FR2786269A1 - DEVICE FOR THE INJECTION OF A FLUID COMPRISING A VARIATION IN THE PRESSURE OF THE FLUID INJECTED - Google Patents
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Abstract
Dans ce dispositif d'injection de manière dosée ayant un corps (1), une chambre (3) à fluide et une aiguille (5) de soupape, l'aiguille (5) et le corps (1) sont tels qu'une variation de la pression du fluide entraîne la même variation de longueur de l'aiguille (5) et du corps (1).Utilisation dans l'industrie automobile.In this metered injection device having a body (1), a fluid chamber (3) and a valve needle (5), the needle (5) and the body (1) are such that a variation fluid pressure causes the same variation in length of needle (5) and body (1). Use in the automotive industry.
Description
i 2786269 Dispositif d'injection de manière dosée d'un fluidei 2786269 Device for metered injection of a fluid
s'accommodant d'une variation de la pression du fluide injecté L'invention concerne un dispositif d'injection de manière dosée de fluide comprenant une aiguille de soupape débouchant à l'extérieur et la course de la soupape étant indépendante de la pression du fluide, ainsi qu'un The invention relates to a device for metered injection of fluid comprising a valve needle opening outwards and the stroke of the valve being independent of the pressure of the fluid. , and a
procédé correspondant.corresponding process.
Dans un dispositif d'injection de manière dosée débouchant vers l'extérieur, il s'applique lorsque l'on introduit du fluide sous haute pression (par exemple de 100 bar à 300 bar), des forces intenses sur les surfaces soumises à la pression du dispositif d'injection de manière dosée. Ces forces provoquent une dilatation du corps du dispositif d'injection de manière dosée et une dilatation de l'aiguille de soupape. Habituellement, ces dilatations ne se compensent pas mutuellement, ce qui modifie la course de la soupape. Si le dispositif d'injection de manière dosée fonctionne avec une pression de fluide constante, cette dilatation sous l'effet de la pression peut être compensée et ne pose pas problème dans le cas d'utilisation. Mais si le dispositif d'injection de manière dosée fonctionne à des niveaux de pression différents, la course de l'aiguille de la soupape se modifie en fonction de la pression. Pour une pression très haute (notamment supérieure à 200 bar), il peut se produire des fuites intempestives de fluide et une ouverture automatique du dispositif d'injection de manière dosée. Jusqu'ici, I'ouverture automatique du dispositif d'injection de manière dosée était interdite par un ressort de rappel suffisamment fort. L'utilisation de niveaux de pression du fluide de plus en plus hauts rend cette façon de faire coûteuse et ne peut pas être utilisée si le trajet In a metering injection device opening outwards, it is applied when introducing fluid under high pressure (for example from 100 bar to 300 bar), intense forces on surfaces subjected to pressure. of the injection device metered. These forces cause dilation of the injection device body in a metered manner and expansion of the valve needle. Usually, these expansions do not compensate each other, which changes the stroke of the valve. If the dosing device is operated with a constant fluid pressure, this pressure expansion can be compensated for and is not a problem in the case of use. But if the metered injection device operates at different pressure levels, the stroke of the valve needle changes as a function of pressure. For a very high pressure (especially greater than 200 bar), it can occur inadvertent fluid leakage and automatic opening of the injection device metered. Until now, the automatic opening of the injection device metered was prohibited by a sufficiently strong return spring. The use of increasingly high fluid pressure levels makes this way expensive and can not be used if the route
de réglage du dispositif d'entraînement primaire n'est que petit. setting of the primary drive device is only small.
1li.uI1li.uI
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A la demande de brevet en République Fédérale d'Allemagne P 19839125.0, qui n'était pas accessible au public à la date de priorité dont bénéficie la présente demande, on décrit un dispositif d'injection de manière dosée de fluide, dans lequel un dispositif d'injection de manière dosée débouchant vers l'extérieur opère au moyen d'un organe moteur piézoélectrique et d'une transmission hydraulique à piston. Un poussoir de soupape est maintenu de manière étanche par un ressort de rappel se trouvant dans At the time of the patent application in the Federal Republic of Germany P 19839125.0, which was not accessible to the public on the priority date of which the present application is granted, there is described a fluid injection device, in which a device metering injection valve opening outwards operates by means of a piezoelectric drive member and a piston hydraulic transmission. A valve pusher is held tightly by a return spring located in
une chambre à fluide.a fluid chamber.
L'invention vise à diminuer l'influence de la pression du fluide sur The aim of the invention is to reduce the influence of fluid pressure on
io le comportement à l'ouverture du dispositif d'injection de manière dosée. the behavior at the opening of the injection device metered.
