EP3253961B1 - Vanne de commande pour injecteur de carburant - Google Patents

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EP3253961B1
EP3253961B1 EP16701958.7A EP16701958A EP3253961B1 EP 3253961 B1 EP3253961 B1 EP 3253961B1 EP 16701958 A EP16701958 A EP 16701958A EP 3253961 B1 EP3253961 B1 EP 3253961B1
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EP
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fuel
control valve
chamber
passage
jacket
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EP16701958.7A
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EP3253961A1 (fr
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Richard Denis Jacques Alain ENTERS
Antonin Cheron
Ludovic Sauvetre
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Delphi International Operations Luxembourg SARL
Original Assignee
Delphi International Operations Luxembourg SARL
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    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02Fuel-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
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
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    • F02M63/0014Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
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    • F02M63/0031Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0033Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat
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    • F02M63/0071Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059 characterised by guiding or centering means in valves including the absence of any guiding means, e.g. "flying arrangements"
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    • F02M63/0078Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member

Definitions

  • the present invention generally relates to the field of fuel injection in internal combustion engines.
  • the invention relates more particularly to a control valve for a fuel injector, in particular for a common rail type injection system.
  • a fuel injector generally comprises an injector body, an injection nozzle portion and a movably mounted injector needle.
  • the injection nozzle has at least one spray orifice for injecting fuel directly into a combustion chamber of the engine, the opening and closing of the orifice (s) being controlled by the movement of the needle. .
  • the actuation of the needle is done selectively by means of a control chamber associated with a control valve, itself operated by an actuator, typically solenoid.
  • the control chamber is supplied with high pressure fuel, which allows to exert (directly or indirectly) a closing force on the needle.
  • a channel connects the control chamber to the control valve, which allows, in the open position, to put the control chamber in communication with a low pressure section in order to reduce the pressure in the control chamber, and thus cause the needle to move to open the injector.
  • a control valve generally comprises a closure member which cooperates with a seat arranged in a fuel passage connecting the high pressure to the low pressure.
  • the fuel pressures are very high (above 2000 bar) and the injectors are therefore subjected to significant hydraulic pressures which cause stresses and deformations of the pieces.
  • the pressure forces tend to deform the fuel passage with the seat and the closure member.
  • the EP 2 620 632 A1 describes a fuel injector whose control valve comprises a compensation chamber.
  • a cylindrical insert is mounted in a bore of the valve body and includes a central passage for the fuel provided with a sealing seat.
  • the closure member has an axially movable stem shape in the central passage of the insert, the member being manipulated by a solenoid or piezoelectric actuator connected to a first axial end of the closure member, the opposite second end serving as a guide in the insert.
  • the closure member has, on the side of the first end, a seat which cooperates with the sealing seat in the central passage to open and close the valve. When the shutter member is spaced from the seat, the fuel can flow and opens the insert on the side of the first end of the closure member.
  • the compensation chamber surrounds the insert and is in communication with the control chamber, while the pressurized fuel enters the insert through a side port therein.
  • control valve as described in EP 2 620 632 A1 is advantageous in that it allows a balancing of the pressures at the functional organs of the valve.
  • dynamic leakage by the seat disrupts the dynamics of the control valve, for example by an effort against the movable armature of the solenoid, which is fixed to the shutter member near the seat.
  • disturbances arise under and around the armature, generating pressure oscillations influencing the movements of the shutter member.
  • the object of the present invention is to provide a valve of improved design control, not having the disadvantages mentioned above.
  • the present invention provides a control valve for a control chamber of a fuel injector for an internal combustion engine.
  • the valve comprises a body provided with a bore in which a fuel supply channel opens (in communication with the control chamber).
  • a generally cylindrical liner which includes an axial passage having a section defining an internal fuel passage.
  • a side port is provided in the liner wall through which the fuel enters the internal fuel passage.
  • a sealing seat is provided in the passage.
  • a sealing rod slides axially in the liner and is configured to, in a closed position, rest on the sealing seat and seal the passage, and in an open position, spaced from the sealing seat, allow fuel flow.
  • the shutter rod includes an actuating end for connection to an actuator out of the jacket.
  • the control valve further comprises an annular compensation chamber surrounding the liner, defined between an outer wall of the liner and the bore.
  • the feed channel and the lateral orifice of the liner each open into the compensation chamber, whereby the internal fuel passage can be in communication with the high pressure fuel in the control chamber of the injector.
  • the internal fuel passage has an outlet located downstream of the sealing seat in the jacket portion opposite the actuating end of the sealing rod.
  • the fuel outlet is on the side of the sleeve opposite to that by which the rod is connected to the actuator, thus avoiding the high-pressure jets towards the actuator when the valve is open, and the dynamic disturbances. who as a result.
  • the present invention therefore proposes a control valve of improved design, incorporating a pressure compensation chamber for compensating the pressure plays, and having an improved dynamic behavior since the actuating side is not disturbed by the fuel jets. when the valve is open.
