Brevet FR2830068A1 — publié le 20030328

État de la technique La présente invention concerne une soupape pour commander des liquides comportant un boîtier de soupape avec une chambre d'actionnement logeant un module d'actionneur piézo-électrique pour manoeuvrer un organe de soupape coulissant axialement dans un corps de soupape et ayant un piston de réglage sur lequel agit le module d'actionneur ainsi qu'un piston de manoeuvre coopérant avec le piston de réglage par l'intermédiaire d'un coupleur hydraulique, ce piston de manoeuvre étant relié à un organe d'obturation de soupape prévu dans une chambre de soupape, l'organe d'obturation de soupape coopérant avec un siège de soupape et avec un canal de fin de commande prévu en aval. On connaît en pratique une telle soupape appliquée par exemple à un injecteur de carburant notamment à un injecteur d'un système à rampe commune d'un véhicule automobile. On connaît également une soupape du type défini ci-dessus selon le document EP 0 477 400 Al. Cette soupape est commandée par un actionneur piézo-électrique. Le débattement de l'actionneur est transmis par une chambre hydraulique fonctionnant comme démultiplicateur hydraulique ou comme élément de couplage à effet de compensation de tolérance à un organe d'obturation de soupape. La chambre hydraulique est prévue entre un piston de réglage relié à l'actionneur piézo-électrique et un piston de manoeuvre relié à l'organe d'obturation de soupape en fonctionnant comme coupleur hydraulique. Le piston de réglage a un diamètre plus grand que le piston de manoeuvre de sorte que ce dernier exécute une course augmentée dans le rapport de démultiplication des diamètres des pistons lorsque le piston de réglage subit un certain déplacement par l'actionneur piézo-électrique. En pratique la chambre hydraulique est conçue pour que les fuites produites pendant le fonctionnement puissent être complétées par le nouveau remplissage. À cet effet, une pression de liquides agissant par exemple par intervalle de fuites, c'est-à-dire la pression systématique agit sur la chambre hydraulique. L'organe d'obturation de soupape relié au piston de manoeuvre est prévu dans une chambre de soupape et coopère avec un siège de soupape de façon qu'à l'ouverture de l'organe de fermeture de soupape, une veine de fluide puisse être dirigée de façon commandée vers un canal de fin de commande en dérivation, en aval de l'organe d'obturation de soupape. L'actionneur piézo-électrique auquel est associé un module d'actionneur, ayant un talon et une tête d'actionneur, doit être sollicité en pression par un élément de précontrainte pour éviter la destruction en fonctionnement. La précontrainte nécessaire qui est de l'ordre de 800 N, est induite par un ressort tubulaire par l'intermédiaire du piston de réglage dans l'actionneur piézo-électrique. On rencontre alors des efforts transversaux de l'ordre de 30 N jusqu'à 70 N agissant sur le piston de réglage. Ces forces transversales créent de fortes dispersions selon les réalisations qui conduisent lorsqu'on applique la soupape à un injecteur de carburant à des différences trop importantes des quantités injectées. En outre les efforts transversaux conduisent à une usure de la soupape au niveau du guidage de piston de réglage ce qui peut également conduire le cas échéant à une défaillance de la soupape. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne une soupape de commande de liquide du type défini ci-dessus caractérisée en ce que le module d'actionneur est sollicité par un premier ressort de précontrainte à effet axial, et le piston de réglage est chargé en direction du module d'actionneur. On a ainsi l'avantage qu'un élément de précontrainte agit directement sur le module d'actionneur et les efforts transversaux agissant sur le piston de réglage sont réduits. La transmission des efforts entre le module d'actionneur et le piston de réglage résulte de la sollicitation du piston de réglage en direction du module d'actionneur si bien que pour un allongement axial du module d'actionneur, on aura une transmission des efforts par le coupleur hydraulique sur le piston d'actionneur. La soupape selon l'invention est appliquée notamment à un injecteur de carburant d'un moteur à combustion interne diesel. Le module d'actionneur