EP0692626B1 - Injecteur de carburant "bi-jet" à assistance pneumatique de pulvérisation, pour moteur à combustion interne alimenté par injection - Google Patents

Injecteur de carburant "bi-jet" à assistance pneumatique de pulvérisation, pour moteur à combustion interne alimenté par injection Download PDF

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EP0692626B1
EP0692626B1 EP95401648A EP95401648A EP0692626B1 EP 0692626 B1 EP0692626 B1 EP 0692626B1 EP 95401648 A EP95401648 A EP 95401648A EP 95401648 A EP95401648 A EP 95401648A EP 0692626 B1 EP0692626 B1 EP 0692626B1
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EP
European Patent Office
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holes
fuel
injector
air
calibrated
Prior art date
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EP95401648A
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German (de)
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EP0692626A1 (fr
Inventor
Michael Pontoppidan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marelli France SAS
Original Assignee
Magneti Marelli France SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/047—Injectors peculiar thereto injectors with air chambers, e.g. communicating with atmosphere for aerating the nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • F02M51/0667—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature acting as a valve or having a short valve body attached thereto

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector, of the so-called “twin-jet” type, for supplying a internal combustion, at least two intake valves per engine combustion chamber, by fuel injection through two calibrated jet outlet holes fuel, axes diverge from each other and to the two valves.
  • the invention therefore relates to the field of injectors of fuel used in automobile engines equipped a fuel injection system of the so-called "multipoint" type, that is to say comprising, for each combustion chamber, at least one injector to electrical control which opens into the intake manifold in the vicinity of at least two intake valves per cylinder.
  • twin-jet injector which, at reduced engine load, operates as an injector mono-jet, injecting a jet into a first conduit of air intake manifold and directed to the first intake valve, then, at high engine load, which operates as a twin-jet injector, i.e. delivering, plus the first jet, a second jet of fuel injected into the second air intake manifold duct and directed to the second intake valve.
  • twin-jet injector the formation of the fuel mixture in the combustion chamber are better managed, further closing more or less one of the collector ducts of each combustion chamber by a secondary butterfly, downstream of the main throttle regulating the air supply of the intake manifold, while ensuring the preparation of a good air-fuel mixture.
  • twin jet type twin jet type, the injector nose of which has two holes calibrated fuel jet outlet, diverging axes one with respect to the other and oriented towards the two corresponding collector ducts
  • the body of which of injector contains a first electromagnet, comprising a first control winding, supplied with current in all or nothing, to move an integral core in translation a shutter relative to a first calibrated hole, in order to deliver a first draft when the shutter is moved away from the first calibrated hole by displacement of the core against a stop, against a first spring of reminder
  • the injector also comprising a second electromagnet, co-linear to the first, and including a second winding is also electrically powered by all or nothing, to move, against a second return spring, stopper and slide core integral in translation with the shutter, thus spaced from the second calibrated hole, so as to deliver a second jet by the second calibrated hole.
  • the power supply of the winding second electromagnet thus clears the stop limiting the stroke of the core and simultaneously releasing the second hole calibrated to deliver the second jet in addition to the first.
  • the shutter is recalled, with the core, in the closed position of corresponding calibrated holes by return springs.
  • This known injector certainly has the advantages mentioned above, but also the disadvantage of having a crew mobile with large stroke, because the core delimits with the stop device with rectilinear displacement one, respectively two variable air gaps which add up, which is the cause of low electromagnetic efficiency.
  • Another disadvantage of this injector is that it does not also prepare the air-fuel mixture good than that provided by injectors of another type known, pneumatically assisted spraying flow of capped air.
  • an adapter mounted on the nose injector delimits an assist air supply channel spraying, which is put directly into parallel on the air intake circuit for operation at idle or at reduced or medium engine load, from upstream of the butterfly regulating the admission of air into the manifold, so that the channel is supplied with air substantially at atmospheric pressure.
  • the adapter has a plurality of defined air passage holes distributed symmetrically around the axis of the injector nose, so the air jets passing through these holes provide spraying, outside the injector nose, fuel jets spouting calibrated outlet holes fuel in the injector nose.
  • the fuel jets are thus sprayed by the symmetrical diffusion of the air assistance air jets spraying into these fuel jets.
  • an injector air-assisted twin jet injecting fuel through two calibrated jet outlet holes fuel of divergent axes and arranged in a nose of a injector body comprising a shutter integral with translation of an electromagnet core and returned to a closed position of the calibrated holes by means of elastic return against which the shutter is removed from the holes calibrated by the power supply of a solenoid control winding, to deliver at least two fuel jets, the two calibrated holes opening into an assisted spraying area pneumatic, partially delimited by an adapter pneumatic spraying forming, substantially around the injector nose, a channel supplied with assistance air to spraying, substantially at atmospheric pressure, the adapter having a plurality of defined holes of air passage from the channel to the spraying area and of which the axes are substantially transverse to the fuel jets, to pneumatically assist the spraying of said jets.
  • the problem underlying the invention is to remedy to these disadvantages of air assisted injectors from type known and presented above, and the invention aims to propose an injector of the twin-jet type with magnetic circuit more efficient, more compact structure, in which the spraying is ensured by a mechanical device with pneumatic assistance for the preparation of the mixture air-fuel, and at a capped assist air flow.
  • the object of the invention is to offer a twin-jet and assistance type injector pneumatic sprayer, with assist air flow capped, which is better suited than the injectors known to various practice requirements.