  • Another advantage of the invention is the simplicity of implementation.
  • the outlet orifice of the internal passage is located in the end portion of the axial sleeve passage opposite the end located on the actuating side.
  • the shutter rod may comprise, for example, a shutter member portion cooperating with the sealing seat in the passage and a guide portion terminating in the actuating end, axially opposite to the body member portion. shutter.
  • the shutter member portion comprises at the free end of the rod, opposite the actuating end, an annular bearing surface which cooperates with the sealing seat of the passage.
  • the seal between the seat of the liner and the bearing surface of the shank is generally of the metal / metal type. Different forms are conceivable for sealing between the seat and the bearing surface: for example conical surfaces or plane / plane, line interface / conical surface etc.
  • the seat contact can also be offset relative to the guide.
  • the axial passage in the liner comprises: a guide section configured to slidably slide the guide portion of the closure rod; and a valve section surrounding the shutter member portion of the shutter rod, into which the side port opens and includes the sealing seat.
  • valve section may have a diameter greater than the diameter of the guide section.
  • shutter member portion of the rod could have a reduced section.
  • the jacket is preferably fitted into the bore and advantageously comprises two annular bearings bearing on the wall of the bore.
  • the bearings axially delimit the compensation chamber; the sealing can be achieved by the surface contact between the bearing and the bore, but annular seals can also be used. Alternatively, the bearings could be on the shirt.
  • One of the bearings is advantageously located at the level of the sealing seat of the internal fuel passage, which improves the resistance to mechanical stresses and robustness at the seat.
  • control valve controls the communication with a low pressure section of the injector.
  • the output of the internal passage therefore generally opens into a chamber or section in communication with an intermediate low-pressure channel, itself in communication with a low-pressure return channel.
  • the fuel return paths from the guiding leak and the seat leak are preferably isolated.
  • a controlled section orifice is advantageously provided between the low-pressure return channel and the auxiliary chamber, so as to avoid the flow of fuel from the chamber (and thus from the seat leak) towards the auxiliary chamber.
  • the present invention also relates to an injector comprising an injection nozzle fed with high-pressure fuel and a control chamber, whose pressure makes it possible to control the movement of a needle, and a control valve such as defined above, which, selectively by means of an actuator, opens or closes the communication between the control chamber and a low pressure side.
  • a fuel injector 10 for a common rail injection system equipped with a variant of the present control valve, will now be described with reference to the Figures 1 to 3 .
  • the general operating principle of such an injector 10 is conventional, similar to that of the injector of the state of the art mentioned in the introduction.
  • the injector 10 generally comprises an injector body with, in the lower part on the Fig.1 , an injection nozzle section 14 accommodating an injector needle 16 movably mounted in the nozzle 14 so as to slide axially.
  • the nozzle 14 has an injection end 18 with at least one injection port 20, the injector 10 being mounted in the engine so that the injection end 18 protrudes into the combustion chamber (not shown), allowing the injection of high pressure fuel in the form of a spray.
  • the fuel circulates in a high-pressure channel 22 and accumulates in the injector body, around the needle 14.
  • the injector is in the closed position: the front end 23 of the needle rests on a seat in the injection end 18 of the nozzle 14 and prevents the passage of fuel towards the injection orifices 20.
  • the actuation of the needle 16 is made selectively by means of a control chamber 24 associated with a valve of control 26, itself operated by an actuator 28, typically solenoid, which thus allows to control the opening and closing of the injection port (s) 20.
  • the solenoid actuator comprises, in a known manner in itself, a fixed portion 28 1 with a coil which cooperates with a movable portion 28 2 also called “armature” whose displacement is generated by the magnetic field created by the coil 28 1 when it is supplied with current.
  • armature whose displacement is generated by the magnetic field created by the coil 28 1 when it is supplied with current.
  • the control chamber 24 receives the rear end 17 of the needle 16 (opposite to the front end 23) and is supplied with high pressure fuel via an inlet port 19, which allows to exercise (here so direct) a closing force on the needle 16.
  • a spring 29 is arranged in the chamber 24 to exert permanently on the needle 16 a force in the closing direction.
  • An outlet orifice 30 connects, through a supply channel 32, the control chamber 24 to the control valve 26, which allows, in the open position of the valve 26, to put in fluid communication the chamber of 24 control with a low pressure section, to reduce the pressure in the control chamber 24, and thus cause the displacement of the needle 14 which moves back into the chamber 24 and disengages from its seat, letting the fuel to the injection ports.
  • the control valve 26 is illustrated in more detail on the Figure 2 . It comprises a body 34 with a bore 36 (not through) forming a cylindrical housing.
  • the reference sign 38 designates a jacket constituted by a cylindrical insert fixed in the bore 36, preferably by fitting.
