Brevet FR2534318A1 — publié le 19840413

La présente invention concerne une struc- ture de soupape pilotée électriquement pour fluides li- quides ou gazeux, en particulier pour dispositifs d'injection de carburant de moteurs à combustion interne, structure qui comporte, d'une part, un élément de réglage commandé électriquement, à course de réglage réduite, qui agit sur une soupape pilote qui, en position de repos, établit une commu- nication entre la conduite d'amenée dudit fluide et une conduite de retour mais qui, en position de travail, interrompt cette communication, ladite structure compor- tant, d'autre part, une aiguille d'injection qui, pour une pression déterminée régnant dans ladite con- duite d'amenée, libère un orifice d'injection Une sou- pape comportant ces caractéristiques a déjà été pro- posée dans la demande de brevet allemand P 31 39 830 8-13. Des éléments de réglage à course de réglage réduite sont, par exemple, des dispositifs magnéto- strictifs ou p zo- céramiqueso Les propriétés caracté- ristiques d'éléments de réglage piézo-électriques sont des temps de commutation courts de 50 ps pour des cour- ses de réglage d'environ 0,05 Tmm avec des forces de réglage de jusqu'à plus de 1 k N Des problèmes peuvent se poser lorsqu'un positionnement exact de la course de réglage est nécessaire, par exemple dans des systèmes hydrauliques, dans lesquels le débit hydraulique doit être réglé en fonction de la course de réglage. Les éléments de réglage piézo-électriques connus ont une longueur horstout comprise entre 50 et 100 mm Si l'on tient compte de leurs coefficients d'allongement thermiques linéaires moyens de = 20 10 6/e C, cela correspond, pour un changement de température de 1000 C avec A 1 = 1 P réglage de 0,05 mm, cela représente donc une perte de 20 %. Si un tel élément de réglage est incorporé à des systèmes hydrauliques à haute pression, par exemple d'environ 1000 bars, il se produit en outre des déformations mécaniques d'origine hydraulique, qui réduisent encore la course de réglage utilisable. D'après-le brevet allemand 30 37 078, on connait un élément de réglage, qui assure une compensation des variations de longueur thermiques grâce au fait que l'élément piézo-électrique et un élément d'espacement sont faits du même matériau. Cette solution est très compliquée au point de vue technique de fabrication et, par consé- quent, très coûteuse En outre, son utilisation dans des systèmes à haute pression n'est guère possible en raison des matériaux fragiles. D'après la demande de Drevet allemand publiée avant examen 29 31 874, on conna It une solu- tion, dans laquelle l'élément de réglage coopère, par l'intermédiaire d'un système ressort-masse, avec un amortisseur et assure de cette manière un équilibrage de température Toutefois, cet élément de réglage n'est approprié que pour de courts actionnements dy- namiques; cette solution ne permet pas, par contre, le maintien statique d'une position déterminée de l'élément de réglage. L'invention a pour objet de créer une soupape à commande électrique pour éléments de réglage à course de réglage réduite, et cela à de faibles coûts, soupape qui, même lorsqu'elle est utilisée dans des systèmes à haute pression, compense automatiquement des variations dues à la température ainsi que des variations mécaniques de la course de réglage, et convienne pour des temps de commande dynamique aussi bien courts que relativement longs. A cet effet, suivant l'invention: a) le plateau de soupape pilote mobile axialement dans la chambre de soupape pilote est pressé par un ressort de soupape pilote contre la surface de référence tournée vers l'élément de réglage, b) l'élément de réglage, à son extrémité éloignée de la soupape pilote, est relié à un socle d'élément de réglage, c) un ressort d'élément de réglage, s'éten- dant entre ce socle d'élément de réglage et le boîtier de soupape, presse l'élément de réglage contre le plateau de soupape pilote, la force du ressort de la soupape pilote étant plus grande que la force du ressort de l'élément de réglage, et d) le bo Ttier de soupape présente, dans la région du socle d'élément de réglage, un canal annulaire relié à la conduite d'amenée et qui, en di- rection du compartiment d'élément de réglage, est obturé par une douille de serrage