EP1340220A1 - Dispositif de rupture d'impedance acoustique d'une tige - Google Patents

Dispositif de rupture d'impedance acoustique d'une tige

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EP1340220A1
EP1340220A1 EP01982522A EP01982522A EP1340220A1 EP 1340220 A1 EP1340220 A1 EP 1340220A1 EP 01982522 A EP01982522 A EP 01982522A EP 01982522 A EP01982522 A EP 01982522A EP 1340220 A1 EP1340220 A1 EP 1340220A1
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EP
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rod
mass
housing
acoustic impedance
nut
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Nicolas Delmas
Philippe Masson
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Renault SA
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Renault SA
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/041—Injectors peculiar thereto having vibrating means for atomizing the fuel, e.g. with sonic or ultrasonic vibrations

Definitions

  • the present invention relates to a device for breaking acoustic impedance in a given area of a rod, by a bidirectional elastic connection with a mass, this connection being removable.
  • the present invention relates more particularly to a compact dismountable assembly architecture to achieve at the same time a high acoustic impedance at the end of a rod, the backlash by means of elastic return and, a mechanical low pass filter.
  • a device can, for example, be used in an injection device such as that described in patent application FR 99-14548, filed by the Applicant.
  • an injection device characterized in particular in that a rod or needle deforms elastically under the stress of ultrasonic waves so as to define at its end an annular slot for ejection relative to to a valve seat, said rod or needle cooperating at its other end with a mass and elastic return means housed in a cavity formed in the rear part of the injector housing.
  • the impedance breaking at the end of the rod is ensured by the addition at the end of the said rod of a mass, consisting of a single element, inside which is shaped a bore of diameter substantially identical to that of the needle, the said bore being intended to be at at least partially crossed by the end of the aforementioned needle.
  • connection between the mass and the needle can then be ensured in various ways, but in all cases there remains the delicate problem of not interfering with the assembly of the injection device while ensuring a correct impedance break at the end of the needle, whatever the operating conditions.
  • a second solution consists in screwing the end of the needle inside a thread formed in the rear mass, but the elastic connection thus created is then not bidirectional insofar as the deformations of the needle under the action of ultrasonic waves can then cause detachment of the threads. As the two parts are no longer in intimate contact, the break in impedance is no longer correctly ensured.
  • the object of the present invention is therefore to solve all of these problems by proposing a device for breaking an acoustic impedance for a rod, also having a function of low-pass filter and of catching up with water.
  • the acoustic impedance breaking device is thus composed of a new architecture, characterized in that the dismountable assembly of mass and damping means is optimized so as to give the injection device said fuel has better dynamic characteristics, in particular better response time.
  • a characteristic of the device thus formed is to have an architecture that is both compact and that generates an excellent break in acoustic impedance, guaranteeing better wave reflection in the rod.
  • the mass is composite, housed in a ' cavity formed in the rear part of the injector housing, consisting of a ballast forced between two solid elements by a screwed assembly of nut-against-nut type, said solid elements comprising a suitable thread cooperating with the threaded end of a rod passing through said injector housing, said rod being held in abutment on a valve seat integral with said injector housing at its other end, said mass being elastically connected bidirectionally by elastic return means to said injector housing.
  • said composite mass has an acoustic impedance much greater than said rod.
  • said rod cooperates with said mass by means of a pre-stressed screw connection so that the maximum elastic deformation which can propagate in said rod is less than the initial elastic deformation generated by the assembly screwed prestressed thus allowing bidirectional elastic continuity between said rod and said mass.
  • the mass consists of tungsten, the integration of which is ensured by mounting the nut, against the nut, between the latter two, the tungsten part is trapped.
  • the elastic return means are produced by elastic washers of which the material is an elastomer or a metal and allow the play to be taken up.
  • the elastic return means are damping.
  • FIG. 1 represents an overall view, in axial section, of a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 shows an overview, in axial section, of a second embodiment of the present invention.
  • the first embodiment of the invention shown in Figure 1, essentially comprises two separate members cooperating with each other.
  • the first member is constituted by a cylindrical rod 3, formed in an elastic solid, housed movable axially inside said injector housing 5.
  • the second member is constituted by a composite mass 20, axially movable, housed in a cavity 21 formed in the injector housing 5, capable of receiving fuel under pressure.
  • the composite mass 20 consists of a tungsten ballast 8 constrained between two solid elements 7 and 9 of respective nut and lock nut function, said ballast 8 being guided axially by means of a guide means 24 arranged on the nut element 7, having a linear acoustic impedance of the order of 12,000 to 16,000.
  • the nut element 7 is locked in rotation by means of cylindrical bars 2 and 4, the ends of which are housed in cylindrical cavities formed on the one hand (15 and 14) in the nut 7, and on the other hand ( 22 and 23) in the injector housing 5, said bars 2,4 passing right through an elastic washer 6 connecting said mass 20 to said injector body 5, at the bottom of the cavity 21.
  • An elastic washer 10 is interposed between said mass. 20 and an adjusting member 11 linked to the injector housing 5, by means not shown, thus allowing an elastic connection between the mass 20 and the body of the injector 5 in the direction A.
  • the rod 3 has, at its upper end, in the direction A, a threaded part 16 adapted to cooperate with a tapping produced on the nut element 7, as well as on the element against nut 9.
  • the assembly of the assembly is carried out as follows. First of all, the rod 3 is screwed onto the nut element 7 until a desired prestress is obtained allowing the application of the opposite end of the rod 3 to the valve seat 25.
  • the ballast 8 is then inserted on the guide 24.
  • the lock nut element 9 is screwed onto the end of the rod 3, and traps the ballast 8. It includes maneuvering means such as holes 12 and 13.
  • the clearance 19 ensures that the ballast 8 is well constrained between the nut element 7 and the counter nut 9.
  • the screwing of the element against the nut 9, the nut element 7 being locked in rotation by anti-rotation means (22 , 23,2,4,15 and 14), is done until obtaining an elastic deformation of the threads in the upper screw connection 16, at the maximum elastic deformation of the wave propagating in the rod 3, said deformation wave generating an annular ejection slot relative to the valve seat 25.
  • the elastic washer 10, associated with the adjustment element 11, linked to the injector housing 5, for example by an assembly of the screw nut type, not shown, makes it possible to obtain the preload necessary for sealing the valve seat 25 , and is moreover necessary to make up for the clearances due in particular to thermal stresses and to the wear of the parts.
  • the material of which the elastic washer 10 is made can be based on polymers. It preferably has a very high rate of attenuation of elastic deformations in dynamics.
  • the elastic return means are produced by metal cups 30 and 31, instead of the washers 6 and 10 of the first embodiment. Holes, 28 and 29, are produced in these cups 30, 31 in order to allow the passage of fluid, and more precisely of fuel, thus producing a hydraulic damper, in particular during ultrasonic vibratory stresses coming from the mass 20 and transmitted to the cups 30 and 31.
  • the nut element 7 is temporarily blocked in rotation by means of a removable cylindrical bar not shown, the end of which is housed in the cylindrical cavities 15 and 22 formed respectively in the nut 7 and in the injector housing 5 , said bar passing through the cup 6 connecting said mass 20 to said body 5, at the bottom of the cavity 21.

