FR2786270A1

FR2786270A1 - Dispositif d'injection de maniere dosee permettant de compenser une variation lente de longueur

Info

Publication number: FR2786270A1
Application number: FR9914720A
Authority: FR
Inventors: Bernhard Gottlieb; Hans Meixner; Andreas Kappel; Randolf Mock
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2000-05-26
Anticipated expiration: 2019-11-23
Also published as: DE19854506C1; FR2786270B1; US6530273B1

Abstract

Ce dispositif d'injection de manière dosée comporte une chambre (2) à fluide, une aiguille (2) de soupape, un organe moteur (4) qui déplace l'aiguille (3) et un élément (9) de compensation, tel qu'un mouvement rapide d'une partie (302, 303) de l'aiguille peut être transmis sans perte de course à l'autre partie (302, 303) de l'aiguille, tandis qu'un mouvement lent est compensé par une variation de la distance entre deux parois de l'élément (9) de compensation.Industrie automobile.

Description

Dispositif d'injection de manière dosée permettant de compenser une

variation lente de longueur L'invention concerne un dispositif et un procédé d'envoi dosé de

liquides avec la possibilité de compenser une variation de longueur lente.

Dans un dispositif habituel permettant de fournir un fluide de manière dosée, il y a dans un corps une chambre à fluide qui peut être soumise à la pression d'un fluide et qui débouche à l'extérieur. Une aiguille de soupape, qui peut coulisser au moyen d'un organe moteur, passe dans la chambre à fluide. Par une course de l'organe moteur, on peut déplacer l'aiguille de soupape de manière à ce qu'elle dégage l'embouchure ou qu'elle

s'y applique de manière étanche.

Pour une grande vitesse de l'opération d'envoi de fluide de manière dosée, il se produit une excursion de l'organe moteur et de l'aiguille de soupape qui est habituellement de l'ordre de 30 pm à 40 pm. Une variation de longueur due à la température de l'aiguille de soupape et d'autres éléments constitutifs du dispositif, est habituellement du même ordre de grandeur si l'on suppose un intervalle de température de - 40 C a +160 C, comme cela est le cas par exemple pour un injecteur dans la technique des véhicules automobiles. Comme le dispositif d'envoi de fluide de manière dosée est soumis pendant son fonctionnement, à de nombreuses charges de température très différentes (par exemple répartition constante de la température ou gradient différent de température), il se produit lors du passage entre des états de fonctionnement différents, sur des éléments constitutifs différents, des variations de longueur de l'ordre de plusieurs microns, qui ne se compensent mutuellement que partiellement et qui en outre ne peuvent être -' i I:lIt

2 2786270

déterminés souvent que d'une manière imprécise. Des effets de vieillissement et d'affaissement ont également pour conséquence une variation de longueur

du dispositif d'injection de fluide de manière dosée.

La différence des variations de longueur de plusieurs microns, entre le corps d'une part et les éléments intérieurs du dispositif d'injection de manière dosée, comme par exemple l'aiguille de soupape d'autre part, font que le dispositif d'injection de manière dosée s'ouvre, alors qu'il ne le devrait

pas, ou se ferme alors qu'il ne le devrait pas.

On a essayé jusqu'ici, entre autre, d'égaliser les dilatations thermiques par un choix approprié du matériau constituant les divers éléments. Mais pour un intervalle de température de -40 C à +160 C, on ne connaît pas de procédé de compensation de la température qui peut

s'appliquer en grande série.

Par la demande de brevet en République Fédérale d'Allemagne P 198 388 62.4, qui n'était pas accessible au public à la date de priorité dont bénéficie la présente demande, on connaît un dispositif d'injection de manière dosée, dans lequel un organe moteur commande le déplacement d'une aiguille de soupape par l'intermédiaire d'une chambre hydraulique. La chambre hydraulique communique avec un accumulateur hydraulique qui sert de réservoir de pression. La liaison entre la chambre hydraulique et l'accumulateur hydraulique est étranglée de manière à ce qu'un déplacement rapide de l'organe moteur puisse être transmis hydrauliquement à l'aiguille de soupape, tandis qu'une variation lente de la pression dans la chambre hydraulique, par exemple par une modification de la longueur sous l'effet de la chaleur peut être compensée, par l'accumulateur hydraulique par

compensation de fluide.

L'invention vise un dispositif d'injection de manière dosée, qui permet de manière simple de compenser de lentes différences de variation de

longueur de ce dispositif.

L'invention a donc pour objet un dispositif d'injection de manière dosée comprenant une chambre à fluide ou pouvant être alimentée sous pression par un fluide et débouchant à l'extérieur par une embouchure, une aiguille de soupape qui passe dans la chambre à fluide en y pouvant coulisser axialement, et au moyen de laquelle l'embouchure peut être fermée, un organe moteur par la course duquel un déplacement de l'aiguille de soupape peut être -r V 1 T

3 2786270

commandé en vue d'ouvrir et de fermer l'embouchure, caractérisé par un élément de compensation, qui dans la chambre à fluide est intégré à l'aiguille de soupape et qui subdivise l'aiguille de soupape, en une première partie d'aiguille qui est reliée à l'organe moteur et en une seconde partie d'aiguille par laquelle l'embouchure peut être fermée, l'élément de compensation étant constitué d'une première paroi montée sur la première partie d'aiguille, d'une deuxième paroi séparée de la première et montée sur la seconde partie d'aiguille et d'une paroi extérieure souple, reliant la première paroi et la seconde paroi ce qui forme une chambre hydraulique, et la chambre io hydraulique communique du point de vue des fluides, avec la chambre à fluide au moyen d'au moins une traversée et la traversée est telle qu'un mouvement rapide d'une partie d'aiguille peut être transmise dans une grande mesure sans perte de course à l'autre partie d'aiguille, tandis qu'un mouvement lent d'au moins une partie d'aiguille peut être compensé par une modification de la

distance entre la première paroi et la seconde paroi.

