Brevet FR2935025A1 — publié le 20100219

Domaine de l'invention La présente invention concerne un injecteur de carburant pour des systèmes d'injection à accumulateur, afin d'injecter du carburant à haute pression dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne et comprenant un boîtier d'injecteur ayant un volume interne à haute pression d'où le carburant mis à haute pression est injecté dans la chambre de combustion du moteur. Etat de la technique Les injecteurs de carburant peuvent être munis d'un volume interne à haute pression, relativement grand pour amortir les oscillations de pression, gênantes, entre l'injecteur de carburant et une source centrale de carburant haute pression, en dehors de l'injecteur de carburant. But de l'invention La présente invention a pour but d'éviter le développement d'ondes de pression gênantes dans l'injecteur de carburant. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un injecteur de carburant du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le volume interne à haute pression est subdivisé en au moins deux volumes annulaires coaxiaux. Au cours des analyses faites dans le cadre de la présente invention, on a constaté qu'un volume interne haute pression, relativement important permettait d'amortir les ondes de pression à basse fréquence mais que l'on pouvait rencontrer des ondes de pression à haute fréquence dans des volumes haute pression, internes, relativement importants ; ces ondes de pression à haute fréquence se répercutent de manière gênante sur une injection multiple. Or grâce à la subdivision selon l'invention du volume haute pression, interne, on peut amortir d'une manière particulièrement efficace à la fois les ondes de pression à basse fréquence et les ondes de pression à haute fréquence ainsi que les oscillations de pression dans l'injecteur de carburant. 2 Selon un exemple de réalisation préférentiel de l'injecteur de carburant, les volumes annulaires s'étendent coaxialement par rapport à un organe d'injecteur et radialement à l'extérieur de celui-ci. Grâce à cette disposition avantageuse des volumes annulaires, l'augmentation du volume de construction ou encombrement est négligeable par rapport à celui des injecteurs connus. Selon un autre exemple de réalisation préférentiel de l'injecteur de carburant, les volumes annulaires sont séparés l'un de l'autre dans la direction radiale par un manchon. Le manchon a principalement la forme d'un cylindre creux, droit. Le manchon peut être par exemple réalisé en acier. A l'état installé, le manchon peut être serré dans la direction axiale entre deux parties de boîtier. Un autre exemple de réalisation préférentiel de l'injecteur de carburant est caractérisé en ce que le manchon présente au moins une liaison étranglée reliant l'un à l'autre les deux volumes annulaires. La liaison étranglée peut également être prévue dans une autre partie du boîtier de l'injecteur. Grâce à la liaison avec étranglement, les deux volumes annulaires sont couplés hydrauliquement. De plus, la liaison avec étranglement peut assurer la fonction d'un organe d'étranglement de fermeture. Un organe d'étranglement de fermeture repose sur la force de fermeture exercée sur l'injecteur ce qui est avantageux dans le cas d'éléments d'injection avec équilibrage des pressions. Un autre exemple de réalisation préférentiel de l'injecteur de carburant est caractérisé en ce qu'un canal d'alimentation haute pression débouche dans le volume annulaire extérieur ou dans le volume annulaire intérieur. La liaison directe entre le volume annulaire intérieur et le canal d'alimentation haute pression a l'avantage que le volume annulaire extérieur ne sera pratiquement pas excité par des ondes de pression gênantes. Le volume annulaire extérieur peut ainsi exercer uniquement la fonction d'un amortisseur de pression. Toutefois, il peut être plus simple du point de vue de la fabrication, de relier le volume annulaire extérieur au canal d'alimentation haute pression. Un autre exemple de réalisation préférentiel de l'injecteur de carburant est caractérisé en ce que le volume annulaire extérieur a 3 un volume supérieur au volume annulaire intérieur. Le volume du canal annulaire extérieur constitue de préférence un volume d'amortissement hydraulique. Un autre exemple de réalisation préférentiel de l'injecteur de carburant est caractérisé en ce que le volume annulaire intérieur est relié à un volume à haute pression d'où le carburant, mis à haute pression, est injecté lorsque l'organe de soupape d'injection ou l'injecteur de carburant s'ouvre. Le volume annulaire intérieur représente de préférence le perçage d'alimentation d'une buse. En variante, le volume annulaire extérieur peut communiquer avec la chambre haute pression. Dans autre exemple de réalisation préférentiel de l'injecteur de carburant les deux volumes annulaires communiquent par plusieurs canaux de liaison prévus dans le manchon. Ce nombre relativement important de canaux de liaison absorbe l'onde de pression qui se