FR2773852A1

FR2773852A1 - Fuel injector for IC engine with controlled ignition

Info

Publication number: FR2773852A1
Application number: FR9800555A
Authority: FR
Inventors: David Gallup; Christine Estevenon
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 1999-07-23
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: FR2773852B1

Abstract

The injector comprises a body (30), a fixed seat with a single spray channel (40) and a moving shutoff element (28) that engages with the inlet end of the channel. The channel (40), at least at its outlet end, is positioned obliquely relative to the shutoff element's direction of travel, and the shutoff element has a tip in the shape of a spherical segment, at least in the portion which makes contact with the seat's thrust surface. The outlet end of the injector has a guide (34) above the seat, and incorporates a vortex generator (36) between the guide and the seat.

Description

INJECTEUR DE CARBURANT POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
A ALLUMAGE COMMANDE
La présente invention concerne les injecteurs destinés à 1 injection directe de carburant volatil (notamment essence et GPL) dans les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne et à allumage commandé par bougie.FUEL INJECTOR FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE
ON IGNITION CONTROL
The present invention relates to injectors intended for 1 direct injection of volatile fuel (in particular petrol and LPG) into the combustion chambers of an internal combustion engine and spark ignition.

De tels injecteurs ont en général un trou axial de pulvérisation unique et sont placés obliquement par rapport à l'axe de la chambre de combustion. La partie située hors de la culasse du moteur et les moyens d'amenée de carburant présentent une saillie latérale importante, ce qui représente un inconvénient grave sur les moteurs actuels, notamment les moteurs d'automobile dont on cherche à réduire l'encombrement du fait du volume limité sous le capot. Such injectors generally have a single axial spray hole and are placed obliquely to the axis of the combustion chamber. The part located outside the cylinder head of the engine and the fuel supply means have a significant lateral projection, which represents a serious drawback on current engines, in particular automobile engines which it is sought to reduce the bulk due to limited volume under the hood.

On connalt également des injecteurs ayant plusieurs trous de pulvérisation dirigés obliquement par rapport à la direction de déplacement de l'obturateur (WO-A-96/36808), placés de façon classique et provoquant une dispersion du combustible suivant une nappe conique. On connaît également des injecteurs destinés à diriger un jet de combustible dans la tubulure, juste en amont des soupapes, donnant plusieurs jets obliques (US-A-5 156 133) ou destinés à créer un tourbillon dans une chambre de préparation (US-A-4 650 112). Also known are injectors having several spray holes directed obliquely to the direction of movement of the shutter (WO-A-96/36808), conventionally placed and causing the fuel to disperse along a conical sheet. There are also known injectors intended to direct a jet of fuel into the pipe, just upstream of the valves, giving several oblique jets (US-A-5,156,133) or intended to create a vortex in a preparation chamber (US-A -4,650,112).

La présente invention vise à fournir un injecteur qui, lorsqu'vil est monté sur une culasse, présente une saillie réduite dans le sens transversal à l'axe de la chambre de combustion. The present invention aims to provide an injector which, when mounted on a cylinder head, has a reduced projection in the direction transverse to the axis of the combustion chamber.

Dans ce but, l'invention propose notamment un injecteur comprenant un boîtier ayant un siège fixe percé d'un canal de pulvérisation unique et un obturateur déplaçable par des moyens de commande portés par le boîtier entre une position où il s'appuie sur le siège et ferme l'entrée du canal et une position où il est écarté du siège, pour permettre llinjec- tion de carburant amené par un passage dans le boîtier, caractérisé en ce que le canal est orienté obliquement par rapport à la direction de déplacement de l'obturateur, au moins dans sa partie aval. To this end, the invention proposes in particular an injector comprising a housing having a fixed seat pierced with a single spray channel and a shutter displaceable by control means carried by the housing between a position where it rests on the seat and closes the inlet of the channel and a position where it is spaced from the seat, to allow the injection of fuel supplied through a passage in the housing, characterized in that the channel is oriented obliquely to the direction of movement of the shutter, at least in its downstream part.

En général, l'obturateur est constitué par une aiguille ayant une portée de forme cylindrique d'appui sur le siège, tandis que la surface d'appui prévue sur le siège est tronconique. In general, the shutter is constituted by a needle having a cylindrical bearing surface for bearing on the seat, while the bearing surface provided on the seat is frustoconical.

L'invention est susceptible de nombreux modes d'exécution. En particulier le boîtier peut comporter un corps percé d'un alésage qui reçoit l'obturateur, débouchant dans un chambrage occupé par un guide percé d'un alésage qui reçoit l'obturateur à frottement doux et par le siège, percé du canal oblique. The invention is susceptible of numerous modes of execution. In particular the housing may include a body pierced with a bore which receives the shutter, opening into a recess occupied by a guide pierced with a bore which receives the shutter with gentle friction and by the seat pierced with the oblique channel.

Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 montre schématiquement une tête de cylindre en coupe suivant un plan passant par l'axe, munie d'un injecteur suivant un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue éclatée d'un injecteur du genre montré en figure 1
- la figure 3 est une vue en coupe à grande échelle de la partie terminale de l'injecteur de la figure 1
- la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3
- la figure 5, similaire à la figure 3, est une vue en coupe à grande échelle d'une variante de réalisation
- les figures 6 et 6A, encore similaires à la figure 3, montrent d'autres variantes encore
- la figure 7 est une vue en perspective du siège de la variante de réalisation de la figure 6
- les figures 8 et 9, similaires aux figures 6 et 7 montrent une autre variante encore de réalisation
- les figures 10 et 11, similaires à la figure 6, montrent d'autres variantes encore.The above characteristics as well as others will appear better on reading the following description of particular embodiments, given by way of nonlimiting examples. The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 schematically shows a cylinder head in section along a plane passing through the axis, provided with an injector according to one embodiment of the invention;
- Figure 2 is an exploded view of an injector of the kind shown in Figure 1
- Figure 3 is an enlarged sectional view of the terminal part of the injector of Figure 1
- Figure 4 is a sectional view along line IV-IV of Figure 3
- Figure 5, similar to Figure 3, is a sectional view on a large scale of an alternative embodiment
- Figures 6 and 6A, still similar to Figure 3, show still other variants
- Figure 7 is a perspective view of the seat of the alternative embodiment of Figure 6
- Figures 8 and 9, similar to Figures 6 and 7 show yet another alternative embodiment
- Figures 10 and 11, similar to Figure 6, show yet other variants.

La figure 1 montre la partie supérieure d'un cylindre de moteur auquel est applicable l'invention. Le bloc moteur 10 et la culasse 12 délimitent des chambres de combustion avec des pistons 14. Dans chaque chambre s'ouvre une tubulure d'admission flair 16 et une tubulure d'échappement 18 munies de soupapes 20. Une bougie 22 traverse la culasse et débouche en haut de la chambre de combustion pour allumer le mélange de combustible. Le combustible est pulvérisé sous pression dans la chambre par un injecteur 24. Figure 1 shows the upper part of an engine cylinder to which the invention is applicable. The engine block 10 and the cylinder head 12 define combustion chambers with pistons 14. In each chamber opens a flair intake manifold 16 and an exhaust manifold 18 fitted with valves 20. A spark plug 22 passes through the cylinder head and opens at the top of the combustion chamber to ignite the fuel mixture. The fuel is sprayed under pressure into the chamber by an injector 24.

Les injecteurs habituels sont placés très obliquement par rapport à la direction de déplacement du piston, comme indiqué par la ligne 26, et présentent un trou de pulvérisation axial, de façon à projeter le combustible vers la partie centrale de la chambre. De tels injecteurs présentent une saillie latérale importante, à laquelle s'ajoute celle de la rampe d'amenée de combustible. The usual injectors are placed very obliquely to the direction of movement of the piston, as indicated by line 26, and have an axial spray hole, so as to project the fuel towards the central part of the chamber. Such injectors have a large lateral projection, to which is added that of the fuel supply rail.

Conformément à l'invention, l'injecteur 24 est prévu pour diriger un jet unique suivant une direction oblique par rapport à la direction de déplacement de son organe d'obturation 28, ce qui permet de le placer moins obliquement par rapport au sens de déplacement du piston, comme le montre la figure 1. Eventuellement l'injecteur peut être décalé angulairement par rapport aux tubulures, pour éviter d'interférer avec elles. According to the invention, the injector 24 is designed to direct a single jet in an oblique direction relative to the direction of movement of its closure member 28, which makes it possible to place it less obliquely relative to the direction of movement piston, as shown in Figure 1. Optionally the injector can be angularly offset relative to the tubes, to avoid interfering with them.

Ce résultat peut être atteint avec diverses constitution d'injecteurs. This can be achieved with various types of injectors.

L'injecteur 24 montré en figures 2 et 3 a un boîtier ayant un corps 30 présentant un renflement terminal 32 dans lequel un chambrage reçoit un empilement formé d'un guide 34, d'un disque 36 de génération de vortex, et d'un siège 38. Le siège 38 est par exemple fixé au renflement 32 par une soudure 42, réalisée par laser ou par faisceau d'électrons. The injector 24 shown in Figures 2 and 3 has a housing having a body 30 having a terminal bulge 32 in which a recess receives a stack formed by a guide 34, a vortex generating disc 36, and a seat 38. The seat 38 is for example fixed to the bulge 32 by a weld 42, produced by laser or by electron beam.

