Brevet FR2530294A1 — publié le 19840120

La présente invention est relative à un dispositif d'interception d'un fluide En particulier, la présente invention est relative à un dispositif du type comprenant un corps présentant un conduit dans lequel, en utilisation, peut s'écouler un fluide, un piston coulissant dans un siège dans ledit corps et-doté d'une partie d'extrémité apte à intercepter le conduit, et des moyens de commande du déplacement du piston dans le siège entre une première position et une seconde position de travail o la partie d'extrémité respectivement ferme et ouvre le conduit. Les dispositifs d'interception du type ci-dessus spécifié sont utilisés de diverses façons dans divers buts par exemple, ils sont utilisés comme vannes asservies du type proportionnel ou bien ouvert-fermé (par tout ou rien) ou bien comme injecteurs de carburant dans le domaine des moteurs endothermiques En particulier, afin d'augmenter l'efficacité des moteurs et surtout des moteurs du type diesel, on a étudié différentes solutions par rapport à l'injectionten particulier en ce qui concerne l'augmentation de la pression d'injection, la diminution de la durée d'injection et en général l'amélioration du contrÈle dans toutes ces phases A ce sujet, on conna Ut des études o est prévue l'utilisation de matériaux piézo-électriques. dans la réalisation de moyens de commande du déplacement du piston: en particulier, on conna Xt une forme de réalisation d'un injecteur qui utilise, comme moyen de mise en action du déplacement du piston, un élément réalisé en un matériau piézo-électrique et présentant une forme cylindrique Un tel moyen de mise en action est connu uniquement au niveau expérimental et présente quelques inconvénients qui n'ont pas permis sa réalisation à l'échelle industrielle En fait, le cylindre piézoélectrique présente le risque d'une dépolarisation dans le cas o serait dépassée, en conditions de service, une valeur critique de pression; en outre, ce cylindre a un coefficient de dilatation volumétrique assez limité et en utilisation, il doit être contenu à l'intérieur d'un récipient cylindrique dilatable. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif d'interception d'un fluide, qui surmonte les inconvénients présentés par les dispositifs connus et cités ci-dessus. Ce but est atteint par la présente invention qui se rapporte à un dispositif d'interception d'un fluide avec un corps présentant un conduit dans lequel peut s'écouler le fluide, un piston coulissant dans un siège prévu dans le corps et doté d'une partie d'extrémité apte à intercepter le conduit, et des moyens de commande du déplacement du piston dans son siège entre une première et une seconde position de travail o la partie d'extrémité respectivement ferme et ouvre le conduit; ce dispositif est caractérisé en ce que les moyens de commande du déplacement du piston comprennent au moins un élément de forme sensiblement creuse, réalisée en un matériau piézo- électrique-et logé à l'intérieur d'une chambre qui se trouve dans le corps, qui communique avec une partie radiale de la surface du piston et qui contient un liquide qui effleure aussi la partie radiale de la superficie du piston; Les surfaces interne et externe de cet élément piézo-électrique sont revêtues d'ane couche d'un matériau électriquement conducteur et sont reliées à des bornes respectives d'alimentation électrique placées à l'intérieur du corps. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'une première forme de réalisation d'un dispositif selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, faite suivant le plan II-II de la figure 1; et la figure 3 est une vue en élévation et en coupe d'un détail se rapportant à une seconde forme de réalisation d'un dispositif selon la présente invention. En se référant plus particulièrement à la figure 1, un dispositif d'interception d'un fluide réalisé selon les préceptes de la présente invention est indiqué, dans son ensemble, en 1, et il comprend sensiblement un corps subdivisé en une portion supérieure 3 et une portion inférieure 4 réunies au moyen d'un élément tubulaire intérieurement fileté 5 et présentant, à l'intérieur, un conduit 6 dans lequel, en utilisation, s'écoule-le fluide que l'on souhaite intercepter La portion inférieure 4 du corps 2 est axialement percée afin de définir un siège 8 cylindrique dans lequel est