EP3365548A1 - Injecteur de carburant - Google Patents

Injecteur de carburant

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EP3365548A1
EP3365548A1 EP16787766.1A EP16787766A EP3365548A1 EP 3365548 A1 EP3365548 A1 EP 3365548A1 EP 16787766 A EP16787766 A EP 16787766A EP 3365548 A1 EP3365548 A1 EP 3365548A1
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EP
European Patent Office
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piston
movable
effective diameter
bore
cylinder
Prior art date
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EP3365548B1 (fr
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Thierry Thibault
Nicolas Rodier
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Borgwarner US Technologies LLC
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Delphi Technologies IP Ltd
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Publication date
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Publication of EP3365548B1 publication Critical patent/EP3365548B1/fr
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    • F02M2200/502—Springs biasing the valve member to the open position

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injector more
  • the injector itself being provided with a nozzle whose needle is directly open or closed by a coil electromagnetic actuator.
  • a prior art fuel injector includes a coil and magnetic armature actuator acting directly on a valve member to open or close fuel injection holes.
  • Such an injector imposes a valve member that is hydraulically balanced, or almost balanced, so that the relatively weak force exerted by
  • ⁇ solenoid actuator is sufficient to move said valve member.
  • the present invention aims to remedy the disadvantages mentioned above by proposing a simple and economical solution.
  • the invention proposes a movable valve member adapted to be arranged in the nozzle body of a fuel injector, the mobile member extending along a main axis between an upper end and a lower end provided with a movable valve seat arranged to cooperate along a circular line of effective diameter with a fixed seat arranged on the inner face of the nozzle body.
  • the movable member is adapted to slide between a closed position in which the two valve seats are in sealing contact along said circular line preventing fuel injection and an open position in which the two valve seats are remote. one of the other allowing said injection .;
  • the mobile member advantageously comprises a piston formed of a first male cylinder of effective diameter forming the upper end of the mobile member and a second cylinder of larger outer diameter provided with an internal cylindrical bore of effective diameter extending axially in the second cylinder to a bottom and a shutter member formed of a cylindrical body comprising a male cylindrical shaft of effective diameter slidably fitted with clearance in the internal bore of the piston and, of a male pointed cylindrical member of larger diameter than the effective diameter, the pointed cylindrical member extending to an end in tip provided with the movable valve seat and forming the lower end of the movable member.
  • the movable valve member is
  • the movable member further comprises a first compressed spring between the piston and the obturator member and continuously urging the piston and the obturator member towards an extension of the movable member.
  • the shutter member further comprises a disc flange substantially arranged between the cylindrical shaft and the pointed cylinder, said flange extending radially from the cylindrical body of the shutter member to a peripheral edge provided to fit sliding against the inner face of the injector nozzle body.
  • the flange has an upper face opposite the piston and an opposite lower face facing the valve seat.
  • Said flange further defines a first restricted orifice and a second restricted orifice extending between the opposite faces of the flange and allowing pressurized fuel to pass at a reduced speed from one side to the other of the flange. creating a pressure difference between the faces of the collar.
  • the piston is further provided with a return channel extending from the bottom of the internal bore and opening at the top end of the first cylinder.
  • the bore comprises a first section of diameter wider than the effective diameter and a second section of effective diameter so that the piston comprises a circular end forming a sealing lip cooperating with a circular annular surface of the upper face of the collar.
  • the first restricted orifice being arranged outside of said circular annular surface and, the second restricted orifice being arranged inside said circular annular surface.
  • the movable member is limited in extension by a mooring means preventing the shutter member from disengaging the piston and, in compression by the sealing lip in sealing abutment on the upper face of the collar.
  • the invention also relates to an injection nozzle of a high-pressure fuel injector, the nozzle comprising a movable valve member produced according to the preceding paragraphs.
  • the nozzle also includes a nozzle body elongate along the major axis, the body having a cylindrical lateral peripheral wall fused at one end and an upper wall at the other end.
  • the upper wall is provided with a pressurized fuel inlet port and an axial bore opening annular guide of effective diameter and the tapered end is provided on the inner face of the wall of the nozzle body of the seat fixed valve arranged near injection holes extending through the peripheral wall.
  • the movable member is arranged axially sliding in the interior space of the nozzle body, the first cylinder of the piston being slidably fitted with play in the opening annular guide, so that the movable valve seat cooperates with the fixed valve seat and that the movable assembly is slidable along the main axis between the closed position and the open position in which the movable seat is away from the fixed seat.
  • the invention also extends to a fuel injector comprising an actuator and a nozzle made as previously described, the actuator being an electromagnet comprising a fixed coil and a movable magnetic armature directly attached to the piston.
  • FIG. 1 is an overview of an injector according to the invention.
  • FIG. 2 is a diagram of the nozzle of the injector of FIG. 1.
  • FIGS. 3, 4 and 5 are identical to FIG. 2 and illustrate various operating phases of the injector nozzle.
  • a fuel injector 10 shown in FIG. 1 is described
  • the injector 10 extends along a main axis XI, and comprises an actuator assembly 12, drawn at the top of the figure, and a nozzle assembly 14, drawn below.
  • the actuator assembly 12 comprises a substantially cylindrical body 16 extending from an injector head 18 to a lower transverse face 20 and, in a bore 22 provided for this purpose, the body 16 encloses an electromagnet 24 comprising a coil 26 fixed in the body 16 and a movable magnetic armature 28 along the main axis XI.
  • the nozzle assembly 14 also comprises a body 30 arranged in axial extension of the actuator body 16 and whose peripheral wall 32 defines an internal space V.
  • the nozzle body 30 extends axially in a cylindrical portion from an upper face. 34 transmits in sealed surface contact with the lower face 20 of the injector body, to a portion of smaller section ending in a pointed end 36 provided with injection holes 38 extending through the peripheral wall 32 from an inlet on the inner face 40 to an outlet on the outer face 42.
  • the nozzle body 30 comprises a fuel inlet 44, said orifice 44 being arranged in the upper face 34 and at the other end of the body 30, the inner face 40 of the peripheral wall is provided, just above the entries of the injection holes 38, with a fixed valve seat 46.
