EP2126334B1 - Injecteur de carburant pour moteur a combustion interne - Google Patents

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EP2126334B1
EP2126334B1 EP08788034A EP08788034A EP2126334B1 EP 2126334 B1 EP2126334 B1 EP 2126334B1 EP 08788034 A EP08788034 A EP 08788034A EP 08788034 A EP08788034 A EP 08788034A EP 2126334 B1 EP2126334 B1 EP 2126334B1
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EP
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injector
stem
assembly
blocking
duct
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EP08788034A
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German (de)
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André AGNERAY
Nadim Malek
Laurent Levin
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
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    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injector for an internal combustion engine, in particular diesel, intended in particular to be implemented in a motor vehicle.
  • a conventional internal combustion engine comprises at least one cylinder in which a piston slides between two extreme positions.
  • the piston defines with the cylinder and a cylinder head a combustion chamber.
  • an injector has the function of supplying finely pulverized fuel to the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • An injector 10 as shown in FIG. figure 1 allowing to perform injections at ultrasonic frequencies.
  • This injector 10 comprises an injector body 12, intended to be fixed to the upper end of the engine cylinder head by means not shown, which terminates in its lower part by a nozzle 14 and which has a first internal cavity 16 and a second upper cavity 18.
  • the first inner cavity 16 is intended to be filled with pressurized fuel. To do this, the first cavity 16 is connected to a fuel supply port 20 adapted to be placed in communication with a pressurized fuel supply circuit (not shown).
  • the first cavity 16 opens at the lower end 22 of the nozzle 14, also called the nose of the injector, through an injection orifice 23.
  • the injector 10 also comprises a rod 24, or needle, extending mainly along the axis YY '.
  • the rod 24 is housed axially movable inside the nozzle 14.
  • the lower end of the rod 24 has a closure head 26 extending in part outside the nozzle 14. This sealing head 26 is adapted to come into contact with the inner surface of the nozzle 14 delimiting the injection orifice of the nozzle 14 so as to close off the fuel injection orifice.
  • an active assembly 28 shown in partially cutaway view on the figure 1 which is supplied with current by means of electric cables 29.
  • the active assembly 28 comprises in this case a magnetostrictive rod 34, mounted integral with the rod 24, in the extension thereof, a solenoid 36 mounted wound around the magnetostrictive rod 34, a mass 38 and a spring 40 of prestressing of magnetostrictive bar 34, the prestressing spring 40 being mounted between a plug 42, which closes the end of the housing 44 of the active assembly 28 opposite the rod 24, and the mass 38.
  • the magnetostrictive bar 34 is deformed in compression.
  • the housing 44 of the active assembly 28 is mounted to move in axial translation along the axis YY 'in the second cavity 18 formed in the injector body 12.
  • the housing 44 is however elastically connected by a holding spring 30 to the body 12 of the injector 10.
  • the system 31 consisting of the active assembly 28 and the retaining spring 30 is housed in the second cavity 18 formed in the rear part of the body 12 of the injector 10.
  • An exhaust duct 32 formed in a plug 33 closing the injector body 12 makes it possible to evacuate the fuel at low pressure present in the second cavity 18 which comes from small leaks between the first cavity 16 and the second cavity 18.
  • the rod 24 is able to slide and / or to deform axially relative to the housing 44 of the active assembly 28.
  • the walls of the housing 44 have a certain elasticity. This elasticity can also be provided by an elastic washer acting on the shoulder 45 of the rod 24.
  • the mass 38 is fixed in bearing on the magnetostrictive bar 34 so as to achieve a mechanical impedance break at the interface between the magnetostrictive bar 34 and the mass 38.
  • the preload applied makes it possible, on the one hand, to seal the injection orifice formed at the end of the nozzle 14 when the injector 10 is supplied with fuel with a given pressure and, on the other hand, to catch up. possible wear in the contact zone of the closure head 26 of the rod 24 with the nozzle 14 and / or the differential expansion catch-up between the rod 24 and the injector body 12.
  • Solenoid 36 when not supplied with current, does not generate a magnetic field.
  • the magnetostrictive rod 34 is not elongated and the holding spring 30 acting on the housing 44 plates the closure head 26 on its seat so as to close the injection orifice of the injector 10.
  • the solenoid 36 When the solenoid 36 is supplied with current, for example by a current 46 (see figure 2 ), it generates a magnetic field that extends the magnetostrictive rod 34. The rod 24 is thus moved at its upper end and prints a movement at its lower end formed by the closure head 26. In some cases, the displacement of the closure head 26 of the rod 24 can be amplified, in particular if the length of the rod 24 is chosen to acoustically tune the rod 24 to the ultrasonic excitation frequency.
  • control current 46 corresponds, as shown in FIG. figure 2 , the superposition of a DC component 48 and an AC component 50, for example a sinusoidal component (see figure 2 ).
  • the elongation of the magnetostrictive rod 34 also contains a DC component and an AC component at the frequency of the AC component 50 of the control current 46.
  • the displacements of the closure head 26 of the rod 24 therefore also contain a DC component and an AC component.