développe entre une buse et un branchement haute pression en absorbant en continu son énergie sur le trajet alors que le carburant dans le volume annulaire extérieur n'est plus que faiblement sollicité. Un autre exemple de réalisation préférentiel de l'injecteur de carburant est caractérisé en ce que les canaux de liaison sont répartis régulièrement dans une direction longitudinale de circulation de l'onde. Cela permet d'amortir d'une façon particulièrement intense une onde de pression qui se développe entre le volume annulaire intérieur dans la direction longitudinale entre une buse et un branchement de haute pression. Un autre exemple de réalisation préférentiel de l'injecteur de carburant est caractérisé en ce que les canaux de liaison ont une section de passage tellement faible qu'ils exercent la fonction de filtre. Cela permet d'éviter que les impuretés transportées par le carburant n'arrivent dans au moins un orifice d'éjection et le bouchent. Cela permet de supprimer le filtre à fentes à l'entrée de l'injecteur de carburant. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue simplifiée d'un injecteur de carburant avec, en coupe longitudinale, un manchon subdivisant l'intérieur du volume haute pression en deux volumes annulaires, - la figure 2 montre un injecteur de carburant analogue à celui de la figure 1 dont le manchon comporte plusieurs canaux de liaison, et - la figure 3 montre un injecteur de carburant analogue à celui de la figure 2 avec un retour de carburant haute pression relié à un volume annulaire intérieur. Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 1 à 3 montrent un injecteur de carburant 1 ; 41 ; 51 représenté chaque fois de manière simplifiée, en coupe longitudinale. On utilisera dans la description les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. L'injecteur de carburant 1 ; 41 ; 51 comporte un boîtier ou corps d'injecteur 2. Le boîtier d'injecteur 2 est alimenté en carburant par une conduite d'alimentation en carburant à haute pression ou par un canal d'alimentation en carburant à haute pression 3 à partir d'une source centrale de carburant à haute pression 4. Le carburant est ainsi mis à une pression élevée. La source centrale de carburant à haute pression 4 est extérieure à l'injecteur de carburant 1 ; 41 ; 51 ; il s'agit de ce qu'il est convenu d'appeler une rampe commune. C'est pourquoi, la haute pression qui peut dépasser de manière significative plus de 1000 bars, est également appelée pression de la rampe commune. Le boîtier d'injecteur 2 en plusieurs parties comprend un corps de fixation 6, un corps d'injecteur 7 et un corps de buse 8. Un corps intermédiaire 9 est serré dans la direction axiale entre le corps de buse 8 et le corps d'injecteur 7. La direction axiale est la direction d'extension longitudinale de l'injecteur de carburant 1 ; 41 ; 51 ; cette direction correspond également à la direction de déplacement de l'organe d'obturation de soupape 10 ou aiguille d'injecteur guidée dans son mouvement de va et vient dans le boîtier d'injecteur 2. 4 L'organe d'obturation de soupape ou d'injecteur 10 peut être réalisé en une ou plusieurs pièces et c'est pourquoi, il est appelé aiguille d'injecteur. L'extrémité de l'aiguille d'injecteur 10 du côté de la chambre de combustion est de préférence réalisée sous la forme d'une 5 pointe avec une arête d'étanchéité coopérant avec une surface d'étanchéité du corps de buse 8 pour constituer un siège d'étanchéité. A l'extrémité de l'aiguille d'injecteur 10 du côté de la chambre de combustion la pointe pénètre dans un trou borgne 11 central, dégagé dans le corps de buse 8. L'extrémité de l'aiguille d'injecteur 10 éloignée de la chambre de combustion, délimite une chambre de commande 12 et la pression qui règne dans cette chambre permet d'ouvrir l'aiguille d'injecteur 10. Lorsque sous l'effet d'une chute de pression dans la chambre de commande 12, l'aiguille d'injecteur 10 est soulevée avec sa pointe par rapport au siège d'étanchéité correspondant, du carburant mis à haute pression passe d'une chambre à haute pression 13, 14 dans le corps de buse 8 en passant sur la pointe de l'aiguille d'injecteur dans le trou borgne 11 ; et de là, le carburant à haute pression est injecté par au moins un orifice d'éjection 15 dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Le mouvement de fermeture de l'aiguille d'injecteur 10 est assisté par le ressort de fermeture 16 de l'aiguille d'injecteur 10 lorsque la pression augmente de nouveau dans la chambre de commande 12. La chambre de commande 12 est délimitée par une pièce de soupape 18 fixée à l'aide d'une vis de serrage 20 dans le corps de fixation 6. La pièce de soupape 18 fait partie d'une installation d'électrovanne 24 comprenant une chambre de vanne 25 communiquant avec un retour indiqué par la flèche 26. La pression de retour est significativement inférieure à la haute pression ou la pression de rampe et elle est par exemple de l'ordre de 10 bars. L'actionnement de l'électrovanne 24 peut abaisser