FR2796103A1 - Injecteur de carburant pour moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
Cet injecteur comprend une aiguille d'injecteur (1) qui est guidée dans un alésage central de guidage d'un corps d'injecteur (5) et comporte une zone d'étanchéité (27, 28, 29) faisant tout le tour et comportant une arête d'étanchéité (27) qui forme, en commun avec le siège de valve (55) du corps, une valve qui est ouverte ou fermée en fonction de la position de l'aiguille et commande l'acheminement de carburant à au moins un trou d'injection (9) ménagé dans la pointe d'injecteur (52) du corps.L'intervalle existant entre la paroi intérieure du corps d'injecteur et l'aiguille d'injecteur est agrandi au moyen d'une partie en retrait (33) qui est ménagée dans le corps et/ ou l'aiguille et est disposée axialement à un niveau situé entre l'arête d'étanchéité et la tige d'aiguille (15) de l'aiguille.
Description
L'invention concerne un injecteur de carburant comprenant une aiguille
d'injecteur qui est guidée dans un alésage central de guidage d'un corps d'injecteur et comporte une zone d'étanchéité faisant tout le tour et comportant une arête d'étanchéité qui forme, en commun avec le siège de valve du corps d'injecteur, une valve qui est ouverte ou fermée en fonction de la position de l'aiguille d'injecteur et commande l'acheminement de carburant à au moins un trou d'injection ménagé dans la
pointe d'injecteur du corps d'injecteur.
Dans les systèmes d'injection, du carburant est injecté sous une pression élevée, au moyen d'un injecteur de carburant, dans la chambre de combustion d'un moteur à
combustion interne.
Par WO 96/19661, on connait un injecteur de carburant qui comprend un corps d'injecteur comportant un alésage central de guidage dans lequel une aiguille d'injecteur est guidée. Le mouvement axial de l'aiguille d'injecteur permet d'ouvrir la valve qui est formée par l'arête d'étanchéité de l'aiguille d'injecteur et le siège de valve conique situé sur la pointe d'injecteur du corps d'injecteur. La valve commande ainsi l'acheminement de carburant aux trous d'injection qui sont ménagés dans la pointe d'injecteur. Un décrochement se présentant sous
forme d'une gorge qui fait tout le tour est ménagé au-
dessous de l'arête d'étanchéité de l'aiguille d'injecteur, afin d'empêcher la modification du diamètre
de siège de valve qui est due à de l'usure.
Lors de la fermeture de la valve, l'arête d'étanchéité de l'aiguille d'injecteur frappe fortement le siège de valve conique, ce qui provoque une sollicitation mécanique intense du corps d'injecteur qui peut conduire à une durée de vie réduite de ce corps d'injecteur. Le but de l'invention est de réduire la sollicitation mécanique du corps d'injecteur qui se
produit lors de la fermeture de la valve.
A cet effet, l'invention a pour objet un injecteur de carburant, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que l'intervalle existant entre la paroi intérieure du corps d'injecteur et l'aiguille d'injecteur est agrandi au moyen d'une partie en retrait qui est ménagée dans le corps d'injecteur et/ou l'aiguille d'injecteur et est disposée axialement à un niveau situé entre l'arête d'étanchéité et la tige
d'aiguille de l'aiguille d'injecteur.
