Brevet FR2830571A1 — publié le 20030411

soupape d'échappement (72). Domaine technique La présente invention concerne une soupape de commande de liquide comprenant un actionneur piézo-électrique, un démultiplicateur pour démultiplier la course de l'actionneur piézo-électrique, une soupape s de commande s'ouvrant vers l'intérieur, placée dans une chambre à sou pape et fermant au niveau d'un premier siège de soupape la communica tion avec une conduite basse pression ainsi qu'une aiguille d'injecteur placée dans une chambre de commande. L'invention concerne notamment un injecteur de carburant o pour les systèmes d'inlection. Les soupapes de commande de liquide existent sous de multiples formes de réalisation selon l'état de la technique. On connat en particulier des soupapes munies d'une seconde alimentation pour aug menter leur vitesse de fermeture; cette seconde alimentation permet une s fermeture plus rapide de la soupape de commande de l'indecteur et aug mente ainsi la vitesse de fermeture de l'indecteur. Les modes de réalisation connus ont l'inconvénient de ne s'appliquer qu'à des soupapes s'ouvrant vers l'extérieur dont l'actionneur piézoélectrique et la soupape de commande travaillent dans la méme di rection. De ce fait, les soupapes connues ont une hauteur relativement importante si bien que globalement les inJecteurs ont une extension lon gitudinale relativement grande. Comme en particulier la place disponible sous le capot d'un moteur est relativement réduite, il serait souhaitable de disposer d'injecteurs plus compacts. 2s Objet et avantages de l'invention La soupape selon l'invention pour commander un liquide est caractérisée en ce que le mouvement de l'aiguille d'inUecteur est com mandé par la soupape de commande, la chambre de commande est relice par un premier organe d'étranglement d'alimentation à une conduite haute pression et par un organe d'étranglement à la chambre de soupape, et la chambre de soupape est reliée à la conduite haute pression par un second organe d'étranglement d'alimentation pour permettre une ferme ture rapide de l'aiguille d'indecteur. Cette soupape offre l'avantage d'avoir un temps de ferme 3s ture particulièrement court et de convenir également pour un indecteur s'ouvrant vers l'intérieur. Selon l'invention, la soupape est très compacte et sa longueur est relativement réduite. Dans la soupape selon l'invention la direction d'actionnement de l'actionneur piézo-électrique et celle de la soupape de commande sont opposées. Cela signifie que lorsque l'actionneur piézo-électrique est commandé et s'allonge dans une direc tion, la soupape de commande de l'injecteur est commandée pour se dé placer dans la direction opposée à la direction d'actionnement de s l'actionneur piézo-électrique, et ainsi soulève l'organe d'obturation de la soupape par rapport à son siège, ouvrant la soupape en établissant une communication avec une zone basse pression. Pour permettre une fer meture rapide de la soupape, il est prévu un second organe d'étranglement d'alimentation relié à la chambre de la soupape de com o mande. Ce second organe d'étranglement d'alimentation relie ainsi direc tement la chambre de la soupape à une conduite haute pression. La soupape de commande comporte de préférence un se cond siège de soupape à l'opposé du premier siège de soupape si bien que lorsque la soupape de commande est en position d'ouverture, la liaison s entre la chambre de la soupape et la conduite haute pression à travers le second organe d'étranglement d'alimentation est fermée au niveau du se cond siège de soupape. Cela réduit au minimum les pertes par fuite lors que la soupape de commande est ouverte. De façon avantageuse, la soupape de commande comporte o un élément en forme de plaque pour fermer le second siège de soupape et ce second siège est un siège plat. Il en résulte une construction particuliè rement simple et compacte de la soupape de commande. Pour que le nombre de composants soit aussi réduit que possible, l'élément en forme de plaque qui ferme le second siège de sou s pape constitue en méme temps l'appui du ressort d'ouverture de la sou