EP2078158A2 - Dispositif de maintien d'une aiguille d'un injecteur de carburant, et injecteur de carburant associe - Google Patents

Dispositif de maintien d'une aiguille d'un injecteur de carburant, et injecteur de carburant associe

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EP2078158A2
EP2078158A2 EP07823858A EP07823858A EP2078158A2 EP 2078158 A2 EP2078158 A2 EP 2078158A2 EP 07823858 A EP07823858 A EP 07823858A EP 07823858 A EP07823858 A EP 07823858A EP 2078158 A2 EP2078158 A2 EP 2078158A2
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EP
European Patent Office
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needle
injector
axial
support plate
fuel
Prior art date
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EP07823858A
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German (de)
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EP2078158B1 (fr
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Nadim Malek
André AGNERAY
Laurent Levin
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
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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
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • 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
    • F02M69/041—Injectors peculiar thereto having vibrating means for atomizing the fuel, e.g. with sonic or ultrasonic vibrations
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/701—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger mechanical

Definitions

  • Device for holding a needle of a fuel injector, and associated fuel injector.
  • the present invention relates to the general field of fuel injectors for internal combustion engines of motor vehicles.
  • the present invention relates more particularly to a holding device for a needle of a fuel injector which is controlled by ultrasonorcs frequency emissions.
  • a holding device for a needle of a fuel injector which is controlled by ultrasonorcs frequency emissions.
  • injection systems used operating on the model of a valve which is continuously controls the open or closed state the injected fuel quantity then being directly a function of time of opening of the injectcur.
  • Such injection systems include an electric pump fuel supply that supplies, through a manifold, all the injectors.
  • an electromagnet may be used to control the valves associated with the injectors.
  • the electromagnet actuating the valve of each injector controls the opening time thereof, having previously determined a fuel flow for each of the injectors.
  • the amount of fuel injected depends solely on the opening time of the injectors.
  • Electromagnetically controlled needle type injectors which are the most commonly used, however, have limits that hinder the improvement of engine performance, especially in terms of pollution control.
  • the time taken to open or close the needles are still too high, about I to 2 ras, which prevents the correct distribution of the fuel injection over the entire opening time of the valve.
  • the dosage is made only by the duration of opening of the injectcur which is about 0.5 ms to 1 ms.
  • the minimum opening time which determines the minimum amount of fuel that can be injected, is still too great for certain operating points of the engine.
  • Known needle injectors also have injection ports of relatively large diameter to allow the required quantities of fuel to be discharged for operation at full load and at high engine speeds.
  • This arrangement generates fuel jets having drops of large dimensions, which slows the vaporization of the fuel and is able to promote a wetting phenomenon of the walls.
  • the non-vaporized fuel tends to be deposited on the walls of the intake duct or the direct injection combustion chamber.
  • Such a deposit causes metering problems, particularly acute in the transient phases due to lack of knowledge of the amount of fuel that actually enters the corresponding combustion chamber.
  • This wall-wetting phenomenon is one of the important causes of high emissions of pollutants, also with a conventional injector needle, the opening of the needle when the latter begins to leave his seat, forms a liquid bubble that disappears when the needle is completely raised. Fluid flow is regularizing so. This change in the nature of the flow makes it impossible to precisely control the instantaneous flow rate of the injector.
  • the device comprises a nozzle supplied with fuel at the end of which is formed an injection orifice closed by the shutter needle.
  • the device also comprises means for cyclically vibrating the nozzle and the needle shutter such that a transducer provided with piezoelectric cells and controlled in duration and intensity by the electronic engine control system, to obtain a moving said needle and opening the injection port.
  • the device also comprises elastic return means housed in a cavity formed in a portion on the shutter needle.
  • FR-A-2 85? 41 8 of the applicant proposes to control the opening of an orifice injecting the fuel injector by generating vibrations.
  • the injector comprises means for axially holding the shutter needle which is in particular provided with a nut for adjusting the value of the force exerted by a return spring mounted between the adjustment screen and the injector. .
  • this device has the disadvantage of having a relatively large axial size and to understand a relatively complex and expensive structure.
  • the present invention therefore aims to overcome these disadvantages.
  • the present invention also aims to provide a device for maintaining a needle of a fuel injector which is particularly simple, effective, and easy to assemble.
  • the invention therefore relates to a device for holding a needle of a fuel injeetcur, which comprises a support plate and an axial retaining element of the needle of the injector.
  • the axial retaining element comprises an attachment portion cooperating with a complementary portion of the pressure plate, and a retaining portion provided with radial protrusions directed inwardly each comprising a contact surface with the needle.
  • the device may comprise an elastic return member intended to be mounted between the injector and the support plate.
  • the retaining portion comprises axial lugs axially extending the fixing portion, each axial lug being provided, at its lower end, with one of the radial projections.
  • the device may advantageously comprise a clamping ring radially surrounding the axial tabs of the retaining portion and mounted to bear against them. The clamping ring can be opened at a point of its circumference.
  • the backing plate further comprises a stud having a planar contacting surface with an upper end of the needle.
  • the retainer is separate from the backing plate.
  • each of these two elements can be particularly simple and economical to manufacture. Indeed, with such a device, it is not necessary to provide at the bearing plate specific forms or bores to maintain the needle.
  • the invention also relates to an internal combustion engine fuel injector for a motor vehicle provided with an axially d ⁇ plaçable needle mounted in a body of the injector, and a holding device of the needle comprising a support plate and an axial retaining element of the needle of the injector.
  • the axial retaining element comprises an attachment portion cooperating with a complementary portion of the pressure plate, and a retaining portion provided with radial projections directed v ers within each comprising a contact surface with 'needle.
