FR2862718A1 - Dispositif d'injection de carburant et procede de fabrication d'un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'injection de carburant comprenant un boîtier (22) recevant un élément formant soupape (30) pour couper ou relier un orifice de sortie (28) à un branchement haute pression. Il comporte une zone d'étanchéité (44) formée entre deux surfaces de paroi (38, 42) faisant entre elles un angle < 180°. La zone d'étanchéité (44) coopère avec une surface formant siège de soupape (26) faisant partie du boîtier. La zone d'étanchéité (44) est arrondie.
Description
But de l'invention
La présente invention a pour but de développer un dispositif d'injection de carburant et son procédé de fabrication de façon à donner à ce dispositif d'injection une durée de vie plus longue avec un meilleur effet d'étanchéité. L'invention se propose également de simplifier la fabrication de ce dispositif.
Exposé de l'invention A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'injection de carburant du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la zone 10 d'étanchéité est arrondie.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel dispositif d'injection, caractérisé en ce que la zone d'étanchéité est réalisée arrondie.
Avantages de l'invention Le dispositif d'injection de carburant selon l'invention pré-sente par rapport aux dispositifs connus, une durée de vie plus longue car l'usure est réduite au niveau du siège de soupape. La raison en est que la surface formant siège de soupape, lorsque l'élément de soupape est fermé, est appliquée tangentiellement contre la zone d'étanchéité, arrondie, ce qui permet un meilleur glissement de l'élément formant soupape lors des mouvements de fermeture ou d'ouverture. Ainsi, en particulier lors de sa fermeture, l'élément de soupape glisse plus facilement sur le siège de soupape du boîtier. Cela réduit l'usure.
Immédiatement après la fabrication du dispositif d'injection de carburant, la zone d'étanchéité arrondie est appliquée suivant un con-tact linéaire contre la surface formant siège de soupape, située en regard. Après peu de temps de fonctionnement, la déformation inévitable d'une part au niveau de la zone foi mant siège d'étanchéité et d'autre part au ni-veau de la surface formant siège de soupape, en regard, donne du fait de l'arrondi existant, un contact au moins partiellement surfacique entre l'élément de soupape et la surface formant siège de soupape en regard; cela se traduit par une usure de surface inférieure globalement à celle des dispositifs d'injection de carburant connus.
Du fait du contact qui s'établit rapidement et qui lorsque l'élément de soupape est fermé correspond à un contact au moins en par- tie surfacique entre l'élément de soupape et la surface formant siège de soupape permet d'avoir une différence d'angle de siège , èeest-à-dire l'angle compris entre les deux surfaces de paroi, voisines au niveau de la zone d'étanchéité, d'une valeur très grande. Cela simplifie la fabrication et permet la réalisation de diamètre plus grand au niveau de l'extrémité d'injection de l'élément de soupape et du boîtier sans que l'on risque une usure plus importante ou un effet d'étanchéité plus réduit.
Pour le dispositif d'injection de carburant selon l'invention il est proposé d'arrondir la zone d'étanchéité pour que le surfaces de paroi des deux côtés de la zone d'étanchéité se rejoignent sans former d'arête au niveau de la zone d'étanchéité. Ainsi on évite toute arête dans cette zone de l'élément de soupape. Cela aboutit à une usure particulièrement ré-duite et en corollaire à une durée de vie plus longue du dispositif d'injection de carburant.
Il est particulièrement avantageux que la zone d'étanchéité soit arrondie avec un rayon d'environ 0,1-0,4 mm et en particulier avec un rayon de 0, 15 à 0,3 mm. De tels arrondis peuvent être réalisés sans diffi- cuité avec les machines de rodage habituelles ou installations de rodage et permettent d'obtenir tous les avantages décrits ci-dessus.
L'élément de soupape peut également comporter sans difficulté plusieurs zones d'étanchéité sans que cela n'entraîne un surcoût important pour la fabrication. Comme pendant le début du fonctionne- ment du dispositif d'injection de carburant il se produit un aplatissement régulier au niveau de la zone d'étanchéité, cela est particulièrement perceptible avantageusement car déjà après une courte durée de fonctionne-ment toutes les zones d'étanchéité auront un excellent comportement d'étanchéité, régulier.
Un développement particulièrement avantageux du procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'au moins une zone d'étanchéité et les surfaces de paroi voisines de cette zone d'étanchéité se réalisent au cours d'une seule opération avec un unique outil de rodage profilé de manière correspondante. Cela permet une fabrication particulièrement éco- nomique du dispositif d'injection de carburant selon l'invention.
Par rapport aux dispositifs d'injection de carburant connus dont les surfaces de paroi voisines de la zone d'étanchéité nécessitent un usinage par deux opérations de rodage distinctes, le moyen de l'invention permet une rationalisation poussée et un gain de temps à la fabrication.