coulissant un piston 9 A sa partie tournée vers la portion supérieure 3, le piston 9 présente une tête 10 d'un diamètre réduit et une rainure 11 qui définit, avec le siège cylindrique 8, deux chambres annulaires respectives 13, 12 A la partie opposée à la tête 10, le piston 9 présente en outre une tige d'extré- mité 15 qui définit, avec la portion inférieure opposée 4 du corps 2, un espace 16 qui communique en amont avec le conduit 6 au moyen d'une chambre annulaire 17 A la partie opposée à la chambre 17, la tige 15 présente une tête d'épingle 18 pouvant fermer des trous traversants d'extrémité 19 présentés par la portion 4. Selon la présente invention, les chambres 12 et 13 sont reliées, par des conduits respectifs 22, 23, à des chambres sphériques respectives 24, 25 réalisées dans la partie de tête de la portion 3 et recevant chacune un élément respectif 26, 27 en forme de coquille sphérique et réalisé en un matériau piézo-électrique En plus de détail, chaque chambre 24, 25 est obtenue en combinant deux sièges hémisphériques, dont le premier se trouve dans un couvercle 28 fixé à la portion 3 au moyen de boulons 29. En correspondance avec chaque chambre 24, 25, le couvercle 28 présente deux orifices respectifs d'évent 31, 32 qui sont reliés vers l'extéirieur au moyen de vannes 33, 34 d'un type connu. En se référant plus particulièrement à la figure 2 on peut voir que l'élément piézo-électrique 26 présente aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur, un revêtement respectivement 35, 36 en un matériau conducteur En plus de détail, le revêtement interne 35 est relié à une zone conductrice 37 sur la surface externe de l'élément 26 au moyen d'une partie conductrice radiale 38 A la zone 37 est reliée l'extrémité d'un câble électrique 39, qui, à son extrémité opposée, est relié à un connecteur électrique respectif 40 Le revêtement conducteur externe 36 est évidemment interrompu à l'endroit correspondant à la zone conductrice 37 et il est électriquement alimenté au moyen de ressorts conducteurs appropriés 42 ayant une extrémité soudée à la portion 3 et une extrémité opposée qui est configurée en forme de croche-t po 1 UP entrer dans une cavité correspondante 43 dans la superficie externe de l'élément 26 De cette façonjles ressorts 42 accomplis- sent en même temps la fonction d'alimentation électrique du revêtement externe 36 et de positionnement de l'élément piézo-électrique 26 dans la chambre respective 24 La connexion électrique du revêtement 36 à l'extérieur est obtenue au moyen d'un câble électrique 44 ayant une extrémité soudée à la portion 3 et son extrémité opposée reliée à un connecteur 45. En se référant à la figure 3, la portion d'extrémité d'un dispositif d'interception (qui n'est pas totalement illustré), réalisé selon les concepts de la présente invention, est indiquée, dans son ensemble, en 46. En particulier, en comparant cette portion d'extrémité 46 à celle décrite en se référant à la figure 1,,on retrouve respectivement un espace 47 à travers lequel arrive le fluide à intercepter, un piston 48 qui accomplit la fonction d'élément d'interception, et des orifices passants 49 analogues aux orifices 19 de la figure 1 L'espace 47 O 294 est délimité par les parois opposées d'un corps cylindrique interne 50 et d'un corps tubulaire externe 51 à l'extrémité duquel sont prévus les orifices 49. Le piston 48 présente une tige 53 de section réduite qui coulisse dans un siège cylindrique 54 dans le corps 50, et prià 3 mtede plus un orifice axial traversant 55 qui met une chambre supérieure 56, délimitée par la surface de la tête de la tige 53 et par les surfaces en vis-à-vis du corps 50, en communication avec une chambre inférieure 57 qui, en utilisation, reçoit le fluide prove- nant de l'espace 47 et le dirige vers les trous 49 Le piston 48 présente en outre une tête 58 qui s'étend de la tige 53 et qui glisse dans un siège respectif 59 présenté par le corps 50 de façon à définir, avec celui-ci, une chambre annulaire 60 Cette dernière est reliée, par un conduit 61, à une chambre correspondante dans laquelle se trouve un élément piézo-électrique de mise en action en forme de coquille sphérique (non illustré), semblable, en tout, par exemple, à l'élément 26 décrit en se référant à la figure 2. Le fonctionnement du dispositif I 1 se fait d'une façon très simple et intuitive En fait, en