pape de commande. Selon un développement particulièrement avantageux de l'invention, le démultiplicateur de la soupape de commande de liquide est un démultiplicateur hydraulique. Le démultiplicateur hydraulique com prend un premier piston, un second piston et une chambre à liquide agis sant dans la direction d'action entre les deux pistons. Il est à remarquer que le démultiplicateur hydraulique peut étre réalisé comme un coupleur hydraulique qui ne démultiplie pas la course de l'actionneur piézo électrique, mais compense simplement les variations de longueur de 3s l'actionneur piézo-électrique engendrées par les variations de température. D'une manière particulièrement avantageuse, les deux pis tons du démultiplicateur hydraulique effectuent des mouvements dans les directions opposées. Cela permet de réaliser de manière simple le mouve ment de la soupape de commande dans la direction opposée à celle de l'actionneur piézo-électrique. Pour une réalisation particulièrement économique, le se cond piston comporte une chemise en communication avec la chambre à s liquide du démultiplicateur hydraulique. La chemise est reliée de manière solidaire par exemple par frettage au second piston. On remarque qu'à la place de la chemise on peut également utiliser un piston en une seule pièce en forme de piston étagé ayant des parties de diamètre différent. De manière particulièrement avantageuse, la chemise du o second piston ou le second piston étagé constitue en même temps l'appui d'un ressort d'étanchéité du démultiplicateur hydraulique. De façon avantageuse le ressort d'étanchéité et de rappel du démultiplicateur hydraulique constitue en même temps le ressort de pré contrainte de l'actionneur. D'une manière particulièrement avantageuse, s le premier piston peut être réalisé comme piston en forme de pot dont la surface de base intérieure sert d'appui au ressort d'étanchéité et dont la surface de base extérieure est reliée à l'actionneur piézo- électrique. De manière préférentielle, le second piston du démultiplicateur hydraulique est guidé par la paroi cylindrique intérieure du premier piston. Il en ré sulte une construction particulièrement compacte de la soupape selon l'invention. La soupape selon l'invention est utilisée de manière préfé rentielle comme injecteur de carburant dans des systèmes d'injection à rampe commune. La construction compacte et la vitesse de fermeture ra 2s pide de la soupape selon l'invention permettent d'influencer de manière intéressante la consommation de carburant et l'émission de gaz polluant. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté. Ainsi: - la figure unique est une vue en coupe partielle d'une soupape de com mande de liquide selon un exemple de réalisation de l'invention. Description de l'exemple de réalisation La figure montre un injecteur de carturant pour un sys tème d'injection à rampe commune correspondant à l'exemple de réalisa 3s tion de l'invention. L'indecteur l comprend un actionneur piézo-électrique 2 re lié par un démultiplicateur hydraulique 3 à une soupape de commande l 1. Le démultiplicateur hydraulique 3 comprend un premier piston 4, un second piston 5, une chambre à liquide 6 et une chemise 7; celle-ci est reliée par un montage fretté au second piston 5. Le démultiplicateur hy draulique 3 comporte un ressort d'étanchéité 9 qui s'appuie contre la chemise 7. Pour centrer le ressort d'étanchéité 9, un écrou 8 est vissé sur s le premier piston 5. Les pertes de fuite produites au niveau du démultipli cateur hydraulique peuvent étre compensées par une conduite de remplis sage 10. Comme le montre la figure, le premier piston 4 est essen tiellement en forme de pot. La zone du fond extérieur du premier piston 4 o coopère avec l'actionneur piézo-électrique 2. La zone du fond intérieur du premier piston 4 en forme de pot s'appuie contre le ressort d'étanchéité 9. En outre, les parois cylindriques intérieures du premier piston 4 consti tuent une installation de guidage pour le second piston 5. La chambre à liquide 6 du démultiplicateur hydraulique est prévue pour communiquer s d'une part avec le bord en forme