EP2391815A1 - Dispositif d'injection de liquide, notamment de carburant, avec un actionneur electroactif - Google Patents

Dispositif d'injection de liquide, notamment de carburant, avec un actionneur electroactif

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Publication number
EP2391815A1
EP2391815A1 EP10707599A EP10707599A EP2391815A1 EP 2391815 A1 EP2391815 A1 EP 2391815A1 EP 10707599 A EP10707599 A EP 10707599A EP 10707599 A EP10707599 A EP 10707599A EP 2391815 A1 EP2391815 A1 EP 2391815A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
needle
actuator
piston
head
tubular body
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10707599A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Levin
Nadim Malek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP2391815A1 publication Critical patent/EP2391815A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/705—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for filling or emptying hydraulic chamber, e.g. for compensating clearance or thermal expansion

Definitions

  • the invention relates to a device for injecting liquid, in particular fuel, of the type comprising an actuator with electroactive material acting on a needle to cause the injection of liquid.
  • Document FR 2 854 664 discloses an injection device comprising a tubular body in which a needle is mounted.
  • the needle is terminated by a valve head with a seat carried by the end of the tubular body.
  • Pressurized fuel feeds the inside of the tubular body and is stopped by the valve.
  • the needle has a longitudinal housing in which is placed an electroactive material. When the electroactive material is excited, it elongates, causing the elastic elongation of the needle and thus the detachment of the head relative to the seat.
  • the valve is then opened and the fuel passes between the seat and the head to be injected into a combustion chamber.
  • the amplitude of the opening of the valve is limited by the possible elongation amplitude of the electroactive material.
  • the electroactive material has a maximum elongation of the order of one to one thousand to one percent of its length. To increase the amplitude, it is necessary to increase the length of the bar of electroactive material, which makes the device very bulky.
  • Document FR 2 889 257 also discloses an injection device comprising an actuator whose end acts on one end of the needle, opposite the end comprising the head.
  • the actuator is contained in a bushing which is slidably mounted and on which resilient spring means act resiliently to maintain the head resting on the seat. This arrangement makes it possible to compensate for the differential expansions that may appear during the operation of the device between the tubular body and the needle. These differential expansions are caused by temperature gradients in the device and expansion properties that vary from one material to another.
  • To cause the opening of the valve it causes the resonant axial oscillation of the needle.
  • the invention aims at proposing another solution for the injection device to adapt to the differential variations to which the components of the device are subjected. It also aims to provide a device which a large range of displacement of the needle head can be obtained without providing a very long electroactive bar.
  • the subject of the invention is a liquid injection device comprising a tubular body, a needle whose one end comprises a valve head on a seat of the tubular body, an actuator with an electroactive material suitable for cause a displacement of the head of the needle to open the valve, a conduit to bring the liquid around the needle to the head, characterized in that it comprises a hydraulic chamber delimited by an actuator piston moved by the actuator and a needle piston, the needle piston being carried by the end of the needle opposite the head , the hydraulic chamber being supplied with fluid through the conduit via a capillary.
  • the coupling between the actuator and the needle is thus achieved by the fluid contained in the hydraulic chamber.
  • a displacement of the actuator piston is transmitted to the needle piston through the liquid contained in the hydraulic chamber.
  • the hydraulic chamber is in communication with the conduit, the differential expansions are compensated by the variation of the volume of liquid contained in the hydraulic chamber.
  • capillary it is necessary to understand a channel whose ratio between the diameter and the length is small. This has the consequence that the flow of liquid through the capillary is negligible during the displacement of the actuator piston, and that the movement of the actuator piston is entirely transmitted to the needle piston, because of the incompressibility of the liquid. .
  • a decoupling is performed between the actuator and the needle adapted to compensate for the differential expansions.
  • the section of the actuator piston is greater than that of the needle piston. Thanks to this characteristic, the movement of the actuator is amplified. Indeed, the displacement of the actuator piston on a first distance moves a volume of liquid, which causes the needle piston to move a second distance. Since the needle section is smaller than that of the actuator piston, the second distance is larger than the first distance. This gives an amplification of the movement of one actuator.
  • the device comprises a first guide surface in which the actuator piston is slidably mounted, the guide surface opening into a first decompression chamber opposite the hydraulic chamber.
  • a clearance between the guide surface and the piston is necessary. A small amount of liquid therefore passes into this space.
  • the first decompression chamber makes it possible to collect the liquid and to prevent the actuator from being subjected to the high pressure of the liquid.
  • the device comprises a second guide surface in which the needle piston is slidably mounted, the second guide surface opening into a second decompression chamber opposite the hydraulic chamber.
  • the needle comprises a ring attached to the needle and slidably mounted in the tubular body, a first end of the ring being in communication with the conduit, the other end being in contact with the second decompression chamber.
  • the first and second decompression chambers are for example interconnected and in communication with a return line which collects the liquid to bring it back to a reservoir.
  • an adapter piece is fitted into the tubular body and carries the first and the second guide surface. This arrangement makes it easier to produce the guide surfaces and the pipes or capillaries.
