WO2018054744A1

WO2018054744A1 - Procede de mise en forme et vanne d'injecteur

Info

Publication number: WO2018054744A1
Application number: PCT/EP2017/073068
Authority: WO
Inventors: Jean-Luc BEDUNEAU; David Bonneau; Matthieu LACOTTE; Frédéric JAULT
Original assignee: Delphi Technologies IP Ltd
Current assignee: Borgwarner US Technologies LLC
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2019-03-20
Also published as: FR3056259B1; FR3056259A1

Abstract

Procédé de conformation (100) d'une vanne d'injecteur (31), la vanne (31) comprenant un siège (34) et un obturateur (35) adapté à coulisser dans un alésage (26). Le siège (34) définit une face femelle conique (50) et l'obturateur (35) définissant une face conique mâle (28). Le procédé de conformation (100) comprend les étapes suivantes : a/ pourvoir (110) le corps de buse (16) dans lequel la face femelle (50) du siège (34) est ébauchée, b/ pourvoir (120) l'aiguille (14) dans lequel la face male (28) de l'aiguille est ébauchée, d/ insérer (140) l'aiguille (14) dans l'alésage (32) du corps de buse caractérisé en ce que le procédé de conformation (100) comprend de plus une étape : e/ mettre en forme (150) et finir les faces coniques (28,50) du siège et de l'aiguille en les conformant simultanément par application d'une force axiale (F) sur l'aiguille (14).

Description

PROCEDE DE MISE EN FORME ET VANNE D'INJECTEUR

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention est relative à un injecteur de carburant pourvu d'un dispositif de renforcement du siège de l'aiguille de l'injecteur.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION

Un injecteur de carburant comprend classiquement une aiguille pilotée en ouverture et en fermeture en fonction de la pression régnant dans une chambre de contrôle, laquelle pression est fonction de la position d'une électrovanne de contrôle. L'aiguille est coulissante à l'intérieur d'un alésage du corps de buse, dans lequel une extrémité de l'aiguille est agencée de manière étanche avec un siège de buse prévu sur une surface interne de l'alésage du corps de buse, afin de contrôler l'alimentation en carburant à travers des trous d'injection situés à travers la paroi du corps de buse. Le carburant est à haute pression et circule dans l'injecteur du canal d'entrée vers les trous d'injection. La pression exercée sur le siège de buse crée des déformations qui génèrent des variations de distribution de pression de carburant dans les trous d'injection et de plus la pression d'ouverture de l'aiguille dans la chambre de contrôle varie à une pression donnée. L'objet de la présente invention est de fournir une solution qui résout ces inconvénients.

RESUME DE L'INVENTION

La présente invention se propose de résoudre ces problèmes par un procédé de conformation d'une vanne d'un injecteur. La vanne comprend un siège formé dans un corps de buse de l'injecteur qui s'étend le long d'un axe et, un obturateur formé à une extrémité d'une aiguille s 'étendant axialement adapté à coulisser dans un alésage du corps de buse. Le siège définit une face femelle conique et l'obturateur définissant une face conique mâle complémentaire. Le procédé de conformation comprend les étapes suivantes :

a/ pourvoir le corps de buse dans lequel la face femelle du siège est ébauchée,

b/ pourvoir l'aiguille dans lequel la face maie de l'aiguille est ébauchée, d/ insérer l'aiguille dans l'alésage du corps de buse de sorte à ce que la face conique maie soit en contact avec la face femelle conique, caractérisé en ce que le procédé de conformation comprend de plus une étape :

e/ mettre en forme et finir les faces coniques du siège et de l'aiguille en les conformant simultanément par application d'une force axiale sur l'aiguille.

De plus le procédé de conformation dans lequel la force appliquée de l'étape de mise en forme est compris entre 600 N et 1000 N, de préférence de l'ordre de 800 N. De plus l'étape de mise en forme s'applique directement sur la vanne d'injecteur et l'étape de mise en forme précède le montage final de l'injecteur. Ainsi la force peut être appliquée par une machine directement sur l'aiguille. Dans une autre mode de réalisation, l'étape de mise en forme s'applique directement sur l'injecteur complet en fin d'assemblage ainsi le siège sur lequel s'appuie l'aiguille est conformée par la force hydraulique réalisée par un fluide dans une chambre de contrôle. De plus l'étape de mise en forme est réalisée par la force hydraulique d'une valeur comprise entre 700 et 900 bars, de préférence de l'ordre de 800 bars.

