FR2932537A1 - PRESSURIZED FLUID INJECTION DEVICE USING A DOUBLE-GUIDING NEEDLE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif d'injection d'un fluide sous pression, notamment de carburant pour moteur thermique, comprenant une aiguille (1) percée d'un alésage (10) débouchant à une extrémité libre (11) de cette aiguille (1), un actionneur, une buse (3) dotée d'un perçage (30) dans lequel l'aiguille (1) est logée et guidée dans son mouvement, et une enclume (4) solidaire de la buse (3), disposée en regard de l'extrémité libre (11) de l'aiguille (1), et présentant un siège de clapet (410) coopérant avec un siège de clapet (110) de l'aiguille. Selon l'invention, l'enclume (4) présente une embase (41) fixée à une extrémité libre (31) de la buse (3) et un fût cannelé (42) introduit dans l'alésage (10) à l'extrémité libre (11) de l'aiguille (1) et assurant un guidage axial de cette aiguille (1).The invention relates to a device for injecting a fluid under pressure, in particular fuel for a heat engine, comprising a needle (1) pierced with a bore (10) opening at a free end (11) of this needle (1). ), an actuator, a nozzle (3) with a bore (30) in which the needle (1) is housed and guided in its movement, and an anvil (4) integral with the nozzle (3), disposed in facing the free end (11) of the needle (1), and having a valve seat (410) cooperating with a valve seat (110) of the needle. According to the invention, the anvil (4) has a base (41) fixed to a free end (31) of the nozzle (3) and a splined shaft (42) introduced into the bore (10) at the end. free (11) of the needle (1) and providing axial guidance of the needle (1).
Description
DISPOSITIF D'INJECTION DE FLUIDE SOUS PRESSION UTILISANT UNE AIGUILLE A DOUBLE GUIDAGE. PRESSURIZED FLUID INJECTION DEVICE USING DUAL GUIDING NEEDLE.
L'invention concerne, de façon générale, les techniques d'injection sous pression. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif d'injection d'un fluide sous pression, notamment de carburant pour moteur thermique, comprenant une aiguille percée, suivant son axe longitudinal, d'un alésage débouchant à une extrémité libre de cette aiguille et propre à canaliser le fluide sous pression, un actionneur conçu pour imprimer sélectivement à l'aiguille un mouvement de va-et-vient suivant son axe longitudinal, une buse dotée d'un perçage cylindrique dans lequel l'aiguille est logée et guidée dans son mouvement, et une enclume solidaire de la buse et disposée en regard de l'extrémité libre de l'aiguille, cette enclume et l'extrémité libre de l'aiguille portant des sièges de clapet respectifs qui coopèrent pour autoriser ou interdire, selon la position de l'aiguille le long de son axe longitudinal, une éjection, entre les sièges de clapet et à travers au moins une fente correspondante de la buse, du fluide sous pression canalisé par l'alésage de l'aiguille. The invention relates generally to pressure injection techniques. More specifically, the invention relates to a device for injecting a fluid under pressure, in particular fuel for a heat engine, comprising a pierced needle, along its longitudinal axis, a bore opening at a free end of this needle and clean. channeling the fluid under pressure, an actuator adapted to selectively print the needle reciprocatingly along its longitudinal axis, a nozzle with a cylindrical bore in which the needle is housed and guided in its movement , and an anvil integral with the nozzle and arranged facing the free end of the needle, this anvil and the free end of the needle carrying respective valve seats which cooperate to allow or prohibit, depending on the position of the needle along its longitudinal axis, an ejection, between the valve seats and through at least one corresponding slot of the nozzle, the pressurized fluid channeled through the bore of e the needle.
Un dispositif d'injection de ce type est notamment décrit dans la demande de brevet français FR-07/58353. Dans ce type d'injecteur, la distance entre les sièges de clapet à l'instant de l'injection est de l'ordre de 20 à 40 micromètres. An injection device of this type is described in particular in the French patent application FR-07/58353. In this type of injector, the distance between the valve seats at the instant of injection is of the order of 20 to 40 micrometers.
Cette distance extrêmement faible rend très difficile la réalisation de ces injecteurs et l'obtention d'une étanchéité parfaite entre les sièges. This extremely low distance makes it very difficult to achieve these injectors and to obtain a perfect seal between the seats.
