FR2904378A1

FR2904378A1 - Pressurized fluid e.g. pressurized fuel, injecting device for motor vehicle, has block with sphere whose diameter is lower than internal diameter of bore to guide needle in bore and to allow movement of needle with respect to axis of bore

Info

Publication number: FR2904378A1
Application number: FR0653116A
Authority: FR
Inventors: Jeremy Bernasconi; Philippe Masson
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-02-01

Abstract

The device has a guidance unit ensuring guidance and coaxial sliding of a guidance needle with respect to a guidance nozzle (10). The unit has a guidance block (20) with a guidance pressure key (26) whose convex and spherical external surface is in contact with a concave internal surface (12) of a cylindrical bore (11). The block has a sphere delimited by the external surface. External diameter of the sphere is slightly lower than internal diameter of the bore to axially guide the needle in the bore and to allow pivoting movement of the needle with respect to an axis (A) of the bore.

Description

"Dispositif d'injection de fluide, notamment de carburant pour un moteur à"Device for injecting fluid, in particular fuel for a combustion engine

combustion interne" L'invention concerne un dispositif d'injection de fluide notamment de carburant pour un moteur à combustion interne. The invention relates to a fluid injection device including fuel for an internal combustion engine.

Un tel dispositif comporte : - une buse de guidage constituée d'un corps qui est traversé par un alésage cylindrique délimité par une surface interne concave ; - une aiguille d'injection comportant une tige de diamètre io réduit et une tête à une extrémité de la tige, l'aiguille étant montée coaxialement et libre en coulissement dans l'alésage de la buse de guidage ; et - des moyens de guidage de l'aiguille d'injection dans l'alésage qui sont agencés sur la tige de l'aiguille pour assurer un is guidage et un coulissement axial de l'aiguille par rapport à la buse de guidage et qui comportent au moins un bloc de guidage comportant une surface externe convexe en contact avec la surface interne concave de l'alésage. Au moment de l'injection, le carburant sous pression est 20 acheminé dans la buse de guidage, entre la surface interne de l'alésage et l'aiguille d'injection. Sous l'effet de la pression notamment, la tête de l'aiguille est repoussée de manière à libérer le carburant. On connaît des moyens de guidage qui ne permettent 25 qu'un mouvement relatif axial de l'aiguille d'injection par rapport à la buse de guidage. Ces moyens évitent ainsi les chocs latéraux entre l'aiguille d'injection et la buse du guidage, particulièrement au niveau de l'extrémité comportant la tête d'aiguille de manière à garantir la qualité de la forme du jet de carburant. Such a device comprises: - a guide nozzle consisting of a body which is traversed by a cylindrical bore delimited by a concave inner surface; an injection needle comprising a rod of reduced diameter and a head at one end of the rod, the needle being mounted coaxially and free to slide in the bore of the guide nozzle; and - guide means of the injection needle in the bore which are arranged on the needle shaft to ensure guiding and axial sliding of the needle relative to the guide nozzle and which comprise at least one guide block having a convex outer surface in contact with the concave inner surface of the bore. At the time of injection, the pressurized fuel is conveyed into the guide nozzle, between the inner surface of the bore and the injection needle. Under the effect of the pressure in particular, the head of the needle is pushed back so as to release the fuel. Guiding means are known which permit only axial relative movement of the injection needle with respect to the guide nozzle. These means thus avoid lateral shocks between the injection needle and the nozzle of the guide, particularly at the end with the needle head so as to ensure the quality of the shape of the fuel jet.

30 Le document FR-A-2.816.010 décrit et représente un moyen de guidage pour une aiguille d'injection du type décrit précédemment.FR-A-2.816.010 discloses and shows a guiding means for an injection needle of the type previously described.

2904378 2 Dans ce document, le guidage de l'aiguille est réalisé en augmentant le diamètre d'une partie de l'aiguille, proche de la tête de l'aiguille, de manière à ne permettre qu'un mouvement relatif axial entre l'aiguille et la buse.In this document, the guiding of the needle is carried out by increasing the diameter of a part of the needle, close to the head of the needle, so as to allow only an axial relative movement between the needle. needle and nozzle.