L'invention a également pour objet un procédé d'injection d'un fluide de manière dosée avec un élément de compensation, dans lequel on soumet à la pression d'un fluide une chambre à fluide qui communique avec l'extérieur par une embouchure, on fait passer dans la chambre à fluide une aiguille de soupape avec possibilité de la faire coulisser axialement, et on la déplace au moyen de la course d'un organe moteur, caractérisé en ce que l'aiguille de soupape est séparée au moyen d'un élément de compensation qui y est intégré, en une première partie d'aiguille qui est fixée à l'organe moteur, et en une seconde partie d'aiguille, l'élément de compensation est constitué d'une première paroi montée sur la première partie d'aiguille, d'une seconde paroi séparée de la première et montée sur la seconde partie d'aiguille et d'une paroi extérieure souple reliant la première paroi et la seconde paroi, ce qui forme une chambre hydraulique, et on met en communication de fluide la chambre hydraulique et la chambre à fluide par au moins une traversée et on donne à la traversée des dimensions telles qu'un mouvement rapide d'une partie d'aiguille est transmis pratiquement sans perte de course à l'autre partie d'aiguille, tandis qu'un mouvement lent d'une partie d'aiguille est compensé par une modification de la distance entre la première paroi et la seconde paroi, l'aiguille de soupape étant à l'état initial, déplacée si loin au moyen de l'organe moteur que la seconde partie d'aiguille ferme l'embouchure, tandis que lors ii'', d'une opération d'ouverture, I'organe moteur déplace la première partie d'aiguille qui à son tour déplace la seconde partie d'aiguille sensiblement sans perte de course par l'intermédiaire de l'élément de compensation de sorte que, l'aiguille de soupape est soulevée de l'embouchure et que du fluide peut être fourni à l'extérieur, alors que pour la fermeture, on ramène l'aiguille de

soupape à l'état initial au moyen de l'organe moteur.

L'idée de l'invention repose sur le fait de munir l'aiguille de soupape dans la chambre à fluide, d'un élément de compensation qui transmet presque sans perte un mouvement rapide de l'aiguille de soupape alors qu'un mouvement lent de l'aiguille de soupape, provoqué par exemple par des variations de longueur dues à la température, est compensé dans une grande mesure. A cet effet, I'aiguille de soupape est séparée par l'élément de compensation en une première partie d'aiguille qui est reliée à l'organe moteur

et en une seconde partie d'aiguille par laquelle l'embouchure peut être fermée,.

L'élément de compensation est constitué d'une chambre hydraulique qui est délimitée par une première paroi, par une seconde paroi séparée de celle-ci et par une paroi extérieure reliant la première et la seconde paroi. La chambre hydraulique est en communication de fluide avec la chambre à fluide au

moyen d'une traversée.

La traversée a des dimensions telles que, lorsqu'une partie d'aiguille a un mouvement rapide, le volume de la chambre hydraulique se

modifie de façon que la pression y change.

C'est ainsi par exemple que la chambre hydraulique est, lorsque la première partie d'aiguille effectue un mouvement rapide, comprimée dans la direction de la seconde partie d'aiguille, de sorte que la pression s'élève dans la chambre hydraulique. La traversée est donc si petite que l'établissement de la pression du fluide dans la chambre hydraulique n'influence sensiblement pas, par un débit de fluide dans la chambre à fluide, la transmission du

mouvement de l'une des parties d'aiguille à l'autre.

Mais d'autre part, la traversée est si large qu'un mouvement lent, par rapport à un mouvement rapide d'une partie d'aiguille, typiquement plus lent d'un facteur de 100 à 1000 fois, peut être compensé par une uniformisation de la pression de la chambre hydraulique et de la chambre à fluide. Pour un mouvement lent d'une partie d'aiguille, une variation de

2786270

pression dans la chambre hydraulique est donc compensée si rapidement par un échange de fluide avec la chambre à fluide, que le mouvement d'une partie

d'aiguille ne se transmet pas à l'autre partie d'aiguille.

Cela signifie pareillement que la chambre hydraulique compense un déplacement lent de l'aiguille de soupape par rapport au corps, par une variation de volume sans établissement d'une pression dans la chambre hydraulique. Un déplacement ou un allongement de l'aiguille de soupape et donc des éléments qui y sont liés (par exemple de l'actionneur) par rapport au corps, sous l'action de la chaleur ou par l'effet du vieillissement ou d'un affaissement, est ainsi compensé par une modification de la distance entre la première paroi et la seconde paroi de l'élément de compensation. Cette distance est réglée en position de repos par l'équilibre entre la force extérieure agissant en direction axiale sur l'aiguille de soupape et la force élastique de la paroi latérale de liaison. Un avantage de l'invention est sa structure très simple qui, à l'opposé des dispositifs habituels d'injection de manière dosée, concerne

simplement la réalisation de l'aiguille de soupape.