  • the liner 38 has a central axial passage 40, in which slides axially a shutter rod 42.
  • the central passage 40 defines, over a portion of its length, a fuel passage 44 which extends between an inlet port 46 (or piercing) in the wall of the liner 38 and an outlet port 48.
  • a sealing seat 50 is provided in the fuel passage 44, with which the shutter rod 42 which is connected to the actuator cooperates with. 28.
  • the shutter rod 42 includes an organ portion shutter 45 and a guide portion 47 terminating in the actuating end 49, out of the sleeve 38, by which it is connected to the armature 28 2 of the actuator.
  • the connecting end 48 and the armature 28 2 are in an auxiliary chamber 51 of the valve body 34, in which the armature can move with the closure member.
  • An annular compensation chamber 52 is defined between a portion 54 of the outer peripheral wall of the liner and the bore 36, so that it surrounds the liner 38.
  • an annular recess is preferably provided on a section of the bore to give volume to the clearing chamber. It will be noted that the supply channel 32 opens into the compensation chamber 52, as well as the lateral orifice 46 of the jacket, which puts the internal fuel passage 44 in communication with the control chamber 24.
  • the sealing seat 50 of the fuel passage and the outlet 48 are located in a portion of the liner 38 remote from the region of actuation of the sealing rod 42.
  • the liner 38 has an upper portion facing the actuator 28 and through which the shutter rod 42 is connected thereto, and a lower portion, which carries the seat 50 and the outlet 48.
  • the liner 38 includes a guide section 64 configured to slidably slide the guide portion 47 of the closure rod 42.
  • the diameters are preferably adjusted for operational clearance that allows for low fuel functional leakage. which escapes from the jacket 38 of the actuating side into the auxiliary chamber 51.
  • the liner 38 also includes a valve section 66 defining the internal fuel passage and surrounding the shutter member portion 45 of the sealing rod 42, into which the side port 46 opens and includes the sealing seat 50
  • the valve section 66 has a diameter greater than the diameter of the guide section 64, forming a chamber 68.
  • the sealing seat 50 is, seen in the direction of flow of the fuel, at the outlet of the chamber. valve 68.
  • the sealing seat 50 is formed as an annular surface provided on an annular projection 70 in the central passage 40, this projection 70 to reduce the section of the passage near the lower end of the sleeve 38 (therefore opposite to the actuating end).
  • the present configuration makes it possible to offer a solid and robust sealing seat, notably because of the direction of flow and the fact that the edge between the sealing surface of the seat contact and the discharge diameter 48 can be moved away from the seat, without changing the balance of the valve.
  • the shutter member portion 45 of the shutter rod 42 carries at its free end a chamfer 72 acting as a bearing surface cooperating with the seat 50.
  • a line or ring of the surface of the The support is in contact with the seat 50 to form the seal of the valve.
  • the seal is generally of the metal / metal type; there may be an offset at the seat.
  • the outlet orifice 48 of the fuel passage, respectively of the jacket 38, coincides with the narrowed passage section formed by the projection 70.
  • control valve 26 is closed: the closure member 42 rests on the seat 50. feeding the winding of the actuator 28 is created a magnetic field that attracts the armature (here upwards) and releases the shutter rod 42 from its rest position. It then creates an annular passage between the seat 50 and the sealing surface 72 which allows a seat leak: the valve is open and the fuel flows to the low pressure.
  • the mounting of the cylindrical insert forming the liner 38 is by fitting and sealing manner.
  • one of the bearings 90 is positioned at the height of the sealing seat 50 of the internal fuel passage, which further improves the resistance to mechanical stresses and robustness at the seat.
  • annular clearance there is an annular clearance between the valve body 34 (generally cylindrical, and the outer casing 81 of the injector.)
  • This annular clearance forms an annular collection chamber 76 in communication with a return channel. low pressure 78.
  • the trailing chamber 60 is in communication with the collection chamber 76 via the channel 62.
  • the auxiliary chamber 51 (accommodating the frame 28 2 ) is also in communication with the collection chamber 76 via a radial channel 80 (or more).
  • the diameter of the channel 80 is determined so that the flow of fuel from the seat leak can not pass from the annular chamber 76 towards the chamber 51.
  • the return circuits of the seat leak and the guide leakage (represented respectively by lines 82 and 84) are insulated in the valve body 34, and combine only at the inlet of the return channel 78.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne généralement le domaine de l'injection de carburant dans les moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement une vanne de commande pour un injecteur de carburant, en particulier pour un système d'injection du type à rampe commune.
  • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Comme on le sait, un injecteur de carburant comprend généralement un corps d'injecteur, une partie formant buse d'injection et une aiguille d'injecteur montée mobile. La buse d'injection comporte au moins un orifice de pulvérisation pour l'injection de carburant directement dans une chambre de combustion du moteur, l'ouverture et la fermeture de cet/ces orifice(s) étant contrôlées par le mouvement de l'aiguille.
