FR2964417B1 - Injecteur de carburant - Google Patents

Abstract

Injecteur de carburant (10), notamment pour rampe commune, comportant un corps (12) avec une chambre haute pression (22) recevant une aiguille (28) commandant le débit de carburant à travers au moins un orifice d'injection (31). L'aiguille (28) est sollicitée en fermeture par un ressort (38). Un siège d'étanchéité (30) est formé entre l'aiguille (28) et le corps (12). Le mouvement de l'aiguille (28) est commandé directement par l'induit (50) d'un actionneur électromagnétique (45). L'aiguille (28) est au moins sensiblement équilibrée en pression lorsqu'elle est dans sa position de fermeture.

Description

Domaine de l'invention

La présente invention se rapporte à un injecteur de carburant, notamment un injecteur de rampe commune comportant, un corps d'injecteur recevant une aiguille, mobile suivant un mouvement alternatif dans une chambre haute pression pour commander le débit de carburant à travers au moins un orifice d'injection, - l'aiguille étant sollicitée élastiquement dans sa position de fermeture, par la force exercée par un ressort de fermeture, - un siège d'étanchéité étant formé entre l'aiguille et le corps de l'injecteur en position de fermeture de l'aiguille, et - le mouvement de l'aiguille étant commandé directement par l'induit d'un actionneur électromagnétique.

Etat de la technique

On connaît un tel injecteur de carburant selon le document DE 10 2007 002 758 Al. Dans cet injecteur connu, un piston de couplage relié à un induit, commande directement la pression régnant dans la chambre de commande par l'intermédiaire d'un actionneur électromagnétique. Le concept appliqué selon ce document, évite ainsi le principe de l'asservissement selon lequel, la pression dans la chambre de commande est commandée par l'intermédiaire d'une chambre de soupape à travers laquelle passe un certain débit de fuite qui influence négativement le bilan énergétique de l'ensemble du système. L'inconvénient de cette solution connue, est que l'actionneur électromagnétique ne peut générer que des forces d'ouverture relativement réduites par l'induit pour les appliquer au piston de couplage. A cela s'oppose la capacité de l'induit à exécuter des courses relativement importantes. C'est pourquoi, cet injecteur de carburant, connu, nécessite une chambre de couplage assurant une réduction de course relativement importante, c'est-à-dire une forte multiplication de la force.

But de l'invention

Partant de cet état de la technique, la présente invention a pour but de développer un injecteur de carburant du type défini ci-dessus, dans lequel l'actionneur électromagnétique ne doit générer que des forces relativement faibles pour créer la force nécessaire à l'ouverture de l'aiguille.

Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un injecteur de carburant du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'aiguille est au moins sensiblement équilibrée en pression dans sa position de fermeture.

Cela signifie que pour ouvrir l'aiguille, c'est-à-dire la soulever par rapport à son siège d'étanchéité, il suffit pour l'essentiel, de vaincre la force élastique générée par un ressort de fermeture.

Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, pour que l'aiguille soit sensiblement équilibrée en pression, la zone d'extrémité de l'aiguille située à l'opposé du siège d'étanchéité, pénètre dans un perçage de guidage et cette zone d'extrémité présente une surface de section ou un diamètre qui correspond au moins sensiblement à la surface ou au diamètre de l'aiguille dans la zone de son siège d'étanchéité.

Pour utiliser un actionneur qui est sollicité mécaniquement d'une manière relativement faible et qui peut ainsi se réaliser d'une manière relativement économique ou qui présente une très grande fiabilité pendant sa durée de vie, selon l'invention, l'actionneur électromagnétique et l'induit, sont logés dans la zone basse pression du corps de l'injecteur.

