EP3209877B1

EP3209877B1 - Injecteur de carburant

Info

Publication number: EP3209877B1
Application number: EP15784621.3A
Authority: EP
Inventors: Ludovic Sauvetre; Richard Denis Jacques Alain Enters
Original assignee: Delphi Technologies IP Ltd
Current assignee: Delphi Technologies IP Ltd
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: WO2016062639A1; JP6701212B2; EP3209877A1; FR3027350B1; JP2017531765A; FR3027350A1

Description

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention est relative à un injecteur de carburant pourvu d'un moyen de réduction des fuites dynamiques.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION

Un injecteur de carburant comprend classiquement une aiguille pilotée en ouverture et en fermeture en fonction du différentiel de pression entre une chambre de contrôle et la buse d'injection. Dans la chambre de contrôle, la pression est fonction de la position d'une électrovanne de contrôle deux-voies, ou vanne tout-ou-rien, commutant entre une position ouverte et une position fermée. Lorsque l'électrovanne est en position fermée, le carburant à haute pression peut entrer dans la chambre de contrôle et solliciter l'aiguille vers la position fermée et, lorsque l'électrovanne commute en position ouverte le carburant préalablement prisonnier de la chambre de contrôle peut sortir via un canal de décharge permettant à la pression dans la chambre de contrôle de diminuer. Pendant ce temps d'ouverture de l'électrovanne, le carburant à haute pression continue d'entrer dans la chambre de contrôle mais ne fait qu'y passer car il en ressort directement via le canal de décharge. Il est connu de maitriser cette fuite dynamique dans les injecteurs pourvus d'électrovanne trois-voies, tel que dans EP2711537 mais, dans les injecteurs ayant une vanne deux voies, cette fuite dynamique demeure une perte d'énergie.
Un autre injecteur de carburant est connu de FR2748529A1 et WO2010088781 A1 .

RESUME DE L'INVENTION

La présente invention se propose de résoudre au moins partiellement ces problèmes en proposant un injecteur de carburant selon la revendication 1.
Dans un exemple, le piston comprend une embase élargie surmontée d'un corps cylindrique de plus petit diamètre. La face inférieure de ladite embase est agencée en regard de l'aiguille et, la face de jonction entre l'embase et le corps forme une face d'étanchéité coopérant avec un siège pourvu dans le corps d'injecteur. En position fermé du piston la face d'étanchéité et le siège sont en contact étanche interdisant l'entrée de carburant haute pression dans la chambre de contrôle et, en position ouverte du piston la face d'étanchéité et le siège s'éloignent laissant passer entre elles du carburant à haute pression.
Selon cet exemple, le piston est de plus pourvu d'un canal débouchant mettant en permanence en communication de fluide la chambre de contrôle et la seconde chambre de contrôle. Ledit canal peut être un canal axial. De plus, ledit canal débouchant peut être pourvu d'une restriction de section générant une chute de pression de sorte que la pression dans la chambre de contrôle soit supérieure à la pression dans la seconde chambre de contrôle.
De plus, le piston peut être pourvu d'un canal calibré s'étendant radialement entre la face cylindrique extérieure du corps cylindrique et ledit canal débouchant de sorte à établir une communication hydraulique entre l'alimentation haute pression et la seconde chambre de contrôle.
Plus particulièrement, la barrière est une lèvre circulaire et fermée, le premier canal débouchant dans la partie centrale et, le second canal débouchant dans la partie extérieure.
Dans une alternative audit mode de réalisation, l'injecteur est pourvu d'un dispositif permettant de générer sur l'aiguille une force de fermeture dirigée vers la pointe de l'aiguille, supérieure à la force d'ouverture dirigée vers la tête de l'aiguille de sorte que, la pression du carburant injecté lorsque l'aiguille est en positon ouverte est égale à la pression d'entrée du carburant dans l'injecteur.
Ledit dispositif consiste en un piston dont la section transversale est supérieure à la section transversale de l'aiguille de sorte que le carburant sous pression entrant dans la seconde chambre de contrôle exerce sur ledit piston une force augmentée.
Dans un mode particulier, le piston est dimensionné de façon à entrer en contact avec la tête d'aiguille dès que le piston commence à se déplacer vers la position ouverte. La force augmentée exercée par le carburant à haute pression dans la seconde chambre de contrôle est alors intégralement transmise à l'aiguille de sorte que l'aiguille subit une force de fermeture d'intensité supérieure à la force d'ouverture exercée par le carburant au niveau de la pointe de l'aiguille.

DESCRIPTION DES FIGURES

Un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit par l'intermédiaire des figures suivantes :

La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un injecteur pourvu d'un moyen de réduction de la fuite dynamique selon l'invention.
La figure 2 est un détail magnifié en coupe axiale de la région de l'injecteur comprenant ledit moyen réalisé selon un premier mode de réalisation.
La figure 3 est similaire à la figure 2 dans une vue encore plus détaillée du moyen.
La figure 4 est un détail vue de dessus du moyen des figures 2 et 3.
La figure 5 est une vue isométrique d'un piston mobile du moyen des figures 2 à 4.
La figure 6 est une coupe axiale du piston de la figure 5.
La figure 7 est une coupe axiale d'une alternative au premier mode de réalisation des figures 2 à 5.
La figure 8 est un détail magnifié en coupe axiale de la région de l'injecteur comprenant ledit moyen réalisé selon un exemple.
La figure 9 est similaire à la figure 8 dans une vue encore plus détaillée.
La figure 10 est une vue isométrique du piston mobile du moyen des figures 8 et 9.
La figure 11 est un graphe schématique de fonctionnement du moyen de réduction de la fuite dynamique, quel que soit son mode de réalisation.

DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PRÉFÉRÉS

La figure 1 est une coupe axiale d'un injecteur de carburant 10 qui s'étend selon un axe longitudinal A1 depuis une tête 12 d'injecteur, dessinée en haut de la figure, jusqu'à une buse d'injection 14, dessinée en bas de la figure.
Pour une simple raison de clarté de la description, l'orientation arbitraire de la figure 1 sera utilisée aussi, des termes tels que « haut, bas, au-dessus ou en-dessous » pourront être utilisés sans que cela ne limite ni la description ni la portée de l'invention.
L'injecteur 10 comprend la tête 12 dans laquelle sont agencées une bouche d'entrée 16 haute pression et, partiellement visible uniquement, une bouche de sortie 18 basse pression. La tête d'injecteur 12 est solidaire d'un corps d'actionneur 20, lui-même solidarisé par un écrou d'injecteur 22 à une vanne de contrôle 24, un guide haut 26 et au corps 28 de la buse d'injection 14.
Le corps d'actionneur 20 est globalement cylindrique de révolution d'axe longitudinal A1 et s'étend depuis la tête 12 jusqu'à une face inférieure 30. Il est de plus pourvu, sur sa face cylindrique extérieure au voisinage de ladite face inférieure 30, d'un filetage mâle 32 prévu pour l'engagement complémentaire par vissage du filetage femelle 34 de l'écrou d'injecteur 22 et, il est encore pourvu d'un alésage intérieur 36 cylindrique s'étendant selon un second axe A2, parallèle à l'axe longitudinal A1 mais légèrement décalé par rapport à celui-ci. L'alésage 36 débouche dans la face inférieure 30 et, dans l'alésage 36 est agencée fixe la bobine 38 d'un électroaimant 40 qui en partie basse affleure avec la face inférieure 30 du corps d'actionneur 20. De la bobine 38 partent en direction de la tête d'injecteur 12 des moyens de connexion électrique 42, tels des câbles. Ces moyens 42 s'étendent dans un conduit spécifique jusqu'à un connecteur 44 pourvu de terminaux permettant la connexion de la bobine 38 vers une unité de commande extérieure non représentée. La bobine 38 est elle-même pourvue d'un alésage central 46 dans lequel est agencé un ressort de vanne 48.
La vanne de contrôle 24 comprend un corps de vanne 50 cylindrique de révolution d'axe longitudinal A1 s'étendant entre une face supérieure 52 et une face inférieure 54 et pourvu d'un alésage axial 56 comprenant deux tronçons coaxiaux selon le second axe A2, le premier tronçon débouchant dans ladite face supérieure 52 est un large et peu profond lamage formant une chambre basse pression 58, du centre du fond 60 de laquelle s'étend en direction de la face inférieure 54 le second tronçon formant un alésage distributeur hydraulique 62. Dans cet alésage distributeur 62, axialement A2 borgne, plusieurs arrivées de canaux débouchent latéralement. L'ensemble des canaux et conduits dont est pourvu l'injecteur 10 sera détaillé plus avant.
Par ailleurs, l'injecteur représenté sur la figure 1 et sur lequel s'appuie cette description n'est qu'un exemple non limitatif et, de nombreuses alternatives de constructions existent et seront mentionnées cependant, les alternatives qui seraient omises ne sauraient être exclues de la portée conférée par les revendications. Par exemple, il vient d'être précisé que l'axe longitudinal A1 et le second axe A2 sont distincts et parallèles. Ce désaxage, introduit dans le brevet EP1693563 , présente de nombreux avantages mais n'est pas impératif et, des injecteurs dans lesquels les deux axes sont confondus existent et peuvent sans difficultés bénéficier des enseignements de la présente invention.
La vanne de contrôle 24 comprend de plus un ensemble armature-tige 64 comprenant une armature magnétique 66 et une tige de vanne 68 agencé mobile dans l'alésage axial 54. L'armature 66 a la forme générale d'un disque épais qui se place dans la chambre basse pression 58 et, la tige de vanne 68 est un arbre cylindrique comprenant des tronçons de diamètres différents et dont une extrémité est enchâssée et sertie au centre du l'armature 66. Ainsi fixée, la tige de vanne 68 s'étend perpendiculairement à l'armature 66 et s'agence en un ajustement juste-glissant dans l'alésage distributeur 62. La tige de vanne 68 est coulissante directement dans l'alésage distributeur 62 ou bien, alternativement tel que représenté sur la figure 2, dans une douille cylindrique 70 radialement percée d'au moins un trou radial, la douille 70 étant insérée serrée dans l'alésage distributeur 62.
Tel que représenté, la bobine 38, son alésage central 46, le ressort de vanne 48, l'alésage axial 56 du corps de vanne, l'armature magnétique 66 et la tige de vanne 68 sont coaxiaux s'étendant selon le second axe A2. Le ressort de vanne 48, comprimé entre le fond de l'alésage central 46 de la bobine et la tige de vanne 68 dont la tête affleure au centre de l'armature 66, sollicite en permanence l'ensemble armature-tige 64 vers une position éloignée de la bobine 38, position nommée position fermée de la vanne PFV en opposition à une position proche de la bobine nommée position ouverte de la vanne POV.
La buse d'injection 14 comprend quant à elle le corps de buse 28, le guide haut 26, une aiguille 72 et un ressort d'aiguille 74. Dans l'exemple décrit le corps de buse 28 et le guide haut 26 sont deux pièces distinctes. Dans une alternative non représentée, des injecteurs dont le corps de buse intègre le guide haut existent et peuvent tout aussi bien bénéficier de la présente invention.
Le corps de buse 28 a une paroi 76 cylindrique fuselée s'étendant selon l'axe longitudinal A1 depuis une face supérieure 78 en un premier tronçon large 80 et un second tronçon plus étroit 82 se refermant en pointe à son extrémité basse. Les faces extérieures des deux tronçons 80, 82, se raccordent selon une face discale transversale 84 contre laquelle l'écrou d'injecteur 22 prend appui.