  • L'actionnement de l'aiguille se fait de manière sélective au moyen d'une chambre de commande associée à une vanne de commande, elle-même opérée par un actionneur, typiquement à solénoïde. La chambre de commande est alimentée en carburant haute pression, ce qui permet d'exercer (de manière directe ou indirecte) une force de fermeture sur l'aiguille. Un canal relie la chambre de commande à la vanne de commande, qui permet, dans la position d'ouverture, de mettre en communication la chambre de commande avec une section basse pression afin de faire chuter la pression dans la chambre de commande, et ainsi provoquer le déplacement de l'aiguille pour ouvrir l'injecteur.
  • Une vanne de commande comprend de manière générale un organe d'obturation qui coopère avec un siège agencé dans un passage de carburant raccordant la haute pression à la basse pression.
  • Dans le système à rampe commune, les pressions de carburant sont très élevées (au-delà de 2000 bars) et les injecteurs sont donc soumis à des pressions hydrauliques importantes qui occasionnent des contraintes et déformations des pièces. Au niveau de la vanne de commande, les forces de pression tendent à déformer le passage de carburant avec le siège ainsi que l'organe d'obturation.
  • Pour palier ce problème, le EP 2 620 632 A1 décrit un injecteur de carburant dont la vanne de commande comprend une chambre de compensation. Un insert cylindrique est monté dans un alésage du corps de vanne et comprend un passage central pour le carburant muni d'un siège d'étanchéité. L'organe d'obturation a une forme de tige axialement mobile dans le passage central de l'insert, l'organe étant manipulé par un actionneur à solénoïde ou piézo-électrique connecté à une première extrémité axiale de l'organe d'obturation, la deuxième extrémité opposée servant de guide dans l'insert. L'organe d'obturation présente, du côté de la première extrémité, un siège qui coopère avec le siège d'étanchéité dans le passage central pour ouvrir et fermer la vanne. Lorsque l'organe d'obturation est écarté du siège, le carburant peut s'écouler et débouche de l'insert du côté de la première extrémité de l'organe d'obturation. La chambre de compensation entoure l'insert et est en communication avec la chambre de commande, alors que le carburant sous pression pénètre dans l'insert par un orifice latéral dans celui-ci.
  • Le design de la vanne de commande tel que décrit dans EP 2 620 632 A1 est avantageux en ce qu'il permet un équilibrage des pressions au niveau des organes fonctionnels de la vanne. En pratique, il a toutefois été observé que dans certaines conditions, lors de l'ouverture du siège de la vanne de commande, la fuite dynamique par le siège (importante) vient perturber la dynamique de la vanne de commande, par exemple par un effort de jet contre l'armature mobile du solénoïde, qui est fixée à l'organe d'obturation à proximité du siège. C'est ainsi que des perturbations prennent naissance sous et autour de l'armature, engendrant des oscillations de pression influençant les mouvements de l'organe d'obturation.
  • OBJET DE L'INVENTION
  • L'objet de la présente invention est de fournir une vanne de commande de conception améliorée, ne comportant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.
  • DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION
  • Avec cet objectif en tête, la présente invention propose une vanne de commande pour une chambre de commande d'un injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne. La vanne comprend un corps muni d'un alésage dans lequel débouche un canal d'amenée de carburant (en communication avec la chambre de commande). Dans l'alésage du corps est placée une chemise de forme générale cylindrique qui comprend un passage axial dont une section définit un passage interne de carburant. Un orifice latéral est prévu dans la paroi de la chemise, par lequel le carburant pénètre dans le passage interne de carburant. Un siège d'étanchéité est prévu dans le passage.
  • Une tige d'obturation coulisse axialement dans la chemise et est configurée pour, dans une position de fermeture, reposer sur le siège d'étanchéité et obturer le passage, et dans une position d'ouverture, écartée du siège d'étanchéité, permettre l'écoulement de carburant. La tige d'obturation comprend une extrémité d'actionnement pour connexion à un dispositif d'actionnement hors de la chemise.
  • La vanne de commande comprend en outre une chambre de compensation annulaire entourant la chemise, définie entre une paroi externe de la chemise et l'alésage. Le canal d'amenée et l'orifice latéral de la chemise débouchent chacun dans la chambre de compensation, le passage interne de carburant pouvant être ainsi en communication avec le carburant haute pression dans la chambre de contrôle de l'injecteur.
  • On appréciera que le passage interne de carburant a un orifice de sortie situé, en aval du siège d'étanchéité, dans la partie de chemise opposée à l'extrémité d'actionnement de la tige d'obturation. Ainsi, la sortie de carburant se fait du côté de la chemise opposé à celui par lequel la tige est connectée à l'actionneur, évitant ainsi les jets haute-pression en direction de l'actionneur lorsque la vanne est ouverte, et les perturbations dynamiques qui en découlent.
