EP3209877A1 - Injecteur de carburant - Google Patents

Injecteur de carburant

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EP3209877A1
EP3209877A1 EP15784621.3A EP15784621A EP3209877A1 EP 3209877 A1 EP3209877 A1 EP 3209877A1 EP 15784621 A EP15784621 A EP 15784621A EP 3209877 A1 EP3209877 A1 EP 3209877A1
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EP
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piston
needle
injector
channel
control chamber
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EP15784621.3A
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German (de)
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EP3209877B1 (fr
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Ludovic Sauvetre
Richard Denis Jacques Alain Enters
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Delphi Technologies IP Ltd
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Delphi International Operations Luxembourg SARL
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a fuel injector provided with a means of reducing dynamic leakage.
  • a fuel injector conventionally comprises a needle controlled opening and closing depending on the pressure differential between a control chamber and the injection nozzle.
  • the pressure is a function of the position of a two-way control solenoid valve, or on-off valve, switching between an open position and a closed position.
  • the solenoid valve When the solenoid valve is in the closed position, the high pressure fuel can enter the control chamber and bias the needle to the closed position and, when the solenoid valve switches to the open position the fuel previously trapped in the chamber. control can exit via a discharge channel allowing the pressure in the control chamber to decrease.
  • the high-pressure fuel continues to enter the control chamber but simply passes through it because it exits directly via the discharge channel. It is known to control this dynamic leak in injectors provided with three-way electro valve, such as in EP2711537, but in the injectors having a two-way valve, this dynamic leakage remains a loss of energy.
  • the present invention proposes to at least partially solve these problems by proposing a fuel injector comprising a body in which a needle moves between an open position and a closed position under the influence of the fuel pressure in a control chamber, a chamber into which a high-pressure supply channel opens, and from which a discharge channel controlled by a two-way solenoid valve.
  • the injector further includes a dynamic leak reducing means preventing fuel from flowing directly from the channel
  • Said dynamic leakage reduction means comprises a movable member moving between an open position and a closed position under the influence of the fuel pressure differential existing between the control chamber and a second control chamber in fluid communication with the channel discharge.
  • the mobile member is a cylindrical piston arranged sliding in a bore of the injector body, the supply channel opening into said bore.
  • the piston moves to an open position when
  • the solenoid valve is in the closed position so that the high pressure fuel can enter the control chamber and, it moves to a closed position when the solenoid valve is in the open position so as to prevent the entry of the high fuel pressure in the control chamber.
  • said bore is coaxial with the bore in which the needle slides.
  • the piston comprises an enlarged base surmounted by a cylindrical body of smaller diameter.
  • the lower face of said base is arranged facing the needle and the junction face between the base and the body forms a sealing face cooperating with a seat provided in the injector body.
  • the sealing face and the seat are in sealing contact preventing the entry of high-pressure fuel into the control chamber and, in the open position of the piston, the sealing face and the seat move away allowing between them fuel at high pressure.
  • the piston is furthermore provided with a channel opening permanently putting in fluid communication the chamber of control and the second control chamber.
  • Said channel may be an axial channel.
  • said opening channel may be provided with a section restriction generating a pressure drop so that the pressure in the control chamber is greater than the pressure in the second control chamber.
  • the piston may be provided with a calibrated channel extending radially between the outer cylindrical face of the cylindrical body and said channel opening to establish a hydraulic communication between the high pressure supply and the second control chamber.
  • the piston comprises a simple cylindrical body extending axially between a lower face arranged facing the needle, the said lower face forming the ceiling of the control chamber and an upper face opposite the face. lower, said upper face coming into contact against a transverse face of the mjector body when the piston has moved in closed position.
  • a spring is arranged in the control chamber and compressed between a shoulder secured to the needle and the underside of the piston so as to constantly urge both the needle towards its closed position and the piston towards its position. closed.
  • the piston is provided with a first channel extending from the outer wall of the piston to the upper face and also with a second channel extending between the lower and upper faces, the piston being arranged in its bore so that the feed channel either
  • the first channel may comprise an annular groove arranged on the outer wall of the piston, the first channel extending from said groove and opening into the upper face of the piston, the supply channel, opening into the space defined by the annular groove .
  • the piston is further provided on its upper face with a protuberance forming a sealed barrier when the piston is in the closed position, said barrier then being in sealing contact against said transverse face of the injector body, the first channel and the second channel. opening in the upper face of the piston on either side of said barrier, said second control chamber being the space between the transverse face of the injector body and the upper face of the piston and bounded by the side of the barrier where the second channel leads and leads discharge.
  • the barrier is a circular and closed lip, the first channel opening into the central portion and the second channel opening into the outer portion.
  • the injector is provided with a device for generating on the needle a closing force directed towards the tip of the needle, greater than the opening force directed towards the head of the needle. the needle so that the fuel pressure injected when the needle is in open position is equal to the fuel inlet pressure in the injector.
  • Said device consists of a piston whose cross section is greater than the cross section of the needle so that the pressurized fuel entering the second control chamber exerts on said piston an increased force.
  • the piston is sized to contact the needle head as soon as the piston begins to move to the open position.
  • the increased force exerted by the high pressure fuel in the second control chamber is then integrally transmitted to the needle so that the needle is subjected to a closing force of intensity greater than the opening force exerted by the fuel. level of the tip of the needle.
  • Figure 1 is an axial sectional view of an injector provided with a dynamic leakage reduction means according to the invention.
  • FIG. 2 is a magnified detail in axial section of the region of the injector comprising said means produced according to a first embodiment.
  • Figure 3 is similar to Figure 2 in an even more detailed view of the means.
  • FIG. 4 is a detail seen from above of the means of FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 5 is an isometric view of a movable piston of the means of FIGS. 2 to 4.
  • FIG. 6 is an axial section of the piston of FIG. Figure 7 is an axial section of an alternative to the first embodiment of Figures 2 to 5.
  • FIG. 8 is a magnified detail in axial section of the region of the injector comprising said means produced according to a second embodiment.
  • Figure 9 is similar to Figure 8 in an even more detailed view.
  • FIG. 10 is an isometric view of the movable piston of the means of FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 11 is a schematic graph of operation of the dynamic leakage reduction means, regardless of its embodiment.
  • FIG. 1 is an axial section of a fuel injector 10 which extends along a longitudinal axis Al from an injector head 12, drawn at the top of the figure, to an injection nozzle 14, drawn in FIG. bottom of the figure.
  • the injector 10 comprises the head 12 in which are arranged a high-pressure inlet mouth 16 and partially visible only, a low-pressure outlet mouth 18.
  • the injector head 12 is integral with an actuator body 20, itself secured by an injector nut 22 to a control valve 24, a high guide 26 and the body 28 of the injection nozzle 14 .
  • the actuator body 20 is generally cylindrical with a longitudinal axis A1 and extends from the head 12 to a lower face 30. It is further provided, on its outer cylindrical face in the vicinity of said lower face 30 , a male thread 32 provided for complementary engagement by screwing the female thread 34 of the injector nut 22 and, it is further provided with a cylindrical inner bore 36 extending along a second axis A2, parallel to the longitudinal axis Al but slightly offset from it.
  • the bore 36 opens into the lower face 30 and, in the bore 36 is arranged fixed the coil 38 of an electromagnet 40 which in the lower part is flush with the lower face 30 of the actuator body 20. From the coil 38 leave towards the injector head 12 electrical connection means 42, such as cables. These means 42 extend in a specific conduit to a connector 44 provided with terminals for connecting the coil 38 to an external control unit not shown.
  • the coil 38 is itself provided with a central bore 46 in which a valve spring 48 is arranged.
  • the control valve 24 comprises a cylindrical valve body 50 of longitudinal axis revolution A1 extending between an upper face 52 and a lower face 54 and provided with an axial bore 56 comprising two coaxial sections along the second axis A2, the first section opening into said upper face 52 is a wide and shallow countersink forming a low pressure chamber 58, the center of the bottom 60 of which extends towards the lower face 54 the second section forming a hydraulic distributor bore 62.
  • this boring distributor 62 axially A2 blind, several arrivals of channels open laterally.
  • the set of channels and conduits which is provided with the injector 10 will be detailed further.
  • the injector represented in FIG. 1 and on which this description is based is only a non-limiting example and, many alternatives of constructions exist and will be mentioned however, the alternatives which would be omitted can not be excluded. the scope conferred by the
  • the control valve 24 further comprises a rod-armature assembly 64 comprising a magnetic armature 66 and a valve stem 68 arranged movable in the axial bore 54.
  • the armature 66 has the general shape of a thick disk which is placed in the low pressure chamber 58 and the valve stem 68 is a cylindrical shaft comprising sections of different diameters and one end of which is embedded and crimped in the center of the armature 66.
  • the valve stem 68 extends perpendicular to the armature 66 and coalesces in a fair-slip fit in the dispensing bore 62.
  • the valve stem 68 is slidable directly into the dispensing bore 62 or alternatively as shown in FIG. 2, in a cylindrical sleeve 70 radially pierced with at least one radial hole, the sleeve 70 being inserted tightly into the dispensing bore 62.
