EP2910767B1 - Injecteur de carburant - Google Patents

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EP2910767B1
EP2910767B1 EP15153330.4A EP15153330A EP2910767B1 EP 2910767 B1 EP2910767 B1 EP 2910767B1 EP 15153330 A EP15153330 A EP 15153330A EP 2910767 B1 EP2910767 B1 EP 2910767B1
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EP
European Patent Office
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injector
volume
nut
section
restriction
Prior art date
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EP15153330.4A
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EP2910767A1 (fr
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Thierry Thibault
Nicolas Rodier
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Delphi International Operations Luxembourg SARL
Original Assignee
Delphi International Operations Luxembourg SARL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/002—Arrangement of leakage or drain conduits in or from injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/31—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
    • F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector whose performance is increased thanks to an insulation provided between the low pressure return circuit of the injector and a volume contained between the injector nut and the body members of the injector. injector.
  • a known fuel injector comprises a cylindrical body comprising a plurality of coaxial elements stacked and held together by means of an injector nut, also called “capnut” according to its English designation.
  • a thin volume remains between the nut and the body members of the injector and this thin volume is in fluid communication with the low pressure return circuit which extends into the injector body.
  • the injector generates pressure waves, and the liquid fuel contained in this thin volume can come into resonance, creating undesirable disturbances that cause the injector to malfunction.
  • DE103 11,522 discloses an injector known from the prior art.
  • the present invention solves these problems by providing an injector for injecting fuel under pressure into a cylinder of an internal combustion engine.
  • the injector has a body comprising a plurality of coaxial cylindrical members and pressed against each other by an injector nut.
  • a thin annular volume is in fluid communication with the low pressure return circuit of the injector.
  • the thin volume extends between the nut and the body of the injector.
  • the injector is then provided with an insulating means able to reduce pressure waves propagating in fuel located in said thin volume so that advantageously the effect of said pressure waves is virtually zero.
  • the isolation means comprises a passage of small section creating a restriction of the fluid communication.
  • the restriction is arranged in the low pressure return circuit of the injector, instead fluid communication between the return circuit and said thin volume.
  • the restriction is arranged in a radial channel extending between said thin volume and a valve bore provided in the body of the injector.
  • the isolation means comprises a seal arranged in said thin volume.
  • the seal is an O-ring.
  • an injector 10 shown in section along a longitudinal axis A, is provided for injecting fuel under pressure into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the body 12 of the injector 10 comprises several cylindrical members longitudinally stacked and held coaxial along the longitudinal axis A by an injector nut 14, also called “capnut” according to the English designation.
  • the body 12 thus assembled extends from an upper end 16 to a pointed nose 18 provided with injection holes 58.
  • the body 12 comprises a top member 20, or actuator body, a central member 22, or valve body, and a lower member 24, or nozzle body, the three members being in interfaces according to a first plane transverse interface 26 and a second plane transverse interface 28.
  • the actuator body 20 extends from the upper end 16 to the first interface 26 and, it comprises several cylindrical sections whose section 30, the lowest, adjacent to the first interface 26 which has a first outer diameter D1 and which is provided with a male thread 32.
  • the coil 34 of an electromagnetic actuator whose connection wires, not shown, run upwards in a longitudinal duct 36.
  • the valve body 22 is a cylinder with a second outer diameter D2, slightly smaller than the first diameter D1 and extends longitudinally between the first interface 26 and the second interface 28.
  • the valve body 22 is provided with a cavity 38, open on the upper face of the body 22, and a bore 40 extending downwardly from the center of the cavity 38.
  • a magnetic armature 42 and a shaft 44 integrated valve valves, not shown, are respectively arranged in the cavity 38 and the bore 40.
  • a channel 41 extends radially by connecting the bottom of the bore 40 to the lateral cylindrical face of the valve body 22.
  • the armature 42 cooperates with the coil 28 and moves between a high position and a low position driving the shaft 44 in the bore 40 between two extreme positions.
  • the nozzle body 24, lower limb of the body 12, extends longitudinally from the second interface 28 to the pointed nose 18 of the injector 10.
  • the nozzle body 24 comprises a high section 46, adjacent to the second interface 28 and having a third diameter D3 smaller than the second diameter D2, an intermediate section 48 of a fourth diameter D4 less than the third diameter D3 and an even lower thin section 50 terminated by the pointed nose 18, the high section 46 and the low section 50 connecting according to a shoulder 52 transverse.
  • This description corresponds to the specific example shown but other alternatives exist, in particular injectors whose third diameter D3 of the nozzle body is slightly greater than the second diameter D2.
