EP1717438A1 - Dispositif de contrôle actif pour compenser des efforts générateurs de vibrations et véhicule automobile comprenant un tel dispositif. - Google Patents

Dispositif de contrôle actif pour compenser des efforts générateurs de vibrations et véhicule automobile comprenant un tel dispositif. Download PDF

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EP1717438A1
EP1717438A1 EP06300413A EP06300413A EP1717438A1 EP 1717438 A1 EP1717438 A1 EP 1717438A1 EP 06300413 A EP06300413 A EP 06300413A EP 06300413 A EP06300413 A EP 06300413A EP 1717438 A1 EP1717438 A1 EP 1717438A1
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EP
European Patent Office
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actuator
control device
active control
injector
valve
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06300413A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Cyril Peronnet
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.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
    • F02M2200/306—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using mechanical means

Definitions

  • the invention relates to an active control device for compensating vibration-generating forces generated by a first actuator of a nozzle carrier, a source of vibration, mounted on an internal combustion engine and capable of receiving and transmitting vibrations.
  • the invention also relates to an internal combustion engine comprising such a device.
  • Recent approaches to reduce the noise that a motor vehicle in general and a particular powertrain generate are increasingly directed to the very sources of noise. Indeed, the most effective approaches to reduce noise and vibration, are to act closer to the source, or even directly on the cause of noise when possible.
  • the injectors are intended to be mounted, to perform their function, on an engine block provided with at least one combustion chamber in which such an injector must inject a fuel.
  • Injectors are a source of vibration for two reasons.
  • the injectors are a source of vibrations due to the moving parts that are activated for the subsequent preparation of the fuel portions to be injected into the combustion chamber or chambers according to the engine speed. These parts are generally solicited in translatory and oscillatory movements.
  • Injectors are then a source of vibration due to pressure changes that occur continuously during the preparation and injection of fuel portions. Each change of pressure, and in particular each discharge of pressure, generates vibrations. These vibrations propagate in the form of a directly audible acoustic radiation. Other vibrations from the injectors are caused by changes in pressure that cause contractions of the body and parts of the injectors.
  • the noise of the injectors transmitted and radiated by an internal combustion engine is related on the one hand to an exciter phenomenon of the piezoelectric actuator for diesel injectors and needle shock for gasoline injectors.
  • the noise of the injectors is related to the dynamic response of the injector holder to this excitation. This vibratory behavior makes the injector holder emissive on the airway and exciter, on the solid track, for the top of the engine which can in turn radiate.
  • Controlling the quantities of fuel injected imposes needle movements, therefore the actuator, faster and faster to meet the objectives of limiting pollution and to limit the noise of combustion or to limit consumption.
  • the present invention more specifically relates to piezoelectric actuators.
  • provisions similar to those described below can be applied to injectors equipped with other types of actuators.
  • a piezoelectric actuator of a diesel injector is intended to open a valve, allowing thus the hydraulic control of the needle.
  • the piezoelectric actuator has the particular feature of elongating under the effect of an electric current applied thereto. This lengthening makes it possible to push the valve and thus to offer it.
  • the object of the invention is to propose a solution that makes it possible to prevent the generation of vibrations or, at the very least, to reduce the amplitude of the vibrations as much as possible.
  • the object of the invention is achieved with an active control device for compensating vibration-generating forces generated by a first actuator of an injector carrier, a source of vibrations, mounted on an internal combustion engine, capable of receiving and transmit the vibrations.
  • This device comprises a second actuator shaped and arranged to generate forces which are in phase and opposite direction to the vibration-generating forces, the second actuator being controlled by the same control agents as the first actuator.
  • the object of the invention is also achieved with a motor vehicle comprising such an active control device described above.
  • the application of the invention makes it possible to reduce the pulse character of the noise to which the injectors contribute in a rather strong manner, and thus to contribute to the improvement of the acoustic coloration of the motors.
  • the control device is designed to apply a counter-force on the rigid support by means of which the actuator is embedded in the injector holder.
  • the counter-force compensates for the vibratory excitation of the actuator.
  • the counter-force is generated by a second actuator which is identical to the first and which, in a basic configuration, is arranged both opposite and in opposition to the latter.
