Brevet FR2828715A1 — publié le 20030221

v Etat de la technique L'invention concerne un manchon élastique notamment pour as surer la pré co ntrainte d 'un actionneur piézo - électrique dan s une soupape pour commander des liquides, ce manchon étant réalisé au s moins sensiblement sous la forme d'un corps cylindrique creux avec plu- sieurs découpes réparties à sa périphérie et selon sa longueur. L'invention co ncerne également un pro cédé de fabrication d'un manchon élastique. Dans les injecteurs de carburant équipés d'un actionneur o piézoélectrique, pour commander les injecteurs, on applique une tension électrique à l'actionneur piézoélectrique pour que celui-ci s'expanse rapi- dement sous l'effet physique de la céramique piézoélectrique et soulève l'organe d'obturation de l'injecteur par rapport à son siège. L'actionneur piézoélectrique a une certaine masse qu'il faut alors accélérer. Si on réduit s la tension électrique appliquce, du fait de l'accélération et de l'inertie, la masse de l'actionneur piézoélectrique a toujours tendance à se déplacer dans la direction d'expansion axiale. Suivant la vitesse de commande, des forces de traction sont engendrées dans l'actionneur piézoélectrique du fait de l'accélération et de la coupure de la tension; à partir de certaines o valeurs, ces forces peuvent endommager l'actionneur piézoélectrique et en particulier engendrer des fissures dans les soudures entre les différentes couches de l'actionneur piézoélectrique. Pour éviter de tels endommagements, on assure une pré- contrainte de l'actionneur piézoélectrique dans la direction axiale à l'aide s d'un manchon élastique. Un tel manchon élastique est par exemple décrit dans le document DE 38 44 134 A1. Selon la pratique, on connat des manchons élastiques fa- briqués à partir d'une matière en forme de plaque. Pour cela, on emboutit tout d'abord la surface enveloppe d'un corps au moins sensiblement cy lindrique et on découpe les cavités dans cette enveloppe. Ensuite, par cintrage rond, cette structure en forme de plaque est mise sous une forme au moins voisine d'un cylindre, et en bout on relie les deux extrémités de la surface enveloppe par une soudure longitudinale. Ensuite, on usine les deux surfaces frontales de la pièce de forme cylindrique creuse pour réali 3s ser une surface d'appui plane pour le manchon élastique. Pour assurer la précontrainte d'un actionneur piézoélectri- que d'une soupape pour commander des liquides, on installe des man- chons élastiques chaque fois coaxialement par rapport aux deux pistons de la soupape de commande. Un organe de poussée est installé entre le manchon élastique et le piston, et dans cet organe, les deux pistons sont coulissants axialement. Les manchons élastiques sont montés entre un décrochement de l'organe de poussée et un autre décrochement ou épau lement sur l'un des pistons. Les manchons élastiques s'appuient chaque fois par leur surface frontale usinée contre le décrochement de l'organe de poussée et contre au moins un autre décrochement du piston avec un alignement radial des manchons élastiques dans le corps de l'injecteur par o l'intermédiaire d'une collerette de centrage prévue sur le côté extérieur de l'organe de poussoe. Ces manchons élastiques connus en pratique ont toutefois l'inconvénient que la soudure longitudinale diminue leur rigidité. Ainsi de tels manchons élastiques soudés ont une rigidité moindre et peuvent le i5 cas échéant fléchir ou se bomber au niveau du cordon de soudure pen- dant le fonctionnement de l'injecteur de carburant. Les forces axiales nocessaires pour la précontrainte de l'actionneur piézoélectrique et qui agissent ainsi sur le manchon élastique peuvent étre appliquces sans risquer de déformer le manchon élastique si l'on augmente l'épaisseur de la paroi ou l'épaisseur de la tole du manchon. Mais, l'inconvénient de cette solution est que du fait du volume radial li- mité dans le boitier de la soupape de commande, il faut réduire l'épaisseur de la paroi de l'organe de poussce, ce qui risque de produire l'élargissement de l'organe de poussce sous l'effet des pressions de fonc tionnement élevoes qui règnent dans un injecteur de carburant. Une telle extension conduit à un courant de fuite élevé, ce qui est génant, à partir de la chambre hydraulique de la soupape de commande entre les pistons. Un autre inconvénient est que l'usinage axial des deux cô- tés du manchon élastique entraine un coût de fabrication élevé. De plus lors du cintrage circulaire, on n'arrive qu'à une forme cylindrique impar- faite du manchon élastique, car la surface enveloppe qui est tout d'abord en forme de plaque avec les entretoises formoes entre les cavités ou dé- coupes, ne permet pas d'obtenir la forme ronde ou cylindrique souhaitée à cause du défaut d'homogénéité lors du cintrage circulaire. Bien plus la forme définitive correspond à une surface polygonale qui occupe beaucoup plus de place dans le boitier de l'injecteur de carburant. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénients et concerne à cet effet un manchon élastique du type défini ci- dessus, caractérisé en ce que le manchon élastique est une pièce en une s seule partie obtenue par emboutissage profond. Selon d'autres caractéristiques avantageuses, au moins à une extrémité du manchon, il est prévu une première collerette de cen- trage. La première collerette de centrage est en forme de tronc de cône. La première collerette de centrage est relice à une partie centrale cylindrique o dans la cavité du manchon élastique. Ce manchon a l'avantage d'être réalisé sous la forme d'un corps cylindrique creux avec une bonne forme ronde et dont l'encombrement est ainsi réduit. De plus, il est avantageux de pouvoir ré- duire l'épaisseur du manchon élastique par comparaison avec l'épaisseur des manchons élastiques soudés, connus selon la pratique, pour une même résistance aux contraintes, sans risque de déformation du man- chon élastique. Cet avantage résulte de la fabrication du manchon par em- boutissage profond en une seule pièce, sans cordon de soudure longitudi o nal qui, comme déjà indiqué, présente l'inconvénient pour une même épaisseur de paroi et sous l'effet de contraintes élevoes, de provoquer la déformation du manchon élastique. La réduction de l'épaisseur de la paroi offre également l'avantage que le manchon étant moins encombrant, on peut augmenter :5 l'épaisseur de la paroi de l'organe de poussée de l'injecteur, ce qui réduit au minimum les fuites de la chambre hydraulique qui est prévue de façon connue pour compenser la longueur dans l'injecteur de carburant. Si en outre, le manchon élastique comporte une seconde collerette de centrage en forme de tronc de cône prévue à une extrémité du so manchon élastique, à l'opposé de l'extrémité munie de la première colle- rette de centrage, de préférence la seconde collerette de centrage dépasse le côté extérieur de la partie cylindrique centrale et rejoint cette partie centrale suivant une forme d'entonnoir. Le procédé selon l'invention de fabrication d'un manchon 3s élastique est caractérisé en ce qu' - on forme par emboutissage profond un corps en une seule pièce ayant au moins sensiblement une forme de cylindre creux, et ensuite, on réalise plusieurs découpes réparties à la périphérie et sui vant la longueur du manchon élastique. Ce procédé offre l'avantage de réaliser un manchon élasti que ayant un faible encombrement et une grande résistance, simple et économique de fabrication. Si le manchon élastique est réalisé sous la forme d'un corps en une seule pièce ayant au moins sensiblement une forme cylindrique circulaire, obtenue par emboutissage profond et si ensuite on réalise plu sieurs cavités ou découpes réparties à la périphérie et suivant la longueur to du corps du manchon dans sa surface enveloppe, on arrive à une résis tance élevée pour une faible épaisseur de paroi du manchon élastique; le manchon présente en outre une bonne forme ronde, ce qui réduit avanta geusement son encombrement. De plus, le procédé selon l'invention offre l'avantage de sup primer les étapes d'usinages de finition, coûteux. Selon d'autres caractéristiques avantageuses du procédé, les découpes sont réalisces par découpe à la presse et/ou au laser. On fait un traitement thermique et un recuit des manchons élastiques. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisation représentés schémati quement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle d'un premier exemple de réalisation d'un manchon élastique selon l'invention installé dans un injecteur de carburant de moteur à combustion interne, - la figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un manchon élasti que selon l'invention, présenté seul, - la figure 3 est une coupe longitudinale du manchon élastique selon la ligne de coupe III-III de la figure 2, so - la figure 4 est une vue schématique partielle du manchon élastique selon l'invention correspondant aux figures 2 et 3 installé dans une soupape de commande. Description des exemples de réalisation L'exemple de réalisation représenté à la figure l correspond à un manchon élastique 8 selon l'invention logé dans une soupape pour commander des liquides ou dans un injecteur de carburant 1 d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile. Dans la présente s