Brevet FR2957122A1 — publié le 20110909

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un injecteur notamment à un injecteur de carburant de moteur thermique comportant un goujon de soupape actionné par un module d'actionneur, formant une soupape avec une plaque de soupape qui l'entoure en formant un siège de soupape, - la soupape étant reliée par un canal de sortie intégrant un organe d'étranglement à une chambre de commande pour commander un piston, notamment une aiguille d'injecteur. Etat de la technique On connaît un tel injecteur selon le document DE 10 2009 003 001. Cet injecteur est réalisé pour que lorsque le goujon de soupape se trouve en position d'ouverture, le carburant ne puisse suivre à partir d'une dérivation dans la chambre de la soupape et qu'à la fin de l'opération d'injection on a un remplissage rapide de la chambre de commande par la dérivation. Pour cela, la dérivation débouche radialement dans la chambre de soupape et le corps du goujon de soupape comporte un élément de soupape qui ferme la dérivation lorsque le goujon de soupape est en position ouverte. De manière générale pour réaliser le siège de soupape il est connu de veiller à ce que pendant le fonctionnement de l'injecteur, le siège de soupape ne subisse pas d'usure et assure une commande exacte, toutes les autres conditions de fonctionnement de la soupape resteront les mêmes. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un injecteur qui, en particulier lorsqu'il est soumis à des contraintes de pression, garantisse un fonctionnement exact et sans usure de la soupape de l'injecteur. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention a pour objet un injecteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le siège de soupape est réalisé de façon que le glissement soit minimisé. En particulier sous l'effet de contraintes de pression, on a 35 constaté un mouvement relatif entre le goujon de soupape et le corps de 2 soupape qui l'entoure dans la zone du siège de soupape. Ce mouvement relatif définit le glissement global au niveau du siège de soupape et comprend une composante de force et une composante de pression. Ce glissement de soupape se produit dans le cas des injecteurs de carburant actuels, exposés à une pression de carburant très élevée, dans une plage allant jusqu'à 3 000 bars, et cela a été constaté dans le cadre de la présente invention. Le glissement global se traduit par une commande imprécise et par l'usure du siège de soupape. Dans le cadre du développement de l'invention on a constaté que la composante décisive de la déformation globale c'est-à-dire du glissement global du siège de soupape était la composante de pression exercée par le carburant. A côté de cette composante de pression la composante de force, qui pousse dans une moindre mesure le goujon de soupape contre le siège de soupape, définit le glissement global. Ce glissement global et en particulier la composante de glissement engendrée par la pression du carburant est minimisée et améliore la précision de la commande de l'injecteur tout en réduisant son usure. Selon un développement, le siège de soupape est formé par un épaulement sur le goujon de soupape et une surface de siège réalisée dans le corps de soupape en forme de plaque de soupape. Cette surface de siège présente elle-même, selon un autre développement, une zone en creux soumise à la pression. Cette zone en creux soumise à la pression exerce une composante de déformation agissant à haute pression sur la surface de siège en direction de l'épaulement formant le siège. Cela minimise le mouvement relatif des deux parties. La réalisation selon l'invention suffit en outre pour que la composante de déformation n'apparaisse qu'à une pression élevée c'est-à-dire dans une plage de pression de l'ordre de 3 000 bars et ainsi exclusivement dans la zone à risque. Selon un autre développement de l'invention, la zone en creux soumise à la pression correspond à un « dégagement vertical » réalisable sans difficulté par usinage lors de la fabrication du corps de soupape. Il s'agit de la forme géométrique la plus simple mais qui garantit un glissement minimum suffisant. La commande du glissement se fait essentiellement en fonction de la profondeur du dégagement. 