utilisation, le conduit 6 est alimenté par le fluide sous pression que l'on souhaite intercepter, tandis que dans les conduits 22, 23 et dans les chambres 12, 13 et 24, 25 est introduit le fluide de commande qui peut également être du même type que le fluide à intercepter Par exemple, dans le cas o le dispositif 1 est utilisé comme injecteur, ce fluide peut être constitué d'essence Etant ainsi alimenté, en une tension continue appropriée, chaque élément piézo- électrique 26, 27 induit une variation de volume qui est convertie en une variation de pression du liquide de commande contenu dans les conduits 22, 23, déterminant en conséquence une translation en sens axial du piston 9. En combinant de façon appropriée les valeurs des tensions appliquées à chaque élément piézo-électrique 26, 27, il est possible d'intercepter ou de laisser s'écouler librement le fluide provenant du conduit 6 et dirigé vers les orifices 19. De façon analogue à ce qui a été décrit en se référant aux figures 1 et 2, sur la figure 3, l'intercep- tion du fluide est obtenue au moyen du piston 48, dont les translations axiales sont obtenues en agissant, au moyen de l'élément piézo-électrique indiqué, sur la valeur de la pression à l'intérieur de la chambre annulaire Dans ce cas, on observe que, en raison de l'orifice traversant 55 qui met en communication les extrémités opposées en sens axial du piston 48, ce dernier se trouve hydrauliquement équilibré et demande ainsi une pression avantageusement limitée pour pouvoir se déplacer de la position de fermeture à la position d'ouverture. -A l'examen des caractéristiques des dispositifs réalisés selon la présente invention, on peut observer qu'ils permettent d'atteindre les objectifs spécifiés ci- dessus En fait, l'adoption d'un élément de mise en action du type piézoélectrique en forme de coquille sphérique nre présente dans la pratique aucune limite de nature mécanique pouvant provoquer la dépolarisation du matériau par le fait que la compression mécanique du moyen sphérique de mise en action (ou plus généralement creux) ne comporte pas une désorientation mécanique des dipôles, éléments qui produisent, par orientation, l'effet piézo-électrique. En outre, ce type de moyen de mise en action permet d'obtenir des avantages également très importants en rapport avec les coefficients de variation volumétrique sans demander un conteneur particulier, ce qui permet de travailler avec une simple immersion dans le liquide de commande, à condition que le matériau piézo-électrique utilisé ne soit pas perméable. Enfin, il est clair qu'aux formes de réalisation ci-dessus décrites des dispositifs d'interception, on peut apporter des modifications et variantes sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, d'importantes modifications peuvent être apportées au système décrit sur la figure 2 de connexion électrique des revêtements interne et externe. En outre, chaque élément piézo-électrique 26, 27 pourrait être avantageusement constitué de plusieurs couches d'un matériau piézoélectrique superposées avec interposition d'une couche conductrice et avantageusement reliées pour permettre l'alimentation électrique de chacune d'entre elles Dans ce cas, on aurait l'avantage d'obtenir un même-champ électrique avec des valeurs de tension d'alimen- tation fortement réduites par rapport à celles demandées dans l'exemple illustré. Selon une autre forme de réalisation, chaque élément piézo-électrique 26, 27 pourrait présenter une structure différente de celle en coquille sphérique décrite ci-dessus, à condition de présenter une cavité interne. Enfin, l'intérieur de chaque élément 26, 27 pourrait être rempli, à la place de l'air, d'un quelconque gaz ou bien d'un matériau adapté élastiquement déformable, par exemple du type mousse à cellule fermée, ou bien encore un vide pourrait y être créé. R E V E N D I C A T I O NS 1. Dispositif d'interception d'un fluide avec un corps présentant un conduit dans lequel peut s'écouler ledit fluide, un piston glissant dans un siège prévu dans ledit corps et doté d'une portion d'extrémité apte à intercepter ledit conduit, et des moyens de commande de déplacement dudit piston dans ledit siège entre une première et une seconde position de travail o ladite portion d'extrémité respectivement ferme et ouvre ledit conduit; caractérisé en ce que lesdits moyens de commande du déplacement