  • the actuator is for example a magnetostrictive actuator or an electrostrictive actuator, for example a piezoelectric actuator.
  • the device comprises means for supporting the actuator on the tubular body, the support means being selected from hydraulic support means or resilient support means.
  • the device comprises holding means in support of the head of the needle on the seat.
  • the valve of the device is kept closed except when the actuator acts to open it.
  • the holding means comprise a spring bearing on the tubular body and on the needle piston.
  • the holding means comprise a magnet generating a magnetic attraction force between the needle piston and the actuator piston.
  • FIG. 1 is a sectional view of a device conforming to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a view similar to Figure 1 of a second embodiment of the invention
  • Figure 3 is a sectional view of an actuator of the device of Figure 1 in two different states
  • Figure 4 is a detail view IV of Figure 1
  • Figure 5 is a view similar to Figure 4 of a variant of the device.
  • a device 1 for injecting liquid, in particular fuel, according to a first embodiment is shown in FIGS. 1, 3 and 4.
  • the injection device 1 comprises a tubular body 11 in which a needle 12 is slidably mounted and which is actuated by the actuator 10.
  • the needle 12 comprises at one end a head 120 forming a valve on a seat 110 of the tubular body 11
  • the tubular body 11 comprises a supply duct 111 which extends from an inlet 112 into the tubular body 11 and then around the needle
  • the inlet 112 is intended to be connected to a not shown device for supplying fuel under high pressure, for example between 500 and 3000 bar.
  • the device 1 comprises an adaptation piece
  • the device 1 comprises a return line 15 in communication with the housing 16 and intended to be connected with a liquid reservoir, not shown.
  • the adapter piece 13 has a first guide surface 131 in which an actuator piston 101 is slidably mounted.
  • the actuator piston 101 is the active part of the actuator 10 whose operation will be described later.
  • the adapter piece 13 also has a second guide surface 132 in which a needle piston 121, located opposite the head 120, is slidably mounted.
  • the actuator piston 101 and the needle piston 121 face each other in a hydraulic chamber 17.
  • the section of the actuator piston 101 is greater than that of the needle piston 121.
  • the hydraulic chamber 17 is supplied with fluid by the supply duct 111 via a capillary 18, in particular through the wall of the adapter piece 13.
  • the first guide surface 131 opens into a first decompression chamber 19 opposite the hydraulic chamber 17.
  • the first decompression chamber 19 extends around the actuator piston 101.
  • the first decompression chamber 19 is in communication with the housing 16 by a channel 135 passing through the wall of the adaptation piece 13.
  • the channel 135 is made for example by a flat on the adapter piece 13 and a bore which connects said flat and the first decompression chamber 19 .
  • the portion of the supply duct 111 around the needle 12 is limited to the opposite of the head
  • the ring 122 is slidably mounted in the tubular body 11 on a third guide surface 133.
  • the second and the third guide surface 132, 133 open into a second decompression chamber 20. the opposite of the hydraulic chamber 17 relative to the needle piston 121.
  • the first and second decompression chamber 19, 20 are in communication with each other via a channel 134 which extends longitudinally through the adapter piece 13.
  • the actuator 10 comprises a casing 100 of cylindrical shape which contains the active part of the actuator 10.
  • the active part comprises the actuator piston 101 abutting a magnetostrictive rod 102, itself abutting a flyweight 103.
  • the piston actuator 101 has a shoulder 1010 against which rests an elastic washer 106, itself bearing against another shoulder 1000 of the housing.
  • a prestressing spring 104 bears on the casing 100 and compresses against the spring washer 106 the stack formed of the piston 101, the bar 102 and the weight 103.
  • the bar 102 is surrounded by an electric winding 105 able to create a magnetic field in the bar 102. The magnetic field causes the elongation of the bar 102, in a manner known per se.
  • the elongation of the bar 102 thus controls the displacement d of the actuator piston 101, as represented on the right-hand part of FIG. 3, with a partial crushing of the elastic washer 106.
  • By modulating the electric current that supplies power the winding 105 modulates the movement of the actuator piston 101.
  • the document FR 2 889 257 describes a similar example of an actuator and its operation.
  • Holding means comprises a magnet 124 housed in the needle piston 121 and generating a magnetic attraction force between the needle piston 121 and the actuator piston 101, so as to normally maintain the head 120 in support on the seat 110 and thus to close the valve.
  • the injection device 1 When the injection device 1 is in operation, it is fed by the inlet 112 of the feed duct 111 with a liquid such as fuel at a very high pressure, for example between 500 and 3000 bar.
  • the pressurized liquid passes through the capillary 18 and fills the hydraulic chamber 17.
  • a little liquid passes from the hydraulic chamber 17 to the first decompression chamber 19 passing between the first guide surface 131 and the actuator piston 101. then the housing 16.
  • the excess is discharged through the return line 15.
  • a little liquid also passes from the hydraulic chamber 17 to the second decompression chamber 20 passing between the second guide surface 132 and the piston of needle 121.
