FR2843617A1 - I.C. engine fuel injector comprises needle sliding longitudinally in drilling, needle has piston shaped segment and conical end located at combustion chamber side through which needle engages valve seat to open ejection orifice - Google Patents
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Abstract
Description
i Domaine de l'invention La présente invention concerne un injecteur deField of the Invention The present invention relates to an injector for
carburant pour un moteur à combustion interne comportant un corps d'injecteur dont un perçage reçoit de manière coulissante longitudinalement, une ai5 guille d'injecteur, cette aiguille ayant un segment en forme de piston et son extrémité située du côté de la chambre de combustion ayant une surface d'étanchéité essentiellement conique par laquelle l'aiguille coopère avec le siège de soupape et commande ainsi l'ouverture d'au moins un fuel for an internal combustion engine comprising an injector body of which a bore receives longitudinally sliding an injector needle, this needle having a piston-shaped segment and its end situated on the side of the combustion chamber having a substantially conical sealing surface through which the needle cooperates with the valve seat and thus controls the opening of at least one
orifice d'éjection.ejection port.
On connaît de tels injecteurs de carburant par exemple selon le document DE-100 24 703-A1. Un tel injecteur de carburant comporte un corps muni d'un perçage recevant en coulissement longitudinal une aiguille d'injecteur. L'aiguille d'injecteur a un segment en forme de piston et son extrémité située du côté de la chambre de combustion rejoint 1s une surface d'étanchéité de soupape essentiellement conique. L'aiguille d'injecteur coopère par sa surface d'étanchéité conique avec un siège d'étanchéité réalisé dans le corps de l'injecteur pour commander ainsi Such fuel injectors are known for example according to document DE-100 24 703-A1. Such a fuel injector comprises a body provided with a bore receiving in longitudinal sliding an injector needle. The injector needle has a piston-shaped segment and its end located on the side of the combustion chamber joins a substantially conical valve sealing surface. The injector needle cooperates by its conical sealing surface with a sealing seat produced in the body of the injector to thereby control
l'ouverture d'au moins un orifice d'éjection. opening at least one ejection orifice.
L'injecteur de carburant, connu présente toutefois 20 l'inconvénient d'une masse relativement importante pour l'aiguille ce qui limite la rapidité du mouvement d'ouverture et de fermeture et nécessite la mise en oeuvre d'efforts importants pour déplacer l'aiguille. Une masse élevée de l'aiguille limite ainsi la vitesse d'ouverture et de fermeture de l'injecteur de carburant et ainsi l'intervalle de temps minimum entre deux 25 injections. De plus, l'aiguille d'injecteur du produit est relativement rigide ce qui lorsque l'aiguille rencontre le siège produit des vibrations dans l'aiguille. Ces vibrations entraînent une usure entre la surface d'étanchéité However, the known fuel injector has the disadvantage of a relatively large mass for the needle, which limits the rapidity of the opening and closing movement and requires the use of considerable effort to move the needle. A high mass of the needle thus limits the speed of opening and closing of the fuel injector and thus the minimum time interval between two injections. In addition, the product injector needle is relatively rigid, which when the needle meets the seat produces vibrations in the needle. These vibrations cause wear between the sealing surface
et le siège de soupape.and the valve seat.
Exposé de l'inventionStatement of the invention
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une aiguille d'injecteur du type défini cidessus, caractérisé en ce que l'aiguille d'injecteur présente dans son segment en forme de piston au moins deux perçages transversaux. The present invention aims to remedy these drawbacks and for this purpose relates to an injector needle of the type defined above, characterized in that the injector needle has in its piston-shaped segment at least two transverse bores.
L'injecteur selon l'invention offre l'avantage de pouvoir ré35 gler de manière précise la rigidité longitudinale de l'aiguille et de réduire considérablement la masse de l'aiguille par rapport à celle de l'état de la technique. Pour cela l'aiguille d'injecteur présente dans son segment en forme de piston, au moins deux perçages transversaux. La réduction de la masse de l'aiguille d'injecteur permet d'atteindre une dynamique plus élevée de l'aiguille pour une matière inchangée et ainsi une ouverture et une fermeture plus rapides de l'injecteur. Cela permet une succession plus rapide de phases d'injection. Cela permet également des injections de carbu5 rant réparties entre plusieurs injections partielles. Du fait de la réduction The injector according to the invention offers the advantage of being able to adjust precisely the longitudinal stiffness of the needle and to considerably reduce the mass of the needle compared to that of the prior art. For this, the injector needle present in its piston-shaped segment, at least two transverse bores. The reduction in the mass of the injector needle makes it possible to achieve a higher dynamic range of the needle for an unchanged material and thus faster opening and closing of the injector. This allows a faster succession of injection phases. This also allows injections of fuel distributed between several partial injections. Due to the reduction
de la rigidité longitudinale de l'aiguille d'injecteur on obtient en outre que les vibrations de pression engendrées par la rencontre de l'aiguille et du siège de soupape puissent être absorbées par l'aiguille et être ainsi compensées. Cela diminue l'usure entre la surface du siège de soupape et le 10 siège de soupape augmentant ainsi la durée de vie de l'injecteur. from the longitudinal rigidity of the injector needle it is also obtained that the pressure vibrations generated by the meeting of the needle and the valve seat can be absorbed by the needle and thus be compensated. This reduces wear between the surface of the valve seat and the valve seat thereby increasing the life of the injector.
