Brevet FR2740177A1 — publié le 19970425

L'invention concerne un injecteur à commande piézoélectrique pour systèmes d'injection de carburant de moteurs à combustion interne, comprenant un dispositif piézocéramique guidé dans un corps d'injecteur et dont un actionneur piézoélectrique, coopérant avec un obturateur semblable à une aiguille, est encastré fixe dans un embout éloigné de l'obturateur et qui lève l'obturateur d'un siège de soupape lorsqu'il est activé. Des dispositifs magnétostrictifs ou piézocéramiques avec un obturateur appliqué sur un siège de soupape sont connus par le document DE 29 31 874 C2. Le dispositif selon ce document est relié, à son extrémité éloignée de l'obturateur, à un contre-appui qui effectue des mouvements alternatifs et est amorti, contre-appui qui est en quelque sorte monté flottant, de sorte que les dilatations thermiques différentes du corps d'injecteur et du dispositif sont largement compensées pour ce qui concerne la course de la soupape. Cependant, lors de changement de la température, il n'est pas garanti, dans le cas de cet injecteur à commande piézoélectrique, que si la course de travail du dispositif reste la même, la course de la soupape soit également toujours la même. Le but de l'invention est d'apporter des dispositions simples et faisant gagner de la place, sur un injecteur à commande piézoélectrique du type générique indiqué, par lesquelles, indépendamment des températures variables, les courses de soupape adaptées chaque fois aux besoins du moteur puissent être maintenues constantes. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait que l'embout est relié fixe au corps d'injecteur, lequel entoure étroitement l'actionneur piézoélectrique et est fait d'un matériau compensant au moins approximativement les variations de longueur de l'actionneur dues aux changements de température. Les dispositions selon l'invention procurent une compensation suffisante de la dilatation thermique du corps d'injecteur par rapport à l'actionneur piézoélectrique en forme de tige du dispositif, ce qui permet d'obtenir aussi, à côté de la haute vitesse de commutation, exigée pour les moteurs à combustion interne modernes, la possibilité de moduler l'allure de la caractéristique d'injection, surtout s'il s'agit de systèmes d'injection sous très haute pression, comme par exemple de systèmes à canalisation d'alimentation commune ("Common-Rail-Systems"). L'invention permet également des avances et des retards à l'injection qui sont stables. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé qui est une coupe axiale d'un injecteur à commande piézoélectrique selon l'invention. Un injecteur à commande piézoélectrique 1 pour systèmes d'injection de carburant, tels que des systèmes d'injection de carburant pour moteurs Diesel, se compose essentiellement d'un corps d'injecteur de forme allongée, d'un dispositif piézocéramique 2 logé D dans ce corps d'injecteur, ainsi que d'une buse 3 dans laquelle peut coulisser longitudinalement et est guidé un obturateur 4 semblable à une aiguille. Le corps d'injecteur est réalisé sous la forme d'une douille 5 en deux parties 5a, 5b disposées l'une à la suite de l'autre sur le même axe et faites de matériaux différents ayant des coefficients de dilatation thermique qui diffèrent l'un de l'autre. Le dispositif piézocéramique 2 comporte un actionneur piézoélectrique 6 en forme de tige dont l'extrémité éloignée de l'obturateur 4 est reliée fixe à un embout discoïde 7 qui repose - à l'état immobilisé en rotation au moyen d'une goupille 8 - sur l'extrémité de la partie de douille 5a située en haut, l'embout étant serré sur cette partie de douille 5a par un écrou à chapeau 9. L'actionneur piézoélectrique 6, lequel se contracte lors de l'actionnement, est relié fixe, par son extrémité dirigée vers l'obturateur 4, à une pièce intermédiaire 10 placée dans le corps d'injecteur entre cet obturateur 4 semblable à une aiguille et l'actionneur 6. La face d'extrémité 10a de la pièce intermédiaire 10 et la face d'extrémité inférieure 5c du corps d'injecteur sont rendues affleurantes l'une par rapport à l'autre, notamment par rectification, et il en va de même pour la face d'extrémité 4a côté actionneur de l'obturateur 4 et la face d'extrémité 3a côté corps d'injecteur de la buse 3, laquelle comporte la chambre de pression. Afin d'empêcher, à la position de repos de l'actionneur piézoélectrique 6, la sortie de carburant par le siège de soupape 13, lequel est prévu dans la buse 3, l'obturateur 4 doit être enfoncé dans le siège 13 par une force antagoniste supérieure à la pression d'injection. On obtient ce résultat du fait que l'ensemble des pièces 5, 7, 9, 6, 10 est vissé en place de manière que la face d'extrémité 10a presse l'obturateur 4 dans le siège 