  • the second actuator is arranged upside down with respect to the first actuator, so that the two actuators generate opposing forces to each other. In ideal situation, the superposition of these opposite forces would lead to the suppression of vibrations.
  • the first actuator and the second actuator are excited by the same control agents, in this case identical electric currents. Since the electric currents exciting respectively the first and second actuators are identical with respect to their amplitude and their phase and possibly, if they are not pure rectangular currents, of the same shape, the two actuators generate substantially identical efforts as regards their amplitude, but not as regards their direction of action. Indeed, due to the opposite position of the two actuators relative to each other, the forces generated respectively by the first and the second actuator are directed in opposite directions. It is also thanks to this arrangement of the invention that the forces generated respectively by the first actuator and the second actuator cancel each other, at least when the operating conditions are ideal.
  • control device of the invention will be more effective than the forces generated by the second actuator will be close to those generated by the first actuator.
  • the second actuator it is provided, according to the invention, for the second actuator to meet in its upper part a mechanical strength equivalent to that which the first actuator meets when it acts on the valve of the injector.
  • the device of the invention comprises a mechanical strength having a predetermined stiffness.
  • the second actuator acts on this mechanical resistance.
  • Belleville washers when used in pairs or more, can be stacked in parallel, that is, all having the same orientation, in series, that is with alternating orientation of a washer. to the other, or in series and in parallel, that is to say in parallel to two or three and with alternating orientation of a duet or triplet to another.
  • other types of springs for example coil springs, may also fulfill this role.
  • the stiffness of the spring is to be taken into account, in addition to the resistance constituted by the valve, to size the spring which is to be disposed vis-à-vis of the second actuator.
  • control device as it has been made so far, might suggest that the invention would apply only to nozzle holders in which the actuator is located in the upper part.
  • the invention is however applicable regardless of the location of the actuator, more particularly in the body of the injector holder, as is more and more often the case on the new generation of injectors.
  • the balance of the forces of the first actuator and the second actuator is obtained by implanting in the upper part of the second actuator, a valve identical to that activated by the first actuator, and ensure above this valve a fuel circulation at the same pressure.
  • the second actuator instead of letting the second actuator act on a mechanical resistance having a predetermined stiffness, the second actuator is allowed to act on the same elements as those on which the first actuator acts.
  • the second actuator By letting the second actuator act on a valve regulating the flow of fuel, which valve is identical, as mechanical strength, to that on which the first actuator acts, and the two valves controlling the circulation of a fuel at the same pressure , the second mechanical actuator opposes the closest possible mechanical resistance to that exerted by the corresponding valve on which acts the first actuator. At the same time this arrangement allows the second actuator to contribute to the lifting of the needle of the injector.
  • the provisions of the invention also make it possible to implant the second actuator not vis-à-vis, but at the periphery of the first actuator.
  • the second actuator has an annular or tubular shape, so that it can be arranged coaxially with the first actuator.
  • the first actuator and the second actuator are no longer controlled by an identical electrical current, but the second actuator is controlled by a current having the same shape as the current controlling the first actuator, but must be in phase opposition with respect to the current exciting the first actuator.
  • This coaxial arrangement of the two actuators of the device of the invention makes it possible, as for the other designs described above, to balance the second actuator by using mechanical resistances having a predetermined stiffness, for example a coil spring or a Belleville spring. or by associating the mechanical resistance with a hydraulic control intended to exert a resistance as close as possible to that exerted by the valve on which the first actuator acts.
  • the active control device according to the invention which can also be called an active compensation device, intervenes in the injector holder much closer to the source of vibration than could be done by other ways.
  • the device of the invention does not intervene in the transmission of vibrations, but has for vocation to compensate the vibrations inevitably generated before they can be transmitted towards the upper part of the engine to internal combustion or by air to the outside of the engine.
  • the devices of the invention that derive the best part from it are those using a piezoelectric actuator.
  • the device of the invention can also be made with any other type of actuator, for example of the electromagnet type.
  • the principle of the present invention nevertheless remains valid for such achievements too.
  • the present invention makes it possible, as already mentioned above, to reduce both the noise level radiated by the nozzle holder (airway) and to reduce the vibration excitation imposed on the upper part of the engine (solid track).
  • a proof-of-principle test was carried out which made it possible to demonstrate the acoustic gain.
