Brevet FR2830572A1 — publié le 20030411

so trainte de l'actionneur piézo-électrique (2). Domaine technique La présente invention concerne une soupape de commande de liquide pour un système d'injection à rampe commune, comprenant un coupleur hydraulique ayant un premier piston, un second piston et entre s les deux pistons, une chambre de couplage remplie de liquide ainsi qu'un actionneur piézo-électrique coopérant avec le premier piston. L'invention concerne notamment une soupape de com mande de liquide pour un système d'injection à rampe commune comme par exemple un injecteur de moteur diesel ou de moteur à essence. o Arrière plan technologique On connaît de multiples réalisations d'injecteurs de carbu rant. Récemment, les indecteurs de carburant sont man_uvrés par un ac tionneur piézo-électrique qui commande le mouvement de l'aiguille pour injecter le carburant. De tels actionneurs piézoélectriques permettent des temps de commutation très courts. Les actionneurs piézo-électriques ont toutefois l'inconvénient de changer de longueur sous l'effet des variations de températures qui se produisent par exemple lors de la montée en tem pérature dans l'enceinte du moteur pendant son fonctionnement. De plus, la course des actionneurs piézoélectriques est relativement courte. C'est o pourquoi on démultiplie la course d'un actionneur piézo-électrique par des démultiplicateurs hydrauliques. Les démultiplicateurs hydrauliques ont en outre l'avantage de compenser les variations de longueur de l'actionneur piézo-électrique en fonction de la température par une réduc tion du volume de la chambre du démultiplicateur. Habituellement les démultiplicateurs hydrauliques se composent d'un premier piston, d'un second piston et d'une chambre de démultiplication entre les deux pis tons. L'un des deux pistons est relié à l'actionneur piézo-électrique et la démultiplication dépend du rapport choisi des diamètres des deux pistons. Comme le premier piston, la chambre de démultiplication et le second piston sont montés en série, le démultiplicateur hydraulique connu a une hauteur relativement importante. C'est pourquoi le document DE 199 39 452 A1 propose un démultiplicateur hydraulique dont le premier piston comporte un perçage cylindrique logeant le second piston. La chambre de démultiplication se s5 trouve alors en dessous du premier piston et le second piston est un pis ton étagé dont la face inférieure annulaire est en communication avec la chambre de démultiplication. Comme le second piston est en partie logé dans le premier piston, on diminue la longueur axiale du démultiplicateur hydraulique mais du fait de leur disposition particulière, les deux pistons se déplacent dans des directions opposces; en d'autres termes le premier piston est déplacé vers le bas par l'actionneur piézo-électrique alors que le second piston remonte dans le premier piston. De ce fait, ce démultiplica s teur ne peut s'utiliser que pour des soupapes ou injecteurs s'ouvrant vers l'intérieur car l' organe de soup ape relié au second piston exécute un mou vement dans la méme direction que le second piston. Objet et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon o vénients et concerne à cet effet une soupape de commande de liquide du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que le premier piston est essen tiellement en forme de pot et comporte une cavité ainsi qu'une zone de fond intérieure; le second piston est logé dans la cavité du premier piston, et la chambre de couplage est prévue entre le second piston et la zone de s fond intérieure du premier piston. La soupape selon l'invention pour la commande d'un liquide offre l'avantage de comporter un coupleur hydraulique qui ne produit pas d'inversion de sens de déplacement des deux pistons; le coupleur pré sente néanmoins une longueur particulièrement réduite dans la direction o axiale de l'injecteur. En d'autres termes, les deux pistons du coupleur se déplacent dans la même direction ce qui permet d'utiliser ce coupleur pour une soupape ou injecteur s'ouvrant vers l'extérieur. Le coupleur selon l'invention est de construction très com pacte et ne nécessite qu'un encombrement réduit. De plus, le coupleur s selon l'invention permet une économie de matière ce qui en diminue parti culièrement le poids. Pour cela, le coupleur hydraulique selon l'invention comporte un premier piston essentiellement en forme de pot avec une ca vité et une zone de fond intérieure. Un second piston est logé dans la ca vité du premier piston et la chambre de couplage remplie de liquide se o trouve entre le second piston et la zone de fond du premier piston. Ainsi le coupleur hydraulique selon l'invention aura des dimensions minimales dans sa direction longitudinale. On remarque que l'expression " piston es sentiellement en forme de pot " désigne un piston ayant une zone de fond et une zone de