  • a movable valve member 48 also referred to as a needle by professionals, is slidably arranged along the main axis XI.
  • the mobile member 48 is telescopic comprising mainly a cylindrical piston 50 and a shutter member 52 arranged sliding relative to each other.
  • the piston 50 emerges by a bore 54 of the upper face 34 of the nozzle body, this emerging part out of the nozzle body being integral with the magnetic armature 28 and, on the other hand on the opposite side, on the pointed end 36, the shutter member is provided with a movable seat of valve 56 cooperating with the fixed seat 46.
  • the movable valve member 48 moves axially between a closed position PF in which the movable valve seat 56 is in sealing contact against the fixed valve seat 46 along a circular line of effective diameter DE and an open position PO in which the two seats are distant from each other.
  • PF closed position
  • PO open position
  • the nozzle body 30 forms a small volume known to those skilled in the art as the bag S in which open the injection holes 38.
  • the actuator assembly 12 and the nozzle assembly 14 are secured to one another by an injector nut 58 which, threaded around the nozzle body 30 and resting on an outer shoulder, is screwed tightly onto the body. actuator 16.
  • the injector 10 further comprises a high pressure channel 60 extending into the actuator body 16 from an inlet mouth into the lower face 20 where it communicates with the fuel inlet port 44 in the body. nozzle.
  • the fuel F enters the interior space V the nozzle body and occupies all the available volume of said space V.
  • the nozzle assembly 14 is now described in more detail with reference to FIG. 2 and following.
  • the piston 50 of the movable valve member 48 is a cylindrical piece comprising a first thin cylinder 62 of outside diameter equal to the effective diameter DE and, below in the arbitrary direction of the figure, a second cylinder 64 of larger external diameter, the first and second cylinders 62, 64 joining in a transverse shoulder 66.
  • the second cylinder 64 of the piston is provided with a bore 68 opening into the lower face limiting the lower end to a bevelled annular surface forming sealing lip 70. From this lip 70, the bore 68 extends axially in the second cylinder 64 in a first section 72 of diameter D72 greater than the effective diameter DE and then in a second section 74 of diameter equal to the effective diameter DE.
  • the two sections of the bore 72, 74 are connected along an inner shoulder of which the second section 74 extends to a bottom face 76 from which a return channel 78 which extends axially in the first cylinder 72 to open into the emerging part of the body nozzle.
  • the shutter member 52 of the movable valve member 48 comprises three coaxial cylindrical parts, the central portion of which is a transverse disc flange 80, sometimes referred to by its English name "boost flange", whose outer diameter is slidably adjusted to the face internal 40 of the body 30. From the center of the upper face 82 of the flange 80 extends a cylindrical shaft 84 of diameter equal to the effective diameter DE, said cylindrical shaft 84 extending firstly through the first section 72 of the boring the piston and then engaging slidably fitted in the second section 74 of the piston bore.
  • a pointed cylindrical shaft 88 of diameter D88 greater than the effective diameter DE From the center of the lower face 86 of the flange 80 extends a pointed cylindrical shaft 88 of diameter D88 greater than the effective diameter DE, said pointed cylindrical shaft 88 being provided at its pointed end with the movable valve seat 56 cooperating with the fixed seat. 46 valve of the nozzle body 30.
  • the flange 80 is provided on its upper face 82 with an annular sealing surface 90 cooperating with the sealing lip 70 of the piston and with two restricted orifices passing through the flange 80 between its upper face 82 and its lower face 86.
  • the first restricted orifice 94 is arranged outside the annular sealing surface 90, that is to say between the annular surface 86 and the peripheral edge of the flange, while the second restricted orifice 96 is at the outside. inside the annular sealing surface 90.
  • the flange 80 separates the interior space V from the nozzle body into an upstream space VI situated above the collar 80, on the side of the upper face 82 and the fuel inlet port 44 in the nozzle body and, a downstream space V2 located below the collar 80, on the lower face side 86 and the holes injection 38 opening in the bag S.
  • the restricted orifices 94, 96 thus create fluid communications between the upstream VI and downstream V2 spaces.
  • the cylindrical shaft 88 of diameter DE passes through the first section 72 which defines a annular chamber C1 in which opens the second restricted orifice 94 establishing a fluid communication with the downstream space V2.
  • bottom face 76 of the second bore of the piston and the end of the cylindrical shaft 84 define a return chamber C2 in which is compressed a spring 92 which tends to move the two parts 50, 52, one of them. on the other and lengthen the movable valve member 48.
  • a docking means 98 shown diagrammatically in the figure by two annular protuberances complementary to each other and limiting said elongation of the movable valve member 48.
  • the first cylinder 62 of the piston is axially guided in the bore 54 of the upper face of the nozzle body.
  • the bore 54 has a diameter D54 slightly greater than the effective diameter DE of the piston and an independent annular guide 100 fitted around the first cylinder 62 guarantees the seal.
  • the annular guide 100 has an inner diameter equal to the effective diameter DE and is held pressed against the nozzle body 30 by a second spring 102 compressed between the annular guide 100 and the shoulder 66 of the piston.
  • the second spring 102 therefore permanently urges the piston downwardly from the figure and plates the annular guide 100 against the top of the nozzle body.
  • the face of the guide 100 in contact with the nozzle body 30 is beveled and forms another sealing lip.
  • the diameters and the games are represented exaggeratedly different.
  • the annular guide 100 is integrated in a top guide 104 comprising the upper transverse face 34 of the nozzle body, face provided with the fuel inlet orifice 44, from the center of which extends the annular guide 100.
  • Said top guide 104 is held in place compressed between the nozzle body 30 and the actuator body 16 by the injector nut 58.
  • Said other spring 102 is then compressed between the top guide 104 and the shoulder 66 of the piston.
  • the first cylinder 62 of the piston is slidable in the annular guide 100 and the cylindrical shaft 84 is slid into the second section 74 of the bore in the piston.
  • the skilled person will then understand that these sliding adjustments of male cylinders and females requires a set of operating J of a few microns, which does not prevent writing that all male and female cylinders have a diameter equal to the effective diameter OF said diameter being the nominal diameter.