Par homothétie avec les faces extérieures, la paroi 76 définit un espace intérieur 86 continu divisé en une large chambre cylindrique 88, située dans le premier tronçon 80 et, une chambre étroite 90, située dans le second tronçon 82.
La large chambre cylindrique 88 débouche dans la face supérieure 78 en formant un lamage haut 92 adapté à recevoir et à positionner le guide haut 26.
La chambre étroite 90 définit en une partie de sa paroi cylindrique latérale un guide de coulissement bas 94 et, l'extrémité de la chambre étroite 90 se referme similairement au second tronçon 82 en un cône femelle formant un siège 96 de corps de buse circonvenant une pluralité de trous d'injections 98 traversant la paroi 76 du corps de buse.
Le guide haut 26 est, dans l'exemple non limitatif décrit, une pièce indépendante cylindrique de révolution s'étendant selon l'axe longitudinal A1 depuis une face supérieure 100 transversale et comprend un large cylindre supérieur 102 puis un étroit cylindre inférieur 104, les deux cylindres 102, 104, se rejoignant en une face d'épaulement 106. Le guide haut 26 comprend de plus un alésage axial débouchant 108 traversant de part en part les deux cylindres 102, 104, l'alésage 108 définissant en partie inférieure, située dans l'étroit cylindre 104, un guide de coulissement haut 110 et, en partie supérieure située dans le large cylindre 102, une chambre de contrôle 112 dans laquelle est agencé un piston mobile 114 maintenant décrit.
Ledit piston mobile 114, particulièrement détaillé sur les figures 4, 5 et 6, s'étend axialement entre une face supérieure 116 à une face inférieure 118, la face supérieure 116 étant pourvue d'un bossage s'élevant légèrement au-dessus de ladite face supérieure 116, bossage au centre duquel est réalisé un logement concave haut 120 de sorte que ledit bossage circonvient l'ouverture du logement haut 120 en formant une lèvre périphérique circulaire 122. Au centre de sa face inférieure 116, le piston 114 est également pourvu d'un logement concave bas 124.
Les logements haut 120 et bas 124 sont des trous de centrage fonctionnels pour un mode d'usinage particulier. Dans une alternative non représentée correspondant à un mode de réalisation différent ces logements pourraient ne pas être réalisés.
Le piston 114 est de plus pourvu sur sa face cylindrique latérale d'une gorge annulaire 126 ainsi que d'un premier canal 128 joignant la gorge 126 à l'intérieur du logement haut 120, l'ouverture dudit premier canal 128 étant donc à l'intérieur de la lèvre 122 et, ainsi que d'un second canal 130 joignant l'intérieur du logement bas 124 à la face supérieure 116, l'ouverture supérieure dudit second canal 130 étant à l'extérieur de la lèvre 122.
L'aiguille 72, ainsi dénommée par les professionnels en référence à sa forme générale, est un arbre cylindrique allongé s'étendant depuis une tête d'aiguille 132 jusqu'à une pointe conique 134 définissant un siège d'aiguille 136. Telle que particulièrement visible sur les figures 2 et 3, la tête d'aiguille 132 est pourvue d'une petite protubérance cylindrique 138 raccordée au corps de l'aiguille par un épaulement d'appui 140, le corps de l'aiguille formant en cette partie de tête un guide d'aiguille haut 142 et, à l'opposé de la tête 116 à proximité de la pointe 134, l'aiguille 72 dispose d'une partie plus large formant un guide d'aiguille bas 144.
Ainsi que cela est représenté sur les figures, le corps de buse 28 reçoit en son lamage haut 92 la partie cylindrique large 102 du guide haut 26, la partie étroite 104 s'étendant dans la large chambre 88 du corps de buse 28. La face d'épaulement 106 du guide haut est en appui étanche contre le fond du lamage haut 92 et, le guide haut 26 est radialement maintenu par le rebord intérieur du même lamage 92.
Le guide haut 26 étant ainsi mis en place, le guide de coulissement haut 110 et le guide de coulissement bas 92 sont coaxiaux selon l'axe longitudinal A1 et reçoivent l'aiguille 72 de manière complémentaire, le guide d'aiguille haut 142 coulissant dans le guide de coulissement haut 110 et, le guide bas 144 coulissant dans le guide de coulissement bas 92 du corps de buse. Au-dessus de la tête d'aiguille 116 le ressort d'aiguille 74 est comprimé dans la chambre de contrôle 112 entre l'épaulement d'appui 104, solidaire de l'aiguille 72, et la face inférieure 118 du piston mobile 114.
La face supérieure 100 du guide haut est maintenue en contact surfacique étanche contre la face inférieure du corps de vanne 54 et, la face supérieure 52 du corps de vanne est elle-même en contact surfacique étanche contre la face inférieure 30 du corps d'actionneur. Cet empilement solidaire et étanche est rendu possible grâce à l'écrou d'injecteur 22 qui, enfilé autour du second tronçon étroit 82 du corps de buse 28 prend appui contre la face discale 84 du même corps de buse et s'étend axialement selon l'axe longitudinal A1 de sorte à enfermer le guide haut 26 et la vanne de contrôle 24 jusqu'à se visser sur le corps d'actionneur 20 grâce aux filetages complémentaires 32, 34 préalablement décrits. Les étanchéités surfaciques sont assurées d'une part grâce à la qualité miroir de l'état des surfaces en contact et d'autre part grâce au couple de serrage suffisamment important de l'écrou 22 qui engendre une compression forte entre le bas du corps d'actionneur, le corps de vanne, le guide haut et le corps de buse.