Une telle fabrication intégrale de la zone d'étanchéité et les surfaces de paroi voisines n'étaient pas possibles jusqu'alors car cela ne permettait pas de réaliser les arêtes d'étanchéité, accentuées, nécessaires jusqu'alors. Ce n'est qu'en réalisant de manière parfaitement intentionnelle une zone d'étanchéité arrondie que l'on peut utiliser ce procédé de fabrication intégral particulièrement économique.
Précisément dans le cas de géométries complexes nécessitant une précision de fabrication particulièrement poussée (dans le do- maine du micron) on peut obtenir cette précision élevée car il n'est plus nécessaire de rapprocher de manière répétée l'outil de rodage contre l'ébauche ou de l'en écarter. Une seule approche de l'outil suffit. En outre, dans le procédé de l'invention, il est intéressant que les tolérances ou imprécisions de l'installation de dressage que l'on utilise pour remettre aux dimensions l'outil de rectification ne se répercutent que faiblement sur la précision dimensionnelle de l'élément de soupape. La raison en est qu'au moins les petites imprécisions de cette installation de dressage se transmettent de la même manière à toutes les surfaces de l'élément de sou-pape. Cela provient du fait que l'installation de dressage n'est rapprochée qu'une fois de l'outil de rectification et suit le contour de l'outil. Ainsi, l'imprécision de l'installation de dressage se traduit finalement sur l'élément de soupape par un défaut dans toutes les zones usinées de l'élément de soupape, c'est-à-dire au niveau de toutes les surfaces de paroi et zones d'étanchéité, et que ce défaut a la même dimension et se com- pense au moins théoriquement complètement dans la zone de l'élément de soupape.
Cela est particulièrement avantageux pour des différences d'angles de sièges très faibles si les intervalles prévus entre l'élément de soupape et le boîtier sont très faibles. Comme la position axiale de la zone d'étanchéité est prédéfinie par le profil de l'outil de rectification, la position axiale de l'élément de soupape dans le boîtier à l'état fermé est définie avec une grande précision et ne change que très peu d'un exemplaire de dispositif d'injection de carburant à l'autre. Ainsi, le procédé selon l'invention réduit le degré de dispersion des exemplaires fabriqués.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé de plusieurs dispositifs d'injection de carburant, la figure 2 est une coupe partielle d'une zone d'un dispositif d'injection de carburant de la figure 1, la figure 3 montre le détail III de la figure 2, la figure 4 est une vue de côté à échelle agrandie d'un élément de sou-pape d'un dispositif d'injection de carburant selon la figure 2 et l'outil de rectification profilé servant à sa fabrication, la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4 d'un second mode 5 de réalisation d'un élément de soupape et de l'outil de rectification approprié, la figure 6 montre le détail VI de la figure 5, la figure 7 est une vue de détail analogue à celle de la figure 4 d'un troisième mode de réalisation d'un élément de soupape et de l'outil de 10 rectification correspondant, la figure 8 est une coupe partielle d'un quatrième mode de réalisation d'un élément de soupape, la figure 9 montre le détail IX de la figure 8.
Description des modes de réalisation
Selon la figure 1, un moteur à combustion interne porte globalement la référence 10.
Il est équipé d'un réservoir à carburant 12 dans lequel une installation de transfert 14 prélève le carburant pour alimenter une con-duite collectrice de carburant 16 (ou rampe commune). Plusieurs disposi- tifs d'injection de carburant 18 sont raccordés à cette rampe commune pour injecter directement le carburant dans la chambre de combustion 20 correspondante.
Selon la vue de détail de la figure 2, un dispositif d'injection de carburant 18 comporte un boîtier 22 muni d'une cavité munie d'un segment cylindrique 24 se terminant par un segment conique 26. La conicité du segment conique 26 est constante. Au niveau du segment conique 26 le boîtier 22 est traversé par plusieurs canaux d'éjection de carburant 28.
Un élément allongé de soupape ou aiguille d'injecteur 30 est logé dans la cavité 24, 26 du boîtier 22. Cet élément se compose d'un segment principal cylindrique 32 et d'un segment d'extrémité 34 qui diminue globalement suivant une forme conique. Le segment principal cylindrique 32 a un diamètre légèrement inférieur à la dimension libre du segment cylindrique 24 de la cavité du boîtier 22. On forme ainsi un vo- lume annulaire 36 entre l'élément de soupape 30 et le boîtier 22; ce volume annulaire est relié d'une manière non représentée à la figure 2 à un branchement haute pression lui-même relié à la rampe de carburant 16.