réalisation, l'injecteur 1 est un injecteur de rampe commune pour inJecter du gazole. Pour régler le début de l'injection, la durce de l'injection et la quantité injectée en fonction des rapports de force dans l'injecteur 1, on s commande un pied d'actionneur 2 par une unité piézoélectrique en forme d'actionneur piézoélectrique 3 prévue sur un côté du pied 2 de l'actionneur non tourné vers la chambre de commande de la soupape et la chambre de combustion. L'actionneur piézoélectrique 3 est habituellement composé de plusieurs couches de céramique piézoélectriques. o Le côté du pied 2 de l'actionneur opposé de l'actionneur pié zoélectrique 3, a un premier piston ou piston supérieur 4 dans un corps de pression 5 qui se poursuit par un second piston 6 ou piston inférieur également guidé de manière mobile dans la direction axiale dans le corps de poussée 5. s Les pistons 4 et 6 sont couplés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un démultiplicateur hydraulique. Le démultiplicateur hy draulique est formé d'une chambre hydraulique 7 qui transmet le dépla cement de l'actionneur piézoélectrique 3 du premier piston 4 au second piston 6. La chambre hydraulique 7 contient entre les deux pistons 4, 6 o qui la délimite, et pour lesquels le diamètre du second de piston 6 est infé rieur à celui du premier second 4, un volume d'équilibrage commun dans lequel règne une pression de système p_sys. La chambre hydraulique 7 est serrée dans ces conditions entre les pistons 4 et 6 pour que le piston 6 exécute une course agrandie selon le rapport de démultiplication corres :5 pondant au diamètre des pistons, lorsque le premier piston 4 le plus grand est déplacé d'un certain trajet par l'actionneur piézoélectrique 3. Le pied 2 de l'actionneur, les pistons 4 et 6 et l'actionneur piézoélectrique 3 sont coaxiaux les uns derrière les autres. Par le volume d'équilibrage de la chambre hydraulique 7, on peut compenser les tolérances liées aux différents gradients de tempéra ture dans l'injecteur de carburant 1 et aux différents coeffcients de dila tation de température des matériaux utilisés ainsi que d'éventuels effets de tassement, sans que cela n'entrane une variation de la position d'un organe de fermeture de soupape de l'injecteur 1 qui est à commander. ss Pour la précontrainte de l'actionneur piézoélectrique 3, il est prévu un manchon élastique 8 formé d'un corps cylindrique creux ayant plusieurs découpes 9 réparties à sa périphérie et sur la longueur du man chon élastique; ces découpes sont représentées de manière plus détaillée à la fgure 2. Le manchon élastique 8 est une pièce en un seul morccau, obtenue par emboutissage profond à partir d'une plaquette de métal; après l'opération d'emboutissage profond, on réalise des coupages 9 dans le corps cylindrique. Grâce à l'emboutissage profond, le manchon élasti que 8 a un degré de rondicité poussé et c'est pourquoi il peut se monter de manière simple coaxialement à l'organe de poussce 5 dans un boîtier 10 d'injecteur de carburant 1 tout en ne représentant qu'un encombrement réduit. I1 fait partie de l'appréciation de l'homme de métier de réali lO ser les découpes 9 non pas par matriçage mais avec un autre procédé de fabrication approprié comme par exemple le soudage ou le perçage par laser ou une combinaison de procédé de fabrication approprice pour tra- vailler le cylindre creux du manchon élastique 8. Le manchon élastique 8 selon l'exemple de réalisation de la s figure 1 est installé entre une collerette 11 de l'organe de poussoe 5 et une pièce de réglage 12; La pièce de réglage 12 est appuyée contre une pièce d'épaulement 13, annulaire du premier piston 4. Les surfaces d'appui de la collerette 11 et de la pièce de réglage 12 sont réalisées de manière per- pendiculaire à l'axe de symétrie du manchon élastique 8. o Du fait du faible encombrement du manchon élastique 8, on peut donner à l'épaisseur de la paroi de l'organe de poussée 5 au ni veau du premier piston 4, une dimension plus grande que cela était le cas pour les manchons élastiques soudés, connus en pratique. L'augmentation de l'épaisseur de paroi de l'organe de poussée 5 au niveau s du premier piston 4 fait que les pressions de fonctionnement qui règnent pendant le fonctionnement dans l'injecteur ne produisent qu'un élargis sement réduit de l'organe de poussée 5, ce qui minimise de courant de fuite de la chambre hydraulique 7 entre l'organe de poussée 5 et le pre mier piston 4 dans le volume intérieur 20 de l'injecteur 1. Selon le mode de réalisation particulièrement avantageux du manchon élastique représenté aux figures 2 et 3, monté selon la figure 4 dans un injecteur de carburant 