  • the inj ectcur éxanche comprises a chamber within which is mounted Ic holding device of the needle and is separated from a fuel circulation circuit to be injected.
  • the sealed chamber is filled with a fluid, especially a low pressure fluid.
  • an axial space is provided between an end surface of the needle holder and the body of the injector.
  • the support plate is shaped to have an acoustic impedance greater than that of the needle.
  • the support plate comprises a mass and a density such that it achieves acoustic blocking for the waves propagating in the needle.
  • the acoustic compression waves are then reflected in compressio n waves.
  • the acoustic compression waves are then reflected in relaxation waves.
  • the injector also comprises vibrating means capable of causing mechanical oscillations of the needle.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of an injector of fuel comprising a device for maintaining a needle of the inj ectur according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a retaining element of the device of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective view of a clamping ring of the device of FIG. 1;
  • FIG 4 is an alternative embodiment of the fuel injector of Figure 1; and FIGS 5 and 6 are views in axial section of a fuel injector comprising holding devices of the needle of the injector according to the second and third embodiments of the invention.
  • FIG. 1 shows the general structure of a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle, designated by the general reference numeral 1 0,
  • the injector 1 which has a general shape of revolution about a central axis XX * assumed to be vertical, comprises a body 12 inside which is niontée axialemcnt displaceable a needle 14 of shutter.
  • the injector 10 also includes a device 16 for holding the needle 14 in position inside the body 12,
  • the body 12 of generally cylindrical outer shape, comprises a bore 1 8 stage arranged along the entire length thereof. Bore 18 is coaxial with the X-X 'axis,
  • first stage 1 8a of smaller diameter into which the needle 14 is slidably mounted
  • second stage 8b 1 of larger diameter extending axially upwardly the first stage 1 8a
  • the body 12 also comprises a closure cover 19 mounted at the upper free end of the second stage 1 8b, and which has an orifice 19a coaxial with the axis XX '.
  • the second stage 18a of the bore 1 8 thus delimits with the cpaulcment 14b and with the closing cap 1 9, a chamber 21,
  • the injector 1 0 also comprises at its lower end a nozzle 20 of generally tubular shape and extending along the axis X-X ', the inner diameter of the nozzle 20 is substantially equal to that of the first stage 1 8a of the bore 1 8.
  • the proximal end 22 of the nozzle 20, in contact with a lower face of the body 12, is intended to be supplied with fuel, and the free or distal end 24 thereof is adapted to allow a fuel injection to the fuel. inside a combustion chamber of the engine (not shown).
  • the body 12 of the injector further comprises a substantially radial projection 26 provided with a bore 28 passing through said body 12 and opening at the level of the first stage 18a of the bore 1 8 stage, so as to allow the fuel inlet at the nozzle 20.
  • the projection 26 is here located axially close to the underside of the body 12,
  • the shutter needle 14 comprises a cylindrical portion 14a, of smaller diameter on the order of a few tenths of a millimeter to the diameter of the first stage 1 8a of the bore 18, so as to create a axial annular passage for the fuel between the first stage 18a of the bore 18 and the needle 1 4 as well as between the nozzle 20 and said needle,
  • the cylindrical portion 14a is extended to an upper end by a shoulder 14b shaped to precisely fit with the first stage 1 8a of the bore 1 8 and thereby limit any possible fuel leakage to Ic second stage 18b, L the upper end of the shoulder 14b protrudes into the second stage 18b.
  • the needle 14 comprises at its lower free end 32 axially projecting head able to come into contact with the distal end 24. The distal end 24 thus form seat the needle 14.
  • the fuel can not be injected into the combustion chamber
  • the device 16 is mounted inside the second stage 18b of large diameter of the bore 1 8, the device 16 comprises in particular a support plate 40, an elastic member return 42 mounted between the body 12 of the injector 10 and the support plate 40, and an axial retaining element 44 of the needle 14 mounted on said plate 40,
  • the support plate 40 is mounted near the upper end of the second stage 1 8b of the bore 1 8, II has a relatively small axial dimension, and comprises a cylindrical protuberance 46 of reduced diameter. relative to that of the plate 40, it extends axially downward along the axis XX 'from a lower surface 48 of the plate 40.
  • the surface 48 forms a stop surface for an upper end of the body elastic spring 42, made here in the form of a spring.
  • the lower end of the elastic member 42 bears against a radial connecting surface 50 of the body 12 formed between the second stage 1 8b and the first stage 1 8a of the bore 18.
  • the elastic return member 42 exerts an axial force on the support plate 40 so as to keep it away from the connecting surface 50, the axial force is directed axially upwards.
  • the axial retaining element 44 made in one piece, the latter comprises an annular fixing portion 52 mounted to bear against the abutment surface 48.
  • the fixing portion 52 extends axially from a lower end by axial tabs 54.
  • the fixing portion 52 comprises a threaded bore 52a cooperating with a corresponding thread 46a formed on the outer surface of the protuberance 46.
  • the axial dimension of the portion Fixing plate 52 is here equal to that of protrusion 46. Its radial dimension is smaller than the radial dimension of support plate 40 so as to leave free, at the abutment surface 48, an annular surface for support of the upper end of the elastic member 42 of return.
  • the lugs 54 here four in number, are circumferentially uniformly distributed over the fixing portion 52. Each lug 54 comprises a first portion 54a inclined outwardly extending which is extended at its lower free end by a second portion 54b axial. The circumferential dimension of the tabs 54 is here greater at their implanturc than at their free end.
  • each of the tabs 54 is extended at its lower end by a projection 56.
  • the projections 56 extend here radially towards the interior and have a rounded or spherical general shape. They each bear against a contact zone formed at an upper end of the shoulder 14b of the needle 14.
