Brevet FR2828721A1 — publié le 20030221

doit protéger par filtrage contre le choc. Etat de la technique La présente invention concerne une soupape pour commander des liquides avec un actionneur notamment piézo-électrique pour actionner un dispositif d'organe de soupape comprenant au moins s un premier piston guidé dans un corps de soupape et un second piston entre lesquels une chambre hydraulique produis une démultiplication hydraulique; et le second piston actionnant par son extrémité opposoe à la chambre hydraulique un organe d'obturation de soupape, qui coopère avec au moins un siège de soupape réalisé dans le corps de soupape, et o qui sépare une zone à la pression du système de la soupape par rapport à la zone haute pression lorsque cette soupape est en position de fermeture. Selon le document DE 199 46 833 A1, on connaît une soupape de commande de liquide comportant un actionneur piézoélectrique pour commander un organe de soupape coulissant s axialement dans un perçage d'un corps de soupape et dont une extrémité est munie d'un organe d'obturation de soupape; cet organe coopère avec au moins un siège prévu sur le corps de soupape pour ouvrir et fermer la soupape. L'organe d'obturation de soupape sépare alors une zone basse pression d'une zone haute pression par exemple la zone de pression d'une o rampe dans un système d'injection à rampe commune d'un véhicule automobile. L'organe d'obturation est divisé et comprend un premier et un second pistons séparés l'un de l'autre par une chambre hydraulique fonctionnant comme démultiplicateur hydraulique. Dans de telles soupapes dont la course de l'actionneur est s multiplice par un coupleur hydraulique, on a souvent du fait de la force exercée sur le volume de la chambre hydraulique, par exemple des pertes de fuite par l'intervalle entourant le piston adjacent et ces pertes détériorent la pression au cours des actionnements de soupape suivants, s'il n'y a pas de nouveaux remplissages suffisants de la chambre o hydraulique. Pour remplir de nouveau la chambre hydraulique, le document DE 199 46 833 A1 propose une installation de remplissage pour prélever du liquide hydraulique de la zone haute pression réalisée ave c un c anal ayant un perç age d 'étranglement et qui, pour remplir de nouveau la chambre hydraulique, débouche dans un intervalle entourant le premier piston et/ou le second piston, en ayant une soupape de surpression avec une dérivation vers la chambre basse pression de la soupape arrivant jusqu'à un siège de soupape que peut fermer l'organe d'obturation de soupape. La conception de la soupape avec une telle installation de remplissage est toutefois relativement compliquce. Pour des raisons de coût et de fonctionnement, le développement a consisté à réaliser l'ensemble de la zone de la soupape s allant de la chambre hydraulique jusqu'au siège de l'organe d'obturation de soupape, comme zone dans laquelle règne la pression du système; le nouveau remplissage se fait en même temps que s'ouvre l'organe d'obturation de la soupape. Une telle solution qui sera également décrite ultérieurement o à l'aide de la fgure 1, réside dans la conversion constructive du nouveau remplissage qui se fait grâce à la précontrainte du second piston par un ressort à faible précontrainte, donnant la différence de pression nécessaire, le second piston étant toujours en appui contre l'organe de fermeture de soupape. is Toutefois suivant une solution connue consistant à utiliser un ressort pour assurer la précontrainte de l'actionneur piézoélectrique, il faut accorder à cet effet un autre ressort pour la soupape. A côté des moyens à mettre en _uvre pour assurer cet accord, le faible volume disponible pose des problèmes, car un ressort identique et fonctionnant facilement nocessite une longueur constructive des dimensions correspondantes. De plus, la réalisation d'injections multiples dosées exactement est difficile, car la charge du second piston par ressort en cas d'injections multiples produit le cas échéant de fortes oscillations de 2s dépassement, ce qui crée des tolérances quantitative s d'autant plus grandes. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une soupape du type défini cidessus, caractérisoe en ce que le second piston s'appuie contre le corps de soupape en direction de la chambre hydraulique par un organe d'écartement en forme de manchon l'entourant au moins approximativement. En particulier, l'organe d'écartement est logé dans une 3s chambre de soupape à la pression du système, limitée au siège de soupape fermé par l'organe d'obturation de soupape. De préférence, l'organe d'écartement est installé entre un épaulement du second piston et une surface d'appui du corps de soupape). De préférence, l'organe d'écartement a une longueur élastique telle que l'organe d'obturation de soupape est logèrement soulevé de son siège de soupape en position de repos par le second piston, et en fonctionnement, cette longueur peut étre raccourcie élastiquement par la pression des côtés de l'organe d'obturation de soupape, jusqu'à ce que cet organe d'obturation touche le siège de soupape