  • the continuous component of the displacements of the closure head 26 of the rod 24 allows the lifting of the closure head 26 in a so-called "raised” position around which the alternating component makes it oscillate.
  • the AC component whose frequency is generally of the order of a few tens of kilohertz, mechanically splits the fuel ply so that the fuel is sprayed into fine droplets in the combustion chamber.
  • the lifting of the closure head 26 of the rod 24 relative to the seat therefore determines the average opening of the injector and therefore the average injection rate.
  • such an injector 10 allows reduced injection and / or unreliable sealing.
  • Injectors are also known where the vibrating of the rod is carried out indirectly by vibrating the nozzle by means in particular of piezoelectric ceramic elements mounted prestressed on the nozzle of the injector body.
  • the injector further comprises means for generating acoustic waves in the fuel, during the injection of fuel into the combustion chamber, to form fuel droplets of reduced size.
  • An object of the invention is therefore to provide a fuel injector for an internal combustion engine, in particular a diesel engine, intended in particular to be used in a motor vehicle, not having the aforementioned drawbacks, and notably making it possible to benefit from the continuous component of the control current of the active element while ensuring a good seal of the injector.
  • the injector 52 is of the outgoing needle head type.
  • the elements of the injector 52 according to the first embodiment of the invention are identical to the elements of the injector 10 shown in FIG. figure 1 will not be described in more detail below.
  • the injector 52 according to the first embodiment of the invention is remarkable in that it comprises means for blocking the assembly carrying the rod 28 relative to the injector body 12 and control means of the control means. blocking for selectively controlling the locking means as a function of the speed of movement of the assembly 28 carrying the rod 24.
  • the locking means of the assembly 28 carrying the rod 24 relative to the body of the injector 12 comprise a piston 54 slidably mounted in a cylinder 56, the piston 54 and the cylinder 56 defining a blocking chamber 58.
  • the piston 54 is integral with the active assembly 28 and is able to slide inside the cylinder 56 formed, in this case, by the inside of the body. injector 12.
  • the blocking chamber 58 is in fluid communication with the cavity 18.
  • this fluid communication between the blocking chamber 58 and the second upper cavity 18 is achieved by means of a small clearance between the piston 54 and the
  • the fluid communication between the blocking chamber 58 and the interior of the cavity 18 is made by means of a conduit. 60 of small passage section.
  • the blocking chamber 58 is also in fluid communication with the outside of the injector 52 by means of the discharge duct 32 of small section. It may be noted here that the evacuation of the low pressure fuel contained in the second upper cavity 18 can only be achieved through the duct 60, the blocking chamber 58 and the exhaust duct 32.
  • the spring 30 tends to oppose the lifting of the closure head 26 of the injection port 23.
  • the spring 30 thus tends to move the active assembly 28 which carries the rod 24 at a relatively high speed .
  • the piston 54 tends to be driven at high speed also, the piston 54 being integral with the active assembly 28.
  • the piston 54 tends to move in order to change the volume of the blocking chamber 58, in this case so as to reduce the volume of this blocking chamber 58.
  • the emptying of the blocking chamber 58 in fuel can be achieved through the conduit 60 and / or the exhaust duct 32 which are of small section.
  • a rapid movement of fuel between the blocking chamber 58 on the one hand, and the second cavity 18 and / or the outside of the injector, on the other hand, is prevented because of its viscosity.
  • the fuel contained in the blocking chamber 58 exerts a force on the piston 54 which opposes the movement of the piston 54 printed by the spring 30.
  • the blocking chamber 58, the cylinder 56 and the piston 54 act as locking means for the active assembly 28 carrying the rod 24.
  • the spring 30 also acts on the active assembly 28, between the injection phases, to compensate for the differential expansions.
  • the fuel contained in the hydraulic blocking chamber 58 can be evacuated through the discharge pipe 32 and / or the first pipe 60 with a low flow rate, which nevertheless allows sufficient movement of the rod 24. to compensate for the differential thermal expansion of the rod 24 and the injector body 12. Indeed, these movements of the rod 24 are much lower than those tending to cause the spring 30 during the injection phases.
  • the time available for the rod 24 to move is significantly greater than the excitation time of the rod 24 by the spring 30 during the injection phases.
  • the rod 24 is moved at a reduced speed, so that the action of the spring 30 is not prevented by the blocking chamber 58, the piston 54 and the cylinder 56.
  • the first duct 60 and the exhaust duct 32 thus form control means for the blocking means formed by the blocking chamber 58, the piston 54 and the cylinder 56, the control means selectively controlling the blocking means as a function of the speed of movement of the active assembly 28.
  • FIG. 4 On which there is shown an injector 62 according to a second embodiment of the invention, the injector 62 also being an outgoing needle injector.
  • this injector 62 does not differ significantly from the operating mode of the injector 52 according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 5 On which there is shown a detail 68 of a third embodiment of the injector according to the invention.
  • This third embodiment of the invention differs from the first two modes described with regard to Figures 3 and 4 in that it has check valves 70, 72 mounted in the blocking chamber 58 so as to selectively close the first conduit 60 and the exhaust pipe 32, respectively. Thanks to these nonreturn valves 70, 72, the first filling with fuel of the blocking chamber 58, prior to any commissioning of the injector according to the third embodiment of the invention, is carried out more fast compared to the first two embodiments described with regard to Figures 3 and 4 .
