Brevet FR2792969A1 — publié le 20001103

Etat de la technique: La présente invention concerne un injecteur de carburant notamment pour une installation d'injection de mo- teur à combustion interne comprenant un actionneur pour créer une course et un convertisseur de course, rempli de milieu hydraulique et déformable dans la direction de la course pour convertir le mouvement de translation de l'actionneur et l'appliquer à une aiguille d'injecteur, portant un organe d'obturation d'injecteur qui forme un siège d'étanchéité coo- pérant avec un siège de soupape. Selon le document DE-195 00 706 Ai, on connaît un injecteur de carburant correspondant au type défini ci- dessus. Cet injecteur comporte un convertisseur de course ou un transformateur de course qui convertit une course d'actionnement relativement petite de l'actionneur par exem- ple d'un actionneur piézo-électrique par une course impor- tante de l'aiguille de l'injecteur. L'extension de l'actionneur est commandée par un piston actif du convertis- seur de couple dans une chambre amplificatrice pour être transmise par un piston de translation à l'aiguille d'injecteur; celle-ci exécute une course agrandie par rap- port à la surface du piston qui délimite frontalement la chambre amplificatrice. Pour compenser l'influence de la tem- pérature, celle de l'usure et les tolérances de fabrication sur la course de réglage de l'actionneur, la chambre amplifi- catrice possède une fuite définie réalisée par un intervalle annulaire entre le piston et une paroi du corps de l'injecteur et cet intervalle possède une perte de charge suffisamment élevée pour que les mouvements de l'actionneur soient transmis pratiquement sans amortissement à l'aiguille d'injecteur. Comme milieu hydraulique pour convertir la course, on utilise directement le carburant qui, dans le cas du document DE 195 00 706 Ai est du gasoil. Mais cela crée la difficulté que la fuite définie doit être très faible à cause de la viscosité réduite du carburant. Si l'on veut utiliser cet injecteur dans les moteurs à combustion interne brûlant de l'essence, on rencontre la difficulté supplémentaire que l'essence présente un point d'ébullition à une température relativement basse et ne peut plus fonctionner comme milieu hydraulique à cause de la formation de bulles. Avantages de l'invention: La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un injecteur de carburant correspondant au type défini ci-dessus caractérisé par une chambre de compensation pour le milieu hydraulique, cette chambre entourée d'une enveloppe communiquant par un orifice d'étranglement avec le volume intérieur du convertis- seur de course. Cet injecteur a l'avantage de pouvoir compenser les déformations quasistatiques de l'actionneur résultant de l'influence des températures par un échange de milieu hydrau- lique entre le volume intérieur du convertisseur de course et la chambre d'équilibrage. Par le choix d'une ouverture d'étranglement suffisamment petite, le milieu hydraulique contenu dans le convertisseur de course fonctionne toutefois pour l'actionnement relativement rapide de l'actionneur comme un fluide incompressible, de sorte que les mouvements rapides de l'actionneur sont transmis pratiquement sans être amortis à l'aiguille d'injecteur. L'injecteur selon l'invention a l'avantage de permettre de choisir le milieu hydraulique indépendamment du carburant, de sorte que le milieu hydraulique peut avoir un point d'ébullition très élevé et une viscosité relativement grande. On évite ainsi la vaporisation du milieu hydraulique. Une plus grande viscosité permet un diamètre d'ouverture plus grand pour l'orifice d'étranglement, ce qui est plus simple à fabriquer. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - l'enveloppe est réalisée de manière élastique, - l'enveloppe est un corps métallique à paroi mince, - l'enveloppe est montée sur le convertisseur de course de manière étanche au liquide, - la chambre de compensation entoure radialement le segment de petit diamètre du convertisseur de course, - une cloison est prévue entre la chambre intérieure du con- vertisseur de course et la chambre de compensation, cette cloison étant un soufflet à plis, - le milieu hydraulique est un liquide à température d'ébullition élevée par exemple de l'huile hydraulique, - le diamètre de l'orifice d'étranglement est choisi en fonc- tion de la viscosité du milieu hydraulique pour que le mou- vement de translation de l'actionneur soit transmis par le convertisseur de course pratiquement de façon non amortie à l'aiguille d'injecteur, les déformations de l'actionneur liées à la température, celles du convertisseur de course et/ou l'aiguille d'injection dans la direction de transla- tion étant compensées par l'évacuation/ arrivée de milieu hydraulique dans la chambre de compensation ou partant de celle-ci, - l'actionneur est