liée par adhérence de matière au bottier de soupapes douille dans laquelle l'élément de réglage est guidé au-moyen du socle d'é- lément de réglage de manière à pouvoir se déplacer axialement mais de façon à pouvoir être bloqué. Cette solution offre l'avantage qu'on tient compte de tout changement de longueur de l'élé- ment de réglage jusque immédiatement avant l'actionne- ment de celui-ci et que, par conséquent, pour chaque actionnement, on dispose, indépendamment de déformations dues à la température et/ou mécaniques, de la totalité de la course de réglage de l'élément de réglage Par conséquent, il est également possible d'actionner l'élé- ment de réglage statiquement, c'est-à-dire de laisser la soupape ouverte plus longtemps, au moins aussi longtemps qu'aucune déformation de l'élément de réglage n'est à prévoir entre temps. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint qui en représente, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution. La figure unique a représenté schématique- ment, en coupe transversale, une soupape d'injection de carburant pour-moteurs à combustion interne. Dans un bottier de soupape commun 1 se trouve dans la partie inférieure, une aiguille d'in- jection 2, qui est appliquée par un ressort de pres- sion d'injection 3 contre un orifice d'injection 4. Une conduite d'amenée de carburant 5 communique, par l'intermédiaire d'un canal de pression 6, avec un compartiment de pression 4 a, qui présente l'orifice d'injection 4. La conduite d'amenée de carburant 5 mène également à un canal annulaire 7 dans une chambre de soupape pilote 8, qui communique avec la conduite de retour de carburant 9 La conduite de retour de car- burant 9 est également reliée, par l'intermédiaire de la conduite de retour 9 a, au compartiment dans le- quel se trouve le ressort de pression d'injection 3. Dans la chambre de soupape pilote 8 se trouve un plateau de soupape pilote 10, qui est dépla- cé par un élément de réglage piézo-électrique 11, lors de l'excitation de celui-ci par un signal de réglage électrique, vers le canal annulaire 7 et, dans sa position extrême, obture celui-ci Ce mouvement s'effectue à l'encontre de la force d'un ressort de soupape pilote 12 qui, lorsque l'élément de réglage t 30 n'est pas excité, presse le plateau de soupape pilote contre la surface limite de la chambre de soupape pilote 8, surface tournée vers l'élément de réglage et servant de surface de référence 13. L'élément de réglage il en matériau piézo-céramique est lié rigidement, à son extrémité éloignée de la soupape piloter à un socle d'élément de réglage 14 métallique Un ressort d'élément de réglage 15, qui prend appui sur le bottier de soupape 1, presse l'élément de réglage, par l'intermé- diaire du socle d'élément de réglage 14 et d'un poinçon lia, contre le plateau de soupape pilote La force du ressort de soupape pilote 12 est, suivant l'invention, plus grande que celle du ressort d'élément de réglage 15, dans l'exemple d'exécution décrit environ 10 fois plus grande, moyennant quoi la surface de référence 13, à toute température et à toute pression, représente la position initiale pour chaque mouvement de l'élément de réglage. La chambre d'élément de réglage 11 b présente, au voisinage du socle d'élément de réglage 14, un canal annulaire 1, relié par l'intermédiaire du canal 5 a, à la conduite d'amenée de carburant 5, et qui est obturé par une douille de serrage 17 liée par adhérence de matière au bâti de soupape 1 Dans cette douille de serrage, l'élément de réglage est guidé au moyen du socle d'élément de réglage 14 de manière à pouvoir se déplacer axialement. Le fonctionnement de la soupape d'injection de carburant est décrit ciaprès Une pompe à carburant non représentée amène, à la soupape d'injection de car- burant, le carburant sous des pressions maximales de 1000 bars, de façon synchronisée mécaniquement par intermittence par un organe rotatif du moteur à combus- tion interne à piloter En position de repos, la conduite d'amenée de carburant 5 communique avec la conduite de retour de carburant 9 par l'intermédiaire du canal annulaire 7 et de la fente d'une largeur ma- ximale d'environ 0,05 mm prévue dans la chambre de soupape pilote 8 Cette fente étroite forme une zone d'étranglement. Si maintenant du