On y parvient, suivant l'invention, par un dispositif d'injection de manière dosée comprenant un corps dans lequel est monté un organe moteur, une chambre à fluide pouvant être chargée en pression par un fluide, au moins un orifice d'injection qui communique avec la chambre à fluide et par lequel le fluide peut passer de la chambre à fluide à l'extérieur, caractérisé par une aiguille de soupape qui peut être entraînée par l'organe moteur, qui passe dans la chambre à fluide et au moyen de la course duquel une ouverture et une fermeture de l'orifice d'injection peuvent être commandées, l'aiguille de soupape s'ouvrant vers l'extérieur, les surfaces axiales efficaces du point de vue de la pression de l'aiguille de soupape et du corps étant telles, qu'en cas de variation de la pression du fluide, il se produit la même variation de According to the invention, this is achieved by a metering injection device comprising a body in which is mounted a motor member, a fluid chamber that can be loaded with fluid, at least one injection orifice which communicates with the fluid chamber and through which the fluid can pass from the fluid chamber to the outside, characterized by a valve needle which can be driven by the drive member, which passes into the fluid chamber and by means of the stroke of which an opening and closing of the injection port can be controlled, the valve needle opening outward, the axial surfaces effective from the point of view of the pressure of the valve needle and of the body being such that, in case of variation of the pressure of the fluid, the same variation of
longueur axiale sur l'aiguille de soupape et sur le corps. axial length on the valve needle and on the body.
L'invention vise de préférence un dispositif d'injection de manière dosée, caractérisé en ce que la chambre à fluide est constituée d'un réservoir à fluide de forme cylindrique et d'un alésage d'injection de forme cylindrique s'y raccordant axialement et de manière centrée, I'aiguille de soupape est constituée d'une pièce de base de forme cylindrique et d'une pièce d'extrémité cylindrique s'y raccordant axialement et de manière centrée. La pièce de base et en partie la pièce d'extrémité peuvent passer dans le réservoir à fluide. La pièce d'extrémité peut passer dans l'alésage d'injection et est munie a son extrémité opposée à la pièce de base d'une tête de soupape par laquelle The invention is preferably directed to a metering device, characterized in that the fluid chamber consists of a cylindrically shaped fluid reservoir and a cylindrically shaped injection bore connected axially thereto. and centrally, the valve needle consists of a cylindrical base piece and a cylindrical end piece connected axially and centrally. The base piece and in part the end piece can pass into the fluid reservoir. The end piece can pass into the injection bore and is provided at its opposite end to the base piece of a valve head through which
l'orifice d'injection peut être fermé. the injection port can be closed.
De préférence: - on a la relationPreferably: - we have the relationship
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dl2 - d32 (d42 - d2) 14.d32 12. (d52 - d42) 12 étant la longueur du réservoir, 14 étant la longueur de la pièce d'extrémité, d3 étant le diamètre de la pièce d'extrémité, d4 étant le diamètre du réservoir et d5 le diamètre extérieur du corps dans la région du réservoir à fluide, l'organe moteur peut être entraîné au moyen d'un actionneur piézo-électrique électrostrictif ou magnétostrictif, - I'actionneur peut être mis sous tension préalable au moyen d'un tube-ressort, - I'aiguille de soupape peut être appliqué sur l'orifice d'injection au moyen d'un dl2 - d32 (d42 - d2) 14.d32 12. (d52 - d42) 12 being the length of the tank, 14 being the length of the end piece, d3 being the diameter of the end piece, d4 being the the diameter of the reservoir and d5 the outside diameter of the body in the region of the fluid reservoir, the drive member can be driven by means of an electrostrictive or magnetostrictive piezoelectric actuator, - the actuator can be powered up by means of of a spring tube, - the valve needle can be applied to the injection port by means of a
ressort de rappel.spring.
L'invention a également pour objet un procédé d'injection de manière dosée de fluide, dans lequel on commande, au moyen d'un organe moteur monté dans un corps, la course d'une aiguille de soupape passant dans une chambre à fluide, la chambre à fluide pouvant être alimentée sous pression en un fluide, caractérisé en ce qu'il est prévu des surfaces efficaces axialement du point de vue de la pression, de l'aiguille de soupape et du corps qui sont telles qu'en cas de variation de la pression du fluide, il se produit la même variation de longueur sur l'aiguille de la soupape et sur le corps. A l'état initial au moins un orifice d'injection communiquant avec la chambre à fluide est fermé au moyen de l'aiguille de soupape, tandis que pendant une opération d'ouverture, I'aiguille de soupape est soulevée de l'orifice d'injection vers l'extérieur par un actionnement de l'organe moteur et du fluide passe de la chambre à fluide à l'extérieur d'une manière dosée, et que pendant l'opération de retour, l'aiguille de soupape étant déplacée au moyen de I'organe moteur de manière à s'appliquer de façon étanche à l'orifice d'injection. L'invention a également de préférence pour objet un procédé caractérisé en ce que l'on utilise comme chambre à fluide un réservoir à fluide de forme cylindrique en même temps qu'un alésage d'injection de forme cylindrique s'y raccordant axialement et de manière centrée, I'aiguille de soupape est constituée d'une pièce de base cylindrique et d'une pièce d'extrémité cylindrique s'y raccordant de manière axiale et centrée, la pièce de base et en partie la pièce d'extrémité passent dans le réservoir à fluide, la pièce d'extrémité passe dans l'alésage d'injection et est munie à son extrémité The subject of the invention is also a method for metered injection of fluid, in which the travel of a valve needle passing through a fluid chamber is controlled by means of a motor member mounted in a body. the fluid chamber, which can be pressurized with fluid, characterized in that axially effective surfaces with respect to pressure, valve needle and body are provided which are As the pressure of the fluid varies, the same variation in length occurs on the valve needle and on the body. In the initial state, at least one injection port communicating with the fluid chamber is closed by means of the valve needle, while during an opening operation the valve needle is raised from the valve port. injection to the outside by actuation of the drive member and fluid from the fluid chamber to the outside in a metered manner, and during the return operation, the valve needle being moved to the means of the motor member so as to apply sealingly to the injection port. The invention also preferably relates to a process characterized in that a fluid reservoir of cylindrical shape is used as fluid chamber together with a cylindrical injection bore connected to it axially and centrally, the valve needle consists of a cylindrical base piece and a cylindrical end piece connected to it axially and centrally, the base piece and in part the end piece pass into the fluid reservoir, the end piece passes into the injection bore and is provided at its end
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opposée à la pièce de base d'une tête de soupape par laquelle l'orifice d'injection peut être fermé, la relation dl = d2 étant satisfaite, dl étant le diamètre du siège opposite to the base part of a valve head through which the injection port can be closed, the relation d1 = d2 being satisfied, d1 being the diameter of the seat
d'étanchéité et d2 le diamètre de la pièce de base. sealing and d2 the diameter of the base piece.