Un obturateur 28 constitué par une tige ou aiguille traverse un alésage du corps 30 et présente une surface terminale destinée à s'appuyer, le long de la ligne indiquée par des points sur la figure 3, contre une portée du siège, de façon à obturer l'entrée d'un canal 40. La portée est par exemple de forme conique, alors que l'extrémité de la tige 28 présente, dans sa zone d'appui, une forme de segment sphérique. La pointe de la partie terminale de la tige peut être en forme de cône, pour réduire le risque de cavitation. A shutter 28 constituted by a rod or needle passes through a bore in the body 30 and has a terminal surface intended to bear, along the line indicated by points in FIG. 3, against a seat of the seat, so as to close off the inlet of a channel 40. The bearing is for example of conical shape, while the end of the rod 28 has, in its support zone, a shape of a spherical segment. The tip of the terminal part of the rod can be cone-shaped, to reduce the risk of cavitation.

La tige ou aiguille 28 glisse à frottement doux dans le guide 34. Un évidement du genre montré en traits mixtes peut être prévu pour réduire le frottement.The rod or needle 28 slides with gentle friction in the guide 34. A recess of the kind shown in phantom can be provided to reduce friction.

L'aiguille 28 peut être commandée par voie hydraulique ou plus fréquemment par voie électro-magnétique. Dans ce cas, le corps 30 contient une bobine avec une disposition générale qui peut être une de celles décrites dans la demande de brevet FR No. 97 01496 et la demande déposée le même jour que la présente demande pour "Injecteur de carburant pour moteur à combustion interne" auxquelles on pourra se reporter. The needle 28 can be controlled hydraulically or more frequently electromagnetically. In this case, the body 30 contains a coil with a general arrangement which may be one of those described in patent application FR No. 97 01496 and the application filed on the same day as the present application for "Fuel injector for engine with internal combustion "to which reference may be made.

Contrairement à la disposition classique, le canal 40 n'est pas aligné avec la direction de déplacement de lai- guille 28, mais fait avec elle un angle , qui sera généralement compris entre 5 et 300. Dans le cas illustré sur la figure 3, cet angle est d'environ 100. De façon à laisser le canal 40 dans l'axe du siège 38, le chambrage du renflement 32 qui reçoit le guide 34, le disque 36 et le siège 38 fait un angle Q avec la direction de déplacement. Unlike the conventional arrangement, the channel 40 is not aligned with the direction of movement of needle 28, but forms an angle with it, which will generally be between 5 and 300. In the case illustrated in FIG. 3, this angle is approximately 100. In order to leave the channel 40 in the axis of the seat 38, the recess of the bulge 32 which receives the guide 34, the disc 36 and the seat 38 forms an angle Q with the direction of movement. .

La circulation du carburant dans l'injecteur peut rester celle définie dans la demande de brevet français déjà mentionnée. Le carburant arrive par un jeu 44 ménagé entre l'alésage du corps et l'aiguille 28, s'écoule radialement par des encoches 46 de la face supérieure du guide, contourne le guide et arrive autour de la portée par des rainures tangentielles 48 (figure 4). The circulation of the fuel in the injector can remain that defined in the French patent application already mentioned. The fuel arrives via a clearance 44 formed between the bore of the body and the needle 28, flows radially through notches 46 on the upper face of the guide, bypasses the guide and arrives around the bearing surface by tangential grooves 48 ( figure 4).

Dans la variante de réalisation montrée en figure 5, où les éléments correspondant à ceux de la figure 3 sont désignés par le même numéro de référence, la surface du siège 38 qui est en regard de la chambre présente une forme renforçant le biais du jet. Le canal 40 débouche dans une facette qui n'est pas orthogonale à l'axe du canal 40. La perpendiculaire à la facette fait avec cet axe un angle p qui s'ajoute à l'angle a . L'angle ss sera généralement compris entre 5 et 20 degrés. In the alternative embodiment shown in FIG. 5, where the elements corresponding to those of FIG. 3 are designated by the same reference number, the surface of the seat 38 which is opposite the chamber has a shape reinforcing the bias of the jet. The channel 40 opens into a facet which is not orthogonal to the axis of the channel 40. The perpendicular to the facet makes with this axis an angle p which is added to the angle a. The angle ss will generally be between 5 and 20 degrees.