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Abstract

Dispositif de rupture d'impédance acoustique d'une tige (3) sur laquelle peut se propager une onde de déformation, comprenant une masse (20) qui comporte un élément formant écrou (7) et un élément formant contre écrou (9) ledit élément formant écrou (7) et ledit élément formant contre écrou (9) possédant une impédance acoustique très supérieure à l'impédance acoustique de ladite tige (3), le serrage de l'élément formant écrou (7) et de l'élément formant contre-écrou (9) étant effectué jusqu'à l'obtention d'une déformation d'au moins une partie des filets de première et/ou deuxième zones filetées (16) de la tige (3) supérieure au maximum de déformation de la tige (3).

Description

Dispositif de rupture d impédance acoustique d'une tige
La présente invention se rapporte à un dispositif de -rupture d'impédance acoustique dans une zone donnée d'une tige, par une liaison élastique bidirectionnelle avec une masse, cette liaison étant démontable.
La présente invention concerne plus particulièrement une architecture d'assemblage démontable compacte pour réaliser tout à la fois une haute impédance acoustique à l'extrémité d'une tige, le rattrapage de jeu par des moyens de rappels élastiques et, un filtre mécanique passe bas. Un tel dispositif peut, par exemple, être utilisé dans un dispositif d'injection tel que celui décrit dans la demande de brevet FR 99-14548, déposée par la Demanderesse.
D'après cette demande de brevet, on connaît un dispositif d'injection caractérisé notamment en ce qu'une tige ou aiguille se déforme élastiquement sous la contrainte d'ondes ultrasonores de manière à définir en son extrémité une fente annulaire d'éjection par rapport à un siège de soupape, ladite tige ou aiguille coopérant à son autre extrémité avec une masse et des moyens de rappel élastique logés dans une cavité formée dans la partie arrière du boîtier d'injecteur.
Dans le cas particulier de la demande, la rupture d'impédance à l'extrémité de la tige est assurée par l'adjonction au bout de la dite tige d'une masse, constituée d'un seul élément, à l'intérieur duquel est conformé un alésage de diamètre sensiblement identique à celui de l'aiguille, le dit alésage étant destiné à être au moins partiellement traversé par l'extrémité de l'aiguille précitée .
La liaison entre la masse et l'aiguille peut être alors assurée de diverses manières, mais on reste confronté dans tous les cas au délicat problême de ne pas gêner l'assemblage du dispositif d'injection tout en assurant une rupture d'impédance correcte à l'extrémité de l'aiguille, quelles que soient les conditions de fonctionnement.
Une solution consiste à assurer les moyens de coopérations entre la tige et la masse précitées par une soudure. Cependant, un inconvénient majeur à ce type de réalisation provient de la suppression des possibilités de réglage de la précontrainte de l'aiguille une fois le dispositif assemblé. Parallèlement, en fonction des caractéristiques des matériaux choisis, la réalisation d'une soudure peut poser des problèmes de compatibilité.
Une seconde solution consiste à visser l'extrémité de l'aiguille à l'intérieur d'un filetage conformé dans la masse arrière, mais la liaison élastique ainsi créée n'est alors pas bidirectionnelle dans la mesure où les déformations de l'aiguille sous l'action des ondes ultrasonores peuvent alors provoquer un décollement des filets. Les deux pièces n'étant plus alors en contact intime, la rupture d'impédance n'est plus correctement assurée.
La présente invention a donc pour objet de résoudre l'ensemble de ces problèmes en proposant un dispositif de rupture d'impédance acoustique pour une tige, possédant également une fonction de filtre passe-bas et de rattrapage de j eu. Selon l'invention, le dispositif de rupture d'impédance acoustique est ainsi composé d'une nouvelle architecture, caractérisée en ce que l'assemblage démontable de masse et des moyens d'amortissement est optimisé de manière à donner au dispositif d'injection de carburant précité de meilleures caractéristiques dynamiques, en particulier un meilleur temps de réponse.