Le segment d'extrémité conique 34 de l'élément de soupape 30 a deux surfaces de paroi de conicités différentes (voir également la figure 3). La surface de paroi supérieure 38 selon la figure 2 fait avec l'axe longitudinal 40 de l'élément de soupape 30 un angle plus petit que le segment conique 26 de la cavité du boîtier 22. La surface de paroi conique 42 inférieure selon la figure 2 fait en revanche un angle plus grand avec l'axe longitudinal 40 que le segment conique 26 de la cavité du boîtier 22.
Comme cela apparaît particulièrement bien à la figure 3, entre les deux parties coniques ou surfaces de paroi 38, 42 de l'élément de soupape 30, on a une zone d'étanchéité 44 arrondie. Comme cela apparaît également à la figure 3, la zone d'étanchéité arrondie 44 correspond, selon la vue en coupe de côté d'un segment périphérique d'un cercle 46 de rayon R. La position du centre de courbure 48 du cercle 46 est choisie pour supprimer toute discontinuité de la surface de paroi du segment d'extrémité conique 34 de l'élément de soupape 30, au moins immédiate-ment après sa fabrication, discontinuité concernant la pente (c'est-à-dire qu'il n'y aura pas d'arête). La transition entre le segment de cercle 46 et les surfaces de paroi voisines 38, 42 est représentée en trait interrompu aux figures 2 et 3. Ces transitions portent les références 50, 52.
Pendant le fonctionnement, la chambre annulaire 36 est à la pression de carburant qui règne également dans la rampe commune 16. Lorsque l'élément de soupape est fermé, la zone d'étanchéité 44, arrondie, s'applique contre la zone en regard 26 de la cavité du boîtier 22. Celle-ci forme ainsi une surface de siège de soupape. La communication entre la chambre annulaire 36 et les canaux de sortie de carburant 28 est ainsi coupée. Pour injecter du carburant dans la chambre de combustion 20 on soulève l'élément de soupape 30 d'une manière non représentée. Il en résulte que la zone d'étanchéité arrondie 44 se soulève dans la surface formant siège de soupape 26 qui se trouve en regard. Le carburant peut ainsi passer à pression élevée de la chambre annulaire 36 dans les canaux d'éjection de carburant 28 et passer dans la chambre de combustion 20.
Immédiatement après la fabrication du dispositif d'injection de carburant 18, le contact entre la zone d'étanchéité arrondie 44 et la surface formant siège de soupape 26 en regard est encore linéaire. Au cours du fonctionnement initial du dispositif d'injection de carburant 18 on arrive toutefois dans cette zone à une usure inévitable et à des déformations ce qui se traduit au cours du temps par un contact surfacique, au moins par endroits, entre la zone d'étanchéité arrondie 44 et la surface formant siège de soupape 26.
Selon la figure 4, on utilise un outil de rectification 52 pro-filé pour réaliser l'élément de soupape 30. Cet outil comporte deux zones 54, 56 essentiellement droites chacune exactement parallèle à la faune finale souhaitée pour les surfaces de paroi 42, 38. Entre les deux surfaces droites 54, 56, il y a une zone transitoire arrondie 38 dont le rayon de courbure correspond exactement au rayon de courbure souhaité pour la zone d'étanchéité arrondie 44. Cet outil de rectification 52 permet d'usiner le segment d'extrémité conique 34 de l'élément de soupape 30. Cela per-met de réaliser les surfaces de paroi 38, 42 et la zone d'étanchéité 44 arrondie, situées entre elles, au cours d'une seule opération, avec un unique outil de rectification 52.
Les figures 5 et 6 montrent une variante de réalisation d'un élément de soupape 30. Dans ces figures et dans les figures suivantes de tels éléments et zones qui ont des fonctions équivalentes à celles des éléments et des zones décrits ci-dessus porteront les mêmes références. Ces éléments ne seront pas redécrits en détail.
Le segment d'extrémité conique 34 de l'élément de soupape 30 représenté aux figures 5 et 6 a une géométrie beaucoup plus complexe que le segment d'extrémité conique 34 de l'élément de soupape 30 présenté aux figures 2 à 4. Ainsi, sous la zone d'étanchéité arrondie 44, il y a une rainure périphérique 60 du côté de la surface de paroi conique 42. Cette rainure sert surtout à optimiser le comportement hydraulique lors- que l'élément de soupape 30 est ouvert. La transition de la rainure 60 vers la surface de paroi conique 42 est également arrondie. La zone transitoire correspondante porte la référence 62 aux figures 5 et 6. Le segment d'extrémité 34 conique de l'élément de soupape 40 est usiné à l'aide d'un unique outil de rectification 52 au cours d'une seule opération. Pour cela, l'outil de rectification 52 comporte une partie bombée 64 entre les deux surfaces droites 54, 56, cette surface bombée correspondant à la rainure 60 ainsi qu'un arrondi 66 correspond à la zone transitoire 62.