  • the coil 38, its central bore 46, the valve spring 48, the axial bore 56 of the valve body, the magnetic armature 66 and the valve stem 68 are coaxial extending along the second axis A2 .
  • the valve spring 48 compressed between the bottom of the central bore 46 of the coil and the valve stem 68 whose head is flush with the center of the armature 66, continuously urges the armature-rod assembly 64 to a position remote from the coil 38, a position called the closed position of the valve PFV in opposition to a position close to the coil called open position of the valve POV.
  • the injection nozzle 14 comprises the nozzle body 28, the high guide 26, a needle 72 and a needle spring 74.
  • the nozzle body 28 and the top guide 26 are two pieces. distinct.
  • injectors whose nozzle body incorporates the high guide exist and can equally benefit from the present invention.
  • the nozzle body 28 has a tapered cylindrical wall 76 extending along the longitudinal axis Al from an upper face 78 into a first wide section 80 and a narrower second section 82 which is narrowed at its lower end.
  • the outer faces of the two sections 80, 82 are connected in a transverse disc face 84 against which the injector nut 22 bears.
  • the wall 76 defines a continuous interior space 86 divided into a large cylindrical chamber 88 located in the first section 80 and a narrow chamber 90 located in the second section 82.
  • the large cylindrical chamber 88 opens into the upper face 78 forming a high countersink 92 adapted to receive and position the high guide 26.
  • the narrow chamber 90 defines at a portion of its lateral cylindrical wall a low sliding guide 94 and the end of the narrow chamber 90 closes similarly to the second section 82 in a female cone forming a seat 96 of the nozzle body circulating a plurality of injection holes 98 passing through the wall 76 of the nozzle body.
  • the high guide 26 is, in the nonlimiting example described, a cylindrical independent piece of revolution extending along the longitudinal axis Al from a transverse upper face 100 and comprises a large upper cylinder 102 and a narrow lower cylinder 104, the two cylinders 102, 104, joining in a shoulder face 106.
  • the high guide 26 further comprises a through axial bore 108 passing through through the two cylinders 102, 104, the bore 108 defining in the lower part, located in the narrow cylinder 104, a top sliding guide 110 and, in the upper part located in the large cylinder 102, a control chamber 112 in which is arranged a movable piston 114 now described.
  • Said mobile piston 114 extends axially between an upper face 116 to a lower face 118, the upper face 116 being provided with a boss rising slightly above said upper face 116, boss at the center of which is formed a high concave housing 120 so that said boss circumscribes the opening of the upper housing 120 forming a circular peripheral lip 122.
  • the piston 114 is also provided a low concave housing 124.
  • top 120 and bottom 124 are functional centering holes for a particular machining mode. In an alternative not shown corresponding to a different embodiment these housings could not be made.
  • the piston 114 is further provided on its cylindrical side face with an annular groove 126 and a first channel 128 joining the groove 126 inside the upper housing 120, the opening of said first channel 128 being therefore inside the lip 122 and, as well as a second channel 130 joining the interior of the lower housing 124 to the upper face 116, the upper opening of said second channel 130 being outside the lip 122.
  • the needle 72 is an elongated cylindrical shaft extending from a needle head 132 to a conical tip 134 defining a needle seat 136.
  • the needle head 132 is provided with a small cylindrical protuberance 138 connected to the body of the needle by a bearing shoulder 140, the body of the needle forming in this part of the head a high needle guide 142 and, opposite the head 116 near the tip 134, the needle 72 has a wider portion forming a needle guide low 144.
  • the nozzle body 28 receives in its high countersink 92 the wide cylindrical portion 102 of the top guide 26, the narrow portion 104 extending into the wide chamber 88 of the nozzle body 28.
  • the face shoulder 106 of the high guide is in sealing abutment against the bottom of the top counterbore 92 and the top guide 26 is radially held by the inner flange of the same counterbore 92.
  • the top sliding guide 110 and the bottom sliding guide 92 are coaxial along the longitudinal axis A1 and receive the needle 72 in a complementary manner, the high needle guide 142 sliding in the top sliding guide 110 and the bottom guide 144 sliding in the bottom sliding guide 92 of the nozzle body.
  • the needle spring 74 is compressed in the control chamber 112 between the bearing shoulder 104, integral with the needle 72, and the lower face 118 of the movable piston 114.
  • the upper face 100 of the high guide is maintained in sealed surface contact against the underside of the valve body 54 and the upper face 52 of the valve body itself is in sealed surface contact against the underside 30 of the actuator body. .
  • This integral and impermeable stack is made possible by the injector nut 22 which, threaded around the second narrow section 82 of the nozzle body 28 bears against the disc face 84 of the same nozzle body and extends axially according to FIG. longitudinal axis A1 so as to enclose the high guide 26 and the control valve 24 to screw on the actuator body 20 through the complementary threads 32, 34 previously described.
  • the surface seals are provided on the one hand by the mirror quality of the state of the surfaces in contact and on the other hand by the sufficiently large tightening torque of the nut 22 which generates a strong compression between the lower body of the body. actuator, the valve body, the top guide and the nozzle body.
  • the armature-rod assembly 64 although biased by the valve spring 48, can move axially along the second axis A2 between the closed position PFV valve, or low position wherein the armature-rod assembly 64 is remote from the coil 38 and the valve open position POV, or high position in which the armature-rod assembly 64 is near the coil 38.
  • the needle 72 can move axially along the longitudinal axis A1 between a closed needle position PFA, also
  • the movable piston 114 also biased by the needle spring 74, can move axially along the longitudinal axis A1 between an open position of the piston POP, or low position in which the peripheral lip 122 is away from the face 54 of the valve body and a closed position of the PFP piston, or high position in which the peripheral lip 122 is in sealing contact against the lower face 54 of the valve body.
  • the injector 10 is further provided with channels and ducts comprising complementary sections between the elements of the injector, these channels and ducts form a high pressure circuit 146 and a low pressure return circuit 148 in which, in use of the fuel circulates .
  • the high pressure circuit 146 includes a first main conduit 150, extending into the actuator body 20 between the inlet port 16 and the lower face 30 of the actuator body, the main conduit 150 being extended by a second conduit 152 passing through the valve body 50 and then through a third conduit 154 passing through the wide cylindrical portion 102 of the top guide, said third conduit 154 opening into the shoulder face 106 of the top guide between the narrow portion 104 and the inner side face of the wall 76 of the nozzle body, and opening into the wide chamber 88 of the nozzle body 28.
  • the high pressure circuit 146 then continues into the interior space 86 of the nozzle body to the injection holes 98.
  • the high pressure circuit 146 further comprises a fourth conduit 156 provided in the top guide 26 and joining said shoulder face 106 within the axial bore 108 where it opens into the annular space defined by the throat at nnulaire 126 of the piston 114.
  • the high-pressure fuel can follow the path indicated by the arrow F1 in FIG. 3. From the top housing 120, it passes above the lip 122, between said lip 122 and the lower face. 54 of the valve body, then flows into the second channel 130 of the piston so as to fill the control chamber 112.
  • the high pressure fuel leaving the first channel 128 and having filled the high concave housing 120 can not cross the lip 122 which is in sealing contact against the lower face 54 of the valve body.
  • the low pressure return circuit 148 comprises a discharge duct 158 provided in the valve body and semitransparently sketched in FIGS. 2 and 3.
  • This exhaust duct 158 extends from the underside 54 of the valve body where it opens on the outer portion of the axial bore 108 of the top guide, outside the lip 122 of the piston 114, and extends to open into the bore hydraulic 62.
  • This space between the outside of the lip 122 of the piston 114 and the lower face 54 of the valve body, space in which the discharge conduit 158 opens out forms a second control chamber 160.
  • the evacuation duct is made of a first short section 162 opening under the valve body 50, connecting perpendicularly to a second longer section 164 going in a straight line to the bore 62.
  • the second section 164 opens into the lower face 54 of the valve body but this end is closed on mounting by the upper face 100 of the top guide.
  • the return circuit 148 then continues in the hydraulic distributor bore 62, or even through the holes of the sleeve 70, then up to the low pressure chamber 58 of which said circuit 148 continues through a main return conduit 166 , not shown, which extends in the actuator body 20 in parallel with the main high-pressure conduit 150 from the lower face 30 to the outlet mouth 18.
  • the return circuit 148 further comprises a valve leak recovery duct, said duct also shown semi-transparent in FIG. 2, extends radially in the valve body 50 from the bottom of the valve. the axial bore 56 to join the lateral cylindrical wall of the valve body where the recovery conduit opens into an annular space between said side wall and the injector nut 22, to then rejoin the low pressure chamber 58 and the main return duct 166.
  • a valve leak recovery duct said duct also shown semi-transparent in FIG. 2, extends radially in the valve body 50 from the bottom of the valve. the axial bore 56 to join the lateral cylindrical wall of the valve body where the recovery conduit opens into an annular space between said side wall and the injector nut 22, to then rejoin the low pressure chamber 58 and the main return duct 166.
  • the coil 38 is not electrically powered, it does not create a magnetic field and therefore does not attract the magnetic armature 66.