  • a little liquid also passes from the supply conduit 111 to the second decompression chamber 20 passing between the third guide surface 133 and the ring 122.
  • the excess liquid in the second vacuum chamber passes to the second first decompression chamber 19 through the channel 134.
  • the liquid under pressure acts on the mini-jack 14 so as to apply the actuator 10 in support on the adaptation piece 13.
  • This bearing force is symbolized by the arrow Fc in FIG.
  • the liquid under pressure acts on the one hand on the head 120 of the needle 12 by exerting a force tending to move the head 120 away from the seat 110, and on the other hand on the piston and the ring 122 exerting a force tending to press the head 120 on the seat 110.
  • the needle 12 also undergoes the magnetic force which also tends to press the head 120 on the seat 110.
  • the diameter of the ring 122 is greater than the diameter of the seat 110, the resultant of these forces also tends to press the head 120 on the seat 110, whatever the pressure of the liquid.
  • the needle 12 is also subjected to the pressure of the liquid of the hydraulic chamber 17 which acts on the surface of the needle piston 121.
  • the surfaces of the needle piston 121 and the ring 122 are chosen so that the resultant of the hydraulic forces has tendency to press the head 120 on the seat 110, with sufficient force to obtain the closure of the valve, including taking into account the inertial forces and the weight of the needle 12.
  • the actuator 10 When it is desired to perform an injection, the actuator 10 is controlled so that the actuator piston 101 slides in the adapter part 13. It then controls the displacement of the liquid contained in the hydraulic chamber 17. The liquid increases pressure to cause a sufficiently large force on the needle piston
  • the movement of the actuator piston 101 may be an oscillating movement combined with a mean displacement.
  • the device 1 in a variant shown in FIG. 5, in which the holding means are not hydraulic but mechanical, the device 1 "does not have a second decompression chamber and the needle piston 121" has no ring, but is slidably mounted in the second guide surface 132 "carried by the tubular body 11".
  • the needle piston 121 projects into the hydraulic chamber 17 "and has at this level a circular groove 1210.
  • a spring 21 is placed in the hydraulic chamber 17" surrounding the projecting portion of the needle piston 121 "and taking support on a shoulder of the tubular body 11 ".
  • the other end of the spring 21 is held by a washer 22 stopped by a key 23 inserted into the circular groove 1210.
  • the first guide surface 131 is also carried by the tubular body 11", the adapter piece being reduced to a support ring 13 "of the actuator 10 on another shoulder of the tubular body 11".
  • a capillary 18 "connects the hydraulic chamber 17" to the supply duct 111 through the wall of the tubular body 11 ".
  • the pressurized liquid in the supply conduit 111 passes through the capillary 18 "and fills the hydraulic chamber 17".
  • the liquid also flows between the first guide surface 131 "and the actuator piston 101 towards the decompression chamber, then into the housing 16. The excess is discharged through the return line 15.
  • the liquid under pressure acts on the one hand on the head 120 of the needle 12" exerting a force tending to move the head 120 of the seat 110, and secondly on the needle piston 121 “in the hydraulic chamber 17” exerting a force tending to take off the head 120 on the seat 110.
  • the needle 12 " is further subjected to the elastic return force of the spring 21 which tends to press the head 120 onto the seat 110.
  • the restoring force of the spring is chosen so that the head 120 is pressed onto the seat 110, whatever the pressure of the liquid in the feed duct 111 in the range of use of the device 1.
  • the actuator 10 When it is desired to perform an injection, the actuator 10 is controlled so that the actuator piston 101 slides in the first guide surface 131 "It then controls the movement of the liquid contained in the hydraulic chamber 17".
  • the liquid increases pressure so as to cause a force large enough to move the needle 12 and take off the head 120 of the seat 110. This increase in pressure is fast enough that the liquid does not have time to flow to through the capillary 18 "or along the actuator piston 101.
  • the actuator 10 ' is an electrostrictive actuator, for example a piezoelectric actuator.
  • the actuator 10 ' comprises a casing 100' of cylindrical shape and containing the active part of the actuator 10 '.
  • the active part comprises a stack 102 'of piezoelectric material plates, fixed by its middle to the housing 100'. One end of the stack 102 'is free while the opposite end has the actuator piston 101'.
  • the actuator 10 ' also comprises electrical supply means, not shown.
  • the casing 100 ' is pressed against the adaptation piece 13' in the same manner as in the first embodiment. Other features are similar to those of the first embodiment, as well as the mode of operation.
  • the bearing force of the actuator 10 is made by a spring.
  • the variant of the first embodiment is also applicable to the second embodiment.

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Abstract

Un dispositif d'injection de liquide comporte un corps tubulaire (11), une aiguille (12) dont une extrémité comporte une tête (120) formant clapet sur un siège (110) du corps tubulaire (11). Un actionneur (10) à matériau électro-actif est apte à provoquer un déplacement de la tête (120) de l'aiguille (12) pour ouvrir le clapet. Un conduit d'alimentation (111) amène le liquide autour de l'aiguille (12) jusqu'à la tête (120). Une chambre hydraulique (17) est délimitée par un piston d' actionneur (101) mû par l'actionneur (10) et un piston d'aiguille (121), le piston d'aiguille (121) étant porté par l'extrémité de l'aiguille (12) opposée à la tête (120). La chambre hydraulique (17) est alimentée en fluide par le conduit d'alimentation (111) par l'intermédiaire d'un capillaire (18).