L'invention procure en outre l'avantage que l'élément de compensation est insensible dans sa fonction, dans un intervalle très large, à

une fluctuation de la pression du fluide dans la chambre à fluide.

Il est avantageux que de lentes différences de variation de longueur, de quelque type que ce soit, soient compensées par un allongement différent du corps d'une part, et de l'aiguille de soupape et des éléments qui y

sont liés positivement d'autre part.

Un mouvement rapide d'une partie de l'aiguille est transmis,

avantageusement presque sans perte de course, à l'autre partie de l'aiguille.

Pour simplifier la fabrication et le montage de l'élément de compensation sur l'aiguille de soupape, il est avantageux que la première paroi et la seconde paroi soient fixées perpendiculairement à l'axe longitudinale de l'aiguille de soupape et en étant centrées par rapport à cet axe. En outre, il est bon pour simplifier la fabrication et l'utilisation, que la première paroi et la seconde paroi soient en forme de disque et aient le même diamètre. Elles peuvent avoir par exemple un même diamètre radial allant de

5mm à 25mm.

6 2786270

L'élément de compensation peut être monté indépendamment de la forme de la première et de la seconde paroi, la masse des deux parois étant avantageusement aussi petite que possible pour prévenir tout effet d'inertie

pour la fin d'utilisation qui est envisagée.

s Les parois peuvent aussi être décalées radialement l'une par rapport à l'autre ou être basculées par rapport à l'axe longitudinal de l'aiguille

de soupape.

En tant que parois extérieures, on peut utiliser tous les moyens connus de l'homme du métier, pour autant qu'ils agissent de manière souple

dans la direction longitudinale et de manière rigide dans la direction radiale.

On n'empêche pas ainsi sensiblement une variation de la distance entre la première paroi et la seconde paroi de la chambre hydraulique et d'autre part, il

ne se produit pas d'allongement significatif du moyen dans la direction radiale.

C'est ainsi par exemple que l'on peut utiliser un soufflet métallique qui, en raison de sa grande résistance à la corrosion et de sa

grande longévité sous charge alternée, est avantageusement en acier fin.

Il est avantageux que la paroi extérieure soit montée à l'extérieur de la zone de contact de la première paroi et de la seconde paroi, de manière à pouvoir éviter tout endommagement de la paroi extérieure lorsque les deux

parois se touchent.

Il est en outre avantageux, pour la dynamique du mouvement de l'aiguille de soupape, que la chambre hydraulique emplie de fluide ait une grande flexibilité, afin qu'il ne se produise pas de perte de course par l'élasticité du volume de fluide enfermé. Une grande raideur de la chambre 2s hydraulique peut être obtenue avantageusement en lui donnant une hauteur petite. Il est bon que l'élément de compensation soit utilisé dans un dispositif d'injection de manière dosée de carburant, de préférence pour une injection directe d'essence, parce que les exigences en matière de tolérance de la course de l'aiguille de soupape sont particulièrement grandes dans ce cas, et parce que l'on obtient ainsi un effet particulièrement favorable de la

compensation de la variation de longueur due à la chaleur.

Toutefois, le dispositif d'injection de manière dosée suivant l'invention n'est pas limité à un liquide déterminé. Il peut être utilisé par 1i EITr

7 2786270

exemple pour de l'eau, des carburants de tous types (essence, diesel, alcool)

ou des encres.

L'élément de compensation peut être utilisé dans des dispositifs d'injection de manière dosée, tant avec des aiguilles de soupape s'ouvrant vers l'extérieur que s'ouvrant vers l'intérieur. On peut citer par exemple comme applications, des moyens de pulvérisation générale, par exemple pour le

refroidissement ou l'enduction.

Le dispositif d'injection de manière dosée suivant l'invention est explicité d'une manière plus précise et schématique dans les exemples de

lo réalisation suivants.

La figure 1 représente un élément de compensation, la figure 2 représente un dispositif d'injection de manière dosée ayant un élément de compensation, et la figure 3 représente un dispositif habituel d'injection de manière

1i s dosée.

La figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif habituel d'injection de manière dosée qui est entraîné directement et qui s'ouvre vers l'extérieur. Dans un corps 1 est ménagée une chambre 2 à fluide qui débouche à l'extérieur par une embouchure 201. Une aiguille 3 de soupape, qui est fixée à un organe moteur 4, passe dans la chambre 2 à fluide. L'organe moteur 4 est constitué d'un actionneur 401 piézo-électrique, de préférence d'un actionneur piézo-électrique en céramique à couches multiples, qui est maintenu dans une chambre 403 d'entraînement sous une certaine pression

au moyen d'un tube-ressort 402 et qui est fixé au corps 1.