Dans l'injecteur 10, il a été décrit précédemment que l'ensemble armature-tige 64, bien que sollicité par le ressort de vanne 48, peut de déplacer axialement selon le second axe A2 entre la position fermée de vanne PFV, ou position basse dans laquelle l'ensemble armature-tige 64 est éloigné de la bobine 38 et, la position ouverte de vanne POV, ou position haute dans laquelle l'ensemble armature-tige 64 est proche de la bobine 38. De manière similaire, bien que sollicité par le ressort d'aiguille 74, l'aiguille 72 peut se déplacer axialement selon l'axe longitudinal A1 entre une position fermée d'aiguille PFA, également communément dénommée position basse dans laquelle le siège d'aiguille 136 est en contact étanche contre le siège 96 du corps de buse de sorte à empêcher toute injection de carburant et, une positon ouverte d'aiguille POA, ou position haute dans laquelle le siège d'aiguille 136 est éloigné du siège 96 du corps de buse de sorte à permettre le passage et l'injection de carburant. De même, le piston mobile 114, également sollicité par le ressort d'aiguille 74, peut se déplacer axialement selon l'axe longitudinal A1 entre une position ouverte du piston POP, ou position basse dans laquelle la lèvre périphérique 122 est éloignée de la face inférieure 54 du corps de vanne et, une position fermée du piston PFP, ou position haute dans laquelle la lèvre périphérique 122 est en contact étanche contre la face inférieure 54 du corps de vanne.
L'injecteur 10 est de plus pourvu de canaux et conduits comprenant des tronçons complémentaires entre les éléments de l'injecteur, ces canaux et conduits forment un circuit haute pression 146 et un circuit de retour basse pression 148 dans lesquels, en utilisation du carburant circule.
Le circuit haute pression 146 comprend un premier conduit principal 150, s'étendant dans le corps d'actionneur 20 entre la bouche d'entrée 16 et la face inférieure 30 du corps d'actionneur, le conduit principal 150 étant prolongé par un second conduit 152 traversant le corps de vanne 50 puis, par un troisième conduit 154 traversant la partie cylindrique large 102 du guide haut, ledit troisième conduit 154 débouchant dans la face d'épaulement 106 du guide haut entre la partie étroite 104 et la face latérale intérieure de la paroi 76 du corps de buse, et s'ouvrant dans la large chambre 88 du corps de buse 28. Le circuit haute pression 146 se poursuit ensuite dans l'espace intérieur 86 du corps de buse jusqu'aux trous d'injection 98. Le circuit haute pression 146 comprend de plus un quatrième conduit 156 pourvu dans le guide haut 26 et joignant ladite face d'épaulement 106 à l'intérieur de l'alésage axial 108 où il s'ouvre dans l'espace annulaire définit par la gorge annulaire 126 du piston 114.
On comprend alors que du carburant à haute pression entrant par la bouche d'entrée 16 et circulant dans le circuit haute pression 114 arrive dans l'espace de la gorge annulaire 126 puis s'écoule dans le premier canal 128 du piston 114 et remplisse le logement concave haut 120.
En position ouverte du piston POP, le carburant à haute pression peut suivre le parcours indiqué par la flèche F1 sur la figure 3. Depuis le logement haut 120, il passe au-dessus de la lèvre 122, entre ladite lèvre 122 et la face inférieure 54 du corps de vanne, puis s'écoule dans le second canal 130 du piston de sorte à aller remplir la chambre de contrôle 112.
Par contre, en positon fermée du piston PFP le carburant à haute pression sorti du premier canal 128 et ayant rempli le logement concave haut 120 ne peut pas franchir la lèvre 122 qui est en contact étanche contre la face inférieure 54 du corps de vanne.
Le circuit de retour basse pression 148 comprend quant à lui un conduit d'évacuation 158 pourvu dans le corps de vanne et esquissé de manière semi-transparente dans les figures 2 et 3. Ce conduit d'évacuation 158 s'étend de la face inférieure 54 du corps de vanne où il s'ouvre sur la partie extérieure de l'alésage axial 108 du guide haut, à l'extérieure de la lèvre 122 du piston 114, et il s'étend jusqu'à déboucher dans l'alésage distributeur hydraulique 62. Cet espace compris entre l'extérieure de la lèvre 122 du piston 114 et la face inférieure 54 du corps de vanne, espace dans lequel débouche le conduit d'évacuation 158 forme une seconde chambre de contrôle 160. Tel que cela est représenté, le conduit d'évacuation est réalisé en un premier tronçon court 162 débouchant sous le corps de vanne 50, se connectant perpendiculairement à un second tronçon 164 plus long allant en ligne droite jusqu'à l'alésage 62. Pour des raisons de faisabilité, le second tronçon 164 débouche dans la face inférieure 54 du corps de vanne mais cette extrémité est obturée au montage par la face supérieure 100 du guide haut.
Le circuit de retour 148 se poursuit ensuite dans l'alésage distributeur hydraulique 62, voire au travers des trous de la douille 70, puis en remontant vers la chambre basse pression 58 de laquelle ledit circuit 148 se poursuit en empruntant un conduit principal de retour 166, non représenté, qui s'étend dans le corps d'actionneur 20 en parallèle du conduit principal haute pression 150 depuis la face inférieure 30 jusqu'à la bouche de sortie 18.
Le circuit de retour 148 comprend de plus un conduit de récupération de la fuite de vanne, ledit conduit également représenté de manière semi-transparente sur la figure 2, s'étend radialement dans le corps de vanne 50 depuis le fond de l'alésage axial 56 jusqu'à rejoindre la paroi cylindrique latérale du corps de vanne où le conduit de récupération débouche dans un espace annulaire compris entre ladite paroi latérale et l'écrou d'injecteur 22, pour ensuite rejoindre à nouveau la chambre basse pression 58 et le conduit principal de retour 166.
On comprend alors lorsque le piston 114 est en position fermée PFP, ou position haute dans laquelle la lèvre 122 est en contact étanche contre la face inférieure 54 du corps de vanne, le carburant situé dans la chambre de contrôle 112 sorte de celle-ci en remontant par le second canal 130 du piston puis puisse continuer dans le circuit de retour 148 en passant successivement par les deux tronçons 162, 164, du conduit d'évacuation.