Description

Dispositif d'injection de liquide, notamment de carburant, à actionneur électroactif.
L'invention concerne un dispositif d'injection de liquide, notamment de carburant, du type comportant un actionneur à matériau électro-actif agissant sur une aiguille pour provoquer l'injection de liquide.
On connaît par le document FR 2 854 664 un dispositif d'injection comportant un corps tubulaire dans lequel est montée une aiguille. L'aiguille est terminée par une tête formant clapet avec un siège porté par l'extrémité du corps tubulaire. Du carburant sous pression alimente l'intérieur du corps tubulaire et est arrêté par le clapet. L'aiguille comporte un logement longitudinal dans lequel est placé un matériau électroactif. Lorsque le matériau électroactif est excité, il s'allonge, provoquant l'allongement élastique de l'aiguille et ainsi le décollement de la tête par rapport au siège. Le clapet est alors ouvert et le carburant passe entre le siège et la tête pour être injecté dans une chambre de combustion.
L'amplitude de l'ouverture du clapet est limitée par l'amplitude d'allongement possible du matériau électroactif. Typiquement, le matériau électroactif a un allongement maximal de l'ordre de un pour mille à un pour cent de sa longueur. Pour augmenter l'amplitude, il est nécessaire d'augmenter la longueur du barreau de matériau électroactif, ce qui rend le dispositif très encombrant. On connaît aussi par le document FR 2 889 257 un dispositif d'injection comportant un actionneur dont l'extrémité agit sur une extrémité de l'aiguille, opposée à l'extrémité comportant la tête. L 'actionneur est contenu dans une douille qui est montée coulissante et sur laquelle des moyens d'appui formés par un ressort agissent de manière élastique afin maintenir la tête en appui sur le siège. Ce montage permet un rattrapage des dilatations différentielles qui peuvent apparaître pendant le fonctionnement du dispositif entre le corps tubulaire et l'aiguille. Ces dilatations différentielles ont pour cause des gradients de température dans le dispositif et des propriétés de dilatation qui varient d'un matériau à l'autre. Pour provoquer l'ouverture du clapet, on provoque la mise en oscillation axiale résonante de l'aiguille.
L'invention vise à proposer une autre solution pour que le dispositif d'injection s'adapte aux variations différentielles auxquelles les composants du dispositif sont soumis. Elle vise également à fournir un dispositif dont une grande amplitude de déplacement de la tête d'aiguille puisse être obtenue sans prévoir un barreau électroactif très long.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un dispositif d'injection de liquide comportant un corps tubulaire, une aiguille dont une extrémité comporte une tête formant clapet sur un siège du corps tubulaire, un actionneur à matériau électro- actif apte à provoquer un déplacement de la tête de l'aiguille pour ouvrir le clapet, un conduit pour amener le liquide autour de l'aiguille jusqu'à la tête, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre hydraulique délimitée par un piston d'actionneur mû par l'actionneur et un piston d'aiguille, le piston d'aiguille étant porté par l'extrémité de l'aiguille opposée à la tête, la chambre hydraulique étant alimentée en fluide par le conduit par l'intermédiaire d'un capillaire.
Le couplage entre l'actionneur et l'aiguille est ainsi réalisé par le fluide contenu dans la chambre hydraulique. Un déplacement du piston d'actionneur est transmis au piston d'aiguille par l'intermédiaire du liquide contenu dans la chambre hydraulique. Comme la chambre hydraulique est en communication avec le conduit, les dilatations différentielles sont compensées par la variation du volume de liquide contenu dans la chambre hydraulique. Par capillaire, il faut comprendre un canal dont le rapport entre le diamètre et la longueur est petit. Ceci a pour conséquence que le débit de liquide à travers le capillaire est négligeable pendant le déplacement du piston d'actionneur, et que le mouvement du piston d'actionneur est entièrement transmis au piston d'aiguille, du fait de l'incompressibilité du liquide. Grâce à l'invention, on réalise un découplage entre l'actionneur et l'aiguille apte à compenser les dilatations différentielles.
De manière avantageuse, la section du piston d'actionneur est supérieure à celle du piston d'aiguille. Grâce à cette caractéristique, on réalise une amplification du mouvement de l'actionneur. En effet, le déplacement du piston d'actionneur sur une première distance fait se déplacer un volume de liquide, lequel fait se déplacer le piston d'aiguille sur une deuxième distance. Comme la section d'aiguille est inférieure à celle du piston d' actionneur, la deuxième distance est plus grande que la première distance. On obtient donc une amplification du mouvement de 1 ' actionneur .