  • the invention provides an injector of the twin-jet type as known from DE-A-41 29 834, and which characterized in that the means ensuring the dissemination of air assist pneumatic spraying by the adapter have an asymmetrical structure, so that, when the solenoid coil is energized, to low pressure gradients between the supply channel in capped flow assist air and the spray forming part of two collector pipes air intake in the corresponding combustion chamber, at heavy engine loads, two fuel jets passing through the calibrated holes cross the area of spraying towards the ducts, while for strong pressure gradients, at idle and at low loads and one of the sprayed fuel jets is deflected by air jets entering defined holes in the spray area, to the other fuel stream which it mixes in a single jet of sprayed fuel, confined in the space of only one of the collector conduits, so that fuel is selectively injected into one or each of the two manifold conduits.
  • the injector according to the invention modulates the flow of fuel injected into each of the two corresponding air intake manifold ducts in varying the orientation of one of the fuel jets sprayed according to the engine load, and therefore the inlet air pressure gradient.
  • the air regulating throttle intake is half-open, so that the gradient of pressure between the assistance air supply channel, substantially at atmospheric pressure, and the conduits of the manifold, in depression because connected to the intake of engine, is high and the two jets of fuel sprayed come together in one, in the spray area, thanks to the form, section, distribution and number of air passage holes, and this single jet is confined in one of the two corresponding collector pipes.
  • the axes of the two calibrated outlet holes of the injector nose are contained substantially in the same median plane also containing the axis of the injector, general cylindrical shape, as is the case for the most "twin-jet" injectors, it is therefore advantageous if the defined air passage holes of the adapter the injector according to the invention are distributed substantially symmetrically with respect to the median plane containing the axes calibrated holes, but asymmetrically compared to the plane perpendicular to it and passing through the axis of the injector.
  • the hole distribution defined air passage of the adapter is advantageously such that it includes a first hole, the axis of which extends substantially in the median plane containing the axes of the calibrated fuel passage holes, and at least two holes defined on each side of said median plane, and the axes are inclined on said median plane and converge towards inside the spray area.
  • the two holes nose outlet gauges are arranged in the same flat calibration pad, forming both a seat for the hydraulic sprayer shutter and diaphragm fuel, the pellet being substantially perpendicular to the axis of the injector, and cooperating with a plane shutter presenting, on its face facing the patch, two sealing ribs applied against the patch and around the calibrated holes in the closed position of these last.
  • the tablet is maintained against an edge of the body, with interposition of a seal sealing, by a spacer internal to the body and matched to the core for adjusting the axial air gap between the core and a frame of the electromagnet.
  • the shutter is advantageously in one piece with one end of the core, which is tubular and at least partially houses a spring helical compression constituting the return means elastic of the shutter in the closed position of the holes calibrated.
  • the spring helical bears against the flat shutter constituting directly the bottom of the tubular core, to remind towards the pastille.
  • the twin-jet injector partially shown in the figures includes a body 1, essentially cylindrical and of circular section, of axis X-X, the end of which is intended to be turned towards the two intake manifold ducts air to be supplied with fuel is arranged in nose injector 2 in the form of a coaxial cylindrical nozzle to the body 1 around its longitudinal axis X-X.
  • the body 1 encloses a solenoid with single control winding 3, which is cylindrical, tubular and of axis X-X, as well as a fixed internal frame, partially shown in 4.
  • the electromagnet also includes a coaxial core and tubular 5 closed, at its end on the side opposite the winding 3 and to the frame 4, by a flat bottom 6, perpendicular to the X-X axis and constituting a shutter of a single piece with the core 5 to close two calibrated holes 7 and 8 arranged in a seat 9.
  • a helical compression spring 10 taking support, by one end (not shown) against the frame 4 and, by its other end, against the internal face of the plane shutter 6 to recall the latter and the core 5 in the closed position of the calibrated holes 7 and 8, thanks to two annular sealing ribs 11 which are coaxial and projecting from the face of the plane shutter 6 which is facing seat 9, and which are applied by the return of the spring 10 against the internal face of the latter, around the calibrated holes 7 and 8, in the closed position sealed from the latter, as shown in FIG. 1.
  • the seat 9 consists of a calibration pad flat in its central part and mounted perpendicular to the injector X-X axis by pinching its peripheral part thickened between the rim 12 of the body 1, formed by radial deformation towards the inside of the corresponding end of the body 1, and a spacer 13 in support, at its other axial end, against the armature 4, and matched to the core 5 to adjust the variable axial air gap, low value, delimited between the end of the core 5, on the side opposite the seat 9, and the frame 4.
  • a seal 14 O-ring is mounted between the periphery of the patch 9, on the one hand, and, on the other hand, the body 1 and its rim radial 12.
  • the calibrated holes 7 and 8 of the calibration pad 9 are formed by cylindrical section machining circular and with axes A and B respectively, the holes calibrated 7 and 8 being symmetrical with respect to the X-X axis of the injector and such that their axes A and B are contained in the same median or diametral plane passing through the X-X axis.
  • axes A and B are inclined one with respect to each other and relative to the X-X axis so that they diverge or deviate from each other from their point of competition on the X-X axis, inside the core 5, towards the outside of the injector, as shown in Figure 1.
  • the injector 1 being supplied, in a conventional manner, with fuel under pressure from a distribution manifold, the fuel arrives through the annular passage 15, between the spacer 13 and the core 5, up to the holes calibrated 7 and 8, from which two J1 fuel jets and J2, each directed to one of the two conduits supply manifold for a combustion chamber of the engine, and which, in the absence of any spraying regime pneumatic, would be thin fuel jets, each with low divergence, and substantially centered in the plane median containing the axes X-X, A and B.