5 Des fentes axiales sont réalisées dans le pourtour extérieur de ce moyen de guidage cylindrique de manière à permettre la circulation du carburant. Cependant, cette technique entraîne des pertes de charge importantes et limite fortement le débit de carburant. Il devient io aussi difficile de contrôler la forme du jet de carburant en sortie de l'injecteur. D'autres techniques ont été proposées pour dégager un volume plus important pour le passage de fluide et mieux contrôler la forme du jet.Axial slots are made in the outer periphery of this cylindrical guide means so as to allow the circulation of the fuel. However, this technique leads to significant pressure losses and greatly limits the fuel flow. It becomes as difficult to control the shape of the fuel jet at the outlet of the injector. Other techniques have been proposed to release a larger volume for the passage of fluid and better control the shape of the jet.

15 Une de ces techniques fait l'objet du document technique SAE 930322 qui décrit et représente un injecteur utilisé pour des procédés d'atomisation. Dans ce document, le guidage de l'aiguille d'injection est réalisé au moyen de touches de guidage, usinées avec le corps 20 de l'aiguille d'injection. Les touches de guidage comportent une surface externe en arcs de cylindre convexe et elles sont régulièrement réparties autour de l'axe de l'aiguille d'injection de manière à permettre un coulissement axial. De telles touches de guidage peuvent être obtenues, par exemple, par l'usinage de 25 méplats dans un cylindre. Contrairement à la solution précédente, les touches de guidages permettent de libérer plus de volume pour le passage d'un fluide. Cependant ces techniques sont difficilement adaptables 30 pour des injecteurs, comprenant une tige d'éjection mue par des ondes vibro-acoustiques, dits USPI, fonctionnant par vibrations acoustiques. En effet, pour ce type d'injecteur, l'aiguille peut être flambée et/ou fléchie en fonctionnement dès lors que l'extrémité 2904378 3 de l'aiguille proche de la tête comporte un moyen de guidage du type de l'état de la technique qui interdit tout mouvement dans un plan radial. Un tel fléchissement ou flambage de l'aiguille peut abîmer 5 prématurément la tête de l'aiguille et donc altérer le fonctionnement de l'injecteur. Dans le but de répondre à cette problématique, l'invention propose un dispositif d'injection du type décrit précédemment caractérisé en ce que la surface externe du bloc de guidage est io sphérique ; et en ce que le diamètre de sphère est légèrement inférieur au diamètre interne de l'alésage, de manière à guider l'aiguille axialement dans l'alésage et à permettre un léger mouvement de pivotement de l'aiguille d'injection par rapport à l'axe de l'alésage.One of these techniques is the subject of SAE 930322 which describes and represents an injector used for atomization processes. In this document, the guide of the injection needle is made by means of guide keys, machined with the body 20 of the injection needle. The guide keys have an outer surface convex cylinder arches and are regularly distributed about the axis of the injection needle so as to allow axial sliding. Such guide keys can be obtained, for example, by machining flats in a cylinder. Unlike the previous solution, the guide keys allow to release more volume for the passage of a fluid. However, these techniques are difficult to adapt for injectors, comprising an ejection rod driven by vibroacoustic waves, so-called USPI, operating by acoustic vibrations. Indeed, for this type of injector, the needle can be flamed and / or flexed in operation since the end of the needle close to the head comprises a guide means of the type of the the technique that prohibits any movement in a radial plane. Such deflection or buckling of the needle can prematurely damage the needle head and thus impair the operation of the injector. In order to answer this problem, the invention proposes an injection device of the type described above, characterized in that the outer surface of the guide block is spherical; and in that the sphere diameter is slightly smaller than the internal diameter of the bore, so as to guide the needle axially in the bore and to allow a slight pivotal movement of the injection needle relative to the bore. 'axis of the bore.