  • the valve spring 48 pushes the frame-rod assembly 64 in the closed position PFV, position in which the valve stem 68 closes the hydraulic communication between the axial bore 56 and the low pressure chamber 58 and thus prevents the fuel from joining the return circuit 148.
  • the high pressure fuel entering permanently into the injector, in the absence of evacuation the pressure increases in the two sections 162, 164 of the discharge duct of the valve body and in particular above the piston 114 in the second control chamber 160.
  • the movable piston 114 is pushed back downward in the open position POP and, as previously described, the high pressure fuel can enter the control chamber 112 where the pressure increases and pushes the needle 72 down, in positive position. we closed PFA. On either side of the piston 114 the pressure is then balanced. The needle 72 moves according to a pressure differential between the head and the tip of the needle. Thus, as the pressure increases in the control chamber 112, for the needle 72 to move downward it is necessary to provide the injector 10 with a device to reduce the pressure on the tip side.
  • injectors whose high pressure circuit is provided with a calibrated orifice arranged between the entrance into the control chamber and the injection holes.
  • Such a function can also be achieved by means of a flange, also called in English “boost flange” or “NMC - needle motion control", integral with the needle and leaving only a small passage to the flow of high pressure fuel, said passage generating the desired pressure drop on the side of the tip.
  • the coil 38 is electrically powered, it then generates a magnetic field which attracts the armature 66 which, despite the solicitation of the valve spring 48, rises and approaches the coil 38 in the open position of the valve POV.
  • the fuel previously trapped in the evacuation duct 162, 164 can be evacuated to the low pressure chamber 58 and the main return duct 16.
  • This rapid evacuation creates a negative pressure in the second control chamber 160, which draws the piston upwards, the movable piston 114 is then placed in the closed position PFP, the lip 122 coming into sealing contact against the lower face 54 of the valve body.
  • the high-pressure fuel can no longer exit the top housing 120 of the piston and the one that is trapped in the control chamber 112 can exit via the second channel 130, bypass the lip 122 and join the conduit discharge 162, 164, then the return circuit.
  • Figure 11 is a two-dimensional graph schematically showing the curve of changes in the pressure in the control chamber 112, as a function of time. Above the curve a table indicates the positions in which the armature rod assembly 64, the movable piston 114 and the needle 72 are placed.
  • the point P1 intersection of the curve with the ordinate axis, pressure axis, marks the instant when the coil 38 begins to be energized, the armature-rod assembly 64 then moves to the open position POV while the pressure in the control chamber 112 is still high and the needle 72 is in the closed position PFV. From the point PI, the piston is placed in closed position PFP and the pressure in the control chamber 112 decreases until the needle goes back to the open position POA.
  • the next point P2 marks the instant when the power supply of the coil 38 is interrupted, the armature-rod assembly 64 being immediately pushed by the valve spring 48 in the closed position PFV while the pressure in the control chamber 112 is still low and that the needle 72 is in the open position POA. Very soon after point P2, the piston is placed in open position POP and the pressure in the control chamber 112 rises to the point where the needle returns to the closed position PFA.
  • the piston 114 has an outside diameter substantially greater than the diameter of the needle 72.
  • the lower housing 124 of the The lower face 118 of the piston can be enlarged into a counterbore of sufficient size to accommodate the head 132 of the needle and the spring 74.
  • the arrangement of such a piston 114 obviously requires that the upper end emerging from the axial bore of the upper guide 108 is itself enlarged to receive the new piston widens.
  • the interest of this alternative of realization appears in the explanation of operation.
  • the dimensions can easily be selected so that as soon as the piston 114 begins to move downwards it enters into mechanical contact with the needle head and then, the axial force exerted on the upper face 1 16 of the piston is integrally transmitted to the needle 72.
  • the axial force can be transmitted by hydraulic pressure exerted on the head of the needle.
  • the high pressure now acts on the needle 72 by generating on the head an axial closing force directed towards the tip and on the tip an axial force of opening of weaker intensity directed towards the head.
  • the piston widens allows to increase the force on the needle head without any loss of energy, the fuel pressure injected by the injection holes 98 being the pressure at which the fuel enters the injector 10 without there being any pressure loss.
  • FIGS. 8, 9 and 10 A second embodiment of the invention is now described with reference to FIGS. 8, 9 and 10, mainly by way of differences with the first embodiment previously described and, while preserving as far as possible the signs and numbers of the references. already used.
  • the main difference lies in the shape of the axial bore 108 of the high guide and that of the movable piston 114.
  • the bore 108 is formed in a high section 170 serving only as a sliding guide to the piston 114, said high section 170 being of smaller diameter than the low section which forms the upper sliding guide 110 in which the head of the needle 132.
  • the two sections 170, 110 are connected by a connecting disc surface 172 which can, as is shown in the figures be slightly tapered.
  • the movable piston 114 comprises a cylindrical body 174, slidably arranged in the upper portion 170 of the axial bore 108, a low flange 176 arranged in the control chamber 112 and a connecting shoulder 178 between the flange 176 and the body 174 of the piston.
  • the piston is further provided with an axial opening opening 180 which, according to the alternative shown, comprises a section restriction 182.
  • the piston 114 is provided with a small calibrated channel 184 extending radially and joining the outer face of the piston 114 to the axial orifice 180. This calibrated channel 184 establishes a permanent hydraulic connection between the high-pressure inlet and said axial orifice 180.
  • the fourth high pressure conduit 156 opens into the axial bore 108 just above the collar 176.
  • the mobile piston 114 can, like the previous description, move between a high position or closed position PFP in which
  • the shoulder 178 and the disc surface 172 are spaced from each other.
  • the fuel located in the control chamber 112 leaves the latter through the axial orifice 180 and then continues in the return circuit 148. passing as previously described, successively by the two sections 162, 164 of the exhaust duct.
  • a little high pressure fuel can flow through the calibrated channel 184 between the arrival and the upper face of the piston. This allows, at the moment when the valve 24 closes PFV, to accelerate the filling of the second control chamber 160 and its rise in pressure which makes it possible to push the piston towards the open position POP.
  • the filling of the second control chamber 160 can be done only by fuel passing between the piston 114 and the top portion 170 of the bore 108. This filling can take a relatively long time and, without this solution can be discarded, the realization of the calibrated channel 184 seems preferred.
  • the high pressure fuel enters the control chamber 112, following the path of the arrow F2, passing between the shoulder 178 and the disc surface 172 and pressurizes said chamber 112 so as to push the needle 72 in the PFA closed position.

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Abstract

Un injecteur de carburant comprend une aiguille (72), une électrovanne deux-voies (24), de sorte qu'en position fermée de l'électrovanne et, un moyen (26, 114) de réduction des fuites dynamique empêchant le carburant de s'écouler directement du canal d'alimentation (146) vers un circuit de retour (148) lorsque l'électrovanne (24) est en position ouverte.

Description

Injecteur de carburant DOMAINE TECHNIQUE
L'invention est relative à un injecteur de carburant pourvu d'un moyen de réduction des fuites dynamiques.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Un injecteur de carburant comprend classiquement une aiguille pilotée en ouverture et en fermeture en fonction du différentiel de pression entre une chambre de contrôle et la buse d'injection. Dans la chambre de contrôle, la pression est fonction de la position d'une électrovanne de contrôle deux-voies, ou vanne tout-ou-rien, commutant entre une position ouverte et une position fermée. Lorsque l'électro vanne est en position fermée, le carburant à haute pression peut entrer dans la chambre de contrôle et solliciter l'aiguille vers la position fermée et, lorsque l'électro vanne commute en position ouverte le carburant préalablement prisonnier de la chambre de contrôle peut sortir via un canal de décharge permettant à la pression dans la chambre de contrôle de diminuer. Pendant ce temps d'ouverture de l'électro vanne, le carburant à haute pression continue d'entrer dans la chambre de contrôle mais ne fait qu'y passer car il en ressort directement via le canal de décharge. Il est connu de maîtriser cette fuite dynamique dans les injecteurs pourvus d'électro vanne trois-voies, tel que dans EP2711537 mais, dans les injecteurs ayant une vanne deux voies, cette fuite dynamique demeure une perte d'énergie.
RESUME DE L'INVENTION
La présente invention se propose de résoudre au moins partiellement ces problèmes en proposant un injecteur de carburant comprenant un corps dans lequel une aiguille se déplace entre une position ouverte et une position fermée sous l'influence de la pression du carburant dans une chambre de contrôle, chambre dans laquelle débouche un canal d'alimentation haute pression, et de laquelle repart, vers un circuit de retour basse pression, un canal d'évacuation contrôlé par une électrovanne deux-voies.
En position fermée de l'électro vanne la pression augmente dans la chambre de contrôle sollicitant l'aiguille vers la position fermée et, en position ouverte de l'électro vanne le carburant s'évacue de la chambre contrôle dans laquelle la pression diminue, permettant à l'aiguille de se déplacer en position ouverte .
L'injecteur comprend de plus un moyen, de réduction des fuites dynamique empêchant le carburant de s'écouler directement du canal
d'alimentation vers le circuit de retour lorsque Γ électrovanne est en position ouvert. Ledit moyen de réduction des fuites dynamique comprend un membre mobile se déplaçant entre une position ouverte et une position fermée sous l'influence du différentiel de pression du carburant existant entre la chambre de contrôle et une seconde chambre de contrôle en communication de fluide avec le canal d'évacuation.