Selon une disposition constructive, le dispositif comporte une première surface de guidage dans laquelle le piston d' actionneur est monté coulissant, la surface de guidage débouchant dans une première chambre de décompression à l'opposé de la chambre hydraulique. Pour le coulissement du piston, un jeu entre la surface de guidage et le piston est nécessaire. Une petite quantité de liquide passe donc dans cet espace. La première chambre de décompression permet de collecter le liquide et d'éviter que 1' actionneur soit soumis à la haute pression du liquide .
De manière similaire, le dispositif comporte une deuxième surface de guidage dans laquelle le piston d'aiguille est monté coulissant, la deuxième surface de guidage débouchant dans une deuxième chambre de décompression à l'opposé de la chambre hydraulique.
De manière complémentaire, l'aiguille comporte une bague fixée à l'aiguille et montée coulissante dans le corps tubulaire, une première extrémité de la bague étant en communication avec le conduit, l'autre extrémité étant en contact avec la deuxième chambre de décompression. Cette disposition permet de modifier les équilibres de forces appliquées sur l'aiguille. En particulier, en prévoyant une bague débouchant d'une part dans la deuxième chambre de décompression dans laquelle la pression est faible, et d'autre part du côté du conduit dans lequel la pression est haute, on crée une force tendant à plaquer l'aiguille contre le siège. Cette force vient compenser la force appliquée sur le piston d'aiguille du fait de la haute pression dans la chambre hydraulique. Par un choix approprié des dimensions de la bague et du piston d'aiguille, la force de maintien de l'aiguille sur le siège est proportionnelle à la pression et juste nécessaire pour maintenir l'étanchéité du clapet.
La première et la deuxième chambre de décompression sont par exemple reliées entre elles et en communication avec une conduite de retour qui collecte le liquide pour le ramener à un réservoir.
Selon une disposition constructive, une pièce d'adaptation est emmanchée dans le corps tubulaire et porte la première et la deuxième surface de guidage. Cette disposition permet de réaliser plus facilement les surfaces de guidage et les canalisations ou capillaires .
L'actionneur est par exemple un actionneur magnétostrictif ou un actionneur electrostrictif, par exemple un actionneur piézoélectrique.
De manière particulière, le dispositif comporte des moyens d'appui de l'actionneur sur le corps tubulaire, les moyens d'appui étant choisis parmi des moyens d'appui hydrauliques ou des moyens d'appui élastiques . Selon une disposition particulière, le dispositif comporte des moyens de maintien en appui de la tête de l'aiguille sur le siège. Ainsi, le clapet du dispositif est maintenu fermé sauf quand l'actionneur agit pour l'ouvrir.
Selon une première disposition, les moyens de maintien comportent un ressort prenant appui sur le corps tubulaire et sur le piston d'aiguille.
Selon une deuxième disposition, les moyens de maintien comportent un aimant faisant naître une force magnétique d'attraction entre le piston d'aiguille et le piston d' actionneur .
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif conforme à un premier mode de réalisation de l' invention ; la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 d'un second mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 est une vue en coupe d'un actionneur du dispositif de la figure 1 dans deux états différents ; la figure 4 est une vue du détail IV de la figure 1 ; la figure 5 est une vue similaire à la figure 4 d'une variante du dispositif. Un dispositif 1 d'injection de liquide, en particulier de carburant, conforme à un premier mode de réalisation est montré sur les figures 1, 3 et 4.
11 comporte un actionneur 10 de type magnétostrictif. Le dispositif 1 d'injection comporte un corps tubulaire 11 dans lequel une aiguille 12 est montée coulissante et qui est actionnée par l' actionneur 10. L'aiguille 12 comporte à une extrémité une tête 120 formant clapet sur un siège 110 du corps tubulaire 11. Le corps tubulaire 11 comporte un conduit d'alimentation 111 qui s'étend depuis une entrée 112, dans le corps tubulaire 11, puis autour de l'aiguille
12 jusqu'au siège 110, de manière à canaliser le carburant jusqu'au clapet. L'entrée 112 est destinée à être connectée à un dispositif non représenté d'alimentation en carburant sous haute pression, par exemple entre 500 et 3000 bars.
Le dispositif 1 comporte une pièce d'adaptation
13 emmanchée dans un logement 16 du dispositif 1 dans le même axe que l'aiguille 12. La pièce d'adaptation
13 est en butée contre un épaulement 113 du corps tubulaire 11. L' actionneur 10 vient en butée contre la pièce d'adaptation 13 et est mis en appui contre la pièce d'adaptation 13 par des moyens d'appui formés par un mini-vérin 14. Le mini-vérin 14 comporte une chambre de poussée 140 en communication avec le conduit d'alimentation 111 en carburant. Le liquide en pression dans la chambre de poussée 140 tend à faire sortir un piston de poussée 141 qui appuie sur l' actionneur 10 et le maintient sur la pièce d'adaptation 13. Le dispositif 1 comporte une conduite de retour 15 en communication avec le logement 16 et destinée à être connectée avec un réservoir de liquide, non représenté.
