FR2816007A1 - Dispositif d'actionnement de soupape et injecteur de carburant le mettant en oeuvre - Google Patents

Abstract

Le dispositif actionneur de soupape comprend : un actionneur 14; un piston de grand diamètre 17 déplacé par l'actionneur 14; un piston de plus petit diamètre 18 actionnant une soupape 5; une chambre d'amplification de déplacement 6 remplie d'un fluide de travail pour amplifier et transmettre le déplacement du piston de grand diamètre 17 au piston de petit diamètre 18; et un passage de drainage 2 communiquant par un trou d'épingle 84 avec la chambre d'amplification de déplacement 6 pour drainer le fluide de travail dans cette chambre, permettant ainsi à la pression dans la chambre d'amplification de déplacement 6 d'être relâchée et d'assurer le déplacement du piston de petit diamètre 18 quand le dispositif d'actionnement de soupape est démarré.

Description

1i 2816007 La présente invention concerne en général un dispositif

actionneur de soupape équipé d'un actionneur commandé électriquement et un injecteur de carburant

pour moteur à combustion interne équipé d'un tel dispositif actionneur de soupape.

Dans les moteurs Diesel de véhicules automobiles on utilise des injecteurs de carburant hydrauliques équipés d'un actionneur de soupape piézoélectrique. De tels injecteurs comprennent un piston de grand diamètre déplacé par l'expansion et la contraction d'un actionneur de soupape piézoélectrique, une chambre de pression

remplie d'un fluide hydraulique, et un piston de petit diamètre, lesquels sont alignés.

Le déplacement du piston de grand diamètre conduit le fluide hydraulique de la chambre de pression à modifier la pression qui déplace le piston de petit diamètre, ce

dernier actionnant alors une soupape de commande.

Quand il est demandé d'émettre une pulvérisation de carburant, l'actionneur de soupape piézoélectrique est actionné de sorte à se dilater pour augmenter la pression hydraulique dans la chambre de pression par l'intermédiaire du piston de grand diamètre. De ce fait, l'expansion de l'actionneur de soupape piézoélectrique est amplifiée de façon hydraulique et transmise au piston de petit diamètre, lequel déplace alors vers le bas et ouvre la soupape de commande. Quand la soupape de commande est ouverte elle entramne la chute de la pression dans un chambre de contre- pression, ce qui lève l'aiguille d'ajutage pour initier l'injection de carburant. La contraction de l'actionneur de soupape piézoélectrique déplacera le piston de petit diamètre vers le

haut, ce qui fermera la soupape de commande pour terminer l'injection de carburant.

On connaît un tel type d'injecteur de carburant comportant un mécanisme hydraulique destiné à alimenter la chambre de pression en fluide de travail par l'intermédiaire d'une soupape de contrôle pour compenser les fuites du fluide de travail en dehors de la chambre de pression. Par exemple, le brevet des Etats-Unis Hayes n 5 779 149 décrit un injecteur de carburant comportant un passage de fluide servant à diriger le carburant fuyant au niveau de l'aiguille d'ajutage vers une chambre de pression à travers une soupape de contrôle du type à bille et ressort hélicoïdal. Le brevet des Etats-Unis n 6 155 532 (correspondant à la première publication de demande japonaise n 11-166653) décrit un injecteur de carburant comportant une soupape de remplissage disposée dans une direction radiale d'une chambre de pression pour compenser la fuite de carburant hors de la chambre de pression. La soupape de

2 2816007

remplissage est, comme la structure mentionnée plus haut, constituée d'une bille et d'un

ressort hélicoïdal.

Les structures ci-dessus, cependant, comportent les trois inconvénients

discutés ci-après.

(1) La chambre de pression étant remplie de fluide de travail après assemblage de l'injecteur de carburant, de l'air peut subsister dans la chambre de pression, ce qui

entraîne l'instabilité du fonctionnement de l'injecteur de carburant.

(2) Le piston de petit diamètre tombe sous l'effet de la gravité quand l'injecteur de carburant est au repos pour une durée importante, de sorte qu'une quantité de fluide de travail équivalente à un changement de volume de la chambre de pression est amenée à celle-ci à travers la soupape de contrôle, rendant difficile la montée du piston

de petit diamètre, ce qui empêche le fonctionnement suivant de l'injecteur de carburant.

(3) Si l'alimentation en puissance de l'actionneur de soupape piézoélectrique est coupée accidentellement pendant l'expansion de cet actionneur, il devient impossible pour cet actionneur de se contracter, ce qui entraîne le maintien à un niveau élevé de la pression dans la chambre de pression, et le maintien de la pulvérisation du

carburant par l'injecteur.

On cherche donc à améliorer encore la contrôlabilité et la sécurité des

injecteurs de carburant.

Un but principal de l'invention est donc d'éviter les inconvénients de la

technique antérieure.