Plus particulièrement, le membre mobile est un piston cylindrique agencé coulissant dans un alésage du corps d'injecteur, le canal d'alimentation, débouchant dans ledit alésage. Le piston se déplace en une position ouverte lorsque
l'électro vanne est en position fermée de sorte que le carburant haute pression puisse entrer dans la chambre de contrôle et, il se déplace en une position fermée lorsque l'électro vanne est en position ouverte de sorte à empêcher l'entrée du carburant haute pression dans la chambre de contrôle.
Plus particulièrement, ledit alésage est coaxial avec l'alésage dans lequel coulisse l'aiguille.
Dans un mode de réalisation, le piston comprend une embase élargie surmontée d'un corps cylindrique de plus petit diamètre. La face inférieure de ladite embase est agencée en regard de l'aiguille et, la face de jonction entre l'embase et le corps forme une face d'étanchéité coopérant avec un siège pourvu dans le corps d'injecteur. En position fermé du piston la face d'étanchéité et le siège sont en contact étanche interdisant l'entrée de carburant haute pression dans la chambre de contrôle et, en position ouverte du piston la face d'étanchéité et le siège s'éloignent laissant passer entre elles du carburant à haute pression.
Selon ce mode de réalisation, le piston est de plus pourvu d'un canal débouchant mettant en permanence en communication de fluide la chambre de contrôle et la seconde chambre de contrôle. Ledit canal peut être un canal axial. De plus, ledit canal débouchant peut être pourvu d'une restriction de section générant une chute de pression de sorte que la pression dans la chambre de contrôle soit supérieure à la pression dans la seconde chambre de contrôle.
De plus, le piston peut être pourvu d'un canal calibré s'étendant radialement entre la face cylindrique extérieure du corps cylindrique et ledit canal débouchant de sorte à établir une communication hydraulique entre l'alimentation haute pression et la seconde chambre de contrôle.
Dans un autre mode de réalisation, le piston comprend un corps cylindrique simple s'étendant axialement entre une face inférieure agencée en regard de l'aiguille, ladite face inférieure formant le plafond de la chambre de contrôle et, une face supérieure opposée à la face inférieure, ladite face supérieure entrant en contact contre une face transversale du corps d'mjecteur lorsque le piston s'est déplacé en position fermée. De plus, un ressort est agencé dans la chambre de contrôle et comprimé entre un épaulement solidaire de l'aiguille et la face inférieure du piston de sorte à solliciter en permanence à la fois l'aiguille vers sa position fermée et le piston vers son positon fermé.
Plus particulièrement, le piston est pourvu d'un premier canal s'étendant depuis la paroi extérieure du piston jusqu'à la face supérieure et également, d'un second canal s'étendant entre les faces inférieure et supérieure, le piston étant agencé dans son alésage de sorte que le canal d'alimentation, soit en
communication de fluide permanent avec le premier canal.
Le premier canal peut comprendre une gorge annulaire agencée sur la paroi extérieure du piston, le premier canal s'étendant depuis ladite gorge et débouchant dans la face supérieure du piston, le canal d'alimentation, débouchant dans l'espace définit par la gorge annulaire.
Le piston est de plus pourvu sur sa face supérieure d'une protubérance formant une barrière étanche lorsque le piston est en position fermée, ladite barrière étant alors en contact étanche contre ladite face transversale du corps d'injecteur, le premier canal et le second canal débouchant dans la face supérieure du piston de part et d'autre de ladite barrière, ladite seconde chambre de contrôle étant l'espace situé entre la face transversale du corps d'injecteur et la face supérieure du piston et délimitée par le côté de la barrière où débouchent le second canal et le conduit d'évacuation.
Plus particulièrement, la barrière est une lèvre circulaire et fermée, le premier canal débouchant dans la partie centrale et, le second canal débouchant dans la partie extérieure.
Dans une alternative audit autre mode de réalisation, l'injecteur est pourvu d'un dispositif permettant de générer sur l'aiguille une force de fermeture dirigée vers la pointe de l'aiguille, supérieure à la force d'ouverture dirigée vers la tête de l'aiguille de sorte que, la pression du carburant injecté lorsque l'aiguille est en positon ouverte est égale à la pression d'entrée du carburant dans l'injecteur.
Ledit dispositif consiste en un piston dont la section transversale est supérieure à la section transversale de l'aiguille de sorte que le carburant sous pression entrant dans la seconde chambre de contrôle exerce sur ledit piston une force augmentée.
Dans un mode particulier, le piston est dimensionné de façon à entrer en contact avec la tête d'aiguille dès que le piston commence à se déplacer vers la position ouverte. La force augmentée exercée par le carburant à haute pression dans la seconde chambre de contrôle est alors intégralement transmise à l'aiguille de sorte que l'aiguille subit une force de fermeture d'intensité supérieure à la force d'ouverture exercée par le carburant au niveau de la pointe de l'aiguille.
DESCRIPTION DES FIGURES
Un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit par l'intermédiaire des figures suivantes :
La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un injecteur pourvu d'un moyen de réduction de la fuite dynamique selon l'invention.
La figure 2 est un détail magnifié en coupe axiale de la région de l'injecteur comprenant ledit moyen réalisé selon un premier mode de réalisation.
La figure 3 est similaire à la figure 2 dans une vue encore plus détaillée du moyen.
La figure 4 est un détail vue de dessus du moyen des figures 2 et 3.
La figure 5 est une vue isométrique d'un piston mobile du moyen des figures 2 à 4.
La figure 6 est une coupe axiale du piston de la figure 5. La figure 7 est une coupe axiale d'une alternative au premier mode de réalisation des figures 2 à 5.
La figure 8 est un détail magnifié en coupe axiale de la région de l'injecteur comprenant ledit moyen réalisé selon un second mode de réalisation.
La figure 9 est similaire à la figure 8 dans une vue encore plus détaillée.
La figure 10 est une vue isométrique du piston mobile du moyen des figures 8 et 9.
La figure 11 est un graphe schématique de fonctionnement du moyen de réduction de la fuite dynamique, quel que soit son mode de réalisation.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PRÉFÉRÉS
La figure 1 est une coupe axiale d'un injecteur de carburant 10 qui s'étend selon un axe longitudinal Al depuis une tête 12 d'injecteur, dessinée en haut de la figure, jusqu'à une buse d'injection 14, dessinée en bas de la figure.
Pour une simple raison de clarté de la description, l'orientation arbitraire de la figure 1 sera utilisée aussi, des termes tels que « haut, bas, au-dessus ou en-dessous » pourront être utilisés sans que cela ne limite ni la description ni la portée de l'invention.
L'injecteur 10 comprend la tête 12 dans laquelle sont agencées une bouche d'entrée 16 haute pression et, partiellement visible uniquement, une bouche de sortie 18 basse pression. La tête d'injecteur 12 est solidaire d'un corps d'actionneur 20, lui-même solidarisé par un écrou d'injecteur 22 à une vanne de contrôle 24, un guide haut 26 et au corps 28 de la buse d'injection 14.
Le corps d'actionneur 20 est globalement cylindrique de révolution d'axe longitudinal Al et s'étend depuis la tête 12 jusqu'à une face inférieure 30. Il est de plus pourvu, sur sa face cylindrique extérieure au voisinage de ladite face inférieure 30, d'un filetage mâle 32 prévu pour l'engagement complémentaire par vissage du filetage femelle 34 de l'écrou d'injecteur 22 et, il est encore pourvu d'un alésage intérieur 36 cylindrique s'étendant selon un second axe A2, parallèle à l'axe longitudinal Al mais légèrement décalé par rapport à celui-ci. L'alésage 36 débouche dans la face inférieure 30 et, dans l'alésage 36 est agencée fixe la bobine 38 d'un électroaimant 40 qui en partie basse affleure avec la face inférieure 30 du corps d'actionneur 20. De la bobine 38 partent en direction de la tête d'injecteur 12 des moyens de connexion électrique 42, tels des câbles. Ces moyens 42 s'étendent dans un conduit spécifique jusqu'à un connecteur 44 pourvu de terminaux permettant la connexion de la bobine 38 vers une unité de commande extérieure non représentée. La bobine 38 est elle-même pourvue d'un alésage central 46 dans lequel est agencé un ressort de vanne 48.
La vanne de contrôle 24 comprend un corps de vanne 50 cylindrique de révolution d'axe longitudinal Al s'étendant entre une face supérieure 52 et une face inférieure 54 et pourvu d'un alésage axial 56 comprenant deux tronçons coaxiaux selon le second axe A2, le premier tronçon débouchant dans ladite face supérieure 52 est un large et peu profond lamage formant une chambre basse pression 58, du centre du fond 60 de laquelle s'étend en direction de la face inférieure 54 le second tronçon formant un alésage distributeur hydraulique 62. Dans cet alésage distributeur 62, axialement A2 borgne, plusieurs arrivées de canaux débouchent latéralement. L'ensemble des canaux et conduits dont est pourvu l'injecteur 10 sera détaillé plus avant.
