Brevet FR3073904A1 — publié le 20190524

DP-323624 Aiguille de Vanne d'un injecteur DOMAINE TECHNIQUE L'invention est relative à un injecteur de carburant pourvu d'un dispositif de renforcement du membre de vanne de l'injecteur. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Un injecteur de carburant comprend classiquement un membre de vanne ou appelé communément une aiguille de vanne pilotée en ouverture et en fermeture en fonction de la pression régnant dans une chambre de contrôle, laquelle pression est fonction de la position d'une électrovanne de contrôle. L'aiguille est coulissante à l'intérieur d'un alésage d'un corps de buse, dans lequel une extrémité de l'aiguille est agencée de manière étanche avec un siège de buse prévu sur une surface interne de l'alésage du corps de buse afin de contrôler l'alimentation en carburant au travers des trous d'injection situés dans la paroi du corps de buse. Afin de réduire les émissions et d'améliorer les performances des moteurs à combustion interne par injection, on réalise une pluralité d'injection lors d'un cycle de fonctionnement du moteur. Ce processus d'injections multiples, également appelé stratégie d'injection multiple, consiste à réaliser de multiples injections pendant un cycle de fonctionnement d'un moteur et pour chaque cylindre du moteur. La quantité de carburant injecté étant fonction de la pression régnant dans le corps de buse de l'injecteur et de la durée d'ouverture de l'injecteur, on observe, lors d'une deuxième injection, que la quantité d'injection réelle est différente de celle souhaitée. La mise au point du moteur est alors difficile à réaliser. Comme décrit dans la figure 1, un injecteur de carburant 100 de l'art antérieur est dans cet exemple un injecteur de carburant diesel comprenant un actionneur 112, une aiguille de vanne 114 de l'art antérieur, un corps de buse 116, un ensemble de vanne de contrôle 120, un corps porte injecteur 118 et un écrou 122. Le corps de buse 116, l'ensemble de vanne de contrôle 120 et l'actionneur 112 sont maintenus ensemble par l'écrou 122. L'aiguille de vanne 114 de l'art 2 antérieur coulisse dans un alésage cylindrique du corps de buse 116. L'aiguille de vanne 114 de l'art antérieur a une fréquence propre F114 de vibration qui est calculé dans le mode encastré sur un siège de valve agencé dans le corps de buse 116. La fréquence propre F114 a une valeur de l'ordre de 26,7 5 kHz. L'aiguille a une masse d'environ 2,2 grammes. Actuellement, on ajuste la quantité de carburant injectée lors d'une deuxième injection de carburant au moyen d'un logiciel implémenté dans l'unité de contrôle moteur incorporant un modèle physique ou des cartes issues de la mise en au point du moteur. De plus le délai d'ouverture de la deuxième injection varie 10 à cause de la vibration de l'aiguille de vanne 114 de l'art antérieur. En effet après l'injection de la première injection, l'aiguille de vanne 114 vibre sur le siège de vanne du corps de buse 116 et quand la deuxième injection commence : -si la masse supérieure de l'aiguille de vanne 114 est dans un mouvement de vibration avec une vitesse positive, c'est-à-dire une vitesse vers le haut selon la 15 figure 1, cela donnera donc un faible délai d'ouverture de la deuxième injection, - si la masse supérieure de l'aiguille de vanne 114 est dans un mouvement de vibration avec une vitesse négative, c'est-à-dire une vitesse vers le bas selon la figure 1, cela donnera donc un long délai d'ouverture de la deuxième injection. L'objet de la présente invention est de fournir une solution qui résout ces 20 inconvénients en effectuant un meilleur contrôle de la quantité injectée avec une séparation hydraulique très faible entre deux injections