Brevet FR2860556A1 — publié le 20050408

Domaine de la présente invention La présente invention concerne une soupape d'injection de carburant notamment pour l'injection directe de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, comprenant un ac- tionneur piézo-électrique électrostrictif ou magnétostrictif et un organe d'obturation de soupape coopérant avec l'actionneur ainsi qu'avec une surface formant siège de soupape pour former un siège d'étanchéité et un coupleur ayant un premier segment de coupleur et un second segment de coupleur, les deux segments de coupleur étant mobiles axialement l'un par rapport à l'autre en coopérant l'un avec l'autre par l'intermédiaire d'un liquide hydraulique se trouvant dans un volume. Etat de la technique On connaît par exemple selon le document DE 199 40 054 Al, une soupape d'injection de carburant ou injecteur équipé d'un module d'actionneur piézo-électrique ou magnétostrictif coopérant avec une aiguille d'injecteur. L'extrémité de l'aiguille d'injecteur du côté de l'éjection porte un organe d'obturation de soupape coopérant avec une surface foi inant siège de soupape pour constituer un siège d'étanchéité. Un coupleur servant à compenser les variations de longueur des pièces ou composants de la soupape d'injection, notamment de l'actionneur, est installé en amont du module d'actionneur. Le coupleur se compose de deux segments de coupleur mobiles axialement l'un par rapport à l'autre et coopérant par du liquide hydraulique se trouvant dans un volume. Le liquide hydraulique qui se trouve dans le volume entre les deux segments de coupleur est mis en pression par l'intermédiaire d'un perçage pour écarter les deux segments de coupleur par une force de pré-contrainte. L'inconvénient de cette soupape d'injection de carburant connue selon le document évoqué ci-dessus est notamment que les ins- tallations nécessaires pour créer la pression et pour transmettre la pression augmentent considérablement la complexité de fabrication de la soupape d'injection de carburant et diminuent sa fiabilité. Comme les deux segments de coupleur sont précontraints pour s'écarter l'un de l'autre uniquement par la pression du liquide hydraulique, cela augmente considérablement le taux des fuites au niveau des joints. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne une soupape d'injection de carburant du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que les deux seg- ments de coupleur sont repoussés l'un de l'autre par des champs magné- tiques. Cette soupape a l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique de réduire considérablement la complexité de sa fabrication et de suppri- mer totalement au niveau du coupleur les joints qui présentent des fuites. La pression du liquide hydraulique qui repousse les deux segments de coupleur peut être diminuée complètement ou en partie. Cela augmente également la durée de vie de la soupape d'injection de carburant. Selon un premier développement de la soupe d'injection de carburant selon l'invention, les deux segments de coupleur sont entourés radialement chaque fois au moins en partie par un élément de couplage et au moins l'un des segments de coupleur est guidé avec du jeu dans l'élément de couplage, de façon à créer un intervalle et l'élément de cou-plage délimite avec le premier et le second segment de coupleur le volume rempli de liquide hydraulique. Le coupleur de la soupape d'injection de carburant selon l'invention se construit ainsi d'une manière particulière- ment simple et fiable. Selon un autre développement de la soupape d'injection de carburant, l'élément de couplage est diamagnétique ou paramagnétique. Cela permet de commander de manière plus précise les champs magnétiques et en particulier de diminuer les pertes par hystérésis. De façon préférentielle, le premier segment de coupleur ou le second segment de coupleur est fixé sur l'élément de couplage ou l'élément de couplage forme un composant commun avec le segment de coupleur. Cela permet une réalisation particulièrement simple du cou-pleur, en particulier le volume dans le coupleur. De façon avantageuse, les segments souples sont reliés de manière étanche à l'élément de couplage, ce qui délimite en partie des chambres à membranes. Les chambres à membranes peuvent dans ces conditions se fabriquer simplement. Selon un autre développement de la soupape d'injection de carburant selon l'invention, l'élément de couplage est formé de parties du premier segment souple et du second segment souple. L'élément de cou-plage se fabrique ainsi de manière simple et on réduit le nombre de points de liaison. De façon avantageuse, au moins l'un des segments souples est réalisé sous la forme d'un disque à trou. Le coupleur peut ainsi mieux s'intégrer dans la ligne de commande de la soupape d'injection de carbu- rant, car par exemple le segment souple peut être installé facilement sur le coupleur de sorte que le segment souple ne se situe pas suivant l'axe