La figure 7 montre une autre variante de réalisation. Dans cette variante, au-dessus de la surface de paroi conique 38, l'outil de rec- tification 52 usine un prolongement cylindrique 68. L'outil de rectification 52 présente pour cela une surface droite 70 correspondante et un arrondi de transition 72. Ce dernier réalise la jonction arrondie 74 entre le prolongement cylindrique 68 et la surface de paroi conique 38.
Les figures 8 et 9 concernent un dispositif d'injection de carburant ayant deux éléments de soupape 30a, 30b, coaxiaux, auxquels sont associés des canaux d'éjection de carburant respectifs. L'élément de soupape intérieur 30b est guidé en coulissement et de manière étanche au liquide dans l'élément de soupape extérieur 30a. Un tel dispositif d'injection de carburant permet de libérer des sections d'injection différentes selon la quantité de carburant à injecter. Il peut être souhaitable de réaliser, au niveau de l'élément de soupape extérieur 30a, un double siège . Il s'agit d'un élément de soupape extérieur 30a comportant une surface formant siège de soupape 26 (voir figure 9) à deux zones d'étanchéité 44a, 44b, écartées l'une de l'autre. Pour cela, le segment d'extrémité 34 de l'élément de soupape extérieur 30a est réalisé de la manière suivante: La zone de paroi conique supérieure 38 se poursuit par la première zone d'étanchéité arrondie 44a qui s'appuie contre la surface formant siège de soupape 26 du boîtier lorsque l'élément de soupape 30a est fermé. Sous la première zone d'étanchéité 44a on a une surface de paroi conique droite 42a relativement courte dans la direction axiale qui possède une conicité plus forte que la surface de paroi 38 et rejoint la rai- pure 60 par une zone transitoire arrondie 62. La rainure rejoint elle- même la surface de paroi conique inférieure 42 par une seconde zone d'étanchéité arrondie 44b. L'usinage du segment d'extrémité 34 de l'élément de soupape 30b représenté aux figures 8 et 9 se fait au cours d'une seule opération avec un unique outil de rectification; toutefois cet outil n'est pas représenté aux figures 8 et 9.
Claims (7)
1 ) Dispositif d'injection de carburant (18), notamment pour un moteur à combustion interne (10) à injection directe de carburant, comprenant un boîtier (22) avec au moins un élément de soupape (30) logé dans le boîtier (22) et qui permet de couper ou de relier au moins un orifice de sortie de carburant (28) à un branchement haute pression, et l'élément de soupape comprenant au moins une zone d'étanchéité (44) formée entre deux surfa-ces de paroi (38, 42) faisant un angle < 180 , et coopérant avec une sur-face formant siège de soupape (26) appartenant au boîtier et située en regard de la zone d'étanchéité (44), caractérisé en ce que la zone d'étanchéité (44) est arrondie.
2 ) Dispositif d'injection de carburant (18) selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que la zone d'étanchéité (44) est arrondie pour que les surfaces de paroi (38, 42) des deux côtés de la zone d'étanchéité (44) rejoignent la zone d'étanchéité (44) sans former d'arête.
3 ) Dispositif d'injection de carburant (18) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone d'étanchéité (44) a un rayon d'environ 0,10,4 mm et notamment un rayon compris entre 0,15 et 0,3 mm.
4 ) Dispositif d'injection de carburant (18) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément formant soupape (30a) comporte plusieurs zones d'étanchéité (44a, 44b).
5 ) Procédé de fabrication d'un dispositif d'injection de carburant (18) notamment pour un moteur à combustion interne (10) à injection directe de carburant, comprenant un boîtier (22) et au moins un élément de soupape (30), allongé, logé dans le boîtier (22) et qui sépare ou relie au moins un orifice de sortie de carburant (28) à un branchement haute pression, l'élément de soupape présentant au moins une zone d'étanchéité (44) formée entre deux surfaces de paroi (38, 42) faisant entre elles un angle < 180 , et coopérant avec une surface formant siège de soupape (26) du boîtier située sensiblement en regard de la zone d'étanchéité (44), caractérisé en ce que la zone d'étanchéité (44) est réalisée arrondie.
6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' au moins une zone d'étanchéité (44) et les surfaces de paroi (38, 42) voisines de la zone d'étanchéité (44) sont réalisées au cours d'une seule opération avec un seul outil de rectification (52) de profil correspondant.
7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on réalise plusieurs zones d'étanchéité (44a, 44b) sur l'élément formant soupape (30a) et les zones de paroi (38, 42) voisines au cours d'une seule opération avec un seul outil de rectification (52) profilé de façon corres- pondante.
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| Publication number | Publication date |
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| FR2862718B1 (fr) | 2011-03-04 |
| DE10351460A1 (de) | 2005-06-09 |
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Effective date: 20150731 |