  • each projection 56 comprises a contact surface with the needle 1 4.
  • Said contact zones are made here in the form of an annular groove 60.
  • the relative radii of curvature of the projections 56 and the groove 60 define the type of locking performed. If the protrusions 56 have a greater radius of curvature than the groove 60, the support plate 40 is integral with the end of the needle 14. Otherwise, the support plate 40 is secured to the support plate. needle 14 is made only in an axial direction. The projections 56 cooperate with the groove 60 so as to allow axial retention of the needle 14 in its closed position. In other words, the axial lugs 54 and the projections 56 of the element 44 constitute a retaining portion for the needle 14.
  • the device 1 6 also comprises an annular clamping ring 62 radially surrounding the tabs 54 and coming into contact against the outer surface thereof. It has here an axial dimension slightly lower than that of the legs 54.
  • the clamping ring 62 is open at a point of its circumference (FIG. 3), to facilitate its mounting on the tabs 54.
  • the needle 14 is thus maintained in its closed position, safely.
  • the injector In order to avoid axial separation of the clamping ring 62 with respect to the retaining element 44, that may comprise, at the outer surfaces of the second portions 54b of the lugs 54, protrusions directed radially outwardly engageable with grooves of corresponding shape formed the bore of the ring 62. This limits a possible axial displacement downwards of the ring 62.
  • the injector also comprises, at the level thereof, a stack 70 of piezoelectric active components, which under the application of an electric field, deform in thickness.
  • the injector 1 0 In order to fix the fitting 70 on the nozzle 20, the latter comprises, at the end of its distal end 24, a radial flange 72, here made integral with said nozzle, and against which the stack 70 comes to rest.
  • the injector 1 0 further includes a nut 74 provided with an elastic prestressing system which is mounted on the nozzle 20 so as to sandwich the stack 70 between the abutment member 72 and said nut 74.
  • These elements 72 and 74 are conventionally used for fuel injeetcurs controlled by ultrasonic frequency emission.
  • the stack 70 consisting of a plurality of piezoelectric active components makes it possible to add the thickness deformations generated by each of them, the resultant deformation of the total displacement of the stack 70 remaining below the limit of elastic deformation of the nut. 74.
  • the electronic engine control system In order to allow the stack 70 to vibrate, the electronic engine control system is used. In this regard, it sends two pulses corresponding to the beginning and the end of the fuel injection. Between these two impulses, he generates a train of waves at a predetermined frequency so as to supply alternating voltage to the stack 70. and thereby cause its deformation.
  • the nozzle 20 and the needle 14 are dimensioned to resonate at the excitation frequency of the stack 70.
  • the shoulder 14b of the needle 14 here comprises a plurality of grooves.
  • each projection 56 is associated a groove 82.
  • the injector 10 comprises an outgoing needle. It is readily conceivable that it is also possible, without departing from the scope of the invention, to provide, as illustrated in FIG. 5, a mjector 10 which comprises a so-called incoming head 84 located inside the inside. of the nozzle 20, the distal end 24 of the nozzle 20 being shaped accordingly.
  • the elastic return member 42 is disposed between the closure cap 76 of the injector 10 and the support plate 40.
  • the elastic member 42 exerts recall here an axial force on plate 40 Ic bearing so as to bring it closer to the connecting surface 50.
  • the "axial force is here directed downwardly.
  • FIG. 6 differs from that of FIG. 1 in that the support plate 40 comprises a relatively large axial dimension.
  • the support plate 40 is shaped so as to have a mass sufficient to present acoustic conditions of quasi-locking the end of the needle 14.
  • the support plate 40 is able to create a acoustic impedance breaking so as to symmetrically return the compression waves.
  • the support plate 40 also comprises a cylindrical stud 86 which extends axially downwards the protuberance 46.
  • the stud 86 is centered on the axis XX '. It comprises, at its lower end, a plane contact surface mounted in abutment against a planar upper surface of the shoulder 14b of the needle 14.
  • the stud 86 and the needle 14 are thus conformed so as to obtain a surface contact. between these two elements.
  • the chamber 21 contains low pressure fluid. Indeed, a fluid promotes the propagation of waves. This propagation is also ensured by the existence of the plane contact surfaces of the stud 86 and needle 14, which can also be rectified in this respect.
  • the chamber 21 is separate or separate from the high pressure fuel circulation circuit, which allows two fluids of different natures to be used.
  • the chamber 21 is sealed.
  • the orifice 19a may be used.
  • the support plate 40, the protuberance 46 and the stud 86 are made in one piece.
  • an axial space (not referenced) is provided between an upper end 49 surface of the tray 40 to support the needle holder and the cover body 19 closing the injcctcur.
  • a first axial length L between a lower surface of the closure cap 19 and the distal end 24 of the nozzle 20 is greater than a second axial length L 1 defined by the axial distance between the upper surface 49 of the nozzle.
  • the axial space has an axial dimension ⁇ which corresponds to the geometric tolerances of the elements of the injector 10 and to any thermal variations.
  • the axial space is filled with the fluid present inside the sealed chamber. A fluid film is thus interposed between the surface
  • the axial dimension ⁇ of the axial space is as small as possible so as to obtain a strong acoustic coupling.

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Description

Dispositif de maintien d'une aiguille d'un injecteur de carburant, et injecteur de carburant associé.
La présente invention concerne le domaine général des injectcurs de carburant pour moteurs à combustion interne de véhicules automobiles.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de maintien d'une aiguille d'un injecteur de carburant qui est commandé par émission de fréquences ultrasonorcs. Classiquement, pour réaliser l'injection de carburant à l'intérieur d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, on utilise des systèmes d'injection fonctionnant sur le modèle d'une vanne dont on commande en permanence l'état ouvert ou fermé, le dosage de carburant injecté se faisant alors directement en fonction du temps d'ouverture de l'injectcur.