successives permettant une amélioration de la combustion. RE SUME DE L'INVENTION 25 La présente invention se propose de résoudre ces problèmes par un aiguille de vanne d'un injecteur de carburant s'étendant le long d'un axe longitudinal entre une tête d'aiguille et une pointe d'aiguille, l'aiguille de vanne ayant une fréquence propre de vibration d'au moins 1,3 inférieure à la fréquence propre de vibration d'une aiguille de vanne de l'art antérieur adaptée à être 30 agencée dans l'injecteur de carburant. L'aiguille de vanne a un ratio = F114/F14 qui est supérieure à 1,3 où la fréquence propre de l'aiguille de vanne de l'art antérieur est d'environ 26,7 kHz. Dans un premier mode de réalisation la densité de l'aiguille de vanne de l'invention est homogène de la tête d'aiguille à la pointe 3 d'aiguille. L'aiguille de vanne comprend de plus une pièce additionnelle ajoutée au voisinage de la tête d'aiguille. La pièce additionnelle a une masse d'au moins 1,5 grammes. La pièce additionnelle peut être un manchon à vis intérieure. La pièce additionnelle est un matériau avec une densité supérieure à 7, par exemple 5 l'acier ou le carbure de tungstène. Dans une alternative du premier mode de réalisation la densité de l'aiguille de vanne est hétérogène de la tête d'aiguille à la pointe d'aiguille. La densité de la tête de l'aiguille est supérieure à la densité de la pointe d'aiguille de l'aiguille de vanne. 10 Dans un deuxième mode de réalisation, l'aiguille de vanne comprend la pièce additionnelle et un ressort d'aiguille. Le ressort d'aiguille est fixé à une première extrémité à l'aiguille de vanne et à une deuxième extrémité à la pièce additionnelle. Un injecteur comprend un ensemble de buse comprenant une aiguille de 15 vanne réalisée selon l'un des modes de réalisations précédents, l'aiguille de vanne étant adaptée à coulisser dans un alésage d'un corps de buse. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à 20 la lecture de la description détaillée qui suit, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels: La figure 1 est un injecteur en coupe selon l'art antérieur. La figure 2 est un injecteur en coupe selon un premier mode de réalisation. 25 La figure 3 est une vue en coupe agrandie de l'aiguille de vanne et du corps de buse d'un injecteur selon un premier mode de réalisation. Les figures 4, 5, 6 et 7 sont des vues en coupe de l'aiguille de vanne selon le premier mode de réalisation de l'invention. La figure 8 est un vue en coupe de l'aiguille de vanne selon un deuxième 30 mode de réalisation de l'invention La figure 9 représente les graphes de débit de carburant et d'activation de l'actionneur pour deux injections consécutives. 4 DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES Pour faciliter et clarifier la description qui suit, l'orientation de haut en bas est choisi arbitrairement et, les mots et expressions tels que "ci-dessus, dessous, dessus, dessous, haut, bas ..." peuvent être utilisés sans aucune intention 5 de limiter l'invention. Selon la figure 2, est décrit un mode de réalisation de l'invention se rapportant à un injecteur 10 de carburant, ici un injecteur diesel bien que l'invention soit intégralement transposable à un injecteur essence ou de tout autre carburant. La description détaillera les éléments de l'invention et restera plus 10 succincte et générale quant aux éléments environnants. L'injecteur 10 s'étend selon un axe longitudinal X et comprend de bas en haut, selon le sens conventionnel et non limitatif des figures, un ensemble de buse comprenant un membre de vanne 14 appelé aussi aiguille de vanne 14 agencée dans un corps de buse 16, un ensemble de vanne de contrôle 20 agencé dans un 15 corps de vanne, un actionneur 12 agencé