  • the injector 10 is arranged within a common rail type fuel injection equipment supplying fuel with several injectors. By the inlet mouth of the injector therefore enters pressurized fuel F and, in a contemporary diesel injection equipment the
  • Diesel fuel pressurization can reach 2000 or 3000 bar. To illustrate this operation it is arbitrarily chosen that the fuel pressure at the inlet of the injector is 2500 bars.
  • the fuel F enters the nozzle body 30 and occupies all the internal space V available.
  • ⁇ electromagnet 24 is not energized, the second spring 102 pushes the piston 50 to the shutter member 52 and the shutter member 52 is itself pushed by the first spring 92 in the closed position PF, that is to say that the sealing lip 70 of the piston is in sealing contact against the annular surface 90 arranged on the upper face of the collar and the movable valve seat 56 is in leaktight contact against the fixed seat 46 along the circular line of effective diameter DE.
  • the bag S is isolated from the volume V2.
  • the annular chamber C1 is in communication only with the downstream space V2 via the second restricted orifice 96.
  • the fuel F entering the upstream space VI via the inlet port 44 passes into the downstream space V2 via the first restricted orifice 94 and then back into the annular chamber C1 via the second restricted orifice 96.
  • the fuel passage F through the restricted orifices allows the filling of the three spaces VI, V2, C1 with fuel F at high pressure. A slight pressure difference may exist between these three spaces.
  • the pressure in the downstream space V2 may be only 2200 bar and the pressure in the bag S of 2100 bar.
  • the pressure in the annular chamber C1 is substantially equal to that in the space downstream V2 and, the return chamber C2 is permanently in communication with the low pressure, no particular pressure prevails.
  • electromagnet 24 begins to be energized, magnetic armature 28 is attracted by the magnetic field M generated by coil 26 and, driven by the magnetic armature, piston 50 has begun to raise.
  • the second spring 102 compresses as the first spring 92 expands, the forces of the two springs partially compensating for each other, and the electromagnet 24 then only has to overcome the difference between the spring forces.
  • the first spring 92 holds the shutter member 52 in the closed position PF while the docking means 98 of the piston 50 and the shutter member 52 is just actuated so that the movable member 48 can not further elongate.
  • the annular chamber C1 is in fluid communication with the upstream space VI and pressurized fuel F can pass from the upstream space VI at the downstream space V2 via the two restricted orifices 94, 96, which contributes to balancing the pressures in the upstream VI and downstream V2 spaces.
  • a third phase illustrated in FIG. 5 the power supply of the electromagnet 24 is maintained and the piston 50 continues to rise.
  • the piston 50 drives the shutter member 52 so that the valve seat 46, 56, opens and allows fuel F under pressure to be injected via the injection holes 38
  • the pressure in the bag S then increases and contributes to the opening force of the shutter member 52.
  • the flow of fuel F passing through the first and second restricted orifices 94, 96 creates a slight differential pressure, the pressure in the upstream space VI being slightly greater than the pressure in the downstream space V2 so as to generate a force which opposes the force of opening the pressure in the bag S.
  • the shutter member 52 thus remains hydraulically balanced and ,
  • ⁇ electromagnet has only a small effort to provide to continue the opening of the shutter member.
  • the pressure in the downstream space V2 is about 2400 bars and the pressure in the bag S is about 2300 bars.
  • the pressure in the annular chamber C1 is equal to that in the upstream space VI and, the return chamber C2 is still in communication with the low pressure, no particular pressure prevails.
  • the length of the first spring 92 does not vary since in the second phase described above the docking means 98 is actuated and the solenoid 24 has to overcome only the compression force of the second spring 102.
  • a fourth closing phase the supply of ⁇ electromagnet is interrupted and the piston 50, under the influence of the second spring 102, descends in sealing abutment against the upper face of the collar.
  • the pressurized fuel F can no longer pass from the upstream space VI to the downstream space V2 than through the first restricted orifice 94.
  • the continuous injection and the pressurized fuel F can no longer move from the upstream space VI to the downstream space V2 that the first restricted orifice 94, a large pressure differential is created, the upstream pressure is the most important. important. This pressure difference causes the shutter member 52 towards the closure PF of the valve seat and stopping the injection.
  • the pressure in the downstream space V2 may be only 2200 bars and the pressure in the bag S of 2100 bars.
  • the pressure in the annular chamber C1 is substantially equal to that in the downstream space V2 and, the return chamber C2 is permanently in communication with the low pressure, no particular pressure prevails.

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Abstract

Un membre mobile de vanne (48) adapté à être agencé dans le corps de buse (30) d'un injecteur (10) de carburant (F), s'étend selon un axe principal (XI) et comprend un piston (50) formé d'un premier cylindre (62) mâle de diamètre effectif (DE) formant l'extrémité haute du membre mobile (48) et, d'un second cylindre (64) pourvu d'un alésage (68) cylindrique interne de diamètre (DE) et, un membre obturateur (52) comprenant un arbre cylindrique (84) mâle de diamètre effectif (DE) ajusté coulissant dans l'alésage interne (68) et, d'un membre (88) s'étendant jusqu'à une extrémité en pointe pourvue d'un siège mobile (56) et formant l'extrémité basse du membre mobile (48). Le membre mobile (48) est hydrauliquement équilibré et a une longueur variable entre son extrémité haute et son extrémité basse due au coulissement de l'arbre cylindrique (84) dans l'alésage (68) interne du piston.

Description

Injecteur de carburant
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un injecteur de carburant plus
particulièrement adapté à un équipement d'injection de type « à rampe
commune », l'injecteur lui-même étant pourvu d'une buse dont l'aiguille est directement ouverte ou fermée par un actionneur électromagnétique à bobine.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Un injecteur de carburant de l'art antérieur comprend un actionneur à bobine et armature magnétique agissant directement sur un membre de vanne de sorte à ouvrir ou fermer des trous d'injections de carburant.