Par ailleurs, l'injecteur représenté sur la figure 1 et sur lequel s'appuie cette description n'est qu'un exemple non limitatif et, de nombreuses alternatives de constructions existent et seront mentionnées cependant, les alternatives qui seraient omises ne sauraient être exclues de la portée conférée par les
revendications. Par exemple, il vient d'être précisé que l'axe longitudinal Al et le second axe A2 sont distincts et parallèles. Ce désaxage, introduit dans le brevet EP1693563, présente de nombreux avantages mais n'est pas impératif et, des injecteurs dans lesquels les deux axes sont confondus existent et peuvent sans difficultés bénéficier des enseignements de la présente invention.
La vanne de contrôle 24 comprend de plus un ensemble armature-tige 64 comprenant une armature magnétique 66 et une tige de vanne 68 agencé mobile dans l'alésage axial 54. L'armature 66 a la forme générale d'un disque épais qui se place dans la chambre basse pression 58 et, la tige de vanne 68 est un arbre cylindrique comprenant des tronçons de diamètres différents et dont une extrémité est enchâssée et sertie au centre du l'armature 66. Ainsi fixée, la tige de vanne 68 s'étend perpendiculairement à l'armature 66 et s'agence en un ajustement juste-glissant dans l'alésage distributeur 62. La tige de vanne 68 est coulissante directement dans l'alésage distributeur 62 ou bien, alternativement tel que représenté sur la figure 2, dans une douille cylindrique 70 radialement percée d'au moins un trou radial, la douille 70 étant insérée serrée dans l'alésage distributeur 62.
Tel que représenté, la bobine 38, son alésage central 46, le ressort de vanne 48, l'alésage axial 56 du corps de vanne, l'armature magnétique 66 et la tige de vanne 68 sont coaxiaux s'étendant selon le second axe A2. Le ressort de vanne 48, comprimé entre le fond de l'alésage central 46 de la bobine et la tige de vanne 68 dont la tête affleure au centre de l'armature 66, sollicite en permanence l'ensemble armature-tige 64 vers une position éloignée de la bobine 38, position nommée position fermée de la vanne PFV en opposition à une position proche de la bobine nommée position ouverte de la vanne POV.
La buse d'injection 14 comprend quant à elle le corps de buse 28, le guide haut 26, une aiguille 72 et un ressort d'aiguille 74. Dans l'exemple décrit le corps de buse 28 et le guide haut 26 sont deux pièces distinctes. Dans une alternative non représentée, des injecteurs dont le corps de buse intègre le guide haut existent et peuvent tout aussi bien bénéficier de la présente invention.
Le corps de buse 28 a une paroi 76 cylindrique fuselée s'étendant selon l'axe longitudinal Al depuis une face supérieure 78 en un premier tronçon large 80 et un second tronçon plus étroit 82 se refermant en pointe à son extrémité basse. Les faces extérieures des deux tronçons 80, 82, se raccordent selon une face discale transversale 84 contre laquelle l'écrou d'injecteur 22 prend appui.
Par homothétie avec les faces extérieures, la paroi 76 définit un espace intérieur 86 continu divisé en une large chambre cylindrique 88, située dans le premier tronçon 80 et, une chambre étroite 90, située dans le second tronçon 82.
La large chambre cylindrique 88 débouche dans la face supérieure 78 en formant un lamage haut 92 adapté à recevoir et à positionner le guide haut 26.
La chambre étroite 90 définit en une partie de sa paroi cylindrique latérale un guide de coulissement bas 94 et, l'extrémité de la chambre étroite 90 se referme similairement au second tronçon 82 en un cône femelle formant un siège 96 de corps de buse circonvenant une pluralité de trous d'injections 98 traversant la paroi 76 du corps de buse.
Le guide haut 26 est, dans l'exemple non limitatif décrit, une pièce indépendante cylindrique de révolution s'étendant selon l'axe longitudinal Al depuis une face supérieure 100 transversale et comprend un large cylindre supérieur 102 puis un étroit cylindre inférieur 104, les deux cylindres 102, 104, se rejoignant en une face d'épaulement 106. Le guide haut 26 comprend de plus un alésage axial débouchant 108 traversant de part en part les deux cylindres 102, 104, l'alésage 108 définissant en partie inférieure, située dans l'étroit cylindre 104, un guide de coulissement haut 110 et, en partie supérieure située dans le large cylindre 102, une chambre de contrôle 112 dans laquelle est agencé un piston mobile 114 maintenant décrit.
Ledit piston mobile 114, particulièrement détaillé sur les figures 4, 5 et 6, s'étend axialement entre une face supérieure 116 à une face inférieure 118, la face supérieure 116 étant pourvue d'un bossage s'élevant légèrement au-dessus de ladite face supérieure 116, bossage au centre duquel est réalisé un logement concave haut 120 de sorte que ledit bossage circonvient l'ouverture du logement haut 120 en formant une lèvre périphérique circulaire 122. Au centre de sa face inférieure 116, le piston 114 est également pourvu d'un logement concave bas 124.
Les logements haut 120 et bas 124 sont des trous de centrage fonctionnels pour un mode d'usinage particulier. Dans une alternative non représentée correspondant à un mode de réalisation différent ces logements pourraient ne pas être réalisés.
Le piston 114 est de plus pourvu sur sa face cylindrique latérale d'une gorge annulaire 126 ainsi que d'un premier canal 128 joignant la gorge 126 à l'intérieur du logement haut 120, l'ouverture dudit premier canal 128 étant donc à l'intérieur de la lèvre 122 et, ainsi que d'un second canal 130 joignant l'intérieur du logement bas 124 à la face supérieure 116, l'ouverture supérieure dudit second canal 130 étant à l'extérieur de la lèvre 122.
L'aiguille 72, ainsi dénommée par les professionnels en référence à sa forme générale, est un arbre cylindrique allongé s 'étendant depuis une tête d'aiguille 132 jusqu'à une pointe conique 134 définissant un siège d'aiguille 136. Telle que particulièrement visible sur les figures 2 et 3, la tête d'aiguille 132 est pourvue d'une petite protubérance cylindrique 138 raccordée au corps de l'aiguille par un épaulement d'appui 140, le corps de l'aiguille formant en cette partie de tête un guide d'aiguille haut 142 et, à l'opposé de la tête 116 à proximité de la pointe 134, l'aiguille 72 dispose d'une partie plus large formant un guide d'aiguille bas 144.
Ainsi que cela est représenté sur les figures, le corps de buse 28 reçoit en son lamage haut 92 la partie cylindrique large 102 du guide haut 26, la partie étroite 104 s'étendant dans la large chambre 88 du corps de buse 28. La face d'épaulement 106 du guide haut est en appui étanche contre le fond du lamage haut 92 et, le guide haut 26 est radialement maintenu par le rebord intérieur du même lamage 92.
Le guide haut 26 étant ainsi mis en place, le guide de coulissement haut 110 et le guide de coulissement bas 92 sont coaxiaux selon l'axe longitudinal Al et reçoivent l'aiguille 72 de manière complémentaire, le guide d'aiguille haut 142 coulissant dans le guide de coulissement haut 110 et, le guide bas 144 coulissant dans le guide de coulissement bas 92 du corps de buse. Au-dessus de la tête d'aiguille 116 le ressort d'aiguille 74 est comprimé dans la chambre de contrôle 112 entre l'épaulement d'appui 104, solidaire de l'aiguille 72, et la face inférieure 118 du piston mobile 114.
La face supérieure 100 du guide haut est maintenue en contact surfacique étanche contre la face inférieure du corps de vanne 54 et, la face supérieure 52 du corps de vanne est elle-même en contact surfacique étanche contre la face inférieure 30 du corps d'actionneur. Cet empilement solidaire et étanche est rendu possible grâce à l'écrou d'injecteur 22 qui, enfilé autour du second tronçon étroit 82 du corps de buse 28 prend appui contre la face discale 84 du même corps de buse et s'étend axialement selon l'axe longitudinal Al de sorte à enfermer le guide haut 26 et la vanne de contrôle 24 jusqu'à se visser sur le corps d'actionneur 20 grâce aux filetages complémentaires 32, 34 préalablement décrits. Les étanchéités surfaciques sont assurées d'une part grâce à la qualité miroir de l'état des surfaces en contact et d'autre part grâce au couple de serrage suffisamment important de l'écrou 22 qui engendre une compression forte entre le bas du corps d'actionneur, le corps de vanne, le guide haut et le corps de buse.
