Brevet FR3054860A1 — publié le 20180209

DISPOSITIF D'ATTENUATION D'ONDES DE PRESSION POUR INJECTEURS DE CARBURANT DE MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un dispositif d'atténuation d'ondes de pression pour injecteurs de carburant de moteur thermique, notamment de véhicule automobile. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les moteurs de type essence à injection directe. [0002] De façon connue en soi, un injecteur de carburant comporte un corps et une aiguille positionnée à l'intérieur d'une première cavité. L'aiguille est montée mobile en translation entre une position de repos dans laquelle l'aiguille repose contre un siège de manière à bloquer le passage de carburant et une position active dans laquelle l'aiguille est positionnée à distance du siège de manière à autoriser le passage de carburant vers l'extérieur de l'injecteur. [0003] Une deuxième cavité, dite d'accumulation de carburant, est positionnée en amont de l'aiguille. Cette cavité permet d'accumuler une quantité de carburant pour assurer l'alimentation en carburant de la chambre de combustion du moteur en cas de commande par le calculateur moteur d'un débit instantané important de carburant. La cavité d'accumulation présente une extrémité débouchant vers un rail d'injection et une autre extrémité débouchant vers une valve de l'aiguille. La valve est munie d'ouvertures de faible diamètre pour permettre le passage de carburant vers la cavité de l'aiguille. La valve assure en outre un équilibrage de pression à l'intérieur de l'injecteur. [0004] La cavité d'accumulation étant quasi-fermée du côté de la valve et ouverte du côté du rail d'injection, il peut s'y établir des ondes de type quart-d'onde engendrant des vibrations de l'injecteur créant des nuisances sonores pour le conducteur et pouvant en outre perturber l'électronique de commande du véhicule. [0005] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un injecteur de carburant de moteur thermique, notamment pour véhicule automobile, comportant : - un corps, - une aiguille positionnée à l'intérieur d'une première cavité, l'aiguille étant montée mobile en translation entre une position de repos dans laquelle l'aiguille repose contre un siège de manière à bloquer un passage de carburant et une position active dans laquelle 3054860 2 l'aiguille est positionnée à distance du siège de manière à autoriser le passage de carburant, caractérisé en ce que le corps comporte: - une deuxième cavité, dite d'accumulation de carburant, positionnée en amont de 5 l'aiguille, la cavité d'accumulation ayant une extrémité débouchant vers un rail d'injection de carburant et une autre extrémité débouchant vers une valve de l'aiguille, et - un dispositif d'atténuation d'ondes de pression positionné à l'intérieur de la cavité d'accumulation diminuant une longueur apparente de la cavité d'accumulation pour des ondes de pression traversant la cavité d'accumulation. 10 [0006] Par "longueur apparente" de la cavité, on entend la distance entre deux faces de deux filets adjacents en vis-à-vis l'une de l'autre dans le cas où le dispositif prend la forme d'une hélice ou entre deux faces de parois d'un obstacle de style chicane. [0007] L'invention permet ainsi d'augmenter la fréquence de résonance et donc son amortissement, dans la mesure où la fréquence de résonnance est inversement 15 proportionnelle à la longueur de la cavité. Autrement dit, l'invention permet d'atténuer les ondes de pression enfermées dans l'injecteur en changeant les caractéristiques de la cavité acoustique. [0008] Selon une réalisation, le dispositif d'atténuation d'ondes de pression est constitué par une hélice. 20 [0009] Selon une réalisation, l'hélice comporte un nombre N de filets vérifiant la relation suivante N = fc/fr, fc étant la fréquence choisie, fr étant la fréquence de résonnance de la cavité d'accumulation sans le dispositif d'atténuation d'ondes de pression, N étant arrondi à l'entier près par sa valeur inférieure ou supérieure. [0010] Selon une réalisation, le dispositif d'atténuation d'ondes de pression est constitué 25 par des chicanes. [0011] Selon une réalisation, le dispositif d'atténuation d'ondes de pression est monté libre ou fixé sur un dispositif de retenue à l'intérieur de la cavité d'accumulation. [0012] Selon une réalisation, le dispositif d'atténuation d'ondes de pression est réalisé dans un matériau de type polymère. Cela permet d'apporter un effet amortissant structurel 30 supplémentaire lié aux propriétés du matériau telles que le coefficient de Poisson. 3054860 3 [0013] Selon une réalisation, l'hélice est à pas irrégulier. [0014] Selon une réalisation, un diamètre interne de la cavité d'accumulation est supérieur à un diamètre interne de la première cavité. [0015] L'invention a également pour objet un moteur thermique comportant au moins un 5 injecteur de carburant tel que précédemment défini. [0016] L'invention a également pour objet tout véhicule, notamment de type automobile, comportant un tel moteur. [0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif 10 mais nullement limitatif de l'invention. [0018] La figure 1 est une représentation en coupe d'un injecteur de carburant selon la présente invention comportant un dispositif d'atténuation d'ondes de pression; [0019] La figure 2 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'injecteur de carburant selon la présente invention. 