d'actionnement de la ligne d'actionnement. Les segments souples sont dans ces conditions très simples à fabriquer et à installer. En outre, les mouvements du module d'actionneur sont transmis directement aux segments de coupleur et les propriétés dynamiques de cette soupape d'injection de carburant ne sont influencées de manière négative que dans des conditions minimales. Il est en outre avantageux qu'au moins l'une des chambres à membrane soit reliée au volume par au moins une conduite. Cela per-met d'influencer de façon simple le comportement hydraulique du cou-pleur en plus de l'effet d'étranglement de l'intervalle. Selon un autre développement avantageux de la soupape d'injection de carburant selon l'invention, les intervalles, le volume et les chambres à membrane sont remplis en totalité avec le liquide hydraulique qui est de manière idéale de l'huile ou un gel. Selon d'autres développements avantageux de l'invention, les champs magnétiques sont générés isolément ou en combinaison par au moins un électroaimant et au moins un aimant permanent. Les champs magnétiques peuvent être générés et dimensionnés d'une manière particulièrement simple en fonction des exigences. De manière avantageuse, au moins l'un des deux segments de coupleur se compose au moins en partie de l'électroaimant, de l'aimant permanent et d'une matière ferromagnétique ou d'une combinaison de ces pièces. Cela permet de positionner ou de guider avantageusement les champs magnétiques. Il est en outre avantageux d'installer l'électroaimant et/ou l'aimant permanent en dehors du volume délimité par le volume propre-ment dit, les chambres à membrane et les intervalles. L'électroaimant ou l'aimant per lnanent n'arrivent pas dans ces conditions en contact avec le liquide hydraulique et peuvent facilement être découplés de la masse de la ligne d'actionnement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus 35 détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe schématique axiale simplifiée d'un premier exemple de réalisation d'une soupape d'injection de carburant selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique partielle d'un second exemple de 5 réalisation d'une soupape d'injection selon l'invention, la coupe étant faite au niveau du coupleur, la figure 3 montre schématiquement une partie d'un troisième exemple de réalisation d'une soupape d'injection de carburant selon l'invention au niveau du coupleur, la figure 4 montre schématiquement une partie d'un quatrième exemple de réalisation d'une soupape d'injection de carburant selon l'invention au niveau du coupleur. Description des modes de réalisation Dans la description suivante des modes de réalisation ou 15 exemples de réalisation de l'invention, les composants qui se correspondent dans les figures porteront les mêmes références Une soupape d'injection de carburant 2 représentée suivant une coupe axiale à la figure 1 sert notamment à l'injection directe de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion in- terne ou moteur thermique à allumage commandé et compression de mélange. Un corps de soupape 5 reçoit une aiguille d'injecteur 6, un module d'actionneur 3 et un coupleur hydraulique 4, l'ensemble étant monté coaxialement. L'aiguille d'injecteur 6 installée du côté aval du mo- dule d'actionneur 3 traverse l'extrémité aval du boîtier de soupape 5 au niveau d'un orifice d'éjection 8 réalisé dans un organe formant siège de soupape 9. L'extrémité de l'aiguille d'injecteur 6 du côté de l'éjection est réalisée sous la forme d'un organe d'obturation de soupape coopérant avec une surface de siège de soupape 33 réalisée sur l'organe formant siège de soupape 9 pour coopérer suivant un siège d'étanchéité. L'intérieur du corps de soupape 5 est subdivisé par un élément intermédiaire 10 en forme de disque perforé en une chambre d'actionneur 16 située du côté d'entrée et une chambre de carburant 17 située du côté de l'éjection. L'élément intermédiaire 10 est relié de manière étanche par une liaison de matière au niveau de sa périphérie extérieure, au côté radial du boîtier de soupape 5. Dans cet exemple de réalisation, l'élément intermédiaire 10 comporte une première ouverture 12, centrée, traversée par l'aiguille d'injecteur 6. La chambre d'actionneur 16 est rendue étanche au niveau de l'aiguille d'injecteur 6 guidée au niveau de la première cavité 12 par un soufflet d'étanchéité 13 assurant la séparation par rapport à la chambre de carburant 17. Le soufflet d'étanchéité 13 est relié de manière étanche par une liaison de matière à l'aiguille d'injecteur 6 et à l'élément intermédiaire 10; ce soufflet est par exemple en acier et sa structure est souple. La chambre à carburant 17 comporte latéralement une alimentation de carburant 11 par laquelle le carburant sous pression arrive dans la chambre à carburant 17. Un ressort de rappel 14 en spirale entourant l'aiguille d'injecteur 6 assure la mise en tension de l'aiguille d'injecteur 6 dans la