  • La présente invention propose donc une vanne de commande de conception améliorée, incorporant une chambre de compensation de pression permettant de compenser les jeux de pression, et présentant un comportement dynamique amélioré puisque le côté d'actionnement n'est pas perturbé par les jets de carburant lorsque la vanne est ouverte.
  • Un autre avantage de l'invention est la simplicité de mise en oeuvre.
  • Selon une variante préférée, l'orifice de sortie du passage interne est situé dans la partie d'extrémité du passage axial de chemise opposée à l'extrémité située du côté d'actionnement.
  • La tige d'obturation peut comprendre par exemple une partie formant organe d'obturation coopérant avec le siège d'étanchéité dans le passage et une partie de guidage se terminant par l'extrémité d'actionnement, axialement opposée à la partie formant organe d'obturation. La partie formant organe d'obturation comprend au niveau de l'extrémité libre de la tige, opposée à l'extrémité d'actionnement, une surface d'appui annulaire qui coopère avec le siège d'étanchéité du passage. L'étanchéité entre le siège de la chemise et la surface d'appui de la tige est généralement du type métal/métal. Différentes formes sont envisageables pour réaliser l'étanchéité entre le siège et la surface d'appui : par exemple surfaces coniques ou plan/plan, interface ligne/surface conique etc.. Le contact de siège peut également être déporté par rapport au guide.
  • De préférence, le passage axial dans la chemise comprend : une section de guidage configurée pour assurer un coulissement par ajustement glissant de la partie de guidage de la tige d'obturation ; et une section de vanne entourant la partie formant organe d'obturation de la tige d'obturation, dans laquelle débouche l'orifice latéral et comprenant le siège d'étanchéité.
  • Afin de former une chambre de vanne, la section de vanne peut avoir un diamètre supérieur au diamètre de la section de guidage. Alternativement ou cumulativement, la partie formant organe d'obturation de la tige pourrait avoir une section réduite.
  • La chemise est préférablement emmanchée dans l'alésage et comprend avantageusement deux paliers annulaires s'appuyant sur la paroi de l'alésage. Les paliers délimitent axialement la chambre de compensation ; l'étanchéité peut être obtenue par le contact de surface entre le palier et l'alésage, mais on peut également utiliser des joints annulaires. Alternativement, les paliers pourraient se situer sur la chemise.
  • Un des paliers est avantageusement situé à hauteur du siège d'étanchéité du passage interne de carburant, ce qui améliore la tenue aux contraintes mécaniques et la robustesse au niveau du siège.
  • En pratique, la vanne de commande contrôle la communication avec une section basse pression de l'injecteur. La sortie du passage interne débouche donc généralement dans une chambre ou une section en communication avec un canal basse pression intermédiaire, lui-même en communication avec un canal de retour basse pression.
  • Selon une variante, il existe un jeu opérationnel entre la partie de guidage de la tige d'obturation et la section de guidage de la chemise autorisant un débit de fuite de carburant et le débit de fuite s'écoule dans une chambre auxiliaire dans la continuité axiale de l'alésage, du côté actionnement (la chambre auxiliaire étant également en communication avec le canal de retour basse pression).
  • Les chemins de retour de carburant issus de la fuite guide et de la fuite siège sont de préférence isolés. A cet effet, on prévoit avantageusement un orifice de section contrôlée entre le canal de retour basse pression et la chambre auxiliaire, de sorte à éviter le flux de carburant issu de la chambre (donc de la fuite de siège) vers la chambre auxiliaire.
  • Selon un autre aspect, la présente invention concerne également un injecteur comprenant une buse d'injection alimentée en carburant haute-pression et une chambre de contrôle, dont la pression permet de contrôler le déplacement d'une aiguille, et une vanne de commande telle que définie ci-dessus, qui, sélectivement au moyen d'un actionneur, ouvre ou ferme la communication entre la chambre de contrôle et un coté basse pression.
  • DESCRIPTION DETAILLEE A L'AIDE DES FIGURES
  • D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée de quelques modes de réalisation avantageux présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en se référant aux dessins annexés. Ceux-ci montrent :
    • Fig. 1 : une vue en coupe longitudinale d'un injecteur équipé avec la présente vanne de commande, selon une première variante ;
    • Fig. 2 : une vue de détail de la vanne de commande présentée en Fig.1 ;
    • Fig. 3 : une vue en coupe de la vanne de commande de la Fig.2, le plan de coupe étant décalé angulairement par rapport à celui de la Fig.2, mais passant également par l'axe de la tige d'obturation.
  • Un injecteur de carburant 10 pour système d'injection à rampe commune, équipé d'une variante de la présente vanne de commande, sera maintenant décrit en se référant aux figures 1 à 3. Le principe de fonctionnement général d'un tel injecteur 10 est classique, similaire à celui de l'injecteur de l'état de la technique antérieur mentionné dans l'introduction.