dans un corps d'actionneur. L'aiguille de vanne 14 est agencée axialement coulissante dans un alésage cylindrique longitudinal du corps de buse 16. L'ensemble de buse, l'ensemble de vanne de contrôle 20 et l'actionneur 12 sont maintenus ensemble par un écrou 22. Dans un premier mode de réalisation de l'invention et comme décrit dans 20 la figure 3, l'aiguille de vanne 14 de l'injecteur 10 de carburant s'étend le long d'un axe longitudinal X allant d'une première extrémité formant une tête 28 à une deuxième extrémité formant une pointe 30. L'aiguille de vanne 14 a une fréquence propre F14 de vibration d'au moins 1,3 inférieure à la fréquence propre F114 de vibration de l'aiguille de vanne 114 de l'art antérieur. L'aiguille de vanne 25 114 de l'art antérieur telle que décrit précédemment est compris dans l'état de la technique antérieure à cette invention. L'aiguille de vanne 14 a une fréquence propre F14 de vibration. L'aiguille de vanne 114 de l'art antérieur a une fréquence propre F114 de vibration. La fréquence propre F114 de l'aiguille de vanne 114 de l'injecteur 100 a une valeur d'environ 26,7 kHz. L'aiguille de vanne 30 14 de l'invention a un ratio de fréquence qui est défini ainsi : - Ratio = F114/F14 qui est supérieure à 1,3. Dans le premier mode de réalisation de l'invention et selon la figure 3, l'aiguille de vanne 14 comprend une première zone supérieure située au 5 voisinage de la tête 28. La première zone supérieure de l'aiguille de vanne 14 a une masse d'au moins 1,5 grammes de plus qu'une deuxième zone inférieure au voisinage de la pointe 30 de l'aiguille de vanne. L'aiguille de vanne 14 peut être sollicité par une force dans la direction de fermeture de l'aiguille de vanne 14 au 5 moyen d'un ressort de rappel 26. Comme décrit dans les figures 3, 5 et 6, l'aiguille de vanne 14 comprend une pièce additionnelle 24. La masse de la pièce additionnelle 24 est compris entre 1,8 grammes et 3,5 grammes. Dans l'exemple représenté dans la figure 3 la masse de la pièce additionnelle 24 est d'environ 1.5 grammes,. La masse totale de l'aiguille 14 et de la pièce additionnelle 24 est 10 compris entre 4 grammes et 5,7 grammes. L'aiguille de vanne 14 et la pièce additionnelle 24 sont agencées dans une chambre de contrôle de l'injecteur. L'aiguille de masse 114 de l'art antérieur représenté dans la figure 1 vibre à la fréquence propre F114 et l'aiguille de masse 14 à une fréquence propre F14 avec la pièce additionnelle 24. 15 L'aiguille de vanne 14 a la caractéristique suivante : -Ratio = F114/F14 est supérieur à 1, 3, -masse de la pièce additionnelle 24 est compris entre 1,8 grammes et 3,5 grammes. La densité de l'aiguille de vanne 14 est homogène de la tête 28 d'aiguille 20 de vanne à la pointe 30 d'aiguille de vanne. La pièce additionnelle 24 a une masse d'au moins 1,5 grammes. Le matériau de la pièce additionnelle 24 peut être du mercure ou un matériau avec une densité supérieure à 7, par exemple l'acier ou le carbure de tungstène. La fréquence propre F14 de l'aiguille de vanne 14 avec la pièce additionnelle 24 réalisée en carbure de tungstène est de l'ordre de 15KHz et 25 en acier de 18 KHz. Comme décrit dans la figure 5, la pièce additionnelle 24 peut être un manchon à vis intérieure qui vient s'agencer sur une partie complémentaire à filetage extérieure de la tête 28 de l'aiguille de vanne14. Selon la figure 6, la pièce additionnelle 24 est une bague à filetage intérieur (non représenté) adaptée pour s'agencer complémentairement autour du filetage 30 extérieure (non représenté) de la tête 28 de l'aiguille de vanne 14. Dans une alternative au premier mode de réalisation et comme décrit dans les figures 4 et 7, la densité de l'aiguille de vanne est hétérogène