De préférence, on applique au moyen d'un ressort de rappel à l'aiguille de soupape une force qui s'oppose à un mouvement dirigé vers Preferably, a force is applied by means of a valve needle return spring which opposes a movement directed towards
l'extérieur de l'aiguille de soupape. the outside of the valve needle.
L'idee de l'invention repose essentiellement sur le fait que les surfaces efficaces axialement en pression de l'aiguille de soupape et du corps du dispositif de l'injection de manière dosée sont telles qu'en cas de variation de la pression du fluide, il se produit la même variation de longueur sur The idea of the invention is essentially based on the fact that the axially effective pressure surfaces of the valve needle and the body of the injection device in a metered manner are such that in the event of a variation of the fluid pressure , the same variation in length occurs on
l'aiguille de soupape et sur le corps. the valve needle and on the body.
Le dispositif d'injection de manière dosée comporte à cet effet un corps dans lequel est monté un organe moteur et qui délimite une chambre à fluide qui peut être emplie d'un fluide sous pression. Au moins un orifice d'injection par lequel le fluide peut passer de la chambre à fluide à l'extérieur communique avec la chambre à fluide. En outre, il est prévu une aiguille de soupape qui peut être entraînée par l'organe moteur qui passe dans la chambre à fluide et au moyen de la course de laquelle on peut commander une ouverture et une fermeture de l'orifice d'injection, l'aiguille de soupape débouchant à l'extérieur. L'aiguille de soupape et le corps comportent des surfaces efficaces axialement du point de vue de la pression, c'est-à-dire soumises à la pression dans la direction axiale qui sont telles qu'en cas de variation de la pression du fluide, il se produit la même variation de longueur For this purpose, the dosing device comprises a body in which a motor unit is mounted and which delimits a fluid chamber which can be filled with a fluid under pressure. At least one injection port through which the fluid can pass from the fluid chamber to the outside communicates with the fluid chamber. In addition, there is provided a valve needle which can be driven by the motor member which passes into the fluid chamber and by means of the stroke of which can be controlled an opening and closing of the injection port, the valve needle opening outwards. The valve needle and the body have axially effective areas of pressure, i.e., subjected to pressure in the axial direction which are such that in the event of a change in fluid pressure , the same variation in length occurs
axiale sur l'aiguille de soupape et sur le corps. axial on the valve needle and on the body.
Un dispositif d'injection de manière dosée ainsi constitué a l'avantage d'être insensible dans son fonctionnement à une fluctuation de la A metered injection device thus constituted has the advantage of being insensitive in its operation to a fluctuation of the
pression du fluide.fluid pressure.
En outre, on obtient avantageusement une course de l'aiguille plus grande et une structure très simple par rapport à l'utilisation d'un fort In addition, a larger needle stroke and a very simple structure compared to the use of a fort are advantageously obtained.
ressort de rappel.spring.
Il est avantageux d'entraîner l'organe moteur par voie It is advantageous to drive the motor unit by
piézo-électrique, par exemple au moyen d'un actionneur piézo-électrique. piezoelectric, for example by means of a piezoelectric actuator.