Un tel injecteur impose un membre de vanne hydrauliquement équilibré, ou quasiment équilibré, de sorte que la force relativement faible exercée par
Γ actionneur à solénoïde soit suffisante pour mouvoir ledit membre de vanne.
RESUME DE L'INVENTION
La présente invention vise à remédier aux inconvénients mentionnés précédemment en proposant une solution simple et économique.
Dans ce but, l'invention propose un membre mobile de vanne adapté à être agencé dans le corps de buse d'un injecteur de carburant, le membre mobile s 'étendant selon un axe principal entre une extrémité haute et une extrémité basse pourvue d'un siège mobile de vanne prévu pour coopérer le long d'une ligne circulaire de diamètre effectif avec un siège fixe agencé sur la face interne du corps de buse. Le membre mobile est prévu pour coulisser entre une position fermée dans laquelle les deux sièges, de vanne sont en contact étanche le long de ladite ligne circulaire interdisant l'injection de carburant et, une position ouverte dans laquelle les deux sièges de vanne sont distant l'un de l'autre permettant ladite injection.;
De plus, le membre mobile comprend avantageusement un piston formé d'un premier cylindre mâle de diamètre effectif formant l'extrémité haute du membre mobile et, d'un second cylindre de plus large diamètre extérieur pourvu d'un alésage cylindrique interne de diamètre effectif s 'étendant axialement dans le second cylindre jusqu'à un fond et, d'un membre obturateur formé d'un corps cylindrique comprenant un arbre cylindrique mâle de diamètre effectif ajusté coulissant avec jeu dans l'alésage interne du piston et, d'un membre cylindrique pointu mâle de plus large diamètre que le diamètre effectif, le membre cylindrique pointu s'étendant jusqu'à une extrémité en pointe pourvue du siège mobile de vanne et formant l'extrémité basse du membre mobile.
Ainsi, avantageusement, le membre mobile de vanne est
hydrauliquement équilibré et a une longueur variable entre son extrémité haute et son extrémité basse due au coulissement de l'arbre cylindrique dans l'alésage interne du piston.
Le membre mobile comprend de plus un premier ressort comprimé entre le piston et le membre obturateur et sollicitant en permanence le piston et le membre obturateur vers une extension du membre mobile.
Le membre obturateur comprend de plus une collerette discale sensiblement agencée entre l'arbre cylindrique et le cylindre pointu, ladite collerette s'étendant radialement depuis le corps cylindrique du membre obturateur jusqu'à un bord périphérique prévu pour s'ajuster coulissant contre la face interne du corps de buse d'injecteur. La collerette a une face supérieure en regard du piston et une face inférieure opposée en regard du siège de vanne. Ladite collerette définit de plus un premier orifice restreint et un second orifice restreint s'étendant tous deux entre les faces opposées de la collerette et permettant à du carburant sous pression de passer à vitesse réduite d'un côté à l'autre de la collerette en créant une différence de pression entre les faces de la collerette.
Le piston est de plus pourvu d'un canal de retour s'étendant depuis le fond de l'alésage interne et débouchant en extrémité haute du premier cylindre.
L'alésage comprend un premier tronçon de diamètre plus large que le diamètre effectif et, un second tronçon de diamètre effectif de sorte que le piston comprend une extrémité circulaire formant une lèvre d'étanchéité coopérant avec une surface annulaire circulaire de la face supérieure de la collerette. Le premier orifice restreint étant agencé à l'extérieur de ladite surface annulaire circulaire et, le second orifice restreint étant agencé à l'intérieur de ladite surface annulaire circulaire.
Le membre mobile est limité en extension par un moyen d'amarrage empêchant au membre obturateur de se dégager du piston et, en compression par la lèvre d'étanchéité en butée étanche sur la face supérieure de la collerette.
L'invention est également relative à une buse d'injection d'un injecteur de carburant à haute pression, la buse comprenant un membre mobile de vanne réalisé selon les paragraphes précédents.
La buse comprend également un corps de buse allongé selon l'axe principal, le corps ayant une paroi périphérique latérale cylindrique fuselée à une extrémité et, une paroi supérieure à l'autre extrémité. La paroi supérieure est pourvue d'un orifice d'entrée de carburant sous pression et d'un alésage axial débouchant formant guide annulaire de diamètre effectif et, l'extrémité fuselée est pourvue sur la face interne de la paroi du corps de buse du siège fixe de vanne agencé à proximité de trous d'injections s'étendant au travers de la paroi périphérique.
Le membre mobile est agencé axialement coulissant dans l'espace intérieur du corps de buse, le premier cylindre du piston étant ajusté coulissant avec jeu dans le guide annulaire débouchant, de sorte que le siège mobile de vanne coopère avec le siège fixe vanne et que l'ensemble mobile soit apte à coulisser selon l'axe principal entre la position fermée et, la position ouverte dans laquelle le siège mobile est à distance du siège fixe.
L'invention s'étend également à un injecteur de carburant comprenant un actionneur et une buse réalisée comme précédemment décrit, l'actionneur étant un électroaimant comprenant une bobine fixe et une armature magnétique mobile directement fixée au piston.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels:
- la figure 1 est vue d'ensemble d'un injecteur selon l'invention.
- la figure 2 est un schéma de la buse de l'injecteur de la figure 1. - les figures 3, 4 et 5 sont identiques à la figure 2 et illustrent différentes phase de fonctionnement de la buse d'injecteur.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
Un injecteur 10 de carburant représenté en figure 1 est décrit
succinctement de sorte à identifier les principaux composants. L'injecteur 10 s'étend selon un axe principal XI, et comprend un ensemble actionneur 12, dessiné en haut de la figure, et un ensemble de buse 14, dessiné en-dessous.
L'ensemble actionneur 12 comprend un corps 16 substantiellement cylindrique s'étendant depuis une tête d'injecteur 18 jusqu'à face transverse inférieure 20 et, dans un alésage 22 prévu à cet effet, le corps 16 renferme un électroaimant 24 comprenant une bobine 26 fixe dans le corps 16 et une armature magnétique mobile 28 selon l'axe principal XI .