De tels systèmes d'injection comprennent une pompe électrique d'alimentation en carburant qui alimente, par une rampe de distribution, l'ensemble des injecteurs.
De manière à contrôler la quantité de carburant injecté, on peut utiliser un électro-aimant permettant de commander des soupapes associées aux injecteurs.
A cet égard, en contrôlant électroniquement l'électro-aimant actionnant la soupape de chaque injecteur, on commande la durée d'ouverture de celle-ci, en ayant déterminé au préalable un débit de carburant pour chacun des injecteurs. Ainsi, la quantité de carburant injecté dépend uniquement du temps d'ouverture des injecteurs.
Les injecteurs du type à aiguilles commandées électromagnétiquement, qui sont les plus communément employés, présentent toutefois des limites qui freinent l'amélioration des performances de moteurs, notamment en termes de dépollution. En particulier, les temps mis pour ouvrir ou fermer les aiguilles sont encore trop élevés, environ I à 2 ras, ce qui empêche de répartir correctement l' injection de carburant sur l'ensemble du temps d 'ouverture de la soupape. Le dosage se fait uniquement par la durée d'ouverture de l ' injectcur qui est environ de 0.5 ms à 1 ms.
De plus, le temps minimum d' ouverture, qui détermine la dose minimale de carburant pouvant être inj ecté, est encore trop important pour certains points de fonctionnement du moteur.
Les injecteurs à aiguilles connus présentent par ailleurs des orifices d 'injection de diamètre relativement important pour permettre de débiter les quantités requises de carburant pour les fonctionnements à pleine charge et à haut régime des moteurs.
Cette disposition génère des jets de carburant présentant des gouttes de fortes dimensions, ce qui freine la vaporisation du carburant et est à même de favoriser un phénomène de mouillage des parois.
En effet, le carburant non vaporisé tend à se déposer sur les parois du conduit d'admission ou de la chambre de combustion en injection directe.
Un tel dépôt entraîne des problèmes de dosage, particulièrement aigus dans les phases transitoires par manque de connaissance de la quantité de carburant qui entre effectivement dans la chambre de combustion correspondante. Ce phénomène de mouillage des parois est l 'une des causes importantes des fortes émissions de polluants, Par ailleurs, avec un injecteur classique à aiguille, à l' ouverture de l'aiguille, lorsque cette dernière commence à quitter son siège, il se forme une bulle de liquide qui disparaît lorsque l 'aiguille est complètement levée. L'écoulement du fluide se régularise alors. Ce changement dans la nature de l'écoulement rend impossible tout contrôle précis du débit instantané de l ' injecteur.
L ' ensemble des problèmes précités se solde par une vaporisation du carburant pouvant être incomplète et non homogène lors de la préparation du mélange carburé dans la chambre de combustion, des dosages imprécis, avec pour conséquence une combustion incomplète se traduisant par la formation d'une quantité élevée de gaz polluants et un déficit énergétique altérant le rendement du moteur. Afin de pallier ces inconvénients, il a été proposé par Ic document FR-A-2 801 346 de la demanderesse, un dispositif d'injection comprenant une vanne munie d'une aiguille d'obturation qui est déplacée par un actionneur piézoélectrique.
Plus précisément, le dispositif comprend une buse alimentée en carburant à l' extrémité de laquelle est ménagé un orifice d' injection obturé par l' aiguille d'obturation.
Le dispositif comprend également des moyens de mise en vibration cyclique de la buse et de l 'aiguille d'obturation, tels qu 'un transducteur pourvu de cellules piézoélectriques et piloté en durée et en intensité par le système électronique de contrôle moteur, pour obtenir un déplacement de ladite aiguille et l ' ouverture de l'orifice d ' injection.
De manière à permettre le retour de l'aiguille d'obturation dans sa position initiale, le dispositif comprend encore des moyens élastiques de rappel logés dans une cavité formée dans une partie sur l ' aiguille d'obturation.
D 'une façon similaire, le document FR-A-2 85? 41 8 de ia demanderesse propose de commander l 'ouverture d 'un orifice d 'injection de l' inj ecteur de carburant par une génération de vibrations.
L ' injecteur comprend un moyen de maintien axial de l' aiguille d 'obturation qui est notamment pourvu d 'un écrou de réglage de la valeur de l ' effort exercée par un ressort de rappel monté entre l'écran de réglage et l ' injecteur.
Bien qu ' étant particulièrement efficace, ce dispositif a pour inconvénient de présenter un encombrement axial relativement important et de comprendre une structure relativement complexe et coûteuse.
La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients.
La présente invention a également pour but de prévoir un dispositif de maintien d'une aiguille d'un injectent de carburant qui soit particulièrement simple, efficace, et facile à monter.
Selon un premier aspect, l ' invention a donc pour objet un dispositif de maintien d ' une aiguille d'un injeetcur de carburant, qui comprend un plateau d'appui et un élément de retenue axiale de l' aiguille de l 'injecteur. Selon une caractéristique générale, l 'élément de retenue axiale comprend une portion de fixation coopérant avec une portion complémentaire du plateau d 'appui, et une portion de retenue pourvue de saillies radiales dirigées vers l ' intérieur comprenant chacune une surface de contact avec l 'aiguille. Avec un tel dispositif, on obtient ainsi une retenue axiale de l 'aiguille de manière particulièrement simple, efficace, et ce, dans un encombrement réduit.