Un organe moteur piézo-électrique possède une durée de commutation très rapide et un temps mort d'entraînement très court. La présente invention est -_ -Uf A piezoelectric drive member has a very fast switching time and a very short drive dead time. The present invention is
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particulièrement avantageuse en liaison avec un organe moteur piézo- particularly advantageous in connection with a piezo motor
électrique, parce que l'organe moteur piézo-électrique a une course relativement petite (par exemple de 30 pm à 40 pm), de sorte qu'une ouverture intempestive du dispositif d'injection de manière dosée se produit relativement tôt. Outre un organe moteur piézo-électrique, on peut utiliser par exemple aussi un organe moteur électrostrictif ou magnétostrictif, les deux donnant également une bonne caractéristique de commutation. Le dispositif d'entraînement magnétostrictif possède toutefois l'inconvénient d'avoir à utiliser pour fonctionner une bobine relativement grande. Le dispositif d'entraînement électrostrictif a l'inconvénient que les matériaux disponibles actuellement ont un point de Curie relativement bas, de sorte que le fonctionnement d'un dispositif d'entraînement électrostrictif à une haute electrical, because the piezoelectric drive member has a relatively small stroke (e.g., 30 μm to 40 μm), so that inadvertent opening of the injection device in a metered manner occurs relatively early. In addition to a piezoelectric drive member, it is also possible to use an electrostrictive or magnetostrictive drive member, both of which also give a good switching characteristic. The magnetostrictive driving device, however, has the disadvantage of having to use a relatively large coil to operate. The electrostrictive driving device has the disadvantage that the materials currently available have a relatively low Curie point, so that the operation of an electrostrictive driving device at a high
température, par exemple dans la zone d'un moteur n'est pas possible. temperature, for example in the area of an engine is not possible.
On peut tout aussi bien appliquer l'invention à une soupape The invention can also be applied to a valve
d'injection entraînée par voie électromagnétique ou par voie électrodynamique. electromagnetically or electrodynamically driven injection nozzle.
Il est en outre bon pour simplifier la structure du dispositif d'injection de manière dosée, que l'organe moteur puisse être rendu étanche It is also good to simplify the structure of the injection device in a metered manner, that the motor member can be sealed
vis-à-vis du fluide.vis-à-vis the fluid.
Indépendamment du type d'entraînement, I'invention peut s'appliquer avec avantage à toutes sortes de dispositifs d'injection de manière Regardless of the type of drive, the invention can be advantageously applied to all kinds of injection devices so
dosée dans lesquels le débit dépend de la course de l'aiguille de soupape. in which the flow rate depends on the stroke of the valve needle.
Il est en outre avantageux de pouvoir appliquer l'aiguille de soupape à l'orifice d'injection au moyen d'un ressort de rappel. Ce ressort de rappel relativement faible sert à ramener l'aiguille de soupape et à empêcher It is further advantageous to be able to apply the valve needle to the injection port by means of a return spring. This relatively low return spring serves to bring the valve needle back and to prevent
ainsi une ouverture intempestive du dispositif d'injection de manière dosée. and inadvertent opening of the injection device metered.
Il est avantageux que le dispositif d'entraînement piézo- It is advantageous that the piezo training device
électrique soit un actionneur piézo-électrique en céramique à plusieurs couches. Il est avantageux que l'actionneur en céramique soit mis sous une pression préalable parce que l'on empêche ainsi des tensions de traction néfastes sur l'actionneur. Pour simplifier la structure, il est avantageux que l'actionneur soit mis sous tension préalable par un tube- ressort. C'est ainsi par exemple que l'actionneur en céramique peut être monté dans un tube-ressort cylindrique. Mais il est aussi possible de maintenir, au moyen d'un ressort ou de plusieurs ressorts qui sont montés en parallèle ou en série, l'actionneur electric is a multilayer ceramic piezoelectric actuator. It is advantageous that the ceramic actuator is put under a pre-pressure because thus preventing undesirable tensile stresses on the actuator. To simplify the structure, it is advantageous for the actuator to be pre-tensioned by a spring tube. For example, the ceramic actuator can be mounted in a cylindrical spring tube. But it is also possible to maintain, by means of a spring or several springs which are connected in parallel or in series, the actuator
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piézo-électrique sous une pression préalable, par exemple au moyen d'un piezoelectric power under a prior pressure, for example by means of a
ressort à disque.disc spring.
Le dispositif d'injection de manière dosée convient particulièrement pour l'injection de carburant, par exemple dans un moteur à combustion. Le dispositif d'injection de manière dosée peut être utilisé dans une plage de pression de 100 bar à 400 bar, notamment en tant qu'injecteur The metered injection device is particularly suitable for fuel injection, for example in a combustion engine. The dosing device can be used in a pressure range of 100 bar to 400 bar, especially as an injector
direct d'essence.direct gasoline.
Constituer de manière différente les surfaces efficaces vis-à-vis de la pression de l'aiguille de soupape et du corps dans la région de leur surface soumise à la pression est particulièrement utile dans le cas o l'aiguille de soupape a des diamètres différents et/ou l'alésage, dans lequel l'aiguille de Differently constituting the effective surfaces vis-à-vis the pressure of the valve needle and the body in the region of their surface subjected to pressure is particularly useful in the case where the valve needle has different diameters and / or the bore, in which the needle of
soupape passe, a des sections transversales différentes. valve passes, has different cross sections.