L'ensemble de buse 14 comprend également un corps 30 agencé en prolongement axial du corps 16 d' actionneur et dont la paroi périphérique 32 définit un espace intérieur V. Le corps de buse 30 s'étend axialement en une partie cylindrique depuis une face supérieure 34 trans verse en contact surfacique étanche avec la face inférieure 20 du corps d'injecteur, jusqu'à une partie de plus faible section se terminant en une extrémité pointue 36 pourvue de trous d'injections 38 s'étendant au travers de la paroi périphérique 32 depuis une entrée située sur la face interne 40 jusqu'à une sortie située sur la face externe 42. De plus, le corps de buse 30 comprend un orifice d'entrée 44 de carburant, ledit orifice 44 étant agencée dans la face supérieure 34 et, à l'autre extrémité du corps 30, la face interne 40 de la paroi périphérique est pourvue, juste au-dessus des entrées des trous d'injection 38, d'un siège fixe de vanne 46.
Dans l'espace intérieur V un membre mobile de vanne 48, également dénommé aiguille par les professionnels, est agencé coulissant selon l'axe principal XI . Le membre mobile 48 est télescopique comprenant principalement un piston 50 cylindrique et un membre obturateur 52 agencés coulissant l'un par rapport à l'autre. D'une part le piston 50 émerge par un alésage 54 de la face supérieure 34 du corps de buse, cette partie émergeante hors du corps de buse étant solidaire du armature magnétique 28 et, d'autre part à l'opposé, du côté de l'extrémité pointue 36, le membre obturateur est pourvu d'un siège mobile de vanne 56 coopérant avec le siège fixe 46. En fonctionnement, le membre mobile de vanne 48 se déplace axialement entre une position fermée PF dans laquelle le siège mobile de vanne 56 est en contact étanche contre le siège fixe de vanne 46 le long d'une ligne circulaire de diamètre effectif DE et, une position ouverte PO dans laquelle les deux sièges sont éloignés l'un de l'autre. Dans l'extrême pointe du corps de buse 30, sous cette ligne circulaire, « sous » pris dans le sens de la figure, le corps de buse 30 forme un petit volume connu de l'homme du métier sous le nom de sac S dans lequel débouchent les trous d'injections 38.
L'ensemble actionneur 12 et l'ensemble buse 14 sont solidarisés l'un à l'autre par un écrou d'injecteur 58 qui, enfilé autour du corps de buse 30 et y prenant appui sur un épaulement extérieur est vissé serré sur le corps d'actionneur 16.
L'injecteur 10 comprend de plus un canal haute pression 60 s'étendant dans le corps d'actionneur 16 depuis une bouche d'entrée jusque dans la face inférieure 20 où il communique avec l'orifice d'entrée 44 de carburant dans le corps de buse. Le carburant F entre dans l'espace intérieur V le corps de buse et occupe tout le volume disponible dudit espace V.
L'ensemble de buse 14 est maintenant décrit plus en détail en référence aux figures 2 et suivantes.
Le piston 50 du membre mobile de vanne 48 est une pièce cylindrique comprenant un premier cylindre mince 62 de diamètre extérieur égale au diamètre effectif DE et, en dessous dans le sens arbitraire de la figure, un second cylindre 64 de plus large diamètre extérieur, le premier et le second cylindre 62, 64 se joignant selon un épaulement transverse 66. L'homme du métier comprendra aisément que les dimensions et diamètres décrits comme étant égaux le sont en tenant compte des tolérances normales de fabrication et autres jeux de
fonctionnement.
Le second cylindre 64 du piston est pourvu d'un alésage 68 débouchant dans la face inférieure limitant l'extrémité basse à une surface annulaire biseautée formant lèvre d'étanchéité 70. Depuis cette lèvre 70, l'alésage 68 s'étend axialement dans le second cylindre 64 en un premier tronçon 72 de diamètre D72 supérieur au diamètre effectif DE puis, en un second tronçon 74 de diamètre égal au diamètre effectif DE. Les deux tronçons de l'alésage 72, 74, se raccordent selon un épaulement intérieur duquel le second tronçon 74 s'étend jusqu'à une face de fond 76 de laquelle part un canal de retour 78 qui s'étend axialement dans le premier cylindre 72 jusqu'à en déboucher dans la partie émergeante hors du corps de buse.
Le membre obturateur 52 du membre mobile de vanne 48 comprend quant à lui trois parties cylindrique coaxiales dont la partie centrale est une collerette discale 80 transverse, parfois dénommée de son nom anglais « boost flange », dont le diamètre extérieur est ajusté coulissant à la face interne 40 du corps 30. Du centre de la face supérieure 82 de la collerette 80 s'étend un arbre cylindrique 84 de diamètre égal au diamètre effectif DE, ledit arbre cylindrique 84 s'étendant d'abord au travers du premier tronçon 72 de l'alésage du piston et s 'engageant ensuite ajusté coulissant dans le second tronçon 74 de l'alésage du piston. Du centre de la face inférieure 86 de la collerette 80 s'étend un arbre cylindrique pointu 88 de diamètre D88 supérieur au diamètre effectif DE, ledit arbre cylindrique pointu 88 étant pourvu en son extrémité pointue du siège mobile 56 de vanne coopérant avec le siège fixe 46 de vanne du corps de buse 30.
La collerette 80 est pourvue sur sa face supérieure 82 d'une surface annulaire d'étanchéité 90 coopérant avec la lèvre d'étanchéité 70 du piston ainsi que de deux orifices restreint traversant la collerette 80 entre sa face supérieure 82 et sa face inférieure 86. Le premier orifice restreint 94 est agencé à l'extérieur de la surface annulaire d'étanchéité 90, c'est-à-dire entre la surface annulaire 86 et le bord périphérique de la collerette, alors que le second orifice restreint 96 est à l'intérieur de la surface annulaire d'étanchéité 90.
Du fait de l'ajustement glissant de la collerette 80 dans la face interne de la paroi du corps de buse, le collerette 80 sépare l'espace intérieur V du corps de buse en un espace amont VI situé au-dessus de la collerette 80, du côté de la face supérieure 82 et de l'orifice d'entrée 44 de carburant dans le corps de buse et, un espace aval V2 situé en-dessous de la collerette 80, du côté de la face inférieure 86 et des trous d'injection 38 s'ouvrant dans le sac S. Les orifices restreints 94, 96, créent donc des communications de fluide entre les espaces amont VI et aval V2.