L'aiguille 3 de soupape passe avec possibilité de coulissement axial dans une traversée 5 entre la chambre 403 d'entraînement et la chambre 2 à fluide. L'ajustement entre l'aiguille 3 de soupape et le corps 1 est rendu étanche au fluide au moyen d'une garniture 6 d'étanchéité, par exemple d'un joint torique en une matière élastomère de sorte que, et cela est avantageux, du fluide F n'arrive pas dans la chambre 403 d'entraînement. L'aiguille 3 de soupape est munie, à son extrémité opposée à celle tournée vers l'organe de réglage 4, d'une tête 303 dont l'étanchéité qui peut s'appliquer de l'extérieur, c'est-à-dire à l'extérieur de la chambre 2 à fluide à l'embouchure 201 pour

assurer une étanchéité au fluide.

8 2786270

Pour bien assurer l'étanchéité de l'embouchure 201 lorsque l'on est à l'état fermé, I'aiguille 3 de soupape est repoussée au moyen d'un ressort 8 de rappel en direction de l'organe moteur 2, de sorte que la tête 303 donnant l'étanchéité soit repoussée sur le corps 1. La surface de contact de la tête 303 donnant l'étanchéité sur le corps 1 est avantageusement au moins usinée partiellement sous la forme d'un siège d'étanchéité. La chambre 2 à fluide est alimentée par l'intermédiaire d'un conduit 7 d'amenée de fluide en un fluide F normalement sous une pression de 150 bar à 2000 bar. Le conduit 7 d'amenée du fluide peut faire partie d'un réservoir à fluide sous pression, commun à plusieurs dispositifs d'injection de manière dosée, par exemple ce

que l'on appelle un système "Common Rail".

Une excursion habituelle de l'actionneur 401 piézo-électrique pendant une opération d'injection de manière dosée et donc de l'aiguille 3 de soupape est de l'ordre de 10 pm à 100 pm. Dans le cas d'un injecteur de carburant, une variation habituelle de longueur due à la température de l'aiguille 3 de soupape et des autres éléments du dispositif d'injection dosée, est du même ordre de grandeur si l'intervalle de température qui s'applique dans la technique automobile est de -40 C à + 160 C. Si l'aiguille 3 de soupape d'une longueur l1 de 30 mm environ est en invar (coefficient de dilatation en longueur k'= 2 10-6 I/K), on obtient une variation de longueur AI = lo k' A T = 12 pm. Si l'on utilise une aiguille 3' de soupape en acier, on peut s'attendre pour un coefficient de dilatation à longueur k' de l'acier, de l'ordre de 10 À 10-6

I/K à 16 * 10-6 I/K à une variation de longueur AI de 60 pm à 96 prnm.

Les variations de longueur dues à la chaleur des éléments se compensent partiellement mutuellement, mais il se produit lors du passage entre des états de température différents, habituellement des différences des

variations de longueur, de l'ordre de plusieurs microns.

A cela s'ajoute que le coefficient de dilatation thermique en longueur k', ne peut souvent être déterminé qu'avec peu de précision. C'est ainsi par exemple que pour un actionneur 401 piézo-électrique, on a k = + 3 10-6 I/K, de sorte que l'on ne peut pas prévoir d'une manière sûre la variation précise de longueur de l'actionneur 401 piézo-électrique. Une variation de longueur provoquée par le fonctionnement de l'actionneur 401 piézo-électrique de plusieurs microns, peut toutefois provoquer une panne de --- llr,' 1T[

9 2786270

fonctionnement du dispositif d'injection de manière dosée, par exemple une

injection intempestive de fluide F à l'état initial.

Des effets de vieillissement et d'affaissement ont aussi pour conséquence des variations de longueur de l'actionneur 401 piézo- électrique, de l'ordre de quelques microns. La figure 1 est une vue en coupe de l'élément 9 de

compensation fixe à l'aiguille 3, 301, 302 de soupape.

L'élément 9 de compensation représenté à la figure 1, est fixé dans une chambre 2 à fluide à l'aiguille 3 de soupape et la sépare en une

îo première partie 301 d'aiguille et en une seconde partie 302 d'aiguille.

L'élément 9 de compensation comporte une chambre 903 hydraulique qui est délimitée par une première paroi 901, une seconde paroi 902 et une paroi 905 extérieure. La première paroi 901 et la seconde paroi 902 sont en forme de disque et ont le même diamètre dl. La première paroi 901 est fixée de manière centrée axialement à la première partie 301 d'aiguille, tout comme la seconde paroi 902 est fixée de manière centrée axialement à la seconde partie 302 d'aiguille. La distance entre la première paroi 901 et la seconde paroi 902 est

dénotée comme étant la hauteur h de la chambre.

La première paroi 901 et la seconde paroi 902 sont habituellement des disques en acier d'un diamètre d1 compris entre mm et 25 mm et d'une épaisseur de l'ordre pour chacun d'entre eux d'1 mm. Comme paroi 905 extérieure, on se sert d'un soufflet en acier fin ayant une ondulation qui est soudée à la première paroi 901 et à la seconde paroi 902, par son bord de manière à obtenir une hauteur h de chambre préférée de pm à 250 pm. Le diamètre d2 de tout l'élément de compensation est plus

grand de quelques millimètres que le diamètre dl des disques en acier.