de manière ciblée la pression régnant dans la chambre de commande 12 pour produire l'ouverture de l'aiguille d'injecteur 10. Mais la pression régnant dans la chambre de commande 12 peut également être baissée d'une autre manière, par exemple à l'aide d'un actionneur piézo- 6 électrique. L'aiguille d'injecteur 10 comprend un premier segment de guidage 27 guidant l'aiguille d'injecteur 10 au niveau de son extrémité du côté de la chambre de combustion, dans le corps de buse 8. Un second segment de guidage 28 guide l'extrémité de l'aiguille d'injecteur 10 du côté éloigné de la chambre de combustion dans la pièce de soupape 18. A l'intérieur du corps d'injecteur 7 et du corps de fixation 6, le boîtier d'injecteur 2 comporte un volume interne à haute pression 30 rempli de carburant mis à haute pression. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le volume interne à haute pression 30 est subdivisé en un volume annulaire intérieur 31 et en un volume annulaire extérieur 32. Les deux volumes annulaires 31, 32 sont coaxiaux entre eux et coaxiaux à l'aiguille d'injecteur 10 dans le boîtier d'injecteur 2. Les deux volumes annulaires 31, 32 sont orientés dans la direction axiale pour que le volume annulaire extérieur 32 entoure le volume annulaire intérieur 31. Le volume annulaire intérieur 31 est délimité radialement à l'intérieur par l'aiguille d'injecteur 10. Le volume annulaire extérieur 32 est délimité radialement à l'extérieur par le corps d'injecteur 7 et le corps de fixation 6. Dans le cas de l'exemple de réalisation représenté figure 1, les deux volumes annulaires 31, 32 sont séparés l'un de l'autre par un manchon 35 serré dans la direction axiale entre la pièce de soupape 18 et le corps intermédiaire 9. Le manchon 35 a pratiquement la forme d'une enveloppe cylindrique droite à section circulaire, coaxiale à l'aiguille d'injecteur 10. Au niveau de son extrémité côté chambre de combustion, le manchon 35 comporte une liaison d'étranglement 38 reliant l'une à l'autre les deux chambres annulaires 31, 32. La liaison d'étranglement 38 peut être réalisée sous la forme d'un perçage d'étranglement et constitue non seulement le couplage hydraulique entre les deux volumes annulaires 31, 32 mais assure en outre la fonction d'un organe d'étranglement de fermeture. Un organe d'étranglement de fermeture augmente la force de fermeture appliquée à l'aiguille d'injecteur 10 ce qui est avantageux dans le cas d'aiguilles d'injecteur équilibrées en pression. 7 La conduite d'alimentation haute pression 3 ou le canal d'alimentation haute pression 3 débouche dans la chambre annulaire extérieure 32. Par la liaison d'étranglement 38, le carburant à haute pression passe du volume annulaire extérieur de la chambre annulaire extérieure 32 dans la chambre annulaire intérieure 31. La chambre annulaire intérieure 31 est reliée par un intervalle annulaire 39 prévu dans la direction radiale entre l'aiguille d'injecteur 10 et le corps intermédiaire 9, à la chambre haute pression 13, 14 du corps de buse 8. Ainsi, la chambre annulaire intérieure 31 constitue un perçage d'alimentation intérieur vers l'extrémité du corps de buse 8 proche de la chambre de combustion ; ce perçage d'alimentation intérieur est également appelé buse. Dans ces conditions, la chambre, ou volume annulaire extérieur 32, a la fonction d'un volume d'amortissement hydraulique si bien qu'il est avantageux que le volume de la chambre annulaire extérieure 32 soit supérieur à celui de la chambre annulaire intérieure 31. La disposition selon l'invention du manchon 35 et la disposition correspondante des deux chambres ou volumes annulaires 31, 32 fait qu'un choc de pression (coup de bélier) engendré par l'ouverture ou la fermeture de l'aiguille d'injecteur 10 et qui se développe à partir de la buse en direction de la rampe 4, n'engendre qu'une excitation réduite du volume à haute pression 30, interne à l'injecteur. Lorsque l'aiguille d'injecteur 10 ou l'injecteur de carburant 1 se ferme, une onde de pression se déplace dans la chambre haute pression 13, 14 et dans la chambre annulaire intérieure 31 à partir de la buse en direction du branchement à haute pression. L'onde de pression ne passe que partiellement dans la liaison d'étranglement 38 radiale pour arriver dans la chambre annulaire extérieure 32 alors que la plus grande partie de l'onde de pression reste dans la chambre annulaire intérieure 31. Très rapidement, les ondes de pression réfléchies s'atténuent d'elles-mêmes ou sont atténuées par la liaison d'étranglement 38. Dans le cas de l'injecteur de carburant 41 représenté figure 2, les deux chambres ou volumes annulaires 31, 32 sont 8 séparées l'une de l'autre par un manchon 45 ayant un grand nombre de canaux de liaison 46, 47. Les canaux de liaison 46, 47 s'étendent dans la direction radiale à travers le manchon 45 et créent une liaison hydraulique entre les deux chambres annulaires 31, 32. Les canaux de liaison 46, 47 sont répartis régulièrement dans la direction longitudinale de l'onde. Grâce