de cylindre annulaire du premier piston 4 et d'autre part avec la zone d'extrémité également en forme de cylindre annulaire de la chemise 7. Suivant les surfaces d'extrémité de forme cy lindrique annulaire chaque fois choisies pour le premier piston 4 et la chemise 7 on peut démultiplier la course de l'actionneur piézo électrique 2. Le second piston 5 est directement relié à la soupape de commande 11. Plus précisément, le second piston 5 est relié à un élément en forme de plaque muni de l'organe de soupape 13 de la soupape de commande 11. La soupape de commande 11 comporte un premier siège de 2s soupape 14 et un second siège de soupape 16 prévus chaque fois sur les côtés opposés de l'organe de soupape 13. La soupape de commande 11 comporte en outre un ressort 17 qui soutient l'opération d'ouverture de la soupape de commande 11. La soupape de commande 11 est logée dans une chambre de soupape 12. La chambre de soupape 12 est reliée d'une part, par l'intermédiaire d'un organe d'étranglement de sortie 23 à une chambre de commande 21 de la soupape et d'autre part, par une chambre annulaire et un second organe d'étranglement d'alimentation 24 à une conduite haute pression 19. Un premier organe d'étranglement d'alimentation 22 s relie la conduite haute pression 19 à la chambre de commande 21. De plus, de façon connue, la chambre de commande 21 reçoit une aiguille d'indecteur 20 qui ouvre ou ferme le siège de soupape de l'inUecteur 1. s Lorsque l'actionneur piézo-électrique est au repos, qui cor respond à la position de la figure, la soupape de commande 11 ferme le premier siège de soupape 14. Pour indecter du carburant, on commande l'actionneur pié s zo-électrique 2 pour qu'il s'allonge dans la direction de la soupape de commande et fait descendre le premier piston 4. Le mouvement descen dant du premier piston 4 refoule un certain volume de liquide hors de la chambre 6 si bien que la chemise 7 et avec celle-ci, le second piston 5 se soulèvent contre la force du ressort d'étanchéité 9. Ce mouvement de o soulèvement du second piston 5 soulève également l'organe de soupape 13 de la soupape de commande 11; le mouvement de l'organe de soupape 13 est soutenu par le ressort 17. Comme l'organe de soupape 13 se soulève de son premier siège 14, cela établit la liaison entre la chambre de com mande 21 et la chambre de soupape 12 par l'organe d'étranglement de s sortie 23 vers la conduite basse pression 18. La pression de la chambre de commande 21 chute et l'aiguille 20 de l'injecteur se soulève permettant l'inlection de carburant. Comme indiqué ci-dessus, dans l'indecteur 1 selon l'invention, la direction du mouvement de l'actionneur piézo-électrique 2 et o celle de la soupape de commande 11 sont opposées car la soupape de commande 11 est une soupape s'ouvrant vers l'intérieur et le démultipli cateur hydraulique 3 transforme la course de l'actionneur piézo-électrique en sens opposé. En même temps que l'on ouvre la soupape de commande 11 s on peut également fermer la communication entre la chambre de soup ape 12 et le second organe d'étranglement d'alimentation 24 car l'élément 15 en forme de plaque de la soupape de commande 11 ferme au niveau du second siège de soupape 16, la liaison de la chambre annulaire 25 avec le second organe d'étranglement d'alimentation 24. Cela permet de réduire à o un minimum les pertes par fuite lorsque la soupape de commande 11 est ouverte. S'il faut fermer l'indecteur 1 et ainsi terminer l'indection de carburant, on commande de nouveau l'actionneur piézo-électrique 2 pour qu'il reprenne sa longueur d'origine; le premier piston 4 et le second pis s ton 5 sont ainsi conduits dans leur position de repos par le ressort d'étanchéité 9 et la soupape de commande 11 s'appuie de nouveau contre son premier siège de soupape 14. Une pression plus élevée peut ainsi s'établir de nouveau dans la chambre de commande 21. L'augmentation de la pression dans la chambre de commande 21 s'effectue d'une part par l'intermédiaire du premier organe d'étranglement d'alimentation 22 et d'autre part par le second organe d'étranglement d'alimentation 21, le vo lume