paroi périphérique le long du bord extérieur de la zone de s fond. Le premier piston peut avoir une section circulaire, ovale, carrée, rectangulaire ou polygonale ou toute autre forme extérieure. De même, la cavité délimitée par les zones de paroi du piston essentiellement en forme de pot aura une section circulaire, ovale, carrce, rectangulaire ou polygo nale ou n'importe quelle autre forme périphérique. Selon un développement préférentiel de l'invention, la sur face du second piston est identique à l'aire de la zone de fond intérieure s du premier piston. I1 en résulte que le coupleur hydraulique n'assure alors aucune démultiplication de la course de l'actionneur piézo-électrique mais compense uniquement les variations de longueur de l'actionneur piézo électrique résultant des variations de température. Un tel coupleur hy draulique sans fonction de démultiplication est particulièrement intéres o sant pour des indecteurs de carburant ayant des tolérances constructives extrêmement serrées, pour éviter de démultiplier des tolérances erronces. Selon un autre développement préférentiel de l'invention, l'aire du second piston est inférieure à celle de la zone de fond intérieure du premier piston. Dans ces conditions, le coupleur hydraulique fonc s tionne comme démultiplicateur de la course de l'actionneur piézo électrique. Suivant le rapport des aires du second piston et de la zone in térieure du premier piston, on aura une démultiplication correspondante de la course de l'actionneur. Selon l'invention, le second piston est guidé directement ou o indirectement dans le premier piston. De manière préférentielle, la cavité du premier piston com porte un élément de guidage pour guider le premier et le second piston. Si l'élément de guidage est réalisé de façon à ne pas atteindre la zone de fond du premier piston, on aura de manière simple un coupleur hydraulique à s fonction de démultiplication. De manière avantageuse, le second piston forme un ensem ble avec l'aiguille de l'injecteur commandant le liquide. Le second piston peut dans ce cas étre réalisé en une seule pièce avec l'aiguille de l'inJecteur ou étre relié par exemple à celui-ci par une soudure au laser ou par vissage. Dans ce mode de réalisation, on peut supprimer le guidage de l'aiguille d'injecteur car l'aiguille reliée solidairement au second piston, sera guidée par le guidage du piston. Selon un autre développement préférentiel de l'invention, le second piston est appliqué directement ou indirectement contre l'aiguille 3s de l'injecteur. En d'autres termes, le second piston et l'aiguille d'injecteur ne sont pas constitués d'une seule pièce mais de deux pièces distinctes. Cela permet notamment d'éviter la transmission d'un choc en retour qui se produit par exemple lors de la fermeture de l'aiguille de l'injecteur sous l'effet des pressions élevées des durées de commutation très rapides. De plus on peut prévoir une fixation simple du guidage de l'aiguille sur celle ci. De manière préférentielle, le second piston est également s réalisé essentiellement en forme de pot. En particulier la cavité du second piston peut servir de siège pour le ressort destiné à fermer l'aiguille d'injecteur si le second piston constitue un ensemble avec l'aiguille. De manière préférentielle, le ressort d'obturation de l'aiguille s'appuie contre le second piston. Cela permet de réduire le nom o bre de composants. De manière avantageuse, le second piston comporte un dis que ou une rondelle pour l'appui du ressort de rappel du coupleur. Le res sort de rappel attaque de préférence le bord du premier piston pour qu'à la fin de l'actionnement de la soupape, le coupleur soit remis dans sa posi s tion de repos. Pour une fabrication particulièrement simple et économi que, l'élément de guidage placé dans la cavité du premier piston est de préférence une chemise cylindrique. En outre, le premier et le second pis ton ont avantageusement une section circulaire. o La soupape selon l'invention pour commander un liquide est utilisée de manière préférentielle comme injecteur de carburant dans des systèmes d'injection à rampe commune destinés à la fois à des injec teurs diesel et des injecteurs d'essence. Dessins s La présente invention sera décrite ci-dessous à l'aide de plusieurs exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une soupape de com mande de liquide correspondant à un premier exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe partielle agrandie du coupleur de la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus d'une rondelle du coupleur servant d'appui à un ressort de rappel, s - la figure 4 est une vue en coupe schématique d'une soupape de com mande de liquide selon un second exemple de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe schématique d'une soupape de com mande de liquide correspondant à un troisième exemple de