Selon un premier développement avantageux, l'aiguille d'injecteur comporte plusieurs perçages transversaux et les perçages transversaux voisins sont tournés l'un par rapport à l'autre d'un certain angle. Cette réalisation des perçages transversaux réduit la rigidité longi15 tudinale sans que la rigidité transversale ne présente une direction préférentielle. Il est particulièrement avantageux que l'angle des perçages According to a first advantageous development, the injector needle comprises several transverse bores and the neighboring transverse bores are turned relative to each other by a certain angle. This embodiment of the transverse holes reduces the longitudinal rigidity without the transverse rigidity having a preferential direction. It is particularly advantageous if the angle of the holes
transversaux voisins soient au moins approximativement égal à 90 . neighboring cross-sections are at least approximately equal to 90.
Selon un autre développement avantageux, les perçages transversaux ont un diamètre représentant entre 0,2 et 0,4 fois le diamè20 tre de l'aiguille d'injecteur. On obtient dans ces conditions, d'un côté une réduction importante du poids et de l'autre l'affaiblissement mécanique de l'aiguille d'injecteur est très faible ce qui permet d'avoir pratiquement une According to another advantageous development, the transverse holes have a diameter representing between 0.2 and 0.4 times the diameter of the injector needle. Under these conditions, a significant reduction in weight is obtained on the one hand and the mechanical weakening of the injector needle on the other is very low, which allows practically a
résistance inchangée.resistance unchanged.
Dessin La présente invention sera décrit ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans l'unique figure annexée qui est une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant Drawing The present invention will be described below in more detail with the aid of an exemplary embodiment shown in the single appended figure which is a longitudinal section of a fuel injector
selon l'invention.according to the invention.
Description de l'exemple de réalisation Description of the exemplary embodiment
La figure unique montre une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon l'invention. The single figure shows a longitudinal section of a fuel injector according to the invention.
Un corps d'injecteur 1 est serré avec interposition d'un disque d'étranglement 3 contre un corps de fixation d'injecteur 2. Ce montage se fait à l'aide d'un écrou chapeau 5 appliqué contre le corps d'injecteur 1 35 et qui est vissé au corps de support d'injecteur 2. Le corps d'injecteur 1 comporte un perçage 8 dont l'extrémité située du côté de la chambre de combustion est délimitée par un siège de soupape 19 principalement conique. Plusieurs orifices d'éjection 17 partent du siège de soupape 19. En position de montage de l'injecteur, ces orifices débouchent dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Le perçage 8 reçoit une aiguille d'injecteur 10 en forme de piston, coulissant longitudinalement. Cette aiguille a un axe longitudinal 11 et son extrémité située du 5 côté de la chambre de combustion présente une surface d'étanchéité 22 An injector body 1 is tightened with the interposition of a throttle disc 3 against an injector fixing body 2. This assembly is done using a cap nut 5 applied against the injector body 1 35 and which is screwed to the injector support body 2. The injector body 1 has a bore 8, the end of which located on the side of the combustion chamber is delimited by a valve seat 19 which is mainly conical. Several ejection orifices 17 leave from the valve seat 19. In the injector mounting position, these orifices open into the combustion chamber of the internal combustion engine. The bore 8 receives an injector needle 10 in the form of a piston, sliding longitudinally. This needle has a longitudinal axis 11 and its end located on the side of the combustion chamber has a sealing surface 22
essentiellement conique par laquelle l'aiguille 10 coopère avec le siège de soupape 19. L'aiguille d'injecteur 10 présente un segment de guidage 210. essentially conical through which the needle 10 cooperates with the valve seat 19. The injector needle 10 has a guide segment 210.