  • the nozzle body 24 is provided with an axial bore 44 open at the top and closing in a point in the nose 18 forming a valve seat 56 surrounding injection holes 58.
  • a needle 60 is slidably arranged in the bore 54 so as to cooperate with the seat 56 to allow or prohibit the injection of fuel.
  • the members of the body 12 are secured by the injector nut 14 which has the general shape of a cylindrical glass whose bottom would be pierced.
  • the nut 14 is a through tube provided, at the top, with a threading 62 complementary to the thread 32 of the actuator body 20 and, at the bottom, a peripheral disc face 64 provided with a central opening 66 having a diameter slightly greater than the third diameter D3.
  • the nozzle body 24 is arranged in the nut 14 so that the low end portion 50 passes through the opening 66 until the disc face 64 is in contact with the shoulder 52.
  • the valve body 22 is fitted above the nozzle body 24 and lies entirely in the tubular portion of the nut.
  • the nut 14 is screwed to the actuator body 20 and it is understood that by screwing the nut, the various elements of the body 12 are pressed against each other so as to constitute a sealed assembly.
  • This assembly retains a first volume V1 between the nut 14 and the valve body 22 and a second volume V2 between the nut 14 and the nozzle body 24.
  • the two volumes V1, V2 are in continuity one of the other and, as is particularly observable on the figure 3 , the volume is greater at the second interface 28 given the difference between the second D2 and third D3 diameters.
  • the return circuit 68 further comprises the volume of the cavity 38 and a return channel 70.
  • Said channel 70 comprises a first transverse section 72 provided in the valve body 22 and a second section 74 extending longitudinally upwards. in the actuator body 20.
  • the first section 72 is in fact a groove formed on the surface of the valve body 22, which groove is closed during assembly of the valve body. As observed on the Figures, the groove opens into the lateral cylindrical face of the valve body and is in fluid communication with the first volume V1 and therefore also with the second volume V2.
  • FIG. figure 2 A first embodiment of the invention for minimizing or even eliminating said disturbances is shown in FIG. figure 2 . It consists of isolating the first V1 and second V2 volumes from each other by arranging an isolation means, for example an O-ring 76 in the largest volume located at the second interface 28. In doing so, the first V1 and second V2 volumes are isolated from each other and, said larger volume no longer contains fuel. The return circuit 68 is then no longer in fluid communication with the first volume V1 much smaller in the non-limiting example chosen to illustrate the invention.
  • Alternative embodiments of injectors exist in which the first volume V1 is larger than the second volume V2. The pressure waves flowing only in the first volume V1 then have almost no effect on the behavior of the injector.
  • the isolation means here consists in restricting the first section 72 at its opening in the lateral cylindrical face of the valve body by adding a section restriction 78 to said first section 72.
  • the restriction can be made in the radial channel 41.
  • Pressure waves propagating in the fuel contained in the first volume V1 and in the second volume V2 then no longer have any noticeable effect on the behavior of the injector, the waves being damped at the level of the restriction 78.
  • the various embodiments are not incompatible as an injector provided with both a seal and a restriction is perfectly feasible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention est relative à un injecteur de carburant dont les performances sont augmentées grâce à une isolation pourvue entre le circuit de retour basse pression de l'injecteur et un volume contenu entre l'écrou d'injecteur et les membres du corps de l'injecteur.
    • ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
  • Un injecteur de carburant connu comprend un corps cylindrique comprenant plusieurs éléments coaxiaux empilés et maintenus solidaires au moyen d'un écrou d'injecteur, également appelé « capnut » selon sa désignation anglaise. Un mince volume demeure entre l'écrou et les éléments du corps de l'injecteur et, ce mince volume est en communication de fluide avec le circuit de retour basse pression qui s'étend dans le corps de l'injecteur. En fonctionnement l'injecteur génère des ondes de pression et, le carburant liquide contenu dans ce mince volume peut entrer en résonnance créant des perturbations indésirables sources de dysfonctionnement de l'injecteur. DE103 11 522 divulgue un injecteur connu de l'art antérieur.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • La présente invention résout ces problèmes en proposant un injecteur prévu pour injecter du carburant sous pression dans un cylindre d'un moteur à combustion interne. L'injecteur a un corps comprenant une pluralité de membres cylindriques, coaxiaux et pressés les uns contre les autres par un écrou d'injecteur. Un mince volume annulaire est en communication de fluide avec le circuit de retour basse pression de l'injecteur. Le mince volume s'étend entre l'écrou et le corps de l'injecteur. L'injecteur est alors pourvu d'un moyen d'isolation apte à amoindrir des ondes de pression se propageant dans du carburant situé dans ledit mince volume de sorte qu'avantageusement l'effet desdites ondes de pression est quasiment nul.
