Brevet FR3043731A1 — publié le 20170519

DP-322183 ACTIONNEUR PIEZOELECTRIQUE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un injecteur de carburant piézoélectrique et plus particulièrement l'ajustement de pré-charge d'un actionneur piézoélectrique. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Dans un moteur à combustion interne à injection directe, un injecteur de carburant est prévu pour délivrer du carburant dans une chambre de combustion. Typiquement, l'injecteur de carburant est monté dans une tête de cylindre en regard de la chambre de combustion de telle sorte que son extrémité dépasse légèrement dans la chambre. Un injecteur de carburant pourvu d'un actionneur piézo-électrique permet un contrôle précis du temps d'injection et du volume de carburant injecté lors de la phase d'injection de carburant. Un injecteur piézoélectrique connu de l'art antérieur est décrit dans le 20 document EP1956221A1. Il est connu de l'homme du métier que l'actionneur piézoélectrique est fabriqué de sorte à ce que l'élément piézoélectrique soit maintenu en compression mécanique par une précharge, par exemple, à l'aide d'un ressort cage L'élément piézoélectrique est appelé couramment de son nom anglais « stack ». Chaque 25 injecteur est assemblé en visant une précharge nominale. La pré-charge du stack a une influence directe sur la performance de l'actionneur piézoélectrique. La valeur de précharge obtenue résulte d'une dispersion autour de la valeur nominale de l'actionneur ce qui engendre une dispersion des performances de l'injecteur piézoélectrique qui n'est plus compatible avec l'évolution des exigences actuelles. 30 L'objet de la présente invention est de fournir une méthode de pré- charge d'un actionneur piézoélectrique lors de son assemblage en production qui atténuera le problème mentionné ci-dessus. 3043731 2 RESUME DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier aux inconvénients mentionnés précédemment en proposant une solution simple et économique. 5 Un actionneur piézoélectrique d'un injecteur de carburant s'étend le long d'un axe principal. L'actionneur comprend un ressort cage s'étendant axialement le long de l'axe principal, un membre tubulaire s'étendant axialement le long de l'axe principal, un capuchon porte-fil s'étendant axialement le long de l'axe principal, un élément piézoélectrique inséré et comprimé axialement par le ressort cage. Le 10 ressort cage est lui-même engagé dans le membre tubulaire, le ressort et le membre tubulaire étant fixés au capuchon porte-fil. L'actionneur piézoélectrique comprend de plus un moyen d'ajustement de pré-charge. Le moyen d'ajustement de précharge comprend un membre de réglage et un poussoir, le poussoir étant en contact contre une face supérieure de l'élément piézoélectrique. En outre le 15 membre de réglage est pourvu d'un cylindre fileté extérieurement complémentairement vissé dans un alésage axial du capuchon porte-fil. De plus le poussoir est agencé axialement coulissant dans un tronçon de l'alésage du capuchon et y est comprimé entre le membre de réglage et l'élément piézoélectrique. De plus le moyen d'ajustement est pourvu d'un moyen interdisant la rotation du membre poussoir de sorte que l'élément piézoélectrique ne subisse qu'une compression axiale et non pas une torsion. En outre le membre de réglage est pourvu d'un alésage central définissant une paroi cylindrique femelle intérieurement filetée et dans lequel le poussoir comprend une tête agencée pour comprimer l'élément piézoélectrique et du centre de laquelle s'étend axialement un cylindre male filetée vissé dans le filetage intérieur du membre de réglage, et dans lequel le pas de filetage extérieur du membre de réglage est supérieur au pas de filetage intérieur. L'alésage central du membre de réglage est débouchant et dans lequel le moyen interdisant la rotation du membre poussoir est un moyen d'engagement pourvu dans le poussoir, ledit moyen d'engagement permettant l'engagement complémentaire d'un outil de blocage de la rotation du poussoir. Dans une autre alternative du mode de réalisation, l'alésage central du membre de réglage est un alésage aveugle et dans laquelle