 diminution de la pression dans la chambre de commande (25), etpour une poursuite de la course ou du corps de soupape (31) qui fait suite à la course partielle, on actionne l'aiguille d'injecteur (11) pour ouvrir le siège d'étanchéité. 9°) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 8, caractérisée en ce qu' elle comporte une installation de commande (2) reliée électriquement à l'actionneur (4) de façon à commander cet actionneur (4) pour qu'à l'intérieur d'un cycle d'injection, au moins une course partielle soit obtenue pour générer une certaine baisse de pression dans la chambre de commande (25). 10°) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'installation de commande (2) commande l'actionneur (4) pour que la course partielle soit obtenue avant une injection ou pour une série de plusieurs injections notamment avant une injection pilote.20