un actionneur piézo-électrique ou magnéto- strictif. L'enveloppe de préférence élastique de la chambre d'équilibrage se compose de préférence d'un corps métallique à paroi mince soudé de façon étanche au liquide sur le con- vertisseur de course. La chambre d'équilibrage peut entourer radialement un segment de petit diamètre du convertisseur de course, ce qui donne une construction compacte. La paroi extérieure du convertisseur de course est réalisée de préférence sous la forme d'un soufflet à plis. Cette forme présente l'avantage que la paroi extérieure se déforme seulement dans la direction de la course et non pas dans la direction radiale. Les mouvements de translation de l'actionneur sont ainsi transmis sans amortissement à l'aiguille de l'injecteur. Comme milieu hydraulique, on choisit de préfé- rence un liquide à température d'ébullition élevée pour évi- ter toute vaporisation du milieu hydraulique. Le diamètre de l'orifice d'étranglement est choisi en fonction de la visco- sité du milieu hydraulique, de préférence pour que la course de l'actionneur soit transmise pratiquement sans être amor- tie, mais que les déformations quasistatiques soient compen- sées par l'échange de milieu hydraulique avec la chambre de compensation élastique. L'actionneur est de préférence un actionneur pié- zo-électrique empilé, permettant des courses définies dans le temps et dans l'espace. L'injecteur de carburant selon l'invention con- vient tout particulièrement pour une installation d'injection appliquée à un moteur à combustion interne à essence, car l'essence ne convient pas comme milieu hydraulique pour la conversion de course à cause de son point d'ébullition bas. Dessins: La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: -la figure 1 est une coupe longitudinale d'un exemple de réalisation d'un injecteur selon l'invention représenté de manière simplifiée, -la figure 2 est une vue à échelle agrandie d'un convertis- seur de course de l'injecteur de carburant selon la figure 1, -la figure 3 est une vue à échelle agrandie du détail III de la figure 2. Description de l'exemple de réalisation: La figure 1 montre en coupe longitudinale un exemple de réalisation d'un injecteur de carburant 1 selon l'invention. Un boîtier 11 loge dans un perçage radial, par exemple un actionneur piézo-électrique 2 constitué par un em- pilage; cet actionneur est commandé par une installation de commande électrique (non représentée) pour développer des courses définies (représentées schématiquement par une flèche 13). Le signal de commande électrique pour commander l'actionneur 2 est appliqué par l'intermédiaire d'un connec- teur 14. Le branchement hydraulique se fait par exemple par un perçage transversal 25. Un convertisseur hydraulique de course 3 transmet la course de l'actionneur 2 à une aiguille d'injecteur 4 à mouvement axial. Un organe d'obturation d'injecteur 15 porté par l'aiguille 4 forme avec une surface de siège de soupape 16 réalisée sur le siège de soupape 5, un siège étanche. Un ressort de rappel 12 maintient le siège d'étanchéité fermé. La figure 2 montre à échelle agrandie le conver- tisseur de course 3 de l'injecteur de carburant 1. L'actionneur 2 agit ainsi en appliquant une faible course hi sur une grande surface A1 du convertisseur de course 3; ce dernier est formé par un soufflet à plis 7 remplit d'un mi- lieu hydraulique 6; du fait du remplissage par un milieu hy- draulique, à l'extrémité de l'actionneur 2 non tournée vers la petite surface A2, on crée une course amplifiée de manière correspondante h2 = hI A1/A2, qui est transmise à l'aiguille 4. Le soufflet à plis 8 doit être suffisamment rigide pour qu'il ne puisse se déplacer que dans la direction de transla- tion et non dans la direction radiale. Ainsi, les forces peu- vent être transmises de manière dynamique par l'actionneur piézoélectrique 2 et pratiquement sans amortissement sur l'aiguille d'injecteur 4. Le soufflet à plis 7 comporte en alternance plusieurs zones 19 rétrécies dans la direction ra- diale et des zones 20 élargies. Au niveau du segment 21 adja- cent à l'actionneur 2, dans l'exemple de réalisation par l'intermédiaire de trois zones 20 de grandes dimensions et de deux zones 19 rétrécies, le soufflet 7 a un grand diamètre. Celui-ci se poursuit par un segment 17 de plus petit diamètre ayant à son extrémité un renforcement 22. Le segment 17 de petit diamètre du convertisseur de course 3 est entouré radialement par une enveloppe élasti- que 10 soudée de manière étanche au liquide sur le convertis- seur de course 3; cette enveloppe est en un métal à paroi mince. L'enveloppe 10 peut être soudée à l'épaulement 24 for- mant la transition entre le segment 21 de grand diamètre et le segment 17 de petit diamètre. L'enveloppe 10 entoure une chambre de compensation 9, fermée, reliée par un orifice d'étranglement 8 à un volume