  • the non-return valve 72 for selectively closing off the exhaust duct 32 is preformed in the "up" position, as shown in FIG. figure 5 , so that its free end departs from the support wall of the check valve, even when it is in the closed position. In this way, the non-return valve 72 allows a low fuel leakage from the blocking chamber 58 in the exhaust duct 32.
  • the cylinder 56 integral with the injector body 12, is formed in the plug 33 closing the second upper cavity 18 formed in the injector body 12.
  • the first conduit 60 allowing the fluid communication between the blocking chamber 58 and the second upper cavity 18, is formed in the piston 54.
  • the blocking chamber 58 is in fluid communication with the outside of the injector body 12 by means of an evacuation duct of the chamber 76 distinct from the exhaust duct 32 which puts the second upper cavity 18 into fluid communication directly with the outside of the injector body 12.
  • non-return valves 70, 72 are mounted within the blocking chamber 58 to selectively block fluid communication between the blocking chamber 58 and the second upper cavity 18, or the outside of the body. injector 12, respectively.
  • this injector according to the fourth embodiment of the invention is identical to the operation of the injector, a detail of which is shown in FIG. figure 5 .
  • the blocking chamber 58 is in fluid communication with the outside of the injector body 12 by means of an exhaust duct of the chamber 76 separate from the exhaust duct 32 of the second upper cavity 18, a better evacuation of the fuel present in the second upper cavity is obtained by means of a discharge duct 32 of larger passage section. This advantageously avoids any rise in pressure in the second upper cavity 18 which could damage the injector 74 according to the invention or degrade the operation.
  • control means of the locking means comprise shutter means, in this case of the solenoid valve type 112, selectively activatable which are mounted in a single vent 32 of the blocking chamber 58. Thanks to these selectively activatable shutter means of the exhaust duct 32, the means for blocking the assembly carrying the rod are controlled very effectively, this blocking being able to be controlled during the injection phases. while the spring 30 acts on the assembly carrying the rod so as to tend to move this assembly carrying the rod at high speed.
  • the closure means of the evacuation duct are made by means of a high magnetic permeability tube delimiting the evacuation duct, a solenoid surrounded around this tube. High magnetic permeability and a soft steel valve that is pressed against the tube when the solenoid is energized.
  • an active device of the valve type can be arranged so as to close off the single exhaust duct 32 whatever the embodiment of the invention used, as long as it has a single evacuation duct. 32.

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Abstract

L'injecteur de carburant pour moteur à combustion interne comporte : un corps d'injecteur (12) formant notamment une buse (14) terminée par un orifice d'injection (23); des moyens d'obturation de l'orifice d'injection (23) comportant un ensemble (28) portant une tige vibrante (23) terminée par une tête d'obturation (26) de l'orifice d'injection (23); des moyens de mise en vibration de la tige (24) et/ou de la buse (14) de manière à alternativement ouvrir et fermer l'orifice d'injection (23) et; des moyens de rappel (30) des moyens d'obturation en position d'obturation de l'orifice d'injection (23), qui coopèrent avec l'ensemble (28) portant la tige (24), et; des moyens de blocage de l'ensemble (28) portant la tige (24) par rapport au corps de l'injecteur (12) qui sont sélectivement activables en fonction de la vitesse de déplacement de l'ensemble (28) portant la tige (24).

Description

  • La présente invention a pour objet un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne, notamment Diesel, destiné notamment à être mis en oeuvre dans un véhicule automobile.
  • Un moteur à combustion interne classique comprend au moins un cylindre dans lequel un piston coulisse entre deux positions extrêmes. Le piston délimite avec le cylindre et une culasse une chambre de combustion. Dans un tel moteur à combustion interne, un injecteur a pour fonction de fournir du carburant pulvérisé finement à la chambre de combustion du moteur à combustion interne.
  • On connaît déjà un injecteur 10 tel que représenté à la figure 1 permettant de réaliser des injections à des fréquences ultrasonores.
  • Cet injecteur 10 comprend un corps d'injecteur 12, destiné à être fixé à l'extrémité supérieure de la culasse du moteur par des moyens non représentés, qui se termine dans sa partie inférieure par une buse 14 et qui présente une première cavité intérieure 16 et une seconde cavité supérieure 18. La première cavité intérieure 16 est destinée à être remplie de carburant sous pression. Pour ce faire, la première cavité 16 est reliée à un orifice d'alimentation en carburant 20 apte à être mis en communication avec un circuit d'alimentation en carburant sous pression (non représenté). La première cavité 16 débouche à l'extrémité inférieure 22 de la buse 14, aussi appelée nez de l'injecteur, par un orifice d'injection 23.
  • L'injecteur 10 comporte également une tige 24, ou aiguille, s'étendant principalement selon l'axe Y-Y'. La tige 24 est logée mobile axialement à l'intérieur de la buse 14. L'extrémité inférieure de la tige 24 présente une tête d'obturation 26 s'étendant en partie à l'extérieur de la buse 14. Cette tête d'obturation 26 est adaptée pour venir en contact avec la surface intérieure de la buse 14 délimitant l'orifice d'injection de la buse 14 de manière à obturer l'orifice d'injection du carburant.