prévu dans la chambre d'actionneur du boîtier de soupape est par exemple sollicité en pression par un ressort spirale constituant le premier ressort de précontrainte et qui peut s'appuyer contre le corps de soupape réalisé en une ou plusieurs parties, guidant les pistons. En minimisant les efforts transversaux agissant sur le piston de démultiplication on améliore le comportement à l'usure de la soupape par rapport à l'état de la technique. De plus les efforts transversaux agissant sur le piston de réglage sont plus faibles et sont de l'ordre de 3 à 5 N, ce qui permet de diminuer les tolérances quantitatives et ainsi les rapports de force, définis, appliqués au démultiplicateur hydraulique comprenant le piston de réglage, le coupleur hydraulique et le piston de manoeuvre. Selon un mode de réalisation particulier de la soupape selon l'invention, le piston de réglage est sollicité en direction du module d'actionneur par un second ressort de précontrainte en forme de ressort hélicoïdal ou de ressort spirale. Ainsi le nouveau remplissage du coupleur hydraulique n'est pas influencé car le piston de réglage est toujours appliqué contre le module d'actionneur. La force de ressort développée par le second ressort de précontrainte est par exemple de l'ordre de 50 N. Le second ressort de précontrainte peut également s'appuyer contre le corps de soupape et attaquer une plaque d'appui reliée au piston de réglage. Selon une variante de réalisation de la soupape selon l'invention, la chambre de l'actionneur est déchargée en pression si bien qu'entre le coupleur hydraulique et la chambre de l'actionneur, on aura une chute de pression et le piston de réglage est sollicité par la pression agissant dans le coupleur hydraulique en direction du module de l'actionneur. Grâce à ce moyen, aucune pression ne s'établit dans la chambre de l'actionneur si bien que le module d'actionneur n'est exposé à aucun choc de fin de commande, ce qui minimise le risque d'endommagement du module de l'actionneur et ainsi une défaillance de la soupape. De plus, selon un autre mode de réalisation on peut avoir un montage à faibles efforts transversaux exercés sur le piston ou le corps de soupape car le piston de réglage n'est précontraint que de manière hydraulique et cela seulement lorsqu'on introduit du fluide dans le coupleur hydraulique en forme de chambre hydraulique. Le canal de fin de commande est réalisé avantageusement sur une plaque de soupape comprenant le siège de soupape. La plaque de soupape est en général adjacente au corps de soupape guidant le piston de réglage et le piston de manoeuvre et qui est associé au coupleur hydraulique. Le montage du canal de fin de commande dans la plaque de soupape dévie la quantité correspondant à la fin de commande et cela directement par exemple dans un perçage de fin de commande réalisé dans le boîtier de soupape. Ainsi on exclut pratiquement que les chocs de fin de commande agissent sur le module d'actionneur. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisation d'une soupape selon l'invention représentée schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une soupape selon l'invention en coupe longitudinale, cette soupape étant destinée à un injecteur d'un système à rampe commune, - la figure 2 est une variante de réalisation d'une soupape selon l'invention dans une vue correspondant à celle de la figure 1. Description des exemples de réalisation Selon la figure 1, on a une soupape 10 pour commander des liquides dans un injecteur de carburant d'un moteur à combustion interne diesel d'un véhicule automobile. La soupape 10 sert de module de commande d'un module de buse non représenté de manière détaillée ici dans l'injecteur de carburant. Le module de buse fait suite au module de commande dans la direction axiale et comprend une aiguille de buse ou d'injecteur installée dans un corps d'injecteur pour commander les orifices du corps d'injecteur aboutissant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. L'aiguille de buse forme un ensemble avec un piston de commande de soupape délimitant une chambre de commande de soupape. Le niveau de pression régnant dans la chambre de commande de soupape règle la position du piston de commande de la soupape et ainsi celle de l'aiguille d'injecteur. Le niveau