  • the dot of 9 gauge which constitutes a seat cooperating with the shutter 6 and its sealing ribs 11, also constitutes a hydraulic fuel spray diaphragm according to the two jets J1 and J2.
  • the injector is fitted with a spray adapter air 16, of generally annular shape, which is mounted around the injector nose 2, and delimits therewith an area 17 pneumatic spraying and assistance, which is part of the two collector pipes to feed.
  • the two calibrated holes 7 and 8 for jets exit of fuel J1 and J2 thus emerge in zone 17, that jets J1 and J2 pass through to reach the conduits of collector proper.
  • the pneumatic spraying adapter 16 capped delimits a peripheral channel 18, which is supplied in air substantially at atmospheric pressure by a pipe connecting it to an air intake located between the outlet engine air filter and throttle body ensuring regulating the main air supply to the engine.
  • Air assist air spraying in the channel 18 of the adapter 16 is introduced in jets of air in the mixing and spraying area 17, to ensure good preparation of the air-fuel mixture in J1 and J2 jets, passing through defined holes of air passage 19 provided with appropriate dimensions in adapter 16 with distribution and orientation particular, which are shown in Figures 1 and 2.
  • Figure 2 shows that the defined holes 19 of air passage of the adapter 16 are distributed symmetrically with respect to the diametral and median plane P containing the axes A and B of calibrated holes 7 and 8 as well as the X-X axis of the injector, and, simultaneously, these holes 9 are asymmetrical with respect to the plane Q, which is perpendicular to the plane P and passes through the injector X-X axis.
  • one of the seven defined holes 19 also has its axis contained in the plane P and the axes of the other holes 19, symmetrical two by two with respect to the plane P, are inclined on this plane and converge towards each other and towards this plan, towards the inside of the spraying area 17.
  • Figure 1 shows that the axis of each hole 19 is also slightly inclined by upstream downstream on the longitudinal axis X-X of the injector, and the air jets are substantially transverse to fuel jets J1 and J2.
  • defined air passage holes 19 have the effect that only heavy engine loads, so when the intake throttle of air is at full opening, the pressure gradient applied to the defined holes 19, between the channel 18 substantially at atmospheric pressure and zone 17 doing part of the intake manifold, is a weak gradient, from so that the air jets passing through the defined holes 19 do not disturb or modify the orientation of the jets J1 and J2.
  • the two corresponding intake manifold ducts are then simultaneously supplied, each by one respectively jets.
  • the twin-jet injector works like a single-jet.
  • the air arriving in zone 17 is efficient to improve spraying of fuel to loads low or medium, at all speeds and at idle as at heavy engine loads, at all engine speeds. Including a excellent spraying is ensured in the modes of operation at reduced load such as when switching on high speed action or decelerations.
  • the injector comprises other conventional means; for example, his body 1 is provided with sealing means in a housing of the collector, opening opposite the collector conduits correspondents. Likewise, the rear entrance or body of the injector, connected to the fuel supply rail, has not been represented.
  • the assist air flow to the spraying of the injector of the invention can be in the range of 0.5 to 0.9 kg / h.
  • a twin jet injector is thus obtained, adapting naturally to a single-jet operation when passing a pneumatic gradient threshold, corresponding to a threshold of engine load, and which is of a simple structure and compact, with a single control winding, a axial air gap which can be small, to guarantee a high efficiency of the electromagnetic circuit, and which ensures excellent spraying of the jet (s) delivered.

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Description

L'invention se rapporte à un injecteur de carburant, du type dit "bi-jet", pour l'alimentation d'un moteur à combustion interne, à au moins deux soupapes d'admission par chambre de combustion du moteur, par injection de carburant au travers de deux trous calibrés de sortie de jet de carburant, d'axes divergent l'un par rapport à l'autre et vers les deux soupapes.
L'invention concerne donc le domaine des injecteurs de carburant utilisés dans les moteurs d'automobiles équipés d'une installation d'alimentation en carburant par injection du type dit "multipoint", c'est-à-dire comprenant, pour chaque chambre de combustion, au moins un injecteur à commande électrique qui débouche dans le collecteur d'admission au voisinage d'au moins deux soupapes d'admission par cylindre.
Dans ces moteurs, afin de satisfaire aux diverses exigences nécessaires pour assurer le bon déroulement de la combustion, et notamment pour contrôler le degré d'homogénéité du mélange air-carburant dans les chambres de combustion et réguler l'accord acoustique du moteur en procurant les performances de couple recherchées, il a été proposé d'alimenter chaque chambre de combustion par plusieurs conduits d'admission d'air, et, à la limite, autant que la chambre de combustion comporte de soupapes d'admission, de façon à réguler l'alimentation de chaque chambre de combustion par le contrôle de l'ouverture de l'un ou de plusieurs des conduits débouchant en amont des soupapes d'admission de cette chambre.
D'une manière générale, l'adaptation de l'alimentation du moteur en carburant à la charge demandée au moteur nécessite de faire varier les caractéristiques de l'injection de carburant conformément aux besoins définis, sur les moteurs modernes, par un calculateur électronique de contrôle du moteur en fonction de la charge.
Dans le cas particulier des moteurs à deux soupapes d'admission par chambre de combustion, et plus généralement dans le cas des moteurs dont chaque chambre de combustion est alimentée par au moins deux conduits de collecteur d'admission d'air, il est connu de placer un injecteur de carburant dans chacun des conduits d'alimentation de chaque chambre, par exemple dans chacun des deux conduits alimentant respectivement l'une des deux soupapes d'admission de cette chambre, et de commander un premier injecteur, injectant du carburant dans un premier conduit d'alimentation, par exemple alimentant une première soupape, lorsque la charge demandée au moteur est réduite, puis, lorsque la charge demandée est importante, de commander également le deuxième injecteur, injectant du carburant dans le second conduit, qui dérive éventuellement du premier conduit, pour fournir, par exemple à la deuxième soupape d'admission, une quantité de carburant s'ajoutant à celle fournie à la chambre de combustion correspondante par l'alimentation de la première soupape d'admission.