Un autre but de l'invention est de fournir une structure améliorée de dispositif d'actionnement de soupape assurant une plus grande contrôlabilité et une plus grande sécurité dans le fonctionnement d'un injecteur de carburant équipé d'un tel

dispositif d'actionnement de soupape.

Selon un aspect de l'invention, on prévoit un dispositif actionneur de soupape qui peut être utilisé dans un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne d'automobile. Le dispositif actionneur de soupape comprend: (a) un actionneur; (b) un premier piston déplacé par l'actionneur; (c) un second piston actionnant une soupape, de diamètre plus petit que le premier piston; (d) une chambre d'amplification de déplacement prévue entre le premier piston et le second piston, cette chambre étant remplie d'un fluide de travail pour amplifier et transmettre le déplacement du premier piston au second piston; et (e) un passage de drainage t3 2816007 communiquant par un trou d'épingle avec la chambre d'amplification de déplacement

pour drainer le fluide de travail dans cette chambre.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le diamètre du trou

d'épingle est de 0,02 à 0,5 mm.

Une soupape de contrôle est disposée entre la chambre d'amplification de déplacement et le passage de drainage, pour permettre au fluide de travail de s'écouler seulement de ce passage vers la chambre d'amplification de déplacement. Cette soupape de contrôle comprend une soupape plate dans laquelle le trou d'épingle est formé. Dans le premier piston est prévu un passage conduisant au passage de drainage. Le trou d'épingle est prévu entre le passage et la chambre d'amplification de déplacement. Le premier piston a une longueur dans laquelle le passage s'étend longitudinalement, et une ouverture formée dans une première extrémité de la longueur exposée à la chambre d'amplification de déplacement. La soupape plate de la soupape de contrôle est disposée sur l'ouverture de passage pour permettre au fluide de travail de s'écouler seulement du passage de drainage vers la chambre d'amplification de déplacement à travers le passage. Le trou d'épingle est formé dans la soupape plate de

la soupape de contrôle.

Un puisard de carburant est formé sur un côté d'une seconde extrémité du premier piston opposée à la première extrémité et établit une communication de fluide

entre le passage de drainage et le passage.

Une chambre à ressort est formée sur le côté de la seconde extrémité du premier piston, dans laquelle est disposé un ressort pour solliciter l'actionneur à l'opposé de la chambre d'amplification de déplacement. La chambre à ressort définit le

puisard de carburant.

Selon un autre aspect de la présente invention, il est prévu un injecteur de

carburant qui peut être utilisé dans les moteurs à combustion interne de véhicules.

L'injecteur de carburant comprend: (a) un corps d'injecteur; (b) un passage d'entrée de carburant formé dans le corps d'injecteur; (c) un actionneur; (d) un premier piston déplacé par l'actionneur; (e) un second piston de diamètre plus petit que le premier piston et actionnant une soupape pour pulvériser par un orifice de pulvérisation le carburant amené par le passage d'entrée de carburant; (f) une chambre d'amplification

4 2816007

de déplacement formée entre le premier piston et le second piston dans le corps de l'injecteur, la chambre d'amplification de déplacement étant remplie de fluide de travail pour amplifier et transmettre le déplacement du premier piston au second piston; et (g) un passage de drainage formé dans le corps d'injecteur, qui communique avec la chambre d'amplification de déplacement par un trou d'épingle pour drainer le fluide de

travail dans la chambre d'amplification de déplacement.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la chambre

d'amplification de déplacement est remplie avec le fluide de travail en usine.

Le fluide de travail est injecté dans la chambre d'amplification de

déplacement en usine après vidange de cette chambre.

Le corps d'injecteur est scellé pour éviter les fuites de fluide de travail dans

la chambre d'amplification de déplacement, hors du corps de l'injecteur.

L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples de réalisation

décrits ci-dessous à titre nullement limitatif, avec référence aux figures du dessin ci-

annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en coupe verticale montrant un injecteur de carburant équipé d'un dispositif actionneur de soupape selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2(a) est une vue en coupe montrant une soupape plate de soupape de contrôle installée dans l'injecteur de carburant de la figure 1; - la figure 2(b) est une vue en plan de la figure 2(a); - la figure 2(c) est une vue en perspective montrant un ressort conique pour la soupape de contrôle; - la figure 3(a) est un diagramme de temps montrant la tension appliquée à un actionneur piézoélectrique; - la figure 3(b) est un diagramme de temps montrant la pression dans une chambre d'amplification de déplacement; - la figure 3(c) est un diagramme de temps montrant la levée d'une soupape à bille utilisée pour commander la pression dans une chambre de commande; la figure 3(d) est un diagramme de temps montrant la pression dans une chambre de commande; - la figure 3(e) est un diagramme de temps montrant la levée d'une aiguille d'ajutage;

2816007

- la figure 4(a) est une vue en coupe montrant un ressort qui peut être utilisé au lieu du ressort conique de la figure 2(c); et

- la figure 4(b) est une vue en plan de la figure 4(a).