de pression dans la chambre de commande de soupape se règle à l'aide du module de commande ou de la soupape 10 selon la figure 1. La soupape ou module de commande 10 comprend un boîtier de soupape 11 dans lequel est réalisée une chambre d'actionneur 12 logeant un module d'actionneur 13 servant à commander la soupape 10. Le module d'actionneur 13 comprend un actionneur piézo- électrique 14 qui s'appuie contre le boîtier de soupape 11 par un pied d'actionneur non représenté en détail ainsi qu'une tête d'actionneur 15 reliée à l'actionneur 14 et un manchon 16 assurant l'étanchéité. Au niveau de la tête 15, le module d'actionneur 13 comporte en outre un soufflet à ondulations 17 qui peut recevoir la longueur axiale de l'actionneur 14 et présente en outre une fonction d'étanchéité. Pour le blocage radial, le module d'actionneur 13 comporte en outre une bague d'ajustage 18 entourant le manchon 16 et rejoignant le corps de soupape ou d'injecteur 11 dans la direction radiale. Dans la direction axiale, un piston de réglage 19 est adjacent à la tête d'actionneur 15 contre la face frontale à l'opposé de l'actionneur piézo-électrique 14 ; un module de couplage 20 est associé à ce piston d'actionneur et il est mobile axialement dans un perçage cylindrique 21 d'un corps de soupape 22 également associé au module de coupleur 20. Le corps de soupape 22 est adjacent au boîtier de soupape 11 dans la direction radiale. Le piston de réglage 19 coopère par une chambre hydraulique 23 réalisée comme coupleur hydraulique avec un piston de manoeuvre 24 relié à un organe d'obturation de soupape 25 servant à réguler le niveau de pression dans la chambre de commande de soupape du module d'injecteur ou de buse et cet organe est prévu dans la chambre de soupape 26. L'organe d'obturation de soupape 25 coopère avec un siège de soupape 27 réalisé dans la plaque de soupape 28 adjacent dans la direction axiale à la face frontale du corps de soupape 22 à l'opposé du module d'actionneur 13 et adjacent par la face frontale opposée au module buse. La face frontale tournée vers le corps de soupape 22 de la plaque de soupape 28 comporte une rainure 29 en forme de canal de fin de commande conduisant à un perçage de fin de commande 30 prévu dans le boîtier de soupape 11. Le perçage de fin de commande 30 sert de canal de retour et conduit par un clapet anti-retour 31 à un réservoir d'alimentation en carburant non représenté. Le clapet anti-retour 31 s'ouvre à une pression d'environ 30 bars, de sorte qu'en aval de l'organe d'obturation de soupape 25 on aura une pression systématique d'environ 30 bars. Un canal 32 dérive de la chambre d'actionnement 12 ; ce canal débouche en aval du clapet anti-retour 31 dans le perçage de fin de commande 30 ou dans une conduite reliée à ce perçage de fin de commande 30. La chambre d'actionnement 12 est ainsi déchargée en pression. De plus, la soupape 10 comporte une plaque 36 reliée à la tête d'actionneur 15 et contre laquelle s'appuie un ressort hélicoïdal 33 qui s'appuie contre le corps de soupape 22 du module de coupleur 20. Ainsi l'actionneur piézo-électrique 14 est précontraint dans la direction opposée au piston de réglage 19. Cette précontrainte représente environ 800 N. Le piston de manoeuvre 24 est précontraint par un ressort hélicoïdal 34 s'appuyant également contre le corps de soupape 22 et con- tre une plaque 35 pour être précontraint en direction de l'organe d'obturation de soupape 25. Pour la soupape représentée à la figure 1, il règne dans la chambre hydraulique 23 une pression systématique d'environ 30 bars alors que dans la chambre d'actionnement 12 déchargée par la conduite 32, il règne une pression de carburant de fuite d'environ 1 bar. Du fait de cette fuite de pression, le piston de réglage 19 est sollicité en direction du module d'actionneur 13. Le piston de réglage 19 est ainsi appliqué contre la face frontale de la tête d'actionneur 15. Cela garantit le niveau de remplissage de la chambre hydraulique. La figure 2 montre sous la forme d'une vue partielle, un second mode de réalisation d'une soupape 40 pour commander des liquides ; cette soupape est également applicable à un injecteur de carburant d'un moteur à combustion interne diesel équipant un véhicule automobile. La soupape 40 représentée à la figure 