L'injecteur de carburant de l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - la partie en retrait est réalisée sous forme d'une gorge faisant tout le tour dans l'aiguille d'injecteur, la gorge faisant tout le tour se raccorde directement à l'arête d'étanchéité, - l'aiguille d'injecteur comporte, entre la gorge faisant tout le tour et l'arête d'étanchéité, une première section d'aiguille qui est réalisée avec une forme tronconique, - l'aiguille d'injecteur comporte, entre la gorge faisant tout le tour et l'alésage de tige, une seconde section d'aiguille qui est réalisée avec une forme tronconique, - la gorge faisant tout le tour comporte une première et une seconde sections de gorge qui sont disposées en direction respectivement de l'arête d'étanchéité et de l'alésage de tige et la première section de gorge est réalisée avec une forme essentiellement cylindrique, - la partie en retrait est réalisée, sous forme d'une autre gorge faisant tout le tour, dans la paroi intérieure du corps d'injecteur, - l'aiguille d'injecteur comporte, entre sa pointe d'aiguille et l'arête d'étanchéité, une gorge de guidage faisant tout le tour, - le corps d'injecteur est réalisé sous forme d'un injecteur à trous et à siège dont les trous d'injection
sont situés dans la zone du siège de valve conique.
Dans l'invention, l'aiguille d'injecteur comporte, entre sa pointe d'aiguille de forme tronconique et sa tige d'aiguille cylindrique, une section de corps réalisée avec une forme tronconique et comportant, à l'endroit de sa transition avec la pointe d'aiguille, une arête d'étanchéité qui forme une valve en commun avec le siège de valve conique de la pointe d'injecteur d'un corps d'injecteur. Le siège de valve conique fait, avec la section de corps de l'aiguille d'injecteur, un angle dont les côtés se rencontrent à l'endroit de l'arête d'étanchéité et qui constitue un petit angle de l'ordre de quelques degrés. Lors de la fermeture de la valve, c'est-à-dire lorsque l'arête d'étanchéité rencontre le siège de valve conique, le carburant situé dans l'intervalle existant entre la section de corps de l'aiguille d'injecteur et le siège de valve conique est expulsé sous pression, de sorte que l'opération de
fermeture est amortie.
L'intervalle faisant tout le tour qui est situé entre le siège de valve et la section de corps est agrandi partiellement au moyen d'une partie en retrait située dans l'aiguille d'injecteur ou dans le corps d'injecteur, de sorte que l'effet d'amortissement de l'opération de fermeture peut être réglé. La partie en retrait est réalisée sous forme d'une gorge faisant tout le tour qui est ménagée dans l'aiguille d'injecteur ou dans le corps d'injecteur. L'effet d'amortissement est réglable en fonction de la position de la partie en retrait, c'est-à-dire de la position axiale de la partie
en retrait et de la taille de cette partie.
Dans une forme de réalisation, la gorge faisant tout le tour est ménagée d'une manière directement adjacente à l'arête d'étanchéité de l'aiguille d'injecteur, de sorte que, outre l'effet d'amortissement, le diamètre du siège de valve ne varie pas ou ne varie que d'une manière peu importante lors de l'usure de l'aiguille d'injecteur à
l'endroit de l'arête d'étanchéité.
Dans une autre forme de réalisation, une section de corps de l'aiguille d'injecteur de forme tronconique est située entre la gorge faisant tout le tour et l'arête d'étanchéité, de sorte que l'effet d'amortissement est réglable en fonction de la longueur axiale de cette
section de corps.
Dans une autre forme de réalisation, la gorge faisant tout le tour comporte une première et une seconde sections de gorge qui sont disposées en direction respectivement de l'arête d'étanchéité et de l'alésage de tige, la première section de gorge étant réalisée avec une forme cylindrique. Cela permet une réalisation simple de la gorge dans la section de corps considérée de l'aiguille d'injecteur. En outre, dans le cas o la seconde section de gorge cylindrique est disposée d'une manière directement adjacente à l'arête d'étanchéité, l'effet de l'usure sur le diamètre du siège de valve est faible. En outre, la partie en retrait est ménagée sous forme d'une gorge faisant tout le tour dans la paroi
intérieure du siège de valve du corps d'injecteur.
Dans une autre forme de réalisation, il est prévu, ménagée dans la pointe d'aiguille de forme tronconique, une autre gorge faisant tout le tour qui sert au guidage radial de l'aiguille d'injecteur lors de l'ouverture et
de la fermeture de la valve.