3 Selon un développement avantageux, la zone en creux soumise à la pression est un dégagement annulaire. Dans ce cas la commande du glissement se fait en fonction du rayon et le cas échéant de la longueur du segment droit. La forme du dégagement assure en plus de la réduction du glissement minimum, une réduction des contraintes dans la plage du rayon. Le niveau de tension varie principalement avec le rayon et pour minimiser le glissement un élément d'influence essentiel est la profondeur du dégagement. Selon un autre développement, la plage en creux soumise à la pression est un dégagement de forme torique. Selon un autre développement le dégagement a globalement cinq rayons et trois segments droits reliant les rayons. Cette réalisation est géométriquement compliquée mais permet notamment de réduire le glissement sous l'effet de la pression et aussi le niveau de tension. Alors que pour minimiser l'influence de la pression, certains rayons et la longueur sont déterminants, pour abaisser de manière ciblée les contraintes, un autre rayon est l'élément déterminant. Grâce au réglage ciblé des valeurs appropriées on minimise le mouvement relatif entre la plaque de soupape et le goujon de soupape pour ne pas avoir de glissement entre ces pièces. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation avantageux d'un injecteur, notamment d'un injecteur de carburant de moteur à combustion interne représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un injecteur de carburant, au niveau de la plaque de soupape, - la figure 2 est une vue de détail en coupe de l'injecteur de carburant de la figure 1 au niveau du siège de soupape dans la plaque de soupape montrant le détail d'un dégagement, - la figure 3 est une variante de l'injecteur de carburant selon la figure 2 avec une contre-dépouille annulaire, - la figure 4 est une vue de détail d'une variante des figures 2 et 3 d'un injecteur de carburant avec une contre-dépouille de forme 35 torique. 4 Description de modes de réalisation de l'invention Un injecteur de carburant selon l'invention est notamment destiné à des systèmes d'injection à rampe commune utilisés dans les moteurs thermiques à allumage non commandé fonctionnant avec du gazole. Un tel système de rampe commune est conçu pour une pression de carburant allant jusqu'à 3 000 bars. Le carburant est puisé dans un réservoir par une pompe d'alimentation avec le cas échéant une installation de filtre alimentant une pompe haute pression. Une unité de dosage en amont de la pompe haute pression dose la quantité de carburant que doit refouler la pompe haute pression. Après la pompe haute pression le carburant arrive dans un réservoir haute pression ou accumulateur haute pression (encore appelé rampe commune) à partir duquel le carburant alimente l'injecteur selon l'invention. L'injecteur est installé dans la culasse d'un moteur thermique et il injecte le carburant de manière commandée dans la chambre de combustion associée d'un cylindre. L'injecteur de carburant comporte un corps formant un support 1 recevant un module d'actionneur non représenté. Le module d'actionneur coopère directement ou indirectement avec un piston de couplage 2. Le piston de couplage 2 comporte un bec d'actionnement 3 coopérant avec un goujon de soupape 4. Le goujon de soupape 4 est placé dans une plaque de soupape 5 adjacente au corps de support 1 et dans un manchon d'étanchéité 7 logé dans une cavité de la plaque de soupape 5. Le goujon de soupape 4 est poussé contre le bec d'actionnement 3 du piston de couplage 2 par un ressort de soupape 6 s'appuyant contre le manchon d'étanchéité 7 et contre un épaulement 8 usiné dans le goujon de soupape 4. Le goujon de soupape 4 constitue une soupape décrite ci- après avec la plaque de soupape 5 et une plaque d'étranglement 9 faisant suite à la plaque de soupape 5. Cette soupape commande la pression de carburant dans la chambre de commande 10 prévue entre une aiguille d'injecteur 11 guidée dans un corps d'aiguille 12 et la plaque d'étranglement 9 dans le corps d'aiguille 12. Le corps d'aiguille 12 est vissé par un écrou chapeau ou écrou de serrage 13 au corps de support 1 en même temps que la plaque de soupape 5 et la plaque d'étranglement 9. Un canal haute pression 14 relié à l'accumulateur haute pression et traversant le corps de support 1, la plaque de soupape 5, la plaque d'étranglement 9 pour arriver jusqu'au corps d'aiguille d'injecteur 12, fournit le