Pour avoir un actionneur électromagnétique de construction aussi simple que possible avec un encombrement défini ou en variante pour avoir un actionneur électromagnétique générant des forces relativement élevées, il est proposé en outre, selon l'invention, que l'actionneur électromagnétique et l'induit soient situés dans la zone d'extrémité du corps de l'injecteur du côté opposé à celui du ou des orifice(s) d'injection. On utilise ainsi le fait que du côté de l'injecteur opposé à la chambre de combustion, la place disponible pour l'injecteur est augmentée, de sorte que dans cette zone, on peut former le corps de l'injecteur pour qu'il présente un plus grand diamètre que la partie restante du corps de l'injecteur.

Pour commander la pression dans la chambre de couplage, l'induit est au moins couplé indirectement à un segment en forme de broche pénétrant dans cette chambre de couplage.

La chambre de couplage est, de préférence, réalisée pour avoir une transmission de force supérieure à l'unité.

Selon une autre caractéristique de l'invention permettant de minimiser les pertes par fuite en direction de l'induit, la chambre de couplage se trouve dans la zone basse pression du corps de l'injecteur et entre la chambre de couplage et la chambre haute pression, le perçage de guidage communique avec la zone basse pression par l’intermédiaire d’une cavité, notamment de forme annulaire et un canal de retour.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un injecteur représenté sur le dessin annexé dans lequel :

La figure est une coupe longitudinale simplifiée de l'injecteur de carburant selon l'invention.

Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention L'injecteur de carburant 10 représenté dans l'unique figure sert à injecter du carburant dans une chambre de combustion non représentée d'un moteur à combustion interne. L'injecteur de carburant 10 fait notamment partie d'un système d'injection à rampe commune dans lequel la pression systématique est supérieure à 1800 bars et de préférence supérieure à 2000 bars. L'injecteur de carburant 10 comporte un corps d’injecteur 12 en plusieurs parties. Du côté de la chambre de combustion, le corps 12 de l'injecteur comporte un corps de buse 13 en forme de pot, relié par exemple par l'intermédiaire d'un manchon de compression 14 ou un élément analogue à une partie médiane 15 du corps 12 de l'injecteur présentant sensiblement une forme de broche ou de manchon. La partie médiane 15 présente sur son côté opposé au corps de buse 13, un branchement haute pression 16, ainsi qu'une plaque de tête 17 de surface ou de diamètre agrandi par rapport au reste de la partie médiane 15. Un chapeau de boîtier 19 sensiblement en forme de pot, est fixé sur la plaque de tête 17 à l'aide d'un écrou chapeau 18. Le couvercle 19 a un diamètre plus grand que la partie médiane 15 du corps 12 de l'injecteur.

La partie médiane 15 comporte une cavité 21 en forme de perçage traversant cette cavité 21 forme une chambre haute pression 22 dans sa zone de plus grand diamètre. Un perçage haute pression 23 relie le branchement haute pression 16 à la chambre haute pression 22. Du côté tourné vers le au couvercle de boîtier 19, la chambre haute pression 22 se poursuit par un premier perçage de guidage 24, suivi d'un second perçage de guidage 25 ; le premier perçage de guidage 24 a un diamètre plus grand que le second perçage de guidage 25.

Une aiguille d'injecteur 28 mobile en va et vient suivant Taxe longitudinal 26 de l’injecteur 10 est logée dans la partie médiane 15 et dans le corps de buse 13. Cette aiguille 28 comporte sur son côté tourné vers le corps de buse 13 dans sa zone d'extrémité, une zone de siège 29, par exemple de forme conique coopérant avec un segment de siège situé dans le corps de buse 13, lorsque celle-ci est dans la position de fermeture représentée sur la figure en formant ainsi un siège d'étanchéité 30 de diamètre (d). Dans la position de fermeture de l'aiguille 28 telle que représentée, les orifices d'injection 31 réalisés dans le fond du corps de buse 13, sont fermés et n'ont pas de liaison avec la chambre haute pression 22 dans laquelle se trouve du carburant à haute pression. Ainsi, du carburant n'est pas injecté dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne.