Le corps d'injecteur est avantageusement réalisé sous forme d'un injecteur à trous et à siège dont les trous d'injection sont situés dans la zone du siège de
valve conique.
Des exemples préférés de réalisation de l'invention
sont exposés en détail à l'aide de la description des
figures. On voit: à la figure 1, une coupe longitudinale du corps d'un injecteur de carburant, avec une aiguille d'injecteur, à la figure 2, un autre exemple de réalisation du corps d'injecteur et de l'aiguille d'injecteur, à la figure 3, une coupe longitudinale d'une partie du corps d'un injecteur de carburant, avec une aiguille d'injecteur, à la figure 4, un autre exemple de réalisation du corps d'injecteur et de l'aiguille d'injecteur et, à la figure 5, un autre exemple de réalisation du
corps d'injecteur et de l'aiguille d'injecteur.
La figure 1 représente, en tant qu'état de la technique, une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant comportant un corps d'injecteur 5 à symétrie essentiellement de révolution dans l'alésage central de guidage 54 duquel est guidée axialement une aiguille d'injecteur 11 à symétrie de révolution. A partir de l'orifice de l'alésage de guidage 54 dans la surface frontale 58 du corps d'injecteur 5, cet alésage de guidage 54 est suivi d'une chambre de pression 51, qui va en s'évasant radialement et va ensuite en rétrécissant de nouveau, d'un alésage de tige 57 et d'un siège de valve qui va en rétrécissant d'une manière conique en faisant un angle de siège de valve a3 et qui se termine par un trou borgne 56. Un conduit d'acheminement 59 est situé latéralement vis-à- vis de l'alésage de guidage 54
et débouche latéralement dans la chambre de pression 51.
Au moins un trou d'injection 9 est ménagé dans la pointe
du corps d'injecteur dans la zone du siège de valve 55.
L'aiguille d'injecteur 1 est divisée axialement en différents segments de corps cylindriques ou tronconiques dont les diamètres vont en diminuant à partir de la face arrière 11 de l'aiguille d'injecteur 1 et en direction de la pointe d'aiguille 45 aplatie. A partir de sa face arrière 11 et en direction de sa pointe d'aiguille, l'aiguille d'injecteur 1 est divisée en: - une tige de guidage 12 cylindrique qui est guidée dans l'alésage de guidage 54 et présente approximativement le diamètre de cet alésage de guidage 54, - un épaulement de pression 13 de forme tronconique situé au niveau de la chambre de pression 51, - une tige d'aiguille 15 cylindrique située au niveau de l'alésage de tige 57 du corps d'injecteur 5, la tige d'aiguille 15 pouvant comporter, dans une autre forme de réalisation, une section non cylindrique, par exemple en forme de polygone régulier, sur au moins une partie de sa longueur, - une section d'aiguille 20, 25 de forme tronconique faisant un premier angle de tronc de cône al et - la pointe d'aiguille 45 de forme tronconique, aplatie à sa pointe et faisant un second angle de tronc de cône a2 qui est supérieur au premier angle de troncs de cône al. La transition entre la section d'aiguille 20, 25 et la pointe d'aiguille 45 forme une arête 27 faisant tout le tour, appelée ciaprès arête d'étanchéité 27, qui forme, en commun avec le siège de valve 55 conique, une valve 27, 55 qui, en fonction de la position axiale de l'aiguille d'injecteur 1 dans le corps d'injecteur 5, commande l'apport de carburant aux trous d'injection 9 qui sont situés au-dessous de l'arête d'étanchéité 27 en
direction de la pointe d'aiguille 45.