Le fonctionnement général de l'injecteur 10 et les différents déplacements des pièces mobiles est maintenant décrit.
Dans un premier temps la bobine 38, n'est pas alimentée électriquement, elle ne créée pas de champ magnétique et n'attire donc pas l'armature magnétique 66. Le ressort de vanne 48 repousse l'ensemble armature-tige 64 en position fermée PFV, position dans laquelle la tige de vanne 68 obture la communication hydraulique entre l'alésage axial 56 et la chambre basse pression 58 et interdit ainsi au carburant de rejoindre le circuit de retour 148. Le carburant à haute pression entrant en permanence dans l'injecteur, en absence d'évacuation la pression augmente dans les deux tronçons 162, 164, du conduit d'évacuation du corps de vanne et notamment au-dessus du piston 114 dans la seconde chambre de contrôle 160. Le piston mobile 114 est donc repoussé vers le bas en position ouverte POP et, comme cela a été décrit précédemment, le carburant à haute pression peut entrer dans la chambre de contrôle 112 où la pression augmente et repousse l'aiguille 72 vers le bas, en position fermée PFA. De part et d'autre du piston 114 la pression est alors équilibrée. L'aiguille 72 se déplace en fonction d'un différentiel de pression entre la tête et la pointe de l'aiguille. Ainsi lorsque la pression augmente dans la chambre de contrôle 112, pour que l'aiguille 72 de déplace vers le bas il est nécessaire de pourvoir l'injecteur 10 d'un dispositif faisant chuter la pression du côté de la pointe. L'homme du métier connait des injecteurs dont le circuit haute pression est pourvu d'un orifice calibré agencé entre l'entrée dans la chambre de contrôle et les trous d'injection. Une telle fonction peut également être réalisée au moyen d'une collerette, également dénommé en anglais « boostflange » ou encore « NMC - needle motion control », solidaire de l'aiguille et ne laissant qu'un petit passage au flux de carburant haute pression, ledit passage générant la chute de pression souhaitée du côté de la pointe.
Dans un second temps, la bobine 38 est électriquement alimentée, elle génère alors un champ magnétique qui attire l'armature 66 qui, malgré la sollicitation du ressort de vanne 48, remonte et s'approche de la bobine 38 en position ouverte de la vanne POV. Le carburant préalablement prisonnier du conduit d'évacuation 162, 164, peut s'évacuer vers la chambre basse pression 58 et le conduit principal de retour 16. Cette évacuation rapide crée une dépression dans la seconde chambre de contrôle 160, dépression qui attire le piston vers le haut, le piston mobile 114 se plaçant alors en position fermée PFP, la lèvre 122 venant en contact étanche contre la face inférieure 54 du corps de vanne. Comme cela a été décrit précédemment, le carburant à haute pression ne peut plus sortir du logement haut 120 du piston et, celui qui est prisonnier de la chambre de contrôle 112 peut sortir via le second canal 130, contourner la lèvre 122 et rejoindre le conduit d'évacuation 162, 164, puis le circuit de retour.
La figure 11 est un graphique à deux dimensions représentant de manière schématique la courbe des évolutions de la pression dans la chambre de contrôle 112, en fonction du temps. Au-dessus de la courbe un tableau indique les positions dans lesquelles se placent l'ensemble armature-tige 64, le piston mobile 114 et l'aiguille 72.
Le point P1, intersection de la courbe avec l'axe des ordonnées, axe des pressions, marque l'instant où la bobine 38 commence à être alimentée, l'ensemble armature-tige 64 se déplace alors en position ouverte POV alors que la pression dans la chambre de contrôle 112 est encore haute et que l'aiguille 72 est en position fermée PFV. À partir du point P1, le piston se place en positon fermée PFP et la pression dans la chambre de contrôle 112 diminue jusqu'au moment où l'aiguille remonte en position ouverte POA.
Le point P2 suivant marque l'instant où l'alimentation électrique de la bobine 38 est interrompu, l'ensemble armature-tige 64 étant immédiatement repoussé par le ressort de vanne 48 en position fermée PFV alors que la pression dans la chambre de contrôle 112 est encore basse et que l'aiguille 72 est en position ouverte POA. Très peu après le point P2, le piston se place en positon ouverte POP et la pression dans la chambre de contrôle 112 ré-augmente jusqu'au point où l'aiguille redescend en position fermée PFA.
Le cycle recommence et les points P3 et P4 suivants sont similaires respectivement aux points P1 et P2.
Une alternative au premier mode de réalisation est maintenant décrite en relation avec la figure 7. Dans cette alternative, le piston 114 a un diamètre extérieur nettement supérieur au diamètre de l'aiguille 72. Tel que cela est représenté, le logement inférieur 124 de la face inférieure 118 du piston peut être agrandit en un lamage de dimensions suffisantes pouvant recevoir la tête 132 de l'aiguille et le ressort 74. L'agencement d'un tel piston 114 demande à l'évidence que l'extrémité supérieure débouchant de l'alésage axial du guide haut 108 soit lui-même agrandit pour y recevoir le nouveau piston élargit. L'intérêt de cette alternative de réalisation apparaît dans l'explication de fonctionnement. Lorsque l'aiguille 72 est en position ouverte POA, position haute, et que la bobine 38 n'est pas alimentée, la vanne se referme PFV et la pression commence à remonter dans la seconde chambre de contrôle 160 juste au-dessus de la face supérieure 116 du piston. Cette face ayant une aire plus étendue, la force générée par la pression sur le piston 114, force proportionnelle à la surface sur-laquelle s'exerce la pression, est plus grande que la force du dans le premier mode de réalisation et, le piston 114 commence à de déplacer vers le bas en position ouverte POP plus tôt que dans le premier mode réalisation ce qui assure un plus prompt déplacement vers le bas de l'aiguille 72 vers la position fermée PFA.