associé. Dans ce cas, o avantageusement, l'organe d'obturation de soupape est soulevé jusqu'à 7,um de son siège de soupape en position de repos. En variante, on peut prévoir que l'organe d'écartement a une longueur telle que l'organe d'obturation de soupape à l'état monté est tout d'abord légèrement soulevé de son siège par le second piston, puis l'organe d'écartement se déforme sous l'action des forces exercées par les côtés de l'organe d'obturation de soupape jusqu'à ce que cet organe d'obturation touche son siège de soupape. Dans ce cas, l'organe d'obturation de soupape est soulevé jusqu'à 7 m par rapport à son siège de soupape à l'état de montage. o Si l'on compare le nouveau remplissage de la chambre hydraulique lorsqu'on utilise un organe d'écartement par rapport à l'utilisation d'un ressort, on arrive à un remplissage encore plus rapide de la chambre hydraulique, car le nouveau remplissage ne se fait plus suivant les forces appliquces sur le second piston rapportées à la section :5 du second piston, mais directement avec la pression environnante du système. Lors de plusieurs brefs actionnements successifs de la soupape, comme cela est le cas pour les injections multiples qui correspondent à une application préférentielle de la soupape dans un o injecteur de carburant, la réalisation selon l'invention avec un organe d'écartement pour soutenir le second piston contre le corps de soupape est d'autant plus avantageux que l'organe d'écartement constitue une sorte de butée de dépassement de course évitant toute sur-oscillation du second piston. En réalisant une telle butée fixe pour le second piston vis s5 à-vis de la chambre hydraulique, on peut réduire de manière significative les tolérances quantitatives attachées aux injections multiples. Dessins la présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation d'une soupape comportant un ressort de précontrainte du second piston de soupape ainsi qu'un exemple de s réalisation avec un organe d'écartement entourant le second piston, représenté de manière schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle d'un injecteur équipé d'une soupape pour commander les injections, o - la figure 2 montre un injecteur correspondant à une variante de réalisation de la soupape de commande des injections, - la figure 3 montre un diagramme de comparaison des courses. Description des exemples de réalisation Les figures 1 et 2 montrent chacune un injecteur de carburant 1 destiné à être monté dans un moteur à combustion interne d'un véhicule non représenté; cet injecteur est réalisé ici comme injecteur de système d'injection à rampe commune pour injecter en particulier du gazole dans un moteur Diesel. L'injecteur de carburant 1 comprend comme ensembles o essentiels (ceux-ci ne sont représentés ici que partiellement), un module 2 qui constitue la soupape à commander par le carburant et un module de buse 3. Le module de buse 3 comprend un piston de commande de soupape 4 guidé dans un corps de buse et qui commande par une aiguille s de buse ou aiguille d'injecteur une ouverture débouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne dans l'injecteur 1; ce piston peut également faire corps avec l'aiguille. L'extrémité frontale libre du piston de commande de la soupape 4 délimite une chambre de commande 5 pour la soupape. Le niveau de pression régnant dans la so chambre de commande 5 règle la position du piston de commande de soupape 4 ou de l'aiguille de buse ou d'injecteur. La chambre de commande 5 est reliée par une conduite de retour de haute pression 6 à un accumulateur à haute pression 7, qui n'est indiqué que schématiquement; cet accumulateur commun à plusieurs injecteurs est ss une rarnpe commune. Le carturant passant par la conduite d'alimentation à haute pression 6 peut être sous une pression allant jusqu'à 1,5 kbar. s La chambre de commande 5 est en outre reliée par un organe d'étranglement de sortie 8 au module de soupape 2 qui règle le début de l'injection, la durée de l'injection et le dose injectée. La soupape 2 comprend à cet effet un actionneur 9 en forme d'actionneur piézoélectrique qui est installé sur le côté de l'iniecteur 1 à l'opposé de celui de la chambre de combustion du moteur; cet actionneur commande un dispositif d'organe de soupape. L'actionneur piézoélectrique 9 est formé de manière connue de plusieurs couches et il s'appuie d'un côté par un pied d'actionneur non représenté contre une to paroi d'un corps d'injecteur 10; par l'autre côté, il s'appuie contre le dispositif à organe de soupape; cet actionneur est précontraint par une tête d'actionneur 11 à l'aide d'un ressort 12 par rapport au corps d'injecteur 10. Le dispositif à organe de soupape comporte de préférence i5 un premier piston 13 guidé dans le corps de soupape 10; ce piston constitue un piston d'actionnement ou premier piston de démultiplication. Le dispositif comporte également un second piston 14 qui constitue également un piston d'actionnement ou second piston de démultiplication; le second piston 14 est destiné à la commande d'un o organe d'obturation de soupape 15. Entre les