En particulier, les dispersions liées à la précision d'usinage et le jeu radial minimal nécessaire au coulissement de l'aiguille dans le perçage de la buse constituent deux handicaps importants à surmonter pour optimiser le contrôle du clapet formé entre l'aiguille et l'enclume. L'invention, qui se situe dans ce contexte, a pour but de proposer une solution à ce problème. A cette fin, le dispositif d'injection de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l'enclume présente une embase fixée à une extrémité libre de la buse et un fût cannelé introduit dans l'alésage à l'extrémité libre de l'aiguille et assurant un guidage axial de cette aiguille. Grâce à cet agencement, l'aiguille peut être guidée de façon très reproductible, et le volume de fluide injecté peut être contrôlé avec précision. In particular, the dispersions related to the precision of machining and the minimum radial clearance required for the sliding of the needle in the drilling of the nozzle constitute two important handicaps to be overcome in order to optimize the control of the valve formed between the needle and the needle. anvil. The invention, which is in this context, aims to propose a solution to this problem. For this purpose, the injection device of the invention, moreover in conformity with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that the anvil has a base fixed to a free end of the nozzle and a splined shaft introduced into the bore at the free end of the needle and providing axial guidance of the needle. With this arrangement, the needle can be guided very reproducibly, and the volume of injected fluid can be accurately controlled.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un dispositif d'injection conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à échelle agrandie d'un détail visible sur la figure 1; et - la figure 3 est un schéma en perspective écorchée de l'extrémité active d'un dispositif conforme à l'invention. Other features and advantages of the invention will emerge clearly from the description which is given below, for information only and in no way limitative, with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic longitudinal sectional view an injection device according to the invention; - Figure 2 is a longitudinal sectional view on an enlarged scale of a detail visible in Figure 1; and - Figure 3 is a cutaway perspective diagram of the active end of a device according to the invention.
Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un dispositif d'injection de fluide sous pression, en particulier utilisable pour injecter du carburant dans un moteur thermique, et du type dit "à aiguille rentrante". As previously announced, the invention relates to a device for injecting fluid under pressure, in particular that can be used for injecting fuel into a heat engine, and of the so-called "re-entrant needle" type.
Ce dispositif comprend notamment une aiguille 1, un actionneur piézoélectrique ou magnétostrictif 2, une buse 3, une enclume 4, un corps 5, une butée 6, et un ressort précontraint 7, le corps 5 supportant directement ou indirectement l'ensemble des autres composants. This device comprises in particular a needle 1, a piezoelectric or magnetostrictive actuator 2, a nozzle 3, an anvil 4, a body 5, a stop 6, and a prestressed spring 7, the body 5 directly or indirectly supporting all the other components .
En particulier, la buse 3 est solidaire du corps 5 dans lequel sont logés l'actionneur 2, la butée 6, et le ressort précontraint 7. L'aiguille 1 est percée, suivant son axe longitudinal X, d'un alésage 10 qui débouche à une extrémité libre 11 de cette aiguille 1 et qui sert à canaliser le fluide FL destiné à être injecté sous pression. L'actionneur 2 comprend un amplificateur 21 auquel l'aiguille 1 est liée élastiquement, un empilement électro-actif 22 en matériau piézoélectrique ou magnétostrictif, et une masse arrière 23. L'amplificateur 21, l'empilement 22 et la masse arrière 23 sont enserrés sous contrainte par une vis 24 dont la tête 241 appuie sur la masse arrière 23 et dont le fût 242 traverse l'empilement 22 et s'étend jusqu'à l'amplificateur 21 dans lequel il est vissé. Le fluide FL à injecter arrive par un conduit 8 d'amenée de fluide qui traverse la butée 6 et atteint l'alésage 10 de l'aiguille 1 en traversant la vis 24 dans sa longueur. In particular, the nozzle 3 is integral with the body 5 in which are housed the actuator 2, the stop 6, and the prestressed spring 7. The needle 1 is pierced, along its longitudinal axis X, a bore 10 which opens at a free end 11 of this needle 1 and which serves to channel the fluid FL to be injected under pressure. The actuator 2 comprises an amplifier 21 to which the needle 1 is elastically bonded, an electro-active stack 22 made of piezoelectric or magnetostrictive material, and a rear mass 23. The amplifier 21, the stack 22 and the rear mass 23 are constrained by a screw 24 whose head 241 bears on the rear mass 23 and whose shaft 242 passes through the stack 22 and extends to the amplifier 21 in which it is screwed. The fluid FL to be injected arrives via a conduit 8 for supplying fluid which passes through the abutment 6 and reaches the bore 10 of the needle 1, passing through the screw 24 along its length.