Dans une alternative aux deux modes de réalisation, le procédé de conformation comprend de plus une étape de chauffage de la zone du siège réalisée simultanément avec l'étape de mise en forme. Le chauffage du corps de buse s 'appliquant principalement autour du siège du corps de buse. De plus la température du chauffage est de l'ordre de 300°C. De plus le chauffage peut être réalisé par induction. En outre la conformation réalisée par l'étape de mise en forme s'applique à 99% sur le siège. Une vanne d'injecteur comprend un siège et un obturateur conformés comme décrits précédemment. De plus le siège comprend deux faces faisant entre elles un angle inférieur à 180 degrés. De plus un ensemble de buse comprend la vanne d'injecteur décrit précédemment. De plus un injecteur comprend l'ensemble de buse décrit précédemment.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels:

La figure 1 est une vue générale en perspective d'un injecteur

La figure 2 est une vue en coupe d'un ensemble de buse La figure 3 représente sous forme de logigramme les étapes du procédé qui fait l'objet de l'invention.

DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES

Pour faciliter et clarifier la description qui suit, l'orientation de haut en bas est choisie arbitrairement et, les mots et expressions tels que "ci-dessus, dessous, dessus, dessous, haut, bas ..." peuvent être utilisés sans aucune intention de limiter l'invention.

Selon la figure 1, est décrit un mode de réalisation de l'invention se rapportant à un injecteur 10 de carburant, ici un injecteur diesel bien que l'invention soit intégralement transposable à un injecteur essence ou de tout autre carburant. La description détaillera les éléments de l'invention et restera plus succincte et générale quant aux éléments environnants.

Selon la figure 1 , l'injecteur 10 s'étend selon un axe longitudinal X et comprend de bas en haut, selon le sens conventionnel et non limitatif des figures, un ensemble de buse comprenant un élément de vanne aiguille 14 ou

communément appelé aiguille 14 agencée dans un corps de buse 16, un ensemble de vanne de contrôle 18 agencé dans un corps de vanne 20, un actionneur 22 agencé dans un corps d' actionneur 24 et un écrou 25. L'aiguille 14 est agencée axialement coulissante dans un alésage 26 cylindrique longitudinal du corps de buse.

Selon la figure 2 est représenté l'ensemble de buse 12 comprenant de plus une vanne d' injecteur 31. La vanne 31 comprend un siège 34 formé dans un corps de buse 16 de l'injecteur qui s'étend le long de l'axe X et un obturateur 35 formé à une première extrémité 30 de l'aiguille s 'étendant axialement adapté à coulisser dans l'alésage 26 du corps de buse. Le siège 34 définit une face femelle conique 50 et l'obturateur 35 définit une face conique mâle 28 complémentaire, L'aiguille 14 comprend une partie cylindrique longitudinale 27 et la face mâle conique 28. La face maie conique 28 est agencée à une première extrémité 30. Le corps de buse 16 comprend un fut 32, le siège de buse 34 et un sac 36 pourvu de trous d'injection 38. Le corps de buse 16 est pourvu d'une paroi 40 intérieure cylindrique longitudinale et d'une paroi extérieure 42 cylindrique longitudinale qui s'étendent le long de l'axe X. L'alésage 26 est cylindrique et s'étend le long de l'axe longitudinal X ouvert à la première extrémité 44 et comprenant une deuxième extrémité 46 qui est au contact du siège conique 34. Le sac 36 est agencé au sommet du siège conique 34. Le siège 34 conique comprend une face conique 50 femelle.

Le siège 34 de buse est ébauché par usinage, par exemple par

rectification de la face femelle conique 50. La face femelle conique 50 présente une pente 70 entre l'alésage 26 et le sac 36. Afin d'améliorer la tenue du siège 34 à la déformation causée par les contacts répétées de l'aiguille 14, le siège 34 de buse est réalisé par un procédé de mise en forme 100 qui va être décrit dans ce qui suit. Le procédé de conformation 100 appelé aussi procédé de mise en forme 100 s'inscrit dans le procédé de fabrication de de l'injecteur 10. Les étapes du procédé de mise en forme 100 comprennent les étapes suivantes:

- a/ pourvoir 110 le corps de buse 16 dans lequel la face femelle 50 du siège 34 est ébauchée brut et usiner le siège 34 du corps de buse,

- b/ pourvoir 120 l'aiguille 14 et usiner la face maie ébauchée 28 de l'aiguille 14,

- cl apparier 130 l'aiguille 14 avec l'alésage 26 du corps de buse et ajuster la course de l'aiguille 14,

- dl insérer 140 l'aiguille 14 dans l'alésage 26 du corps de buse,

- cl mettre en forme 150 les faces coniques 28,50 du siège et de l'aiguille.