  • L'injecteur 10 comprend généralement un corps d'injecteur avec, en partie inférieure sur la Fig.1, une section de buse d'injection 14 accueillant une aiguille d'injecteur 16 montée mobile dans la buse 14 de sorte à coulisser axialement. La buse 14 a une extrémité d'injection 18 avec au moins un orifice d'injection 20, l'injecteur 10 étant monté dans le moteur de sorte que l'extrémité d'injection 18 dépasse dans la chambre de combustion (non montrée), permettant l'injection de carburant à haute pression sous la forme d'un spray. Dans l'injecteur 10, le carburant circule dans un canal haute-pression 22 et s'accumule dans le corps d'injecteur, autour de l'aiguille 14. Dans la Figure 1, l'injecteur est en position fermée : l'extrémité avant 23 de l'aiguille repose sur un siège dans l'extrémité d'injection 18 de la buse 14 et empêche le passage de carburant vers les orifices d'injection 20.
  • L'actionnement de l'aiguille 16 se fait de manière sélective au moyen d'une chambre de commande 24 associée à une vanne de commande 26, elle-même opérée par un actionneur 28, typiquement à solénoïde, ce qui permet ainsi de commander l'ouverture et la fermeture du/des orifice(s) d'injection 20. L'actionneur à solénoïde comprend, de manière connue en soi, une partie fixe 281 avec un bobinage qui coopère avec une partie mobile 282 dite aussi « armature » dont le déplacement est engendré par le champ magnétique crée par le bobinage 281 lorsqu'il est alimenté en courant. Un tel actionneur est bien connu dans l'état de la technique et ne nécessite pas davantage d'explications.
  • La chambre de commande 24 reçoit l'extrémité arrière 17 de l'aiguille 16 (opposée à l'extrémité avant 23) et est alimentée en carburant haute pression via un orifice d'entrée 19, ce qui permet d'exercer (ici de manière directe) une force de fermeture sur l'aiguille 16. Un ressort 29 est agencé dans la chambre 24 pour exercer en permanence sur l'aiguille 16 une force dans la direction de fermeture. Un orifice de sortie 30 relie, via un canal d'alimentation 32, la chambre de commande 24 à la vanne de commande 26, ce qui permet, dans la position d'ouverture de la vanne 26, de mettre en communication fluidique la chambre de commande 24 avec une section basse pression, afin de faire chuter la pression dans la chambre de commande 24, et ainsi provoquer le déplacement de l'aiguille 14 qui recule dans la chambre 24 et se dégage de son siège, laissant passer le carburant vers les orifices d'injection.
  • La vanne de commande 26 est illustrée plus en détails sur la Figure 2. Elle comprend un corps 34 avec un alésage 36 (non traversant) formant un logement cylindrique. Le signe de référence 38 désigne une chemise constituée par un insert cylindrique fixé dans l'alésage 36, de préférence par emmanchement. La chemise 38 a un passage axial central 40, dans lequel coulisse axialement une tige d'obturation 42. Le passage central 40 définit, sur une partie de sa longueur, un passage de carburant 44 qui s'étend entre un orifice d'entrée 46 (ou perçage) latéral dans la paroi de la chemise 38 et un orifice de sortie 48. Un siège d'étanchéité 50 est prévu dans le passage de carburant 44, avec lequel coopère la tige d'obturation 42 qui est raccordée à l'actionneur 28.
  • En fait, la tige d'obturation 42 comprend une partie formant organe d'obturation 45 et une partie de guidage 47 se terminant par l'extrémité d'actionnement 49, hors de la chemise 38, par laquelle elle est connectée à l'armature 282 de l'actionneur. Dans la variante, l'extrémité de raccordement 48 et l'armature 282 se trouvent dans une chambre auxiliaire 51 du corps de vanne 34, dans laquelle peut se déplacer l'armature avec l'organe d'obturation.
  • Une chambre de compensation annulaire 52 est définie entre une portion 54 de la paroi périphérique externe de la chemise et l'alésage 36, de sorte qu'elle entoure la chemise 38. En pratique, on prévoit de préférence un évidemment annulaire sur une section de l'alésage pour donner du volume à la chambre de compensation. On notera que le canal d'amenée 32 débouche dans la chambre de compensation 52, ainsi que l'orifice latéral 46 de la chemise, ce qui met le passage interne de carburant 44 en communication avec la chambre de commande 24.