15 Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le bloc de guidage comporte un tronçon de sphère usiné avec la tige de l'aiguille d'injection ; - le tronçon de sphère comporte deux surfaces radiales parallèles et les deux surfaces radiales sont séparées par une 20 épaisseur telle que la surface externe touchante permette à l'aiguille d'injection un mouvement de rotation autour d'un axe de la sphère. - le bloc de guidage est usiné de manière à comporter au moins deux touches de guidage distinctes angulairement réparties 25 autour de l'axe de l'aiguille d'injection ; - le bloc de guidage comporte des moyens pour le passage axial du fluide sous pression ; - les moyens de passage du fluide comportent des orifices, percés axialement dans le bloc de guidage ; 30 - les moyens de passage du fluide comportent des fentes qui sont usinées axialement dans la surface externe convexe du bloc de guidage.According to other features of the invention: - the guide block comprises a spherical section machined with the rod of the injection needle; the sphere section comprises two parallel radial surfaces and the two radial surfaces are separated by a thickness such that the touching external surface allows the injection needle to rotate about an axis of the sphere. the guide block is machined so as to comprise at least two distinct guide keys angularly distributed around the axis of the injection needle; the guide block comprises means for the axial passage of the fluid under pressure; - The fluid passage means comprise orifices, axially pierced in the guide block; The fluid passage means comprise slots which are machined axially in the convex outer surface of the guide block.

2904378 4 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins en annexe, dans lesquels : 5 - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation de l'invention - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un troisième io mode de réalisation de l'invention la figure 4 est une vue en perspective du troisième mode de réalisation de l'invention - la figure 5 est une vue du troisième mode de réalisation de l'invention en coupe radiale selon l'axe 5-5 représenté à la is figure 3. Dans la description qui va suivre des éléments identiques, analogues ou similaires porteront le même numéro de référence. Dans la description suivante, on utilisera la terminologie axiale et radiale en référence aux axes A, A' et T représentés sur 20 les figures ainsi que la terminologie inférieure, supérieure et/ou amont, aval, en référence au sens de circulation du fluide dans l'injecteur représenté par la flèche F. On a représenté à la figure 1 un dispositif d'injection de fluide sous pression selon un premier mode de réalisation.Further features and advantages of the invention will appear on reading the following detailed description for the understanding of which reference will be made to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is an axial sectional view of FIG. FIG. 2 is an axial sectional view of a second embodiment of the invention; FIG. 3 is a view in axial section of a third embodiment of FIG. FIG. 4 is a perspective view of the third embodiment of the invention; FIG. 5 is a view of the third embodiment of the invention in radial section along the axis 5-5 shown in FIG. In the following description, identical, similar or similar elements will bear the same reference number. In the following description, use will be made of the axial and radial terminology with reference to the axes A, A 'and T shown in the figures, as well as the lower, upper and / or upstream and downstream terminology, with reference to the direction of flow of the fluid in the injector represented by the arrow F. There is shown in Figure 1 a device for injecting fluid under pressure according to a first embodiment.

25 Quel que soit le mode de réalisation, un tel injecteur comporte de manière connue une buse de guidage 10 traversée par un alésage cylindrique 11 d'axe A dont la surface interne 12 est concave. La buse de guidage 10 guide une aiguille d'injection 14 30 d'axe A' qui comporte une tige 16 de diamètre externe réduit par rapport au diamètre interne de l'alésage 11 et une tête 18 agencée à une extrémité axiale inférieure de la tige 16.Whatever the embodiment, such an injector comprises in known manner a guide nozzle 10 through which a cylindrical bore 11 of axis A whose inner surface 12 is concave. The guide nozzle 10 guides an injection needle 14 of axis A 'which comprises a rod 16 of reduced outer diameter relative to the internal diameter of the bore 11 and a head 18 arranged at a lower axial end of the rod. 16.