Avec référence au dessin dans lequel les mêmes références numériques ont été utilisées pour désigner les mêmes organes, et en particulier à la figure 1, on a

représenté en 100 un injecteur de carburant conforme à l'invention. La description

suivante se référera à titre d'exemple à un système d'injection de carburant à rail commun dans lequel l'injecteur de carburant 100 est prévu pour chaque cylindre d'un moteur Diesel. Le système d'injection de carburant à rail commun comprend un rail commun qui accumule le carburant extrait d'un réservoir de carburant mis sous pression par une pompe de carburant installée sur le moteur. Quand il est requis d'injecter le carburant dans le moteur, le carburant accumulé dans le rail commun est

amené aux injecteurs de carburant 100 sous haute pression.

L'injecteur de carburant 100 est destiné à déplacer l'aiguille d'ajutage 12 verticalement pour ouvrir ou fermer un orifice de pulvérisation 11 formé dans la tête d'un corps d'injecteur B1 pour commencer ou terminer l'injection. L'orifice de pulvérisation 11 est ouvert par déplacement de l'aiguille d'ajutage 12 jusqu'à une position limite supérieure et communique avec un puisard de carburant 31 conduisant à un passage à haute pression 3, de sorte que le carburant est amené à l'orifice de pulvérisation 11. Cet orifice 11 est fermé par déplacement de l'aiguille d'ajutage 12 vers une position limite inférieure, de sorte que la communication avec le puisard de carburant 31 est bloquée pour stopper l'amenée de carburant à cet orifice de pulvérisation 11. La position limite inférieure de l'aiguille d'ajutage 12 est définie par un siège d'ajutage 13 sur lequel l'aiguille d'ajutage 12 prend appui. La position limite supérieure est définie par une plaque d'orifice Pi disposée audessus du corps d'ajutage BI. Le corps d'ajutage B 1 est installé sur une extrémité inférieure d'un logement H d'un dispositif d'actionnement de soupape 1 à travers des plaques d'orifice P1 et P2 et disposé dans un porte-aiguille B2 de façon étanche. Le passage à haute pression 3 s'étend vers le haut à partir du puisard de carburant 31 jusqu'au rail commun par les plaques à orifices P1 et P2 et le logement H. Dans celui-ci est constitué un passage de drainage 2 conduisant au réservoir à carburant. Une chambre de commande 4 est définie entre une extrémité supérieure de l'aiguille d'ajutage 12 et la plaque à

6 2816007

orifices Pi. L'aiguille d'ajutage 12 est sollicitée vers le bas, comme montré sur le dessin, par la pression élastique d'un ressort hélicoïdal 41 et la pression hydraulique

dans la chambre de commande 4 pour fermer l'orifice de pulvérisation 11 chaque fois.

La pression hydraulique dans la chambre de commande 4 est commandée par une soupape à trois voies 5 du dispositif d'actionnement de soupape 1. La soupape à trois voies 5 est constituée par une chambre à soupape conique 51 prévue dans une extrémité inférieure du logement H, et par une soupape à bille 52. Cette chambre à soupape communique toujours avec la chambre de commande 4 par un passage s'étendant à travers les plaques à orifices Pi et P2 et un orifice principal 42 formé dans ce passage. La chambre à soupape 51 comporte deux entrées: une entrée de drainage 21 et une entrée à haute pression 32. La soupape à bille 52 ferme toujours, soit l'entrée de drainage 21, soit l'entrée à haute pression 32, établissant ainsi une communication de fluide entre l'entrée de drainage 21 et l'entrée à haute pression 32 et la chambre de commande 4. L'entrée de drainage 21 communique avec le passage de drainage 2 à

travers une chambre d'écoulement 22 prévue au-dessus de la chambre à soupape 51.

L'entrée à haute pression 32 s'étend verticalement à travers les plaques à orifices P1 et P2 et communique avec le passage à haute pression 3 à travers une rainure 33 formée

dans la surface d'extrémité inférieure de la plaque à orifices P2.

Spécifiquement, quand la chambre à soupape 51 communique avec l'entrée de drainage 21, elle conduit à une baisse de pression dans la chambre de commande 4, faisant sortir l'aiguille d'ajutage 12 du siège d'ajutage 13. Si au contraire la chambre à soupape 51 communique avec l'entrée à haute pression 32, elle conduit à une hausse de pression dans la chambre de commande 4, faisant alors descendre l'aiguille d'ajutage 12 dans le siège d'ajutage 13. La chambre de commande 4 communique directement avec le passage à haute pression 3 à chaque fois par un sous-orifice 43 formé dans la plaque à orifices P1. Le sous-orifice 43 sert à amener le carburant du passage à haute pression 3 vers la chambre de commande 4 pour réduire la chute de pression dans cette chambre au début de l'injection de carburant et lisser le déplacement de l'aiguille d'ajutage 12 pendant son travail, de sorte à provoquer une montée de la pression dans la chambre de commande 4 et à accélérer le déplacement de l'aiguille d'ajutage 12

pendant la fermeture du trou de pulvérisation 11.