le poussoir et le tronçon de l'alésage dans laquelle il est agencé sont des sections transverses carrées. Dans un 3043731 3 autre mode de réalisation, le poussoir et le tronçon de l'alésage du capuchon dans lequel il est agencé sont des sections transverses complémentaires non circulaires, cet agencement complémentaire définissant le moyen interdisant la rotation du poussoir. L'invention s'étend de plus à un injecteur comprenant un actionneur tel 5 que décrit précédemment. En outre la méthode de réglage d'un actionneur piézoélectrique comprend les étapes de: - pourvoir un actionneur piézoélectrique telles que décrit précédemment; - alimenter l'élément piézoélectrique et mesurer une caractéristique de fonctionnement, 10 - engager dans l'alésage axial du capuchon un outil de réglage, - engager l'extrémité de l'outil dans le moyen d'engagement du moyen de réglage, - ajuster ladite caractéristique à une valeur prédéterminée en tournant le membre de réglage, 15 - dégager l'outil. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, et en regard des dessins annexés 20 donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels: La figure 1 est une section longitudinale d'un injecteur piézoélectrique, figure identifiant la région de l'invention. La figure 2 est une section longitudinale de l'actionneur piézoélectrique de l'injecteur de la figure 1. 25 La figure 3 est une section longitudinale de la partie supérieure de l'actionneur piézoélectrique de l'injecteur de la figure 1, l'actionneur étant un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue du dessus de la figure 3. La figure 5 est une section longitudinale de l'actionneur piézoélectrique 30 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 6 est une vue du dessus de la figure 5. La figure 7 est une section longitudinale de l'actionneur piézoélectrique selon une alternative du deuxième mode de la figure 5. 3043731 4 La figure 8 est une vue du dessus de la figure 7. La figure 9 est une section longitudinale de l'actionneur piézoélectrique selon un troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 10 est une vue du dessus de la figure 9. 5 DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES L'invention est maintenant décrite en référence aux figures et dans un but de clarté et de concision de la description une orientation de haut en bas selon le sens de la figure 1 sera utilisé sans aucune intention limitative quant à l'étendue 10 de la protection, notamment au regard des différentes installations d'un injecteur dans un véhicule. Des mots tels que « haut, bas, en dessous, en dessus, vertical, monter, descendre ... » seront utilisés sans intention limitative. Un injecteur piézoélectrique 10 représenté dans la figure 1 a une forme allongée et s'étend le long d'un axe longitudinal X. L'injecteur 10 est composé d'une partie 15 commande 12 agencée dans la partie supérieure de l'injecteur 10 et une partie hydraulique 14 agencée dans la partie inférieure de l'injecteur 10. La partie commande 12 selon les figures 1 et 2 comprend un corps d'injecteur 13 dans lequel est agencé un actionneur piézoélectrique 16 coopérant avec une vanne de contrôle. L'actionneur 16 est pourvu de fils de connexions électriques 34, 35 20 adaptées à être alimentés par un circuit électronique de puissance, piloté et intégré dans un calculateur moteur (ECU) (non représenté). L'actionneur piézoélectrique 16 selon la figure 2 comprend un élément piézoélectrique 18, que nous appellerons par sa dénomination anglaise le « stack », inséré dans un ressort cage 20 et dans un membre tubulaire 22. Cet 25 assemblage de forme concentrique, le stack 18 au centre et le membre tubulaire 22 à la périphérie est surmonté d'un capuchon porte-fil 24 agencé pour maintenir les fils électriques de connexions 34,35 du stack 18. L'actionneur piézoélectrique 16 comprend de plus un moyen d'ajustement 26 de compression du stack 18, le moyen d'ajustement étant agencé dans le capuchon porte-fil 24 juste au-dessus du 30 stack 18 et au contact de celui-ci. Le ressort cage 20 est brièvement décrit car il est déjà connu de l'art antérieur. Le ressort cage 20 est un cylindrique et longitudinal. Il