Pour minimiser la dépendance à la pression d'un dispositif d'injection de manière dosée, les dimensions radiales c'est-à-dire les sections transversales et les dimensions axiales c'est-à-dire les longueurs de l'aiguille de soupape et du corps de l'injecteur sont construites dans la région soumise à la pression de façon que la pression du fluide provoque la même variation de To minimize the pressure dependence of an injection device in a metered manner, the radial dimensions, i.e. the cross sections and the axial dimensions i.e. the lengths of the valve needle and the body of the injector are built in the region subjected to the pressure so that the pressure of the fluid causes the same variation of
longueur du corps et de l'aiguille de soupape. body length and valve needle.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à un dispositif Of course, the invention is not limited to a device
d'injection de manière dosée à symétrie axiale. of injection in an axially symmetrical dosing manner.
Le dispositif d'injection de manière dosée suivant l'invention est représenté d'une manière plus précise mais schématiquement dans les The injection device in a metered manner according to the invention is represented in a more precise manner but schematically in the
exemples de réalisation suivants.following examples of embodiment.
La figure 1 est un schéma d'un dispositif d'injection de manière dosée habituel débouchant à l'extérieur, la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'injection de manière dosée qui ne dépend pas de la pression et, la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un autre exemple de réalisation d'un dispositif d'injection de manière dosée ayant une FIG. 1 is a diagram of a usual dosing device opening outwards, FIG. 2 is a diagrammatic sectional view of an exemplary embodiment of a metered injection device which is not shown in FIG. does not depend on the pressure and, Figure 3 is a schematic sectional view of another embodiment of a metered injection device having a
course de l'aiguille qui ne dépend pas de la pression. Needle stroke that does not depend on pressure.
La figure 1 représente un injecteur direct à symétrie axiale à l'exception du conduit 7 d'amenée du fluide. Dans une chambre 11 d'entraînement à l'intérieur d'un corps 1, est monté un organe moteur 2 sous la forme d'un actionneur piézo-électrique. L'actionneur piézo- électrique se trouve FIG. 1 represents a direct injector with axial symmetry with the exception of the conduit 7 for supplying the fluid. In a drive chamber 11 inside a body 1 is mounted a motor member 2 in the form of a piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator is located
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dans un tube-ressort 9 par lequel l'actionneur piézo-électrique est maintenu sous une pression préalable. Du côté du tube-ressort 9 qui est éloigné du corps 1, se trouve une aiguille 5 de soupape. L'aiguille 5 de soupape va du tube-ressort 9 en passant par une traversée 12 et par une chambre 3 à fluide, au côté extérieur du corps 1. La chambre 3 à fluide est emplie d'un fluide F sous une pression P par un conduit 7 d'amenée de carburant. Elle est constituée d'un réservoir 31 à fluide et d'un alésage 32 d'injection. La chambre 3 à fluide est telle qu'elle in a spring tube 9 by which the piezoelectric actuator is maintained under a prior pressure. On the side of the spring tube 9 which is remote from the body 1, there is a valve needle 5. The valve needle 5 goes from the spring tube 9 through a passage 12 and through a fluid chamber 3 to the outer side of the body 1. The fluid chamber 3 is filled with a fluid F at a pressure P a conduit 7 for supplying fuel. It consists of a fluid reservoir 31 and an injection bore 32. The fluid chamber 3 is such that it
débouche à l'extérieur par un orifice 6 d'injection de l'alésage 32 d'injection. opens out through an injection port 6 of the injection bore 32.
o10 L'aiguille 5 de soupape a à son extrémité menant à l'extérieur qui est éloignée du tube-ressort 9, la forme d'une tête 51 de soupape. L'orifice 6 The valve needle 5 has at its outward leading end which is remote from the spring tube 9, the shape of a valve head 51. The orifice 6
d'injection peut être fermé par la tête 51 de soupape. injection can be closed by the valve head 51.
Dans l'alésage 32 d'injection, se trouve un ressort 8 de rappel qui repousse la tête 51 de soupape sur le corps 1, de sorte que l'orifice 6 d'injection est fermé. Mais le ressort 8 de rappel est toutefois trop faible pour pouvoir assurer une application de la tête 51 de soupape sur le corps 1 à la In the injection bore 32, there is a return spring 8 which pushes the valve head 51 onto the body 1, so that the injection port 6 is closed. But the return spring 8 is however too weak to be able to ensure an application of the valve head 51 on the body 1 to the
pleine pression P du fluide (par exemple de 100 bar à 300 bar). full pressure P of the fluid (for example from 100 bar to 300 bar).
Pour assurer l'étanchéité de l'organe moteur 2 se trouvant dans la chambre 11 d'entraînement et du tube-ressort 9 vis-à-vis du fluide F, il est To ensure the sealing of the drive member 2 located in the drive chamber 11 and the spring tube 9 vis-à-vis the fluid F, it is
prévu dans la traversée 12 un joint torique 4 entourant l'aiguille 5 de soupape. provided in the passage 12 an O-ring 4 surrounding the valve needle 5.