La pièce d'adaptation 13 comporte une première surface de guidage 131 dans laquelle un piston d' actionneur 101 est monté coulissant. Le piston d' actionneur 101 est la partie active de l' actionneur 10 dont le fonctionnement sera décrit plus loin. La pièce d'adaptation 13 comporte également une deuxième surface de guidage 132 dans laquelle un piston d'aiguille 121, situé à l'opposé de la tête 120, est monté coulissant. Le piston d' actionneur 101 et le piston d'aiguille 121 se font face dans une chambre hydraulique 17. La section du piston d' actionneur 101 est supérieure à celle du piston d'aiguille 121.
La chambre hydraulique 17 est alimentée en fluide par le conduit d'alimentation 111 par l'intermédiaire d'un capillaire 18 à travers en particulier la paroi de la pièce d'adaptation 13.
La première surface de guidage 131 débouche dans une première chambre de décompression 19 à l'opposé de la chambre hydraulique 17. La première chambre de décompression 19 s'étend autour du piston d' actionneur 101. La première chambre de décompression 19 est en communication avec le logement 16 par un canal 135 traversant la paroi de la pièce d'adaptation 13. Le canal 135 est réalisé par exemple par un méplat sur la pièce d' adaptation 13 et un perçage qui relie ledit méplat et la première chambre de décompression 19.
La partie du conduit d'alimentation 111 autour de l'aiguille 12 est limitée à l'opposé de la tête
120 par une bague 122 solidaire de l'aiguille 12 et dont le diamètre est supérieur au diamètre du siège 110. La bague 122 est montée coulissante dans le corps tubulaire 11 sur une troisième surface de guidage 133. La deuxième et la troisième surface de guidage 132, 133 débouchent dans une deuxième chambre de décompression 20 à l'opposé de la chambre hydraulique 17 par rapport au piston d'aiguille 121. La première et la deuxième chambre de décompression 19, 20 sont en communication entre elles par un canal 134 qui traverse longitudinalement la pièce d'adaptation 13.
En se référant à la figure 3, la structure de l'actionneur 10 est détaillée. L'actionneur 10 comporte un carter 100 de forme cylindrique qui contient la partie active de l'actionneur 10. La partie active comporte le piston d' actionneur 101 abouté à un barreau magnétostrictif 102, lui-même abouté à une masselotte 103. Le piston d' actionneur 101 comporte un épaulement 1010 contre lequel s'appuie une rondelle élastique 106, elle-même en appui contre un autre épaulement 1000 du carter. Un ressort de précontrainte 104 prend appui sur le carter 100 et comprime contre la rondelle élastique 106 l'empilement formé du piston 101, du barreau 102 et de la masselotte 103. Le barreau 102 est entouré d'un bobinage 105 électrique apte à créer un champ magnétique dans le barreau 102. Le champ magnétique provoque l'allongement du barreau 102, d'une manière connue en soi. L'allongement du barreau 102 commande ainsi le déplacement d du piston d' actionneur 101, comme représenté sur la partie droite de la figure 3, avec un écrasement partiel de la rondelle élastique 106. En modulant le courant électrique qui alimente le bobinage 105, on module le déplacement du piston d'actionneur 101. Le document FR 2 889 257 décrit un exemple similaire d'actionneur et son fonctionnement.
Des moyens de maintien comportent un aimant 124 logé dans le piston d'aiguille 121 et faisant naître une force magnétique d'attraction entre le piston d'aiguille 121 et le piston d'actionneur 101, de manière à maintenir normalement la tête 120 en appui sur le siège 110 et ainsi à fermer le clapet.
Lorsque le dispositif 1 d'injection est en fonctionnement, il est alimenté par l'entrée 112 du conduit d'alimentation 111 avec un liquide tel que du carburant sous très haute pression, par exemple entre 500 et 3000 bars. Le liquide sous pression passe par le capillaire 18 et emplit la chambre hydraulique 17. Un peu de liquide passe de la chambre hydraulique 17 vers la première chambre de décompression 19 en passant entre la première surface de guidage 131 et le piston d'actionneur 101, puis dans le logement 16. L'excédent est évacué par la canalisation de retour 15. Un peu de liquide passe également de la chambre hydraulique 17 vers la deuxième chambre de décompression 20 en passant entre la deuxième surface de guidage 132 et le piston d'aiguille 121. Un peu de liquide passe également du conduit d'alimentation 111 vers la deuxième chambre de décompression 20 en passant entre la troisième surface de guidage 133 et la bague 122. L'excédent de liquide dans la deuxième chambre de dépression passe vers la première chambre de décompression 19 en passant par le canal 134.
Le liquide sous pression agit sur le mini-vérin 14 de manière à appliquer l'actionneur 10 en appui sur la pièce d'adaptation 13. Cette force d'appui est symbolisée par la flèche Fc sur la figure 3.