1 qui correspond pour l'essentiel au mode de réalisation de la figure 1, il comporte à ses deux extrémités une première collerette de centrage 14 et une seconde collerette de centrage 15 de préférence en forme de tronc de cône. La première collerette de centrage 14 rejoint la partie cen trale cylindrique 16 du manchon élastique 8 et se trouve principalement dans le volume intérieur 17 du manchon élastique 8. De plus, la première collerette de centrage 14 s'applique contre un élément de réglage 18 qui est glissé par dessus le premier piston 4 lors du montage et est soudé dans un état précontraint du manchon élastique 8 au premier piston 4. La seconde collerette de centrage 15 prolonge suivant une forme d'entonnoir la partie médiane 16 et dépasse le côté extérieur 19 du manchon élastique 8 ou de la partie médiane 16. Le manchon élastique 8 s'appuie par la seconde collerette de centrage 15 contre la collerette an- nulaire 11 de l'organe de poussoe 5. Les deux collerettes de centrage 14, servent à aligner le manchon élastique 8 dans le boîtier 10 de o l'injecteur de carburant 1 et par rapport au corps de poussce 5, une sur- face d'appui de la collerette 11 du corps de poussée 5 tournée vers le manchon élastique 8 et une surface d'appui de l'élément de réglage 18 sur le premier piston 4 présente chaque fois une partie bombée, sphérique tournce vers le manchon élastique 8 permettant un centrage simple et ef ficace du manchon élastique 8 par rapport à l'organe de poussée 5 et aux deux pistons 4, 6. Les deux collerettes de centrage 14, 15 sont réalisées de manière simple au cours d'une étape de fabrication lors de l'emboutissage profond avec la partie médiane 16 cylindrique creuse du manchon élasti o que 8 pour ne pas nocessiter d'usinage des surfaces d'appui du manchon élastique 8 tourné vers l'élément de réglage 18 et la collerette 1 1 de l'organe de poussée 5 et permettant ainsi de réduire considérablement le coût de fabrication du manchon élastique 8. On obtient une autre amélioration du fonctionnement du s manchon élastique 8, si pour fabriquer ce manchon, on utilise une ma- tière métallique avec une forte teneur en carbone. On dispose alors d'un matériau avantageus ement ductile pour le procédé d 'embouti s sage pro - fond, et qui après la réalisation de la forme souhaitée pour le manchon élastique 8, peut être soumis à un procédé de traitement thermique et de finition, pour augmenter la résistance du manchon élastique 8 selon des conditions prédéterminées. R E V E N D I C A 1 I O N S 1 ) Manchon élastique notamment pour assurer la précontrainte d'un ac- tionneur piézoélectrique (3) dans une soupape (1) pour commander des liquides, ce manchon étant réalisé au moins sensiblement sous la forme s d'un corps cylindrique creux avec plusieurs découpes (9) réparties à sa périphérie et selon sa longueur, ., caracterse en ce que le manchon élastique (8) est une pièce en une seule partie obtenue par emboutissage profond. 2 ) Manchon élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins à une extrémité du manchon (8), il est prévu une première colle rette de centrage (14). 3 ) Manchon élastique selon la revendication 2, ., caracterse en ce que la première collerette de centrage (14) est en forme de tronc de cone. 4 ) Manchon élastique selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la première collerette de centrage (14) est reliée à une partie centrale (16) cylindrique dans la cavité (20) du manchon élastique (8). 2s 5 ) Manchon élastique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, ., caractertse en ce que le manchon élastique (8) comporte une seconde collerette de centrage (15) en forme de tronc de cone prévue à une extrémité du manchon élastique (8), à l'opposé de l'extrémité munie de la première collerette de centrage (14). 6 ) Manchon élastique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde collerette de centrage (15) dépasse le côté extérieur (19) de la 3s partie cylindrique centrale (16) et rejoint cette partie centrale (16) suivant une forme d'entonnoir. 7 ) Procédé de fabrication d'un manchon élastique notamment d'un man chon élastique (8) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu' - on forme par emboutissage profond un corps en une seule pièce ayant au moins sensiblement une forme de cylindre creux, et ensuite, on réalise plusieurs découpes (8) réparties à la périphérie et suivant la longueur du manchon élastique (8). 8 ) Procédé selon la revendication 7, o caractérisé en ce que les découpes (9) sont réalisées par découpe à la presse et/ou au laser. 9 ) Procédé selon les revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'