A l'état initial, 'actionneur piézo-électrique est déchargé ou mis en court-circuit et prend sa longueur (axiale) la plus petite. Les bornes In the initial state, the piezoelectric actuator is discharged or short-circuited and takes its smallest (axial) length. Terminals
électriques de l'organe moteur 2 ne sont pas représentées. L'actionneur piézo- electric motor 2 are not shown. The piezo actuator
électrique en céramique est toujours maintenu sous une certaine pression par le tube-ressort 9 de sorte qu'il ne peut pas se produire de traction néfaste qui pourrait provoquer des fissures. A l'état initial, le tube-ressort 9 a également une longueur axiale minimum. L'aiguille 5 de soupape est retirée au maximum de sorte que la tête 51 de soupape s'applique sur le corps 1 et ferme l'orifice 6 d'injection. La fermeture de l'orifice 6 d'injection est également assurée par le ceramic electric is always maintained under a certain pressure by the spring tube 9 so that it can not occur harmful traction that could cause cracks. In the initial state, the spring tube 9 also has a minimum axial length. The valve needle 5 is maximally withdrawn so that the valve head 51 is applied to the body 1 and closes the injection port 6. The closure of the injection orifice 6 is also ensured by the
ressort 8 de rappel.return spring 8.
Pendant une opération d'ouverture, un signal électrique est appliqué à l'organe moteur 2, de sorte que celui-ci prend de l'extension dans la direction axiale. L'organe moteur 2 allonge le tube-ressort 9 qui à son tour déplace l'aiguille de soupape dans la même direction. La tête 51 de soupape During an opening operation, an electrical signal is applied to the motor member 2, so that it extends in the axial direction. The motor member 2 extends the spring tube 9 which in turn moves the valve needle in the same direction. The valve head 51
8 27862698 2786269
est ainsi soulevée du corps 1 de sorte que l'orifice 6 d'injection est ouvert. Du is thus raised from the body 1 so that the injection port 6 is open. Of
fluide F passe ainsi de la chambre à fluide à l'extérieur. fluid F thus passes from the fluid chamber to the outside.
Pour mettre fin à l'opération d'ouverture, I'organe moteur est à nouveau contracté dans la direction axiale par exemple par un court-circuit, par une décharge de l'actionneur piézo-électrique. L'aiguille 5 de soupape est ainsi à nouveau retirée, de sorte que la tête 51 de soupape ferme à nouveau To terminate the opening operation, the motor member is again contracted in the axial direction for example by a short circuit, by a discharge of the piezoelectric actuator. The valve needle 5 is thus again removed, so that the valve head 51 closes again.
l'orifice 6 d'injection.the injection port 6.
La figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif d'injection de manière dosée entraîné directement et débouchant vers l'extérieur, dont la FIG. 2 is a cross-sectional view of a metering device which is driven directly and opens outwards, the
îo course de la soupape est indépendante de la pression. The stroke of the valve is independent of the pressure.
Dans la chambre 11 d'entraînement, il est prévu un actionneur In the drive chamber 11, an actuator is provided
piézo-électrique à couches multiples en céramique introduit dans un tube- multi-layer piezoelectric ceramic inserted into a tube
ressort 9, ce dernier étant fixé au corps 1. Du côté du tube-ressort 9 opposé à la fixation au corps 1, se trouve l'aiguille 5 de soupape qui est en contact avec le tube-ressort 9 ou en est séparée par une fente de 1 pm à 31 pm de large à l'état de repos. L'aiguille 5 de soupape va du tube-ressort 9 au côté extérieur du corps 1 en passant par la chambre 11 d'entraînement, par la traversée 12 et par la chambre 3 à fluide. L'aiguille 5 de soupape est montée à coulissement axial dans la traversée 12. Dans la chambre 11 d'entraînement, se trouve le ressort 8 de rappel par lequel l'aiguille 5 de soupape est repoussée sur le tube- ressort. Le ressort 8 de rappel s'appuie sur le corps et sur un jonc élastique fixé à l'aiguille 5 de soupape. La traversée 12 est rendue étanche au fluide vis-à-vis de la chambre 3 à fluide pour des raisons de spring 9, the latter being fixed to the body 1. On the side of the spring tube 9 opposite the attachment to the body 1, is the valve needle 5 which is in contact with the spring tube 9 or is separated by a slit from 1 pm to 31 pm wide at rest. The valve needle 5 goes from the spring tube 9 to the outer side of the body 1 through the drive chamber 11, the passage 12 and the fluid chamber 3. The valve needle 5 is axially slidably mounted in the passage 12. In the drive chamber 11, there is the return spring 8 by which the valve needle 5 is pushed onto the spring tube. The return spring 8 is supported on the body and on an elastic ring attached to the valve needle 5. The bushing 12 is sealed against the fluid vis-à-vis the fluid chamber 3 for reasons of
sécurité au moyen de deux joints toriques. safety by means of two O-rings.