carburant est amené à par- tir de la pompe à carburant, il s'établit en amont de la zone d'étranglement une pression de quelques bars (environ 10 à 30 bars) qui se propage par l'inter- médiaire du canal de compression 6, dans le compar- timent de compression 4 a et; par l'intermédiaire du canal 5 a, dans la chambre annulaire 16 Avec cette surpression relativement faible, l'aiguille d'injec- tion 2 ne peut pas libérer l'orifice d'injection 4, car le ressort de pression d'injection est réglé à une valeur d'environ 1000 bars- Cette légère sur- pression permet néanmoins d'immobiliser suffisamment l'élément de réglage par liïntermédiaire de la douille de serrage 17 agissant sur le socle d'élément de réglage 14 Au moment approprisé, une "impulsion d'injection" électrique (synchronisée par l'intermédiaire d'un montage électronique d'injection) est ensuite appliquée à l'élément de réglage 11, de sorte que celui-ci s'allonge et presse vers le bas le plateau de soupape pilote 10, à l'encontre de la force du ressort de soupape pilote 12, moyennant quoi le canal annulaire 7 est obturé et la totalité de la pression peut s'établir sur l'aiguille d'injection 2, mais aussi sur la douille de serrage 17 De cette manière, l'élément de réglage est encore davantage bloqué Lorsque la pression déterminée par le ressort de pression d'injection 3 est atteinte, l'aiguille d'injection 2 libère l'orifice d'injection 4 et le carburant est injecté sous pression élevée. Apres la fin de "l'impulsion d'injection", le plateau de soupape pilote 10 est de nouveau appliqué sous pression contre la surface de référence 13, la haute pression s'annule et l'aiguille d'injection 2 referme l'orifice d'injection Le processus d'injec- tion est terminé La légère surpression provoquée par la zone d'étranglement et, par conséquent, le serrage de l'élément de réglage subsistent néanmoins jusqu'à ce que la pompe à carburant cesse son refoulement L'élé- ment de réglage alors libéré ne peut effectuer sa variation de longueur provoquée par la température ou des déformations qu'a l'encontre de la force du ressort d'élément de réglage 15, avant qu'au cycle de refoulement suivant, il soit de nouyeau immobilisé, car il repose sur son autre c Oté, par l'intermédiaire du poinçon lia, sur la surface de référence 13, en rai- son de la force plus grande du ressort de soupape pilote 12. "RTENDB'CATTON Structure de soupape pilotée électrique- ment pour fluides liquides ou gazeux, en particulier pour dispositifs d'injection de carburant de moteurs à combustion interne, structure qui comporte, d'une part, un élément de réglage commandé électriquement, à course de réglage réduite, qui agit sur une soupape pilote qui, en position de repos, établit une commu- nication entre la conduite d'amenée dudit fluide et une conduite de retour mais qui, en position de travail, interrompt cette communication, ladite structure compor- tant, d'autre part, une aiguille d'injection qui, pour une pression déterminée régnant dans ladite con- duite d'amenée, libère un orifice d'injection, ladite structure de soupape étant caractérisée en ce que: a) le plateau de soupape pilote ( 10), mobile axialement dans la chambre de soupape pilote ( 8), est pressé par un ressort de soupape pilote ( 12) contre la surface de référence ( 13) tournée vers l'élé- ment de réglage ( 11), b) l'élément de réglage ( 11), à son extré- mité éloignée de la soupape pilote ( 8, 10) est lié à un socle d'élément de réglage ( 14), c) un ressort d'élément de réglage ( 15), s'étendant entre ce socle d'élément de réglage ( 14) et le boîtier de soupape ( 1), presse l'élément de réglage ( 11) contre le plateau de soupape pilote ( 10), la force du ressort de soupape pilote ( 12) étant plus grande que la force du ressort d'élément de réglage ( 15), et d) le Doîtier de soupape ( 1) présente, au voisinage du socle d'élément de réglage ( 14), un canal annulaire ( 16) relié à la conduite d'amenée ( 5 a), canal qui, en direction de la chambre d'élément de ré- glage ( 11 T), est obturé par une douille de serrage ( 17) liée par adhérence de-mati'ère au bottier de sou- pape, douille dans laquelle l'élément de réglage est guidé au moyen du socle d'élément de réglage ( 14) de manière à pouvoir se déplacer axialement mais de façon à pouvoir être bloqué.