- f/ assembler 160 l'injecteur 10.

L'étape de mise en forme 150 consiste à conformer simultanément la face femelle conique 50 du siège et la face mâle 28 conique de l'aiguille, les deux faces 28,50 étant en contact et se touchant entre elles. L'étape de mise en forme 150 est réalisée en conformant simultanément les faces 28,50 par application d'une force axiale F sur l'aiguille 14 étant au contact avec le siège 34 de buse. L'étape d'assemblage 160 complet de l'injecteur 10 consiste à assembler ensemble l'actionneur 22, l'ensemble de vanne 18 et la vanne d'injecteur 31 à l'aide de l'écrou 25. Comme décrit dans la figure 1, l'écrou 25 se visse sur le corps d'actionneur 24.

L'étape de mise en forme du siège 34 comme décrite par les figures 2 et 3 est réalisée en conformant, c'est-à-dire en donnant une forme à la face femelle 50 du siège. La forme donnée à la face femelle 50 est une forme complémentaire à la face maie conique 28 et la face maie 28 présente alors un profil écrêté de ses pics de rugosité. La face mâle 28 de l'aiguille est conformé par l'application d'une force axiale F dirigée vers le bas sur l'aiguille 14, l'aiguille 14 étant en contact avec la face femelle 50 du siège. L'aiguille 14 est réalisée dans un matériau plus dur que le corps de buse 16 ce qui explique que la forme donnée à la face femelle 50 par la conformation est donnée par la forme de la face maie 28. Le matériau de la face maie 28 de l'aiguille peut être par exemple en acier rapide alors que la face femelle 58 du siège de corps de buse peut être en acier du type 18CrNi8-8.

La conformation des deux faces 28, 50 c'est-à-dire l'obtention des deux faces complémentaires 28,50 permet d'avoir un meilleur contact et une meilleure étanchéité de l'aiguille 14 sur le siège 34 car les profils des deux faces 28,50 sont superposables. La force F est supérieure à 1000 N.

Dans une alternative à ce mode de réalisation sont réalisées simultanément l'étape de mise en forme 150 en appliquant la force axiale F dirigée vers le bas sur l'aiguille 14 en contact de la face femelle 50 et une étape d'application d'un chauffage 170 par induction d'une température de l'ordre de 300°C. Le chauffage par induction peut par exemple être situé autour du siège 34 pendant un temps compris entre 10 secondes et 60 secondes. La force mécanique axiale F est comprise entre 600 N et 1000 N, de préférence de 800 Newtons. La force axiale F conforme ainsi la face femelle 50 par le contact direct de la face maie 28 sur la face femelle 50.

Dans un autre mode de réalisation, le procédé de conformation 100 se fait sur l'injecteur 10 assemblé, c'est-à-dire à la fin du montage de l'injecteur 10 complet, c'est-à-dire avec la vanne de l'injecteur 31 telle que décrit

précédemment, l'actionneur 22 et l'ensemble de vanne 18 fixés ensemble par l'écrou 25. La force axiale F est réalisée par l'application d'une pression hydraulique réalisée par un fluide dans une chambre de contrôle 56 compris entre 700 et 900 bars, de préférence de l'ordre de 800 bars sur l'aiguille 14, le fluide circulant entre une entrée de l'injecteur (non représenté) et les trous d'injection 38.

