FR2904377A3 - Systeme d'injection pour vehicule automobile a refroidissement ameliore et procede de fabrication d'un tel systeme d'injection - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système d'injection comportant au moins un injecteur (104) muni d'un nez d'injection, et un support (102) dudit injecteur (104), ledit support (102) comportant un alésage (106) dans lequel est monté ledit injecteur (104), ledit alésage (106) comportant une portion tronconique (116) du côté d'une zone d'injection, une bague (118) ayant un profil extérieur correspondant à celui de la portion tronconique (116) de l'alésage (106) du support (102) et un profil intérieur correspondant à celui du nez d'injection de manière à un contact surfacique important entre le nez d'injection et la bague (118), et entre la bague (118) et le support (102) pour améliorer un échange thermique entre l'injecteur (104) et le support (102).
Description
1 SYSTEME D'INJECTION POUR VEHICULE AUTOMOBILE A REFROIDISSEMENT AMELIORE
ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL SYSTEME D'INJECTION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à un système d'injection pour véhicule automobile à refroidissement amélioré, et à un procédé de fabrication d'un tel système d'injection. Il est connu des systèmes d'injection de carburant pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, injectant le carburant dans la chambre de combustion pour provoquer la rotation d'un vilebrequin par l'intermédiaire de pistons et de bielles. Il est également connu des systèmes d'injection utilisés pour réduire le niveau de pollution des gaz d'échappement. Par exemple, il est connu du document EP 1 138 891, un injecteur monté dans un culasse de moteur à combustion interne, de manière à injecter du carburant dans la zone de collecte des gaz d'échappement en sortie des chambres de combustion, ce qui permet un réduction des particules d'oxyde d'azote (NOX en terminologie anglaise).
Il est également connu d'injecter du carburant directement dans la ligne d'échappement entre un premier filtre à particules et un deuxième filtre à particules, cette injection permettant une régénération du premier filtre à particules.
2904377 2 Or, les injecteurs sont très sensibles à la température auquel ils peuvent être soumis. Les conditions d'implantation des injecteurs dans la culasse ou la ligne d'échappement sont d'ailleurs très 5 sévères, puisque le nez de l'injecteur est à la fois la partie la plus exposée à une forte température et la plus fragile. Un dépassement du niveau de température prescrit peut être à l'origine de problèmes de 10 fiabilité de l'injecteur, notamment du fait d'un encrassement du nez de l'injecteur par dépôt sur celui-ci, appelé coking. Il existe également des risques de fuite au niveau de l'aiguille de l'injecteur du fait de la tenue en température des matériaux utilisés.
15 Ainsi il est important de refroidir le nez d'injecteur afin d'accroître sa fiabilité de fonctionnement et sa durée de vie. Le nez d'injecteur est refroidi en grande partie par la circulation d'un carburant, par exemple 20 le gazole dans le cas d'un moteur diesel. Cependant, dans le cas des injecteurs fonctionnant par intermittence, le refroidissement n'est pas obtenu par le carburant, mais par une circulation d'un fluide de refroidissement dans le support, par exemple la 25 culasse, dans lequel l'injecteur est monté. Un échange thermique a alors lieu entre l'injecteur et le support au niveau de leur contact. Or dans certaines réalisations de montage de l'injecteur dans la culasse, il n'existe pas de contact direct entre la culasse et la paroi extérieure de l'injecteur au niveau de son nez. En effet, il est 2904377 3 prévu un jeu de montage entre le nez de l'injecteur et la culasse, le guidage et le maintien de l'injecteur dans la culasse étant obtenus au niveau d'une extrémité de l'injecteur opposée au nez.
5 L'injecteur est alors en appui sur la culasse uniquement au niveau d'une surface annulaire réduite par l'intermédiaire d'une bague d'étanchéité, comme représenté dans le document EP 1 138 891. Par conséquent la quantité de chaleur 10 contenue dans le nez d'injecteur doit suivre un chemin complexe, en effet elle doit remonter le nez d'injecteur et passer au travers de la bague d'étanchéité pour enfin rejoindre la culasse refroidie. La conduction de la chaleur est donc 15 entravée par une restriction de section au niveau de la rondelle d'étanchéité. En plus de la longueur du chemin de conduction thermique, la valeur de conductivité thermique du nez est faible.
20 C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un système d'injection permettant une évacuation thermique améliorée de l'injecteur. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but précédemment énoncé est atteint par 25 un système d'injection de carburant, dans lequel le contact entre l'injecteur et son support est accru par l'intermédiaire d'une bague tronconique offrant une bonne conductivité thermique, ainsi la surface d'échange est importante et le guidage de l'injecteur 30 dans le support n'est pas affecté.