De plus, compte tenu du nouvel agencement du logement bas 124 recevant la tête et le ressort d'aiguille, les dimensions peuvent aisément être choisies de sorte que dès que le piston 114 commence à de déplacer vers le bas il entre en contact mécanique avec la tête d'aiguille et alors, la force axiale qui s'exerce sur la face supérieure 116 du piston est intégralement transmise à l'aiguille 72. Alternativement, et sans entrer en contact, la force axiale peut être transmise par pression hydraulique exercée sur la tête de l'aiguille. La haute pression agit maintenant sur l'aiguille 72 en générant sur la tête une force axiale de fermeture dirigée vers la pointe et, sur la pointe une force axiale d'ouverture d'intensité plus faible dirigée vers la tête. Ces forces antagonistes sont déséquilibrées, puisque les surfaces de l'aiguille soumises à la haute pression sont inégales, la face supérieure du piston étant la plus grande. Il est donc alors possible de concevoir des injecteurs 10 dépourvus de dispositif faisant artificiellement chuter la pression du côté de la pointe, tel l'orifice calibré ou la collerette mentionnés plus avant. Effectivement, plutôt que de faire chuter la pression et la force correspondante à la pointe de l'aiguille, ce qui correspond à une perte énergétique, il apparaît maintenant que le piston élargit permet d'augmenter la force sur la tête d'aiguille sans aucune perte d'énergie, la pression du carburant injecté par les trous d'injection 98 étant la pression à laquelle le carburant entre dans l'injecteur 10 sans qu'il y ait de volontaire perte de pression.
Un exemple est maintenant décrit en référence aux figures 8, 9, et 10, principalement par voies de différences avec le premier mode de réalisation précédemment décrit et, en conservant tant que faire se peut les signes et numéros des références déjà utilisés.
Lesdites différences sont des différences structurelles qui se concentrent sur le guide haut 26 et le piston mobile 114, le fonctionnement général de l'injecteur 10 réalisé selon ce second mode de réalisation restant identique à celui du premier mode précédemment décrit.
La différence principale réside en la forme de l'alésage axial 108 du guide haut et celle du piston mobile 114. L'alésage 108 est réalisé en un tronçon haut 170 servant uniquement de guide de coulissement au piston 114, ledit tronçon haut 170 étant de plus faible diamètre que le tronçon bas qui forme le guide de coulissement haut 110 dans lequel s'agence la tête de l'aiguille 132. Les deux tronçons 170, 110, sont reliées par une surface discale de liaison 172 qui peut, comme cela est représenté sur les figures être légèrement conique.
Le piston mobile 114 comprend un corps cylindrique 174, agencé coulissant dans le tronçon haut 170 de l'alésage axial 108, une collerette basse 176 agencée dans la chambre de contrôle 112 et un épaulement de raccordement 178 entre la collerette 176 et le corps 174 du piston. Le piston est de plus pourvu d'un orifice axial débouchant 180 qui, selon l'alternative représentée, comprend une restriction de section 182. De plus, selon l'alternative représentée, le piston 114 est pourvu d'un petit canal calibré 184 s'étendant radialement et joignant la face extérieur du piston 114 à l'orifice axial 180. Ce canal calibré 184 établit une liaison hydraulique permanente entre l'arrivée à haute pression et ledit orifice axial 180.
Lorsque le piston 114 est en position dans le guide haut 26, le quatrième conduit haute pression 156 débouche dans l'alésage axial 108 juste au-dessus de la collerette 176. Le piston mobile 114 peut, à l'instar de la description précédente, se déplacer entre une position haute ou position fermée PFP dans laquelle l'épaulement 178 du piston est en contact étanche contre la surface discale 172 de l'alésage et, une position basse, ou position ouverte POP dans laquelle l'épaulement 178 et la surface discale 172 sont éloignées l'une de l'autre.
À l'observation des figures on comprend que lorsque le piston 114 est en position fermée PFP, le carburant situé dans la chambre de contrôle 112 sort de celle-ci en passant par l'orifice axial 180 puis continue dans le circuit de retour 148 en passant tout comme précédemment décrit, successivement par les deux tronçons 162, 164 du conduit d'évacuation. De plus, en position fermée PFP du piston, un peu de carburant haute pression peut circuler via le canal calibré 184 entre l'arrivée et la face supérieure du piston. Ceci permet, au moment où la vanne 24 se ferme PFV, d'accélérer le remplissage de la seconde chambre de contrôle 160 et sa montée en pression qui permet de repousser le piston vers la position ouverte POP.
Dans le cas où le piston 114 ne serait pas pourvu du canal calibré 184, alors, lors de la fermeture de la vanne PFV, le remplissage de la seconde chambre de contrôle 160 ne peut se faire que par du carburant passant entre le piston 114 et le tronçon haut 170 de l'alésage 108. Ce remplissage peut prendre un temps relativement long et, sans que cette solution puisse être écartée, la réalisation du canal calibré 184 semble privilégiée.
On comprend également qu'en position ouverte du piston POP, le carburant à haute pression entre dans la chambre de contrôle 112, en suivant le parcours de la flèche F2, en passant entre l'épaulement 178 et la surface discale 172 et pressurise ladite chambre 112 de sorte à repousser l'aiguille 72 en position fermée PFA.
Les références suivantes ont été utilisées dans la description.