Ces gains sont rendus possibles grâce à l'intégration' d'une masse en tungstène et d'une liaison élastique bidirectionnelle entre ladite masse et le corps d'injecteur, ainsi qu'entre la masse et la tige. Dans ce dernier cas, la liaison élastique précitée est assurée par un filetage précontraint et non pas une liaison soudée.
Une caractéristique du dispositif ainsi formé est de posséder une architecture à la fois compacte, et génératrice d'une excellente rupture d'impédance acoustique, garante d'une meilleure réflexion d'onde dans la tige.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif de rupture d'impédance acoustique, la masse est composite, logée dans une' cavité formée dans la partie arrière du boîtier d'injecteur, constituée d'un lest contraint entre deux éléments solides par un assemblage vissé de type écrou contre-écrou, lesdits éléments solides comportant un filetage adapté coopérant avec l'extrémité filetée d'une tige traversant ledit boîtier d'injecteur, ladite tige étant maintenue en appui sur un siège de soupape solidaire dudit boîtier d'injecteur à son autre extrémité, ladite masse étant reliée élastiquement de façon bidirectionnelle par des moyens de rappel élastique au dit boîtier d'injecteur. Selon une- autre caractéristique de l'invention ladite masse composite présente une impédance acoustique très supérieure à ladite tige.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite tige coopère avec ladite masse par l'intermédiaire d'un assemblage vissé précontraint de telle sorte que la déformation élastique maximale pouvant se propager dans ladite tige soit inférieure la déformation élastique initiale engendrée par l'assemblage vissée précontraint permettant ainsi une continuité élastique bidirectionnelle entre ladite tige et ladite masse.
Selon une autre caractéristique de l'invention la masse est constituée de tungstène dont l'intégration est assurée par le montage écrou, contre écrou, entre ces deux derniers la partie en tungstène est emprisonnée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de rappel élastique sont réalisés par des rondelles élastiques dont le matériau est un élastomère ou un métallique et permettent le rattrapage de jeu.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de rappel élastique sont amortissants.
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci- après de deux modes de réalisation de l'invention, présentés à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue d'ensemble, en coupe axiale, d'un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 représente une vue d'ensemble, en coupe axiale, d'un deuxième mode de réalisation de la présente invention.
Conformément aux dessins annexés, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Les éléments communs aux deux modes de réalisation ont été représentés avec la référence identique.
Le premier mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 1, comporte essentiellement deux organes distincts coopérant l'un avec l'autre.
Le premier organe est constitué par une tige cylindrique 3, formée dans un solide élastique, logée mobile axialement à l'intérieur dudit boîtier d'injecteur 5. Une extrémité de la tige 3, constituant la tête 26, étant en appui sur un siège de soupape 25 solidaire dudit boîtier d'injecteur 5, ladite tige 3 présentant une impédance acoustique caractéristique de l'ordre de 15 à 70, et par exemple plus avantageusement une valeur de 40.
Le deuxième organe est constitué par une masse composite 20, mobile axialement, logée dans une cavité 21 formée dans le boîtier d'injecteur 5, apte à recevoir du carburant sous pression. La masse composite 20 est constituée d'un lest en tungstène 8 contraint entre deux éléments solides 7 et 9 de fonction respective écrou et contre-écrou, ledit lest 8 étant guidé axialement par l'intermédiaire d'un moyen de guidage 24 ménagé sur l'élément écrou 7, présentant une impédance acoustique linéaire de l'ordre de 12000 à 16000. L'élément écrou 7 est bloqué en rotation par l'intermédiaire de barreaux cylindriques 2 et 4 dont les extrémités sont logées dans des cavités cylindriques ménagées d'une part (15 et 14) dans l' écrou 7, et d'autre part (22 et 23) dans le boîtier d'injecteur 5, lesdits barreaux 2,4 traversant de part en part une rondelle élastique 6 reliant ladite masse 20 au dit corps d'injecteur 5, au fond de la cavité 21.