15 [0020] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0021] La figure 1 montre un injecteur de carburant 10 de moteur thermique, notamment pour véhicule automobile. L'injecteur 10 comporte un corps 12 muni à une de ses extrémités d'un joint torique 14 pour assurer l'étanchéité avec un rail d'injection auquel est 20 connecté l'injecteur 10. L'autre extrémité du corps 12 est située du côté de l'extrémité libre d'une aiguille 16 et est destinée à être insérée en partie à l'intérieur de la chambre de combustion. Un joint 18 inséré dans une gorge 19 de forme correspondante ménagée à la périphérie externe du corps 10 permet d'éviter la remontée des gaz de combustion. [0022] L'aiguille 16 est positionnée à l'intérieur d'une première cavité 20 et montée 25 mobile en translation entre une position de repos dans laquelle l'aiguille 16 repose contre un siège 22 de manière à bloquer le passage de carburant et une position active dans laquelle l'aiguille 16 est positionnée à distance du siège 22 de manière à autoriser le passage de carburant vers l'extérieur de l'injecteur 10, dans la chambre de combustion du moteur. 3054860 4 [0023] A cet effet, l'injecteur 10 comporte un solénoïde 24 apte à déplacer l'aiguille 16 de la position de repos vers la position active, lorsqu'il est alimenté par un courant. L'alimentation du solénoïde 24 est effectuée via un connecteur 26 recevant des signaux de commande issus du calculateur moteur. Lorsque l'injecteur 10 n'est plus alimenté, 5 l'aiguille 16 est sollicitée vers sa position de repos par un ressort de rappel 28 monté d'une part entre une ancre 30 solidaire d'une extrémité de l'aiguille 16 et un dispositif de maintien 32 du ressort 28. Ce dispositif de maintien 32 du ressort 28 présente une forme creuse pour autoriser le passage du carburant issu d'une deuxième cavité 34 vers une valve 40. [0024] La deuxième cavité 34, dite d'accumulation de carburant, est positionnée en 10 amont de l'aiguille 16. Cette cavité 34 permet d'accumuler une quantité de carburant pour assurer l'alimentation en carburant de la chambre de combustion du moteur en cas de commande par le calculateur moteur d'un débit instantané important de carburant. [0025] Un diamètre interne D de la cavité d'accumulation 34 est supérieur au diamètre interne D' de la première cavité 20. En outre, la longueur L de la cavité d'accumulation 34 15 est inférieure à la longueur L' de la première cavité 20 recevant l'aiguille 16. [0026] La deuxième cavité 34 est en communication fluidique avec le rail via un conduit 36 dans lequel est installé un filtre 38 pour piéger les particules de petites dimensions non filtrées par le filtre à carburant. Ainsi, la cavité d'accumulation 34 a une extrémité débouchant vers le rail d'injection via le conduit 36 et une autre extrémité débouchant vers 20 la valve 40 de l'aiguille 16 via le dispositif de maintien creux 32 et l'espace dans lequel sont installés le ressort 28 et l'ancre 30. [0027] La valve 40 est munie d'ouvertures de faible diamètre pour permettre le passage de carburant vers la première cavité 20. La valve 40 assure en outre un équilibrage de pression à l'intérieur de l'injecteur 10. 25 [0028] Un dispositif d'atténuation d'ondes de pression 42, par exemple constitué par une hélice ou vis d'Archimède, est positionné à l'intérieur de la cavité d'accumulation 34. Ce dispositif 42 permet de diminuer la longueur apparente L de la cavité d'accumulation 34 pour les ondes de pression traversant la cavité d'accumulation 34. Par "longueur apparente" de la cavité 34, on entend la distance d entre deux faces de deux filets 44 30 adjacents en vis-à-vis l'une de l'autre dans le cas où le dispositif 42 prend la forme d'une hélice ou entre deux faces de parois d'un obstacle de style chicane, comme cela est décrit plus en détails ci-après. 3054860 5 [0029] Le dispositif d'atténuation d'ondes de pression 42 est réalisé dans un matériau de type polymère. Cela permet d'apporter un effet amortissant structurel supplémentaire lié aux propriétés du matériau telles que le coefficient de Poisson. [0030] Ainsi, lors du fonctionnement de l'injecteur 10, les ondes acoustiques rencontrent 5 des obstacles constitués par les parois des filets 44 de l'hélice 42 et se cassent sur ces obstacles. La forme hélicoïdale du dispositif 42 fait que les ondes transverses ne s'établissent plus sur la longueur totale L de la cavité d'accumulation 34 mais sur l'écart de distance d entre deux filets 44 adjacents du dispositif 42. L'augmentation de la valeur de la fréquence de résonnance se fait dans le rapport des distances L/d. 10 [0031] Le diamètre du noyau de l'hélice 42 pourra être choisi afin de s'assurer de garder une section compatible du fonctionnement de l'injecteur 10. Le diamètre externe de l'hélice 42 pourra être égal ou légèrement inférieur au diamètre interne D de la cavité d'accumulation 34. Le dispositif d'atténuation d'ondes de pression 42 pourra être monté libre ou fixé sur un dispositif de retenue à l'intérieur de la cavité d'accumulation 34. 