  • a piezoelectric injector of mass production was provided with a second actuator identical to the first and was driven with the same electric control, but without counter-force, neither by a spring nor by a valve.
  • Diagrams appended to the description and commented on later allow a comparison between an injector with a single piezoelectric actuator, an injector with two opposed piezoelectric actuators and an injector with two opposed piezoelectric actuators and acoustic insulation.
  • the second actuator When the injector is provided with a spring or a second valve acting as a mechanical resistance on the second actuator, the second actuator generates a counter-force substantially equivalent to that produced by the first actuator or actuator base to open the hydraulic control valve of the needle. This has the effect of improving the already very significant gains demonstrated in the test-in-principle.
  • the introduction of a valve identical to that used for the hydraulic control of the needle, has the dual advantage of leading to the most complete active control possible piezoelectric excitation, and this for all operating situations, and to contribute to the hydraulic control of the injector needle.
  • This sharing of the needle control between two actuators also makes it possible to improve the injection capabilities of the injector or to use less powerful actuators and thus to limit the consequences of congestion related to the implantation of two actuators instead of one.
  • Figure 1 recalls the provisions of the upper part of an injector holder provided with a single piezoelectric actuator.
  • the injector holder is provided with a piezoelectric actuator 1 intended to act on a valve 2 of a fuel circuit supplying the injector.
  • the actuator When the actuator is excited, it moves, by the piezoelectric effect, in a direction d, that is to say vertically downwards in FIG. 1.
  • an effort F directed in a direction opposite to that of the displacement of the actuator is generated.
  • the axial dynamic force F acts against the displacement of the piezoelectric actuator and generates with it a vibratory effect.
  • FIG. 1 shows, next to the upper part of an injector holder, the shape of the electrical voltage applied to the piezoelectric actuator 1, the resulting vibratory force and the displacement of the front face of the part. piezoelectric.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a control device according to the invention.
  • the injector holder comprises a first actuator 1, a second piezoelectric actuator 3 axially aligned with the first actuator 1, therefore facing each other, but arranged so that the front face of the second actuator 3 moves in a direction opposite to that of the front face of the first actuator 1.
  • the injector holder also comprises a mechanical resistance 4 in the form of a Belleville spring on which the second actuator 3 acts, and a latch 5 to using which the piezoelectric actuator 1 attacks the valve 2 indirectly.
  • FIG. 3 shows the arrangement of two different mechanical resistances, namely a helical spring 61 and a Belleville spring 62, in an injector holder provided with an active control device according to the invention.
  • Such an arrangement is used for example for an injector provided with a valve associated with a counter-thrust spring.
  • the stiffness of the spring 61 must be taken into account, in addition to the resistance constituted by the valve 2, to size the spring 4 which is to be arranged opposite the second actuator .
  • Figures 4A and 4B show that the provisions of the invention are not limited to an application to the upper part of an injector holder, but they can be applied to different implantations in the body of the injector holder.
  • the two actuators 1, 3 of the injector holder of FIG. 4B are arranged at a certain distance from the upper end of the injector holder.
  • FIGS. 5A and 5B respectively represent a simple actuator and the valve on which it acts and, as an alternative embodiment of a device of the invention, a double actuator and the double valve system.
  • the pressurized fuel supplied via the main circuit 11, is therefore also present in the conduit 12 associated with the valve 2.
  • the fuel is on the other hand at a pressure lower in the conduit 13 above the valve 2.
  • a leak towards the conduit 13 occurs, generating a depression above the needle via the nozzle 16, and thus causing its lifting.
  • the device comprises a bypass duct 7 on which the second actuator 3 acts by means of a second valve 8 identical to the valve 2
  • the mechanical stiffness resistance on which the second actuator 3 operates in accordance with the first embodiment described above is replaced by a valve controlling the flow of the fuel in a bypass duct at the same pressure as that in the duct on which the first actuator acts by means of the valve 2.
  • the fuel under pressure, brought via the main circuit 11, is therefore also present in the conduit 12 associated with the first valve 2, and in the conduit 14 associated with the second valve 8.
  • the fuel is against a lower pressure in the led 13 above the valve 2 and in the conduit 15 below the valve 8.
  • a leak to the conduits 13 and 15 occurs, generating a depression above the needle via the nozzles 16 and 17, and thus causing its emergence.