2904377 4 En d'autres termes, on raccourcit le chemin d'évacuation de la chaleur et on augmente la surface d'échange thermique entre l'injecteur et le support. Pour cela, on introduit une bague ayant une 5 paroi extérieure tronconique coopérant avec une partie du support de forme correspondante et à paroi intérieure cylindrique de forme correspondante à celle du nez d'injecteur. Ainsi, le 10 plus direct. En effet, chemin d'échange est beaucoup la chaleur na pas à remonter le long de l'injecteur pour refroidie, par exemple la directement à l'extrémité pouvoir rejoindre une zone culasse, celle-ci est captée libre de l'injecteur par la bague tronconique. La résistance thermique formée par 15 l'injecteur, dont le matériau présente un faible coefficient de conductivité thermique, est alors court-circuitée . La présente invention a principalement pour objet un système d'injection comportant au moins un 20 injecteur muni d'un nez d'injection, un support dudit injecteur, ledit support comportant un alésage dans lequel est monté ledit injecteur, ledit alésage comportant une portion tronconique du côté d'une zone d'injection, une bague ayant un profil extérieur 25 correspondant à celui de la portion tronconique de l'alésage du support et un profil intérieur correspondant à celui du nez d'injection de manière réaliser un contact surfacique entre le nez d'injection et la bague, et entre la bague et le support pour 30 améliorer un échange thermique entre l'injecteur et le support.
2904377 5 De manière très avantageuse, la bague est fendue sur toute sa hauteur, ce qui permet son ajustement aux dimensions du support et assure un serrage de l'injecteur et son maintien.
5 L'injecteur comporte avantageusement une embase à l'opposé du nez d'injection, et le système d'injection comporte un moyen d'étanchéité disposé entre ladite embase de l'injecteur et le support de montage. La position éloignée du moyen d'étanchéité par 10 rapport à la zone où la température est élevée permet de protéger le moyen d'étanchéité. Dans un exemple de réalisation, l'injecteur peut comporter une partie cylindrique au niveau du nez d'injection. L'injecteur peut également comporter un épaulement annulaire en contact avec une grande base de la bague, ce qui permet d'appliquer un effort sur la bague par l'intermédiaire de l'injecteur lors du montage. Dans un exemple de réalisation, le support est une culasse refroidie. Dans un autre exemple de réalisation, le support est formé par une partie d'une ligne d'échappement. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un système d'injection selon la présente invention, comportant les étapes . - d'insertion de la bague dans l'alésage du 15 20 25 30 support, 2904377 6 - d'insertion du nez d'injection dans la bague, -d'application d'un effort selon l'axe de l'injecteur pour mettre en contact surfacique la 5 surface extérieure de la bague avec l'alésage et la surface intérieure de la bague avec l'injecteur. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins 10 annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un système d'injection de l'état de la technique, - la figure 2 est une vue en coupe 15 schématique d'un système d'injection selon la présente invention en cours de montage, - la figure 3 est vue en perspective d'une bague mise en oeuvre dans la présente invention, - les figures 4A à 4D sont des 20 représentations schématiques des étapes de fabrication d'un système d'injection selon la présente invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, on peut voir un système d'injection de l'état de la technique comportant un 25 support de montage 2, un injecteur 4 monté dans un alésage 6 pratiqué dans le support 2. L'injecteur 4 comporte un nez d'injecteur 8 par lequel un carburant est pulvérisé dans une chambre de combustion 9 ou ligne d'échappement.
2904377 7 L'injecteur 4 de forme de révolution d'axe longitudinal X, comporte une première partie 10 de plus grand diamètre, une deuxième partie 11 de diamètre inférieur à celui de la première partie 10 et une 5 troisième partie 12 de plus petit diamètre au niveau du nez d'injecteur 8. La deuxième partie 11 et la troisième partie 12 se raccordent par un épaulement annulaire 13. Chacune des parties 10, 11, 12 a une forme de cylindre régulier.
10 L'alésage 6 du support de montage 2 comporte une première portion 14 de plus grand diamètre de diamètre sensiblement égale à celui du diamètre extérieur de la première partie 10 de plus grand diamètre et une deuxième portion 16 de plus petit 15 diamètre sensiblement plus grand que le diamètre extérieur de la troisième partie 12 de l'injecteur 4. Le première portion 14 se raccorde à la deuxième portion 16 par une portée annulaire 18. Ainsi l'injecteur 4 est guidé et maintenu 20 au niveau de sa première partie 10 par la première portion 14 de l'alésage 6. L'épaulement 13 est disposé sensiblement en regard de la portée annulaire 18, un joint d'étanchéité 20 étant interposé entre les deux.
25 Un moyen d'étanchéité 22 est également prévu entre le support 2 et la chambre de combustion 9 ou la ligne d'échappement Dans la chambre de combustion 9 ou la ligne d'échappement se trouvent des gaz chauds transportant 30 une certaine quantité de chaleur, cette chaleur échauffe le nez d'injecteur 8.