réalisation de l'invention. Description des exemples de réalisation s Les figures 1 à 3 montrent une soupape 1 pour commander un liquide selon un premier exemple de réalisation de l'invention. Selon la figure 1, la soupape 1 comprend un actionneur piézo-électrique 13, un coupleur hydraulique 2 et une aiguille d'injecteur 9. Les différents compo sants de la soupape ou injecteur 1 sont logés dans un boîtier 14 en plu o sieurs pièces. Comme cela apparaît notamment à la figure 2, le coupleur hydraulique 2 comprend un premier piston 3 en forme de pot, un second piston 6 ainsi qu'une chambre de couplage 7 remplie de liquide. Le pre mier piston 3 en forme de pot comporte une cavité cylindrique 4 avec une zone de fond 5. La chambre de coupleur 7 est située à l'intérieur du pre is mier piston 3 entre la zone de fond 5 et la surface 16 du second piston 6 (voir figure 2). I1 est également prévu un élément de guidage 8 dans la ca vité 4 du premier piston 3 pour guider le premier et le second piston. Selon la figure 2, l'élément de guidage 8 est en forme de chemise. Sous l'élément de guidage 8 se trouve une rondelle 12 fixée au o second piston 6. La rondelle 12 est représentée en détail à la figure 3. Comme cela apparaît notamment à la figure 1, la rondelle 12 sert en outre d'appui à un ressort de couplage 11 qui maintient le cou pleur hydraulique 2 dans une position de repos prédétermince; à la fin de l'indection de carburant, le ressort rappelle le coupleur hydraulique dans 2s sa position de repos. Le ressort 11 s'appuie ainsi d'une part contre la ron delle 12 et d'autre part contre la zone de paroi en forme de douille du premier piston 4 (voir figure 1). La soupape ou injecteur 1 comporte également dans ce premier exemple de réalisation, un ressort d'aiguille 1 O qui rappelle l'aiguille de l'injecteur 9 après son actionnement. L'aiguille d'injecteur 9 comporte également un organe de guidage 15 fixé à l'aiguille 9 par exem ple par une soudure. Le fonctionnement de la soupape ou inJecteur 1 selon le premier exemple de réalisation sera décrit ci-après: lorsque l'actionneur 3s piézoélectrique 13 est commandé, sa course ainsi provoquce est trans mise au premier piston 3 qui descend dans la direction de la flèche A (voir figure 2). Cette course est transmise au liquide de la chambre de couplage 7 par la zone de fond 5 du premier piston 3 et ensuite cette course est transmise à la surface 16 du second piston 6. Comme le diamètre D de la zone de fond 5 du premier piston 3 est supérieur au diamètre D de la surface 16 du second piston 6, il y a démultiplication de la course de l'actionneur piézo-électrique selon le rapport des deux diamètres D, D. s Le second piston 6 se déplace ainsi dans la même direction que le premier piston, dans la direction de la flèche B (voir figure 2). Comme le second piston 6 est directement relié à l'aiguille d'injecteur 9 placce dans une ca vité du second piston 6, la course est ainsi transmise à l'aiguille d'inJecteur 9 qui se soulève de son siège permettant l'injection de carbu o rant dans une chambre de combustion non représentée. Dans ce cas, l'aiguille 9 se déplace vers l'extérieur par rapport à l'injecteur 1. Pour terminer l'injection, on commande de nouveau l'actionneur piézoélectrique 13 pour neutraliser sa variation de longueur; du fait de la force développée par son ressort 1O, l'aiguille d'injecteur 9 est s de nouveau soulevée contre son siège ce qui termine l'injection. En même temps le ressort de couplage 11 rappelle le coupleur hydraulique 2 dans sa position de repos. Comme à la fois le premier piston 3 et le second piston 6 ont le même sens de déplacement, il est possible de réaliser l'indecteur 1 o comme injecteur ou soupape s'ouvrant vers l'extérieur, l'aiguille 9 s'ouvrant alors dans la même direction que les deux pistons 3, 6. La di mension axiale de l'injecteur 1 peut ainsi être réduite significativement par rapport à l'état de la technique car à la fois la chambre de couplage 7 et le second piston 6 se logent dans la cavité 4 du premier piston. Il en s résulte une soupape ou injecteur 1 de construction particulièrement com pacte et légère. Selon la figure 4 on décrira ainsi après un second exemple de réalisation de la présente invention. Dans cette figure et la description on utilisera les mêmes références que dans le premier exemple de réalisa tion pour désigner les pièces de même fonction. A la différence du premier exemple de réalisation, dans ce second exemple, le second piston 6 et l'aiguille d'injecteur 9 sont consti tués par une pièce unique. Pour cela, l'aiguille d'injecteur 9 est solidarisée au piston 6 par soudage. Le piston 6 comporte un perçage traversant ce 3s qui permet de souder l'aiguille 9 au niveau de la surface du piston 6 tour née du côté de la chambre de couplage 7 (figure 4). De plus, le second piston 6 est également en forme de pot et