  • A l'autre extrémité de la tige, est monté un ensemble actif 28, représenté en vue partiellement arrachée sur la figure 1, qui est alimenté en courant au moyen de câbles électriques 29.
  • L'ensemble actif 28 comporte en l'espèce un barreau magnétostrictif 34, montée solidaire de la tige 24, dans le prolongement de celle-ci, un solénoïde 36 monté enroulé autour du barreau magnétostrictif 34, une masse 38 et un ressort 40 de précontrainte du barreau magnétostrictif 34, le ressort de précontrainte 40 étant monté entre un bouchon 42, qui obture l'extrémité du boîtier 44 de l'ensemble actif 28 opposée à la tige 24, et la masse 38. Ainsi, le barreau magnétostrictif 34 se trouve déformé en compression.
  • Le boîtier 44 de l'ensemble actif 28 est monté mobile en translation axiale selon l'axe Y-Y' dans la seconde cavité 18 ménagée dans le corps d'injecteur 12. Le boîtier 44 est cependant relié élastiquement par un ressort de maintien 30 au corps 12 de l'injecteur 10. Le système 31 constitué de l'ensemble actif 28 et du ressort de maintien 30 est logé dans la seconde cavité 18 formée dans la partie arrière du corps 12 de l'injecteur 10. Un conduit d'évacuation 32 ménagé dans un bouchon 33 fermant le corps d'injecteur 12 permet d'évacuer le carburant à basse pression présent dans la seconde cavité 18 qui provient de faibles fuites entre la première cavité 16 et la seconde cavité 18.
  • Avec un tel montage, la tige 24 est apte à coulisser et/ou à se déformer axialement par rapport au boîtier 44 de l'ensemble actif 28. Les parois du boîtier 44 présentent une certaine élasticité. Cette élasticité peut être également assurée par une rondelle élastique agissant sur l'épaulement 45 de la tige 24.
  • La masse 38 est fixée en appui sur le barreau magnétostrictif 34 de manière à réaliser une rupture d'impédance mécanique à l'interface entre le barreau magnétostrictif 34 et la masse 38.
  • L'ensemble tige 24 et ressort 30, élastique, monté en compression, exerce une force de rappel élastique voulue permettant d'appliquer la tête d'obturation 26 de la tige 24 sur la zone de la buse 14 entourant l'orifice d'injection. La précontrainte appliquée permet d'une part d'assurer l'étanchéité de l'orifice d'injection ménagé à l'extrémité de la buse 14 lorsque l'injecteur 10 est alimenté en carburant avec une pression donnée et d'autre part le rattrapage d'usure éventuelle dans la zone de contact de la tête d'obturation 26 de la tige 24 avec la buse 14 et/ou le rattrapage de dilatation différentielle entre la tige 24 et le corps d'injecteur 12.
  • Le solénoïde 36, lorsqu'il n'est pas alimenté en courant, n'engendre pas de champ magnétique. Dans ce cas, le barreau magnétostrictif 34 n'est pas allongé et le ressort de maintien 30 agissant sur le boîtier 44 plaque la tête d'obturation 26 sur son siège de manière à obturer l'orifice d'injection de l'injecteur 10.
  • Lorsque le solénoïde 36 est alimenté en courant, par exemple par un courant 46 (voir figure 2), il engendre un champ magnétique qui allonge le barreau magnétostrictif 34. La tige 24 est ainsi mise en mouvement au niveau de son extrémité supérieure et imprime un mouvement à son extrémité inférieure formée par la tête d'obturation 26. Dans certains cas, le déplacement de la tête d'obturation 26 de la tige 24 peut être amplifié, notamment si la longueur de la tige 24 est choisie de manière à accorder acoustiquement la tige 24 à la fréquence d'excitation ultrasonore.
  • Ce déplacement de la tête d'obturation 26 de la tige 24 se traduit par l'ouverture d'une fente annulaire entre la tête d'obturation 26 de la tige 24 et l'extrémité inférieure 22 de la buse 14.
  • En général, le courant de commande 46 correspond, comme cela est représenté à la figure 2, à la superposition d'une composante continue 48 et d'une composante alternative 50, par exemple une composante sinusoïdale (voir figure 2).
  • Dans ces conditions, l'allongement du barreau magnétostrictif 34 contient lui aussi une composante continue et une composante alternative à la fréquence de la composante alternative 50 du courant de commande 46.
  • Les déplacements de la tête d'obturation 26 de la tige 24 contiennent donc également une composante continue et une composante alternative. La composante continue des déplacements de la tête d'obturation 26 de la tige 24 permet le soulèvement de la tête d'obturation 26 dans une position dite « levée » autour de laquelle la composante alternative la fait osciller. La composante alternative, dont la fréquence est généralement de l'ordre de quelques dizaines de kilohertz, assure le fractionnement mécanique de la nappe de carburant de manière que le carburant soit pulvérisé en fines gouttelettes dans la chambre de combustion. Le soulèvement de la tête d'obturation 26 de la tige 24 par rapport au siège détermine donc l'ouverture moyenne de l'injecteur et donc le débit moyen d'injection.