de la tête 28 d'aiguille à la pointe 30 d'aiguille, la densité de la tête 28 de l'aiguille de 6 vanne est supérieure à la densité de la pointe 30 d'aiguille. Dans la figure 4, la tête 28 de l'aiguille de vanne comprend un alésage avec un filetage intérieur dans sa partie inférieure. La pointe 30 de l'aiguille de vanne comprend dans sa partie supérieure une tête de vis qui s'agence complémentairement à l'alésage de la tête 5 28 de l'aiguille de vanne 14. Dans la figure 7, la tête 28 de l'aiguille de vanne 14 comprend dans sa partie inférieure une tête de vis qui s'agence à l'intérieur d'un alésage fileté agencé dans la partie supérieure de la pointe 30 de l'aiguille de vanne. Les figures 4 et 7 décrivent principalement l'aiguille de vanne 14. L'aiguille de masse 114 de l'art antérieur décrit dans la figure 1 vibre à la 10 fréquence propre F114 et l'aiguille de masse 14 a une fréquence propre F14. L'aiguille de vanne 14 a la caractéristique suivante : -Ratio = F114/F14 est supérieur à 1, 3. La tête 28 de l'aiguille de vanne 14 a une masse d'au moins 1,5 grammes supérieure à la pointe 30 de l'aiguille de vanne 14. Le matériau de la tête peut être 15 un matériau avec une densité supérieure à 7, par exemple l'acier ou le carbure de tungstène. Dans un deuxième mode de réalisation et comme décrit dans la figure 8, l'aiguille de vanne 14 comprend la pièce additionnelle 24 et un ressort d'aiguille 20 34. Le ressort d'aiguille 34 est fixé à une première extrémité à l'aiguille de vanne 14 et à une deuxième extrémité à la pièce additionnelle 24. L'aiguille de vanne 14 est homogène de la tête 28 d'aiguille de vanne à la pointe 30 d'aiguille de vanne. Dans un exemple de ce deuxième mode de réalisation, la masse de la pièce additionnelle 24 a une masse compris entre 0.5 gramme et 2 grammes et la raideur 25 du ressort d'aiguille 34 est compris entre 1000 et 4000 N/mm. Dans ce chapitre nous allons décrire le fonctionnement de l'injecteur 10. Comme décrit dans les figures 2 et 9, une première impulsion électrique 1 est envoyée à l'actionneur 12. Ainsi l'actionneur 12 est électriquement alimenté, il attire une armature magnétique et une tige de vanne qui sont fixés ensemble, ce 30 qui ouvre le canal d'évacuation (non représenté) et permet au carburant enfermé dans la chambre de contrôle de s'évacuer vers un circuit à basse pression (non représenté). Alors la pression diminue dans la chambre de contrôle et l'aiguille de vanne 14 se déplace dans l'alésage du corps de buse 16 vers une position ouverte 7 dans laquelle la pointe 30 de l'aiguille de vanne 14 s'éloigne du siège du corps de buse 16. Par voie de conséquence l'injecteur 10 injecte une première quantité injectée de carburant 6 dans une chambre de combustion. Puis une deuxième impulsion électrique 2 séparée de la première impulsion électrique 1 d'une 5 séparation électrique 3 est envoyée à l'actionneur 12. Ainsi l'injecteur 10 injecte une deuxième quantité injectée 7 dans la chambre de combustion. La deuxième quantité injectée 7 est contrôlable. La deuxième quantité injectée 7 a un délai d'ouverture 5 qui peut varier à cause de la vibration de l'aiguille de vanne 14. Lorsque séparant la première quantité injectée 6 et la deuxième quantité injectée 7 10 comme décrit dans la figure 9 alors la deuxième quantité injectée 7 peut être contrôlable. Cela est obtenu par l'invention qui consiste à ajouter une masse de l'ordre de 1,5 gramme au voisinage de la tête 28 de l'aiguille de vanne 14 comme il décrit dans les modes de réalisation ci-dessus. En fait lorsque la première quantité injectée 6 est injectée, l'aiguille de vanne 14 vibre sur le siège du corps 15 de buse 16 et quand la deuxième quantité injectée 7 commence à être injectée, deux