En s 'engageant dans le second tronçon 74 de l'alésage, l'arbre cylindrique 88 de diamètre DE traverse le premier tronçon 72 qui définit, une chambre annulaire Cl dans laquelle débouche le second orifice restreint 94 établissant une communication de fluide avec l'espace aval V2.
De plus, la face du fond 76 du second alésage du piston et l'extrémité de l'arbre cylindrique 84 définissent une chambre de retour C2 dans laquelle est comprimé un ressort 92 qui tend à éloigner les deux pièces 50, 52, l'une de l'autre et à allonger le membre mobile de vanne 48.
Dans la chambre annulaire Cl est agencé un moyen d'amarrage 98, schématisé sur la figure par deux protubérances annulaires s 'engageant complémentairement et limitant ledit allongement du membre mobile de vanne 48.
Le premier cylindre 62 du piston est axialement guidé dans l'alésage 54 de la face supérieure du corps de buse. Selon l'alternative de la figure 2, l'alésage 54 a un diamètre D54 légèrement supérieur au diamètre effectif DE du piston et, un guide annulaire 100 indépendant ajusté autour du premier cylindre 62 garantie l'étanchéité. Le guide annulaire 100 a un diamètre intérieur égal au diamètre effectif DE et est maintenu plaqué contre le corps de buse 30 par un second ressort 102 comprimé entre le guide annulaire 100 et l'épaulement 66 du piston. Le second ressort 102 sollicite donc en permanence le piston vers le bas de la figure et plaque le guide annulaire 100 contre le haut du corps de buse. La face du guide 100 en contact avec le corps de buse 30 est biseautée et forme une autre lèvre d'étanchéité. Sur les figures les diamètres et les jeux sont représentés exagérément différents.
Selon l'alternative de la figure 4, le guide annulaire 100 est intégré à un guide haut 104 comprenant la face transverse supérieure 34 du corps de buse, face pourvue de l'orifice d'entrée 44 de carburant, du centre de laquelle s'étend le guide annulaire 100. Ledit guide haut 104 est maintenu en place comprimé entre le corps de buse 30 et le corps d'actionneur 16 par l'écrou d'injecteur 58. Ledit autre ressort 102 est alors comprimé entre le guide haut 104 et l'épaulement 66 du piston.
En fonctionnement, le premier cylindre 62 du piston est amené à coulisser dans le guide annulaire 100 et, l'arbre cylindrique 84 est amené à coulisser dans le second tronçon 74 de l'alésage dans le piston. L'homme du métier comprendra alors que ces ajustements glissant de cylindres mâles et femelles nécessite un jeu de fonctionnement J de quelques microns, ce qui n'empêche pas d'écrire que tous des cylindres mâles et femelles ont un diamètre égal au diamètre effectif DE ledit diamètre étant le diamètre nominal.
Le fonctionnement de l'injecteur 10 est maintenant succinctement présenté en référence aux figures 2 à 5.
L'injecteur 10 est agencé au sein d'un équipement d'injection de carburant de type à rampe commune alimentant en carburant sous pression plusieurs injecteurs. Par la bouche d'entrée de l'injecteur entre donc du carburant pressurisé F et, dans un équipement d'injection diesel contemporain la
pressurisation du carburant diesel peut atteindre 2000 ou 3000 bars. Pour illustrer ce fonctionnement il est choisi arbitrairement que la pression du fuel en entrée de l'injecteur est de 2500 bars.
Le carburant F entre dans le corps de buse 30 et occupe tout l'espace interne V disponible.
Dans une première phase, selon les figures 2 ou 3, Γ électroaimant 24 n'est pas alimenté, le second ressort 102 repousse le piston 50 vers le membre obturateur 52 et, le membre obturateur 52 est lui-même repoussé par le premier ressort 92 en position fermée PF, c'est-à-dire que la lèvre d'étanchéité 70 du piston est en contact étanche contre la surface annulaire 90 agencée sur la face supérieure de la collerette et, le siège mobile 56 de vanne est en contact étanche contre le siège fixe 46 le long de la ligne circulaire de diamètre effectif DE. Le sac S est isolé du volume V2. Ainsi, la chambre annulaire Cl n'est en communication qu'avec l'espace aval V2 via le second orifice restreint 96.
Le carburant F entré dans l'espace amont VI via l'orifice d'entrée 44 passe dans l'espace aval V2 via le premier orifice restreint 94 puis remonte dans la chambre annulaire Cl via le second orifice restreint 96. Le passage du carburant F par les orifices restreint permet le remplissage des trois espaces VI, V2, Cl avec du carburant F à haute pression. Une légère différence de pression peut exister entre ces trois espaces. En phase de fermeture, si 2500 bars de pression régnent dans l'espace amont VI, la pression dans l'espace aval V2 peut n'être que de 2200 bars et la pression dans le sac S de 2100 bars. La pression dans la chambre annulaire Cl est sensiblement égale à celle qui se trouve dans l'espace aval V2 et, la chambre de retour C2 étant en permanence en communication avec la basse pression, aucune pression particulière n'y règne.
Durant cette phase fermée du siège de vanne, des fuites statiques mineures de carburant F ont lieu via les jeux de fonctionnement J ménagés d'une part entre l'arbre cylindrique 84 et le second tronçon 74 de l'alésage dans le piston, cette fuite s 'échappant à basse pression via la chambre de retour C2 et le canal de retour 78 et, d'autre part entre le premier cylindre 62 du piston et le guide annulaire 100, cette fuite s'échappant également à basse pression pour rejoindre un circuit de retour vers un réservoir basse pression non représenté.
L'homme du métier reconnaîtra de plus que le piston 50 est
hydrauliquement équilibré. Effectivement la surface cumulée des faces générant sur le piston une force vers le bas est égale à la surface cumulée des faces générant sur le piston une force vers le haut. Ainsi, les forces générées par la pression s'appliquant aux faces du piston 50, faces réparties entre le premier cylindre de diamètre effectif DE et le second alésage également de diamètre effectif DE, quelles que soient la forme ou le profil desdites faces, s'équilibrent.