Dans une alternative au mode de réalisation appliqué sur l'injecteur 10 assemblé, sont réalisées simultanément l'étape de mise en forme 150 en appliquant la force axiale F dirigée vers le bas sur l'aiguille 14 en contact de la face femelle 50 et une étape d'application d'un chauffage 170 par induction d'une température de l'ordre de 300°C. La force axiale F est réalisée par l'application d'une pression hydraulique réalisée par un fluide dans la chambre de contrôle 56 compris entre 700 et 900 bars, de préférence de l'ordre de 800 bars sur l'aiguille 14, le fluide circulant entre une entrée de l'injecteur (non représenté) et les trous d'injection 38. Le chauffage par induction peut par exemple être situé autour du siège 34 pendant un temps compris entre 10 secondes et 60 secondes. La force mécanique axiale F est comprise entre 600 N et 1000 N, de préférence de 800 Newtons. La force axiale F conforme ainsi la face femelle 50 par le contact direct de la face maie 28 sur la face femelle 50.

Dans les deux modes de réalisation, les profiles des deux faces mâle et femelle 28, 50 complémentaires et conformées par le procédé de conformation 100 suppriment la dérive précoce du débit injecté par l'injecteur dans la chambre de combustion d'un moteur en fonction de la pression du fluide et de la longueur du puise de commande de l'injection. Le procédé de conformation 100 permet d'émousser les pics de rugosité et d'obtenir des surfaces complémentaires pour les deux faces maie 28 et femelle 50. La rectitude du siège 34 obtenu avec le procédé de conformation 100 est inférieure à la rectitude du siège avant l'étape de mise en forme 150 qui est de l'ordre de 0,5. De plus après l'étape de mise en forme de la face femelle 50 comprend deux faces 66,68 inclinées différemment par rapport à la pente 70. Les deux faces 66,68 définissent entre elles un angle B, inférieur à 180 degrés telle que décrit dans la figure 2, par exemple de 179 degrés. Comme décrit dans la figure 2, le changement de pente entre les faces 66, 68 se fait en un point A créé lors de l'étape de mise en forme. Selon la figure 2, le point A est une zone radiale de contact entre la face femelle 50 et le point A'. Le point A' est une zone radiale situé à l'intersection d'une extrémité inférieure de la partie cylindrique 27 et la face conique maie 28. Le point A' est inscrit dans un cercle de diamètre D14 de l'aiguille 14. La première face 66 est agencée proximale de l'alésage 26 alors que la deuxième face 68 est agencée proximale du sac 36.

L'angle B est appelé aussi double angle.

Dans une autre alternative (non représenté) aux deux modes de réalisation, l'aiguille 14 peut présenter au moins deux faces avec deux pentes différentes sur la face maie 28 avant l'étape de mise en forme 150 ce qui crée après l'étape de mise en forme 150 deux points de contact sur la face femelle 50.

Dans ce chapitre nous allons décrire le fonctionnement de l'injecteur 10. Comme décrit dans la figure 1, lorsque l'actionneur 22 est électriquement alimenté, il attire l'armature magnétique 52 et la tige de vanne 54 qui sont fixés ensemble, ce qui ouvre le canal d'évacuation (non représenté) et permet au carburant enfermé dans la chambre de contrôle 56 de s'évacuer vers un circuit basse pression (non représenté). Alors la pression diminue dans la chambre de contrôle 56 et l'aiguille 14 se déplace dans l'alésage 26 du corps de buse vers une position ouverte dans laquelle la première extrémité 30 inférieure de l'aiguille 14 s'éloigne du siège 34 du corps de buse. Par voie de conséquence une deuxième extrémité 58 supérieure de l'aiguille vient au contact d'une face inférieure 60 du corps de vanne.

Lorsque l'actionneur 22 n'est pas alimenté, l'ensemble armature magnétique 52 et tige de commande 54 est repoussé par un ressort de vanne 62 vers une position qui empêche au carburant de s'écouler vers le canal

d'évacuation qui est fermé, ce qui retient le carburant à haute pression qui y arrive. Alors la pression dans la chambre de contrôle 56 remonte et l'aiguille 14 est repoussée vers le bas par un ressort 64 d'aiguille et la première extrémité 30 inférieure de l'aiguille est en contact avec le siège 34 de buse et la deuxième extrémité 58 supérieure de l'aiguille est éloignée de la face inférieure 60 du corps de vanne.