La chambre 903 hydraulique communique par au moins une traversée 904 étranglée du point de vue de la technique des fluides, ici sous la forme d'un micro-alésage passant à travers la première paroi 901, avec la chambre 2 à fluide. Le micro-alésage a un diamètre db. La forme de la traversée 904 peut être adaptée aux fins d'utilisation. C'est ainsi par exemple que l'on peut utiliser également une traversée 904 en forme de fente ou polygonale.

2786270

La chambre 903 est emplie du fluide F et est couplée hydrostatiquement au fluide F environnant. Cela signifie qu'il règne statiquement la même pression dans la chambre 903 hydraulique et dans la chambre 2 à fluide en la position de départ, et qu'ainsi l'élément 9 de compensation n'est sensiblement soumis à aucune force, puisque la paroi 905

extérieure est souple d'un point de vue mécanique.

L'élément 9 de compensation a besoin, pour son fonctionnement, du découplage de deux échelles de temps: les variations de longueur provoquées par la température ou par un affaissement ou par un îo vieillissement du dispositif d'injection de manière dosée, s'effectuent relativement lentement dans le laps de temps de plusieurs secondes. En revanche, la durée d'une opération d'injection dosée va souvent jusqu'à 10 ms

et l'opération correspondante d'ouverture et de fermeture dure de 1 ps à 10 ps.

Dans ce cas, "plus rapide" correspond donc à environ le rapport des échelles

de temps donc d'1 s à 10 ms, ce qui correspond à un facteur d'au moins 100.

Mais en donnant des dimensions adéquates à la traversée 904, il est aussi possible de régler à un facteur plus petit, par exemple pour un autre

cas d'utilisation.

Le diamètre db de la traversée 905 est déterminé en conséquence. Une différence de variation de longueur dans le dispositif d'injection de manière dosée qui retentit sur l'aiguille 3 de soupape, est absorbée par une modification de la hauteur h de la chambre. On choisit le diamètre db afin que la différence de volume de la chambre 903 hydraulique provoquée par un mouvement de l'aiguille 3 de soupape soit compensée dans le laps de temps d'un multiple de la durée d'une opération de dosage, ici: - au moins 100 fois la durée d'injection de 10 ms, donc dans l'ordre de grandeur de

la seconde.

Mais le diamètre db est d'autre part choisi si petit que pendant une durée d'injection de manière dosée par exemple de 10 ps, il n'y ait pas de remplacement notable du volume entre la chambre 903 hydraulique et la chambre 2 à fluide, de sorte que pendant ce temps, des forces puissent être transmises presque sans perte de course d'une partie 301, 302 de l'aiguille à l'autre partie 302, 301 de l'aiguille au moyen du fluide F de la chambre 903 hydraulique. 1] l 2786270 En outre, la chambre 903 hydraulique emplie de fluide a avantageusement une grande flexibilité, de sorte qu'il ne se produit pas de perte de course par l'élasticité du fluide F enfermé. Une grande raideur de ce genre de la chambre 903 hydraulique est obtenue par exemple par une petite hauteur h de la chambre, qui est habituellement dans ce cas de l'ordre de pm. Il est avantageux suivant les cas d'utilisation, de prévoir plusieurs traversées 905 dans l'élément 9 de compensation. Il est aussi possible de mettre en communication avec la chambre 2 à fluide, au moins une traversée 905 passant à travers la seconde paroi 902, la paroi 905 extérieure ou

plusieurs traversées 905 dans n'importe quelle disposition.

La figure 2 est une vue en coupe analogue à la figure 3 d'un dispositif d'injection de manière dosée qui s'ouvre vers l'extérieur, alors que l'élément de compensation est monté. Dans cet exemple de réalisation, on décrit un dispositif d'injection de manière dosée d'essence dans un moteur à carburant. L'élément 9 de compensation a les dimensions suivantes dl = 8 mm d2 = 13 mm Hauteur de la paroi 905 extérieure réalisée sous la forme d'une ondulation 1,4 mm Epaisseur de la paroi de l'ondulation: 0,1 mm Trajet élastique: +150 pm Flexibilité: 0,14 N/pm Aptitude à supporter une charge de pression: 30 bar Si l'on suppose une compressibilité habituelle pour l'essence de K = 1 À 10-9 m2/N, on obtient pour la flexibilité k de la chambre 903 hydraulique, pour une hauteur h = 1 mm de la chambre, la relation k = (7z (d2/2)2)2 / (h * K) = 170 N/pm Lors d'une opération d'injection de manière dosée, on déplace pour l'ouverture du dispositif, d'abord la première partie 301 d'aiguille au

moyen de l'organe de moteur 4 en direction de la seconde partie 302 d'aiguille.

sarli -

12 2786270

Les forces à transmettre par l'élément de compensation se composent de deux composantes: I) la force de fermeture ressort 8 de rappel doit être surmontée. Il faut prévoir habituellement à cet effet des forces supérieures à 10 N. Il) La force d'inertie de l'aiguille 3 de soupape et celle de l'élément 9 de compensation doivent être transmises. Pour une longueur de l'aiguille 3 de soupape de 25 mm, un diamètre dn = 2 mm et une masse volumique PN = 8000 kg/m3, pour l'invar, on a une masse d'inertie de l'aiguille 3 de soupape de 0,6 g environ. La première paroi 901 en forme de disque d'une 1o épaisseur de 1 mm et d'un diamètre de 8 mm donne une masse d'inertie de 0,4 g environ. On obtient ainsi environ une masse déplacée totale de l'aiguille

3 de soupape et de l'élément 9 de compensation de 1 g.