Autour d'une ouverture de l'entrée de drainage 21 conduisant à la chambre de soupape 51, un siège de drainage conique 53 est formé. Autour de l'entrée haute

7 2816007

pression 32 conduisant à la chambre de soupape 51, un siège plat à haute pression 54 est formé. Le siège de drainage 53 pourrait aussi être plat et le siège à haute pression 54 être conique. Cela compense une déviation latérale de la soupape à bille 52. La pression dans la chambre à soupape 51 est toujours plus élevée que la pression dans l'entrée de drainage 21, de sorte que la soupape à bille 52 est maintenue sur le siège de drainage 53. La pression agissant sur la soupape à bille 52 pour l'amener contre le siège à haute pression 54 est fournie par un piston de petit diamètre 18 du dispositif

d'actionnement de soupape 1.

Le dispositif d'actionnement de soupape 1 comprend un actionneur piézoélectrique 14, un piston d'actionneur 15, un piston de grand diamètre 17 et le piston de petit diamètre 18. L'actionneur piézoélectrique 14 est installé dans une partie haute du logement H. Le piston d'actionneur 15 est disposé de façon mobile et en contact avec l'extrémité inférieure de l'actionneur piézoélectrique 14. Le piston de grand diamètre 17 est relié au piston d'actionneur 15 par une tige 16. Le piston de petit diamètre 18 est déplacé par le piston de grand diamètre 17 par une chambre d'amplification de déplacement 6. L'actionneur piézoélectrique 14 est constitué d'un dispositif piézoélectrique laminé (aussi dénommé empilement piézoélectrique) qui se dilate quand il est chargé électriquement et se contracte quand il est déchargé. La structure du dispositif piézoélectrique est bien connue dans la technique, de sorte que

sa description détaillée peut être omise ici. Le piston d'actionneur 15 est monté

coulissant dans un cylindre d'actionneur Hi. Le piston de grand diamètre 17 et le piston de petit diamètre 18 sont montés coulissants dans une chambre cylindrique de grand diamètre H3 et une chambre cylindrique de petit diamètre H4 formée coaxialement dans une cylindre creux H2. La tige 16 s'étend vers le haut à partir d'une surface d'extrémité supérieure du piston de grand diamètre 17, et est montée dans une

surface d'extrémité inférieure du piston d'actionneur 15.

Un puisard à carburant 7 conduisant au passage de drainage 2 est prévu sous l'extrémité inférieure du piston d'actionneur 15 autour de la tige 16. Un ressort hélicoïdal 71 est disposé dans le puisard à carburant 7 pour entraîner le piston

d'actionneur 15 vers le haut en même temps que le piston de grand diamètre 17.

Spécifiquement, le piston d'actionneur 15 et le piston de grand diamètre 17 sont entraînés vers le haut par le ressort 71, de sorte qu'ils peuvent se déplacer suivant l'expansion ou la contraction de l'actionneur piézoélectrique 14. Une bague 73 en O est

8 2816007

installée dans une gorge annulaire formée dans une paroi latérale du piston d'actionneur 15 pour protéger l'actionneur piézoélectrique 14 de la contamination du fluide de travail (c'est-à-dire le carburant) dans le puisard de carburant 7. Ce dernier communique avec le passage de drainage 2 par un passage 95 formé par perçage des parois latérales du logement H et du cylindre d'actionneur H1 et fermer un trou formé

dans le logement H par une fiche 74.

Le cylindre creux H2 comporte, sur une paroi intérieure entre la chambre H4 du cylindre de petit diamètre et la chambre H3 du cylindre de grand diamètre, un épaulement intérieur servant d'arrêtoir 61 qui définit une limite supérieure pour le piston de petit diamètre 18. La chambre H4 du cylindre de petit diamètre et la chambre H3 du cylindre de grand diamètre communiquent l'une avec l'autre par un trou central formé dans l'arrêtoir 61. La chambre H4 du cylindre de petit diamètre définit une chambre hydraulique A entre son extrémité supérieure et l'arrêtoir 61. La chambre H3 du cylindre de grand diamètre définit une chambre hydraulique B entre son extrémité inférieure et l'arrêtoir 61. Les chambres hydrauliques A et B définissent une chambre amplificatrice de déplacement 6 agissant pour transmettre le déplacement longitudinal du piston de grand diamètre 17 au piston de petit diamètre 18. La course du piston de grand diamètre 17 (c'est-à-dire le déplacement vertical de l'actionneur piézoélectrique 14) est amplifiée par le carburant présent dans la chambre amplificatrice de déplacement 6 en fonction de la différence de diamètre entre le piston de grand diamètre 17 et le piston de petit diamètre 18 (c'est-à-dire deux ou trois fois le déplacement du piston de grand diamètre 17) et transmise au piston de petit diamètre 18. Une partie inférieure du piston de petit diamètre 18 se trouve dans la chambre d'écoulement 22. Le piston de petit diamètre 18 possède une tête fine qui s'étend dans

l'entrée de drainage 21 et contacte la soupape à bille 52.