annulaire 25, la chambre de soupape 12 et l'organe d'étranglement s de sortie 23. Dans ce cas, la direction d'écoulement à travers l'organe d'étranglement de sortie 23 est l'inverse de la direction lorsque la soupape de commande est ouverte. Cette réalisation permet une fermeture plus rapide car la montée en pression dans la chambre de commande 21 se fait plus rapidement grâce aux deux organes d'étranglement d'alimentation o 22, 24. La montée en pression dans la chambre de commande 21 fait des cendre de façon connue l'aiguille 20 de l'injecteur qui termine ainsi l'indection de carburant. Selon l'invention, l'utilisation de la soupape de commande 11 s'ouvrant vers l'intérieur et la réalisation du démultiplicateur hydrauli s que 3 avec un premier piston 4 en forme de pot recevant les autres com posants du démultiplicateur hydraulique, permet une construction plus compacte dans le sens de la longueur de l'inUecteur 1. La réalisation avantageuse du second organe d'étranglement d'alimentation 24 permet notamment une fermeture plus rapide de l'injecteur 1 selon l'invention. La description de l'exemple de réalisation faite ci-dessus est uniquement donnée à titre d'illustration sans caractère limitatif de l'invention. Différentes variantes et modifications sont possibles dans le cadre de l'invention sans sortir de son domaine protégé. 2s REVENDICATIONS 1 ) Soupape de commande de liquide comprenant un actionneur piézo électrique (2), un démultiplicateur (3) pour démultiplier la course de l'actionneur piézo-électrique, une soupape de commande (11) s'ouvrant s vers l'intérieur, placée dans une chambre à soupape (12) et fermant au niveau d'un premier siège de soupape (14) la communication avec une conduite basse pression (18) ainsi qu'une aiguille d'indecteur (20) placce dans une chambre de commande (21), caractérisée en ce que to le mouvement de l'aiguille d'indecteur est commandé par la soupape de commande (11), la chambre de commande (21) est reliée par un premier organe d'étranglement d'alimentation (22) à une conduite haute pression (19) et par un organe d'étranglement (23) à la chambre de soupape (12), et s la chambre de soupape (12) est reliée à la conduite haute pression (19) par un second organe d'étranglement d'alimentation (24) pour permettre une fermeture rapide de l'aiguille d'indecteur. 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape de commande (11) comporte un second siège de soupape (16) de façon que lorsque le premier siège de soupape (14) de la soupape de commande est ouvert, la liaison entre la chambre de soupape (12) et la conduite haute pression (19) est fermée par l'intermédiaire du second or 2s gane d'étranglement d'alimentation (24) au niveau du second siège de soupape (16). 3 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le second siège de soupape (16) est un siège plat fermé par un élément (15) en forme de plaque. 4 ) Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément en forme de plaque (15) constitue en méme temps l'appui pour un ressort d'ouverture (17) de la soupape de commande (11). ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le démultiplicateur est un démultiplicateur hydraulique composé d'un premier piston (4) et d'un second piston (5) ainsi que d'une chambre à li- quide (6). s 6 ) Soupape selon la revendication 5, caractérisée en ce que le démultiplicateur hydraulique est réalisé pour que le premier piston (4) présente une direction de mouvement opposée à celle du second pis o ton (5). 7 ) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que le second piston (5) comporte une chemise (7) communiquant avec la chambre à liquide (6). 8 ) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que le second piston (5) est un piston étagé en une seule pièce. 9 ) Soupape selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que la chemise (7) ou le piston étagé en une seule pièce constitue en même temps un appui pour un ressort de rappel (9) du démultiplicateur hydrau :5 lique. ) Soupape selon la revendication 9, caractérisée en ce que le ressort de rappel (9) constitue en méme temps le ressort de précon