direction opposée à la direction d'éjection. Le ressort de rappel 14 est en-serré entre la pièce intermédiaire 10 et une bride 15 installée en amont de celle-ci, cette bride 15 étant solidaire de l'aiguille d'injecteur 6. La force développée par le ressort de rappel 14 tire l'organe d'obturation de sou-pape 7 contre le siège d'étanchéité, dans cet exemple de réalisation une soupape d'injection de carburant 1 s'ouvrant vers l'extérieur. L'extrémité du boîtier de soupape 5 du côté de l'alimentation est fermée de manière hermétique par un couvercle 21. Le module d'actionneur 3 se compose d'un actionneur 2 en forme de tige, d'un élément de ressort 20 en forme de ressort tubulaire, d'un pied d'actionneur 19 en forme de plaque, s'appuyant contre l'extrémité de l'actionneur 2 du côté de l'alimentation ainsi que d'une tête d'actionneur 18 appliquée contre l'extrémité de l'actionneur du côté de l'éjection. L'élément de ressort 20 est assemblé par ses deux côtés opposés à la tête d'actionneur 18 et au pied d'actionneur 19 pour tirer la tête 18 et le pied 19 de l'actionneur l'un contre l'autre avec une précontrainte. Le coupleur hydraulique 4 comporte principalement un premier segment de coupleur 23 de forme cylindrique et un second seg- ment de coupleur 24 également de forme cylindrique. Le volume 36 qui subsiste entre le premier segment de coupleur 23 et le second segment de coupleur 24, délimité radialement par un élément de couplage 22 en forme de cylindre creux ou de manchon, peut varier du fait du mouvement axial du premier segment de coupleur 23 par rapport au second segment de coupleur 24. Le premier segment de coupleur 23 s'appuie par son côté situé vers l'aval contre le côté amont du pied d'actionneur 19; ce dernier va en se rétrécissant de ce côté vers le coupleur 4. Le second segment de coupleur 24 s'appuie par son côté tourné vers l'arrivée par l'intermédiaire d'un élément d'appui de forme cylindrique 34 contre le côté intérieur du couvercle 21. Le premier segment de coupleur 23 et le second segment de coupleur 24 sont guidés avec un premier jeu 32 ou un second jeu 35 compris de manière idéale entre 2 et 10 microns et correspondant à un premier intervalle 25 ou à un second intervalle 26 dans l'élément de cou-plage 22. Du côté aval du premier segment de coupleur 23 il y a un premier segment souple 27 en forme de membrane et deux rondelles per-forées, traversées par l'extrémité diminuée du pied d'actionneur 19 du côté amont. Le premier segment souple 27 est assemblé de manière hermétique au niveau de sa périphérie extérieure, au bord situé du côté aval de l'élément de couplage 22 et au niveau de sa périphérie intérieure il est assemblé au côté aval du premier segment de coupleur 23 par une liaison hermétique. Le premier segment souple 27 ferme ainsi le premier intervalle 25 et délimite une première chambre de membrane 29 avec une partie du premier segment de couplage 23 et l'élément de couplage 22. La première chambre de membrane 29 est reliée au volume 36 par un premier intervalle 25. Du côté amont du second segment de coupleur 24 on a un second segment souple 28 en forme de membrane et de rondelle perforée traversée par l'élément d'appui 34. Le second segment souple 28 est relié de manière hermétique au niveau de sa périphérie extérieure au bord amont de l'élément de couplage 22; au niveau de sa périphérie intérieure ce segment est assemblé de manière étanche sur le côté amont du second segment de coupleur 24. Le second segment souple 28 ferme ainsi le second intervalle 26 et délimite une seconde chambre à membrane 30 avec une partie du second segment de coupleur 34 et l'élément de couplage 22. La seconde chambre à membrane 30 est reliée au volume 36 par le second intervalle 26. Dans cet exemple de réalisation, les chambres à membrane 29, 30, les intervalles 25, 26 et le volume 36 sont remplis complètement par du liquide hydraulique huileux, dégazé et incompressible. Les segments souples 27, 28 sont rendus étanches par le choix du matériau et/ou par des revêtements et mettent le liquide hydraulique en pression du fait de leur élasticité. Dans cet exemple de réalisation, l'ensemble du premier segment de coupleur 23 est constitué par un aimant permanent, l'élément de couplage 22 est en une matière diamagnétique et le second segment de coupleur 24 est en une matière ferromagnétique. Un électroaimant 37 sous la forme d'un enroulement électrique est prévu à la périphérie de l'extrémité aval de l'élément d'appui 34. Lorsque l'électroaimant 37 est traversé par un courant électrique fourni par une ligne d'alimentation électrique non représentée, il s'y établit un champ magnétique. Le champ magnétique est disposé ou dirigé pour repousser l'aimant permanent 38 et ainsi le premier segment de coupleur 23 dans le sens de l'éjection. La matière ferromagnétique du second segment de coupleur 24 favorise l'expansion et l'alignement des champs magnétiques. L'intensité et l'évolution