  • Selon un premier mode de réalisation, le moyen d'isolation comprend un passage de faible section créant une restriction de la communication de fluide. La restriction est agencée dans le circuit de retour basse pression de l'injecteur, au lieu de la communication de fluide entre le circuit de retour et ledit mince volume. Selon une alternative de réalisation, la restriction est agencée dans un canal radial s'étendant entre ledit mince volume et un alésage de vanne pourvu dans le corps de l'injecteur.
  • Selon l'invention, le moyen d'isolation comprend un joint d'étanchéité agencé dans ledit mince volume. Selon un mode spécifique, le joint d'étanchéité est un joint torique.
    • DESCRIPTION DES FIGURES
  • Un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit par l'intermédiaire des figures suivantes.
    • La figure 1 est une section longitudinale d'un injecteur de l'art antérieur.
    • La figure 2 est un détail de l'injecteur de la figure 1 mais pourvu de l'invention selon un premier mode de réalisation.
    • La figure 3 est un détail de l'injecteur de la figure 1 mais pourvu de l'invention selon un second mode de réalisation.
    DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PRÉFÉRÉS
  • Selon la figure 1, un injecteur 10, représenté en section selon un axe longitudinal A, est prévu pour injecter du carburant sous pression dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Le corps 12 de l'injecteur 10 comprend plusieurs membres cylindriques longitudinalement empilés et maintenus coaxiaux selon l'axe longitudinal A par un écrou d'injecteur 14, également appelé « capnut » selon la désignation anglaise. Le corps 12 ainsi assemblé s'étend depuis une extrémité supérieure 16 jusqu'à un nez pointu 18 bas pourvu de trous d'injection 58.
  • Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, le corps 12 comprend un membre haut 20, ou corps d'actionneur, un membre central 22, ou corps de vanne, et un membre inférieur 24, ou corps de buse, les trois membres étant en interfaces selon une première interface 26 transversale plane et une seconde interface 28 transversale plane.
  • Dans un but de simplification et de clarté de la description, un sens conventionnel est utilisé en suivant l'orientation de la figure 1. Ainsi des mots et expressions tels que « haut, bas, inférieur, supérieur, au-dessus... » sont utilisés dans la description sans que cela limite l'invention.
  • Le corps d'actionneur 20 s'étend depuis l'extrémité supérieure 16 jusqu'à la première interface 26 et, il comprend plusieurs tronçons cylindriques dont le tronçon 30, le plus bas, adjacent à la première interface 26 qui a un premier diamètre extérieur D1 et qui est pourvu d'un filetage mâle 32.
  • A l'intérieur du corps d'actionneur 20 est agencée la bobine 34 d'un actionneur électromagnétique dont les fils de connexion, non représentés, cheminent vers le haut dans un conduit longitudinal 36.
  • Le corps de vanne 22 est un cylindre d'un deuxième diamètre extérieure D2, légèrement inférieur au premier diamètre D1 et, s'étend longitudinalement entre la première interface 26 et la seconde interface 28.
  • Le corps de vanne 22 est pourvu d'une cavité 38, ouverte sur la face supérieure du corps 22, et d'un alésage 40 s'étendant vers le bas depuis le centre de la cavité 38. Une armature magnétique 42 et un arbre 44 de vanne intégrés, non représentés, sont respectivement agencés dans la cavité 38 et l'alésage 40. Un canal 41 s'étend radialement en reliant le bas de l'alésage 40 à la face cylindrique latérale du corps de vanne 22. En utilisation, l'armature 42 coopère avec la bobine 28 et se déplace entre une position haute et une position basse entraînant l'arbre 44 dans l'alésage 40 entre deux positions extrêmes.
  • Le corps de buse 24, membre inférieur du corps 12, s'étend longitudinalement depuis la seconde interface 28 jusqu'au nez pointu 18 de l'injecteur 10. Le corps de buse 24 comprend un tronçon haut 46, adjacent à la seconde interface 28, et ayant un troisième diamètre D3 inférieur au deuxième diamètre D2, un tronçon intermédiaire 48 d'un quatrième diamètre D4 inférieur au troisième diamètre D3 et, un tronçon bas 50 encore plus fin terminé par le nez pointu 18, le tronçon haut 46 et le tronçon bas 50 se raccordant selon un épaulement 52 transversal. Cette description correspond à l'exemple spécifique représenté mais d'autres alternatives existent, notamment des injecteurs dont le troisième diamètre D3 du corps de buse est légèrement supérieur au deuxième diamètre D2.