Une telle réalisation a pour inconvénient d'être onéreuse et encombrante, car elle nécessite l'utilisation d'un injecteur par conduit de collecteur, c'est-à-dire de deux injecteurs par chambre de combustion, ainsi qu'un étage de commande par injecteur.
Pour remédier à cet inconvénient, une autre réalisation connue consiste à utiliser, pour chaque chambre de combustion à deux soupapes d'admission, un injecteur bi-jet qui, à charge réduite du moteur, fonctionne en injecteur mono-jet, injectant un jet dans un premier conduit de collecteur d'admission d'air et dirigé vers la première soupape d'admission, puis, à forte charge du moteur, qui fonctionne en injecteur bi-jet, c'est-à-dire délivrant, en plus du premier jet, un second jet de carburant injecté dans le second conduit de collecteur d'admission d'air et dirigé vers la seconde soupape d'admission.
Grâce à un tel injecteur bi-jet, les conditions de formation du mélange combustible dans la chambre de combustion correspondante sont mieux pilotées, en fermant en outre plus ou moins l'un des conduits de collecteur de chaque chambre de combustion par un papillon secondaire, en aval du papillon principal régulant l'alimentation en air du collecteur d'admission, tout en assurant la préparation d'un bon mélange air-carburant.
A cet effet, il a déjà été proposé un injecteur du type bi-jet, dont le nez d'injecteur présente deux trous calibrés de sortie de jet de carburant, d'axes divergents l'un par rapport à l'autre et orientés vers les deux conduits de collecteur correspondants, et dont le corps d'injecteur renferme un premier électro-aimant, comportant un premier enroulement de commande, alimenté en courant en tout ou rien, pour déplacer un noyau solidaire en translation d'un obturateur par rapport à un premier trou calibré, afin de délivrer un premier jet lorsque l'obturateur est écarté du premier trou calibré par déplacement du noyau contre une butée, à l'encontre d'un premier ressort de rappel, l'injecteur comprenant également un second électroaimant, co-linéaire au premier, et dont un second enroulement de commande est également alimenté électriquement en tout ou rien, pour déplacer, à l'encontre d'un second ressort de rappel, la butée et le noyau à coulisseau solidaire en translation de l'obturateur, ainsi écarté du second trou calibré, de sorte à délivrer un second jet par le second trou calibré. L'alimentation de l'enroulement du second électro-aimant permet ainsi de dégager la butée limitant la course du noyau et simultanément de dégager le second trou calibré pour délivrer le second jet en plus du premier. En l'absence de toute alimentation, l'obturateur est rappelé, avec le noyau, en position de fermeture des trous calibrés correspondants par les ressorts de rappel.
Cet injecteur connu présente certes les avantages précités, mais également l'inconvénient d'avoir un équipage mobile à course importante, car le noyau délimite avec le dispositif de butée à déplacement rectiligne un, respectivement deux entrefers variables qui s'additionnent, ce qui est la cause d'un faible rendement électromagnétique.
Un autre inconvénient de cet injecteur est qu'il n'assure pas une préparation du mélange air-carburant aussi bonne que celle fournie par des injecteurs d'un autre type connu, à assistance pneumatique de pulvérisation à débit d'air plafonné.
Sur les injecteurs à pulvérisation assistée par air comme dans US-4,519,370, un adaptateur monté sur le nez d'injecteur délimite un canal d'alimentation en air d'assistance à la pulvérisation, qui est mis directement en parallèle sur le circuit d'admission d'air pour le fonctionnement au ralenti ou à charge réduite ou moyenne du moteur, depuis l'amont du papillon régulant l'admission d'air dans le collecteur, de sorte que le canal est alimenté en air sensiblement à la pression atmosphérique. L'adaptateur présente une pluralité de trous définis de passage d'air répartis symétriquement autour de l'axe du nez d'injecteur, de sorte que les jets d'air passant par ces trous assurent une pulvérisation, à l'extérieur du nez de l'injecteur, des jets de carburant jaillissant des trous calibrés de sortie de carburant ménagés dans le nez d'injecteur.
Les jets de carburant sont ainsi pulvérisés par la diffusion symétrique des jets d'air d'assistance pneumatique à la pulvérisation dans ces jets de carburant.
Par DE-A-41 29 834, on connait également un injecteur bi-jet à assistance pneumatique, injectant du carburant au travers de deux trous calibrés de sortie de jet de carburant d'axes divergents et ménagés dans un nez d'un corps de l'injecteur comprenant un obturateur solidaire en translation d'un noyau d'électro-aimant et rappelé vers une position de fermeture des trous calibrés par des moyens de rappel élastique à l'encontre desquels l'obturateur est écarté des trous calibrés par l'alimentation électrique d'un enroulement de commande de l'électro-aimant, pour délivrer au moins deux jets de carburant, les deux trous calibrés débouchant dans une zone de pulvérisation avec assistance pneumatique, partiellement délimitée par un adaptateur de pulvérisation pneumatique formant, sensiblement autour du nez de l'injecteur, un canal alimenté en air d'assistance à la pulvérisation, sensiblement à la pression atmosphérique, l'adaptateur présentant une pluralité de trous définis de passage d'air du canal vers la zone de pulvérisation et dont les axes sont sensiblement transversaux aux jets de carburant, pour assister pneumatiquement la pulvérisation desdits jets.