chronologique de l'intensité de la répulsion des segments de coupleur 23, 24 peuvent être influencées par l'intensité du courant électrique traversant l'électroaimant 37. Dans les autres exemples de réalisation on peut générer les champs magnétiques par exemple à l'aide de deux électroaimants 37 dont l'un est installé par exemple du côté amont du coupleur 4 et l'autre du côté aval du coupleur 4. Lorsque l'actionneur 2 est alimenté par une ligne électrique non représentée, il se déploie rapidement. Mais comme le liquide hydrau- ligue ne peut s'écouler suffisamment rapidement du volume 36 vers les chambres de membrane 29, 30, le coupleur 4 a un comportement très dur si bien que l'expansion longitudinale de l'actionneur 2 agit pratiquement en totalité sur l'aiguille d'injecteur 6. L'aiguille d'injecteur 6 est ainsi dé-placée dans la direction de l'éjection, axialement, contre la force de précontrainte exercée par le ressort de rappel 14. Le siège d'étanchéité s'ouvre et le carburant fourni par l'alimentation en carburant 11 et la chambre à carburant 17 est éjecté à travers les orifices d'éjection 8 dans la chambre de combustion non représentée. Les variations lentes de longueur de l'actionneur 2 se compensent par l'échange de liquide hydraulique entre le volume 36 et les chambres à membrane 29, 30. La figure 2 montre schématiquement une partie d'un se- cond exemple de réalisation d'une soupape d'injection de carburant 1 se- lon l'invention au niveau du coupleur 4, de façon analogue à l'exemple de la figure 1. Toutefois, la différence du premier exemple de réalisation re- présenté à la figure 1, dans l'exemple de réalisation de la figure 2, il n'y a pas la seconde chambre de membrane 30 délimitée par le second segment souple 28 et le second intervalle 26. Le second segment de coupleur 24 est relié solidairement et de manière étanche à l'élément de couplage 22. Dans d'autres exemples de réalisation, le second segment de coupleur 24 peut être réalisé ou fabriqué avec l'élément de couplage 22 également dans un composant et constituer un cylindre creux dont une extrémité est fermée. Le second segment de coupleur 24 est réalisé comme ai- mant permanent 38. L'électroaimant 37, sous la forme d'un enroulement électrique, est prévu sur l'extrémité rétrécie du pied d'actionneur 19 du côté amont. Le premier segment souple 27 de cet exemple de réalisation est une membrane ferromagnétique sans trou, le pied 19 de l'actionneur étant en contact avec le premier segment de coupleur 23 avec interposition du segment souple 27. En dehors du premier intervalle 25 une con-duite 31 sortant par un perçage relie le volume 36 à la première chambre à membrane 29. La figure 3 montre schématiquement et de manière partielle un troisième exemple de réalisation d'une soupape d'injection de carbu- rant 1 selon l'invention au niveau du coupleur 4, de façon analogue à la présentation du premier exemple de réalisation à la figure 1. Dans ce nouvel exemple de réalisation, l'élément de coupleur 22 se compose d'une partie comprenant respectivement un premier segment souple 27 et un second segment souple 28; les segments souples sans trou 27, 28 sont assemblés au niveau de leur périphérie extérieure par exemple par une liaison par la matière par soudage ou collage. La figure 4 montre schématiquement et sous la forme d'un extrait, un quatrième exemple de réalisation de la soupape d'injection de carburant 1 selon l'invention présentée au niveau du coupleur 4 selon une représentation analogue à celle du premier exemple. Les segments souples 27, 28 en forme de membranes de cet exemple de réalisation sont également sans trou de sorte que l'élément d'appui 34 est relié au second segment de coupleur 24 avec interposition du second segment souple 28. Le pied 19 de l'actionneur est relié au premier segment de coupleur 23 par l'intermédiaire du premier segment souple 27. Le premier segment de coupleur 23 comporte une seconde cavité 39 de forme cylindrique s'ouvrant vers le second segment de cou-pleur 24 et logeant l'aimant permanent 39. Le second segment de cou-pleur 24 comporte une troisième cavité 40 formée par exemple de façon analogue à la seconde cavité et clans laquelle se trouve un autre aimant permanent 39. Les deux aimants permanents 39 sont alignés pour se repousser. Les deux segments de coupleur 23, 24 sont alors par exemple réalisés en matière ferromagnétique. La présente invention telle que décrite ci-dessus n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et peut s'appliquer par exemple également à des soupapes d'injection de carburant s'ouvrant vers l'intérieur. Ainsi, dans la soupape d'injection selon l'invention, au moins l'une des cavités 39, 40 reçoit au moins l'aimant permanent 38, l'électroaimant 37 et/ ou la matière ferromagnétique. Suivant une autre caractéristique intéressante, dans la soupe d'injection de carburant, l'aimant permanent 38, l'électroaimant 37 et/ou la matière ferromagnétique sont assemblés