10: injecteur de carburant
12: tête d'injecteur
14: buse d'injection
16: bouche d'entrée haute pression
18: bouche de sortie basse pression
20: corps d'actionneur
22: écrou d'injecteur
24: vanne de contrôle
26: guide haut
28: corps de buse
30: face inférieure du corps d'actionneur
32: filetage mâle du corps d'actionneur
34: filetage femelle de l'écrou d'injecteur
36: alésage du corps d'actionneur
38: bobine
40: électroaimant
42: moyens de connexion électrique
44: connecteur
46: alésage central de la bobine
48: ressort de vanne
50: corps de vanne
52: face supérieure du corps de vanne
54: face inférieure du corps de vanne
56: alésage axial dans le corps de vanne
58: chambre basse pression
60: fond de la chambre basse pression
62: alésage distributeur hydraulique
64: ensemble armature-tige
66: armature magnétique
68: tige de vanne
70: douille
72: aiguille d'injecteur
74: ressort d'aiguille
76: paroi du corps de buse
78: face supérieure du corps de buse
80: premier tronçon large
82: second tronçon étroit
84: face discale transversale du corps de buse
86: espace intérieur du corps de buse
88: large chambre
90: chambre étroite
92: lamage haut
94: guide de coulissement bas
96: siège du corps de buse
98: trous d'injection
100: face supérieure du guide haut
102: partie cylindrique large du guide haut
104: partie cylindrique étroite du guide haut
106: face d'épaulement du guide haut
108: alésage axial du guide haut
110: guide de coulissement haut
112: chambre de contrôle
114: piston mobile
116: face supérieure du piston
118: face inférieure du piston
120: logement haut
122: lèvre périphérique
124: logement bas
126: gorge annulaire
128: premier canal
130: second canal
132: tête d'aiguille
134: pointe d'aiguille
136: siège d'aiguille
138: petit protubérance cylindrique
140: épaulement d'appui
142: guide d'aiguille haut
144: guide d'aiguille bas
146: circuit haute pression
148: circuit de retour basse pression
150: premier conduit principal haute pression
152: second conduit HP traversant le corps de vanne
154: troisième conduit HP traversant le guide haut
156: quatrième conduit HP
158: conduit d'évacuation
160: seconde chambre de contrôle
162: premier tronçon court du conduit d'évacuation
164: second tronçon du conduit d'évacuation
166: conduit principal de retour