LISTE DES REFERENCES UTILISEES

10 injecteur

12 ensemble de buse

14 aiguille

16 corps de buse

18 ensemble de vanne

20 corps de vanne

22 actionneur

24 corps d'actionneur

25 écrou

26 alésage du corps de buse

27 partie cylindrique de l'aiguille 8 face maie d'aiguille

0 première extrémité d'aiguille 1 vanne d'injecteur

2 fût

4 siège de buse

5 obturateur

6 sac

8 trous d'injection

0 paroi intérieure de corps de buse 2 paroi extérieure de corps de buse 4 première extrémité de corps de buse 6 deuxième extrémité de corps de buse 0 face femelle conique de siège 2 armature

4 tige de vanne

6 chambre de contrôle

8 deuxième extrémité de l'aiguille 0 face inférieure du corps de vanne 2 ressort de vanne

4 ressort d'aiguille

6 première face du siège

8 deuxième face du siège

0 pente du siège avant conformation 0 procédé de conformation

10 pourvoir le corps de buse

0 pourvoir l'aiguille

0 apparier l'aiguille et l'alésage 0 insérer l'aiguille dans l'alésage 0 mettre en forme les faces

0 assembler l'injecteur

X axe longitudinal

F Force axiale

A point de changement de pente

Α' point de l'aiguille

14 diamètre de l'aiguille

Claims

REVENDICATIONS

1 Procédé de conformation (100) d'une vanne d'injecteur (31), la vanne (31) comprenant :

-un siège (34) formé dans un corps de buse (16) de l'injecteur qui s'étend le long d'un axe (X) et,

-un obturateur (35) formé à une extrémité d'une aiguille (14) s'étendant axialement adapté à coulisser dans un alésage (26) du corps de buse, le siège (34) définissant une face femelle conique (50) et l'obturateur (35) définissant une face mâle conique (28) complémentaire,

le procédé de conformation (100) comprenant les étapes suivantes :

a/ pourvoir (110) le corps de buse (16) dans lequel la face femelle (50) du siège (34) est ébauchée,

b/ pourvoir (120) l'aiguille (14) dans lequel la face maie (28) de l'aiguille est ébauchée,

d/ insérer (140) l'aiguille (14) dans l'alésage (32) du corps de buse de sorte à ce que la face conique maie (28) soit en contact avec la face femelle conique (50),

caractérisé en ce que le procédé de conformation (100) comprend de plus une étape :

e/ mettre en forme (150) et finir les faces coniques (28,50) en les conformant simultanément par application d'une force axiale (F) sur l'aiguille (14).

2. Procédé de conformation (100) selon la revendication 1, dans lequel la force appliquée (F) de l'étape de mise en forme (e) est compris entre 600 N et 1000 N, de préférence de l'ordre de 800 N.

3. Procédé de conformation (100) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'étape (e) de mise en forme s'applique directement sur la vanne d'injecteur (31), l'étape (e) précédant le montage final de l'injecteur (10), la force (F) étant appliquée par une machine directement sur l'aiguille (14).

4. Procédé de conformation (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel l'étape de mise en forme (e) s'applique directement sur l'injecteur (10) complet en fin d'assemblage, le siège (34) sur lequel s'appuie l'aiguille (14) est conformée par la force (F) hydraulique réalisée par un fluide dans une chambre de contrôle (56).

5. Procédé de conformation (100) selon la revendication 4, dans lequel l'étape (e) de mise en forme est réalisée par la force (F) hydraulique d'une valeur comprise entre 700 et 900 bars, de préférence de l'ordre de 800 bars.

6. Procédé de conformation (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprend de plus une étape (g) de chauffage (170) de la zone du siège (34) réalisée simultanément avec l'étape (e) de mise en forme, le chauffage s'appliquant principalement autour du siège (34) du corps de buse.

7. Procédé de conformation (100) selon la revendication 6, dans lequel la température du chauffage est de l'ordre de 300°C.

8. Procédé de conformation (100) selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, dans lequel le chauffage est réalisé par induction.

9. Procédé de conformation (100) selon la revendication 8, dans lequel la conformation réalisée par l'étape (e) de mise en forme (150) s'applique à 99% sur le siège (34).

10. Vanne d'injecteur (31) comprenant un siège (34) et un obturateur (35) conformés selon l'une quelconque des revendications précédentes.

11. Vanne d'injecteur (31) selon la revendication 10, dans lequel le siège comprend deux faces (66,68) faisant entre elles un angle inférieur à 180 degrés.

12. Ensemble de buse (12) comprenant la vanne d'injecteur (31) selon la revendication 10. Injecteur (10) comprenant l'ensemble de buse (12) selon la revendication