2904377 8 Le chemin suivi part cette quantité de chaleur est symbolisé par les flèches 24. La chaleur remonte donc le long du nez 8, tout le long de la troisième partie 12, et partiellement le long de la 5 deuxième partie 11, puis traverse le joint 22 et atteint le support 2. Le support est par exemple formé par une culasse refroidie par un liquide de refroidissement circulant dans la culasse au niveau de piquages 26.
10 Le refroidissement de l'injecteur par échange thermique est donc peu efficace. La présente invention représentée sur la figure 2 permet d'améliorer ce refroidissement. Le système d'injection comporte un support 15 102 et au moins un injecteur 104. L'injecteur 104 a sensiblement la même forme que celui de l'état de la technique, ce qui permet d'utiliser des injecteurs dont la fiabilité de fonctionnement est éprouvée, réduisant ainsi les coûts 20 de développement. L'injecteur 102 d'axe X1 comporte des premières 110, deuxième 111, et troisième 112 parties en forme de cylindre régulier de diamètre décroissant. La deuxième partie 111 se raccorde à la troisième parie 25 112 par un épaulement 113. Le support 102 comporte un alésage 106 d'axe X2 pour recevoir l'injecteur 104. L'alésage 106 comporte une première portion 114 de diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur 30 de la première partie 110. L'injecteur 104 est donc monté sensiblement sans jeu dans l'alésage au niveau de 2904377 9 la première portion 114, celle-ci assurant ainsi le guidage de l'injecteur dans le support 102. Les axes X1 et X2 sont alors coaxiaux. L'alésage 106 comporte une deuxième portion 5 116 tronconique, dont la plus grande base a, dans l'exemple représenté, un diamètre égal à celui de la première portion 114. Un moyen d'étanchéité 125, par exemple un joint torique est interposé entre une embase 115 de 10 l'injecteur à l'opposé d'un nez d'injection et une paroi supérieure 103 du support 102. Le moyen d'étanchéité 125 se trouve alors éloigné de la source de chaleur, et est donc en partie protégé. Sa durée de vie est donc augmentée. Selon la présente invention, une bague 118 représentée sur la figure 3, est introduite entre l'injecteur 104 et la paroi de l'alésage 106 pour améliorer l'échange thermique entre l'injecteur 104 et le support 102. La bague 118 comporte une paroi extérieure 120 de forme tronconique et un passage 121 traversant à section circulaire de diamètre apte à permettre le passage de la troisième partie 112 de l'injecteur 104. La bague 118 comporte une grande base 119, et une 25 petite base 123 bordant le nez 108. Dans l'exemple représenté, le diamètre intérieur du passage 121 est égal au diamètre extérieur de la petite base 123, mais cette configuration n'est pas limitative. On pourrait prévoir que ces diamètres 30 soient différents suivant la géométrie de l'injecteur.
15 20 2904377 10 De manière avantageuse, la bague 118 est fendue sur toute sa hauteur permettant ainsi la fabrication facilitée du système d'injection grâce à un ajustement simplifié.
5 Le diamètre du passage 121 est alors plus grand que le diamètre de la troisième partie 112 du l'injecteur 104, et l'angle au sommet de la partie tronconique 120 est légèrement supérieur à celui de la deuxième portion 116 pour permettre un ajustement lors 10 du montage de la bague dans l'alésage 106. La différence d'angle au sommet est représentée de manière schématique sur la figure 2. Les angles au sommet de la bague et de l'alésage ont avantageusement des valeurs comprises entre 116 et 120 .
15 Ainsi lors du montage, la bague 118 en s'appliquant contre la deuxième portion tronconique 116 se resserre autour de la troisième partie 112, et s'ajuste aux dimensions de l'alésage 106, permettant d'optimiser le contact entre, d'une part entre la 20 troisième partie 112 de l'injecteur 104 et la bague 118, et d'autre part entre la bague 118 et la deuxième portion 116 du support 102. On pourrait prévoir d'utiliser des bagues 118 parfaitement ajustées, dont le diamètre intérieur 25 serait égale à celui de la troisième partie 112 de l'injecteur pour assurer un contact parfait entre l'injecteur et la bague et dont la conicité correspondrait à celle de la deuxième portion 116 pour assurer également un très bon contact. Cependant cette 30 réalisation nécessite une précision très élevée.
2904377 11 On peut également prévoir de réaliser une bague comportant plusieurs sections angulaires séparées. De manière avantageuse, les conicités de la 5 bague 118 et la deuxième portion 116 sont faibles, ce qui permet un contact glissant entre la bague 118 et le support 102. Ainsi la bague 118 peut légèrement bouger le long de l'axe X dans la deuxième portion 116 en changeant de diamètre.