15 [0032] L'hélice 42 comporte un nombre N de filets 44 vérifiant la relation suivante N = fc/fr. fc étant la fréquence choisie, fr étant la fréquence de résonnance de la cavité d'accumulation sans le dispositif d'atténuation d'ondes de pression, N étant arrondi à l'entier près par sa valeur inférieure ou supérieure. Par exemple, il a été calculé une fréquence de résonnance de 8kHz. Pour calculer le nombre nécessaire de filets 44 de 20 l'hélice 42 afin d'avoir une nouvelle fréquence de résonnance de 20kHz, on applique la formule N= 20/8, soit N=2,5. L'hélice 42 devra donc comporter de 2 à 3 filets 44. [0033] Suivant certains modes de réalisation, l'hélice 42 pourra être à pas irrégulier suivant lequel un espacement entre les filets 44 de l'hélice 42 est défini par une loi mathématique, telle que la méthode dite "Séquence binaire pseudo-aléatoire" (ou "Pseudo 25 random binary sequence en anglais). [0034] Afin de minimiser la perte de charge du fluide, un ratio entre une aire de section de passage apparente du fluide entre deux faces de deux filets 44 de l'hélice 42 l'une de l'autre et une aire de la section de la deuxième cavité 34 est comprise entre 1/3 et 1. Autrement dit, les parois de l'hélice 42 sont relativement fines et espacées entre elles 30 d'une distance importante pour éviter de perturber l'écoulement de carburant à l'intérieur de l'injecteur 10. En effet, la réalisation de rainures de faible diamètre ou des restrictions de section ou la mise en place de matériaux amortissants de type laine de verre pourrait 3054860 6 permettre d'atténuer les vibrations, mais cela génèrerait une perte de charge trop importante qui perturberait l'écoulement de carburant et affecterait donc les performances intrinsèques de l'injecteur 10, en particulier son débit instantané. [0035] Il est à noter également que le positionnement du dispositif d'atténuation d'ondes 5 de pression 42 n'aurait pas l'effet souhaité s'il était positionné à l'intérieur de la cavité 20 contenant l'aiguille 16, dans la mesure où le volume de la cavité 20 est fermé par l'aiguille 16 dans son état repos et quasi-fermé du côté de la valve 40, en sorte que les ondes acoustiques perturbatrices ne peuvent pas s'y établir. [0036] Selon une variante de réalisation représentée sur la figure 2, le dispositif 10 d'atténuation d'ondes de pression 42 est constitué par des chicanes 46. Les chicanes 46 pourront prendre la forme de paroi en forme de demi-lune s'étendant alternativement sur des secteurs angulaires opposés de la périphérie externe du dispositif 42 et espacées axialement entre elles de façon régulière ou irrégulière. REVENDICATIONS1. Injecteur de carburant (10) de moteur thermique, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un corps (12), - une aiguille (16) positionnée à l'intérieur d'une première cavité (20), ladite aiguille (16) étant montée mobile en translation entre une position de repos dans laquelle ladite aiguille (16) repose contre un siège (22) de manière à bloquer un passage de carburant et une position active- dans laquelle ladite aiguille (16) est positionnée à distance dudit siège (22) de manière à autoriser le passage de carburant, caractérisé en ce que ledit corps (12) comporte: - une deuxième cavité (34), dite d'accumulation de carburant, positionnée en amont de ladite aiguille (16), ladite cavité d'accumulation (34) ayant une extrémité débouchant vers un rail d'injection de carburant et une autre extrémité débouchant vers une valve (40) de ladite aiguille (16), et - un dispositif d'atténuation d'ondes de pression (42) positionné à l'intérieur de ladite cavité d'accumulation (34) diminuant une longueur apparente (L) de ladite cavité d'accumulation (34) pour des ondes de pression traversant ladite cavité d'accumulation (34). 2. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'atténuation d'ondes de pression (42) est constitué par une hélice. 3. Injecteur de carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite hélice (42) comporte un nombre N de filets (44) vérifiant la relation suivante N = fc/fr, fc étant une fréquence choisie, fr étant la fréquence de résonnance de la cavité d'accumulation sans le dispositif d'atténuation d'ondes de pression, N étant arrondi à l'entier près par sa valeur inférieure ou supérieure. 4. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'atténuation d'ondes de pression (42) est constitué par des chicanes (46). 5. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit dispositif d'atténuation d'ondes de pression (42) est monté libre ou fixé sur un dispositif de retenue à l'intérieur de ladite cavité d'accumulation (34). 3054860 8 6. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit dispositif d'atténuation d'ondes de pression (42) est réalisé dans un matériau de type polymère. 7. Injecteur de carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite hélice 5 (42) est à pas irrégulier. 8. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un diamètre interne (D) de ladite cavité d'accumulation (34) est supérieur à un diamètre interne (D') de ladite première cavité (20). 9. Moteur thermique caractérisé en ce qu'il comporte au moins un injecteur de 10 carburant (10) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Véhicule, notamment automobile, caractérisé en ce qu'il comprend le moteur selon la revendication précédente.