Dans le piston de petit diamètre 18 s'étend un passage vertical 72 qui communique à son extrémité supérieure par une ouverture de passage latéral dans le puisard de carburant 7. Le passage vertical 72 s'étend de son extrémité inférieure à l'extrémité inférieure du piston de grand diamètre 17 et communique avec la chambre amplificatrice de déplacement 6 par une soupape de contrôle 8 installée sur l'extrémité inférieure du piston de grand diamètre 17. La soupape de contrôle 8 agit pour compenser une fuite de carburant causée par une fuite du puisard de carburant 7 vers la chambre amplificatrice de déplacement 6 et est constituée d'une soupape plate 81

9 2816007

fermant l'ouverture inférieure du passage 72, et d'un ressort conique 82 poussant la soupape plate 81 vers le haut. Comme visible sur les figures 2(a) et 2(b), la soupape plate 81 est constituée d'un disque mince qui a une épaisseur de 0,1 à 0,2 mm et des faces parallèles 86. Un trou d'épingle 84 est formé dans le centre de la soupape plate 81 qui a un diamètre de 0,02 à 0,5 mm. Le ressort conique 82, comme visible sur la figure 2(c), est fait d'une plaque annulaire ayant une épaisseur de 0,01 à 0,05 mm et conformé pour produire une pression de 0,5 à 2 N. La soupape plate 81 et le ressort conique 82 sont disposés dans un support 83 constitué d'un cylindre en forme de coupe. Le support 83 est fixé sur une partie d'extrémité inférieure du piston de grand diamètre 17. Une chute de pression dans la chambre amplificatrice de déplacement 6 provenant d'une fuite de carburant poussera la soupape plate 81 à se déplacer vers le bas contre la pression produite par le ressort conique 82, de sorte que le carburant s'écoule du passage 72. Le support 83 présente sur son fond un trou 85 qui est beaucoup plus grand que le trou d'épingle 84 et établit une communication entre une chambre intérieure du support 83 et la chambre amplificatrice de déplacement 6 pour faciliter l'écoulement du carburant dans cette dernière. En fonctionnement de l'injecteur de carburant 100, quand l'injection de carburant doit débuter, une tension d'environ 100 à 150 V est, comme indiqué en tant

que tension piézo sur la figure 3(a), appliquée à l'actionneur piézoélectrique 14. Celui-

ci se dilate, par exemple, de 40 m, proportionnellement à la tension appliquée pour déplacer vers le bas le piston de grand diamètre 17, augmentant ainsi, comme montré dans la figure 3(b), la pression dans la chambre amplificatrice de déplacement 6 (temps tl à t2); cette pression fuit dans le passage de drainage 2 à travers le trou d'épingle 84 de la soupape plate 81 et les espaces entre une paroi extérieure du piston de grand diamètre 17 et une paroi intérieure du cylindre creux H2 et entre une paroi extérieure du piston de petit diamètre 18 et la paroi intérieure de ce cylindre, de sorte qu'elle diminue lentement après le temps t2. L'élévation de pression dans la chambre amplificatrice de déplacement 6 déplace vers le bas le piston de petit diamètre 18 pour pousser la soupape à bille 52 à l'écart du siège de drainage 53, comme montré sur la figure 3(c). La soupape à bille 52 repose alors sur le siège à haute pression 54 (temps t2). Le degré de déplacement de la soupape à bille 52 est un multiple (par exemple deux) du degré d'expansion de l'actionneur piézoélectrique 14 qui correspond au

2816007

rapport de la surface de section droite du piston de grand diamètre 17 à celle du piston

de petit diamètre 18.

Quand la soupape à bille 52 s'écarte du siège de drainage 53, elle établit la communication entre la chambre à soupape 51 et l'entrée de drainage 21, tout en bloquant la liaison entre l'entrée haute pression 32 et la chambre à soupape 51, de sorte que la pression dans celle-ci tombe, en abaissant de la sorte, comme montré dans la figure 3(d), la pression dans la chambre de commande 4. Quand la pression dans le puisard de carburant 31 dépasse la somme de la pression dans la chambre de commande 4 et la pression produite par le ressort hélicoïdal 41, elle fera monter l'aiguille 12 de l'ajutage, comme montré sur la figure 3(e), pour ouvrir le trou de

pulvérisation 11, commençant ainsi l'injection de carburant.