Dans l'injecteur 10, il a été décrit précédemment que l'ensemble armature-tige 64, bien que sollicité par le ressort de vanne 48, peut de déplacer axialement selon le second axe A2 entre la position fermée de vanne PFV, ou position basse dans laquelle l'ensemble armature-tige 64 est éloigné de la bobine 38 et, la position ouverte de vanne POV, ou position haute dans laquelle l'ensemble armature-tige 64 est proche de la bobine 38. De manière similaire, bien que sollicité par le ressort d'aiguille 74, l'aiguille 72 peut se déplacer axialement selon l'axe longitudinal Al entre une position fermée d'aiguille PFA, également
communément dénommée position basse dans laquelle le siège d'aiguille 136 est en contact étanche contre le siège 96 du corps de buse de sorte à empêcher toute injection de carburant et, une positon ouverte d'aiguille POA, ou position haute dans laquelle le siège d'aiguille 136 est éloigné du siège 96 du corps de buse de sorte à permettre le passage et l'injection de carburant. De même, le piston mobile 114, également sollicité par le ressort d'aiguille 74, peut se déplacer axialement selon l'axe longitudinal Al entre une position ouverte du piston POP, ou position basse dans laquelle la lèvre périphérique 122 est éloignée de la face inférieure 54 du corps de vanne et, une position fermée du piston PFP, ou position haute dans laquelle la lèvre périphérique 122 est en contact étanche contre la face inférieure 54 du corps de vanne.
L'injecteur 10 est de plus pourvu de canaux et conduits comprenant des tronçons complémentaires entre les éléments de l'injecteur, ces canaux et conduits forment un circuit haute pression 146 et un circuit de retour basse pression 148 dans lesquels, en utilisation du carburant circule.
Le circuit haute pression 146 comprend un premier conduit principal 150, s'étendant dans le corps d'actionneur 20 entre la bouche d'entrée 16 et la face inférieure 30 du corps d'actionneur, le conduit principal 150 étant prolongé par un second conduit 152 traversant le corps de vanne 50 puis, par un troisième conduit 154 traversant la partie cylindrique large 102 du guide haut, ledit troisième conduit 154 débouchant dans la face d'épaulement 106 du guide haut entre la partie étroite 104 et la face latérale intérieure de la paroi 76 du corps de buse, et s'ouvrant dans la large chambre 88 du corps de buse 28. Le circuit haute pression 146 se poursuit ensuite dans l'espace intérieur 86 du corps de buse jusqu'aux trous d'injection 98. Le circuit haute pression 146 comprend de plus un quatrième conduit 156 pourvu dans le guide haut 26 et joignant ladite face d'épaulement 106 à l'intérieur de l'alésage axial 108 où il s'ouvre dans l'espace annulaire définit par la gorge annulaire 126 du piston 114.
On comprend alors que du carburant à haute pression entrant par la bouche d'entrée 16 et circulant dans le circuit haute pression 114 arrive dans l'espace de la gorge annulaire 126 puis s'écoule dans le premier canal 128 du piston 114 et remplisse le logement concave haut 120.
En position ouverte du piston POP, le carburant à haute pression peut suivre le parcours indiqué par la flèche Fl sur la figure 3. Depuis le logement haut 120, il passe au-dessus de la lèvre 122, entre ladite lèvre 122 et la face inférieure 54 du corps de vanne, puis s'écoule dans le second canal 130 du piston de sorte à aller remplir la chambre de contrôle 112.
Par contre, en positon fermée du piston PFP le carburant à haute pression sorti du premier canal 128 et ayant rempli le logement concave haut 120 ne peut pas franchir la lèvre 122 qui est en contact étanche contre la face inférieure 54 du corps de vanne.
Le circuit de retour basse pression 148 comprend quant à lui un conduit d'évacuation 158 pourvu dans le corps de vanne et esquissé de manière semi-transparente dans les figures 2 et 3. Ce conduit d'évacuation 158 s'étend de la face inférieure 54 du corps de vanne où il s'ouvre sur la partie extérieure de l'alésage axial 108 du guide haut, à l'extérieure de la lèvre 122 du piston 114, et il s'étend jusqu'à déboucher dans l'alésage distributeur hydraulique 62. Cet espace compris entre l'extérieure de la lèvre 122 du piston 114 et la face inférieure 54 du corps de vanne, espace dans lequel débouche le conduit d'évacuation 158 forme une seconde chambre de contrôle 160. Tel que cela est représenté, le conduit d'évacuation est réalisé en un premier tronçon court 162 débouchant sous le corps de vanne 50, se connectant perpendiculairement à un second tronçon 164 plus long allant en ligne droite jusqu'à l'alésage 62. Pour des raisons de faisabilité, le second tronçon 164 débouche dans la face inférieure 54 du corps de vanne mais cette extrémité est obturée au montage par la face supérieure 100 du guide haut.
Le circuit de retour 148 se poursuit ensuite dans l'alésage distributeur hydraulique 62, voire au travers des trous de la douille 70, puis en remontant vers la chambre basse pression 58 de laquelle ledit circuit 148 se poursuit en empruntant un conduit principal de retour 166, non représenté, qui s'étend dans le corps d'actionneur 20 en parallèle du conduit principal haute pression 150 depuis la face inférieure 30 jusqu'à la bouche de sortie 18.
Le circuit de retour 148 comprend de plus un conduit de récupération de la fuite de vanne, ledit conduit également représenté de manière semi-transparente sur la figure 2, s'étend radialement dans le corps de vanne 50 depuis le fond de l'alésage axial 56 jusqu'à rejoindre la paroi cylindrique latérale du corps de vanne où le conduit de récupération débouche dans un espace annulaire compris entre ladite paroi latérale et l'écrou d'injecteur 22, pour ensuite rejoindre à nouveau la chambre basse pression 58 et le conduit principal de retour 166.
On comprend alors lorsque le piston 114 est en position fermée PFP, ou position haute dans laquelle la lèvre 122 est en contact étanche contre la face inférieure 54 du corps de vanne, le carburant situé dans la chambre de contrôle 112 sorte de celle-ci en remontant par le second canal 130 du piston puis puisse continuer dans le circuit de retour 148 en passant successivement par les deux tronçons 162, 164, du conduit d'évacuation.
Le fonctionnement général de l'injecteur 10 et les différents déplacements des pièces mobiles est maintenant décrit.
Dans un premier temps la bobine 38, n'est pas alimentée électriquement, elle ne créée pas de champ magnétique et n'attire donc pas l'armature magnétique 66. Le ressort de vanne 48 repousse l'ensemble armature-tige 64 en position fermée PFV, position dans laquelle la tige de vanne 68 obture la communication hydraulique entre l'alésage axial 56 et la chambre basse pression 58 et interdit ainsi au carburant de rejoindre le circuit de retour 148. Le carburant à haute pression entrant en permanence dans l'injecteur, en absence d'évacuation la pression augmente dans les deux tronçons 162, 164, du conduit d'évacuation du corps de vanne et notamment au-dessus du piston 114 dans la seconde chambre de contrôle 160. Le piston mobile 114 est donc repoussé vers le bas en position ouverte POP et, comme cela a été décrit précédemment, le carburant à haute pression peut entrer dans la chambre de contrôle 112 où la pression augmente et repousse l'aiguille 72 vers le bas, en position fermée PFA. De part et d'autre du piston 114 la pression est alors équilibrée. L'aiguille 72 se déplace en fonction d'un différentiel de pression entre la tête et la pointe de l'aiguille. Ainsi lorsque la pression augmente dans la chambre de contrôle 112, pour que l'aiguille 72 de déplace vers le bas il est nécessaire de pourvoir l'injecteur 10 d'un dispositif faisant chuter la pression du côté de la pointe. L'homme du métier connaît des injecteurs dont le circuit haute pression est pourvu d'un orifice calibré agencé entre l'entrée dans la chambre de contrôle et les trous d'injection. Une telle fonction peut également être réalisée au moyen d'une collerette, également dénommé en anglais « boost flange » ou encore « NMC - needle motion control », solidaire de l'aiguille et ne laissant qu'un petit passage au flux de carburant haute pression, ledit passage générant la chute de pression souhaitée du côté de la pointe.
Dans un second temps, la bobine 38 est électriquement alimentée, elle génère alors un champ magnétique qui attire l'armature 66 qui, malgré la sollicitation du ressort de vanne 48, remonte et s'approche de la bobine 38 en position ouverte de la vanne POV. Le carburant préalablement prisonnier du conduit d'évacuation 162, 164, peut s'évacuer vers la chambre basse pression 58 et le conduit principal de retour 16. Cette évacuation rapide crée une dépression dans la seconde chambre de contrôle 160, dépression qui attire le piston vers le haut, le piston mobile 114 se plaçant alors en position fermée PFP, la lèvre 122 venant en contact étanche contre la face inférieure 54 du corps de vanne. Comme cela a été décrit précédemment, le carburant à haute pression ne peut plus sortir du logement haut 120 du piston et, celui qui est prisonnier de la chambre de contrôle 112 peut sortir via le second canal 130, contourner la lèvre 122 et rejoindre le conduit d'évacuation 162, 164, puis le circuit de retour.
La figure 11 est un graphique à deux dimensions représentant de manière schématique la courbe des évolutions de la pression dans la chambre de contrôle 112, en fonction du temps. Au-dessus de la courbe un tableau indique les positions dans lesquelles se placent l'ensemble armature-tige 64, le piston mobile 114 et l'aiguille 72.