dudit piston comprennent au moins un élément ( 26, 27) de forme sensiblement creuse, en un matériau piézo-électrique et se trouvant à l'intérieur d'une chambre ( 24, 25) qui est prévue dans ledit corps ( 2), en communication avec une portion radiale de la surface dudit piston ( 9) et contenant un liquide qui effleure également ladite portion radiale de surface dudit piston ( 9); les surfaces interne et externe dudit élément piézo-électrique ( 26, 27) étant revêtues d'une couche ( 35, 36) d'un matériau électriquement conducteur et reliées à des bornes respec- tives d'alimentation électrique ( 40, 55) placées à l'extérieur dudit coros ( 2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de-l'élément creux ( 26, 27) précité est contenu un fluide du type gazeux ou bien est réalisé le vide. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide précité du type gazeux est de l'air. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de chacun des éléments creux ( 26, 27) précités, est contenu un matériau compres- sible servant de moyen élastique. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau compressible précité ? 2530294 est du type mousse à cellule fermée. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche ( 35) précitée en matériau conducteur qui recouvre la surface interne de l'élément creux ( 26, 27) précité est électriquement reliée à une zone ( 37) conductrice se trouvant sur la surface externe dudit élément ( 26, 27) et qui est électriquement isolée de ladite couche ( 36) qui recouvre extérieurement ledit élément ( 26, 27). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des éléments piézo-électriques ( 26, 27) précités est soutenu à l'intérieur de la chambre respective ( 24, 25), par des moyens élastiquement déformables. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments élastiquement déformables précités sont constitués de ressorts ( 42) en matériaux électriquement conducteurs. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque ressort ( 42) précité a une extrémité fixée au corps ( 2) précité et une extrémité opposée qui coopère avec un siège respectif ( 43) sur la surface externe de l'élément piézo-électrique ( 26, 27) précité de façon à établir entre ledit corps ( 2) et ledit élément ( 26, 27), soit un engagement du type mécanique, soit une connexion du type électrique. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des chambres ( 24, 25) précitées o est logé l'élément piézo-électrique ( 26, 27) précité, communique avec l'extérieur au moyen d'un conduit respectif d'évent ( 31, 32) et une vanne hydraulique ( 33, 34). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston ( 19) précité présente une tête ( 10) avec une section restreinte et, en position intermédiaire, une rainure annulaire ( 11) qui définit avec le corps ( 2) précité, deux Chambres annulaires respectives ( 12, 13) , dont chacune communique avec la chambre ( 23, 24) précitée o se trouve l'élément piézo-électrique ( 26, 27) précité. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la chambre ( 24, 25) précitée est délimitée par des surfaces en vis-à-vis du corps ( 2) précité et d'un couvercle ( 28) profilé qui lui est relié. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la chambre ( 24, 25) précitée est de forme sensiblement sphérique - 14. Dispositif selon lrune quelconque des revendications I à 10, caractérisé en ce que le piston ( 48) précité présente deux portions ( 53, 58) ayant des diamètres différents définissant avec le corps ( 50) précité une chambre annulaire ( 60) appropriée qui est reliée à la chambre ( 24, 25) précitée o est contenu l'élément piézo-électrique ( 26, 27) précité; les extrémités axiales opposées dudit piston ( 48) communiquant entre elles par un trou traversant ( 55). 15 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, carabtérisé en ce que l'élément piézo-électrique creux ( 26, 27) précité a une structure de coquille sphérique. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé ence que l'élément creux ( 26, 27) précité est constitué d'un certain nombre de couches d'un matériau piézo-électrique avec inter- position, entre chacune d'elles, d'une couche d'un matériau conducteur relié à l'extérieur par des bornes correspon- dantes d'alimentation électrique. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide précité est constitué d'un carburant.