Au-dessus du siège d'étanchéité 29, l'aiguille 28 présente une zone de guidage 33 de diamètre agrandi. Cette zone de guidage 33 de l'aiguille 28 coopère avec la paroi périphérique 34 de la cavité 21 ; un étranglement 35 fonctionnant comme étranglement de fermeture, est formé entre la paroi périphérique 34 et la zone de guidage 33 ainsi lorsque l’aiguille 28 est ouverte, il règne dans la chambre annulaire 36 du côté de la zone de guidage 33 tourné vers les orifices d’injection 31 sous l’étranglement 35, une pression de carburant inférieure à celle régnant dans la chambre haute pression 22. Dans l'exemple représenté, l'étranglement 35 est réalisé sous la forme d'un étranglement annulaire, mais cet étranglement peut également être réalisé par exemple par un perçage.

Du côté opposé aux orifices d'injection 31, la zone de guidage 33 de l'aiguille 28 se poursuit par un segment en forme de broche ou cylindrique 37. Un ressort de fermeture 38 en forme de ressort de compression, s'appuie entre la zone de guidage 33 de l'aiguille 28 et la zone de transition entre la chambre haute pression 22 et le premier perçage de guidage 24 ; ce ressort de fermeture 38 sollicite élastiquement l'aiguille 28 et la pousse ainsi dans sa position de fermeture représentée sur la figure.

Le segment 37 en forme de broche a un diamètre (D) qui correspond au moins sensiblement au diamètre (d) du siège. La zone d'extrémité 39 du segment 37 située à l'opposé des orifices d'injection 31, pénètre dans le premier perçage de guidage 24 en y étant guidée à la fois radialement et axialement par ce premier perçage de guidage 24.

Dans sa zone sensiblement médiane, le premier perçage de guidage 24 comporte une rainure annulaire 41, périphérique, radiale, couplée à un canal de liaison 42 débouchant dans la zone de la plaque de tête 17 de la partie médiane 15. Du carburant qui arrive dans la zone de la rainure annulaire 41 à partir de la chambre haute pression 22 peut être évacué comme carburant de fuite par la rainure annulaire 41 et le canal de liaison 42 vers une zone basse pression 43 de l'injecteur 10 formée dans le couvercle de boîtier 19. Cette zone basse pression 43 ou le volume entouré par le couvercle de boîtier 19, forment en même temps la chambre 44 de l'induit.

Cette chambre 44 reçoit un actionneur électromagnétique 45 ayant un noyau magnétique 46 de forme annulaire et une bobine d'électroaimant 47 logée dans une cavité du noyau magnétique 46. La bobine 47 est branchée sur des lignes électriques non représentées. Le noyau magnétique 46 est sollicité en direction d'un épaulement 49 du couvercle de boîtier 19 par un ressort Belleville 48 s'appuyant contre ce couvercle de boîtier 19.

Selon l’exemple de réalisation représenté, L'actionneur électromagnétique 45 coopère avec un induit 50 en forme d'induit plat. Cet induit 50 présente sur son côté tourné vers l’aiguille 28, un prolongement 52 en forme de broche en une seule pièce avec l'induit 50. Le prolongement 52 en forme de broche pénètre dans le second perçage de guidage 25 de la partie médiane 15.

Entre les deux surfaces frontales tournées l'une vers l'autre de la zone d'extrémité 39 de l'aiguille 28 et du prolongement 52, et les deux perçages de guidage 24, 25, il y a une chambre de couplage 55, dans laquelle règne une basse pression. Dans la mesure où le premier perçage de guidage 24 a un diamètre plus grand que le second perçage de guidage 25, la chambre de couplage 55 a une transmission de force supérieure à Tunité.

En complément, il est à noter que selon l'invention la chambre de couplage 55 pourrait également avoir une transmission de force inférieure à Tunité ou encore se trouver dans la zone haute pression ou dans la chambre haute pression 22 de l'injecteur 10. Le prolongement 52 pourrait également être une pièce distincte de l'induit 50.