L'injecteur de carburant fonctionne de la manière qui suit: Sur sa face arrière 11, l'aiguille d'injecteur 11 est soumise à l'action d'une force qui est dirigée vers la pointe d'aiguille 45. La force peut être transmise sur la face arrière 11 de l'aiguille d'injecteur 1 directement par un actionneur, par exemple un actionneur piézoélectrique ou électromagnétique, ou indirectement au moyen d'une servovalve hydraulique. Du carburant, qui passe par le conduit d'acheminement 59, la chambre de pression 51 et l'alésage de tige 57, est injecté par les trous d'injection 9 dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne en fonction de la position de la valve 27, 55. L'apport de carburant aux trous d'injection 9 est commandé en fonction de la position axiale de l'aiguille d'injecteur 1. Le mouvement de l'aiguille d'injecteur 1 et donc la position de celle-ci dépendent essentiellement de la pression du carburant dans la chambre de pression 51 et de la force s'exerçant
sur la face arrière 11 de l'aiguille d'injecteur 1.
Lors de l'opération de fermeture de la valve 27, , c'est-à-dire lors du mouvement de l'aiguille d'injecteur 1 axialement en direction de la pointe du corps d'injecteur 5, l'arête d'étanchéité 27 frappe le siège de valve 55 conique, de sorte que ce siège de valve s'use (usure de siège). L'usure de siège dépend de l'intensité de l'impact de l'arête d'étanchéité 27 sur le siège de valve 55 et de la déformation de la zone d'étanchéité 28 qui est formée par l'arête d'étanchéité 27, la section de la pointe d'injecteur 45 voisine de l'arête d'étanchéité 27 et le siège de valve 55. Lorsque l'aiguille d'injecteur frappe le siège de valve 55, le corps d'injecteur 5 se déforme élastiquement et il se forme ainsi la zone d'étanchéité dynamique 28 qui sert à une répartition superficielle uniforme, sur le siège de valve 55, de la force dynamique apparaissant lors de l'impact, de sorte qu'il existe une très faible
sollicitation superficielle dans la matière.
La différence angulaire a (voir figure 2) entre l'angle de siège de valve a3 et le second angle de tronc de cône a2 est petite et elle vaut au maximum quelques degrés et est de préférence comprise entre 0,15 et 5 . Du fait de la faible différence angulaire a, le carburant est expulsé sous pression de la section d'aiguille 20, 25 et du siège de valve 55 peu avant l'impact de l'arête d'étanchéité 27 sur le siège de valve 55, ce qui entraîne un amortissement du mouvement de fermeture, de sorte que la force d'impact de l'arête d'étanchéité 27 sur le siège
de valve 55 et donc l'usure sont réduites.
Les figures 2 à 5 représentent différents exemples de réalisation de la partie de l'injecteur de carburant de la figure 1 qui s'étend de l'alésage d'aiguille 57 jusqu'à la pointe du corps d'injecteur 5, avec différentes formes de réalisation de l'aiguille d'injecteur 1 et du corps d'injecteur 5. Des sections de corps fonctionnellement équivalentes ont été affectées
des mêmes repères.
A la figure 2, à la différence de la figure 1, une gorge 33 faisant tout le tour est ménagée dans la section d'aiguille 20, 25 qui est ainsi divisée en une première et une seconde sections d'aiguille 20, 25 dirigées respectivement vers l'arête d'étanchéité 27 et la tige d'aiguille 15. L'amortissement du mouvement de fermeture mentionné en regard de la figure 1 est réglable au moyen de la gorge 33 et est de ce fait adaptable à des exigences propres au client. L'amortissement dépend: - de la différence angulaire a, - de la position axiale de la gorge 33 dans la section d'aiguille 20, 25, - du volume que le carburant occupe dans la gorge 33, de la distance maximale entre la paroi de la gorge 33 et la surface du siège de valve 55 et
- de la forme de la gorge.