carburant à une chambre de pression 5 non représentée dans le corps d'aiguille d'injecteur 12. Lorsque l'aiguille d'injecteur 11 est déplacée de sa position fermée à sa position ouverte, elle réalise une liaison de passage entre la chambre de pression et les canaux d'injection dans la pointe du corps d'aiguille d'injecteur 12 si bien que le carburant est injecté dans la chambre de combustion du moteur thermique à travers les canaux d'injection. La soupape décrite ci-dessus, composée du goujon de soupape 4 guidé dans la plaque de soupape 5 au niveau d'un siège de soupape 20 ou du manchon d'étanchéité 7, comporte en outre une chambre de soupape 15 réalisée dans la plaque de soupape 5 et arrivant jusqu'au niveau de la plaque d'étranglement 9. Un canal de sortie 16 réalisé dans la plaque d'étranglement 9 et intégrant un étranglement, relie la chambre de soupape 15 à la chambre de commande 10. La chambre de commande 10 est également reliée par un canal d'alimentation 17 intégrant lui aussi un organe d'étranglement, au canal haute pression 14. Enfin une chambre de fuite prévue entre le goujon de soupape 4 et la plaque d'étranglement 9, délimitée radialement par le manchon d'étanchéité 7 est reliée à la zone basse pression de l'injecteur de carburant par un perçage de décharge 18. Lorsque le module d'actionneur n'est pas commandé, la zone de siège 19 du goujon de soupape 4 est appliquée contre le siège de soupape 20 de la plaque de soupape 5 et interdit la sortie de carburant sous haute pression de la chambre de soupape 15 vers la zone basse pression ; celle-ci est reliée par une conduite d'évacuation réalisée dans le boîtier du piston de couplage entourant le piston de couplage 2 au siège de soupape 20. Ainsi il s'établit une pression de carburant élevée dans la chambre de commande 10 qui maintient l'aiguille d'injecteur 11 en position fermée. Si on commande ensuite le module d'actionneur, la zone de siège 19 du goujon de soupape 4 se soulève du siège de soupape 20 de la plaque de soupape 5 et le 6 carburant de la chambre de soupape 15 peut s'écouler à travers la soupape ouverte pour arriver dans la zone basse pression. Ainsi par l'intermédiaire du canal de sortie 16 intégrant un organe d'étranglement, la pression du carburant régnant dans la chambre de commande 10 est abaissée de manière définie et l'aiguille d'injecteur 11 se déplace en direction de la plaque d'étranglement 9. On lance ainsi l'injection de carburant dans la chambre de combustion comme décrit ci-dessus et cette injection se poursuit jusqu'à la fin de la commande du module d'actionneur. En retournant au siège de soupape 20 usiné dans la plaque de soupape 5, on remarque que le goujon de soupape 4 comporte une zone formant siège 19 coopérant avec le siège de soupape 20 réalisé dans la plaque de soupape 5. Le siège de soupape 20 est entouré selon l'invention par une zone de pression en creux 22 réalisée selon les figures 1 et 2 comme dégagement vertical 21'. Le carburant dans le dégagement 21' exerce la composante de déformation radiale selon l'invention, vers l'intérieur sur le siège de soupape 20. Comme le montre la figure 2, le dégagement vertical 21' a des rayons R2, R3 qui définissent avec le segment droit hl, la forme ou le développement du dégagement 21'. Le segment droit hl définit la profondeur du dégagement. Cette variante géométrique a l'avantage d'être une forme relativement simple. Le glissement sera influencé principalement par la profondeur hl. Par exemple un injecteur de carburant pour des applications usuelles aura par exemple des valeurs telles que : hl = 0,2 mm R2 = 0,2 mm R3 = 0,1 mm. La figure 3 montre une variante de la zone en creux 22 soumise à la pression de la figure 2. Il s'agit d'un dégagement 21", annulaire, dont la forme et la position sont définies principalement par le rayon R4, le segment S1 et l'angle a. Comme représenté en trait interrompu on peut notamment modifier le segment S1 et régler ainsi le glissement au minimum. Le niveau de tension varie principalement avec 7 la valeur de R4 ; pour la commande du glissement, la profondeur S1 du dégagement est le composant principal. A titre d'exemple on a les valeurs numériques suivantes : R5 = 0,1 mm s S1 = 0,1 mm R4 = 0,25 mm R6 = 0,1 mm =46° En variante de la figure 2, le dégagement « vertical » 21' a 10 des rayons R2 et R3 qui définissent