Quand il est nécessaire de terminer l'injection de carburant, aucune tension n'est appliquée à l'actionneur piézoélectrique 14 pour le décharger électriquement (temps t3 à t5). L'actionneur piézoélectrique 14 se contracte pour reprendre sa 1 5 longueur originale, provoquant ainsi la montée du piston d'actionneur 15 sous l'effet du ressort 71. Le piston de grand diamètre 17 est aussi levé, provoquant la chute de la pression dans la chambre amplificatrice de déplacement 6, comme montré sur la figure 3(b). La chute de pression dans cette chambre déplace vers le haut le piston de petit

diamètre 18, en même temps que la soupape à bille 52 (temps t4).

Quand la soupape à bille 52 repose à nouveau sur le siège de drainage 53, elle établit la communication entre la chambre à soupape 51 et l'entrée de drainage 21, de sorte que la pression dans cette chambre et la chambre de commande 4 revient à sa valeur initiale, comme montré sur la figure 3(d). Quand la pression dans la chambre de commande 4 monte et que la pression actionnant l'aiguille d'ajutage 12 vers le bas dépasse la pression dans le puisard de carburant 31, elle entraînera l'aiguille 12 de l'ajutage vers le bas, de sorte qu'elle se reposera à nouveau sur le siège d'ajutage 13 pour refermer le trou de pulvérisation 11, terminant ainsi l'injection de carburant (temps t5). Après le temps t5, la pression dans la chambre amplificatrice de déplacement 6 est temporairement abaissée d'une valeur équivalente à une fuite du carburant pendant son injection, mais le carburant dans le puisard 7 s'écoule dans la chambre amplificatrice de déplacement 6 à travers la soupape de contrôle 8, de sorte que la pression dans cette chambre retourne rapidement à sa valeur initiale, comme

montré sur la figure 3(b).

1 1 2816007

Dans les figures 3(a) à 3(c), les pointillés montrent le cas dans lequel un fil reliant une commande d'actionneur et l'actionneur piézoélectrique 14 est rompu pendant l'injection de carburant. Les traits pointillés doubles représentent le cas dans lequel le trou d'épingle 84 n'est pas formé dans la soupape plate 81 de la soupape de contrôle 8, dans un tel cas. Si le fil connectant la commande de l'actionneur et l'actionneur piézoélectrique 14 est rompu pendant l'application d'une tension à ce dernier, il devient impossible de le décharger, de sorte que la tension piézo est maintenue à un niveau élevé, comme montré sur la figure 3(a) en pointillés. Le déplacement ou l'expansion de l'actionneur piézoélectrique est maintenu tel quel, rendant impossible le déplacement du piston d'actionneur 15 et du piston de grand diamètre 17. En l'absence du trou d'épingle 84, il devient impossible de modifier la pression dans la chambre amplificatrice de déplacement 6. Spécifiquement, une chute de la pression dans cette chambre se produit seulement à partir d'une fuite de carburant par les espaces entre les parois extérieures du piston de grand diamètre 17 et du piston de petit diamètre 18, et la paroi intérieure du cylindre creux H2, et se poursuit seulement pendant plusieurs dizaines de micro secondes. La pression dans la chambre amplificatrice de déplacement 6, ainsi, décroît à peine comme indiqué par les deux traits en pointillés sur la figure 3(b), de sorte que le déplacement de la soupape à bille 52, la pression dans la chambre de commande et le déplacement de l'aiguille d'ajutage 12 changent à peine,

ce qui entraîne le maintien de l'injection de carburant.

Dans le cas o le trou d'épingle 84 est formé dans la soupape plate 81 ou la soupape de contrôle 8, la tension piézoélectrique est maintenue à unniveau élevé, mais le carburant dans la chambre amplificatrice de déplacement 6 fuit dans le puisard à carburant 7 par le trou d'épingle 84, de sorte que la pression dans cette chambre décroît graduellement, comme indiqué par la ligne pointillée sur la figure 3(b). 3 à 5 ms après l'application de tension à l'actionneur piézoélectrique 14, la pression dans la chambre amplificatrice de déplacement 6 décroît au-dessous de la pression dans l'entrée à haute pression 32, poussant vers le haut la soupape à bille 52, de sorte que celle-ci et le piston de petit diamètre 18 sont levés ensemble. Quand la soupape à bille 52 est en appui sur le siège de drainage 53, elle bloque la communication entre l'entrée de drainage 21 et la chambre à soupape 51, de sorte que la pression, dans la chambre de commande 4 monte, comme montré par la ligne pointillée de la figure 3(e). Ceci

12 2816007

entraîne l'appui de l'aiguille d'ajutage 12, comme montré sur la figure 3(e), sur le siège

d'ajutage 13 pour fermer le trou de pulvérisation 11 et terminer l'injection de carburant.

Dans ce cas, une quantité de carburant qui est un multiple ou plusieurs

dizaines de multiples de la normale est envoyée au moteur à combustion interne.