  • Cependant, dès que la tête d'obturation 26 de la tige 24 se lève, le ressort de maintien 30 a tendance à replaquer cette tête d'obturation 26 immédiatement sur son siège, annulant ainsi immédiatement le bénéfice de la composante continue. Ainsi, aujourd'hui, le choix de la force qui plaque la tête d'obturation 26 de la tige 24 sur son siège résulte d'un compromis :
    • cette force doit être assez faible pour ne pas plaquer trop vite la tête d'obturation 26 sur son siège ;
    • cette force doit être assez forte pour assurer l'étanchéité de l'injecteur 10 en dehors des phases d'injection.
  • A l'heure actuelle, un tel injecteur 10 permet une injection réduite et/ou une étanchéité peu fiable.
  • On connaît par ailleurs des injecteurs où la mise en vibration de la tige est réalisée de manière indirecte en mettant en vibration la buse au moyen notamment d'éléments céramiques piézoélectriques montés précontraint sur la buse du corps d'injecteur.
  • Le document WO 2007/139592 , publié après la date de priorité revendiquée par le présent titre, divulgue par ailleurs un injecteur de carburant, comportant :
    • une tige vibrante dont l'extrémité basse est engagée dans la buse de l'injecteur pour ouvrir ou fermer ses orifices d'injection,
    • un ressort de rappel de la tige vibrante en position d'obturation, qui appuie sur un marteau lui-même en appui contre l'extrémité haute de la tige vibrante, et
    • des moyens de mise en vibration longitudinale cyclique de la tige vibrante, situés au-dessus du marteau.
  • Dans ce document, l'injecteur comporte par ailleurs des moyens pour générer des ondes acoustiques dans le carburant permettant, lors de l'injection de carburant dans la chambre de combustion, de former des gouttelettes de carburant de tailles réduites.
  • On connaît par ailleurs du document WO 2007/010166 un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne, comportant :
    • une tige vibrante dont l'extrémité basse est engagée dans la buse de l'injecteur pour ouvrir ou fermer ses orifices d'injection,
    • un ressort de rappel de la tige vibrante en position d'obturation,
    • des moyens d'actionnement de la tige comportant une vanne pilotée par un solénoïde d'excitation, qui permet de modifier la pression du carburant pour mettre la tige vibrante en position ouverte ou fermée, et
    • un empilement piézo-électrique de mise en vibration longitudinale cyclique de la tige vibrante pour réguler la tailles des gouttelettes de carburant injectées dans la chambre de combustion du moteur.
  • Il n'est toutefois prévu dans aucun de ces deux documents des moyens de blocage de la tige vibrante et des moyens pour piloter ces moyens de blocage au moment souhaité au cours du cycle de fonctionnement du moteur pour compenser les phénomènes de dilatations thermiques différentielles de l'injecteur.Un but de l'invention est donc de fournir un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne, notamment diesel, destiné notamment à être mis en oeuvre dans un véhicule automobile, ne présentant pas les inconvénients susnommés, et permettant notamment de bénéficier de la composante continue du courant de commande de l'élément actif tout en assurant une bonne étanchéité de l'injecteur.
  • Ce but est atteint selon l'invention au moyen d'un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne tel que défini dans la revendication 1.
  • Ainsi, comme il apparaîtra plus en détails au vu de la description qui va être donnée de l'invention, il est possible, avec l'injecteur selon l'invention, de bloquer le mouvement de l'ensemble portant la tige dû aux moyens de rappel en position d'obturation, ceci permettant de bénéficier de la composante continue de la levée de la tête d'obturation de son siège pendant la phase d'injection. Cependant, en dehors des phases d'injections, les moyens de rappel en position d'obturation permettent un déplacement plus lent de l'ensemble portant la tige de manière à compenser les phénomènes de dilatations thermiques différentielles. On peut ainsi choisir les moyens de rappel de manière à ce qu'ils exercent une force suffisante pour assurer une bonne étanchéité de l'injecteur en dehors des phases d'injection, sans avoir à réaliser le compromis mentionné ci-avant.
    • De préférence, l'injecteur selon l'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques des revendications 2 à 11,prises seules ou en combinaison.
  • L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va en être donnée en référence aux dessins ci-annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un injecteur de carburant connu à élément actif du type magnétostrictif,
    • la figure 2 est une représentation schématique du courant de commande de l'ensemble actif en phase d'injection,
    • la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon un premier mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 5 est une vue en coupe longitudinale partielle à échelle agrandie, d'un détail d'un injecteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention,
    • les figures 6 et 7 sont des vues analogues à la figure 5 montrant un détail d'un injecteur selon des modes de réalisation différents de l'invention.
  • Sur les figures, les éléments identiques, ayant la même fonction ou de structure sensiblement identique sont indiqués avec la même référence numérique.
  • On se réfère désormais à la figure 3 sur laquelle est représenté un injecteur 52 selon un premier mode de réalisation de l'invention.