  • Le corps de buse 24 est pourvu d'un alésage 54 axial ouvert en partie haute et se refermant en pointe dans le nez 18 en formant un siège 56 de vanne entourant des trous d'injections 58. Une aiguille 60 est agencée coulissante dans l'alésage 54 de sorte à coopérer avec le siège 56 afin de permettre ou d'interdire l'injection de carburant.
  • Les membres du corps 12 sont solidarisés par l'écrou d'injecteur 14 qui a la forme générale d'un verre cylindrique dont le fond serait percé. L'écrou 14 est un tube débouchant pourvu, en haut, d'un filetage 62 complémentaire au filetage 32 du corps d'actionneur 20 et, en bas, d'une face discale périphérique 64 pourvue d'une ouverture centrale 66 ayant un diamètre légèrement supérieur au troisième diamètre D3.
  • Tel que montré sur les figures le corps de buse 24 est agencé dans l'écrou 14 de sorte que le fin tronçon bas 50 passe par l'ouverture 66 jusqu'à ce que la face discale 64 soit en contact avec l'épaulement 52. Le corps de vanne 22 est ajusté au-dessus du corps de buse 24 et se trouve entièrement dans la partie tubulaire de l'écrou. En fin de montage, l'écrou 14 est vissé au corps d'actionneur 20 et, on comprend qu'en vissant l'écrou, les différents éléments du corps 12 soient pressés les uns contre les autres de sorte à constituer un ensemble étanche. Ce montage conserve un premier volume V1 entre l'écrou 14 et le corps de vanne 22 et, un second volume V2 entre l'écrou 14 et le corps de buse 24. Les deux volumes V1, V2, sont en continuité l'un de l'autre et, tel que cela est particulièrement observable sur la figure 3, le volume est plus important au niveau de la seconde interface 28 compte tenu de la différence entre les deuxième D2 et troisième D3 diamètres.
  • A l'intérieur du corps 12 s'étendent un circuit haute pression, dans lequel le carburant pressurisé est dirigé depuis une bouche d'entrée jusque vers les trous d'injection 58, et également, un circuit de retour 68 dans lequel du carburant à basse pression est dirigé jusque vers une bouche de sortie agencée au voisinage de l'extrémité supérieure du corps. Le circuit de retour 68 comprend en outre, le volume de la cavité 38 et un canal de retour 70. Ledit canal 70 comprend un premier tronçon 72 transversal pourvu dans le corps de vanne 22 et un second tronçon 74 s'étendant longitudinalement vers le haut dans le corps d'actionneur 20. Le premier tronçon 72 est en fait une gorge réalisée à la surface du corps de vanne 22, gorge qui se trouve fermée lors de l'assemblage du corps de vanne. Tel qu'observable sur les figures, la gorge débouche dans la face cylindrique latérale du corps de vanne et se trouve en communication de fluide avec le premier volume V1 et donc également avec le second volume V2.
  • En utilisation, des fuites de carburants se produisent au niveau de la première et de la seconde interface ainsi qu'entre l'arbre de vanne 44 et l'alésage 40. Ce carburant se déplace entre les deux faces glacées en contact ou bien via le canal radial 41 et remplit le premier volume V1 et le second volume V2. De ces volumes V1, V2, le carburant maintenant à basse pression repart vers le canal de retour 70 via le premier tronçon 72 puis le second tronçon 74 du canal de retour. Par ailleurs, les déplacements alternatifs de l'armature 42 et de l'arbre de vanne 44 génèrent des ondes de pression qui circulent entre la cavité 38, le premier tronçon 72, le premier volume V1 et le canal radial 41. Arrivée sous l'arbre de vanne 44, les ondes « rebondissent » et se propagent dans l'autre sens. Les déplacements de l'ensemble armature et arbre de vanne sont alors perturbés par la propagation de ces ondes.
  • Un premier mode de réalisation de l'invention visant à minimiser, voire à éliminer lesdites perturbations est représenté en figure 2. Il consiste à isoler les premier V1 et second V2 volumes l'un de l'autre en agençant un moyen d'isolation, par exemple un joint torique 76 dans le volume le plus important situé au niveau de la seconde interface 28. Se faisant, les premier V1 et second V2 volumes sont isolés l'un de l'autre et, ledit volume plus important ne contient plus de carburant. Le circuit de retour 68 n'est alors plus en communication de fluide qu'avec le premier volume V1 beaucoup plus petit dans l'exemple non limitatif choisi pour illustrer l'invention. Des alternatives de réalisation d'injecteurs existent dans lesquelles le premier volume V1 est plus grand que le second volume V2. Les ondes de pression circulant uniquement dans le premier volume V1 n'ont alors presque plus d'effet sur le comportement de l'injecteur.