pistons 13 et 14 dont le premier piston 13 a un plus grand diamètre que le second piston 14, on a une chambre hydraulique 16 fonctionnant comme chambre de démultiplication hydraulique de façon qu'un déplacement axial du premier piston 13 sollicité par la contrainte exercce par l'actionneur piézoélectrique 10 est transmis par la chambre hydraulique 16 au second piston 14; ce dernier exécute une course augmentée selon le rapport de démultiplication correspondant au diarnètre des pistons. L'organe d'obturation de soupape 15 coopère avec un siège de soupape 17 réalisé dans le corps de soupape 10. Ce siège est ici un siège sphérique pour l'organe d'obturation 15 en forme de bille. Il est clair que selon une variante de réalisation, on peut également donner à l'organe d'obturation 15 une autre forme géométrique et le cas échéant le faire coopérer avec deux sièges de soupape, ce qui signife que le module de commande de soupape 2 est alors une soupape à double siège. L'organe d'obturation de soupape 15 est appliqué contre le siège de soupape 17 lorsque l'actionneur piézoélectrique 9 n'est pas commandé; il sépare alors la zone haute pression d'une chambre 18 adjacente au siège de soupape 17 et qui entoure au moins partiellement le second piston 14. Pour tenir l'organe d'obturation de soupape 15 contre le siège de soupape 17 même lorsque l'injecteur 1 est en position de repos, il est prévu un ressort 19 qui pousse l'organe d'obturation de soupape 15 contre le siège de soupape 17. La chambre de soupape 18 adjacente au siège de soupape 17 du côté basse pression, correspond à un volume d'accumulation de pression à la pression du système p_sys qui dans le cas présent est de o l'ordre de 20 bars ou 30 bars; dans d'autres modes de réalisation, cette pression peut prendre des valeurs comprises entre 2 bars et 50 bars. Une soupape de retenue de pression non représentée ici permet de régler la pression du système pour que cette pression soit suffisante pour garantir un nouveau remplissage de la chambre hydraulique 16 après un actionnement par l'intermédiaire d'un volume annulaire entourant le second piston 14. En cas de dépassement d'un seuil préréglé pour la pression du système p_sys, cette soupape de retenue de pression s'ouvre et permet l'évacuation d'une quantité de fin de commande correspondante hors de la chambre de soupape 18 et de la chambre de pression du système. Pour compenser une perte par fuite de la chambre hydraulique 16 du fait d'une commande exécutée par l'actionneur piézoélectrique 9, avec le nouveau remplissage, le second piston 14 du mode de réalisation de la figure 1 est précontraint par un ressort 21 qui :5 l'entoure en direction de la chambre hydraulique 16, ce qui s'oppose à un mouvement de poursuite du second piston 14 en cas de perte de pression dans la chambre hydraulique 16. La force du ressort 21 est inférieure à celle développée par le ressort 19 maintenant l'organe d'obturation de soupape 15, ce qui garantit la fermeture du siège de soupape 17. so Dans le cas de l'injecteur de carburant 1 selon la fgure 2, qui pour l'essentiel de sa construction correspond à celui de la figure 1 et c'est pourquoi, les éléments de méme fonction portent les mémes références, à la place du ressort 21 assurant la précontrainte du second piston 14 dans le cas de la réalisation de la figure 1, on a prévu un organe s5 d'écartement sous la forme d'un manchon entourant le second piston 14 et soutenant le second piston 14 en direction de la chambre hydraulique 16. Le manchon 22 est monté entre un épaulement 23 du second piston 14 et une surface d'appui 24 du corps d'injecteur 10; dans la présente réalisation, ce manchon correspond à une surface enveloppe fermée. Toutefois dans des variantes de réalisation, ce manchon peut également comporter des découpes. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le manchon 22 est élastique dans le sens de sa longueur. La longueur du manchon 22 est dimensionnce pour que l'organe d'obturation de soupape 15 puisse être soulevé en position de repos par le second piston 14, logèrement par o rapport à son siège de soupape 17 alors que dans son état de fonctionnement, le manchon est raccourci élastiquement par la pression exercce des deux côtés par l'organe d'obturation 15 jusqu'à ce que l'organe d'obturation de soupape 15 soit en appui contre le siège de soupape 17. La distance entre l'organe d'obturation de soupape 15 et le siège de soupape 17 peut par exemple aller jusqu'à 7 m. Cette distance est suffisante pour garantir à côté d'un premier remplissage également le remplissage de renouvellement à chaque démarrage du système. Pendant le fonctionnement, lorsque le manchon 22 est suffisamment comprimé pour que le siège de soupape 17 soit fermé, le o manchon 22 constitue une butée de limitation de course pour le second piston 14. Le manchon 22 permet un nouveau remplissage très rapide de la chambre hydraulique 16 à la pression du système régnant dans la chambre de soupape 18 par l'intervalle annulaire 20. Dans une variante de réalisation par rapport à la figure 2, l'organe d'écartement ou le