Entre la surface frontale supérieure de l'induit 50 non tournée vers le prolongement 52 et le couvercle de boîtier 19, s’appuie un ressort de compression 56 qui traverse le noyau magnétique 46 dans un perçage traversant et sollicite l'induit 50 pour pousser son prolongement 52 dans le second perçage de guidage 25. L'extrémité supérieure du couvercle de boîtier 19, comporte en outre un branchement de retour 57 relié par exemple au réservoir 59 du véhicule par une conduite de retour 58. Il est également prévu une conduite 61 qui relie un accumulateur de pression 62, c'est-à-dire la rampe commune et le branchement haute pression 16 de l'injecteur de carburant 10. La pression systématique ou pression de rampe, règne dans l'accumulateur de pression 62.

Dans la position de fermeture de l'aiguille 28 représentée sur la figure, le prolongement 52 de l'induit 50 est enfoncé par le ressort de compression 56 jusque dans sa position de fin de course dans la chambre de couplage 55. En outre, la zone d'extrémité 39 de l'aiguille 28, se trouve sa position basse de fin de course dans la chambre de couplage 55. Dans cette situation, une force de fermeture agit sur l'aiguille 28 ; cette force de fermeture se compose de la poussée exercée par le ressort de fermeture 38 et de la force résultant de la différence de surface entre le diamètre de siège (d) et le diamètre (D) de la zone d'extrémité 39 de l'aiguille 28 pénétrant dans le premier perçage de guidage 24, multipliée par la pression de rampe régnant dans la chambre haute pression 22. La force de fermeture exercée sur l'aiguille 28, peut ainsi être réglée ou influencer directement par les diamètres (d), (D) du siège et de la zone d'extrémité 39. En position de fermeture de l'aiguille 28, la pression régnant dans la chambre haute pression 22 et dans la chambre annulaire 36 sous l'étranglement 35, est la même.

Pour ouvrir l'aiguille 28 ou la soulever de son siège d'étanchéité 30, il faut alimenter la bobine électromagnétique 47. L'alimentation de la bobine entraîne l'attraction de l'aimant 50 en direction de la bobine électromagnétique 47. Le prolongement 52 est ainsi extrait du second perçage de guidage 25 contre la force développée par le ressort de compression 56, et par suite, du fait de sa coopération avec la zone d'extrémité 39 de l'aiguille 28 par la chambre de couplage 55, cette aiguille 28 se déplace également en direction du second perçage de guidage 25. Cela réduit la force de fermeture exercée sur l'aiguille 28 qui peut se soulever de son siège d'étanchéité 30. L'injection de carburant à travers les orifices d'injection 31, correspond au passage du carburant dans la chambre annulaire 36 par la chambre haute pression 22 et l'étranglement 35. La différence de pression dans les deux chambres 22, 36, génère une force de fermeture supplémentaire exercée sur l'aiguille 28, qui dépend principalement de la perte de charge dans l'étranglement 35.

En complément, il est à noter que l'injecteur de carburant 10 décrit ci-dessus, peut être modifié de multiples façons sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, il est par exemple possible de réaliser l'induit 50 comme induit plongeur. On peut également envisager de réaliser l’actionneur électromagnétique 45, comme actionneur électromagnétique polarisé ou comme actionneur électrodynamique. On peut également envisager de relier l'induit 50 directement à l'aiguille 28, c'est-à-dire sans la chambre de couplage 55. Le moyen de couplage lui-même, peut être réalisé comme moyen de couplage inversé et comme il a été mentionné être logé dans la zone haute pression de l'injecteur de carburant 10. On peut également prévoir un second actionneur électromagnétique qui génère une force de fermeture exercée sur l'aiguille 28.