Le point PI, intersection de la courbe avec l'axe des ordonnées, axe des pressions, marque l'instant où la bobine 38 commence à être alimentée, l'ensemble armature-tige 64 se déplace alors en position ouverte POV alors que la pression dans la chambre de contrôle 112 est encore haute et que l'aiguille 72 est en position fermée PFV. A partir du point PI, le piston se place en positon fermée PFP et la pression dans la chambre de contrôle 112 diminue jusqu'au moment où l'aiguille remonte en position ouverte POA.
Le point P2 suivant marque l'instant où l'alimentation électrique de la bobine 38 est interrompu, l'ensemble armature-tige 64 étant immédiatement repoussé par le ressort de vanne 48 en position fermée PFV alors que la pression dans la chambre de contrôle 112 est encore basse et que l'aiguille 72 est en position ouverte POA. Très peu après le point P2, le piston se place en positon ouverte POP et la pression dans la chambre de contrôle 112 ré-augmente jusqu'au point où l'aiguille redescend en position fermée PFA.
Le cycle recommence et les points P3 et P4 suivants sont similaires respectivement aux points PI et P2.
Une alternative au premier mode de réalisation est maintenant décrite en relation avec la figure 7. Dans cette alternative, le piston 114 a un diamètre extérieur nettement supérieur au diamètre de l'aiguille 72. Tel que cela est représenté, le logement inférieur 124 de la face inférieure 118 du piston peut être agrandit en un lamage de dimensions suffisantes pouvant recevoir la tête 132 de l'aiguille et le ressort 74. L'agencement d'un tel piston 114 demande à l'évidence que l'extrémité supérieure débouchant de l'alésage axial du guide haut 108 soit lui-même agrandit pour y recevoir le nouveau piston élargit. L'intérêt de cette alternative de réalisation apparaît dans l'explication de fonctionnement. Lorsque l'aiguille 72 est en position ouverte POA, position haute, et que la bobine 38 n'est pas alimentée, la vanne se referme PFV et la pression commence à remonter dans la seconde chambre de contrôle 160 juste au-dessus de la face supérieure 116 du piston. Cette face ayant une aire plus étendue, la force générée par la pression sur le piston 114, force proportionnelle à la surface sur-laquelle s'exerce la pression, est plus grande que la force du dans le premier mode de réalisation et, le piston 114 commence à de déplacer vers le bas en position ouverte POP plus tôt que dans le premier mode réalisation ce qui assure un plus prompt déplacement vers le bas de l'aiguille 72 vers la position fermée PFA.
De plus, compte tenu du nouvel agencement du logement bas 124 recevant la tête et le ressort d'aiguille, les dimensions peuvent aisément être choisies de sorte que dès que le piston 114 commence à de déplacer vers le bas il entre en contact mécanique avec la tête d'aiguille et alors, la force axiale qui s'exerce sur la face supérieure 1 16 du piston est intégralement transmise à l'aiguille 72.
Alternativement, et sans entrer en contact, la force axiale peut être transmise par pression hydraulique exercée sur la tête de l'aiguille. La haute pression agit maintenant sur l'aiguille 72 en générant sur la tête une force axiale de fermeture dirigée vers la pointe et, sur la pointe une force axiale d'ouverture d'intensité plus faible dirigée vers la tête. Ces forces antagonistes sont déséquilibrées, puisque les surfaces de l'aiguille soumises à la haute pression sont inégales, la face supérieure du piston étant la plus grande. Il est donc alors possible de concevoir des injecteurs 10 dépourvus de dispositif faisant artificiellement chuter la pression du côté de la pointe, tel l'orifice calibré ou la collerette mentionnés plus avant. Effectivement, plutôt que de faire chuter la pression et la force correspondante à la pointe de l'aiguille, ce qui correspond à une perte énergétique, il apparaît maintenant que le piston élargit permet d'augmenter la force sur la tête d'aiguille sans aucune perte d'énergie, la pression du carburant injecté par les trous d'injection 98 étant la pression à laquelle le carburant entre dans l'injecteur 10 sans qu'il y ait de volontaire perte de pression.
Un second mode de réalisation l'invention est maintenant décrit en référence aux figures 8, 9, et 10, principalement par voies de différences avec le premier mode de réalisation précédemment décrit et, en conservant tant que faire se peut les signes et numéros des références déjà utilisés.
Lesdites différences sont des différences structurelles qui se concentrent sur le guide haut 26 et le piston mobile 114, le fonctionnement général de l'injecteur 10 réalisé selon ce second mode de réalisation restant identique à celui du premier mode précédemment décrit.
La différence principale réside en la forme de l'alésage axial 108 du guide haut et celle du piston mobile 114. L'alésage 108 est réalisé en un tronçon haut 170 servant uniquement de guide de coulissement au piston 114, ledit tronçon haut 170 étant de plus faible diamètre que le tronçon bas qui forme le guide de coulissement haut 110 dans lequel s'agence la tête de l'aiguille 132. Les deux tronçons 170, 110, sont reliées par une surface discale de liaison 172 qui peut, comme cela est représenté sur les figures être légèrement conique.
Le piston mobile 114 comprend un corps cylindrique 174, agencé coulissant dans le tronçon haut 170 de l'alésage axial 108, une collerette basse 176 agencée dans la chambre de contrôle 112 et un épaulement de raccordement 178 entre la collerette 176 et le corps 174 du piston. Le piston est de plus pourvu d'un orifice axial débouchant 180 qui, selon l'alternative représentée, comprend une restriction de section 182. De plus, selon l'alternative représentée, le piston 114 est pourvu d'un petit canal calibré 184 s'étendant radialement et joignant la face extérieur du piston 114 à l'orifice axial 180. Ce canal calibré 184 établit une liaison hydraulique permanente entre l'arrivée à haute pression et ledit orifice axial 180. Lorsque le piston 114 est en position dans le guide haut 26, le quatrième conduit haute pression 156 débouche dans l'alésage axial 108 juste au-dessus de la collerette 176. Le piston mobile 114 peut, à l'instar de la description précédente, se déplacer entre une position haute ou position fermée PFP dans laquelle
l'épaulement 178 du piston est en contact étanche contre la surface discale 172 de l'alésage et, une position basse, ou position ouverte POP dans laquelle
l'épaulement 178 et la surface discale 172 sont éloignées l'une de l'autre.
À l'observation des figures on comprend que lorsque le piston 114 est en position fermée PFP, le carburant situé dans la chambre de contrôle 112 sort de celle-ci en passant par l'orifice axial 180 puis continue dans le circuit de retour 148 en passant tout comme précédemment décrit, successivement par les deux tronçons 162, 164 du conduit d'évacuation. De plus, en position fermée PFP du piston, un peu de carburant haute pression peut circuler via le canal calibré 184 entre l'arrivée et la face supérieure du piston. Ceci permet, au moment où la vanne 24 se ferme PFV, d'accélérer le remplissage de la seconde chambre de contrôle 160 et sa montée en pression qui permet de repousser le piston vers la position ouverte POP.
Dans le cas où le piston 114 ne serait pas pourvu du canal calibré 184, alors, lors de la fermeture de la vanne PFV, le remplissage de la seconde chambre de contrôle 160 ne peut se faire que par du carburant passant entre le piston 114 et le tronçon haut 170 de l'alésage 108. Ce remplissage peut prendre un temps relativement long et, sans que cette solution puisse être écartée, la réalisation du canal calibré 184 semble privilégiée.
On comprend également qu'en position ouverte du piston POP, le carburant à haute pression entre dans la chambre de contrôle 112, en suivant le parcours de la flèche F2, en passant entre l'épaulement 178 et la surface discale 172 et pressurise ladite chambre 112 de sorte à repousser l'aiguille 72 en position fermée PFA.
Les références suivantes ont été utilisées dans la description.