Le dispositif peut comprendre un organe élastique de rappel destiné à être monté entre l'injecteur et le plateau d' appui. De préférence, la portion de retenue comprend des pattes axiales prolongeant axialement la portion de fixation, chaque patte axiale étant pourvue, à son extrémité inférieure, d'une des saillies radiales. Lc dispositif peut avantageusement comprendre une bague de serrage entourant radialemcnt les pattes axiales de la portion de retenue et montée en appui contre elles. La bague de serrage peut être ouverte en un point de sa circonférence.
Dans un mode de réalisation, le plateau d' appui comprend en outre un plot pourvu d'une surface de contact plane avec une extrémité supérieure de l ' aiguille.
Dans un mode de réalisation, l'élément de retenue est distinct du plateau d ' appui.
Ainsi, chacun de ces deux éléments peut être particulièrement simple et économique à fabriquer. En effet, avec un tel dispositif, il n 'est pas nécessaire de prévoir au niveau du plateau d'appui des formes ou alésages spécifiques au maintien de l 'aiguille.
Selon un second aspect, l'invention a également pour objet un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne de véhicule automobile pourvu d' une aiguille montée axialement dέplaçable dans un corps de l 'injecteur, et d 'un dispositif de maintien de l'aiguille comprenant un plateau d 'appui et un élément de retenue axiale de l 'aiguille de l 'injecteur.
Selon une caractéristique générale, l'élément de retenue axiale comprend une portion de fixation coopérant avec une portion complémentaire du plateau d 'appui, et une portion de retenue pourvue de saillies radiales dirigées v ers l ' intérieur comprenant chacune une surface de contact avec l 'aiguille. Avantageusement, l ' inj ectcur comprend une chambre éxanche à l' intérieur de laquelle est monté Ic dispositif de maintien de l ' aiguille, et séparée d'un circuit de circulation du carburant à injecter.
Avantageusement, la chambre ctanche est emplie d' un fluide, notamment d'un fluide basse pression.
Dans un mode de réalisation, dans une position de fermeture de l 'aiguille, un espace axial est ménage entre une surface d' extrémité du dispositi f de maintien de l 'aiguille et le corps de l' injectcur.
Dans un mode de réalisation, le plateau d' appui est conformé de manière à posséder une impédance acoustique supérieure à celle de l 'aiguille. En d 'autres termes, le plateau d'appui comprend une masse et une densité telle qu' elle réalise un blocage acoustique pour les ondes se propageant dans l' aiguille. Les ondes acoustiques de compression se réfléchissent alors en ondes de compressio n. En variante, il est également envisageable de prévoir un plateau d 'appui qui possède une impédance acoustique sensiblement égale ou inférieure à celle de l 'aiguille. Les ondes acoustiques de compression se réfléchissent alors en ondes de détente.
Avantageusement, P inj ccteur comprend également des moyens de mise en vibration aptes à provoquer des oscillations mécaniques de l'aiguille.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d 'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexes, sur lesquels : -la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un injecteur de carburant comprenant un dispos itif de maintien d'une aiguille de l' inj ectcur selon un premier mode de réalisation de l ' invention ;
-la figure 2 est une vue en perspective d' un élément de retenue du dispositif de la figure 1 ; - Ia figure 3 est une vue en perspective d 'une bague de serrage du dispositif de la figure 1 ;
-la figure 4 est une variante de réalisation de l'injecteur de carburant de la figure 1 ; et -les figures 5 et 6 sont des vues en coupe axiale d 'un injecteur de carburant comprenant des dispositifs de maintien de l 'aiguille de l' injecteur selon des second et troisième modes de réalisation de l' invention.
Sur la figure 1 , on a représenté la structure générale d'un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, désigné par la référence numérique générale 1 0,
Comme on Ic voit sur cette figure, l 'injecteur 1 0, qui présente une forme générale de révolution autour d ' un axe central X-X* supposé vertical, comprend un corps 12 à l'intérieur duquel est niontée axialemcnt déplaçable une aiguille 14 d'obturation.
Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, l ' inj ecteur 1 0 co mprend également un dispositif 16 de maintien en position de l 'aiguille 14 monté à l'intérieur du corps 12,
Le corps 12, de forme générale extérieure cylindrique, comprend un alésage 1 8 étage ménagé sur toute la longueur de celui- ci. L'alésage 1 8 est coaxial à l 'axe X-X' ,
II comprend un premier étage 1 8a de petit diamètre à l'intérieur duquel l 'aiguille 14 est montée de façon coulissante, et un second étage 1 8b de grand diamètre prolongeant axialement vers le haut le premier étage 1 8a,
Le corps 12 comprend encore un capot de fermeture 19 monté à l ' extrémité libre supérieure du second étage 1 8b, et qui comporte un orifice 19a coaxial à l' axe X-X' . Le second étage 18a de l 'alésage 1 8 délimite ainsi avec l ' cpaulcment 14b et avec le capot de fermeture 1 9, une chambre 21 ,
L' injecteur 1 0 comprend également à son extrémité inférieure une buse 20 de forme générale tubulaire et s ' étendant suivant l 'axe X- X', Le diamètre intérieur de la buse 20 est sensiblement égal à celui du premier étage 1 8a de l' alésage 1 8.
L 'extrémité proximalc 22 de la buse 20, en contact avec une face inférieure du corps 12, est destinée à être alimentée en carburant, et l 'extrémité libre ou distale 24 de celle-ci est apte à permettre une injection de carburant à l ' intérieur d'une chambre de combustion du moteur (non représentée).