  • On appréciera que le siège d'étanchéité 50 du passage de carburant ainsi que la sortie 48 sont situés dans une portion de la chemise 38 éloignée de la région d'actionnement de la tige d'obturation 42. Par rapport à l'orientation de la figure 1, la chemise 38 a une partie supérieure tournée vers l'actionneur 28 et par laquelle la tige d'obturation 42 est raccordée à celui-ci, ainsi qu'une partie inférieure, qui porte le siège 50 et la sortie 48. Ainsi, en position d'ouverture de la tige d'obturation 42 (écartée du siège 50), il existe un espace entre la tige d'ouverture 42 et le siège 50 par lequel le carburant s'écoule depuis le passage de carburant vers le bas (aussi appelé fuite dynamique ou de contrôle) dans une chambre de fuite 60 en communication avec un canal 62 relié à la basse pression.
  • Grâce à cette configuration, on évite la sortie de carburant par la partie supérieure de la chemise 38, et donc les effets de jet en direction de l'armature 282 de l'actionneur. Ceci confère une plus grande stabilité dynamique à la vanne.
  • Certaines dispositions constructives de la présente variante peuvent être notées.
  • La chemise 38 comprend une section de guidage 64 configurée pour assurer un coulissement par ajustement glissant de la partie de guidage 47 de la tige d'obturation 42. Les diamètres sont de préférence ajustés pour un jeu opérationnel qui autorise une faible fuite fonctionnelle de carburant, laquelle s'échappe de la chemise 38 du côté d'actionnement, dans la chambre auxiliaire 51.
  • La chemise 38 comprend également une section de vanne 66 définissant le passage interne de carburant et entourant la partie formant organe d'obturation 45 de la tige d'obturation 42, dans laquelle débouche l'orifice latéral 46 et comprenant le siège d'étanchéité 50. La section de vanne 66 a un diamètre supérieur au diamètre de la section de guidage 64, formant une chambre 68. Le siège d'étanchéité 50 se trouve, vu dans le sens d'écoulement du carburant, à la sortie de la chambre de vanne 68.
  • En fait, le siège d'étanchéité 50 est réalisé en tant que surface annulaire prévue sur une saillie annulaire 70 dans le passage central 40, cette saillie 70 venant réduire la section du passage à proximité de l'extrémité inférieure de la chemise 38 (donc opposée à l'extrémité d'actionnement).
  • La présente configuration permet d'offrir un siège d'étanchéité massif et robuste, notamment grâce au sens d'écoulement et au fait que l'arête entre la surface d'étanchéité du contact siège et le diamètre d'évacuation 48 peut être éloigné du siège, sans modifier l'équilibre de la valve.
  • La partie formant organe d'obturation 45 de la tige d'obturation 42 porte à son extrémité libre un chanfrein 72 faisant office de surface d'appui coopérant avec le siège 50. Dans la position de fermeture, une ligne ou anneau de la surface d'appui est en contact avec le siège 50 pour former l'étanchéité de la vanne. L'étanchéité est en général du type métal/métal ; il peut exister un déport au niveau du siège. L'orifice de sortie 48 du passage de carburant, respectivement de la chemise 38, coïncide avec la section de passage rétrécie formée par la saillie 70.
  • Comme on l'aura compris, dans la figure 1 la vanne de commande 26 est fermée : l'organe d'obturation 42 repose sur le siège 50. En alimentant le bobinage de l'actionneur 28 on crée un champ magnétique qui attire l'armature (ici vers le haut) et dégage la tige d'obturation 42 de sa position de repos. Il se crée alors un passage annulaire entre le siège 50 et la surface d'étanchéité 72 qui permet une fuite de siège : la vanne est ouverte et le carburant s'écoule vers la basse pression.
  • De préférence, le montage de l'insert cylindrique formant la chemise 38 se fait par emmanchement et de manière étanche. A cet effet on a prévu deux zones de paliers 90 formées sur la surface extérieure de la chemise 38, bien que cela ne soit pas impératif. Ces deux paliers 90 ferment également de manière étanche la chambre de compensation à ses deux extrémités axiales. Des joints d'étanchéité peuvent aussi être employés.
  • On appréciera qu'un des paliers 90 est positionné à la hauteur du siège d'étanchéité 50 du passage interne de carburant, ce qui améliore encore la tenue aux contraintes mécaniques et la robustesse au niveau du siège.
  • La figure 3 est une vue de la vanne 26 dans un plan de coupe différent de celui de la figure 2 qui montre mieux le cheminement du retour de carburant. Comme expliqué ci-avant, il existe deux sources d'écoulement de la vanne 26 :
    • fuite de siège : écoulement principal de carburant à travers la vanne, existe uniquement en position d'ouverture de la tige d'obturation. Le carburant traverse le passage de carburant 66 et s'écoule par la sortie 48 dans la chambre 60.
    • fuite guide : faible écoulement de carburant au niveau du jeu opérationnel entre la portion de guidage 47 de la tige d'obturation 42 et la section de guidage 64 de la chemise 38.