Une rondelle élastique 10 est intercalée entre ladite masse. 20 et un organe de réglage 11 lié au boîtier d'injecteur 5, par des moyens non représentés, permettant ainsi une liaison élastique entre la masse 20 et le corps de l'injecteur 5 selon la direction A.
La tige 3 comporte à son extrémité supérieure, selon la direction A une partie filetée 16 adaptée pour coopérer avec un taraudage réalisé sur l'élément écrou 7, ainsi que sur l'élément contre écrou 9.
Le montage de l'ensemble est réalisé de la façon suivante. On vient tout d'abord visser la tige 3 sur l'élément écrou 7 jusqu'à l'obtention d'une précontrainte voulue permettant l'application de l'extrémité opposée de la tige 3 sur le siège de soupape 25.
Le lest 8 est ensuite inséré sur le guidage 24. L'élément contre écrou 9 est vissé sur l'extrémité de la tige 3, et vient emprisonner le lest 8. Il comporte des moyens de manœuvre tel que des perçages 12 et 13. Le jeu 19 assure que le lest 8 est bien contraint entre l'élément écrou 7 et contre écrou 9. Le vissage de l'élément contre écrou 9, l'élément écrou 7 étant bloqué en rotation par des moyens d' anti-rotation (22,23,2,4,15 et 14), se fait jusqu'à obtenir une déformation élastique des filets dans la liaison vissée 16 supérieure, au maximum de déformation élastique de l'onde se propageant dans la tige 3, ladite onde de déformation générant une fente annulaire d'éjection par rapport au siège de soupape 25.
Ce vissage précontraint garantit que les filets de la tige 3 et des éléments écrou 7 et contre-écrou 9 restent toujours en contact et cela même sous la sollicitation de l'onde de déformation issue de la tige 3, garantissant par conséquent une continuité élastique, bidirectionnelle, entre la tige 3 et la masse 20.
La rondelle élastique 10, associée à l'élément de réglage 11, lié au boîtier d'injecteur 5, par exemple par un assemblage de type vis écrou non représenté, permet d'obtenir la précontrainte nécessaire à l'étanchéité du siège de soupape 25, et est de plus nécessaire pour rattraper les jeux dus notamment aux sollicitations thermiques et à l'usure des pièces.
Le matériau dont est constituée la rondelle élastique 10 peut être à base de polymères. Il possède, de préférence, un très fort taux d'atténuations des déformations élastiques en dynamique.
En se reportant à la figure 2, nous avons représenté un second mode de réalisation de l'invention.
Seuls seront décrits les éléments se distinguant du premier mode de réalisation.
Dans ce second mode de réalisation, les moyens de rappel élastique sont réalisés par des coupelles métalliques 30 et 31, au lieu des rondelles 6 et 10 du premier mode de réalisation. Des perçages, 28 et 29, sont réalisés dans ces coupelles 30,31 afin de permettre le passage de fluide, et plus précisément de carburant réalisant ainsi un amortisseur hydraulique, notamment lors de sollicitations vibratoires ultrasonore issues de la masse 20 et transmises aux coupelles 30 et 31.
Le vissage de l'élément contre écrou 9 doit se faire alors que l'élément écrou 7 reste bloqué en rotation. Dans ce mode de réalisation, ce blocage est réalisé de façon temporaire, lors du montage, permettant ainsi à l'ensemble .masse 20 et tige 3, en fonctionnement normal, d'être libre en rotation par rapport au boîtier d'injecteur 5.
L'élément écrou 7 est bloqué temporairement en rotation par l'intermédiaire d'un barreau cylindrique démontable non représenté dont l'extrémité est logée dans les cavités cylindriques 15 et 22 ménagées respectivement dans l' écrou 7 et dans le boîtier d'injecteur 5, ledit barreau traversant la coupelle 6 reliant ladite masse 20 au dit corps 5, au fond de la cavité 21.