2)5 Pour mieux assurer encore que du fluide F ne peut passer de la chambre 3 à fluide à la chambre 11 d'entraînement, il débouche dans la traversée 12 une évacuation 32 par laquelle du fluide parvenant éventuellement dans la traversée 12 peut être évacué par exemple dans une cuve. Du côté opposé à la chambre 11 d'entraînement, la traversée 12 débouche dans la chambre 3 à fluide. La chambre 3 à fluide est emplie au moyen d'un conduit 31 d'amenée de fluide d'un fluide F dans ce cas, d'essence. La chambre 3 à fluide est conçue sous la forme d'un alésage ayant deux diamètres différents en direction radiale. La partie de la chambre 3 à fluide ayant le diamètre d4 le plus grand correspond au réservoir 31 à fluide, lu, Tf 2) 5 To further ensure that fluid F can not pass from the fluid chamber 3 to the drive chamber 11, it opens into the passage 12 a discharge 32 through which fluid possibly arriving in the passage 12 can be evacuated for example in a tank. On the opposite side to the drive chamber 11, the passage 12 opens into the fluid chamber 3. The fluid chamber 3 is filled by means of a conduit 31 for supplying fluid of a fluid F in this case of gasoline. The fluid chamber 3 is designed as a bore having two different diameters radially. The portion of the fluid chamber 3 having the largest diameter d4 corresponds to the fluid reservoir 31, lu, Tf
9 27862699 2786269
tandis que la partie de la chambre 3 à fluide ayant le diamètre dl le plus petit while the portion of the fluid chamber 3 having the smallest diameter d1
correspond à l'alésage 32 d'injection. corresponds to the injection bore 32.
L'aiguille 5 de soupape est constituée sous la forme d'une pièce ayant une partie 52 de base d'un diamètre d2 et une partie 53 d'extrémité qui en est issue de manière centrée de diamètre d3 plus petit. La partie 52 de base de l'aiguille 5 de soupape, qui est entraînée par le tube- ressort 9, passe dans la traversée 12. Dans le réservoir 31 à fluide, I'aiguille 5 de soupape présente un étranglement de la section transversale à un plus petit diamètre d3. A l'extrémité de la partie 53 d'extrémité de l'aiguille 5 de soupape qui mène îo à l'extérieur, cette aiguille est constituée sous la forme d'une tête 51 de soupape. La longueur 11 (axiale) de l'alésage 32 d'injection va du point o s'applique la tête 51 de soupape jusqu'au réservoir 31 à fluide qui a une longueur 12. La longueur 14 de la partie 53 d'extrémité va du point o l'aiguille 5 de soupape s'applique au corps 1 jusqu'au rétrécissement de section transversale, c'est-à-dire jusqu'à la transition de la section transversale petite à la section transversale grande de l'aiguille 5 de soupape a l'état initial, tandis The valve needle 5 is formed as a part having a base portion 52 of a diameter d2 and an end portion 53 which is centrally centered with a diameter d3 smaller. The base portion 52 of the valve needle 5, which is driven by the spring tube 9, passes through the passage 12. In the fluid reservoir 31, the valve needle 5 has a constriction of the cross-sectional area of the valve. a smaller diameter d3. At the end of the end portion 53 of the valve needle 5 leading outwardly, this needle is formed as a valve head 51. The length 11 (axial) of the injection bore 32 goes from the point o applies the valve head 51 to the fluid reservoir 31 which has a length 12. The length 14 of the end portion 53 is from the point where the valve needle 5 applies to the body 1 to the cross-sectional narrowing, i.e., to the transition from the small cross-section to the large cross section of the needle 5 in the initial state, while
que la longueur 13 de la partie de base reproduit celle de la partie 52 de base. that the length 13 of the base portion reproduces that of the base portion 52.
Par le diamètre dl de siège d'étanchéité, on désigne le diamètre de l'alésage 32 d'injection et par le diamètre d2 de base, le diamètre de la partie 52 de base. Par d3, on désigne le diamètre de la partie 53 d'extrémité et par d4 le diamètre du réservoir 31 à fluide. D5 désigne le diamètre extérieur du By the diameter dl sealing seat, denotes the diameter of the injection bore 32 and the base diameter d2, the diameter of the base portion 52. By d3 denotes the diameter of the end portion 53 and d4 the diameter of the reservoir 31 fluid. D5 is the outside diameter of
corps 1 dans la région du réservoir 31 à fluide. body 1 in the region of the reservoir 31 to fluid.
Les longueurs Il à 14 et les diamètres dl à d5 sont tels que dl= d2, donc que le diamètre dl du siège d'étanchéité correspond au diamètre d2 de la partie de base. On obtient ainsi qu'il ne s'applique pas de force supplémentaire sous l'effet de la pression P du carburant, sur le ressort 8 de rappel et sur le siège de soupape. Les longueurs Il et 13 sont sensiblement indépendantes de la pression P, alors que les longueurs 12 et 14 ont des The lengths 11 to 14 and the diameters d1 to d5 are such that d1 = d2, so that the diameter d1 of the sealing seat corresponds to the diameter d2 of the base part. It thus obtains that it does not apply additional force under the effect of the pressure P of the fuel, on the return spring 8 and on the valve seat. The lengths 11 and 13 are substantially independent of the pressure P, while the lengths 12 and 14 have
pentes.slopes.