2904378 5 Il existe ainsi un jeu radial entre l'alésage 11 et la tige 16 de l'aiguille d'injection 14 qui est destiné à permettre le passage d'un fluide sous pression, comme par exemple du carburant. Le carburant sous pression est éjecté dans une chambre de s combustion (non représentée) en aval de l'injecteur lors d'une phase d'injection. Au repos du dispositif, la tête 18 de l'aiguille d'injection 14 obture l'extrémité inférieure de la buse de guidage 10 de manière étanche. io Sous une sollicitation axiale, telle que par exemple une sollicitation vibro-acoustique, l'aiguille d'injection 14 se déplace axialement vers le bas dans la buse de guidage 10 et libère un passage pour le carburant entre la tête 18 de l'aiguille 14 et l'alésage 11.2904378 5 There is thus a radial clearance between the bore 11 and the rod 16 of the injection needle 14 which is intended to allow the passage of a pressurized fluid, such as for example fuel. The pressurized fuel is ejected into a combustion chamber (not shown) downstream of the injector during an injection phase. At rest of the device, the head 18 of the injection needle 14 seals the lower end of the guide nozzle 10 in a sealed manner. Under axial stress, such as for example a vibro-acoustic stress, the injection needle 14 moves axially downwards in the guide nozzle 10 and releases a passage for the fuel between the head 18 of the needle. 14 and the bore 11.

15 Le carburant sous pression est alors éjecté hors de l'injecteur pour être injecté dans la chambre de combustion agencée en aval du dispositif. La forme du jet est importante pour la qualité de la combustion, c'est pourquoi il est nécessaire de contrôler avec 20 précision l'ouverture du dispositif d'injection et d'éviter que les mouvements relatifs entre l'aiguille 14 et la buse de guidage 10 n'altèrent le jet. Afin de limiter les débattements de l'aiguille d'injection 14 dans l'alésage 1 1 , l'aiguille 14 comporte des moyens de guidage 25 en coulissement axial qui permettent d'assurer globalement la coaxialité des axes A et A' lors de la phase d'injection de carburant. Les moyens de guidages comportent un bloc de guidage 20 usiné avec le corps de la tige 16 de l'aiguille d'injection 14.The pressurized fuel is then ejected from the injector to be injected into the combustion chamber arranged downstream of the device. The shape of the jet is important for the quality of the combustion, which is why it is necessary to precisely control the opening of the injection device and to prevent the relative movements between the needle 14 and the nozzle of the injection device. guidance 10 do not alter the jet. In order to limit the movements of the injection needle 14 in the bore 1 1, the needle 14 comprises axial sliding guide means 25 which make it possible overall to ensure the coaxiality of the axes A and A 'during the fuel injection phase. The guide means comprise a guide block 20 machined with the body of the rod 16 of the injection needle 14.

30 Lors du coulissement axial de l'aiguille d'injection 14 par rapport à la buse 10, les axes A et A' sont confondus et l'aiguille d'injection 14 coulisse axialement dans la buse de guidage 10. Toutefois, le bloc de guidage 20 selon l'invention comporte une 2904378 6 surface externe 22 sphérique centrée sur l'axe A pour permettre un léger pivotement de l'aiguille 14 par rapport à la buse de guidage 10. Le bloc de guidage 20 sera décrit plus précisément dans la suite de la description.During the axial sliding of the injection needle 14 relative to the nozzle 10, the axes A and A 'coincide and the injection needle 14 slides axially in the guide nozzle 10. However, the block of FIG. guide 20 according to the invention comprises a spherical outer surface 22 centered on the axis A to allow a slight pivoting of the needle 14 relative to the guide nozzle 10. The guide block 20 will be described more precisely in FIG. following the description.

5 Le bloc de guidage 20 est agencé axialement de manière à être le plus proche possible de la tête 18 de l'aiguille d'injection 14 pour éviter tout débattement parasite de l'aiguille 14 au niveau de la tête 18. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, io représenté à la figure 1, le bloc de guidage 20 est constitué d'une sphère 21 qui est délimitée par une surface externe 22 sphérique. La surface extérieure sphérique 22 du bloc de guidage 20 est en contact avec la surface interne 12 concave de l'alésage 11 au maximum selon un cercle.The guide block 20 is arranged axially so as to be as close as possible to the head 18 of the injection needle 14 so as to avoid any parasitic movement of the needle 14 at the level of the head 18. According to a first embodiment embodiment of the invention, io shown in Figure 1, the guide block 20 consists of a sphere 21 which is delimited by an outer surface 22 spherical. The spherical outer surface 22 of the guide block 20 is in contact with the concave inner surface 12 of the bore 11 at most in a circle.