  • En l'espèce, l'injecteur 52 est du type à tête d'aiguille sortante.
  • Les éléments de l'injecteur 52 selon le premier mode de réalisation de l'invention identiques aux éléments de l'injecteur 10 représenté à la figure 1 ne seront pas décrits plus en détail ci-après.
  • L'injecteur 52 selon le premier mode de réalisation de l'invention est remarquable en ce qu'il comporte des moyens de blocage de l'ensemble portant la tige 28 par rapport au corps d'injecteur 12 et des moyens de pilotage des moyens de blocage pour commander sélectivement les moyens de blocage en fonction de la vitesse de déplacement de l'ensemble 28 portant la tige 24.
  • Selon ce premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de blocage de l'ensemble 28 portant la tige 24 par rapport au corps de l'injecteur 12 comportent un piston 54 monté coulissant dans un cylindre 56, le piston 54 et le cylindre 56 définissant une chambre de blocage 58. En l'espèce, le piston 54 est solidaire de l'ensemble actif 28 et est apte à coulisser à l'intérieur du cylindre 56 formé, en l'espèce, par l'intérieur du corps d'injecteur 12.
  • La chambre de blocage 58 est en communication de fluide avec la cavité 18. De préférence, cette communication de fluide entre la chambre de blocage 58 et la seconde cavité supérieure 18 est réalisée au moyen d'un faible jeu entre le piston 54 et l'intérieur du corps d'injecteur 12. Cependant, de manière équivalente, selon ce mode de réalisation de l'invention, la communication de fluide entre la chambre de blocage 58 et l'intérieur de la cavité 18 est réalisée au moyen d'un conduit 60 de faible section de passage.
  • Par ailleurs, la chambre de blocage 58 est également en communication de fluide avec l'extérieur de l'injecteur 52 au moyen du conduit d'évacuation 32 de faible section. On peut noter ici que l'évacuation du carburant basse pression contenu dans la seconde cavité supérieure 18 ne peut être réalisée qu'au travers du conduit 60, de la chambre de blocage 58 et du conduit d'évacuation 32.
  • Le fonctionnement de l'injecteur 52 selon le premier mode de réalisation de l'invention découle directement de la description qui vient d'en être faite.
  • Durant les phases d'injection, l'ensemble actif 28 commande :
    • d'une part un soulèvement de la tige 24 de manière à écarter la tête d'obturation 26 de l'orifice d'injection 23,
    • et d'autre part des vibrations très rapides de la tige 24 de manière à assurer une injection en fines gouttelettes du carburant.
  • Cependant, le ressort 30 tend à s'opposer au soulèvement de la tête d'obturation 26 de l'orifice d'injection 23. Le ressort 30 tend ainsi à déplacer l'ensemble actif 28 qui porte la tige 24 à une vitesse relativement élevée.
  • Lorsque l'ensemble actif tend à être déplacé à grande vitesse par le ressort 30, le piston 54 tend à être entraîné à grande vitesse également, le piston 54 étant solidaire de l'ensemble actif 28. Ainsi, le piston 54 tend à se déplacer de manière à modifier le volume de la chambre de blocage 58, en l'espèce de manière à réduire le volume de cette chambre de blocage 58.
  • Cependant, le vidage de la chambre de blocage 58 en carburant ne peut être réalisé qu'au travers du conduit 60 et/ou du conduit d'évacuation 32 qui sont de faible section. Ainsi, un mouvement rapide de carburant entre la chambre de blocage 58 d'une part, et la seconde cavité 18 et/ou l'extérieur de l'injecteur, d'autre part, est empêché du fait de sa viscosité.
  • En conséquence, le carburant contenu dans la chambre de blocage 58 exerce une force sur le piston 54 qui s'oppose au mouvement du piston 54 imprimé par le ressort 30.
  • Ainsi, lors des phases d'injection, lorsque le ressort 30 tend à déplacer l'ensemble actif 28 de manière à obturer l'orifice d'injection 23 de l'injecteur, la chambre de blocage 58, le cylindre 56 et le piston 54 agissent comme des moyens de blocage de l'ensemble actif 28 portant la tige 24.
  • Cependant, le ressort 30 agit également sur l'ensemble actif 28, entre les phases d'injection, pour compenser les dilatations différentielles.
  • Dans ce cas, en effet, le carburant contenu dans la chambre hydraulique de blocage 58 peut être évacué au travers du conduit d'évacuation 32 et/ou du premier conduit 60 avec un débit faible, qui permet cependant un mouvement suffisant de la tige 24 pour compenser les dilatations thermiques différentielles de la tige 24 et du corps d'injecteur 12. En effet, ces déplacements de la tige 24 sont très inférieurs à ceux que tend à provoquer le ressort 30 pendant les phases d'injections. De plus, entre les phases d'injections, le temps à disposition pour que la tige 24 se déplace est nettement supérieur au temps d'excitation de la tige 24 par le ressort 30 lors des phases d'injection.
  • Ainsi, la tige 24 est déplacée à une vitesse réduite, de sorte que l'action du ressort 30 n'est pas empêchée par la chambre de blocage 58, le piston 54 et le cylindre 56.