Par ailleurs, au niveau de l'aiguille 12, le liquide sous pression agit d'une part sur la tête 120 de l'aiguille 12 en exerçant une force tendant à écarter la tête 120 du siège 110, et d'autre part sur le piston et la bague 122 en exerçant une force tendant à plaquer la tête 120 sur le siège 110. L'aiguille 12 subit en outre la force magnétique qui tend également à plaquer la tête 120 sur le siège 110. Comme le diamètre de la bague 122 est supérieur au diamètre du siège 110, la résultante de ces forces tend également à plaquer la tête 120 sur le siège 110, quelque soit la pression du liquide. L'aiguille 12 subit également la pression du liquide de la chambre hydraulique 17 qui agit sur la surface du piston d'aiguille 121. Les surfaces du piston d'aiguille 121 et de la bague 122 sont choisies pour que la résultante des forces hydrauliques ait tendance à plaquer la tête 120 sur le siège 110, avec une force suffisante pour obtenir la fermeture du clapet, y compris en prenant en compte les forces d'inertie et le poids de l'aiguille 12.
Lorsque l'on souhaite réaliser une injection, l'actionneur 10 est commandé de telle sorte que le piston d' actionneur 101 coulisse dans la pièce d'adaptation 13. Il commande alors le déplacement du liquide contenu dans la chambre hydraulique 17. Le liquide augmente de pression de sorte à provoquer une force suffisamment grande sur le piston d'aiguille
121 pour déplacer l'aiguille 12 et décoller la tête
120 du siège 110. Cette augmentation de pression est suffisamment rapide pour que le liquide n'ait pas le temps de s'écouler à travers le capillaire 18 ou le long des surfaces de guidage 131, 132.
On nomme : xl le déplacement réalisé par le piston d' actionneur, x2 le déplacement réalisé par le piston d' aiguille,
51 la section du piston d' actionneur,
52 la section du piston d'aiguille
Le volume de liquide déplacé par le piston d' actionneur sert entièrement à déplacer le piston d'aiguille. Du fait de l'incompressibilité du liquide, on en déduit que xl.Sl=x2.S2. D'où :
x2=(Sl/S2) .xl
Comme Sl est supérieur à S2, x2 est plus grand que xl, ce qui traduit une amplification du mouvement .
Le mouvement du piston d' actionneur 101 peut être un mouvement oscillant combiné avec un déplacement moyen.
Dans une variante montrée sur la figure 5, dans laquelle les moyens de maintien ne sont pas hydrauliques mais mécaniques, le dispositif 1" ne comporte pas de deuxième chambre de décompression et le piston d'aiguille 121" ne comporte pas de bague, mais est monté coulissant dans la deuxième surface de guidage 132" portée par le corps tubulaire 11". Le piston d'aiguille 121 fait saillie dans la chambre hydraulique 17" et comporte à ce niveau une gorge 1210 circulaire. Un ressort 21 est placé dans la chambre hydraulique 17" en entourant la partie saillante du piston d'aiguille 121" et en prenant appui sur un épaulement du corps tubulaire 11". L'autre extrémité du ressort 21 est maintenue par une rondelle 22 arrêtée par une clavette 23 insérée dans la gorge circulaire 1210. La première surface de guidage 131" est également portée par le corps tubulaire 11", la pièce d'adaptation étant réduite à une bague d'appui 13" de l'actionneur 10 sur un autre épaulement du corps tubulaire 11". Un capillaire 18" relie la chambre hydraulique 17" au conduit d'alimentation 111 à travers la paroi du corps tubulaire 11".
Le liquide sous pression dans le conduit d'alimentation 111 passe par le capillaire 18" et emplit la chambre hydraulique 17". Le liquide s'écoule alors également entre la première surface de guidage 131" et le piston d' actionneur 101 vers la chambre de décompression, puis dans le logement 16. L'excédent est évacué par la canalisation de retour 15.
Par ailleurs, au niveau de l'aiguille 12", le liquide sous pression agit d'une part sur la tête 120 de l'aiguille 12" en exerçant une force tendant à écarter la tête 120 du siège 110, et d'autre part sur le piston d'aiguille 121" dans la chambre hydraulique 17" en exerçant une force tendant à décoller la tête 120 sur le siège 110. L'aiguille 12" subit en outre la force de rappel élastique du ressort 21 qui tend à plaquer la tête 120 sur le siège 110. La force de rappel du ressort est choisie pour que la tête 120 soit plaquée sur le siège 110, quelque soit la pression du liquide dans le conduit d'alimentation 111 dans la plage d'utilisation du dispositif 1.
Lorsque l'on souhaite réaliser une injection, l'actionneur 10 est commandé de telle sorte que le piston d' actionneur 101 coulisse dans la première surface de guidage 131". Il commande alors le déplacement du liquide contenu dans la chambre hydraulique 17". Le liquide augmente de pression de sorte à provoquer une force suffisamment grande pour déplacer l'aiguille 12 et décoller la tête 120 du siège 110. Cette augmentation de pression est suffisamment rapide pour que le liquide n'ait pas le temps de s'écouler à travers le capillaire 18" ou le long du piston d' actionneur 101.