Pendant le mouvement de fermeture, du fait de la faible différence angulaire a, le carburant est expulsé sous pression de l'intervalle d'amortissement situé entre la section d'aiguille 20, 25 et le siège de valve 55, peu avant l'impact de l'arête d'étanchéité 27 sur le siège de valve 55, tandis qu'en outre, du fait de la réalisation de la gorge 33, il se présente dans l'intervalle d'amortissement des ondes de pression et des résonances qui, en fonction - de la différence angulaire a, - de la vitesse de fermeture de l'aiguille d'injecteur 1, - de la pression de carburant, - de la position axiale de la gorge 33 dans la section d'aiguille 20, 25, - du volume que le carburant occupe dans la gorge 33, de la distance maximale entre la paroi de la gorge 33 et la surface du siège de valve 55 et - de la forme de la gorge 33, entraînent avantageusement une amplification ou un affaiblissement surproportionnel de l'amortissement du
mouvement de fermeture.
A la figure 3, à la différence de la figure 2, la gorge 33 faisant tout le tour est ménagée dans la section d'aiguille 20 d'une manière directement adjacente à l'arête d'étanchéité 27, de sorte que, lorsqu'une usure apparaît, le diamètre du siège de valve ne varie que faiblement ou ne varie pas du tout, en fonction de la
forme de la gorge 33.
Dans un autre exemple de réalisation, la gorge 33 est ménagée dans la section d'aiguille 25 d'une manière directement adjacente à la transition avec la tige d'aiguille 15, de sorte que la longueur axiale effective de cette section d'aiguille 25 et donc de l'intervalle d'amortissement est plus courte et qu'ainsi,
l'amortissement est réglable d'une manière définie.
Par ailleurs, le fait, décrit en regard des figures précédentes, de ménager une gorge 33 dans la section d'aiguille 20, 25 de l'aiguille d'injecteur 11 assure une stabilisation radiale de cette aiguille 1, étant donné que, dans la gorge 33, le carburant se répartit rapidement et uniformément et produit une force de
stabilisation radiale sur l'aiguille d'injecteur 1.
La gorge 33 décrite en regard des figures qui précèdent est de préférence divisée en une première section de gorge 35 de forme tronconique et une seconde section de gorge 40 cylindrique qui sont disposées en direction respectivement de la pointe d'aiguille 45 et de la tige d'aiguille 15. Si la gorge 33 est disposée, par sa seconde section de gorge 40 cylindrique, directement au-dessous de l'arête d'étanchéité 27 (voir figure 3), on obtient avantageusement un diamètre du siège de valve qui
est indépendant de l'usure.
A la figure 4, à la différence de la figure 2, il est prévu, ménagée dans la pointe d'aiguille 30, 45 de forme tronconique, une seconde gorge 43 faisant tout le tour qui divise la pointe d'aiguille en une première et
une seconde sections de corps 30, 45.
Les axes 90 des trous d'injection 9 débouchent dans la seconde gorge 43 lorsque la valve 27, 55 est fermée et de préférence également lorsque la valve 27, 55 est totalement ouverte, avec une course maximale de
l'aiguille d'injecteur 1.
De préférence, l'arête 91 de l'orifice du trou d'injection 9 qui est située sur la face intérieure du corps d'injecteur 5, orifice qui est dirigé vers la pointe d'injecteur 45, est située au niveau de la seconde section de gorge 40 lorsque l'aiguille d'injecteur 1 est dans sa position de fermeture, mais de préférence également lorsque l'aiguille d'injecteur 1 a effectuée sa
course maximale.
Pendant l'ouverture de l'aiguille d'injecteur 1, un équilibre de pression s'établit à l'endroit de la seconde gorge 43 de l'aiguille 1, tandis que, sous l'effet de la pression de carburant et de l'apport de carburant, il s'exerce sur l'aiguille d'injecteur 1 une force qui est dirigée radialement vers son axe longitudinal 10 et qui s'oppose à ce que l'aiguille d'injecteur 1 s'écarte radialement, de sorte que cette aiguille 1 est stabilisés
radialement et est centrée au milieu.