Ce segment est guidé dans un segment de guidage 108 du perçage 8. Le segment de guidage 210 de l'aiguille 10 comporte plusieurs zones meulées 10 34 permettant au carburant de passer entre l'aiguille 10 et la paroi du segment de guidage 108. Partant du segment de guidage 210, l'aiguille d'injecteur 10 diminue de section vers le siège de soupape 19 en formant un épaulement de pression 24 pour rejoindre une tige 110 de diamètre réduit. Cette tige rejoint la surface d'étanchéité 22. Entre la tige 110 et la 15 paroi du perçage 8 on a un canal annulaire 27 permettant au carburant This segment is guided in a guide segment 108 of the bore 8. The guide segment 210 of the needle 10 has several ground areas 10 34 allowing the fuel to pass between the needle 10 and the wall of the guide segment 108. from the guide segment 210, the injector needle 10 decreases in cross section towards the valve seat 19 by forming a pressure shoulder 24 to join a rod 110 of reduced diameter. This rod joins the sealing surface 22. Between the rod 110 and the wall of the bore 8 there is an annular channel 27 allowing the fuel
d'arriver dans les orifices d'injection 17. to reach the injection ports 17.
Le perçage 8 s'élargit à son extrémité opposée à celle de la chambre de combustion pour former une chambre à ressort 25. La chambre à ressort 25 reçoit un manchon 29 qui entoure le segment de ressort 20 310 de l'aiguille 10 et guide l'aiguille 10 de manière étanche. Le segment de ressort 310, le segment de guidage 210 et la tige 110 forment le segment de l'aiguille d'injecteur 10 en forme de piston. Le manchon 29, le côté frontal de l'aiguille d'injecteur 10 à l'opposé de la chambre de combustion et le disque d'étranglement 3 délimitent une chambre de com25 mande 14 dont la pression peut être commandée à l'aide d'une soupape de commande 15 prévue dans le corps de support d'injecteur 2. A côté du manchon 29, l'aiguille 10 est entourée par une bague d'appui 30 qui s'appuie contre un épaulement de l'aiguille 10; entre cette bague d'appui et le manchon 29 on a un ressort de fermeture 32 entourant l'aiguille 30 d'injecteur 10. Ce ressort étant précontraint. La chambre à ressort 25 The bore 8 widens at its opposite end to that of the combustion chamber to form a spring chamber 25. The spring chamber 25 receives a sleeve 29 which surrounds the spring segment 20 310 of the needle 10 and guides l needle 10 sealingly. The spring segment 310, the guide segment 210 and the rod 110 form the segment of the injector needle 10 in the form of a piston. The sleeve 29, the front side of the injector needle 10 opposite the combustion chamber and the throttle disc 3 define a control chamber 14, the pressure of which can be controlled using a control valve 15 provided in the injector support body 2. Next to the sleeve 29, the needle 10 is surrounded by a support ring 30 which bears against a shoulder of the needle 10; between this support ring and the sleeve 29 there is a closing spring 32 surrounding the injector needle 30 10. This spring being prestressed. The spring chamber 25
peut se remplir avec du carburant à haute pression par le canal d'alimentation 12 passant par le corps de fixation de l'injecteur 2 et le disque d'étranglement 3. can be filled with high pressure fuel through the supply channel 12 passing through the injector fixing body 2 and the throttle disc 3.
La chambre à ressort 25 et ainsi le canal annulaire 27 sont 35 alimentés en permanence en carburant mis à la pression d'injection par The spring chamber 25 and thus the annular channel 27 are continuously supplied with fuel brought to the injection pressure by
l'intermédiaire du canal d'alimentation 12. through the feed channel 12.