Selon DE-A-41 29 834, par l'utilisation de formes et sections différentes de plusieurs trous d'air, on peut réaliser des distributions de jets d'air asymétriques, rencontrant le carburant des jets et l'atomisant, et ainsi obtenir également des jets de carburant différents. Par ailleurs, une répartion asymétrique des trous d'air, en particulier des trous d'air décalés de l'amont vers l'aval, permet une meilleure atomisation du carburant, obtenue par une préatomisation grâce à un trou d'air amont, et une post-atomisation grâce à un trou d'air aval. A tous les régimes de fonctionnement, cet injecteur délivre deux jets divergents de carburant avec une assistance pneumatique à la pulvérisation plus ou moins importante.
Mais ces injecteurs connus à assistance pneumatique de pulvérisation ne sont pas adaptés à l'injection de carburant sélectivement dans l'un ou dans chacun des deux conduits de collecteur d'admission d'air alimentant chaque chambre de combustion dans les moteurs du type considéré, et en particulier à deux soupapes d'admission par chambre de combustion.
Le problème à la base de l'invention est de remédier à ces inconvénients des injecteurs à assistance par air de type connu et présentés ci-dessus, et l'invention a pour but de proposer un injecteur du type bi-jet à circuit magnétique plus efficace, de structure plus compacte, dans lequel la pulvérisation est assurée par un dispositif mécanique avec une assistance pneumatique pour la préparation du mélange air-carburant, et à débit d'air d'assistance plafonné.
D'une manière générale, le but de l'invention est de proposer un injecteur du type bi-jet et à assistance pneumatique de pulvérisation, à débit d'air d'assistance plafonné, qui convienne mieux que les injecteurs connus aux diverses exigences de la pratique.
A cet effet, l'invention propose un injecteur du type bi-jet tel que connu par DE-A-41 29 834, et qui se caractérise en ce que les moyens assurant la diffusion de l'air d'assistance pneumatique à la pulvérisation par l'adaptateur ont une structure dissymétrique, de sorte que, lorsque l'enroulement de l'électro-aimant est alimenté, pour de faibles gradients de pression entre le canal d'alimentation en air d'assistance à débit plafonné et la zone de pulvérisation faisant partie de deux conduits de collecteur d'admission d'air dans la chambre de combusiton correspondante, aux fortes charges du moteur, deux jets de carburant passant par les trous calibrés traversent la zone de pulvérisation vers les conduits, tandis que pour de forts gradients de pression, au ralenti et aux charges faibles et moyennes du moteur, l'un des jets de carburant pulvérisé est dévié par les jets d'air pénétrant par les trous définis dans la zone de pulvérisation, vers l'autre jet de carburant auquel il se mélange en un seul jet de carburant pulvérisé, confiné dans l'espace d'un seul des conduits de collecteur, afin que le carburant soit injecté sélectivement dans l'un ou chacun des deux conduits de collecteur.
L'injecteur selon l'invention, à débit d'air plafonné pour l'assistance pneumatique de la pulvérisation, module le débit de carburant injecté dans chacun des deux conduits de collecteur d'admission d'air correspondant en faisant varier l'orientation de l'un des jets de carburant pulvérisé en fonction de la charge du moteur, et donc du gradient de pression de l'air d'admission. Si la charge est faible ou moyenne, ou lorsque le moteur fonctionne au ralenti par exemple, le papillon de régulation de l'air d'admission est entrebaillé, de sorte que le gradient de pression entre le canal d'alimentation en air d'assistance, sensiblement à la pression atmosphérique, et les conduits du collecteur, en dépression car reliés à l'admission du moteur, est élevé et les deux jets de carburant pulvérisés sont réunis en un seul, dans la zone de pulvérisation, grâce à la forme, la section, la répartition et le nombre des trous de passage d'air, et cet unique jet est confiné dans l'un des deux conduits de collecteur correspondants. Par contre, si la charge du moteur est élevée, donc si le papillon d'admission d'air est à pleine ouverture, le gradient de pression s'appliquant aux trous définis de passage d'air de l'adaptateur est faible, de sorte que les deux jets de carburant conservent leur orientation divergente donnée par les axes des trous calibrés de sortie de carburant, et que chacun d'eux est dirigé vers l'un respectivement des deux conduits de collecteur correspondant.
Lorsque les axes des deux trous calibrés de sortie du nez d'injecteur sont contenus sensiblement dans un même plan médian contenant également l'axe de l'injecteur, de forme générale cylindrique, comme cela est le cas pour la plupart des injecteurs "bi-jet", il est alors avantageux que les trous définis de passage d'air de l'adaptateur de l'injecteur selon l'invention soient répartis sensiblement symétriquement par rapport au plan médian contenant les axes des trous calibrés, mais dissymétriquement par rapport au plan qui lui est perpendiculaire et passant par l'axe de l'injecteur.
Dans ce cas, on assure de manière fiable et avec une bonne répétitivité une déviation précise de l'un des jets de carburant pulvérisé vers l'autre si la répartition des trous définis de passage d'air de l'adaptateur est avantageusement telle qu'elle comprend un premier trou, dont l'axe s'étend sensiblement dans le plan médian contenant les axes des trous calibrés de passage du carburant, et au moins deux trous définis de chaque côté dudit plan médian, et dont les axes sont inclinés sur ledit plan médian et convergent vers l'intérieur de la zone de pulvérisation.