  • De nombreuses alternatives peuvent être choisies en remplacement du joint torique 76 notamment une pâte répartie autour du corps au niveau de la seconde interface, ou bien l'agencement d'une fine feuille de clinquant métallique enroulée autour du corps de buse 24 et occupant le second volume V2, voire encore, le corps de buse 24 peut être usiné de sorte à avoir un ajustement légèrement serré avec l'écrou d'injecteur.
    Un second mode de réalisation est maintenant présenté en référence à la figure 3. Le moyen d'isolation consiste ici à restreindre le premier tronçon 72 au niveau de son ouverture dans la face cylindrique latérale du corps de vanne en ajoutant une restriction de section 78 audit premier tronçon 72.
  • Dans une alternative non représentée, à ce second mode de réalisation, la restriction peut être réalisée dans le canal radial 41.
  • Des ondes de pression se propageant dans le carburant contenu dans le premier volume V1 et dans le second volume V2 n'ont alors plus aucun effet perceptible sur le comportement de l'injecteur, les ondes étant amorties au niveau de la restriction 78.
  • Les différents modes de réalisation ne sont pas incompatibles aussi un injecteur pourvu à la fois d'un joint et d'une restriction est parfaitement réalisable.
  • Les références suivantes ont été utilisées dans la description.
    • 10
    injecteur
    12
    corps de l'injecteur
    14
    écrou d'injecteur
    16
    extrémité supérieure du corps
    18
    nez pointu
    20
    membre haut - corps d'actionneur
    22
    membre central - corps de vanne
    24
    membre inférieur - corps de buse
    26
    première interface
    28
    seconde interface
    30
    tronçon bas adjacent à la première interface
    32
    filetage mâle
    34
    bobine
    36
    conduit longitudinal
    38
    cavité supérieure
    40
    alésage de vanne
    41
    canal radial
    42
    armature magnétique
    44
    arbre de vanne
    46
    tronçon haut du corps de buse
    48
    tronçon intermédiaire du corps de buse
    50
    tronçon bas du corps de buse
    52
    épaulement
    54
    alésage du corps de buse
    56
    siège
    58
    trous d'injection
    60
    aiguille
    62
    filetage de l'écrou
    64
    face discale de l'écrou
    66
    ouverture centrale de l'écrou
    68
    circuit de retour basse pression
    70
    canal de retour
    72
    premier tronçon transversal du canal de retour
    74
    second tronçon longitudinal du canal de retour
    76
    joint torique
    78
    restriction
    A
    axe longitudinal
    D1
    premier diamètre
    D2
    deuxième diamètre
    D3
    troisième diamètre
    D4
    quatrième diamètre
    V1
    volume entre l'écrou et le corps de vanne
    V2
    volume entre l'écrou et le corps de buse

Claims (5)

  1. Injecteur (10) prévu pour injecter du carburant sous pression dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, l'injecteur (10) ayant un corps (12) comprenant une pluralité de membres cylindriques (20, 22, 24) coaxiaux (A) et pressés les uns contre les autres par un écrou d'injecteur (14), un mince volume (V1, V2) en communication de fluide avec un circuit de retour (68) basse pression de l'injecteur (10) s'étendant entre l'écrou (14) et le corps de l'injecteur (12), dans lequel l'injecteur (10) est pourvu d'un moyen d'isolation (76, 78) apte à amoindrir des ondes de pression se propageant dans du carburant situé dans ledit mince volume (V1, V2), caractérisé en ce que le moyen d'isolation comprend un joint d'étanchéité (76) agencé dans ledit mince volume (V1, V2).
  2. Injecteur (10) selon la revendication précédente dans lequel le moyen d'isolation comprend un passage de faible section (78) créant une restriction de la communication de fluide.
  3. Injecteur (10) selon la revendication 2 dans lequel la restriction (78) est agencée dans le circuit de retour (68) basse pression de l'injecteur, au lieu de la communication de fluide.
  4. Injecteur (10) selon la revendication 2 dans lequel la restriction (78) est agencée dans un canal radial (41) s'étendant entre ledit mince volume (V1) et un alésage de vanne (40) pourvu dans le corps (12) de l'injecteur.
  5. Injecteur (10) selon la revendication 1 dans lequel le joint d'étanchéité (76) est un joint torique.
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