Pour une durée moyenne d'actionnement de 100 ps et une durée qui en fait partie de la phase initiale d'accélération de 10 ps, ainsi que pour une excursion de la première partie 301 d'aiguille de 40 pm, on a une vitesse de l'aiguille 3 de soupape de 0,4 m/s et une accélération de 4000 m/s2 ce qui donne une force d'inertie de 40 N. Dans l'ensemble, l'élément 9 de compensation doit transmettre au maximum des forces allant jusqu'à 50 N. Il s'établit à cet effet, une différence de pression dans la chambre hydraulique de 4 bar entre la chambre

903 hydraulique et la chambre 2 à fluide.

A l'état initial, I'actionneur 401 piézo-électrique est contracté dans la direction axiale, par exemple en étant court-circuité et maintenu sous pression au moyen du tube-ressort 402. La première partie 301 de l'aiguille 3 de soupape qui est fixee au tube-ressort 402 est retirée en conséquence au maximum de la chambre 2 à fluide. La tête 303 d'étanchéité qui est fixée à la seconde partie 302 de l'aiguille est repoussée de manière étanche au fluide, sur un siège de soupape du corps 1, à l'aide du ressort 8 de rappel et obture ainsi l'embouchure 201 de la chambre 2 à fluide. La tête 303 donnant I'étanchéité s'applique de l'extérieur sur l'embouchure 201, elle est donc

repoussée en direction de la chambre 2 à fluide.

A l'état initial, la pression du fluide F dans la chambre 903 hydraulique est en raison de la au moins une traversée 904 égalisée à la

pression qui règne dans la chambre 2 à fluide qui l'entoure.

IF-IT

13 2786270 Si lors de l'injection il se produit une variation de la température, le

corps 1 ou les pièces 4, 402, 301, 9, 302, 303 qui se trouvent dans le corps 1 peuvent se dilater. Si la dilatation du corps 1 est différente de celle de l'aiguille 3 de soupape ou des pièces 4, 402, 9 qui l'attaquent, I'équilibre de force qui s'applique à l'élément 9 de compensation est réglé à nouveau par la hauteur h de la chambre. La différence de pression dans la chambre 903 hydraulique qui provient de la modification de la hauteur h de la chambre est

compensée par un échange de fluide F avec la chambre 2 à fluide.

C'est ainsi par exemple que, lorsque l'aiguille 3 de soupape to s'allonge en raison des variations de longueur sous l'effet de la chaleur plus que le corps 1, la hauteur h de la chambre diminue. Il se produit alors un

courant de fluide F de la chambre 903 hydraulique à la chambre 2 à fluide.

On obtient ainsi par exemple que la pression d'application appliquée par le ressort 8 de rappel, entre la tête 303 d'étanchéité et le siège

de soupape ne diminue ou n'augmente pas d'une manière significative.

Pour une augmentation de longueur sous l'effet de la chaleur qui est lente par rapport à la durée d'une opération d'injection, le fluide F peut être remplacé si vite qu'il ne se produit pas de transmission sensible de force entre la première partie 301 d'aiguille et la seconde partie 302 d'aiguille. La force

transmise par le fluide F de la chambre 903 hydraulique est ainsi négligeable.

Il est avantageux que la paroi 905 extérieure ait une flexibilité k aussi petite que possible, de sorte qu'une différence de modification de la longueur entre le corps 1 et les pièces 4, 402, 3, 301, 302, 9 qui se trouvent à l'intérieur de celui-ci provoque une application de force aussi petite que

possible.

Il en va de même aussi pour une variation de longueur qui tient à

un effet de vieillissement ou un effet d'affaissement.

Lors de l'ouverture du dispositif d'injection de manière dosée, la première partie 301 d'aiguille est déplacée au moyen de l'organe moteur si vite en direction de la seconde partie 302 d'aiguille que, en raison de la dimension convenable du diamètre db de la traversée 904, il ne peut se produire qu'un remplacement de volume petite et négligeable entre la chambre 903 hydraulique et la chambre 2 à fluide. L'application de force entre les deux parties 301, 302 d'aiguille par l'intermédiaire du fluide F dans la chambre hydraulique, ne peut plus ainsi être négligée. Bien au contraire, la

14 2786270

compressibilité de la chambre 903 hydraulique est maintenant déterminée surtout par la compression du fluide F qui s'y trouve. Cela peut se comparer à un branchement en parallèle de la paroi 905 extérieure d'un ressort aussi dur

que possible.

En raison de cette application de force supplémentaire, un mouvement rapide de la première partie 301 d'aiguille est ainsi transmis à la seconde partie 302 d'aiguille, afin de soulever la tête 303 donnant l'étanchéité

de l'embouchure 201 et d'obtenir l'ouverture de l'injecteur.