  • This arrangement makes it possible on the one hand to oppose to the second actuator the resistance closest to that exerted by the valve 2 on the first actuator 1 and, on the other hand, this arrangement allows the second actuator to contribute to the lifting of the needle of the injector.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the invention and compares it to an injector holder having only one actuator.
  • the second actuator which is referenced herein 14 is disposed at the periphery of the first actuator 1.
  • the second actuator 14 has a tubular shape and is arranged coaxially around the first actuator 1.
  • the first actuator 1 and the second actuator 14 are controlled by electric currents of identical amplitudes or shapes, but in opposition to phase relative to each other, as shown by the applied voltage diagrams.
  • the first actuator 1 generates in both embodiments a force F 1 directed upwards, according to the representation of FIG. 6.
  • the second actuator 14 generates in the second embodiment a force F 2 directed towards the bottom, according to the representation of Figure 6.
  • a force F which is the vector difference of the forces F 1 , F 2 of the two actuators 1, 14 and which is, according to the example shown, a small residual effort directed to the top. Consequently, the active control device chosen does not completely compensate for the vibrations generated by the actuator 1, but reduces them significantly anyway.
  • FIG. 7 refers to a proof-of-principle test described above, intended to demonstrate the acoustic gain illustrated in the diagrams constituting FIGS. 8 and 9.
  • the three configurations shown in FIG. 7, which were compared during the test of FIG. Principally, are identified by the numbers 1, 2 and 3. To these configurations correspond the test results marked with the same numbers in Figures 8 and 9.
  • the configuration 1 was that of an injector holder with a single piezoelectric actuator.
  • Configuration 2 was that of a piezoelectric double actuator injector whose movable face of the second actuator was first visible and free of any stress, so noise generator.
  • the configuration 3 was that of a piezoelectric double actuator injector with a slight acoustic insulation of the second actuator.
  • FIGS. 8 and 9 allow a comparison between an injector with a single piezoelectric actuator, an injector with two opposed piezoelectric actuators and an injector with two opposed piezoelectric actuators and an acoustic insulation.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de contrôle actif pour compenser des efforts générateurs de vibrations engendrés par un premier actionneur (1) d'un porte-injecteur, source de vibrations, monté sur un moteur à combustion interne, susceptible de recevoir et de transmettre les vibrations, ce dispositif de contrôle comprenant un second actionneur (3) conformé et disposé pour engendrer des efforts qui sont en phase et opposés aux efforts générateurs de vibrations, le second actionneur (3) étant commandé par les mêmes agents de contrôle que le premier actionneur (1)et des moyens(4, 7) propres à générer une résistance mécanique rencontrée par le second actionneur équivalente à celle que le premier injecteur rencontre lorsqu'il agit.

Description

  • L'invention concerne un dispositif de contrôle actif pour compenser des efforts générateurs de vibrations engendrés par un premier actionneur d'un porte-injecteur, source de vibrations, monté sur un moteur à combustion interne et susceptible de recevoir et de transmettre les vibrations. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comportant un tel dispositif.
  • Lors de la conception d'un véhicule automobile, il est de tradition depuis longtemps de prévoir des moyens destinés à empêcher la génération de vibrations ou, pour le moins, de prévoir des moyens destinés à les amortir. Un exemple typique en sont les amortisseurs de vibration que l'on utilise pour la suspension du bloc moteur dans le châssis du véhicule. On utilise à cet effet, par exemple, des blocs de caoutchouc.
  • Les approches récentes pour diminuer les bruits qu'un véhicule automobile en général et un groupe motopropulseur en particulier génèrent sont de plus en plus dirigées vers les sources même des bruits. En effet, les approches les plus efficaces en vue de réduire le bruit et les vibrations, consistent à agir au plus près de la source, voire directement sur la cause du bruit lorsque cela est possible.
  • Un des bruits les plus prononcés d'un groupe motopropulseur dans un véhicule automobile est le bruit engendré par les injecteurs, et cela particulièrement dans les moteurs à allumage par compression.
  • Les injecteurs sont destinés à être montés, pour exercer leur fonction, sur un bloc moteur pourvu d'au moins une chambre de combustion dans laquelle un tel injecteur doit injecter un carburant.