est ajouré sur sa paroi périphérique et s'étendant le long de l'axe principal X. Il est agencé entre le 3043731 5 membre tubulaire 22 et le stack 18. Le ressort cage 20 dans sa partie supérieure est soudé au capuchon porte-fil 24, ou bien fixé par tout autre mode d'assemblage connu. De manière alternative, le ressort peut être aussi un tube cylindrique 5 longitudinal sans ouvertures dont l'épaisseur sera choisie pour obtenir l'élasticité requis ou un ressort cylindrique longitudinal de forme hélicoïdale. Le membre tubulaire 22 est un tube cylindrique longitudinal non ajouré s'étendant le long de l'axe principal X de sorte à garantir l'étanchéité du stack 18 vis-à-vis du carburant circulant le long de l'actionneur 16. La partie supérieure du 10 membre tubulaire 22 est soudée au capuchon porte-fil 24 ou bien fixée par tout autre mode d'assemblage connu. Le capuchon porte-fil 24 est agencé pour maintenir séparés les deux fils électriques (34,35) de connexion du stack 18 et pour garantir une étanchéité de l'actionneur piézoélectrique 16. Le capuchon 24 est généralement tubulaire 15 comprenant une paroi interne définissant un alésage fileté débouchant longitudinal 38 s'étendant le long de l'axe principal X. Le capuchon porte-fil 24 devra être un matériau rigide comme par exemple de l'acier. Le moyen d'ajustement de pré-charge 26 comprend un membre de réglage 28 complémentairement vissé dans l'alésage fileté 38 du capuchon 24, le membre 20 de réglage 28 coopérant avec un poussoir 30 également agencé dans le capuchon 24 de sorte à être contact avec le stack 18. Les figures 3 et 4 représentent un premier mode de réalisation du moyen d'ajustement 26. Le moyen d'ajustement 26 est actionné durant la fabrication de l'injecteur pour ajuster une caractéristique directement lié à la compression du 25 stack 18. Comme le représentent les figures 3 et 4, les fils électriques 34,35 sont maintenues séparés l'un de l'autre afin de laisser passer un outitde réglage. Selon ce premier mode de réalisation, le membre de réglage 28 est une vis sans tête extérieurement filetée, avec un pas par exemple compris entre 0,5 et 1 mm, complémentairement vissé dans l'alésage fileté 38 qui dans cette portion a 30 une section globalement circulaire. Le poussoir 30 a de son côté une section carrée et l'alésage axial 38 du capuchon 24 a dans cette partie aussi une section carrée complémentaire permettant un coulissement axial du poussoir 30, les sections carrées 3043731 6 complémentaires du capuchon 24 empêchent que la rotation induite par un vissage du membre de réglage 28 ne soit transmise au stack 18 qui lui ne subit qu'une compression axiale pure. La forme carrée peut être remplacée par toute moyen interdisant la transmission de la rotation, que ce soit une forme asymétrique ou 5 l'ajout d'une clavette. En fabrication la compression du stack 18 est ajustée par l'insertion axiale d'un outil de réglage, qui est ici du type tournevis jusqu'à ce qu'il s'engage complémentairement dans un moyen d'engagement 42, ici une rainure, situé au sommet 46 du membre de réglage 28. L'homme du métier connait d'autres 10 moyens d'engagement 42 tels des vis 6-pans, cruciforme et autres. Un deuxième mode de réalisation du moyen d'ajustement 26 est maintenant décrit comme l'illustrent les figures 5 et 6. Le membre de réglage 28 est ici un élément tubulaire dont l'alésage central 52 est débouchant de part et d'autre, le membre de réglage 28 étant fileté à la fois à l'intérieur et à l'extérieur. 15 Le pas du filetage extérieur est choisi un peu plus grand, par exemple 0,7 mm, que le pas de filetage intérieur par exemple 0,5 mm, Les deux filetages ont le même sens de vissage, par exemple le vissage conventionnel à droite. Le filetage du membre de réglage 28 est complémentairement vissé dans le filetage de l'alésage axial 38 du capuchon 24. Le moyen d'engagement 42 est ici une rainure 20 discontinue comprenant deux tronçons diamétralement opposés comme cela est représenté dans la figure 6. Ce mode de réalisation autorise d'autres modes d'engagement par exemple par une vis 6-pâns. Le poussoir 30 comprend ici par exemple une vis male à tête carrée 31 