10 Le support 102 comporte des moyens pour évacuer la chaleur, par exemple par écoulement de fluide de refroidissement, par exemple un liquide dans des piquages 126 pratiqués dans le support 102. Sur la figure 4D, on peut voir un système 15 selon la présente invention complètement monté. La flèche 124 représente le chemin suivi par la chaleur, comme on peut le voir celui-ci est très court et permet donc une évacuation rapide et efficace de la chaleur. La forme tronconique de contact entre la 20 bague 118 et le support 102 permet de rendre maximale la surface d'échange thermique entre le support et la bague. L'injecteur peut être réalisé en acier inoxydable. Quant à la bague, elle est réalisée dans un 25 matériau offrant une bonne conductivité thermique, par exemple du cuivre. Un injecteur comportant une troisième partie 112 de forme tronconique et une bague ayant un passage 121 de forme tronconique correspondante ne sort 30 pas du cadre de la présente invention.
2904377 12 Nous allons maintenant décrire les étapes de montage de l'injecteur dans le support à l'aide des figures 4A à 4D. Lors d'une première étape représentée sur 5 la figure 4A, la bague 118 est insérée dans l'alésage 106, la petite base 123 en premier, puis l'injecteur 104, en particulier sa troisième partie 102 est introduite dans la bague 118. Comme on peut le voir sur la figure 4A, un jeu existe entre le nez d'injection et 10 la paroi du passage 121. Lors d'une étape suivante représentée sur les figures 4B et 4C, on applique une force sur l'injecteur selon la flèche A. L'injecteur est en appui par son épaulement 113 sur la grande base 119 de la 15 bague, ce qui permet d'appliquer un effort selon l'axe X, en direction de la zone d'injection. La bague 118 se déplace alors suivant la flèche B dans la deuxième portion 116 de l'alésage 106. Sur la figure 4C, on peut voir en détail le 20 contact entre la bague 118 et l'injecteur. La force de bridage F se décompose en une composante horizontale F1 et en une composante verticale F2. La composante horizontale F1 entraîne un resserrage de la bague autour de la troisième partie 112 de l'injecteur 104.
25 Ensuite comme cela est représenté sur la figure 4D, la bague 118 descend jusqu'à ce que la paroi intérieure du passage 121 vienne en contact avec la troisième partie 112. Selon la présente invention, le support 30 peut être soit une culasse, soit une ligne d'échappement.
2904377 13 Dans le cas d'une culasse, le système d'injection selon la présente invention peut être mis en oeuvre pour la propulsion du véhicule automobile, les injecteurs pulvérisant du carburant dans les chambres 5 de combustion délimitées par les pistons reliés au vilebrequin, et/ou pour la dépollution en sortie du moteur en réduisant la quantité de NOX.
Claims (9)
1. Système d'injection comportant au moins un injecteur (104) muni d'un nez d'injection, et un support (102) dudit injecteur (104), ledit support (102) comportant un alésage (106) dans lequel est monté ledit injecteur (104), ledit alésage (106) comportant une portion tronconique du côté d'une zone d'injection, une bague (118) ayant un profil extérieur correspondant à celui de la portion tronconique (116) de l'alésage (106) du support (102) et un profil intérieur correspondant à celui du nez d'injection de manière à réaliser un contact surfacique entre le nez d'injection et la bague (118), et entre la bague (118) et le support (102) pour améliorer un échange thermique entre l'injecteur (104) et le support (102).
2. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel la bague (118) est fendue sur toute sa hauteur.
3. Système d'injection selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'injecteur (104) comporte une embase (115) à l'opposé du nez d'injection, ledit système comportant un moyen d'étanchéité (125) disposé entre ladite embase (115) de l'injecteur (104) et le support (102) de montage.
4. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 2904377 15 l'injecteur (104) comporte une partie cylindrique (112) au niveau du nez d'injection.
5. Système d'injection selon l'une 5 quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'injecteur (104) comporte un épaulement annulaire (113) en contact avec une grande base (119) de la bague (118). 10
6. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le support est une culasse refroidie.
7. Système d'injection selon l'une 15 quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le support (102) est formé par une partie d'une ligne d'échappement.
8. Système d'injection selon l'une 20 quelconque des revendications précédentes, dans lequel la bague (118) est en cuivre.
9. Procédé de fabrication d'un système d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 25 à 8, comportant les étapes de : - d'insertion de la bague (118) dans l'alésage (106) du support (102), - d'insertion du nez d'injection dans la bague (118), 30 - d'application d'un effort selon un axe de l'injecteur (104) pour mettre en contact surfacique la 2904377 16 surface extérieure de la bague (118) avec l'alésage (106) et la surface intérieure de la bague (118) avec l'injecteur (104).
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Effective date: 20080331 |