Afin d'avoir un injecteur de bonne compacité, et en particulier de dimension axiale limitée et également à entrefer axial limité, il est avantageux que les deux trous calibrés de sortie du nez soient ménagés dans une même pastille de calibrage plane, formant à la fois siège pour l'obturateur et diaphragme de pulvérisation hydraulique du carburant, la pastille étant sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'injecteur, et coopérant avec un obturateur plan présentant, sur sa face tournée vers la pastille, deux nervures d'étanchéité appliquées contre la pastille et autour des trous calibrés en position de fermeture de ces derniers.
Dans un mode de réalisation de structure avantageusement simple de l'injecteur, la pastille est maintenue contre un rebord du corps, avec interposition d'un joint d'étanchéité, par une entretoise interne au corps et appariée au noyau pour le réglage de l'entrefer axial entre le noyau et une armature de l'électro-aimant.
Pour les mêmes raisons, l'obturateur est avantageusement d'une seule pièce avec une extrémité du noyau, qui est tubulaire et loge au moins partiellement un ressort hélicoïdal de compression constituant les moyens de rappel élastique de l'obturateur en position de fermeture des trous calibrés. Dans ce cas, il est avantageux que le ressort hélicoïdal prenne appui contre l'obturateur plan constituant directement le fond du noyau tubulaire, pour le rappeler vers la pastille.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention découlent de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, d'un exemple de réalisation décrit en référence aux dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 représente partiellement, en coupe axiale, un injecteur bi-jet à pulvérisation assistée par air à débit limité, et
  • la figure 2 est une vue schématique en coupe de l'adaptateur de pulvérisation de l'injecteur de la figure 1, selon II-II de la figure 1.
L'injecteur bi-jet partiellement représenté sur les figures comprend un corps 1, essentielement cylindrique et de section circulaire, d'axe X-X, dont l'extrémité destinée à être tournée vers les deux conduits de collecteur d'admission d'air à alimenter en carburant est aménagée en nez d'injecteur 2 ayant la forme d'un embout cylindrique coaxial au corps 1 autour de son axe longitudinal X-X. Le corps 1 enveloppe un électro-aimant à unique enroulement de commande 3, qui est cylindrique, tubulaire et d'axe X-X, ainsi qu'une armature interne fixe, partiellement représentée en 4. L'électro-aimant comprend également un noyau coaxial et tubulaire 5 fermé, à son extrémité du côté opposé à l'enroulement 3 et à l'armature 4, par un fond plat 6, perpendiculaire à l'axe X-X et constituant un obturateur d'une seule pièce avec le noyau 5 pour fermer deux trous calibrés 7 et 8 ménagés dans un siège 9. A l'intérieur du noyau tubulaire 5 est logé un ressort hélicoïdal de compression 10 prenant appui, par une extrémité (non représentée) contre l'armature 4 et, par son autre extrémité, contre la face interne de l'obturateur plan 6 pour rappeler ce dernier et le noyau 5 en position de fermeture des trous calibrés 7 et 8, grâce à deux nervures annulaires d'étanchéité 11, qui sont coaxiales et en saillie sur la face de l'obturateur plan 6 qui est tournée vers le siège 9, et qui sont appliquées par le rappel du ressort 10 contre la face interne de ce dernier, autour des trous calibrés 7 et 8, en position de fermeture étanche de ces dernières, comme représenté sur la figure 1.
Le siège 9 est constitué d'une pastille de calibrage plane dans sa partie centrale et montée perpendiculaire à l'axe X-X de l'injecteur par pincement de sa partie périphérique surépaissie entre le rebord 12 du corps 1, formé par déformation radiale vers l'intérieur de l'extrémité correspondante du corps 1, et une entretoise 13 en appui, à son autre extrémité axiale, contre l'armature 4, et appariée au noyau 5 pour régler l'entrefer axial variable, de faible valeur, délimité entre l'extrémité du noyau 5, du côté opposé au siège 9, et l'armature 4. Un joint d'étanchéité 14 torique est monté entre la périphérie de la pastille 9, d'une part, et, d'autre part, le corps 1 et son rebord radial 12.
Les trous calibrés 7 et 8 de la pastille de calibrage 9 sont formés par des usinages cylindriques de section circulaire et d'axes respectivement A et B, les trous calibrés 7 et 8 étant symétriques par rapport à l'axe X-X de l'injecteur et tels que leurs axes A et B sont contenus dans un même plan médian ou diamétral passant par l'axe X-X. De plus, les axes A et B sont inclinés l'un par rapport à l'autre et par rapport à l'axe X-X de sorte qu'ils divergent ou s'écartent l'un de l'autre depuis leur point de concours sur l'axe X-X, à l'intérieur du noyau 5, vers l'extérieur de l'injecteur, comme représenté sur la figure 1.
De la sorte, lorsque l'enroulement 3 de l'injecteur est alimenté en courant électrique, le noyau 5 et l'obturateur plan 6 sont déplacés à l'encontre du ressort de rappel 10, ce qui écarte l'obturateur 6 des trous calibrés 7 et 8. L'injecteur 1 étant alimenté, de manière classique, en carburant sous pression à partir d'une rampe de distribution, le carburant parvient par le passage annulaire 15, entre l'entretoise 13 et le noyau 5, jusqu'aux trous calibrés 7 et 8, d'où jaillissent deux jets de carburant J1 et J2, dirigés chacun vers l'un des deux conduits de collecteur d'alimentation d'une chambre de combustion du moteur, et qui, en l'absence de tout régime de pulvérisation pneumatique, seraient des jets de carburant minces, chacun à faible divergence, et sensiblement centrés dans le plan médian contenant les axes X-X, A et B. La pastille de calibrage 9, qui constitue un siège coopérant avec l'obturateur 6 et ses nervures d'étanchéité 11, constitue également un diaphragme de pulvérisation hydraulique du carburant selon les deux jets J1 et J2.