Dans un deuxième mode de réalisation, montré sur la figure 2, l'actionneur 10' est un actionneur electrostrictif, par exemple un actionneur piézoélectrique. L'actionneur 10' comporte un carter 100' de forme cylindrique et contenant la partie active de l'actionneur 10'. La partie active comporte une pile 102' de plaques de matériau piézoélectrique, fixée par son milieu au carter 100'. L'une des extrémités de la pile 102' est libre tandis que l'extrémité opposée comporte le piston d' actionneur 101' . L'actionneur 10' comporte également des moyens d'alimentation électrique, non représentés. Le carter 100' est mis en appui contre la pièce d'adaptation 13' de la même manière que dans le premier mode de réalisation. Les autres caractéristiques sont similaires à celles du premier mode de réalisation, de même que le mode de fonctionnement.
Dans une variante non représentée, applicable aux deux modes de réalisation, la force d'appui de l'actionneur 10 est réalisée par un ressort.
La variante du premier mode de réalisation est également applicable au deuxième mode de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'injection de liquide comportant un corps tubulaire (11), une aiguille (12) dont une extrémité comporte une tête (120) formant clapet sur un siège (110) du corps tubulaire (11), un actionneur (10) à matériau électro-actif apte à provoquer un déplacement de la tête (120) de l'aiguille (12) pour ouvrir le clapet, un conduit d'alimentation (111) pour amener le liquide autour de l'aiguille (12) jusqu'à la tête (120), une chambre hydraulique (17) délimitée par un piston d' actionneur
(101) mû par l'actionneur (10) et un piston d'aiguille (121), le piston d'aiguille (121) étant porté par l'extrémité de l'aiguille (12) opposée à la tête (120), la chambre hydraulique (17) étant alimentée en fluide par le conduit d'alimentation
(111) par l'intermédiaire d'un capillaire (18), caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième surface de guidage (132) dans laquelle le piston d'aiguille
(121) est monté coulissant, la deuxième surface de guidage (132) débouchant dans une deuxième chambre de décompression (20) à l'opposé de la chambre hydraulique (17) et reliée à une conduite de retour.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la section du piston d' actionneur (101) est supérieure à celle du piston d'aiguille (121).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une première surface de guidage (131) dans laquelle le piston d' actionneur
(101) est monté coulissant, la première surface de guidage (131) débouchant dans une première chambre de décompression (19) à l'opposé de la chambre hydraulique (17).
4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'aiguille (12) comporte une bague (122) fixée à l'aiguille (12) et montée coulissante dans le corps tubulaire (11), une première extrémité de la bague (122) étant en communication avec le conduit d'alimentation (111), l'autre extrémité étant en contact avec la deuxième chambre de décompression
(20) .
5. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel une pièce d'adaptation (13) est emmanchée dans le corps tubulaire (11) et porte la première et la deuxième surface de guidage (131, 132) .
6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'actionneur est un actionneur (10) magnétostrictif .
7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'actionneur est un actionneur electrostrictif, par exemple un actionneur (10') piézoélectrique .
8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'appui de l'actionneur (10) sur le corps tubulaire (11), les moyens d'appui étant choisis parmi des moyens d'appui hydrauliques (14) ou des moyens d'appui élastiques.
9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de maintien (124, 21) en appui de la tête (120) de l'aiguille (12) sur le siège (110).
10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les moyens de maintien comportent un ressort (21) prenant appui sur le corps tubulaire (11) et sur le piston d'aiguille (121) .
11. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les moyens de maintien comportent un aimant (124) faisant naître une force magnétique d'attraction entre le piston d'aiguille (121) et le piston.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2978301B1 (fr) 2011-07-18 2013-08-02 Renault Sa Procede d'assemblage d'un transducteur ultrasonore et transducteur obtenu par le procede
EP2863048B1 (fr) * 2013-10-21 2017-12-06 C.R.F. Società Consortile Per Azioni Électro-injecteur à combustible pour système d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4473189A (en) * 1981-10-08 1984-09-25 Robert Bosch Gmbh Fuel injection valve, particularly for diesel engines
DE19843570A1 (de) * 1998-09-23 2000-03-30 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
DE10160191A1 (de) * 2001-12-07 2003-06-26 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffinjektor mit fremdbetätigtem Steller und optimierter Systemdruckversorgung
DE10203655A1 (de) * 2002-01-30 2004-01-22 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzventil
FR2854664B1 (fr) 2003-05-09 2006-06-30 Renault Sa Dispositif d'injection de fluide
FR2889257B1 (fr) 2005-08-01 2007-11-02 Renault Sas Dispositif d'injection de carburant et procede de commande d'un tel dispositif
DE102005037267A1 (de) * 2005-08-08 2007-02-15 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzventil
DE102006036779A1 (de) * 2006-08-07 2008-02-14 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffinjektor mit direkter Nadelsteurung und Servoventil-Unterstützung
DE102006036780A1 (de) * 2006-08-07 2008-02-21 Robert Bosch Gmbh Krafstoffinjektor mit direkter Nadelsteuerung und Servoventil-Unterstützung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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