13 par l'intermédiaire d'une rondelle 11 de dimensions déterminées interposée entre l'obturateur 4 et la pièce intermédiaire 10 fixée à l'actionneur piézoélectrique 6. La rondelle 11 est entourée concentriquement d'une rondelle supplémentaire 12 située entre les faces d'extrémité 5c et 3a précitées. La rondelle extérieure 12 est un peu plus mince que la rondelle intérieure 11, plus exactement dans une mesure spécifique au système et qui est en l'occurrence d'environ 0,035 mm. Cette mesure correspond au mouvement final élastique de mise en place (avec compression) de l'actionneur 6, produit par la force de précontrainte. La référence 14 désigne le canal d'arrivée de carburant, lequel débouche dans une chambre de pression 15 formée par l'obturateur 4 et la buse 3 et entourant l'obturateur. Le corps d'injecteur en deux parties est fait de matériaux différents: la partie de douille 5b, située en bels, est fabriquée en acier courant, tandis que la partie de douille 5a, située en haut, est en "Invar". Dans le but d'obtenir des dilatations longitudinales au moins approximativement égales de l'actionneur 6 d'une part et du corps d'injecteur en deux parties d'autre part, les longueurs de la partie de douille 5b en acier et de la partie de douille 5a en "Invar" sont choisies de manière que la somme des dilatations thermiques de ces parties de douille corresponde à la dilatation thermique de l'actionneur 6, tout au moins dans la zone de travail à mouvement alternatif de l'obturateur 4, c'est-à-dire qu'une compensation suffisante de la dilatation des parties de douille par rapport à l'actionneur piézoélectrique en forme de tige soit obtenue. Le corps d'injecteur en deux parties, semblable à une douille, peut éventuellement être remplacé par un corps d'injecteur d'un seul tenant, qui serait également réalisé d'un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est adapté de façon appropriée au coefficient de dilatation thermique de l'actionneur. REVENDICATIONS 1. Injecteur à commande piézoélectrique pour systèmes d'injection de carburant de moteurs à combustion interne, comprenant un dispositif piézocéramique guidé dans un corps d'injecteur et dont un actionneur piézoélectrique, coopérant avec un obturateur semblable à une aiguille, est encastré fixe dans un embout éloigné de l'obturateur et qui lève l'obturateur d'une siège de soupape lorsqu'il est activé, caractérisé en ce que l'embout (7) est relié fixe au corps d'injecteur, lequel entoure étroitement l'actionneur piézoélectrique (6) et est fait d'un matériau compensant au moins approximativement les variations de longueur de l'actionneur (6) dues aux changements de température. 2. Injecteur à commande piézoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps d'injecteur est réalisé comme une douille (5) en deux parties (5a, 5b) disposées sur le même axe et faites de matériaux différents ayant des coefficients de dilatation thermique qui diffèrent l'un de l'autre. 3. Injecteur à commande piézoélectrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps d'injecteur contient, entre l'obturateur (4) semblable à une aiguille et l'actionneur piézoélectrique (6), une pièce intermédiaire (10) dont la face d'extrémité (10a) affleure la face d'extrémité (5c) du corps d'injecteur. 4. Injecteur à commande piézoélectrique selon la revendication 3, comprenant une buse, présentant le siège de soupape et comportant une chambre de pression qui entoure l'obturateur et dans laquelle débouche un canal d'arrivée de carburant, caractérisé en ce que l'extrémité de l'obturateur (4) éloignée du siège de soupape (13) affleure la face d'extrémité (3a) côté corps d'injecteur de la buse (3). 5. Injecteur à commande piézoélectrique selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'une rondelle (11) de dimensions déterminées est placée entre l'obturateur (4) semblable à une aiguille et la pièce intermédiaire (10) fixée à l'actionneur piézoélectrique (6), et qu'une rondelle supplémentaire (12) est disposée concentriquement autour de cette rondelle (11) entre le corps d'injecteur (5) et la buse (3), la rondelle (11) située à l'intérieur ayant une épaisseur légèrement supérieure à celle de que la rondelle (12) située à l'extérieur. 6. Injecteur à commande piézoélectrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau de la partie de douille (5b) située en bas est de l'acier et le matériau de la partie de douille (5a) située en haut est de l"'Invar", la longueur de l'une (5a) et la longueur de l'autre partie de douille (5b) étant choisies de manière que la somme des dilatations thermiques de ces parties de douille corresponde à la dilatation thermique de l'actionneur piézoélectrique, tout au moins dans la zone de travail à mouvement alternatif de l'obturateur (4).