Du fait que deux gorges 33, 43 faisant tout le tour sont ménagées dans l'aiguille d'injecteur 1, il se produit des effets de combinaison qui s'amplifient, en ce il qui concerne la stabilisation radiale de l'aiguille 1
pendant l'ouverture et la fermeture de cette aiguille.
A la figure 5, à la différence de la figure 1, c'est une gorge de paroi 34 faisant tout le tour qui est ménagée au niveau de la section d'aiguille 20, 25 et remplit la même fonction que la gorge 33 des figures précédentes. Il est ainsi possible de réduire les coûts de fabrication en fonction du procédé de fabrication utilisé. La distance maximale entre la paroi de la gorge 33 et la paroi intérieure du corps d'injecteur 5 ou entre la paroi de la gorge de paroi 34 et la section d'aiguille , 25 qui est préférée dans les exemples de réalisation décrits en regard des figures précédentes, est comprise
entre 0,01 et 0,1 mm.
Claims (9)
1. Injecteur de carburant comprenant une aiguille d'injecteur (1) qui est guidée dans un alésage central de guidage d'un corps d'injecteur (5) et comporte une zone d'étanchéité (27, 28, 29) faisant tout le tour et comportant une arête d'étanchéité (27) qui forme, en commun avec le siège de valve (55) du corps d'injecteur (5), une valve (27, 55) qui est ouverte ou fermée en fonction de la position de l'aiguille d'injecteur (1) et commande l'acheminement de carburant à au moins un trou d'injection (9) ménagé dans la pointe d'injecteur (52) du corps d'injecteur (5), caractérisé en ce que - l'intervalle existant entre la paroi intérieure du corps d'injecteur (5) et l'aiguille d'injecteur (1) est agrandi au moyen d'une partie en retrait (33, 34) qui est ménagée dans le corps d'injecteur (5) et/ou l'aiguille d'injecteur (1) et est disposée axialement à un niveau situé entre l'arête d'étanchéité (27) et la tige
d'aiguille (15) de l'aiguille d'injecteur (1).
2. Injecteur de carburant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que - la partie en retrait (33) est réalisée sous forme d'une gorge par (33) faisant tout le tour dans l'aiguille
d'injecteur (1).
3. Injecteur de carburant suivant la revendication 2, caractérisé qu'en ce que - la gorge (33) faisant tout le tour se raccorde
directement à l'arête d'étanchéité (27).
4. Injecteur de carburant suivant la revendication 2, caractérisé en ce que - l'aiguille d'injecteur (1) comporte, entre la gorge (33) faisant tout le tour et l'arête d'étanchéité (27), une première section d'aiguille (20) qui est
réalisée avec une forme tronconique.
5. Injecteur de carburant suivant l'une quelconque
des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que
- l'aiguille d'injecteur (1) comporte, entre la gorge (33) faisant tout le tour et l'alésage de tige (57), une seconde section d'aiguille (25) qui est
réalisée avec une forme tronconique.
6. Injecteur de carburant suivant l'une quelconque
des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que
- la gorge (33) faisant tout le tour comporte une première (40) et une seconde (35) sections de gorge qui sont disposées en direction respectivement de l'arête d'étanchéité (27) et de l'alésage de tige (57) et - en ce que la première section de gorge (40) est
réalisée avec une forme essentiellement cylindrique.
7. Injecteur de carburant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que - la partie en retrait (34) est réalisée, sous forme d'une autre gorge (34) faisant tout le tour, dans la
paroi intérieure du corps d'injecteur (1).
8. Injecteur de carburant suivant l'une quelconque
des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que
- l'aiguille d'injecteur (1) comporte, entre sa pointe d'aiguille (45) et l'arête d'étanchéité (27), une
gorge de guidage (43) faisant tout le tour.
9. Injecteur de carburant suivant l'une quelconque
des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que
- le corps d'injecteur (5) est réalisé sous forme d'un injecteur à trous et à siège dont les trous d'injection (9) sont situés dans la zone du siège de
valve conique (55).
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