du centre de laquelle s'étend vers le haut un cylindre male plein filetée 33 à sa 25 périphérie. Le cylindre filetée 33 dont le pas peut être par exemple 0,5 mm est complémentairement vissée à l'intérieur du membre de réglage 28. La tête carrée 31 est toujours agencée dans un alésage complémentaire du capuchon 24 de sorte à interdire la transmission des rotations. Un avantage du second mode de réalisation par rapport au premier mode 30 de réalisation est une plus grande sensibilité d'ajustement avec un pas de vis extérieur du membre de réglage 28 légèrement plus grand que le pas de vis intérieur, par exemple 0,2 mm, par tour de vis pour le réglage de la compression du stack 18. 3043731 7 En fabrication le tournevis de réglage (non représenté) est axialement inséré et complémentairement engagé dans les deux tronçons de la rainure discontinue 42. Ensuite le tournevis est tourné jusqu'à ce que la compression souhaitée du stack 18 soit atteinte. La rotation du poussoir 30 est empêchée par les 5 sections carrées du poussoir 30 et du capuchon 24. Une alternative du deuxième mode de réalisation est représentée dans les figures 7 et 8. Le principe du deuxième mode de réalisation est conservé avec un membre de réglage 28 pourvu de deux filetages et d'un poussoir 30 de type vis carrée complémentairement engagée dans le membre de réglage 28. 10 Dans cette alternative, le membre de réglage 28 comprend un trou borgne 54 et non plus débouchant en l'extrémité supérieure 46 du deuxième mode. Cette alternative permet d'avoir une plus grande interface entre l'outil de réglage et le membre de réglage 28. Un troisième mode de réalisation est représenté dans les figures 9 et 10. Il 15 s'inspire du membre de réglage 28 tubulaire du deuxième mode dont l'alésage central axial fileté 52 débouche de part et d'autre du membre de réglage 28. Le poussoir 30 est dans ce troisième mode une vis à tête circulaire 37 du centre de laquelle s'étend axialement vers le haut le cylindre male fileté 33. Le cylindre male 33 présente à son extrémité supérieure distante de la tête 37 un autre 20 moyen d'engagement 44 pour un outil de réglage. Sur la figure 10 une rainure 44 est représentée pour l'engagement complémentaire d'un tournevis, qui pourrait être aussi un engagement 6-pans. En cours de fabrication, la rotation du poussoir 30 n'est plus empêchée par la forme circulaire de la tête 37 du capuchon porte-fil 24. La rotation est 25 empêchée par un outil de réglage permettant à la fois de maintenir fixe le poussoir 30 et de tourner le membre de réglage 28. Ce mode de réalisation permet l'utilisation de capuchon porte-fil 24 pourvu d'alésage cylindrique ce qui est déjà connu par l'homme du métier. Le réglage de la pré-charge du stack 18 est maintenant décrit. La méthode 30 de réglage consiste en une étape s'inscrivant au cours de l'assemblage et du réglage de l'actionneur piézoélectrique 16 de l'injecteur 10. La caractérisation de l'actionneur piézoélectrique 16 se fait par une mesure de la tension, du courant, du déplacement appliquée sur le membre actionneur 16. 3043731 L'ajustement de pré-charge se fait par le réglage du membre de réglage 28, par exemple le vissage d'une vis, qui va permettre de régler l'allongement du ressort cage 20 entre la soudure supérieure du ressort 20 et la face d'appui inférieure du stack piézoélectrique 18. Le réglage de l'allongement du ressort 20 se fait à une 5 valeur définie de charge électrique donnée pour obtenir un allongement défini. LISTE DES REFERENCES UTILISEES 10 injecteur 12 partie commande 13 Corps d'injecteur 14 Partie hydraulique 16 Actionneur Piézoélectrique 18 Stack ou élément piézoélectrique 20 Ressort cage 22 membre tubulaire 24 Capuchon Porte-fil 26 Moyen d'ajustement de Pré-Charge 28 membre de réglage 30 Poussoir 31 Tête carrée du poussoir 33 cylindre male du poussoir 34 fil électrique fil électrique 36 surface supérieure du stack 37 Tête circulaire du poussoir 30 38 Alésage du capuchon porte-fil joint d'étanchéité 42 moyen d'engagement d'un outil de réglage = rainure du moyen de réglage 44 rainure du poussoir 30 46 surface supérieure du membre de réglage 28 52 trou débouchant du membre