Ordinairement, la fusion du moteur ou son mauvais fonctionnement se produit quand la quantité de carburant qui est un multiple de la normale est alimentée pendant plusieurs révolutions du moteur. Par suite, une injection de carburant pendant seulement 3 à 5 ms ne présente pas d'inconvénient pour ce fonctionnement. Il est souhaitable que la dimension du trou d'épingle 84 soit choisie de sorte que l'injection de carburant ne continue pas au-delà du temps requis pour un tour du moteur tournant à vitesse maximale. Par exemple, quand le moteur tourne à 5000 t/mn, le temps requis pour un tour du moteur est de 24 ms. Dans ce cas, la dimension ou diamètre du trou d'épingle 84 est fixée de préférence entre 0,02 et 0,2 mm. Si l'injection du carburant est stoppée dans ces 24 ms, la plupart du carburant est déchargée dans la tubulure d'échappement du moteur. Toutefois, pour éviter la détérioration du catalyseur, il est souhaitable que la dimension du trou d'épingle 84 soit choisie de sorte que l'injection de carburant ne continue pas au-delà de 3 à 5 ms. Ceci peut être obtenu en fixant la

dimension du trou d'épingle 84 entre 0,05 et 0,5 mm.

Le trou d'épingle entraîne aussi les effets suivants.

Si la chambre amplificatrice de déplacement 6 n'est pas emplie de carburant après assemblage de l'injecteur de carburant 100, le déplacement de l'injecteur piézoélectrique 100 ne sera pas transmis efficacement au piston de petit diamètre. Par suite, si l'injecteur de carburant 100 est installé tel quel dans le moteur, la chambre amplificatrice de déplacement 6 ne fonctionnera pas correctement tant qu'elle ne sera pas emplie de carburant, d'o le problème que beaucoup de temps sera requis pour démarrer le moteur. Un tel problème est éliminé en remplissant de carburant la chambre amplificatrice de déplacement 6 avant que l'injecteur piézoélectrique 100 ne soit emballé ou installé dans le moteur. Ceci peut être obtenu en reliant une pompe à vide au passage à haute pression 3 pour faire le vide dans l'injecteur de carburant 100 et amener le carburant par le passage de drainage 2. En l'absence du trou d'épingle 84, il est difficile d'évacuer la chambre amplificatrice de déplacement 6, de sorte que de l'air est laissé dans celle-ci après que le carburant y est injecté, ce qui influera

13 2816007

défavorablement sur la transmission du déplacement de l'actionneur piézoélectrique 14

au piston de petit diamètre 18.

Dans la structure de ce mode de réalisation, quand l'injecteur de carburant commence à être vidé par la pompe à vide et par le passage à haute pression 3, la chambre de commande 4, la chambre d'écoulement 22, le passage de drainage 2, le puisard à carburant 7, le passage 72 et la chambre amplificatrice de déplacement 6 sont séquentiellement évacués par le trou d'épingle 84. En injectant le carburant par le passage de drainage 2, la chambre amplificatrice de déplacement 6 est remplie rapidement de carburant. Après ce remplissage, les ouvertures des passages à haute pression 3 et du passage de drainage 2 sont obturées en utilisant par exemple des bouchons de caoutchouc pour éviter la fuite de carburant hors de la chambre d'amplification de déplacement 6. Ordinairement, un bouchon protecteur est fixé sur la tête d'ajutage de l'injecteur de carburant 100 en usine. Quand il est installé sur le moteur, l'injecteur de carburant 100 est fixé dans une tête de cylindre du moteur avec le passage à haute pression 3, et le passage de drainage 2 est obturé. Ensuite, ils sont

débouchés et connectés aux conduites de carburant.

Le piston de petit diamètre 18 peut tomber sous son propre poids après arrêt du moteur. Dans ce cas, une quantité de carburant équivalente à la chute de ce piston est amenée à la chambre d'amplification de déplacement 6 à partir du passage de drainage 2 à travers la soupape de contrôle 8, causant une difficulté pour le levage du piston de petit diamètre 18. Spécifiquement, quand le moteur est démarré, la pression dynamique du carburant amené par le passage à haute pression 3 travaille à lever la soupape à bille 52 et le piston de petit diamètre 18. En l'absence du trou d'épingle 84, la chambre d'amplification de déplacement 6 est complètement fermée, empêchant ainsi le piston de petit diamètre 18 d'être levé. Par conséquent, la soupape à bille 52 est autorisée à s'éloigner légèrement du siège à haute pression 54 mais ne reste pas sur le siège de drainage 53. De ce fait, le carburant présent dans le passage à haute pression 3 continue à s'écouler dans le passage de drainage 2 de sorte que la pression souhaitée (par exemple de 10 à 20 MPa) n'est pas atteinte dans la chambre de commande 4, ce

qui rend difficile le démarrage du moteur.