10 injecteur de carburant
12 tête d'injecteur
14 buse d'injection
16 bouche d'entrée haute pression 18 bouche de sortie basse pression
20 corps d'actionneur
22 écrou d'injecteur
24 vanne de contrôle
26 guide haut
28 corps de buse
30 face inférieure du corps d'actionneur
32 filetage mâle du corps d'actionneur
34 filetage femelle de l'écrou d'injecteur
36 alésage du corps d'actionneur
38 bobine
40 électroaimant
42 moyens de connexion électrique
44 connecteur
46 alésage central de la bobine
48 ressort de vanne
50 corps de vanne
52 face supérieure du corps de vanne
54 face inférieure du corps de vanne
56 alésage axial dans le corps de vanne
58 chambre basse pression
60 fond de la chambre basse pression
62 alésage distributeur hydraulique
64 ensemble armature-tige
66 armature magnétique
68 tige de vanne
70 douille
72 aiguille d'injecteur
74 ressort d'aiguille
76 paroi du corps de buse
78 face supérieure du corps de buse
80 premier tronçon large
82 second tronçon étroit 84 face discale transversale du corps de buse
86 espace intérieur du corps de buse
88 large chambre
90 chambre étroite
92 lamage haut
94 guide de coulissement bas
96 siège du corps de buse
98 trous d'injection
100 face supérieure du guide haut
102 partie cylindrique large du guide haut
104 partie cylindrique étroite du guide haut
106 face d'épaulement du guide haut
108 alésage axial du guide haut
110 guide de coulissement haut
112 chambre de contrôle
114 piston mobile
116 face supérieure du piston
118 face inférieure du piston
120 logement haut
122 lèvre périphérique
124 logement bas
126 gorge annulaire
128 premier canal
130 second canal
132 tête d'aiguille
134 pointe d'aiguille
136 siège d'aiguille
138 petit protubérance cylindrique
140 épaulement d'appui
142 guide d'aiguille haut
144 guide d'aiguille bas
146 circuit haute pression
148 circuit de retour basse pression 150 premier conduit principal haute pression
152 second conduit HP traversant le corps de vanne
154 troisième conduit HP traversant le guide haut
156 quatrième conduit HP
158 conduit d'évacuation
160 seconde chambre de contrôle
162 premier tronçon court du conduit d'évacuation
164 second tronçon du conduit d'évacuation
166 conduit principal de retour
Références spécifiques au second mode de réalisation
170 tronçon haut de l'alésage axial du guide haut
172 surface discale de liaison de l'alésage axial du guide haut
174 corps cylindrique du piston
176 collerette basse du piston
178 ép aulement du piston
180 orifice axial débouchant du piston
182 restriction de section
184 canal radial
Al axe longitudinal
A2 second axe
PFV position fermée e la vanne
POV position ouverte de la vanne
PFA position fermée de l'aiguille
POA position ouverte de l'aiguille
PFP position fermée du piston
POP position ouverte du piston

Claims

REVENDICATIONS
1. Injecteur de carburant (10) comprenant un corps dans lequel une aiguille (72) se déplace entre une position ouverte (PO A) et une position fermée (PFA) sous l'influence de la pression du carburant dans une chambre de contrôle (112), chambre (112) dans laquelle débouche un canal d'alimentation haute pression (146, 156, 130) et de laquelle repart, vers un circuit de retour basse pression (148), un canal d'évacuation (158, 162, 164) contrôlé par une électrovanne deux-voies (24), de sorte qu'en position fermée de l'électrovanne (PFV) la pression augmente dans la chambre de contrôle (112) sollicitant l'aiguille (72) vers la position fermée (PFA) et, en position ouverte de l'électrovanne (POV) le carburant s'évacue de la chambre contrôle (112) dans laquelle la pression diminue permettant à l'aiguille (72) de se déplacer en position ouverte (POA), caractérisé en ce que,
l'injecteur (10) comprend de plus un moyen (26, 114) de réduction des fuites dynamique empêchant le carburant de s'écouler directement du canal d'alimentation (146) vers le circuit de retour (148) lorsque l'électrovanne (24) est en position ouverte (POV), ledit moyen (26, 114) de réduction des fuites dynamique comprenant un membre mobile (114) se déplaçant entre une position ouverte (POP) et une position fermée (PFP), sous l'influence du différentiel de pression du carburant existant entre la chambre de contrôle (112) et une seconde chambre de contrôle (160) en communication de fluide avec le canal d'évacuation (148), et dans lequel
le membre mobile (114) est un piston cylindrique pourvu sur sa face cylindrique latérale d'une gorge annulaire (126), le piston cylindrique étant agencé coulissant dans un alésage (108) du corps d'injecteur, le canal d'alimentation (148, 156) débouchant dans l'espace annulaire définit par la gorge annulaire (126), dans ledit alésage (108), ledit piston (114) se déplaçant en une position ouverte (POP) lorsque l'électrovanne (24) est en position fermée (PFV) de sorte que le carburant haute pression puisse entrer dans la chambre de contrôle (112) et, se déplaçant en une position fermée (PFP) lorsque l'électrovanne (24) est en position ouverte
(POV) de sorte à empêcher l'entrée du carburant haute pression dans la chambre de contrôle (112).
2. Injecteur (10) selon la revendication 1 dans lequel ledit alésage (108) est coaxial (Al) avec l'alésage (110) dans lequel coulisse l'aiguille (72).
3. Injecteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel le piston (114) comprend une embase élargie surmontée d'un corps cylindrique de plus petit diamètre, la face inférieure (118) de ladite embase étant agencée en regard de l'aiguille (72), la face de jonction entre l'embase et le corps formant une face d'étanchéité coopérant avec un siège pourvu dans le corps d'injecteur, de sorte qu'en position fermé du piston (PFP) la face d'étanchéité et le siège soient en contact étanche interdisant l'entrée de carburant haute pression dans la chambre de contrôle.
4. Injecteur (10) selon la revendication 3 dans lequel le piston (114) est de plus pourvu d'un canal débouchant (180) mettant en permanence en
communication de fluide la chambre de contrôle (112) et la seconde chambre de contrôle (160).
5. Injecteur (10) selon la revendication 4 dans lequel ledit canal débouchant (180) est pourvu d'une restriction de section générant une chute de pression de sorte que la pression dans la chambre de contrôle (112) soit supérieure à la pression dans la seconde chambre de contrôle (160).
6. Injecteur (10) selon une quelconque des revendications 4 ou 5 dans lequel le piston (114) est pourvu d'un canal calibré s 'étendant radialement entre la face cylindrique extérieure du corps cylindrique et ledit canal débouchant (180) de sorte à établir une communication hydraulique entre l'alimentation haute pression et la seconde chambre de contrôle (160).
7. Injecteur (10) selon la revendication 2 dans lequel le piston (114) comprend un corps cylindrique simple s 'étendant axialement (Al) entre une face inférieure (118) agencée en regard de l'aiguille (72), ladite face inférieure (118) formant le plafond de la chambre de contrôle (112) et, une face supérieure (116) opposée à la face inférieure (118), ladite face supérieure (116) étant en contact contre une face transversale (54) du corps d'injecteur lorsque le piston (114) s'est déplacé en position fermée (PFP).
8. Injecteur (10) selon la revendication 7 comprenant de plus un ressort (74) agencé dans la chambre de contrôle (112) et comprimé entre un épaulement (140) solidaire de l'aiguille (72) et la face inférieure (118) du piston (114) de sorte à solliciter en permanence l'aiguille (72) vers sa position fermée (PFA) et le piston (114) vers sa positon fermée (PFP).
9. Injecteur (10) selon la revendication 8 dans lequel le piston (114) est pourvu d'un premier canal (128) s'étendant depuis la paroi extérieure du piston (114) jusqu'à la face supérieure (116) et également, d'un second canal (130) s'étendant entre les faces inférieure (118) et supérieure (116), le piston (114) étant agencé dans son alésage de sorte que le canal d'alimentation (148, 156) soit en communication de fluide permanent avec le premier canal (128).
10. Injecteur (10) selon la revendication 9 dans lequel le premier canal (128) comprend une gorge annulaire (126) agencée sur la paroi extérieure du piston (114), le premier canal (128) s'étendant depuis ladite gorge (126) et débouchant dans la face supérieure (116) du piston, le canal d'alimentation (148, 156) débouchant dans l'espace définit par la gorge annulaire (126).
11. Injecteur (10) selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10 dans lequel le piston (114) est de plus pourvu sur sa face supérieure (116) d'une protubérance formant une barrière (122) étanche lorsque le piston (114) est en position fermée (PFP), ladite barrière (122) étant alors en contact étanche contre ladite face transversale (54) du corps d'injecteur, le premier canal (128) et le second canal (130) débouchant dans la face supérieure (116) du piston de part et d'autre de ladite barrière (122), ladite seconde chambre de contrôle (160) étant l'espace situé entre la face transversale (54) du corps d'injecteur et la face supérieure (116) du piston (14) et délimitée par le côté de la barrière (122) où débouchent le second canal (130) et le conduit d'évacuation (158).
12. Injecteur (10) selon la revendication 11 dans lequel la barrière (122) est une lèvre circulaire et fermée, le premier canal (128) débouchant dans la partie centrale et, le second canal (130) débouchant dans la partie extérieure.
13. Injecteur (10) selon l'une quelconque des revendications 7 à 12 pourvu d'un dispositif permettant de générer sur l'aiguille (72) une force de fermeture dirigée vers la pointe (134) de l'aiguille supérieure à la force d'ouverture dirigée vers la tête (132) de l'aiguille de sorte que la pression du carburant injecté lorsque l'aiguille est en positon ouverte (POA) est égale à la pression d'entrée du carburant dans 1 ' inj ecteur (10).
14. Injecteur (10) selon la revendication 13 dans lequel ledit dispositif consiste en un piston (114) dont la section transversale est supérieure à la section transversale de l'aiguille (72) de sorte que le carburant sous pression entrant dans la seconde chambre de contrôle (160) exerce sur ledit piston (114) une force augmentée.
15. Injecteur (10) selon la revendication 14 dans lequel le piston (114) est dimensionné de sorte dès que le piston (114) commence à se déplacer vers la position ouverte (POP), la force augmentée exercée par le carburant à haute pression dans la seconde chambre de contrôle (160) est intégralement transmise à l'aiguille (72), soit par contact mécanique entre le piston (114) et l'aiguille (72) soit par pression hydraulique exercée sur l'aiguille (72), de sorte que l'aiguille (72) subit une force de fermeture d'intensité supérieure à la force d'ouverture exercée par le carburant au niveau de la pointe (134) de l'aiguille.
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