Claims

REVENDICATIONS
[1] Dispositif de rupture d'impédance acoustique d'une tige (3) formée dans un solide élastique, et sur laquelle peut se propager une onde de déformation, notamment ultrasonore, comprenant une masse (20) reliée à ladite tige (3) , caractérisé en ce que la masse (20) comporte un élément formant écrou (7) pouvant venir se visser sur une première zone filetée (16) de la tige (3) , et un élément formant contre écrou (9) pouvant venir se visser sur une deuxième zone filetée (16) de la tige (3) , ledit élément formant écrou (7) et ledit élément formant contre écrou (9) possédant une impédance acoustique très supérieure à l'impédance acoustique de ladite tige (3), le serrage de l'élément formant écrou (7) et de l'élément formant contre-écrou (9) étant effectué jusqu'à l'obtention d'une déformation d'au moins une partie des filets des première et/ou deuxième zones filetées (16) de la tige (3) supérieure au maximum de déformation de la tige (3) due à la propagation de l'onde dans la tige (3) .
[2] Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse (20) comprend, en outre, un lest (8), placé entre l'élément formant écrou (7) et l'élément contre écrou (9), et précontraint entre l'élément formant écrou (7) et l'élément formant contre écrou (9), la masse (20) possédant une impédance acoustique très supérieure à l'impédance acoustique de ladite tige (3).
[3] Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite masse (20) est placée à l'intérieur d'un boîtier (5) et précontraint contre le boîtier (5) un premier moyen de rappel élastique (6) selon une direction privilégiée selon un premier sens, et un second moyen de rappel élastique (10) selon la même direction privilégiée selon le sens opposé.
[4] Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le boîtier (5) comporte un siège de soupape (25) contre lequel peut venir en contact un élément complémentaire de la tige (26) , la précontrainte des moyens de rappel élastique (6,10) par la masse (20) contre le boîtier (5) assure un contact étanche entre le siège de soupape (25) et l'élément complémentaire (26) de la tige (3) en l'absence de propagation d'ondes sur celle-ci.
[5] Dispositif selon les revendications 3 ou 4 , caractérisé en ce que lesdits moyens de rappel élastique (6,10) sont formés dans un matériau ayant un très fort taux d'atténuation de déformations élastiques en dynamique .
[6] Dispositif selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le boîtier (5) est alimenté en fluide sous pression, lesdits moyens de rappel élastique
(6,10) présentant des trous (28,29), et constituant, par passage forcé du fluide par lesdits trous (28,29), un amortisseur hydraulique.
[7] Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le lest (8) est formé de tungstène. [8] Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ensemble masse (20) et tige (3) est libre en rotation par rapport au boîtier (5) .
[9] Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ensemble masse (20) et tige (3) est bloquée en rotation par rapport au boîtier (5), par l'intermédiaire de barreaux (2,4) traversant au moins en partie le boîtier (5) et la masse
(20) .
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