Dans la structure de ce mode de réalisation, le trou d'épingle 84 est formé dans la soupape plate 81 de la soupape de contrôle 8, de sorte que le carburant dans la chambre d'amplification de déplacement 6 s'écoule rapidement dans le passage de

14 2816007

drainage 2 par le trou d'épingle 84, ce qui permet au piston de petit diamètre 18 et à la soupape à bille 52 de se soulever. Ainsi, quand le moteur a démarré, la soupape à bille 52 est rapidement en appui sur le siège de drainage 53, permettant une injection correcte. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le ressort conique 82 est utilisé pour presser la soupape plate 81 de la soupape de contrôle 8 contre l'extrémité inférieure du piston de grand diamètre 17, mais on pourrait aussi utiliser un court ressort circulaire. Par exemple, un disque de ressort 86, comme montré aux figures 4(a) et 4(b) peut être utilisé, qui consisterait en une plaque annulaire et une languette 87 s'étendant à partir de la périphérie intérieure de la plaque annulaire en direction

radiale en étant courbée selon un certain angle.

La soupape à trois voies 5 est utilisée pour ouvrir ou fermer le trou de pulvérisation 11 formé dans la tête du corps d'ajutage B1, mais cela ne limite pas l'invention. Un autre mécanisme connu tel qu'une soupape à deux voies pourrait cependant être utilisé dans la même fonction. En outre, l'actionneur piézoélectrique 14 est constitué d'un dispositif piézoélectrique mais un autre élément tel qu'un solénoïide

ou magnétostrictif pourrait aussi être utilisé.

2816007

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif actionneur de soupape, caractérisé en ce qu'il comprend: un actionneur; un premier piston (17) déplacé par l'actionneur; un second piston (18) actionnant une soupape, de diamètre plus petit que le premier piston; une chambre d'amplification de déplacement (6) prévue entre le premier piston (17) et le second piston (18), cette chambre étant remplie d'un fluide de travail pour amplifier et transmettre le déplacement du premier piston au second piston; et un passage de drainage (2) communiquant par un trou d'épingle (84) avec la chambre d'amplification

de déplacement (6) pour drainer le fluide de travail dans cette chambre.

2. Dispositif actionneur de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce

que le diamètre du trou d'épingle (84) est compris entre 0,02 et 0,5 mm.

3. Dispositif actionneur de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une soupape de contrôle (8) est disposée entre la chambre d'amplification de déplacement (6) et le passage de drainage (2), pour permettre au fluide de travail de s'écouler seulement de ce passage vers la chambre d'amplification de déplacement (6), cette soupape de contrôle comprenant une soupape plate (81) dans laquelle le trou

d'épingle (84) est formé.

4. Dispositif actionneur de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier piston (17) comprend un passage conduisant audit passage de drainage (2), et en ce que le trou d'épingle (84) est prévu entre ledit passage et ladite chambre

d'amplification de déplacement (6).

5. Dispositif actionneur de soupape selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier piston (17) a une longueur dans laquelle le passage s'étend longitudinalement, et une ouverture formée dans une première extrémité de la longueur exposée à la chambre d'amplification de déplacement (6), et en ce que la soupape plate (81) de la soupape- de contrôle (8) est disposée sur l'ouverture de passage pour permettre au fluide de travail de s'écouler seulement du passage de drainage (2) vers la chambre d'amplification de déplacement (6) à travers le passage, le trou d'épingle (84)

étant formé dans la soupape plate (81) de la soupape de contrôle (8).

6. Dispositif actionneur de soupape selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un puisard de carburant (7) est formé sur un côté d'une seconde extrémité du

16 2816007

premier piston (17) opposée à la première extrémité et établit une communication de

fluide entre le passage de drainage (2) et le passage.

7. Dispositif actionneur de soupape selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une chambre à ressort est formée sur le côté de la première extrémité du premier piston (17), dans laquelle est disposé un ressort (71) pour solliciter l'actionneur à l'opposé de la chambre d'amplification de déplacement (6), la chambre à ressort

définissant le puisard de carburant (7).

8. Injecteur de carburant, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps d'injecteur (B1); un passage d'entrée de carburant formé dans le corps d'injecteur; un actionneur; un premier piston (17) déplacé par l'actionneur; un second piston (18) de diamètre plus petit que le premier piston (17) et actionnant une soupape pour pulvériser par un orifice de pulvérisation le carburant amené par le passage d'entrée de carburant; une chambre d'amplification de déplacement (6) formée entre le premier piston (17) et le second (18) dans le corps de l'injecteur (B1), la chambre d'amplification de déplacement (6) étant remplie de fluide de travail pour amplifier et transmettre le déplacement du premier piston au second piston; et un passage de drainage (2) formé dans le corps d'injecteur (B1), qui communique avec la chambre d'amplification de déplacement (6) par un trou d'épingle (84) pour drainer le fluide de

travail dans la chambre d'amplification de déplacement (6).

9. Injecteur de carburant selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite

chambre d'amplification de déplacement (6) est remplie de fluide de travail en usine.

10. Injecteur de carburant selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit corps d'injecteur (B1) est scellé pour éviter une fuite du fluide de travail dans ladite

chambre d'amplification de déplacement (6) hors du corps d'injecteur (B 1) .