15 Le diamètre externe de la sphère 21 est légèrement inférieur au diamètre interne de l'alésage 11 de manière à permettre le coulissement axial de l'aiguille d'injection 14. Le fait d'avoir un composant sphérique comme moyen de guidage de l'aiguille d'injection 14 permet d'ajouter un degré de 20 liberté au mouvement axial de l'aiguille 14 dans la buse de guidage 10. En effet, en plus d'un mouvement de translation axiale nécessaire à l'éjection du carburant sous pression, le bloc de guidage sphérique permet d'autoriser un léger pivotement à 25 l'aiguille d'injection 14 par rapport à la buse de guidage 10, comme illustré sur la figure 1. Avantageusement par rapport à l'état de la technique, le fait d'autoriser un léger pivotement permet d'éviter que l'aiguille 14 ne se fléchisse ou ne flambe lors d'une sollicitation. Cette 30 configuration permet d'éviter le risque de fléchissement de l'aiguille d'injection 14.The outer diameter of the sphere 21 is slightly smaller than the inner diameter of the bore 11 so as to allow axial sliding of the injection needle 14. Having a spherical component as a guiding means for the injection needle 14 makes it possible to add a degree of freedom to the axial movement of the needle 14 in the guide nozzle 10. In fact, in addition to an axial translation movement necessary for the ejection of the pressurized fuel the spherical guide block allows a slight pivoting to the injection needle 14 with respect to the guide nozzle 10, as illustrated in FIG. 1. Advantageously with respect to the state of the art, the allowing a slight pivoting prevents the needle 14 from bending or flaming during a solicitation. This configuration avoids the risk of deflection of the injection needle 14.

2904378 7 Pour permettre le passage du carburant, le bloc 20 comporte des orifices 23 percés axialement dans le corps de la sphère 21. Selon une variante de réalisation de l'invention, la sphère 5 comporte d'autres moyens de passage pour le carburant sous pression, comme par exemple, des fentes usinées à la surface de la sphère 21 ou tout autre moyen équivalent. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 2, le bloc de guidage 20 est composé d'un io tronçon de sphère 25 qui comporte deux surfaces parallèles radiales 24. Le tronçon de sphère 25 constitue avantageusement un bloc de guidage moins volumineux et plus léger que celui du premier mode de réalisation.To allow the passage of fuel, the block 20 has orifices 23 pierced axially in the body of the sphere 21. According to one embodiment of the invention, the sphere 5 comprises other means of passage for the fuel under pressure, such as, for example, slits machined on the surface of the sphere 21 or any other equivalent means. In a second embodiment of the invention shown in FIG. 2, the guide block 20 is composed of a sphere section 25 which comprises two radial parallel surfaces 24. The sphere section 25 advantageously constitutes a guide block less bulky and lighter than that of the first embodiment.

15 De la même manière que pour le mode de réalisation précédent, le tronçon de sphère 25 possède un diamètre tel qu'il est légèrement plus faible que le diamètre interne de l'alésage 11 de manière à permettre un coulissement de l'aiguille d'injection 14 dans la buse de guidage 10.In the same way as for the previous embodiment, the sphere section 25 has a diameter such that it is slightly smaller than the internal diameter of the bore 11 so as to allow a sliding of the needle. injection 14 into the guide nozzle 10.