A cet égard, le corps 12 de l'injecteur comprend encore une saillie 26 sensiblement radiale munie d'un alésage 28 traversant ledit corps 12 et débouchant au niveau du premier étage 18a de l 'alésage 1 8 étage, de manière à permettre l 'entrée du carburant au niveau de la buse 20. La saillie 26 est ici située axialement à proximité de la face inférieure du corps 12,
Pour permettre une injection de carburant, l 'aiguille 14 d' obturation comprend une portion cylindrique 14a, de diamètre inférieur de l 'ordre de quelques dixièmes de millimètre au diamètre du premier étage 1 8a de l 'alésage 18, de façon à créer un passage annulaire 30 axial pour le carburant entre le premier étage 18a de l 'alésage 18 et l'aiguille 1 4 ainsi qu'entre la buse 20 et ladite aiguille,
La portion cylindrique 14a est prolongée à une extrémité supérieure par un épaulement 14b conformé de façon à s'ajuster précisément avec le premier étage 1 8a de l ' alésage 1 8 et limiter ainsi d 'éventuelles fuites du carburant vers Ic second étage 18b, L'extrémité supérieure de l ' épaulement 14b est en saillie à l 'intérieur du second étage 18b. Afin de pouvoir obstruer l ' extrémité distale 24 de la buse 20, l 'aiguille 14 comprend à son extrémité libre inférieure une tête 32 en saillie axiale apte à venir en contact avec cette extrémité distale 24. L 'extrémité distale 24 forme donc siège pour l 'aiguille 14. Ainsi, dans cette position dite « de fermeture », le carburant ne peut être injecté à l' intérieur de la chambre de combustion,
Dc manière à permettre le maintien de cette position de fermeture, le dispositif 16 est monté à l ' intérieur du second étage 18b de grand diamètre de l 'alésage 1 8, Le dispositif 16 comprend notamment un plateau 40 d 'appui, un organe élastique de rappel 42 monté entre le corps 12 de l' injccteur 10 et le plateau 40 d'appui, et un élément de retenue axiale 44 de l ' aiguille 14 monté sur ledit plateau 40,
Le plateau 40 d 'appui, de forme générale cylindrique, est monté au voisinage de l ' extrémité supérieure du second étage 1 8b de l 'alésage 1 8 , II présente une dimension axiale relativement faible, et comprend une protubérance 46 cylindrique de diamètre réduit par rapport à celui du plateau 40, Elle s 'étend axialemcnt vers le bas selon l'axe X-X' à partir d' une surface inférieure 48 du plateau 40. La surface 48 forme une surface de butée pour une extrémité supérieure de l 'organe élastique 42 de rappel, réalisé ici sous la forme d 'un ressort. L 'extrémité inférieure de l 'organe élastique 42 \ ient en appui contre une surface de raccordement 50 radiale du corps 12 ménagée entre le second étage 1 8b et le premier étage 1 8a de l 'alésage 18.
L 'organe élastique 42 de rappel exerce un effort axial sur le plateau 40 d'appui de manière à Ic maintenir écarté de la surface de raccordement 50, L 'effort axial est dirigé axialement vers le haut. En ce qui concerne l 'élément de retenue axiale 44 réalisé en une seule pièce, celui-ci comprend une portion de fixation 52 annulaire montée en appui contre la surface de butée 48. La portion de fixation 52 se prolonge axialcinent à partir d'une extrémité inférieure par des pattes 54 axiales.
De manière à fixer l'élément de retenue 44 sur le plateau 40 d'appui, la portion de fixation 52 comprend un alésage 52a fileté coopérant avec un filetage 46a correspondant ménagé sur la surface extérieure de la protubérance 46. La dimension axiale de la portion de fixation 52 est ici égale à celle de la protubérance 46. Sa dimension radiale est inférieure à la dimension radiale du plateau 40 d' appui de sorte à laisser libre, au niveau de la surface de butée 48, une surface annulaire pour l 'appui de l 'extrémité supérieure de l' organe élastique 42 de rappel. Les pattes 54, ici au nombre de quatre, sont circonfcrcnticllemcnt régulièrement reparties sur la portion de fixation 52. Chaque patte 54 comprend une première portion 54a inclinée s 'etendant vers l 'extérieur qui est prolongée à son extrémité libre inférieure par une seconde portion 54b axiale. La dimension circonfcrcnticlle des pattes 54 est ici plus importante au niveau de leur implanturc qu 'au niveau de leur extrémité libre.
Pour permettre Ic maintien axial de l 'aiguille 14 à l 'intérieur du corps 12 de J ' injecteur, chacune des pattes 54 est prolongée, à son extrémité inférieure, par une saillie 56. Les saillies 56 s' étendent ici radialement vers l 'intérieur et présentent une forme générale arrondie ou sphérique. Elles viennent chacune en appui contre une zone de contact ménagée au niveau d'une extrémité supérieure de l'épaulement 14b de l 'aiguille 14. Ainsi, chaque saillie 56 comprend une surface de contact avec l 'aiguille 1 4. Lesdites zones de contact sont réalisées ici sous la forme d'une gorge 60 annulaire. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir des zones de contact de conception différente.
Les rayons de courbure relatifs des saillies 56 et de la gorge 60 définissent le type de blocage réalisé. Si les saillies 56 présentent un rayon de courbure plus grand que la gorge 60, Ic plateau 40 d'appui est solidaire de l ' extrémité de l 'aiguille 14. Dans le cas contraire, la solidarisation du plateau 40 d'appui et de l 'aiguille 14 n'est réalisée que dans une direction axiale. Les saillies 56 coopèrent avec la gorge 60 de manière à permettre le maintien axial de l'aiguille 14 dans sa position de fermeture. En d 'autres termes, les pattes 54 axiales et les saillies 56 de l 'élément 44 constituent une portion de retenue pour l'aiguille 14.
Afin de s' assurer du contact des saillies 56 avec la gorge 60, le dispositif 1 6 comprend également une bague 62 de serrage annulaire entourant radialement les pattes 54 et venant en contact contre la surface extérieure de celles-ci. Elle présente ici une dimension axiale légèrement inférieure à celle des pattes 54.