Dans le cas illustré sur les figures 6 et 7, le canal 40 est percé obliquement dans le siège 38, ce qui permet de conserver une symétrie de révolution pour le corps 30 et pour le chambrage. L'effet du canal oblique de la figure 6 peut être renforcé par l'emploi d'une facette oblique, du genre montré en figure 5. In the case illustrated in Figures 6 and 7, the channel 40 is drilled obliquely in the seat 38, which allows to keep a symmetry of revolution for the body 30 and for the recess. The effect of the oblique channel of figure 6 can be reinforced by the use of an oblique facet, of the kind shown in figure 5.

Dans le cas de la figure 6A, le canal 40 est décentré par rapport à la tige. Dans le cas montré en figures 8 et 9, le canal traversant le siège est coudé. L'usinage dans une pièce massive étant alors difficile, on peut avantageusement constituer le siège en plusieurs feuillets ou rondelles fixées les unes aux autres, comme indiqué schématiquement par des traits mixtes sur la figure 8. Une telle constitution en plusieurs feuillets, assemblés par soudage ou par diffusion, permet, à partir d'un jeu de feuillets ou rondelles, de constituer des injecteurs adaptés à chaque cas particulier. In the case of FIG. 6A, the channel 40 is off-center with respect to the rod. In the case shown in Figures 8 and 9, the channel through the seat is bent. Machining in a solid part then being difficult, it is advantageous to constitute the seat in several sheets or washers fixed to each other, as shown diagrammatically by dashed lines in FIG. 8. Such a constitution in several sheets, assembled by welding or by diffusion, allows, from a set of sheets or washers, to form injectors adapted to each particular case.

Dans le cas illustré sur la figure 10, le canal 40 est encore coudé. La face inférieure du siège 38 présente un renflement central 50, à travers lequel débouche le canal 40. In the case illustrated in FIG. 10, the channel 40 is still bent. The underside of the seat 38 has a central bulge 50, through which the channel 40 opens.

Un tel renflement bulbe peut également être prévu sur le siège des modes de réalisation précédemment décrits, et notamment celui des figures 6 et 7.Such a bulge bulge can also be provided on the seat of the embodiments previously described, and in particular that of FIGS. 6 and 7.

Enfin, le canal du mode de réalisation montré en figure 11 est constitué par un tronçon de tube coudé 52 emmanché dans un trou axial du siège 38 et fixé, par exemple par soudage. Ce tube mince emmanché 52 peut être remplacé par un tube épais, fixé sur la face inférieure du siège 38 ou dans un évidement. Ce tube, qui peut avoir la forme extérieure montrée schématiquement en traits mixtes sur la figure 11, peut être en métal ou en céramique. Finally, the channel of the embodiment shown in FIG. 11 is constituted by a section of bent tube 52 fitted into an axial hole in the seat 38 and fixed, for example by welding. This fitted thin tube 52 can be replaced by a thick tube, fixed on the underside of the seat 38 or in a recess. This tube, which can have the external shape shown schematically in phantom in Figure 11, can be of metal or ceramic.

L'avantage de la disposition montrée en figure 11 est qu'elle permet d'arriver à des angles de déviation a particulièrement élevés. The advantage of the arrangement shown in FIG. 11 is that it makes it possible to arrive at particularly high deflection angles.

Claims

characterized in that the channel (40) is, at least in its downstream part, oriented obliquely with respect to the direction of movement of the shutter (28).

4 Injector for injecting volatile fuel directly into the combustion chambers of an internal combustion engine with spark plug ignition, comprising a housing (30) having a fixed seat (38) pierced with a channel (40) of single spray and a shutter (28) movable by control means carried by the body between a position where it rests on the seat and closes the passage entrance and a position where it is moved away from the seat to allow injection fuel brought through a passage in the housing,

2. Injector according to claim 1, characterized in that the end part of the shutter is in the form of a spherical segment, at least in its part of contact with a bearing surface on the seat.

3. Injector according to claim 1 or 2, characterized in that the housing comprises a body (30) pierced with a bore (44) opening into a recess which receives a stack comprising a guide (34), and a seat (38 ), and from the seat (38), the shutter sliding in the guide with gentle friction.

4. Injector according to claim 3, characterized by a vortex generator disc (36) interposed between the guide and the seat.

5. Injector according to claim 3 or 4, characterized in that the recess has, relative to the direction of movement of the shutter, the same obliquity as the channel (40) placed in the axis of the seat.

6. Injector according to claim 3 or 4, characterized in that the recess is aligned with the direction of movement of the shutter and in that the channel is oblique.

7. Injector according to claim 3 or 4, characterized in that the channel is bent.

8. Injector according to any one of the preceding claims, characterized in that the channel opens into an oblique facet relative to the axis of the downstream part of the channel.