L'actionneur 2 est conçu pour imprimer à l'aiguille 1, sur commande, un mouvement de va-et-vient suivant l'axe longitudinal X, la buse 3 étant dotée d'un perçage cylindrique 30 dans lequel l'aiguille 1 est logée et guidée dans son mouvement. L'extrémité libre 11 de l'aiguille 1, qui porte un siège de clapet 110, est disposée en regard de l'enclume 4. Cette enclume 4, qui est solidaire élastiquement de la buse 3, est elle aussi dotée d'un siège de clapet 410 qui coopère avec le siège de clapet 110 de l'aiguille 1 pour autoriser ou interdire, selon la position de l'aiguille 1 le long de son axe longitudinal, l'éjection du fluide sous pression FL. The actuator 2 is designed to print with the needle 1, on command, a movement back and forth along the longitudinal axis X, the nozzle 3 being provided with a cylindrical bore 30 in which the needle 1 is lodged and guided in his movement. The free end 11 of the needle 1, which carries a valve seat 110, is arranged opposite the anvil 4. This anvil 4, which is resiliently secured to the nozzle 3, is also provided with a seat valve member 410 which cooperates with the valve seat 110 of the needle 1 to allow or prohibit, according to the position of the needle 1 along its longitudinal axis, the ejection of the fluid under pressure FL.
Plus précisément, le fluide FL, qui est canalisé par l'alésage 10 de l'aiguille 1, est éjecté sous forme de nappe angulaire entre les sièges de clapet 110 et 410 et à travers au moins une fente correspondante 32 de la buse 3, de forme oblongue et de dimensions très supérieures à celles de l'espace d'éjection défini entre les sièges 110 et 410. La buse 3 présente par exemple deux fentes 32 diamétralement opposées l'une à l'autre et dont chacune définit, autour de l'axe longitudinal X de l'aiguille, un secteur angulaire autorisé, ou encore de premier type, chaque secteur angulaire de premier type étant contigu à un secteur angulaire dépourvu de fente, ou encore de deuxième type. Pour éviter que du fluide ne soit projeté dans un secteur de deuxième type dans l'espace radial entre le perçage 30 de la buse 3 et l'extrémité libre 11 de l'aiguille 1, ce perçage et cette extrémité présentent entre eux un jeu radial extrêmement réduit (2 à 3 m). L'extrémité libre 11 de l'aiguille 1 est ainsi ajustée au plus serré tout en étant libre de coulisser axialement au perçage 30 de la buse 3 dans chaque secteur de deuxième type ou de premier type. Par ailleurs, comme le montre le mieux la figure 2, l'aiguille 1 présente de préférence une section longitudinale 12 de diamètre externe restreint, bordée par deux sections longitudinales de guidage 13 et 14 dont la seconde s'étend à l'extrémité libre 11 de l'aiguille 1. Selon l'invention, l'enclume 4 présente une embase 41 qui est fixée à l'extrémité libre 31 de la buse 3, et un fût 42 doté de cannelures 420, ce fût 42 étant introduit dans l'alésage 10 de l'aiguille 1 à l'extrémité libre 11 de celle-ci, et assurant un guidage axial de cette aiguille 1. Cet agencement, qui permet un guidage coaxial optimal de l'aiguille 1, et donc du siège 110 par rapport au siège 410, atteint cet objectif grâce au fait que l'enclume 4, dont l'embase 41 est par exemple soudée à la buse 3 à l'intérieur du perçage 30 de la buse, peut être usinée avec une très haute précision. More specifically, the fluid FL, which is channeled through the bore 10 of the needle 1, is ejected in the form of an angular sheet between the valve seats 110 and 410 and through at least one corresponding slot 32 of the nozzle 3, of oblong shape and of dimensions much greater than those of the ejection space defined between the seats 110 and 410. The nozzle 3 has for example two slots 32 diametrically opposite to each other and each of which defines, around the longitudinal axis X of the needle, an authorized angular sector, or of a first type, each angular sector of the first type being contiguous with an angular sector devoid of slit, or of second type. In order to prevent fluid from being thrown into a sector of the second type in the radial space between the piercing 30 of the nozzle 3 and the free end 11 of the needle 1, this piercing and this end have a radial clearance between them extremely small (2 to 3 m). The free end 11 of the needle 1 is thus adjusted to the tighter while being free to slide axially to the bore 30 of the nozzle 3 in each sector of the second type or first type. Furthermore, as best shown in Figure 2, the needle 1 preferably has a longitudinal section 12 of restricted outer diameter, bordered by two longitudinal guide sections 13 and 14, the second extends to the free end 11 of the needle 1. According to the invention, the anvil 4 has a base 41 which is fixed to the free end 31 of the nozzle 3, and a shaft 42 provided with grooves 420, this shaft 42 being introduced into the 10 of the needle 1 to the free end 11 thereof, and providing axial guidance of the needle 1. This arrangement, which allows optimal coaxial guidance of the needle 1, and therefore the seat 110 relative to at the seat 410, achieves this objective thanks to the fact that the anvil 4, whose base 41 is for example welded to the nozzle 3 inside the bore 30 of the nozzle, can be machined with very high precision.