Sur les surfaces annulaires efficaces du point de vue axial vis-a- On annular surfaces which are effective from the axial point of view vis-à-
vis de la pression, qui délimitent la partie 53 d'extrémité de l'aiguille 5 de soupape, il s'applique en fonction de la pression P, une force luilf F P..(d 1 -d32) par laquelle la partie 53 d'extrémité est étirée c'est-à-dire que sous l'influence de la pression la longueur 14 augmente. La flexibilité kl de la partie 53 d'extrémité se calcule par Eor:od3 2 pressure screws, which delimit the end portion 53 of the valve needle 5, it applies as a function of the pressure P, a force luilf F P .. (d 1 -d32) by which the part 53 end is stretched that is to say that under the influence of pressure length 14 increases. The flexibility kl of the end portion 53 is calculated by Eor: od3 2
k. E 4 d32 E étant le module d'élasticité. k. E 4 d32 E being the modulus of elasticity.
4.14 L'allongement A14 provoqué par la pression devient ainsi égal à A14 F P (d12-d32) k. 4 4. d32 Pour l'allongement du boîtier 1, on a approximativement un calcul analogue. Sur les surfaces annulaires qui sont efficaces axialement du point de vue de la pression et qui délimitent le réservoir 31 à fluide, s'applique la force F2=P 7 À (d4 -d dl2) La flexibilité k2 correspondante se calcule par k2 = E rÀ(d52 -d42) 4*12 L'allongement provoqué par la pression du réservoir 31 à fluide devient donc Ai2 _ F2 P * (d- d2) k2 12. (d2 - d) 4.14 The elongation A14 caused by the pressure thus becomes equal to A14 F P (d12-d32) k. 4. For the elongation of the housing 1, there is approximately a similar calculation. On the annular surfaces which are axially effective from the point of view of the pressure and which delimit the fluid reservoir 31, the force F 2 = P 7 A (d 4 -d d 12) applies. The corresponding flexibility k 2 is calculated by k 2 = E The elongation caused by the pressure of the fluid reservoir 31 thus becomes A 12 _ F 2 P * (d-d 2) k 12 (d 2 - d)
"II l 4-"II l 4-
l 2786269 Afin que les variations de pression n'agissent pas sur la courbe de l'aiguille 5 de soupape, on agence le dispositif d'injection de manière dosée de manière à avoir aS = a > (di - d) _ (d4 - d) 14 À d 12 À (d2 dc4) Ces estimations ne sont qu'approximatives, puisque l'allongement radial du réservoir 31 à fluide qui se traduit également sous la forme d'une modification de la longueur 12 du réservoir 31 à fluide n'a pas été pris en compte. Une détermination plus précise pour ne plus dépendre de la In order that the pressure variations do not act on the curve of the valve needle, the injection device is dosed in such a way as to have aS = a> (di - d) - (d4 - d) 14 À d 12 À (d2 dc4) These estimates are only approximate, since the radial elongation of the fluid reservoir 31 which also results in a modification of the length 12 of the fluid reservoir 31. has not been taken into account. A more precise determination to no longer depend on the
pression est possible par exemple par la méthode des éléments finis. pressure is possible for example by the finite element method.
Un dispositif d'injection de manière dosée débouchant vers l'extérieur et entraîné directement de ce genre, convient particulièrement pour An inwardly directed metered injection device of this type is particularly suitable for
l'injection directe d'essence dans un moteur à combustion. direct injection of gasoline into a combustion engine.
La figure 3 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation d'un dispositif d'injection de manière dosée dont la course de la soupape est FIG. 3 is a sectional view of another embodiment of a metered injection device whose valve stroke is
indépendante de la pression.independent of the pressure.
En conservant une notation analogue à celle de la figure 2, seule l'aiguille 5 de soupape et la chambre 3 à fluide ont été réalisées différemment. On obtient une course indépendante de la pression de l'aiguille de soupape par une adaptation appropriée de la longueur 11 et de la section transversale d3, de la partie 53 d'extrémité et/ou par une conformation du diamètre d3 du réservoir 31 à fluide et du diamètre d5 extérieur du corps 1 dans la région du réservoir 31 à fluide. Là aussi, le diamètre dl du siège d'étanchéité correspond au diamètre d2 de la partie de base, afin que la pression P du fluide ne provoque pas l'application d'une force sur le ressort 8 de rappel ou sur le siège de soupape. L'agencement précis peut dans ce cas By keeping a notation similar to that of FIG. 2, only the valve needle 5 and the fluid chamber 3 were made differently. A stroke independent of the pressure of the valve needle is obtained by suitable adaptation of the length 11 and the cross-section d3, of the end portion 53 and / or by a conformation of the diameter d3 of the fluid reservoir 31 and the outer diameter d5 of the body 1 in the region of the fluid reservoir 31. Here again, the diameter d1 of the sealing seat corresponds to the diameter d2 of the base part, so that the pressure P of the fluid does not cause the application of a force on the return spring 8 or on the valve seat . The precise arrangement can in this case
être déterminé à l'aide de calculs de simulation. be determined using simulation calculations.
li lubli lub
12 278626912 2786269
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