avec le segment droit hl, la forme ou le développement du dégagement 21'. Le segment droit hl définit la profondeur du dégagement. Cette variante géométrique a l'avantage d'une forme relativement simple. On influence le glissement principalement par la profondeur hl. Par exemple pour un injecteur de 15 carburant on utilisera des valeurs h : hl = 0,2 mm R2 = 0,2 mm R3 = 0,1 mm. La figure 3 montre une variante de la figure 2 pour la 20 plage en creux soumise à la pression 22 réalisée comme dégagement 21" annulaire, dont la forme et la position sont pratiquement définies par le rayon R4, le segment S1 et l'angle a. Comme représenté en trait interrompu, on peut notamment modifier le segment S1 et régler ainsi le minimum du glissement. Le niveau de contrainte varie 25 principalement avec la dimension de R4 ; le glissement se règle par la profondeur S1 du dégagement, ces deux grandeurs constituant les grandeurs principales. Des valeurs numériques données à titre d'exemple sont les suivantes : R5 = 0,1 mm 30 S1 = 0,1 mm R4 = 0,25 mm R6 = 0,1 mm a = 46°. 8 La figure 4 montre la plaque de soupape 5 avec un dégagement 21" de forme torique. Cette variante géométrique la plus compliquée offre néanmoins la possibilité d'influencer le plus précisément le glissement et le niveau de tension. La commande du glissement est principalement définie par les rayons R6 et R7 et par la longueur du segment S4 alors que la réduction visée des contraintes a pour élément déterminant le rayon R8. Des exemples numériques sont les suivants : 10 R6, R7, R9 = 0,2 mm S2, S3 = 0,2 mm R8, R10 = 0,4 mm. 15 NOMENCLATURE 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21',21",21" 22 corps de support piston de couplage bec d'actionnement goujon de soupape plaque de soupape manchon d'étanchéité épaulement plaque d'étranglement chambre de commande aiguille d'injecteur corps d'aiguille d'injecteur écrou de serrage canal haute pression chambre de soupape canal de sortie canal d'arrivée perçage de décharge zone de siège du goujon de soupape siège de soupape dégagement plage en creux25 REVENDICATIONS1°) Injecteur notamment injecteur de carburant de moteur thermique comportant un goujon de soupape (4) actionné par un module d'actionneur, formant une soupape avec une plaque de soupape qui l'entoure en formant un siège de soupape (19, 20), - la soupape étant reliée par un canal de sortie (16) intégrant un organe d'étranglement à une chambre de commande (10) pour commander un piston, notamment une aiguille d'injecteur (11), injecteur caractérisé en ce que io le siège de soupape (19, 20) est réalisé de façon à minimiser le glissement. 2°) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 le siège de soupape (19, 20) est formé par un épaulement (19) sur le goujon de soupape (4) et une surface formant siège (20) sur la plaque de soupape (5). 3°) Injecteur selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la surface formant le siège de soupape (20) a une plage en creux (22) soumise à la pression. 4°) Injecteur selon la revendication 3, 25 caractérisé en ce que la plage en creux (22) soumise à la pression exerce une composante de déformation de la surface formant siège de soupape (20) sous l'effet d'une haute pression en direction de l'épaulement (19) formant le siège. 30 5°) Injecteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la plage en creux (22), soumise à la pression est un dégagement « vertical » (21'). 35 51011 6°) Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plage munie d'un creux soumis à la pression est un dégagement (21 ")de forme annulaire. 7°) Injecteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu' on règle le glissement en fonction de la profondeur du dégagement (21') et/ou du dégagement annulaire (21"). 8°) Injecteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la plage en creux (22) soumise à la pression est un dégagement (21"» de forme torique. 15 9°) Injecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dégagement (21 "') de forme torique est réalisé avec en tout cinq rayons R6, R7, R8, R9 et trois segments droits S2, S3, S4 reliant les 20 rayons R6, R7, R8, R9. 10°) Injecteur selon la revendication 9, caractérisé par une commande de glissement par le réglage des rayons R6, R7 et du 25 segment S4 ainsi qu'une commande des contraintes par le réglage du rayon R8. 30