  • Dans la présente variante, il existe un jeu annulaire entre le corps de vanne 34 (de forme générale cylindrique, et l'enveloppe extérieure 81 de l'injecteur. Ce jeu annulaire forme une chambre de collecte 76 annulaire en communication avec un canal de retour basse pression 78. La chambre de fuite 60 est en communication avec la chambre de collecte 76 via le canal 62. La chambre auxiliaire 51 (accueillant l'armature 282) est également en communication avec la chambre de collecte 76 via un canal radial 80 (ou plusieurs). Le diamètre du canal 80 est déterminé de sorte à éviter que le flux de carburant en provenance de la fuite siège ne puisse passer de la chambre annulaire 76 en direction de la chambre 51. Ainsi, les circuits de retour de la fuite siège et de la fuite guide (représentés respectivement par les lignes 82 et 84) sont isolés dans le corps de vanne 34, et ne se combinent qu'au niveau de l'entrée du canal de retour 78.

Claims (11)

  1. Vanne de commande pour une chambre de commande d'un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne, ladite vanne de commande comprenant :
    un corps (34) muni d'un alésage (36) dans lequel débouche un canal (32) d'amenée de carburant ;
    une chemise (38) de forme générale cylindrique insérée dans l'alésage (36) et comprenant un passage axial (40) dont une section définit un passage interne de carburant (44), dans lequel le carburant pénètre par un orifice latéral (46), un siège d'étanchéité (50) étant prévu dans le passage (44) ;
    une tige d'obturation (42) coulissant axialement dans la chemise (38) et configurée pour, dans une position de fermeture, reposer sur le siège d'étanchéité (50) et obturer le passage, et dans une position d'ouverture, écartée du siège d'étanchéité (50), permettre l'écoulement de carburant, la tige d'obturation (42) comprenant une extrémité d'actionnement (49) pour connexion à un dispositif d'actionnement (28) hors de la chemise ;
    une chambre de compensation annulaire (52) entourant la chemise (38), définie entre une paroi externe de la chemise (38) et l'alésage (36), le canal d'amenée (32) et l'orifice latéral (42) de la chemise débouchant chacun dans la chambre de compensation (52) ;
    caractérisé en ce que
    le passage interne de carburant (44) a un orifice de sortie (48) situé en aval du siège d'étanchéité (50) dans la partie de chemise opposée à l'extrémité d'actionnement (49) de la tige d'obturation (42).
  2. Vanne de commande selon la revendication 1, dans laquelle l'orifice de sortie (48) du passage interne (44) est situé dans la partie d'extrémité du passage axial (40) de chemise opposée à l'extrémité située du côté actionnement.
  3. Vanne de commande selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la tige d'obturation (42) comprend une partie formant organe d'obturation (45) coopérant avec le siège d'étanchéité (50) dans le passage (44) et une partie de guidage (47) se terminant par l'extrémité d'actionnement (49), axialement opposée à la partie formant organe d'obturation (45).
  4. Vanne de commande selon la revendication 3, dans laquelle le passage axial (40) dans la chemise (38) comprend :
    une section de guidage (64) configurée pour assurer un coulissement par ajustement glissant de la partie de guidage (47) de la tige d'obturation ; et
    une section de vanne (66) entourant la partie formant organe d'obturation (45) de la tige d'obturation, dans laquelle débouche l'orifice latéral (46) et comprenant le siège d'étanchéité (50).
  5. Vanne de commande selon la revendication 4, dans laquelle la section de vanne (66) a un diamètre supérieur au diamètre de la section de guidage (64).
  6. Vanne de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la chemise (38) est emmanchée dans l'alésage (36) et comprend de préférence deux paliers (90) annulaires s'appuyant sur la paroi de l'alésage.
  7. Vanne selon la revendication 6 dans laquelle un des paliers est situé à la hauteur du siège d'étanchéité du passage interne de carburant.
  8. Vanne de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle
    il existe un jeu opérationnel entre la partie de guidage de la tige d'obturation et la section de guidage de la chemise autorisant un débit de fuite de carburant ; et
    le débit de fuite s'écoule dans une chambre auxiliaire dans la continuité axiale de l'alésage, du côté actionnement.
  9. Vanne de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'orifice de sortie (48) du passage interne (44) débouche dans une chambre (60) en communication avec un canal basse pression intermédiaire (62).
  10. Vanne de commande selon la revendication 9 dépendant de la revendication 8, dans laquelle le canal basse pression intermédiaire (62) et la chambre auxiliaire (51) sont en communication fluide avec un canal de retour basse pression (78), un orifice contrôlé (80) étant avantageusement prévu entre le canal de retour basse pression et la chambre auxiliaire pour éviter le flux de carburant issu de la chambre (60) vers la chambre auxiliaire (51).
  11. Injecteur comprenant une buse d'injection alimentée en carburant et une chambre de contrôle, dont la pression permet de contrôler le déplacement d'une aiguille, et une vanne de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui, sélectivement au moyen d'un actionneur, ouvre ou ferme la communication entre la chambre de contrôle et un coté basse pression.
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