intérieur 18 du convertisseur de course 3 pour que le milieu hydraulique 6 puisse s'échanger à travers l'orifice d'étranglement 8 entre le volume intérieur 18 du convertisseur de course 3 et la chambre de compensation 9 comme cela apparaît notamment à la figure 3. La cloison 23 entre la chambre de compensation 9 et le volume intérieur 18 constitue le soufflet 7. La chambre de compensation 9 forme ainsi un réservoir élastique pour le milieu hydraulique 6 pour compenser les influences quasista-5 tiques sur la course en particulier les dilatations longitu- dinales dépendant de la température, mais également les tolérances de fabrication ou les phénomènes d'usure. L'orifice d'étranglement 8 est toutefois choisi suffisamment petit en fonction de la viscosité du milieu hydraulique uti- o10 lisé 6 pour que le milieu hydraulique 6 dans le convertisseur de course 3 soit assimilable à un liquide incompressible lorsque considéré dans un court intervalle de temps. Ainsi les mouvements de l'actionneur sont transmis avec une durée du domaine de la milliseconde sans rencontrer de compensation de pression significative par la chambre de compensation 9. Les dilatations de l'actionneur 2 liées à la température (el- les sont d'une durée supérieure à 1 seconde) peuvent ainsi être compensées par des déplacements de liquide. Le système combiné de l'actionneur 2 du convertisseur de couple 3 et l'aiguille d'injecteur 4 est précontraint par le ressort de rappel 12 (figure 1). L'injecteur de carburant selon l'invention permet d'utiliser un milieu différent du carburant comme milieu hy- draulique 6 dans le convertisseur de course 3. Cela permet de choisir un milieu hydraulique 6 dont la viscosité et les ca- ractéristiques d'évaporation sont optimales dans un but d'application. Comme milieu hydraulique, il convient en par- ticulier un liquide relativement visqueux à point d'ébullition élevé comme par exemple une huile hydraulique. L'injecteur de carburant 1 selon l'invention per- met de compenser les déformations lentes dans le sens de la translation, et qui sont par exemple provoquées par des in- fluences liées à la température alors que les mouvements de translation comparativement rapides de l'actionneur 2 sont transmis de manière dynamique sans amortissement, en étant amplifiés, à l'aiguille d'injecteur 4. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Injecteur de carburant (1) notamment pour une installa- tion d'injection de moteur à combustion interne comprenant un actionneur (2) pour créer une course et un convertisseur de course (3), rempli de milieu hydraulique (6) et déformable dans la direction de la course pour convertir le mouvement de translation de l'actionneur (2) et l'appliquer à une aiguille d'injecteur (4) portant un organe d'obturation d'injecteur (15), qui forme un siège d'étanchéité avec un siège de sou- pape (16), caractérisé par une chambre de compensation (9) pour le milieu hydraulique (6), cette chambre entourée d'une enveloppe (10) communiquant par un orifice d'étranglement (8) avec le volume intérieur (18) du convertisseur de course (3). 2 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (10) est réalisée de manière élastique. 3 ) Injecteur de carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe (10) est un corps métallique à paroi mince. 4 ) Injecteur de carburant selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enveloppe (10) est montée sur le convertisseur de course (3) de manière étanche au liquide. ) Injecteur de carburant selon quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce la chambre de compensation (9) entoure radialement le segment (17) de petit diamètre du convertisseur de course (3). 6 ) Injecteur de carburant selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé par une cloison (23) prévue entre la chambre intérieure (18) du convertisseur de course (3) et la chambre de compensation (9), cette cloison étant un soufflet à plis (7). 7 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le milieu hydraulique (6) est un liquide à température d'ébullition élevée par exemple de l'huile hydraulique. 8 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le diamètre de l'orifice d'étranglement (8) est choisi en fonction de la viscosité du milieu hydraulique (6) pour que le mouvement de translation de l'actionneur soit transmis par le convertisseur de course (3) pratiquement de façon non amortie à l'aiguille d'injecteur (4), les déformations de l'actionneur (2) liées à la température, celles du convertis- seur de course (3) et/ou l'aiguille d'injection (4) dans la direction de translation étant compensées par l'évacuation/arrivée de milieu hydraulique (6) dans la cham- bre de compensation (9) ou partant de celle-ci. 9 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'actionneur (2) est un actionneur piézo-électrique ou magné- tostrictif.