cas de figures se présentent qui sont : -Si la masse supérieure de l'aiguille est dans un mouvement de vibration avec une vitesse positive (vitesse vers le haut), la masse supérieure essaie donc d'ouvrir l'injecteur 10. Cela donnera donc un faible délai d'ouverture 5 de l'injection de la 20 deuxième quantité injectée 7. -A l'inverse, si la masse supérieure est dans un mouvement vibratoire avec une vitesse négative (vitesse vers le bas), cette dernière comprime donc l'aiguille de vanne 14 sur le siège du corps de vanne 16. Cela se traduira par une augmentation du délai d'ouverture 5 de l'injection de la deuxième quantité 25 injectée 7. LISTE DES REFERENCES UTILISEES 10 injecteur 12 actionneur 14 aiguille de vanne 16 corps de buse 18 corps porte injecteur 20 ensemble vanne de contrôle 22 écrou 24 pièce additionnelle 26 ressort de rappel 28 tête d'aiguille de vanne 30 pointe d'aiguille de vanne 32 corps d'aiguille de vanne 34 ressort d'aiguille 100 injecteur 112 actionneur 114 aiguille de vanne 116 corps de buse 118 corps porte injecteur 120 ensemble de vanne de contrôle 122 écrou X Axe longitudinal F14 fréquence de vibration de l'aiguille de vanne 14 F114 fréquence de vibration de l'aiguille de vanne 114 1 première impulsion électrique 2 deuxième impulsion électrique 3 séparation électrique 4 délai d'ouverture de la première injection 5 délai d'ouverture REVENDICATIONS1. Aiguille de vanne (14) d'un injecteur de carburant (10) s'étendant le long d'un axe longitudinal (X) entre une tête d'aiguille (28) et une pointe d'aiguille (30) , l'aiguille de vanne (14) ayant une fréquence propre (F14) de vibration d'au moins 1,3 inférieure à la fréquence propre (F114) de vibration d'une aiguille de vanne (114) de l'art antérieur adaptée à être agencée dans l'injecteur de carburant. 2. Aiguille de vanne (14) selon la revendication précédente, telle que le ratio = F114/F14 est supérieure à 1,3 où la fréquence propre (F114) est d'environ 26,7 kHz. 3. Aiguille de vanne (14) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, 15 dans laquelle la densité de l'aiguille de vanne (14) est homogène de la tête d'aiguille (28) à la pointe d'aiguille (30). 4. Aiguille de vanne (14) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle la densité de l'aiguille de vanne (14) est hétérogène de la tête 20 d'aiguille (28) à la pointe d'aiguille (30), la densité de la tête de l'aiguille (28) est supérieure à la densité de la pointe d'aiguille (30). 5. Aiguille de vanne (14) selon la revendication 3, caractérisé en ce l'aiguille de vanne (14) comprend de plus une pièce additionnelle (24) ajoutée au 25 voisinage de la tête d'aiguille (28). 6. Aiguille de vanne (14) selon la revendication 5 dans laquelle la pièce additionnelle (24) a une masse d'au moins 1,5 grammes. 30 7. Aiguille de vanne (14) selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que la pièce additionnelle (24) est un manchon à vis intérieure. 8. Aiguille de vanne (14) selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, dans laquelle l'aiguille de vanne (14) comprend la pièce additionnelle (24) et un ressort d'aiguille (34), le ressort d'aiguille (34) étant fixé à une première extrémité à l'aiguille de vanne (14) et à une deuxième extrémité à la pièce additionnelle (24). 5 9. Aiguille de vanne (14) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la pièce additionnelle (24) est un matériau avec une densité supérieure à 7, par exemple l'acier ou le carbure de tungstène. 10 10. Injecteur (10) comprenant un ensemble de buse comprenant une aiguille de vanne (14) réalisée selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'aiguille de vanne (14) étant adaptée à coulisser dans un alésage d'un corps de buse (16).15