Mais, de plus, comme pour un injecteur à pulvérisation assistée par air à débit plafonné, de type connu, l'injecteur est équipé d'un adaptateur de pulvérisation par air 16, de forme générale annulaire, qui est monté autour du nez d'injecteur 2, et délimite avec ce dernier une zone 17 de mélange et d'assistance pneumatique à la pulvérisation, laquelle fait partie des deux conduits de collecteur à alimenter. Les deux trous calibrés 7 et 8 de sortie des jets de carburant J1 et J2 débouchent ainsi dans la zone 17, que les jets J1 et J2 traversent pour parvenir dans les conduits de collecteur proprement dits.
L'adaptateur 16 de pulvérisation pneumatique à débit plafonné délimite un canal périphérique 18, qui est alimenté en air sensiblement à la pression atmosphérique par une conduite le reliant à une prise d'air située entre la sortie du filtre à air du moteur et le corps de papillon assurant la régulation de l'alimentation principale en air du moteur. L'air d'assistance pneumatique à la pulvérisation parvenant dans le canal 18 de l'adaptateur 16 est introduit en jets d'air dans la zone de mélange et de pulvérisation 17, pour assurer une bonne préparation du mélange air-carburant dans les jets J1 et J2, en passant par des trous définis de passage d'air 19 ménagés avec des dimensions appropriées dans l'adaptateur 16 avec une distribution et une orientation particulière, qui sont représentées sur les figures 1 et 2.
La figure 2 montre que les trous définis 19 de passage d'air de l'adaptateur 16 sont répartis symétriquement par rapport au plan diamétral et médian P contenant les axes A et B des trous calibrés 7 et 8 ainsi que l'axe X-X de l'injecteur, et, simultanément, ces trous 9 sont dissymétriques par rapport au plan Q, qui est perpendiculaire au plan P et passe par l'axe X-X de l'injecteur. Dans l'exemple représenté, l'un des sept trous définis 19 a de plus son axe contenu dans le plan P et les axes des autres trous 19, symétriques deux à deux par rapport au plan P, sont inclinés sur ce plan et convergent les uns vers les autres et vers ce plan, vers l'intérieur de la zone de pulvérisation 17. Sur les figures 1 et 2, le sens des jets d'air passant par les trous 19 est indiqué par des flèches. La figure 1 montre que l'axe de chaque trou 19 est également légèrement incliné de l'amont vers l'aval sur l'axe longitudinal X-X de l'injecteur, et les jets d'air sont sensiblement transversaux aux jets de carburant J1 et J2.
L'orientation et la distribution particulières des trous définis de passage d'air 19 ont pour effet qu'aux fortes charges du moteur, donc quand le papillon d'admission d'air est à pleine ouverture, le gradient de pression appliqué aux trous définis 19, entre le canal 18 sensiblement à la pression atmosphérique et la zone 17 faisant partie du collecteur d'admission, est un gradient faible, de sorte que les jets d'air passant par les trous définis 19 ne perturbent ni ne modifient l'orientation des jets J1 et J2. Les deux conduits de collecteur d'admission correspondants sont alors simultanément alimentés, chacun par l'un respectivement des jets.
Par contre, lorsque le moteur fonctionne à charge faible ou moyenne, ou au ralenti, le papillon d'admission d'air est entrebaillé, la dépression à l'admission du moteur est importante, et le gradient appliqué aux trous définis de passage d'air 19 est important. Les jets d'air traversant les trous définis 19 sont alors suffisamment puissants pour, compte tenu de la forme, la section, le nombre, la disposition et de l'orientation des trous 19, dévier le jet de carburant J1, dont la pulvérisation est améliorée par les jets d'air, vers le jet J2, de sorte à mélanger les jets et à les fusionner en un jet unique de carburant, bien pulvérisé par l'assistance pneumatique et qui est dirigé vers le seul des deux conduits de collecteur qui est à alimenter dans ce mode de fonctionnement. Dans cette configuration, l'injecteur bi-jet fonctionne comme un mono-jet. Cette déflexion de l'un des deux jets de carburant pulvérisé vers l'autre résulte de la structure dissymétrique donnée aux moyens assurant la diffusion de l'air d'assistance pneumatique à la pulvérisation par l'adaptateur 16. Le passage de l'une à l'autre des deux configurations de fonctionnement en bi-jet et en mono-jet s'effectue par une adaptation automatique pour un seuil de gradient pneumatique pour lequel le nombre, la taille, la répartition et l'orientation des trous définis de passage d'air 19 ont été déterminés.
Ainsi, l'air parvenant dans la zone 17 est efficace pour améliorer la pulvérisation du carburant aux charges faibles ou moyennes, à tous régimes et au ralenti comme aux charges fortes du moteur, à tous les régimes. Notamment une excellente pulvérisation est assurée dans les modes de fonctionnement à charge réduite tels que lors de la mise en action ou de décélérations à régime élevé.
Bien que la représentation de l'injecteur sur les figures 1 et 2 ait été limitée aux éléments nécessaires à la compréhension de l'invention, un tel injecteur comprend d'autres moyens classiques ; par exemple, son corps 1 est muni de moyens de fixation avec étanchéité dans un logement du collecteur, débouchant en regard des conduits de collecteur correspondants. De même, l'entrée ou le corps arrière de l'injecteur, relié à la rampe d'amenée de carburant, n'a pas été représenté. De plus, comme pour les injecteurs à débit d'air plafonné connus, le débit d'air d'assistance à la pulvérisation de l'injecteur de l'invention peut être de l'ordre de 0,5 à 0,9 kg/h.