Une onde de pression engendrée lors de l'ouverture rapide du dispositif d'injection de manière dosée par le fait que la tête 303 donnant l'étanchéité s'écarte de l'embouchure 201 et provoque ainsi une expulsion de fluide F de la chambre 2 à fluide ne gêne que peu le fonctionnement du

dispositif d'injection.

Pour la fermeture, I'actionneur piézo-électrique est contracté de s 5 manière relativement rapide, de sorte que la première partie 301 d'aiguille et également par l'intermédiaire des éléments 9 de compensation la seconde partie 302 d'aiguille, reviennent sans retard significatif, de sorte que la tête 303 donnant l'étanchéité s'applique d'une manière étanche au fluide au corps 1 et

ferme l'embouchure 201.

Ce qui est déterminant pour le fonctionnement de l'élément 9 de compensation est la surface d'ouverture dans ce cas: le diamètre db de la au moins une traversée 904. On peut faire l'évaluation suivante, pour un cas se produisant d'une manière désavantageuse en fonctionnement:

on suppose que la durée maximum d'injection est de 10 ms.

Pendant cette durée d'injection, il est transmis par l'élément 9 de compensation une force de 50 N et il est maintenu une différence Ap de

pression entre la chambre 903 hydraulique et la chambre 2 à fluide de 4 bar.

La variation maximum admissible de la hauteur h de la chambre pendant la

durée d'injection, est fixée à 1 pm.

Il suit des dimensions de la chambre 903 hydraulique que le courant Q volumique moyen, qui peut être calculé à l'aide de l'équation de Bernoulli, d'un facteur de correction habituel d'étranglement de 1,8 et d'une masse volumique PF du fluide F par

2786270

Q = (db/)2 * 2.Sp Q2d)2 1,8 PF

doit pendant la durée d'injection être au maximum de 132,7 * 10-10 m3/s.

On obtient ainsi un diamètre db maximum de la traversée 904, ici sous la forme d'un micro-alésage de 23 pm. En pratique, on ne doit transmettre des forces allant jusqu'à 50 N que pendant les phases

d'accélération. Mais la durée de l'accélération n'est que de 10 ps environ.

Pendant le reste de la durée de l'injection, on ne doit maintenir que la force du ressort 8 de rappel de 10 N environ. On peut donc en pratique donner au

diamètre une valeur nettement plus grande.

16 2786270

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'injection de manière dosée comprenant - une chambre (2) à fluide ou pouvant être alimentée sous pression par un fluide (F) et débouchant à l'extérieur par une embouchure (201), - une aiguille (3) de soupape qui passe dans la chambre (2) à fluide en pouvant y coulisser axialement, et au moyen de laquelle l'embouchure (201) peut être fermée, un organe moteur (4) par la course duquel un déplacement de l'aiguille (3) de soupape peut être commandé en vue d'ouvrir et de fermer l'embouchure

(201),

caractérisé par - un élément (9) de compensation, qui dans la chambre (2) à fluide est intégré à l'aiguille (2) de soupape et qui subdivise l'aiguille (2) de soupape en une première partie (301) d'aiguille qui est reliée à l'organe moteur (2) et en une seconde partie (302) d'aiguille par laquelle l'embouchure (201) peut être fermée, - I'élément (9) de compensation étant constitué d'une première paroi (901) montée sur la première partie (301) d'aiguille, d'une deuxième paroi (902) séparée de la première et montée sur la seconde partie (303) d'aiguille et d'une paroi (905) extérieure souple, reliant la première paroi (901) et la seconde paroi (902), ce qui forme une chambre (903) hydraulique, - la chambre (903) hydraulique communique, du point de vue des fluides, avec la chambre (2) à fluide au moyen d'au moins une traversée (904) et la traversée (904) est telle qu'un mouvement rapide d'une partie (302, 303) d'aiguille peut être transmis, dans une grande mesure sans perte de course, à l'autre partie (302, 303) d'aiguille, tandis qu'un mouvement lent d'au moins

1--- F I

17 2786270

une partie (302, 303) d'aiguille peut être compensé par une modification de la

distance entre la première paroi (901) et la seconde paroi (902).

2. Dispositif d'injection de manière dosée suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde partie (302) d'aiguille est repoussée sur l'embouchure (201) au moyen d'un ressort (8) de rappel.

3. Dispositif d'injection de manière dosée suivant l'une des

revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le mouvement lent est plus lent

d'au moins un facteur de 100 que le mouvement rapide.

4. Dispositif d'injection de manière dosée suivant l'une des

le revendications précédentes, caractérisé en ce que la première paroi (901) et la

seconde paroi (902) sont en forme de disque et sont montées verticalement et

de manière centrée par rapport à un axe longitudinal de l'aiguille de soupape.

5. Dispositif d'injection de manière dosée suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la première paroi (901) et la seconde paroi (902) ont le même diamètre (dl) radial.

6. Dispositif d'injection de manière dosée suivant la revendication , caractérisé en ce que le diamètre (d1) est compris entre 5 mm et 25 mm.

7. Dispositif d'injection de manière dosée suivant l'une des

revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la hauteur (h) de la chambre (903)

hydraulique est comprise entre 20 pm et 250 pm.