par une liaison par la matière, notamment par collage et/ou une liaison par la force, notamment par compression dans la cavité 39, 40. REVENDICATIONS 1 ) Soupape d'injection de carburant (1) notamment pour l'injection drecte de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, comprenant un actionneur (2) piézo-électrique électrostrictif ou magnétostrictif et un organe d'obturation de soupape (7) coopérant avec l'actionneur (2) ainsi qu'avec une surface formant siège de soupape (33) pour former un siège d'étanchéité et un coupleur (4) ayant un premier segment de coupleur (23) et un second segment de coupleur (24), les deux segments de coupleur (23, 24) étant mobiles axialement l'un par rapport à l'autre en coopérant l'un avec l'autre par l'intermédiaire d'un liquide hydraulique se trouvant dans un volume (36), caractérisée en ce que les deux segments de coupleur (23, 24) sont repoussés l'un de l'autre par des champs magnétiques. 2 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier segment de coupleur (23) et le second segment de coupleur (24) sont entourés radialement chaque fois au moins partiellement par un élément de coupleur (22), au moins le premier segment de coupleur (23) étant guidé de manière mobile dans l'élément de couplage (22) avec un premier jeu (32) créé par un premier intervalle (25) ou au moins le second segment de coupleur (24) est guidé de manière mobile dans l'élément de couplage (22) avec un second jeu (35) formé par un second intervalle (26) et l'élément de couplage (22) délimite le volume (36) avec le premier segment de coupleur (23) et le second segment de coupleur (24). 3 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément de couplage (22) est diamagnétique ou paramagnétique. 4 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier segment de coupleur (23) ou le second segment de coupleur 35 (24) est fixé à l'élément de couplage (22) ou l'élément de couplage (22) foi 1 ne un composant unique avec l'un des segments de coupleur (23, 24). 5 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce qu' une première chambre à membrane (29) est délimitée par un premier segment souple (27) relié de manière étanche à l'élément de couplage (22) et/ou une seconde chambre à membrane (30) est délimitée au moins par- tiellement par un second segment souple (28) relié de manière hermétique à l'élément de couplage (22). 6 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'élément de couplage (22) se compose d'une partie du premier segment souple (27) et du second segment souple (28). 7 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu' au moins l'un des segments souples (27, 28) est un disque perforé. 8 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 5, caractérisée en ce qu' au moins une conduite (31) relie le volume (36) à la première chambre à 20 membrane (29) et/ou la seconde chambre à membrane (30). 9 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 5, caractérisée en ce que les intervalles (25, 26), les chambres à membrane (29, 30) et le volume 25 (36) sont remplis complètement avec du liquide hydraulique. 10 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le liquide hydraulique est de l'huile ou un gel. 11 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque fois l'un des champs magnétiques répulsifs est engendré au moins par un électroaimant (37) par au moins un aimant permanent (38) ou par 35 au moins un aimant permanent (38) et un électroaimant (37). 12 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 11, caractérisée en ce que le premier segment de coupleur (23) et/ou le second segment de coupleur (24) sont au moins en partie formés de l'aimant permanent (38), de l'électroaimant (37) et/ou d'une matière ferromagnétique. 13 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que le premier segment de coupleur (23) comporte une seconde cavité (39) et/ou le second segment de coupleur (24) comporte une troisième cavité (40), la seconde cavité (39) étant ouverte en direction du second segment de coupleur (24) et/ou la troisième cavité (40) est ouverte en direction du premier segment de coupleur (23). 14 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 13, caractérisée en ce qu' au moins l'une des cavités (39, 40) reçoit au moins l'aimant permanent (38), l'électroaimant (37) et/ou la matière ferromagnétique. 15 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 14, caractérisée en ce que l'aimant permanent (38), l'électroaimant (37) et/ou la matière ferromagnétique sont assemblés par une liaison par la matière, notamment par collage et/ou une liaison par la force, notamment par compression dans la cavité (39, 40). 16 ) Soupape d'injection de carburant selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisée en ce que l'électroaimant (37) et/ou l'aimant permanent (38) sont installés à l'extérieur de l'espace délimité par le volume (36), les intervalles (25, 26) et 30 les chambres à membrane (29, 30).