On obtient ainsi un injecteur bi-jet, s'adaptant naturellement à un fonctionnement mono-jet au passage d'un seuil de gradient pneumatique, correspondant à un seuil de charge du moteur, et qui est d'une structure simple et compacte, avec un unique enroulement de commande, un entrefer axial qui peut être faible, pour garantir une grande efficacité du circuit électromagnétique, et qui assure une excellente pulvérisation du ou des jets délivrés.

Claims (7)

  1. Injecteur de carburant, du type dit "bi-jet", pour l'alimentation d'un moteur à combustion interne à au moins deux soupapes d'admission par chambre de combustion du moteur, par injection de carburant au travers de deux trous calibrés (7, 8) de sortie de jet de carburant (J1, J2), d'axes (A, B) divergents l'un par rapport à l'autre et vers les deux soupapes, et ménagés dans un nez (2), destiné à être tourné vers les deux soupapes, d'un corps (1) de l'injecteur comprenant également un obturateur (6) solidaire en translation d'un noyau (5) d'électro-aimant, et rappelé vers une position de fermeture des trous calibrés (7, 8) par des moyens de rappel élastique (10) à l'encontre desquels l'obturateur (6) est écarté des trous calibrés (7, 8) par l'alimentation électrique d'un enroulement (3) de commande de l'électro-aimant, pour délivrer au moins deux jets de carburant, les deux trous calibrés (7, 8) débouchant dans une zone (17) de pulvérisation avec assistance pneumatique, partiellement délimitée par un adaptateur (16) de pulvérisation pneumatique formant, sensiblement autour du nez (2) de l'injecteur, un canal (18) alimenté en air d'assistance à la pulvérisation, sensiblement à la pression atmosphérique, l'adaptateur (16) présentant une pluralité de trous définis (19) de passage d'air du canal (18) vers la zone (17) et dont les axes sont sensiblement transversaux aux jets de carburant (J1, J2), pour assister pneumatiquement la pulvérisation desdits jets, caractérisé en ce que les moyens assurant la diffusion de l'air d'assistance pneumatique à la pulvérisation par l'adaptateur (16) ont une structure dissymétrique, de sorte que, lorsque l'enroulement (3) de l'électro-aimant est alimenté, pour de faibles gradients de pression entre le canal (18) d'alimentation en air d'assistance à débit plafonné et la zone (17) de pulvérisation faisant partie de deux conduits de collecteur d'admission d'air dans la chambre de combustion correspondante, aux fortes charges du moteur, deux jets de carburant (J1, J2) passant par les trous calibrés (7, 8) traversent la zone (17) de pulvérisation vers les conduits, tandis que pour de forts gradients de pression, au ralenti et aux charges faibles et moyennes du moteur, l'un (J1) des jets de carburant pulvérisé (J1, J2) est dévié par les jets d'air pénétrant par les trous définis (19) dans la zone (17), vers l'autre jet de carburant (J2) auquel il se mélange en un seul jet de carburant pulvérisé, confiné dans l'espace d'un seul des conduits de collecteur, afin que le carburant soit injecté sélectivement dans l'un ou chacun desdits deux conduits de collecteur.
  2. Injecteur selon la revendication 1, dans lequel les axes (A, B) des deux trous calibrés (7, 8) de sortie du nez (2) sont contenus sensiblement dans un même plan (P) médian contenant également l'axe (X-X) de l'injecteur, de forme générale cylindrique, caractérisé en ce que les trous définis (19) de passage d'air de l'adaptateur (16) sont répartis sensiblement symétriquement par rapport audit plan médian (P), mais dissymétriquement par rapport au plan (Q) qui lui est perpendiculaire et passant par l'axe (X-X) de l'injecteur.
  3. Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les trous définis (19) de passage d'air de l'adaptateur (16) comprennent un premier trou défini (19), dont l'axe s'étend sensiblement dans le plan médian (P) contenant les axes (A, B) des trous calibrés (7, 8) de passage du carburant, et au moins deux trous définis (19) de chaque côté dudit plan médian (P), et dont les axes sont inclinés sur ledit plan médian et convergent vers l'intérieur de la zone de pulvérisation (17).
  4. Injecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux trous calibrés (7, 8) de sortie du nez (2) sont ménagés dans une même pastille (9) de calibrage plane, sensiblement perpendiculaire à l'axe (X-X) de l'injecteur, et coopérant avec un obturateur plan (6) présentant, sur sa face tournée vers la pastille (9), deux nervures d'étanchéité (11) appliquées contre la pastille (9) et autour des trous calibrés (7, 8) en position de fermeture de ces derniers.
  5. Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pastille (9) est maintenue contre un rebord (12) du corps (1), avec interposition d'un joint d'étanchéité (14), par une entretoise (13) interne au corps (1) et appariée au noyau (5) pour le réglage d'un entrefer axial entre le noyau (5) et une armature (4) de l'électro-aimant.
  6. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'obturateur (6) est d'une seule pièce avec une extrémité du noyau (5), qui est tubulaire et loge au moins partiellement un ressort hélicoïdal (10) de compression constituant les moyens de rappel élastique de l'obturateur (6) en position de fermeture des trous calibrés (7, 8).
  7. Injecteur selon la revendication 6 telle que rattachée à la revendication 5, caractérisé en ce que le ressort hélicoïdal (10) prend appui contre l'obturateur plan (6) constituant le fond du noyau tubulaire (5) pour le rappeler vers la pastille (9).
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