8. Dispositif d'injection de manière dosée suivant l'une des

revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi (905) extérieure est

un soufflet ayant au moins une ondulation qui est montée en faisant le tour et d'une manière étanche au fluide, en-dehors de la zone de contact maximum

entre la première paroi (901) et la seconde paroi (902).

9. Dispositif d'injection de manière dosée suivant l'une des

revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression du fluide (F) est

comprise entre 150 bar et 2000 bar.

10. Dispositif d'injection de manière dosée suivant l'une des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embouchure (201) peut

être fermée en faisant en sorte que l'aiguille (3) de soupape s'y applique de l'extérieur.

11. Dispositif d'injection de manière dosée suivant l'une des

revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'embouchure (201) peut être

18 2786270

fermée, en faisant en sorte que l'aiguille (3) de soupape s'y applique de l'intérieur.

12. Dispositif d'injection de manière dosée suivant l'une des

revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide (F) est un

carburant.

13. Dispositif d'injection de manière dosée suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est monté dans un moteur à combustion.

14. Procédé d'injection d'un fluide de manière dosée avec un 1o élément de compensation, dans lequel - on soumet à la pression d'un fluide (F) une chambre (2) à fluide qui communique avec l'extérieur par une embouchure (201), - on fait passer dans la chambre (2) à fluide une aiguille (3) de soupape avec possibilité de la faire coulisser axialement, et on la déplace au moyen de la course d'un organe moteur (4), caractérisé en ce que - I'aiguille (3) de soupape est séparée au moyen d'un élément (9) de compensation qui y est intégré, en une première partie (301) d'aiguille qui est fixée à l'organe moteur (4), et en une seconde partie (302) d'aiguille, - l'élément (9) de compensation est constitué d'une première paroi montée sur la première partie (301) d'aiguille, d'une seconde paroi séparée de la première et montée sur la seconde partie (302) d'aiguille et d'une paroi extérieure (905) souple reliant la première paroi (901) et la seconde paroi (902), ce qui forme une chambre (903) hydraulique, - on met en communication de fluide la chambre (903) hydraulique et la chambre (2) à fluide par au moins une traversée (904) et on donne à la traversée (904) des dimensions telles qu'un mouvement rapide d'une partie (301, 302) d'aiguille est transmis, pratiquement sans perte de course à l'autre partie (301, 302) d'aiguille, tandis qu'un mouvement lent d'une partie (302, 303) d'aiguille est compensé par une modification de la distance entre la première paroi (901) et la seconde paroi (902), l'aiguille (3) de soupape étant à l'état initial, déplacée si loin au moyen de l'organe moteur (4) que la seconde partie (302) d'aiguille ferme l'embouchure (201),

19 2786270

tandis que lors d'une opération d'ouverture, I'organe moteur (4) déplace la première partie (301) d'aiguille, qui à son tour déplace la seconde partie (302) d'aiguille sensiblement sans perte de course par l'intermédiaire de l'élément (9) de compensation, de sorte que l'aiguille (3) de soupape est soulevée de l'embouchure (201) et que du fluide (F) peut être fourni à l'extérieur, alors que pour la fermeture, on ramène l'aiguille (3) de soupape

à l'état initial au moyen de l'organe moteur (4).

15. Procédé suivant la revendication (14), caractérisé en ce que - à l'état initial on ferme l'embouchure (201) par le fait que la seconde partie (302) d'aiguille est appliquée de l'extérieur, - lors d'une opération d'ouverture, l'organe moteur (4) déplace la première partie (301) d'aiguille en direction de la seconde partie (302) d'aiguille, ce qui élève la pression du fluide (F) dans la chambre (903) hydraulique, de sorte que la seconde partie (302) d'aiguille coulisse sensiblement sans perte, si bien qu'elle soulève la tête (303) donnant l'étanchéité de l'embouchure (201),

du fluide (F) passant de la chambre (4) à fluide à l'extérieur.

16. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce que - à l'état initial, on ferme l'embouchure (201) qui a la forme d'au moins un orifice d'injection, par le fait que la seconde partie (302) d'aiguille s'applique de l'intérieur, - lors d'une opération d'ouverture, la première partie (302) d'aiguille est déplacée hors de la chambre (2) à fluide au moyen de l'organe moteur (4), ce qui abaisse la pression du fluide (F) dans la chambre (903) hydraulique, de sorte que la seconde partie (302) d'aiguille est soulevée de l'embouchure (201) dans une grande mesure sans perte, si bien que du fluide (F) passe de

la chambre (4) à fluide à l'extérieur.

17. Procédé suivant l'une des revendications 14 à 16, caractérisé

en ce qu'un mouvement rapide de l'aiguille (3) de soupape s'effectue dans un

laps de temps compris entre 1 ps et 10 ms.

18. Procédé suivant l'une des revendications 14 à 17, caractérisé

en ce qu'un mouvement lent de l'aiguille (5) de soupape dure plus longtemps

d'au moins un facteur de 100.

2786270

19. Procédé suivant l'une des revendications 14 à 18, caractérisé

en ce que l'on repousse la seconde partie (302) d'aiguille sur l'embouchure

(201) au moyen d'un élément (8) élastique.

20. Utilisation du procédé suivant l'une des revendications 14 à

19, dans un injecteur de carburant. -I i-T