Il en va de même pour le membre obturateur 52 dont les faces sous pression s'étendent entre l'arbre cylindrique de diamètre effectif DE et le siège de vanne également de diamètre effectif DE.
Dans une seconde phase illustrée par la figure 4, Γ électroaimant 24 commence à être alimenté, l'armature magnétique 28 est attirée par le champ magnétique M généré par la bobine 26 et, entraîné par l'armature magnétique le piston 50 a commencé à se soulever. Le second ressort 102 se comprime alors que le premier ressort 92 se détend, les forces des deux ressorts se compensant partiellement et, Γ électroaimant 24 n'ayant alors à vaincre que la différence entre les forces des ressorts. Le premier ressort 92 maintiens le membre obturateur 52 en position fermée PF tandis que le moyen d'amarrage 98 du piston 50 et du membre obturateur 52 est juste actionné de sorte que le membre mobile 48 ne peut pas s'allonger davantage.
La lèvre d'étanchéité 70 étant soulevée et éloignée de la surface annulaire d'étanchéité 90, la chambre annulaire Cl est en communication de fluide avec l'espace amont VI et, du carburant F pressurisé peut passer de l'espace amont VI à l'espace aval V2 via les deux orifices restreint 94, 96, ce qui contribue à équilibrer les pressions dans les espaces amont VI et aval V2.
Dans une troisième phase illustrée par la figure 5, l'alimentation électrique de Γ électroaimant 24 est maintenue et le piston 50 continu de monter. Le moyen d'amarrage 98 étant actionné, le piston 50 entraîne le membre obturateur 52 de sorte que le siège de vanne 46, 56, s'ouvre et permet à du carburant F sous pression d'être injecté via les trous d'injections 38. La pression dans le sac S augmente alors et contribue à l'effort d'ouverture du membre obturateur 52. Le débit de carburant F traversant les premier et second orifices restreints 94, 96, créé un léger différentiel de pression, la pression dans l'espace amont VI étant légèrement supérieure à la pression dans l'espace aval V2 de sorte à générer une force qui s'oppose à l'effort d'ouverture de la pression dans le sac S. Le membre obturateur 52 reste donc hydrauliquement équilibré et,
Γ électroaimant n'a qu'un petit effort à fournir pour poursuivre l'ouverture du membre obturateur.
En phase d'ouverture, si 2500 bars de pression continuent de régner dans l'espace amont VI, la pression dans l'espace aval V2 est d'environ 2400 bars et la pression dans le sac S est de 2300 bars environ. La pression dans la chambre annulaire Cl est égale à celle qui se trouve dans l'espace amont VI et, la chambre de retour C2 étant toujours en communication avec la basse pression, aucune pression particulière n'y règne.
La longueur du premier ressort 92 ne varie pas puisque dès la seconde phase ci-dessus détaillée le moyen d'amarrage 98 est actionné et, F électroaimant 24 n'a à vaincre que la force de compression du second ressort 102.
Dans une quatrième phase de fermeture, l'alimentation de Γ électroaimant est interrompue et le piston 50, sous l'influence du second ressort 102, redescend en butée étanche contre la face supérieure de la collerette. Le carburant F pressurisé ne peut plus passer de l'espace amont VI vers l'espace aval V2 que par le premier orifice restreint 94.
L'injection continue et le carburant pressurisé F ne pouvant plus passer de l'espace amont VI à l'espace aval V2 que par le premier orifice restreint 94, un important différentiel de pression se créé, la pression en amont étant la plus importante. Cette différence de pression entraîne le membre obturateur 52 vers la fermeture PF du siège de vanne et l'arrêt de l'injection.
Durant cette phase de fermeture, si 2500 bars de pression régnent dans l'espace amont VI, la pression dans l'espace aval V2 peut n'être que de 2200 bars et la pression dans le sac S de 2100 bars. La pression dans la chambre annulaire Cl est sensiblement égale à celle qui se trouve dans l'espace aval V2 et, la chambre de retour C2 étant en permanence en communication avec la basse pression, aucune pression particulière n'y règne.
Des simulations et des essais concluants ont été réalisés sur des injecteurs dont le diamètre effectif est de 1 ,5 mm, la somme des efforts des ressorts est un peu supérieure à 40N de sorte que le siège de vanne soit étanche en position fermée sous une pression de 250 bars pour compenser une pression dans la chambre de combustion, notamment en fin de combustion. L' électroaimant doit pouvoir engendrer une force de l'ordre de 65N sur une course d'environ 250 μιη,
LISTE DES REFERENCES UTILISEES
XI axe principal
V espace intérieur du corps de buse
M champ magnétique
F carburant
PF position fermée
PO position ouverte
DE diamètre effectif
D72 diamètre du premier tronçon d'alésage
D88 diamètre de l'arbre pointu
VI espace amont
V2 espace aval
Cl chambre annulaire
C2 chambre de retour
J jeu de fonctionnement
S sac
10 injecteur
12 ensemble actionneur
14 ensemble de buse
16 corps d'actionneur
18 tête d'injecteur 20 face transverse inférieure du corps d'actionneur
22 alésage de bobine
24 électroaimant
26 bobine
28 armature magnétique
30 corps de buse
32 paroi périphérique de corps de buse
34 face transverse supérieure du corps de buse
36 extrémité pointue
38 trous d'injection
40 face interne de la paroi périphérique
42 face externe de la paroi périphérique
44 orifice d'entrée de carburant dans le corps de buse
46 siège fixe de vanne
48 membre mobile de vanne
50 piston
52 membre obturateur
54 alésage de la face supérieure du corps de buse
56 siège mobile de vanne
58 écrou d'injecteur
60 canal à haute pression
62 premier cylindre du piston
64 second cylindre du piston
66 épaulement extérieur du piston
68 alésage du piston
70 lèvre d'étanchéité
72 premier tronçon de l'alésage dans le piston
74 second tronçon de l'alésage dans le piston
76 face de fond du second tronçon
78 canal de retour
80 collerette
82 face supérieure de la collerette
84 arbre cylindrique
86 face inférieure de la collerette
88 cylindre pointu
90 surface annulaire d'étanchéité
92 premier ressort