La bague 62 de serrage est ouverte en un point de sa circonférence (figure 3), pour faciliter son montage sur les pattes 54.
Une fois montée sur l 'élément de retenue axiale 44, elle exerce un effort radial dirigé vers l 'intérieur de manière à rapprocher les pattes
54 les unes par rapport aux autres et à limiter ainsi sensiblement le risque de rupture du contact entre les saillies 56 et la gorge 60, L 'aiguille 14 est ainsi maintenue dans sa position de fermeture, de manière sûre.
De manière à éviter une desolidarisation axiale de la bague 62 de serrage relativement à l 'élément de retenue 44, celui peut comprendre, au niveau des surfaces extérieures des secondes portions 54b des pattes 54, des protubérances dirigées radialement vers l ' extérieur pouvant coopérer avec des rainures de forme correspondante ménagées l'alésage de la bague 62. On limite ainsi un éventuel déplacement axial vers le bas de la bague 62. En vue de l'injection de carburant, pour permettre Ic passage de la position de fermeture à une position d'ouverture dans laquelle la tête 32 libère l 'extrémité distalc 24 de la buse 20, l 'injecteur comprend également, au niveau de celle-ci, un empilement 70 de composants actifs piézoélectriques, qui sous l ' application d' un champ électrique, se déforment en épaisseur.
Pour fixer l 'emp ilement 70 sur la buse 20, celle-ci comprend au vo isinage de son extrémité distale 24, une collerette 72 radiale, ici venue de matière avec ladite buse, et contre laquel le vient en appui l 'empilement 70. A cet effet, l ' injecteur 1 0 comprend encore un ccrou 74 pourvu d 'un système élastique de précontrainte qui est monté sur la buse 20 de manière à prendre en sandwich l'empilement 70 entre l 'élément de butée 72 et ledit écrou 74. Ces éléments 72 et 74 sont classiquement utilisés pour des injeetcurs de carburant commandés par émission de fréquences ultrasonorcs.
L'empilement 70 constitué d'une pluralité de composants actifs piézoélectriques permet d' additionner les déformations en épaisseur générées par chacun d ' entre eux, la déformation résultante du déplacement total de l ' empilement 70 restant inférieure à la limite de déformation élastique de Fécrou 74.
Afin de permettre la mise en vibration de l ' empilement 70, on utilise le système électronique de contrôle moteur. A cet égard, celui- ci envoie deux impulsions correspondant au début et à la fin de l' injection de carburant. Entre ces deux impulsions, il génère un train d 'ondes à une fréquence prédéterminée de manière à alimenter en tension alternative l ' empilement 70. et provoquer ainsi sa déformation.
Ceci engendre une contrainte élastique qui se transmet à la buse 20 ainsi qu 'à l 'aiguille 1 4. En effet, la buse 20 et l ' aiguille 14 sont dimensionnees pour résonner à la fréquence d'excitation de l' empilement 70.
Ainsi, l'aigui lle 14 qui obture initialement l 'extrémité distale
24 de la buse 20, se déforme sous l 'impulsion qui lui est fournie lorsqu 'elle se met à osciller. Cette déformation se répartit clastiquement sur toute la longueur de l 'aiguille 14 jusqu'au plateau 40 d'appui de l ' élément de retenue axiale 44.
La réponse propre de l 'aiguille 14 d 'une part, et de la buse 20 d' autre part, permet de faire osciller la tête 32 de l 'aiguille 14 avec une variation de phase et d'amplitude. Cette variation se traduit par l 'ouverture de la buse, la hauteur de l'ouverture dépendant de l'écart relatif entre l'amplitude d'oscillation de l'extrémité distale 24 de la buse et celle de la tête 32,
Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 4 sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, l'cpaulcment 14b de l 'aiguille 14 comprend ici une pluralité de gorges
82 ovoïdes, ici au nombre de quatre, associées aux saillies 56 des pattes axiales 54 de l'élément de retenue 44, Ainsi, à chaque saillie 56 est associée une gorge 82.
Dans les modes de réalisation illustrés précédemment, l ' injecteur 10 comprend une aiguille à tête sortante. On conçoit aisément qu'il est également possible, sans sortir du cadre de l' invention, de prévoir, comme illustré à la figure 5. un mjecteur 10 qui comprend une tête 84 dite entrante située entièreinent à l 'intérieur de la buse 20, l ' extrémité distale 24 de la buse 20 étant conformée en conséquence.
Dans ces conditions, pour maintenir fermer l 'injecteur 10, l'organe élastique 42 de rappel est disposé entre Ic capot de fermeture 76 de l'injecteur 10 et le plateau 40 d' appui. L'organe élastique 42 de rappel exerce ici un effort axial sur Ic plateau 40 d'appui de manière à le rapprocher de la surface de raccordement 50. L"effort axial est donc ici dirigé vers Ie bas.
Le mode de réalisation illustré à la figure 6 diffère de celui de la figure 1 en ce que le plateau 40 d'appui comprend une dimension axiale relativement importante.
En effet, le plateau 40 d'appui est conformé de manière à posséder une masse suffisante pour présenter des conditions acoustiques de quasi-bloeage de l'extrémité de l 'aiguille 14. Ainsi, le plateau 40 d'appui est apte à créer une rupture d 'impédance acoustique de manière à renvoyer de manière symétrique les ondes de compression.