NOMENCLATURE 10 injecteur de carburant 12 corps de l'injecteur 13 corps de buse 14 manchon pressé 15 partie médiane du corps de l'injecteur 16 branchement haute pression 17 plaque de tête 18 écrou chapeau 19 couvercle de boîtier 21 cavité 22 chambre haute pression 23 perçage haute pression 24 premier perçage de guidage 25 second perçage de guidage 26 axe longitudinal de l'injecteur 28 aiguille/aiguille d'injecteur 29 zone de siège de l'aiguille 30 siège d'étanchéité 31 orifice d'injection 33 zone de guidage 34 paroi périphérique de la cavité 21 35 étranglement 36 volume annulaire 37 segment en forme de broche 38 ressort de fermeture 39 zone d'extrémité du segment 37 41 rainure annulaire 42 canal de liaison 43 zone basse pression 44 chambre de l'induit 45 actionneur électromagnétique 46 noyau magnétique 47 bobine 48 ressort Belleville 49 épaulement du couvercle de boîtier 50 induit 52 prolongement en forme de broche 55 chambre de couplage 56 ressort de compression 57 branchement de retour 58 conduite de retour 59 réservoir 61 conduite 62 accumulateur de pression/rampe commune d diamètre du siège d'étanchéité D diamètre du segment 37

Claims (9)

1. R E V ENDI C ATI O N S 1°) Injecteur de carburant (10), notamment injecteur de rampe commune comportant, un corps d'injecteur (12) recevant une aiguille (28), mobile, suivant un mouvement alternatif dans une chambre haute pression (22) pour commander le débit de carburant à travers au moins un orifice d'injection (31), - l'aiguille (28) étant sollicitée élastiquement dans sa position de fermeture, par la force exercée par un ressort de fermeture (38), - un siège d'étanchéité (30) étant formé entre l'aiguille (28) et le corps (12) de l'injecteur en position de fermeture de l'aiguille (28), - le mouvement de l'aiguille (28) étant commandé directement par l'induit (50) d'un actionneur électromagnétique (45), et - l'aiguille (28) étant au moins sensiblement équilibrée en pression dans sa position de fermeture, caractérisé en ce que la zone d'extrémité (39) de l'aiguille (28) pénétre dans une chambre de couplage (55) dans laquelle la pression est commandée directement par l'induit (50), et l'induit (50) est couplé au moins indirectement à un segment (52) en forme de broche qui pénètre dans la chambre de couplage (55).
2. 2°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que - la zone d'extrémité (39) de l'aiguille (28) située à l’opposé du siège d'étanchéité (30) de cette aiguille, pénètre dans un perçage de guidage (24), et - la zone d'extrémité (39) a une surface de section ou un diamètre (D) correspondant au moins sensiblement à la surface ou au diamètre (d) de l'aiguille (28) dans la zone de son siège d'étanchéité (30).
3. 3°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur électromagnétique (45) et l’induit (50), sont logés dans la zone basse pression (43) du corps (12) de l'injecteur.
4. 4°) Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'actionneur électromagnétique (45) et l'induit (50), sont situés dans la zone d'extrémité du corps d’injecteur (12) sur le côté du corps d’injecteur (12) opposé à l'orifice d’injection (31).
5. 5°) Injecteur de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'actionneur électromagnétique (45) et l'induit (50), sont logés dans une partie séparée (19) du corps d’injecteur (12) ayant un diamètre ou une surface de section plus grande que la partie médiane (15) de ce corps d’injecteur (12) dans laquelle se trouve l'aiguille (28).
6. 6°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de couplage (55) présente un rapport de transmission de force supérieur à l’unité.
7. 7°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'induit (50) et le segment (52) en forme de broche, sont sollicités élastiquement en direction de la chambre de couplage (55) par la force développée par un ressort de compression (56).
8. 8°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de couplage (55) est située dans la zone basse pression (43) du corps (12) de l'injecteur, et - entre la chambre de couplage (55) et la chambre haute pression (22), le perçage de guidage (24) communique avec la zone basse pression (43) par l'intermédiaire d'une cavité (41), notamment de forme annulaire et un canal de retour (42).
9. 9°) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' le ou les orifice(s) d'injection (31) est(sont) prévu(s) dans une chambre (36) séparée de la chambre haute pression (22), par un étranglement (35), de sorte que lorsque l'aiguille (28) est soulevée du siège d'étanchéité (30), il règne dans la chambre (36), une pression inférieure à celle régnant dans la chambre haute pression (22).