2 sans le boîtier de soupape, se distingue de la soupape de la figure 1 en ce que la sollicitation du piston de réglage 19 associé au module de coupleur 20, en direction de la tête d'actionneur 15 se fait à l'aide d'un ressort hélicoïdal 41 qui s'appuie contre le corps de soupape 22 et contre une plaque d'appui 42 ; celle-ci est reliée à une saillie en forme de goujon 43 du piston de réglage 19. Ainsi, le piston 19 est précontraint en direction du module d'actionneur 13. La face frontale du goujon en forme de saillie 43 du piston de réglage 19 à l'opposé du piston de manoeuvre 24, est toujours appliquée contre la tête d'actionneur 15. De plus dans le cas de la soupape 40 de la figure 2, le corps de soupape 22 du module de couplage 20 est muni de canaux de fin de commande 44 conduisant à un canal de retour ou à un réservoir d'alimentation en carburant. La plaque de soupape 28 munie de la chambre de soupape 26 de l'organe d'obturation de soupape 25 est appliquée de toute sa surface contre le corps de soupape 22. L'organe d'obturation de soupape 25 est sollicité par un autre ressort 45 qui s'appuie contre le module de buse non représenté ici, en direction du piston de manoeuvre 24, c'est-à-dire dans le sens de la fermeture. REVENDICATIONS 1 ) Soupape pour commander des liquides comportant un boîtier de soupape (11) avec une chambre d'actionnement (12) logeant un module d'actionneur piézo-électrique (13) pour manoeuvrer un organe de soupape coulissant axialement dans un corps de soupape (22) et ayant un piston de réglage (19) sur lequel agit le module d'actionneur (13) ainsi qu'un piston de manoeuvre (24) coopérant avec le piston de réglage (19) par l'intermédiaire d'un coupleur hydraulique (23), ce piston de manoeuvre (24) étant relié à un organe d'obturation de soupape (25) prévu dans une chambre de soupape (26), l'organe d'obturation de soupape (25) coopérant avec un siège de soupape (27) et avec un canal de fin de commande (29, 44) prévu en aval, caractérisée en ce que le module d'actionneur (13) est sollicité par un premier ressort de précontrainte (33) à effet axial, et le piston de réglage (19) est chargé en direction du module d'actionneur (13). 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston de réglage (19) est sollicité en direction du module d'actionneur (13) par un second ressort de précontrainte (41). 3 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le second ressort de précontrainte (41) s'appuie contre le corps de soupape (22) et agit contre une plaque d'appui (42) reliée au piston de réglage (19). 4 ) Soupape selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la chambre d'actionneur (13) est déchargée en pression de sorte qu'entre le coupleur hydraulique (23) et la chambre d'actionneur (12) il s'établit une chute de pression et le piston de réglage (19) est sollicité par la pression agissant dans le coupleur hydraulique (23) en direction du module d'actionneur (13). 5 ) Soupape selon la revendication 4, caractérisée par un canal de décharge (32) qui dérive de la chambre d'actionneur (12) et débouche dans le perçage de fin de commande (30) en aval du clapet antiretour (31), prévu dans la conduite de fin de commande (30) reliée au canal de fin de commande (29). 6 ) Soupape selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le premier ressort de précontrainte (33) s'appuie contre le corps de soupape (22). 7 ) Soupape selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le premier ressort de précontrainte (33) agit par l'intermédiaire d'une plaque (32) reliée au module d'actionneur (13), sur ce module d'actionneur (13). 8 ) Soupape selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le canal de fin de commande (29) est réalisé au niveau d'une plaque de soupape (28) qui comprend le siège de soupape (27). 9 ) Soupape selon la revendication 8, caractérisée en ce que le canal de fin de commande est formé par une rainure (29) réalisée dans une face frontale de la plaque de soupape (28) tournée vers le corps de soupape (22). 10 ) Soupape selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le piston de manoeuvre (24) est précontraint en direction de l'organe d'obturation de soupape (25) par un troisième ressort de précontrainte (34) qui s'appuie contre le corps de soupape (22).