Lorsque l'injecteur de carburant est fermé, il règne une pression élevée dans la chambre de commande 14. Cette pression pousse l'aiguille 10 en même temps que la force développée par le ressort de fermeture 32 contre le siège de soupape 19 de manière à fermer les orifices d'éjection 17. Pour injecter du carburant, on décharge la chambre de commande 14 par l'intermédiaire de la soupape de commande 15. La force 5 hydraulique du carburant dans la chambre à ressort 14 et dans le canal annulaire 27 avant tout la pression appliquée contre l'épaulement de pression 24 pousse l'aiguille 10 en direction de la chambre de commande 14 en l'écartant ainsi du siège de soupape 19. Le carburant sort ainsi du canal annulaire 27 entre la surface d'étanchéité de soupape 22 et le siège 10 de soupape 19 pour arriver dans les orifices d'éjection 17 par lesquels le When the fuel injector is closed, there is a high pressure in the control chamber 14. This pressure pushes the needle 10 at the same time as the force developed by the closing spring 32 against the valve seat 19 so as to close the ejection orifices 17. In order to inject fuel, the control chamber 14 is discharged via the control valve 15. The hydraulic force of the fuel in the spring chamber 14 and in the annular channel 27 before all the pressure applied against the pressure shoulder 24 pushes the needle 10 in the direction of the control chamber 14, thus moving it away from the valve seat 19. The fuel thus leaves the annular channel 27 between the sealing surface of valve 22 and the valve seat 10 to reach the ejection orifices 17 through which the
carburant est éjecté dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. fuel is ejected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
La pression régnant dans la chambre à ressort 25 et/ou dans le canal annulaire 27 est maintenue pendant l'injection par la four15 niture de carburant. Au niveau du segment de guidage 108 du perçage 8, le carburant passe sur les parties meulées 34, la section de passage formée par les parties meulées 34 étant globalement suffisantes pour qu'à la charge maximale du moteur à combustion interne, suffisamment de carburant puisse arriver dans le canal annulaire 27 pour y maintenir la pres20 sion d'injection. Pour fermer l'injecteur de carburant, on augmente de nouveau la pression dans la chambre de commande 14 de sorte que The pressure prevailing in the spring chamber 25 and / or in the annular channel 27 is maintained during the injection by the fuel supply. At the guide segment 108 of the bore 8, the fuel passes over the ground portions 34, the passage section formed by the ground portions 34 being generally sufficient so that at the maximum load of the internal combustion engine, sufficient fuel can arrive in the annular channel 27 to maintain the injection pressure there. To close the fuel injector, the pressure in the control chamber 14 is again increased so that
l'aiguille d'injecteur 10 revient en appui contre le siège de soupape 19. the injector needle 10 comes to rest against the valve seat 19.
Lorsque l'aiguille d'injecteur 10 rencontre le siège de soupape 19 ce qui se fait à une vitesse très élevée à cause des durées de fer25 meture extrêmement réduites, l'aiguille 10 entre en oscillations. Ces oscillations de pression de l'aiguille d'injecteur 10 peuvent provoquer une usure entre la surface d'étanchéité 22 et le siège de soupape 19 car à cet endroit, on a un léger mouvement de la surface d'étanchéité 22 par rapport au siège de soupape 19. Pour amortir ces vibrations et diminuer ainsi 30 les sollicitions au niveau de la pointe, l'aiguille d'injecteur 10 comporte plusieurs perçages transversaux 40. Ces perçages transversaux 40 augmentent l'élasticité longitudinale de l'aiguille d'injecteur 10 de manière à absorber les oscillations de pression de l'aiguille 10 et de les compenser pour réduire l'usure au niveau du siège de soupape 19. Il est particuliè35 rement avantageux de prévoir au moins deux perçages transversaux 40 car alors la matière qui subsiste entre les deux perçages transversaux 40 fonctionne comme un levier et assure ainsi une élasticité longitudinale importante. Des perçages transversaux 40 peuvent comme le montre la figure 1, être prévus à la fois dans la zone de la tige 110, dans le segment de guidage 210 et/ou dans le segment élastique 310 c'està-dire dans le When the injector needle 10 meets the valve seat 19 which is done at a very high speed because of the extremely short iron times, the needle 10 oscillates. These pressure oscillations of the injector needle 10 can cause wear between the sealing surface 22 and the valve seat 19 because at this point, there is a slight movement of the sealing surface 22 relative to the seat valve 19. To absorb these vibrations and thus reduce the stresses on the tip, the injector needle 10 has several transverse holes 40. These transverse holes 40 increase the longitudinal elasticity of the injector needle 10. so as to absorb the pressure oscillations of the needle 10 and to compensate them to reduce wear at the level of the valve seat 19. It is particularly advantageous to provide at least two transverse bores 40 because then the material which remains between the two transverse bores 40 function as a lever and thus provide significant longitudinal elasticity. Cross holes 40 can, as shown in FIG. 1, be provided both in the region of the rod 110, in the guide segment 210 and / or in the elastic segment 310, that is to say in the
segment de l'aiguille d'injecteur 10 en forme de piston. piston-shaped injector needle segment 10.