Ainsi, quelles que soient les difficultés que représente l'assemblage des différents composants du dispositif, la disposition parfaitement coaxiale du fût 42 et du siège de clapet 410 et le guidage de l'aiguille 1 par le fût cannelé 42 assurent la même disposition des sièges 110 et 410. Thus, irrespective of the difficulties involved in assembling the various components of the device, the perfectly coaxial arrangement of the barrel 42 and the valve seat 410 and the guiding of the needle 1 by the fluted barrel 42 ensure the same arrangement of the seats. 110 and 410.
Les expressions "fût cannelé" et "cannelures" utilisées dans la présente description doivent être comprises au sens large en se référant à la fonction de ce fût et de ces cannelures. The expressions "fluted barrel" and "flutes" used in the present description should be understood in the broad sense with reference to the function of this barrel and these flutes.
Comme le comprendra aisément l'homme du métier à la lecture de la description, le fût 42 a pour fonction de guider l'extrémité libre 11 de l'aiguille 1, et les cannelures 420 ont pour fonction de laisser passer le fluide FL. As will be readily understood by those skilled in the art upon reading the description, the shaft 42 serves to guide the free end 11 of the needle 1, and the grooves 420 function to let the fluid FL pass.
Ainsi, le terme de "cannelures" couvre tout enlèvement de matière sur au moins un secteur angulaire de la surface externe du fût 42 et distinguant cette surface externe d'une surface strictement cylindrique, cet enlèvement de matière permettant le passage du fluide sans gêner le guidage de l'aiguille par le reste de la surface externe de ce fût 42. La butée 6 et le ressort 7, qui constituent ensemble des moyens de précontrainte, ont pour fonction d'appliquer une précontrainte d'appui, de préférence réglable, de l'extrémité libre 11 de l'aiguille 1 sur l'enclume 4, ou, en d'autres termes, des sièges de clapet 110 et 410 l'un contre l'autre. Pour ce faire, la butée 6 est montée mobile par vissage ou dévissage dans le corps 5 du côté de l'actionneur 2 qui est opposé à l'aiguille 1, et le ressort 7 est précontraint en compression entre la butée 6 et l'actionneur 2. Entre deux injections du fluide FL, le clapet formé par les sièges 110 et 410 est ainsi fermé de façon 30 totalement étanche.Thus, the term "spline" covers any removal of material on at least one angular sector of the outer surface of the barrel 42 and distinguishing this outer surface from a strictly cylindrical surface, this removal of material allowing the passage of fluid without disturbing the guiding the needle by the remainder of the outer surface of this shank 42. The stop 6 and the spring 7, which together constitute preloading means, have the function of applying a prestressing support, preferably adjustable, of the free end 11 of the needle 1 on the anvil 4, or, in other words, valve seats 110 and 410 against each other. To do this, the stop 6 is movably mounted by screwing or unscrewing into the body 5 on the side of the actuator 2 which is opposite the needle 1, and the spring 7 is prestressed in compression between the stop 6 and the actuator 2. Between two injections of the fluid FL, the valve formed by the seats 110 and 410 is thus closed in a completely sealed manner.
5 En revanche, d'éventuels suintements de fluide peuvent apparaître pendant les phases d'injection entre la périphérie de l'aiguille 1 et le perçage 30 de la buse 3. Pour éviter toute accumulation de fluide dans cette région, il peut être judicieux de prévoir un joint annulaire 91 entre le corps 5 et l'amplificateur 21, et de drainer cette région au moyen d'un canal de recirculation 92. On the other hand, possible fluid seeps may appear during the injection phases between the periphery of the needle 1 and the bore 30 of the nozzle 3. To avoid any accumulation of fluid in this region, it may be advisable to provide an annular seal 91 between the body 5 and the amplifier 21, and drain this region by means of a recirculation channel 92.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 9 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 10 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 11 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 13 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 14 |
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20230205 |