manchon servant à soutenir le second piston 14 peut avoir une longueur telle que l'organe d'obturation de soupape 15 dans sa position de montage, soit tout d'abord légèrement soulevé par le second piston 14, par exemple avec un intervalle annulaire de 5,um jusqu'à 7,um par rapport au siège de soupape 17; ensuite sous l'effet de la force venant des côtés de l'organe d'obturation de soupape 15, le manchon se déforme jusqu'à ce que l'organe d'obturation 15 soit venu en appui contre le siège de soupape 17. Cela constitue une opération de montage correspondant à une procédure garantie mais, qui vis-à-vis de la réalisation élastique du manchon 22 décrite ci-dessus, n'offre plus 3s l'avantage d'un remplissage de renouvellement à chaque démarrage du système. Indépendamment de la réalisation élastique du manchon 22 dans sa longueur ou d'une longueur fixe avec une déformation plastique, le manchon 22 évite la mise en oscillation du second piston 14, ce qui est particulièrement avantageux pour réaliser des injections multiples précises, et qui peuvent étre très rapprochées dans le temps dans le cas de la soupape 1 réalisce selon l'invention. s Les différences à l'utilisation du ressort 21 pour précontrainte du second piston 14 et du manchon 22 sont montrées clairement à la figure 3 en fonction de la course du second piston 14. Dans cette figure, la ligne h_1 désigne la course H du piston de commande de soupape 4 ou de l'aiguille de l'injecteur 1 en jonction du o temps (t). La course du second piston 14 en parallèle, piston qui est précontraint par le ressort 21, est représentée par la ligne h_2a; la course comparée du second piston 14 soutenu par le manchon 22 correspond à la courbe h_2b. Les courbes de course extrêmement simplifiées et reproduites d'une manière purement qualitative montrent que l'utilisation du ressort 21 produit une suroscillation du second piston 14 du côté manchon 22 se caractérise au contraire par une butée clairement définie. La présente invention n'est pas limitee aux exemples de réalisation représentés et décrits et englobent également des variantes résultant de la combinaison des caractéristiques ou éléments de l'invention. L'invention ne se limite pas non plus au domaine d'application présenté. REVENDICATIONS 1 ] Soupape pour commander des liquides avec un actionneur (9) notamment piézoélectrique pour actionner un dispositif d'organe de soupape comprenant au moins un premier piston ( 13) guidé dans un s corps de soupape (10) et un second piston (14) entre lesquels une chambre hydraulique (16) produit une démultiplication hydraulique, le second piston actionnant par son extrémité opposce à la chambre hydraulique (16) un organe d'obturation de soupape (15), qui coopère avec au moins un siège de soupape (17) réalisé dans le corps de soupape (10), to et qui sépare une zone à la pression du système (17) de la soupape (1) par rapport à la zone haute pression (5) lorsque cette soupape est en position de fermeture, caractérisée en ce que le second piston (14) s'appuie contre le corps de soupape (10) en direction de la chambre hydraulique (16) par un organe d'écartement (22) en forme de manchon l'entourant au moins approximativement. 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisce en ce que o l'organe d'écartement (22) est logé dans une chambre de soupape (18) à la pression du système (p_sys), limitée au siège de soupape (17) fermé par l'organe d'obturation de soupape (15). 3 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisce en ce que l'organe d'écartement (22) est installé entre un épaulement (23) du second piston (14) et une surface d'appui (24) du corps de soupape (10). 4 ) Soupape selon la revendication 1, o caractérisée en ce que l'organe d'écartement (22) a une longueur élastique telle que l'organe d'obturation de soupape ( 15) est légèrement soulevé de son siège de soupape (17) en position de repos par le second piston (14), et en fonctionnement, cette longueur peut être raccourcie élastiquement par :s la pression des côtés de l'organe d'obturation de soupape (15), jusqu'à ce que cet organe d'obturation (15) touche le siège de soupape (17) associé. ) Soupape selon la revendication 4, caractérisce en ce que l'organe d'obturation de soupape (15) est soulevé jusqu'à 7,um de son siège de soupape (17) en position de repos. 6 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'écartement (22) a une longueur telle que l'organe d'obturation de soupape (15) à l'état monté est tout d'abord légèrement soulevé de son to siège (17) par le second piston (14), puis l'organe d'écartement (22) se déforme sous l'action des forces exercées par les côtés de l'organe d'obturation de soupape (15) jusqu'à ce que cet organe d'obturation (15) touche son siège de soupape (17). > 7 ) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (15) est soulevé jusqu'à 7,um par rapport à son siège de soupape (17) à l'état de montage. 8 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée par son application à un injecteur de carburant de moteur à combustion interne notamment à un système d'injecteur à rampe commune (1).