20 Les deux surfaces parallèles 24 sont séparées d'une épaisseur e qui est telle qu'elle permette à l'aiguille un léger mouvement de rotation dans un plan axial ce qui évite tout phénomène de fléchissement de l'aiguille d'injection 14. On a représenté aux figures 3 à 5 un troisième mode de 25 réalisation de l'invention. La figure 4 représente une partie d'un dispositif d'injection de fluide sous pression, notamment de carburant, utilisé pour les véhicules automobiles. Dans ce troisième mode de réalisation, le bloc de guidage 30 20 comporte des touches de guidage 26 dont la surface extérieure est sphérique. En effet, comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, le bloc de guidage 20 est usiné à partir d'une sphère du type décrite 2904378 8 dans le premier mode de réalisation, dans laquelle on usine des méplats 28. Ainsi, seules la surface sphérique des touches de guidage 26 touchent la surface interne 12 de l'alésage 11. Avantageusement par rapport aux modes de réalisation 5 précédents, les méplats 28 permettent de libérer un espace plus important pour le passage du carburant sous pression ce qui permet de contrôler plus précisément le jet de carburant. D'autre part, ce mode de réalisation rend plus facile et donc plus rapide l'usinage du bloc de guidage 20 car il ne io nécessite par de réaliser des fentes ou des orifices comme pour les modes de réalisation précédents.The two parallel surfaces 24 are separated by a thickness e which is such as to allow the needle a slight rotational movement in an axial plane which avoids any phenomenon of bending of the injection needle 14. FIGS. 3 to 5 show a third embodiment of the invention. FIG. 4 represents a part of a device for injecting fluid under pressure, in particular fuel, used for motor vehicles. In this third embodiment, the guide block 30 comprises guide keys 26 whose outer surface is spherical. Indeed, as can be seen in FIGS. 4 and 5, the guide block 20 is machined from a sphere of the type described in the first embodiment, in which flats 28 are machined. only the spherical surface of the guide keys 26 touch the internal surface 12 of the bore 11. Advantageously with respect to the previous embodiments, the flats 28 make it possible to release a larger space for the passage of the fuel under pressure, which allows to more precisely control the fuel jet. On the other hand, this embodiment makes it easier and therefore faster to machine the guide block 20 because it does not require to make slots or orifices as for the previous embodiments.

Claims

1. Device for injecting fluid, especially fuel for an internal combustion engine comprising: - a guide nozzle (10) consisting of a body which is traversed by a cylindrical bore (11) delimited by an inner surface (12) concave; - an injection needle (14) having a rod (16) of reduced diameter and a head (18) at one end of the rod (16), the needle (14) being mounted coaxially and free sliding in the l bore (II) of the guide nozzle (10); and - guide means of the injection needle (14) in the bore (11) which are arranged on the rod (16) of the needle (14) to provide guidance and axial sliding of the needle (14) relative to the guide nozzle (10) and which comprise at least one guide block (20) having an outer surface (22) in contact with the concave inner surface (12) of the bore characterized by the outer surface (22) of the guide block is spherical and the sphere diameter is slightly smaller than the inner diameter of the bore (11) so as to guide the needle (14) axially in the bore (II) and allow a slight pivoting movement of the injection needle (14) relative to the axis (A) of the bore (II).

2. A fluid injection device according to claim 1, characterized in that the guide block comprises a spherical section (25) machined with the rod (16) of the injection needle (14).

3. Device for injecting fluid according to claim 2, characterized in that the sphere section (25) comprises two parallel radial surfaces (24) and in that the two radial surfaces (24) are separated by a thickness (e). ) such that the touching outer surface (22) allows the injection needle (14) to rotate about an axis of the sphere.

4. Device for injecting fluid according to claim 1, characterized in that the sphere (21) is machined so as to include at least two separate guide keys (26) angularly distributed around the axis of the injection needle (14).

5. fluid injection device according to any one of the preceding claims, characterized in that the guide block (20) comprises means for the axial passage of the fluid under pressure.

6. Device for injecting fluid according to claim 5, characterized in that the fluid passage means 10 comprise orifices, axially pierced in the guide block (20).

A fluid injection device according to claim 5, characterized in that the fluid passage means comprise slots which are machined axially in the convex outer surface (22) of the guide block (20).