  • Le premier conduit 60 et le conduit d'évacuation 32 forment donc des moyens de pilotage des moyens de blocage formés par la chambre de blocage 58, le piston 54 et le cylindre 56, les moyens de pilotage commandant sélectivement les moyens de blocage en fonction de la vitesse de déplacement de l'ensemble actif 28.
  • On se réfère désormais à la figure 4 sur laquelle on a représenté un injecteur 62 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, cet injecteur 62 étant également un injecteur à aiguille sortante.
  • Cet injecteur 62 comporte deux différences par rapport à l'injecteur 52 selon le premier mode de réalisation de l'invention :
    • il comporte des moyens 64 de mise en vibration longitudinale cyclique de la buse qui sont formés en l'espèce par des éléments piézoélectriques en forme de rondelles qui sont montés précontraints autour du corps d'injecteur 12 ;
    • l'ensemble 28 portant la tige 24 comporte une masse destinée à réaliser une rupture d'impédance acoustique, qui remplace l'ensemble actif tel que décrit dans le cadre du premier mode de réalisation de l'invention.
  • Cependant, le mode de fonctionnement de cet injecteur 62 selon le deuxième mode de réalisation de l'invention ne diffère pas de manière remarquable du mode de fonctionnement de l'injecteur 52 selon le premier mode de réalisation de l'invention.
  • On se réfère désormais à la figure 5, sur laquelle on a représenté un détail 68 d'un troisième mode de réalisation de l'injecteur selon l'invention. Ce troisième mode de réalisation de l'invention se distingue des deux premiers modes décrits en regard des figures 3 et 4 en cela qu'il présente des clapets anti-retour 70, 72 montés dans la chambre de blocage 58 de manière à sélectivement obturer le premier conduit 60 et le conduit d'évacuation 32, respectivement. Grâce à ces clapets anti-retour 70, 72, le premier remplissage au moyen de carburant de la chambre de blocage 58, précédant toute mise en service de l'injecteur selon le troisième mode de réalisation de l'invention, est réalisé de manière plus rapide comparativement aux deux premiers modes de réalisation décrits en regard des figures 3 et 4.
  • De préférence, le clapet anti-retour 72 destiné à sélectivement obturer le conduit d'évacuation 32 est préformé en position « retournée », comme cela est représenté sur la figure 5, de manière que son extrémité libre s'écarte de la paroi d'appui du clapet anti-retour, même quand celui-ci est en position fermée. De la sorte, le clapet anti-retour 72 permet une faible fuite de carburant depuis la chambre de blocage 58 dans le conduit d'évacuation 32.
  • On se réfère désormais à la figure 6 sur laquelle on a représenté un détail 74 d'un injecteur selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.
  • Sur cette figure, on note que le cylindre 56, solidaire du corps d'injecteur 12, est réalisé dans le bouchon 33 fermant la seconde cavité supérieure 18 ménagée dans le corps d'injecteur 12.
  • Le premier conduit 60, permettant la communication de fluide entre la chambre de blocage 58 et la seconde cavité supérieure 18 est réalisé dans le piston 54.
  • Par ailleurs, la chambre de blocage 58 est en communication de fluide avec l'extérieur du corps d'injecteur 12 au moyen d'un conduit d'évacuation de la chambre 76 distinct du conduit d'évacuation 32 qui met en communication de fluide la seconde cavité supérieure 18 directement avec l'extérieur du corps d'injecteur 12.
  • De manière analogue au détail 68 du troisième mode de réalisation de l'invention présenté à la figure 5, des clapets anti-retour 70, 72 sont montés à l'intérieur de la chambre de blocage 58 de manière à sélectivement obturer la communication de fluide entre la chambre de blocage 58 et la seconde cavité supérieure 18, ou l'extérieur du corps d'injecteur 12, respectivement.
  • Le fonctionnement de cet injecteur selon le quatrième mode de réalisation de l'invention est identique au fonctionnement de l'injecteur dont un détail est représenté à la figure 5.
  • Cependant, du fait que la chambre de blocage 58 est en communication de fluide avec l'extérieur du corps d'injecteur 12 au moyen d'un conduit d'évacuation de la chambre 76 distinct du conduit d'évacuation 32 de la seconde cavité supérieure 18, on obtient une meilleure évacuation du carburant présent dans cette seconde cavité supérieure au moyen d'un conduit d'évacuation 32 de section de passage plus importante. On évite ainsi avantageusement toute montée de pression dans la seconde cavité supérieure 18 qui pourrait endommager l'injecteur 74 selon l'invention ou en dégrader le fonctionnement.
  • Selon des variantes de l'injecteur 74 selon le quatrième mode de réalisation de l'invention, qui peuvent être combinées :
    • l'injecteur est dépourvu de clapet anti-retour 70, 72 apte à obturer le premier conduit et le conduit d'évacuation de la chambre, respectivement ;
    • le premier conduit 60 est percé dans le bouchon 33 de l'injecteur ;
    • la chambre de blocage 58 et le premier conduit 60 contiennent initialement une graisse soluble dans le carburant, de manière à éviter la formation de bulles d'air dans la chambre de blocage 58 et/ou dans le premier conduit 60.