Les perçages transversaux 40 ont en outre l'avantage de 5 diminuer la masse de l'aiguille d'injecteur 10. Pour des opérations d'injections qui se suivent rapidement comme dans les systèmes d'injection actuels dits à rampe commune, il faut que l'aiguille d'injecteur 10 glisse très rapidement de la position d'ouverture à la position de fermeture. Plus la masse en mouvement est faible et les forces importantes et 10 plus rapidement l'injecteur pourra s'ouvrir et se fermer. Si l'aiguille d'injecteur 10 a une masse relativement importante, il faut appliquer les forces importantes et le mouvement de l'aiguille 10 demandera beaucoup d'énergie cinétique. Cette énergie cinétique doit être absorbée au moment de la rencontre avec le siège de soupape 19 ce qui se traduit par une usure importante au niveau du siège de soupape 19. Au contraire si The transverse holes 40 also have the advantage of reducing the mass of the injector needle 10. For injection operations which follow quickly as in the current so-called common rail injection systems, it is necessary that the injector needle 10 slides very quickly from the open position to the closed position. The lower the moving mass and the greater the forces, the faster the injector can open and close. If the injector needle 10 has a relatively large mass, the large forces must be applied and the movement of the needle 10 will require a great deal of kinetic energy. This kinetic energy must be absorbed at the time of the encounter with the valve seat 19 which results in significant wear at the level of the valve seat 19. On the contrary if
l'aiguille d'injecteur 10 a une faible masse, à la même vitesse elle aura moins d'énergie cinétique et ainsi la sollicitation lorsque l'aiguille 10 rencontre le siège de soupape 19 sera diminuée d'autant. the injector needle 10 has a low mass, at the same speed it will have less kinetic energy and thus the stress when the needle 10 meets the valve seat 19 will be reduced by the same amount.
Les perçages transversaux 40 sont prévus dans la tige 110 20 pour que des perçages transversaux voisins 40 sont tournés l'un par rapport à l'autre d'un angle cx. Les perçages transversaux 40 sont réalisés pour être perpendiculaires à l'axe longitudinal 11 de l'aiguille d'injecteur 10. On peut également prévoir des perçages transversaux 40 faisant un angle différent de 90 par rapport à l'axe longitudinal 11 de l'aiguille 25 d'injecteur comme cela est le cas par exemple d'un perçage transversal 40 au niveau du segment de guidage 210. Au niveau des parties meulées 34, les perçages transversaux 40 sont réalisés pour aller d'une partie meulées 34 à la partie meulée 34 opposée. Le perçage transversal voisin sera tourné de 90 par rapport à la partie meulée voisine 34, opposée dans le cas 30 de quatre parties meulées 34. Au niveau de la chambre à ressort 25, on peut réaliser plusieurs perçages transversaux 40; les perçages transversaux voisins sont également tournés d'un certain angle oc les uns par rapport aux autres. Grâce à un angle approprié cz entre les perçages transversaux voisins, de préférence un angle de 90 , l'aiguille 10 n'aura 35 pas de direction préférentielle pour sa rigidité transversale et on ne risque pas que l'aiguille 10 se grippe du fait d'un léger pliage dans le segment de The transverse holes 40 are provided in the rod 110 so that neighboring transverse holes 40 are turned relative to one another by an angle cx. The transverse holes 40 are made to be perpendicular to the longitudinal axis 11 of the injector needle 10. It is also possible to provide transverse holes 40 making an angle different from 90 relative to the longitudinal axis 11 of the needle 25 of injector as is the case for example of a transverse bore 40 at the level of the guide segment 210. At the level of the ground portions 34, the transverse holes 40 are produced to go from a ground portion 34 to the ground portion 34 opposite. The neighboring transverse hole will be rotated by 90 relative to the neighboring ground part 34, opposite in the case 30 of four ground parts 34. At the level of the spring chamber 25, several transverse holes 40 can be produced; the neighboring transverse holes are also rotated by a certain angle oc relative to each other. Thanks to an appropriate angle cz between the neighboring transverse holes, preferably an angle of 90, the needle 10 will not have a preferred direction for its transverse rigidity and there is no risk that the needle 10 will seize up due to '' a slight folding in the segment of
guidage 108.guide 108.
Pour avoir d'une part une réduction significative de la rigidité longitudinale sans affaiblissement significatif de l'aiguille d'injecteur 10, qui en détériorerait la stabilité de fonctionnement, le diamètre des perçages transversaux 40 représente entre 0,2 - 0,4 fois le diamètre de l'aiguille d'injecteur 10 dans cette zone. Globalement, les perçages transversaux 40 ont de préférence un volume pour lequel la masse de l'aiguille d'injecteur 10 est réduite d'au moins 10 % par rapport à celle d'une aiguille d'injecteur 10 sans perçages transversaux 40. To have on the one hand a significant reduction in longitudinal rigidity without significant weakening of the injector needle 10, which would deteriorate its operating stability, the diameter of the transverse holes 40 represents between 0.2 - 0.4 times the diameter of the injector needle 10 in this area. Overall, the transverse holes 40 preferably have a volume for which the mass of the injector needle 10 is reduced by at least 10% relative to that of an injector needle 10 without transverse holes 40.
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