crée ainsi un siège de ressort pour le ressort 1O de l'aiguille. Le rappel de l'aiguille 9 se fait par le second piston 6. Comme le montre la figure 4, le ressort d'injecteur 10 s'appuie par son autre côté contre le boîtier 14. De plus, la zone du boîtier 14 cor respondant à l'aiguille d'injecteur 9 est réalisce pour constituer en même temps l'élément de guidage du premier et du second piston 3, 6. A la fi s gure 4, ce prolongement en forme de douille du boîtier 14 porte la réfé rence 8'. Pour le reste, la soupape ou injecteur selon ce second exemple de réalisation correspond pour l'essentiel au premier exemple de réalisation auquel il est fait référence pour les compléments de description. La figure 5 montre une soupape de commande de liquide o correspondant à un troisième exemple de réalisation de l'invention. Pour cette figure et la description qui s'y rapporte, on utilisera comme précé demment les mêmes rétérences pour désigner les pièces de même fonction que dans le premier exemple. Contrairement aux deux exemples de réalisation décrits ci s dessus, le coupleur hydraulique 2 de ce troisième exemple de réalisation n'assure pas de démultiplication de la course de l'actionneur piézo électrique 13. Pour cela, le diamètre du second piston 6 correspond à celui de la cavité formoe dans le premier piston 3. On évite ainsi que le coupleur hydraulique ne démultiplie de manière gênante les tolérances de fabrica o tion des pièces et n'additionne ces tolérances. Pour le reste, l'injecteur ou soupape du troisième exemple de réalisation correspond pour l'essentiel au second exemple de réalisation auquel il sera fait référence pour les compléments de descAption. En résumé, la présente invention concerne une soupape ou injecteur 1 pour commander un liquide dans un système d'injection à rampe commune comprenant un coupleur hydraulique 2 et un actionneur piézo-électrique 13. Le coupleur hydraulique 2 comprend un premier pis ton 3, un second piston 6 et une chambre de couplage 7 entre les deux pistons. L'actionneur piézo-électrique 13 coopère avec le premier piston 3. Le premier piston 3 est essentiellement en forme de pot et le second piston 6 est placé dans une cavité 4 du premier piston 3. La chambre de cou plage 7 est prévue entre le second piston 6 et une zone de fond intérieure du premier piston 3. Cela permet de réaliser un coupleur hydraulique compact sans inversion de sens de déplacement des deux pistons. La description des exemples de réalisation précédents de la présente invention n'est donnce qu'à titre d'illustration sans caractère li mitatif. Différentes variantes et modifications sont envisageables dans le cadre de l'invention sans sortir du domaine protégé. REVEND I CATI ONS 1 ) Soupape de commande de liquide pour un système d'inJection à rampe commune, comprenant un coupleur hydraulique (2) ayant un premier piston (3), un second piston (6) et entre les deux pistons, une chambre de s couplage (7) remplie de liquide ainsi qu'un actionneur piézo-électrique (13) coopérant avec le premier piston (3), caractérisée en ce que le premier piston (3) est essentiellement en forme de pot et comporte une cavité (4) ainsi qu'une zone de fond intérieure (5), 0 le second piston (6) est logé dans la cavité (4) du premier piston (3), et la chambre de couplage (7) est prévue entre le second piston (6) et la zone de fond intérieure (5) du premier piston (3). 2 ) Soupape selon la revendication 1, lS caractérisée en ce que le second piston (6) présente une surface de piston (1 6) de même aire que celle de la zone de fond intérieure (5) du premier piston (3). 3 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'aire (1 6) du second piston (6) est inférieure à l'aire de la zone de fond in térieure (5) du premier piston (3). 4 ) Soupape selon la revendication 3, s caractérisce en ce que la cavité (4) du premier piston (3) comporte un élément de guidage (8, 8') pour guider le premier piston (3) et le second piston (6). ) Soupape selon la revendication 1, caractérisce en ce que le second piston (6) forme un ensemble avec l'aiguille (9) de l'injecteur. 6 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que 3s le second piston (6) est appliqué directement ou indirectement contre l'aiguille (9) de l'injecteur. 7 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisce en ce que le second piston (6) est également essentiellement en forme de pot. 8 ) Soupape selon la revendication 7, caractérisée en ce qu' un organe d'obturation (10) de l'aiguille d'indecteur (9) s'appuie contre le second piston (6). 9 ) Soupape selon la revendication 1, o caractérisée par un ressort de rappel ( 11) pour rappeler le coupleur hydraulique (2) s'appuyant contre une rondelle (12). ) Soupape selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisce en ce que l'élément de guidage (8) est en forme de chemise cylindrique ou comme