de réglage 54 trou non débouchant du membre de réglage 56 alésage de l'extrémité inférieure du capuchon Axe principal longitudinal : X Carburant : C REVENDICATIONS: 1. Actionneur piézoélectrique (16) d'un injecteur de carburant (10), l'actionneur piézoélectrique (16) s'étendant le long d'un axe principal (X) et 5 comprenant - un ressort cage (20) s'étendant axialement le long de l'axe principal (X), - un membre tubulaire (22) s'étendant axialement le long de l'axe principal (X), 10 - un capuchon porte-fil (24) s'étendant axialement le long de l'axe principal (X), - un élément piézoélectrique (18) inséré et comprimé axialement par le ressort cage (20), lui-même engagé dans le membre tubulaire (22), le ressort (20) et le membre tubulaire (22) étant fixés au capuchon porte-fil (24), 15 caractérisé en ce que l'actionneur piézoélectrique (16) comprend de plus - un moyen d'ajustement de pré-charge (26) comprenant un membre de réglage (28) et un poussoir (30), le poussoir (30) étant en contact contre une face supérieure 36 de l'élément piézoélectrique (18). 20 2. Actionneur (16) selon la revendication précédente dans lequel le membre de réglage (28) est pourvu d'un cylindre fileté extérieurement complémentairement vissé dans un alésage axial 38 du capuchon porte-fil (24). 3. Actionneur piézoélectrique (16) selon la revendication 2 dans lequel le 25 poussoir (30) est agencé axialement coulissant dans un tronçon de l'alésage (56) du capuchon (24) et y est comprimé entre le membre de réglage (28) et l'élément piézoélectrique (18). 4. Actionneur piézoélectrique (16) selon l'une quelconque des 30 revendications précédentes dans lequel le moyen de d'ajustement (26) est pourvu d'un moyen interdisant la rotation du membre poussoir (30) de sorte que l'élément piézoélectrique (18) ne subisse qu'une compression axiale et non pas une torsion. 3043731 10 5. Actionneur piézoélectrique (16) selon la revendication 4 dans lequel le membre de réglage (28) est pourvu d'un alésage central (52) définissant une paroi cylindrique femelle intérieurement filetée ; et dans lequel le poussoir (30) comprend une tête (31) agencée pour comprimer l'élément piézoélectrique (18) et du centre de laquelle s'étend axialement (X) un cylindre male filetée (33) vissé dans le filetage intérieur du membre de réglage (28), et dans lequel le pas de filetage extérieur du membre de réglage (28) est supérieur au pas de filetage intérieur. 6. Actionneur piézoélectrique (16) selon la revendication 5 dans lequel l'alésage central (52) du membre de réglage (28) est débouchant et dans lequel le moyen interdisant la rotation du membre poussoir (30) est un moyen d'engagement (44) pourvu dans le poussoir (30), ledit moyen d'engagement (44) permettant l'engagement complémentaire d'un outil de blocage de la rotation du poussoir (30). 7. Actionneur piézoélectrique (16) selon la revendication 5 dans lequel l'alésage central (54) du membre de réglage (28) est un alésage aveugle (54) et dans lequel le poussoir (30) et le tronçon de l'alésage (56) dans lequel il est agencé sont des sections transverses carrées. 8. Actionneur piézoélectrique (16) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 dans lequel le poussoir (30) et le tronçon de l'alésage (56) du capuchon (24) dans lequel il est agencé sont des sections transverses complémentaires non circulaires, cet agencement complémentaire définissant le moyen interdisant la rotation du poussoir (30). 9. Injecteur de carburant (10) comprenant un actionneur piézoélectrique (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 3043731 11 10. Méthode de réglage d'un actionneur piézoélectrique (16) la méthode comprenant les étapes de: - pourvoir un actionneur piézoélectrique (16) réalisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ; 5 - alimenter l'élément piézoélectrique (18) et mesurer une caractéristique de fonctionnement, - engager dans l'alésage axial du capuchon (24) un outil de réglage, - engager l'extrémité de l'outil dans le moyen d'engagement (42, 44) du moyen de réglage (26), 10 - ajuster ladite caractéristique à une valeur prédéterminée en tournant le membre de réglage (28), - dégager l'outil.