94 premier orifice restreint
96 second orifice restreint
98 moyen d'amarrage
100 guide annulaire
102 second ressort
104 guide haut

Claims

REVENDICATIONS
1. Membre mobile de vanne (48) adapté à être agencé dans le corps de buse (30) d'un injecteur (10) de carburant (F), le membre mobile (48) s'étendant selon un axe principal (XI) entre une extrémité haute et une extrémité basse pourvue d'un siège mobile (56) de vanne prévu pour coopérer le long d'une ligne circulaire de diamètre effectif (DE) avec un siège fixe (46) agencé sur la face interne (40) du corps de buse, le membre mobile (48) étant prévu pour coulisser entre une position fermée (PF) dans laquelle les deux sièges (46, 56) de vanne sont en contact étanche le long de ladite ligne circulaire interdisant l'injection de carburant et, une position ouverte (PO) dans laquelle les deux sièges de vanne sont distant l'un de l'autre permettant ladite injection ;
caractérisé en ce que le membre mobile (48) comprend :
- un piston (50) formé d'un premier cylindre (62) mâle de diamètre effectif (DE) formant l'extrémité haute du membre mobile (48) et, d'un second cylindre (64) de plus large diamètre extérieur pourvu d'un alésage (68) cylindrique interne de diamètre effectif (DE) s'étendant axialement (XI) dans le second cylindre (64) jusqu'à un fond (76),
- un membre obturateur (52) formé d'un corps cylindrique comprenant un arbre cylindrique (84) mâle de diamètre effectif (DE) ajusté coulissant avec jeu
(J) dans l'alésage interne (68) du piston et, d'un membre cylindrique pointu (88) mâle de plus large diamètre (D88) que le diamètre effectif (DE), le membre cylindrique pointu (88) s'étendant jusqu'à une extrémité en pointe pourvue du siège mobile de vanne (56) et formant l'extrémité basse du membre mobile (48), de sorte que le membre mobile (48) de vanne est hydrauliquement équilibré et a une longueur variable entre son extrémité haute et son extrémité basse due au coulissement de l'arbre cylindrique (84) dans l'alésage (68) interne du piston.
2. Membre mobile (48) de vanne selon la revendication précédente comprenant de plus un premier ressort (92) comprimé entre le piston (50) et le membre obturateur (52) et sollicitant en permanence le piston et le membre obturateur vers une extension du membre mobile.
3. Membre mobile (48) de vanne selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel le membre obturateur (52) comprend de plus une collerette discale (80) sensiblement agencée entre l'arbre cylindrique (84) et le cylindre pointu (88), ladite collerette s'étendant radialement depuis le corps cylindrique du membre obturateur jusqu'à un bord périphérique prévu pour s'ajuster coulissant contre la face interne (40) du corps de buse d'injecteur, la collerette (80) ayant une face supérieure (82) en regard du piston et une face inférieure (86) opposée en regard du siège de vanne, ladite collerette définissant de plus un premier orifice restreint (94) et un second orifice restreint (96) s'étendant tous deux entre les faces opposées de la collerette et permettant à du carburant (F) sous pression de passer à vitesse réduite d'un côté à l'autre de la collerette en créant une différence de pression entre les faces de la collerette.
4. Membre mobile (48) de vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le piston (50) est de plus pourvu d'un canal de retour (78) s'étendant depuis le fond (76) de l'alésage interne (68) et débouchant en extrémité haute du premier cylindre.
5. Membre mobile (48) de vanne selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel l'alésage (68) comprend un premier tronçon (72) de diamètre plus large que le diamètre effectif (DE) et, un second tronçon (74) de diamètre effectif (DE) de sorte que le piston (50) comprend une extrémité circulaire formant une lèvre d'étanchéité (70) coopérant avec une surface annulaire (90) circulaire de la face supérieure de la collerette, le premier orifice restreint (94) étant agencé à l'extérieur de ladite surface annulaire (90) circulaire et, le second orifice restreint (96) étant agencé à l'intérieur de ladite surface annulaire (90) circulaire.
6. Membre mobile (48) de vanne selon la revendication 5 dans lequel le membre mobile est limité en extension par un moyen d'amarrage (98) empêchant au membre obturateur (52) de se dégager du piston (50) et, en compression par la lèvre d'étanchéité (70) en butée étanche sur la face supérieure de la collerette.
7. Buse d'injection (14) d'un injecteur de carburant à haute pression, la buse comprenant un membre mobile (48) de vanne réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes et,
un corps de buse (30) allongé selon l'axe principal (XI) et ayant une paroi périphérique (32) latérale cylindrique fuselée à une extrémité et, une paroi supérieure à l'autre extrémité, la paroi supérieure étant pourvue d'un orifice d'entrée (44) de carburant sous pression et d'un alésage axial débouchant formant guide annulaire (100) de diamètre effectif (DE), l'extrémité fuselée étant pourvue sur la face interne de la paroi du corps de buse du siège fixe (46) de vanne agencé à proximité de trous d'injections (38) s'étendant au travers de la paroi
périphérique,
le membre mobile (48) étant agencé axialement coulissant dans l'espace intérieur (V) du corps de buse, le premier cylindre (62) du piston étant ajusté coulissant avec jeu (J) dans le guide annulaire (100) débouchant de sorte que le siège mobile (56) de vanne coopère avec le siège fixe (46) vanne et que l'ensemble mobile (48) soit apte à coulisser selon l'axe principal (XI) entre la position fermée (PF) et, la position ouverte (PO) dans laquelle le siège mobile est à distance du siège fixe.
8. Injecteur (10) de carburant comprenant un actionneur (24) et une buse (14) réalisée selon la revendication 7, caractérisée en ce que Γ actionneur (24) est un électroaimant comprenant une bobine (26) fixe et une armature magnétique (28) mobile directement fixée au piston (50).
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