Dans ce mode de réalisation, le plateau d'appui 40 comporte également un plot 86 cylindrique qui prolonge axialemcnt vers le bas la protubérance 46. Lc plot 86 est centré sur l 'axe X-X' . Il comprend, à son extrémité inférieure, une surface de contact plane montée en appui contre une surface supérieure plane de l 'épaulement 14b de l 'aiguille 14. Le plot 86 et l 'aiguille 14 sont ainsi conformes de façon à obtenir un contact surfacique entre ces deux éléments. Pour assurer une bonne transmission des ondes émises par l ' empilement 70 jusqu ' au plateau 40 d 'appui de l' élément de retenue axiale 44, la chambre 21 contient un fluide à basse pression. En effet, un fluide favorise la propagation des ondes. Cette propagation est également assurée par l'existence des surfaces de contact planes du plot 86 et de l ' aiguille 14, qui peuvent également à cet égard être rectifiées.
Grâce à l ' épaulement 14b de l 'aiguille 14, la chambre 21 est distincte ou séparée du circuit de circulation du carburant haute pression, ce qui permet d'utiliser deux fluides de natures différentes.
En d' autres termes, la chambre 21 est étanche. Afin de permettre une évacuation du fluide à basse pression contenu dans la chambre 21 , l'orifice 19a peut être utilisé.
Dans un mode de réalisation, le plateau 40 d 'appui, la protubérance 46 et le plot 86 sont réalisés en une seule pièce.
Avantageusement, dans une position de fermeture de l 'aiguille
14, un espace axial (non référencé) est ménagé entre une surface 49 d'extrémité supérieure du plateau 40 d' appui du dispositif de maintien de l'aiguille et le capot 19 de fermeture du corps de l 'injcctcur. En d'autres termes, une première longueur L axiale entre une surface inférieure du capot 19 de fermeture et l' extrémité distale 24 de la buse 20 est supérieure à une seconde longueur L l axiale définie par la distance axiale entre la surface 49 supérieure du plateau 40 d' appui et la surface de contact du plot 86 et de l 'aiguille 14, qui est ajoutée à une troisième longueur L2 axiale elle-même définie par la distance axiale entre ladite surface de contact du plot 86 et de l'aiguille 14 et l 'extrémité distalc 24 de la buse 20, L' espace axial présente une dimension ε axiale qui correspond aux tolérances géométriques des cléments de l'injecteur 10 et aux éventuelles variations thermiques . L 'espace axial est empli du fluide présent à l'intérieur de la chambre 21 étanche. Un film fluide est ainsi interposé entre la surface
49 d' extrémité et Ic capot 19 de fermeture du corps 12 de l' injecteur, ce qui permet de réaliser un couplage acoustique entre Ie plateau 40 d ' appui du dispositif de maintien de l 'aiguille et le corps 1 2 de l ' injecteur. Ainsi, il devient possible de réduire la dimension du plateau 40 d'appui, et de réduire l 'encombrement axial du dispositif de maintien de l'aiguille. Avantageusement, la dimension ε axiale de l 'espace axial est le plus réduit possible afin de manière à obtenir un couplage acoustique fort.
Bien entendu, on conçoit aisément qu 'il soit également possible de prévoir de tels plateau 40 d'appui et protubérance pour un injecîeur 10 à tête entrante.

Claims

EEVENDICATIONS
1 -Dispositif de maintien d'une aiguille d' un injecteur de carburant, le dispositif comprenant un plateau d'appui (40) et un élément de retenue (44) axiale de l'aiguille de l 'injecteur, caractérisé en ce que l 'élément de retenue (44) axiale comprend une portion de fixation (52) coopérant avec une portion complémentaire du plateau d'appui (40), et une portion de retenue pourvue de pattes (54) axiales prolongeant axialement la portion de fixation (52), chaque patte (54) axiale comprenant, à son extrémité inférieure, une saillie (56) radiale dirigée vers l 'intérieur et comprenant une surface de contact avec l'aiguille.
2-Dispositif selon la revendication 1 , comprenant, en outre, une bague (62) de serrage entourant radialement les pattes (54) axiales et montée en appui contre elles.
3-Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la bague (62) de serrage est ouverte en un point de sa circonférence,
4-Dïspositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plateau d'appui (40) comprend en outre un plot (86) pourvu d'une surface de contact plane avec une extrémité supérieure de l 'aiguille. 5-Dispositif selon l' une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l 'élément de retenue (44) axiale est distinct du plateau d'appui (40).
6-Injecteur de carburant pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant une aiguille ( 14) montée axialement dépiaçable dans un corps de l' injecteur, et un dispositif de maintien de l'aiguille pourvu d' un plateau d 'appui (40) et d'un élément de retenue
(44) axiale de l' aiguille de Finjecteur, caractérisé en ce que l'élément de retenue (44) axiale comprend une portion de fixation (52) coopérant avec une portion complémentaire du plateau d'appui (40), et une portion de retenue pourvue de saillies (56) radiales dirigées vers l 'intérieur comprenant chacune une surface de contact avec l' aiguille. 7-Injecteur selon la revendication 6, comprenant une chambre
(21 ) étanche à l 'intérieur de laquelle est monté le dispositif de maintien ( 16), et séparée d'un circuit de circulation du carburant à injecter.
8- Injecteur selon la revendication 7, dans lequel la chambre (21 ) étanche est emplie d'un fluide, notamment d'un fluide basse pression,
9- Injecteur selon T une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel, dans une position de fermeture de l' aiguille ( 14), un espace axial est ménagé entre une surface (49) d'extrémité du dispositif de maintien de l ' aiguille et le corps de l' injecteur. l ϋ-Injecteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le plateau d' appui (40) est conformé de manière à posséder une impédance acoustique supérieure à celle de l ' aiguille.
1 1 - Injecteur selon l 'une quelconque des revendications 6 à 10, comprenant des moyens (70) de mise en vibration aptes à provoquer des oscillations mécaniques de l 'aiguille.
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