  • Le mode de fonctionnement de toutes ces variantes d'injecteur ne varie cependant pas de manière significative par rapport au mode de fonctionnement de l'injecteur tel que décrit ci-avant.
  • On se réfère désormais à la figure 7 sur laquelle on a représenté un détail 110 d'un injecteur selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.
  • Ce mode de réalisation de l'invention se distingue du troisième mode de réalisation de l'invention en cela que les moyens de pilotage des moyens de blocage comportent des moyens d'obturation, en l'espèce du type électrovanne 112, sélectivement activables qui sont montés dans un conduit d'évacuation unique 32 de la chambre de blocage 58. Grâce à ces moyens d'obturation sélectivement activables du conduit d'évacuation 32, on pilote de manière très efficace les moyens de blocage de l'ensemble portant la tige, ce blocage pouvant être commandé pendant les phases d'injection alors que le ressort 30 agit sur l'ensemble portant la tige de manière à tendre à déplacer cet ensemble portant la tige à haute vitesse.
  • Selon d'autres variantes de ce mode de réalisation, les moyens d'obturation du conduit d'évacuation sont réalisés au moyen d'un tube à forte perméabilité magnétique délimitant le conduit d'évacuation, d'un solénoïde entouré autour de ce tube à forte perméabilité magnétique et d'un clapet souple en acier qui est plaqué contre le tube lorsque le solénoïde est alimenté en courant.
  • Bien évidemment, l'invention ne se réduit pas aux modes de réalisation décrits ci-avant à titre d'exemple non limitatif. En effet, de nombreuses variantes de l'invention sont possibles sans sortir du cadre de l'invention.
  • En particulier, on peut disposer un dispositif actif du type vanne de manière à obturer le conduit d'évacuation 32 unique quel que soit le mode de réalisation de l'invention mis en oeuvre, tant que celui-ci présente un unique conduit d'évacuation 32.

Claims (9)

  1. Injecteur de carburant pour moteur à combustion interne comportant
    - un corps d'injecteur (12) formant notamment une buse (14) terminée par un orifice d'injection (23),
    - des moyens d'obturation de l'orifice d'injection (23) du corps d'injecteur (12), les moyens d'obturation comportant un ensemble (28) portant une tige vibrante (24), terminée à une extrémité par une tête d'obturation (26) de l'orifice d'injection (23),
    - des moyens de mise en vibration longitudinale cyclique de la tige (24) et/ou de la buse (14) de manière à alternativement ouvrir et fermer l'orifice d'injection
    - des moyens de rappel (30) des moyens d'obturation en position d'obturation de l'orifice d'injection (23), les moyens de rappel (30) coopérant avec l'ensemble portant la tige (28),
    - des moyens de blocage de l'ensemble (28) portant la tige (24) par rapport au corps de l'injecteur (12) comportant un piston (54) monté coulissant dans un cylindre (56), le piston (54) et le cylindre (56) définissant une première chambre de blocage (58) destinée à être remplie par du carburant à basse pression, le piston (54) et le cylindre (56) étant l'un fixe par rapport au corps d'injecteur (12) et l'autre fixe par rapport à l'ensemble (28) portant la tige (24), et
    - des moyens de pilotage des moyens de blocage pour commander sélectivement les moyens de blocage en fonction de la vitesse de déplacement de l'ensemble (28) portant la tige (24).
    - une cavité (18) qui est séparée de la première chambre de blocage (58) par le piston (54) et qui est destinée à contenir du carburant basse pression provenant de fuites, caractérisé en ce que les moyens de pilotage comportent un premier conduit (60) de faible section de passage qui met en communication de fluide la première chambre de blocage (58) avec la cavité (18).
  2. Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de pilotage sont de l'un des types comprenant le type passif et le type actif.
  3. Injecteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit premier conduit (60) est réalisé au moyen d'un usinage ajusté dudit piston (54) par rapport à ladite cavité (18).
  4. Injecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de pilotage comportent en outre un second conduit (32 ; 76) qui met la première chambre de blocage en communication de fluide avec l'extérieur de l'injecteur.
  5. Injecteur selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'obturation du premier conduit (60) et/ou des moyens d'obturation du second conduit (32 ; 76) et des moyens dé commande des moyens d'obturation du premier conduit (60) et/ou des moyens de commande des moyens d'obturation du second conduit (32 ; 76).
  6. Injecteur selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que il est prévu en outre un conduit d'évacuation (32) de la cavité (18) mettant en communication de fluide la cavité (18) directement avec l'extérieur de l'injecteur.
  7. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première chambre de blocage (58) est remplie de carburant.
  8. Injecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble (28) portant la tige (24) comprend un dispositif actif comprenant notamment, dans un boîtier (44) solidaire de la tige (24), les moyens de mise en vibration de la tige.
  9. Injecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mise en vibration de la tige comportent un empilement d'éléments aptes à se déformer de manière à déformer la buse (14) de l'injecteur, l'ensemble (28) portant la tige (23) étant constitué d'une masse.
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