à cette forme particulière des carnaux de liaison, on amortit d'une manière particulièrement forte une onde de pression qui se développe dans la chambre annulaire intérieure 31 suivant la direction longitudinale entre la buse et le branchement à haute pression. Grâce au grand nombre de canaux de liaison 46, 47, l'onde de pression perd en continu de l'énergie sur son trajet alors que le carburant de la chambre annulaire extérieure 32 n'est que très faiblement excité. Les canaux de liaison 46, 47 sont réalisés de préférence sous la forme de perçages assurant en outre la fonction de la liaison d'étranglement portant la référence 38 à la figure 1. Selon une autre caractéristique de l'invention, le manchon 45 est réalisé pour assurer la fonction d'un filtre. Pour cela, les canaux de liaison 46, 47 sont sous la forme de perçages traversants d'une très faible section de passage. Pour réaliser de tels canaux de liaison 46, 47, il est particulièrement intéressant de percer par laser. Un manchon 45 ainsi réalisé constitue un filtre interne d'injecteur évitant que des saletés ou des particules de carburant ne bouchent l'orifice d'éjection 15. Cela permet d'éviter le filtre séparateur usuel à l'entrée de l'injecteur. Dans le cas de l'injecteur de carburant 51 représenté figure 3, à la différence des exemples de réalisation précédents, une chambre annulaire à haute pression 52 est installée dans la direction radiale entre la pièce de soupape 18 et le corps de fixation 6 en étant séparée de la chambre annulaire extérieure 32 par un joint à haute pression 53. La chambre annulaire à haute pression 52 est reliée par un canal de liaison 54 à un organe d'étranglement de fermeture communiquant avec la chambre annulaire intérieure 31. Les deux chambres annulaires 31, 32 sont séparées l'une de l'autre par un manchon 55 qui comporte, dans l'exemple de réalisation précédent, un grand nombre de canaux de liaison 56, 57 qui 9 le traversent dans la direction radiale. Le canal de liaison 54 peut être réalisé sous la forme d'un perçage d'étranglement. Grâce à la liaison directe entre la chambre annulaire intérieure 31 et la conduite d'alimentation à haute pression 3, la chambre annulaire extérieure 32 ne sera pratiquement pas excitée. La chambre annulaire extérieure 32 exerce uniquement la fonction d'un amortisseur de pression. Les deux chambres annulaires 31, 32 ne sont reliées que par les canaux de liaison 56, 54. La section de passage des canaux de liaison 56, 57 est plus petite dans sa totalité que la section de passage de l'organe d'étranglement de fermeture du canal de liaison 54. De façon idéale, la section de passage des canaux de liaison 56, 57 dans sa totalité, correspond sensiblement à la moitié de la section d'étranglement de fermeture du canal de liaison 54. REVENDICATIONS1°) Injecteur de carburant pour des systèmes d'injection à accumulateur, afin d'injecter du carburant à haute pression dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne et comprenant un boîtier d'injecteur (2) ayant un volume interne (30) à haute pression d'où le carburant mis à haute pression est injecté dans la chambre de combustion du moteur, caractérisé en ce que le volume interne à haute pression (30) est subdivisé en au moins deux volumes annulaires (31, 32) coaxiaux. 2°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les volumes annulaires (31, 32) s'étendent coaxialement par rapport à un organe d'injecteur (10) et radialement à l'extérieur de celui-ci. 3°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les volumes annulaires (31, 32) sont séparés l'un de l'autre dans la direction radiale par un manchon (35 ; 45 ; 55). 4°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (35) comporte au moins une liaison à étranglement (38) reliant l'un à l'autre les deux volumes annulaires. 5°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé par un canal d'alimentation haute pression (3) qui débouche dans le volume annulaire extérieur (32) ou le volume annulaire intérieur (31). 6°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume annulaire extérieur (32) est plus grand que le volume annulaire intérieur (31). 11 7°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume annulaire intérieur (31) communique avec une chambre haute pression (13, 14) à partir de laquelle le carburant mis à haute pression est injecté lorsque s'ouvre l'organe de soupape d'injection (10) ou un injecteur de carburant. 8°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux volumes annulaires (31, 32) sont reliés par plusieurs canaux de liaison (46, 47 ; 56, 57) dans le manchon (45, 55). 9°) Injecteur de carburant selon la revendication 8, caractérisé en ce que les canaux de liaison (46, 47 ; 56, 57) sont répartis régulièrement dans la direction longitudinale de passage de l'onde. 10°) Injecteur de carburant selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les canaux de liaison (46, 47 ; 56, 57) ont une section de passage tellement réduite qu'ils jouent le rôle de filtre.25