Références spécifiques au second mode de réalisation

170: tronçon haut de l'alésage axial du guide haut
172: surface discale de liaison de l'alésage axial du guide haut
174: corps cylindrique du piston
176: collerette basse du piston
178: épaulement du piston
180: orifice axial débouchant du piston
182: restriction de section
184: canal radial

A1: axe longitudinal
A2: second axe
PFV: position fermée e la vanne
POV: position ouverte de la vanne
PFA: position fermée de l'aiguille
POA: position ouverte de l'aiguille
PFP: position fermée du piston
POP: position ouverte du piston

Claims

Injecteur de carburant (10) comprenant un corps dans lequel une aiguille (72) se déplace entre une position ouverte (POA) et une position fermée (PFA) sous l'influence de la pression du carburant dans une chambre de contrôle (112), chambre (112) dans laquelle débouche un canal d'alimentation haute pression (146, 156, 130) et de laquelle repart, vers un circuit de retour basse pression (148), un canal d'évacuation (158, 162, 164) contrôlé par une électrovanne deux-voies (24), de sorte qu'en position fermée de l'électrovanne (PFV) la pression augmente dans la chambre de contrôle (112) sollicitant l'aiguille (72) vers la position fermée (PFA) et, en position ouverte de l'électrovanne (POV) le carburant s'évacue de la chambre contrôle (112) dans laquelle la pression diminue permettant à l'aiguille (72) de se déplacer en position ouverte (POA), dans lequel
l'injecteur (10) comprend de plus un moyen (26, 114) de réduction des fuites dynamique empêchant le carburant de s'écouler directement du canal d'alimentation (146) vers le circuit de retour (148) lorsque l'électrovanne (24) est en position ouverte (POV), ledit moyen (26, 114) de réduction des fuites dynamique comprenant un membre mobile (114) se déplaçant entre une position ouverte (POP) et une position fermée (PFP), sous l'influence du différentiel de pression du carburant existant entre la chambre de contrôle (112) et une seconde chambre de contrôle (160) en communication de fluide avec le canal d'évacuation (148), et dans lequel
le membre mobile (114) est un piston cylindrique pourvu sur sa face cylindrique latérale d'une gorge annulaire (126), le piston cylindrique étant agencé coulissant dans un alésage (108) du corps d'injecteur, le canal d'alimentation (148, 156) débouchant dans l'espace annulaire définit par la gorge annulaire (126), dans ledit alésage (108), ledit piston (114) se déplaçant en une position ouverte (POP) lorsque l'électrovanne (24) est en position fermée (PFV) de sorte que le carburant haute pression puisse entrer dans la chambre de contrôle (112) et, se déplaçant en une position fermée (PFP) lorsque l'électrovanne (24) est en position ouverte (POV) de sorte à empêcher l'entrée du carburant haute pression dans la chambre de contrôle (112) et,
dans lequel ledit alésage (108) est coaxial (A1) avec l'alésage (110) dans lequel coulisse l'aiguille (72) et,
dans lequel le piston (114) comprend un corps cylindrique simple s'étendant axialement (A1) entre une face inférieure (118) agencée en regard de l'aiguille (72), ladite face inférieure (118) formant le plafond de la chambre de contrôle (112) et, une face supérieure (116) opposée à la face inférieure (118), ladite face supérieure (116) étant en contact contre une face transversale (54) du corps d'injecteur lorsque le piston (114) s'est déplacé en position fermée (PFP),
l'injecteur de carburant (10) comprenant de plus un ressort (74) agencé dans la chambre de contrôle (112) et comprimé entre un épaulement (140) solidaire de l'aiguille (72) et la face inférieure (118) du piston (114) de sorte à solliciter en permanence l'aiguille (72) vers sa position fermée (PFA) et le piston (114) vers sa positon fermée (PFP) et,
dans lequel le piston (114) est pourvu d'un premier canal (128) s'étendant depuis la paroi extérieure du piston (114) jusqu'à la face supérieure (116) et également, d'un second canal (130) s'étendant entre les faces inférieure (118) et supérieure (116), le piston (114) étant agencé dans son alésage de sorte que le canal d'alimentation (148, 156) soit en communication de fluide permanent avec le premier canal (128) et,
dans lequel le piston (114) est de plus pourvu sur sa face supérieure (116) d'une protubérance formant une barrière (122) étanche lorsque le piston (114) est en position fermée (PFP), ladite barrière (122) étant alors en contact étanche contre ladite face transversale (54) du corps d'injecteur, le premier canal (128) et le second canal (130) débouchant dans la face supérieure (116) du piston de part et d'autre de ladite barrière (122), ladite seconde chambre de contrôle (160) étant l'espace situé entre la face transversale (54) du corps d'injecteur et la face supérieure (116) du piston (14) et délimitée par le côté de la barrière (122) où débouchent le second canal (130) et le conduit d'évacuation (158).
Injecteur (10) selon la revendication 1 dans lequel ledit canal débouchant (180) est pourvu d'une restriction de section générant une chute de pression de sorte que la pression dans la chambre de contrôle (112) soit supérieure à la pression dans la seconde chambre de contrôle (160).
Injecteur (10) selon la revendication 1 dans lequel le premier canal (128) comprend une gorge annulaire (126) agencée sur la paroi extérieure du piston (114), le premier canal (128) s'étendant depuis ladite gorge (126) et débouchant dans la face supérieure (116) du piston, le canal d'alimentation (148, 156) débouchant dans l'espace définit par la gorge annulaire (126).
Injecteur (10) selon la revendication 1 dans lequel la barrière (122) est une lèvre circulaire et fermée, le premier canal (128) débouchant dans la partie centrale et, le second canal (130) débouchant dans la partie extérieure.
Injecteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pourvu d'un dispositif permettant de générer sur l'aiguille (72) une force de fermeture dirigée vers la pointe (134) de l'aiguille supérieure à la force d'ouverture dirigée vers la tête (132) de l'aiguille de sorte que la pression du carburant injecté lorsque l'aiguille est en positon ouverte (POA) est égale à la pression d'entrée du carburant dans l'injecteur (10).
Injecteur (10) selon la revendication 5 dans lequel ledit dispositif consiste en un piston (114) dont la section transversale est supérieure à la section transversale de l'aiguille (72) de sorte que le carburant sous pression entrant dans la seconde chambre de contrôle (160) exerce sur ledit piston (114) une force augmentée.
Injecteur (10) selon la revendication 6 dans lequel le piston (114) est dimensionné de sorte dès que le piston (114) commence à se déplacer vers la position ouverte (POP), la force augmentée exercée par le carburant à haute pression dans la seconde chambre de contrôle (160) est intégralement transmise à l'aiguille (72), soit par contact mécanique entre le piston (114) et l'aiguille (72) soit par pression hydraulique exercée sur l'aiguille (72), de sorte que l'aiguille (72) subit une force de fermeture d'intensité supérieure à la force d'ouverture exercée par le carburant au niveau de la pointe (134) de l'aiguille.