  • Les injecteurs sont source de vibration à double titre. D'abord, les injecteurs sont source de vibrations en raison des pièces mobiles qui sont activées pour la préparation consécutive des portions de carburant destinées à être injectées dans la ou les chambres de combustion suivant le régime du moteur. Ces pièces sont en général sollicitées en mouvements translatoire et oscillatoire.
  • Les injecteurs sont ensuite source de vibrations en raison des changements de pression qui ont continuellement lieu pendant la préparation et l'injection des portions de carburant. Chaque changement de pression, et notamment chaque décharge de pression, engendre des vibrations. Ces vibrations se propagent sous la forme d'un rayonnement acoustique directement audible. D'autres vibrations issues des injecteurs ont pour origine les changements de pression qui entraînent des contractions du corps et des pièces des injecteurs.
  • Le bruit des injecteurs transmis et rayonnés par un moteur à combustion interne est lié d'une part à un phénomène excitateur de l'actionneur piézo-électrique pour des injecteurs Diesel et du choc d'aiguille pour les injecteurs essence. D'autre part, le bruit des injecteurs est lié à la réponse dynamique du porte-injecteur à cette excitation. Ce comportement vibratoire rend le porte-injecteur émissif sur la voie aérienne et excitateur, sur la voie solidienne, pour le haut du moteur qui peut à son tour rayonner.
  • La maîtrise des quantités de carburant injectées impose des mouvements d'aiguille, donc de l'actionneur, de plus en plus rapides pour répondre aux objectifs de limitation de la pollution et pour limiter le bruit de combustion ou encore pour limiter la consommation.
  • Il est donc nécessaire de contrôler l'excitation dynamique des injecteurs à sa source. La présente invention traite plus particulièrement des actionneurs piézo-électriques. Toutefois, des dispositions analogues à celles exposées plus loin peuvent s'appliquer à des injecteurs équipés d'autres types d'actionneurs.
  • Un actionneur piézo-électrique d'un injecteur diesel a pour vocation d'ouvrir une valve, permettant ainsi la commande hydraulique de l'aiguille. L'actionneur piézo-électrique possède la particularité de s'allonger sous l'effet d'un courant électrique qui lui est appliqué. Cet allongement permet de pousser la vanne et ainsi de l'offrir.
  • Pour le bon fonctionnement, il est nécessaire d'assurer que l'allongement de l'actionneur soit dirigé vers la partie agissant sur la vanne et non pas à son autre extrémité. Ceci est classiquement assuré par un encastrement de l'actionneur en la partie supérieure, c'est-à-dire dans la partie opposée à celle qui agit sur la vanne. L'actionneur est encastré dans un support suffisamment rigide pour empêcher toute déformation nuisible au déplacement souhaité dans la partie inférieure. Le porte-injecteur subit en conséquence, via un tel support, l'effort dynamique axial de l'actionneur.
  • La nature double des injecteurs en tant que source de vibrations a déjà donné lieu à des solutions favorisant plutôt l'un ou plutôt l'autre des deux phénomènes énoncés plus haut. Toutefois, ces solutions concernaient à chaque fois l'injecteur lui-même ou l'utilisation d'une pièce supplémentaire lors du montage de l'injecteur. Mais en raison des températures locales que l'on rencontre, par exemple, dans la partie inférieure d'un injecteur ou en contact avec la culasse, l'utilisation de pièces complémentaires, par exemple d'intercalaires viscoélastiques, n'est pas toujours possible.
  • Le but de l'invention est de proposer une solution qui permette d'empêcher la génération de vibrations ou, pour le moins, de réduire l'amplitude des vibrations le plus possible.
  • Le but de l'invention est atteint avec un dispositif de contrôle actif pour compenser des efforts générateurs de vibrations engendrés par un premier actionneur d'un porte-injecteur, source de vibrations, monté sur un moteur à combustion interne, susceptible de recevoir et de transmettre les vibrations.
  • Ce dispositif comprend un second actionneur conformé et disposé pour engendrer des efforts qui sont en phase et de direction opposée aux efforts générateurs de vibrations, le second actionneur étant commandé par les mêmes agents de contrôle que le premier actionneur.
  • Le but de l'invention est également atteint avec un véhicule automobile comprenant un tel dispositif de contrôle actif décrit plus haut.
  • Grâce aux dispositions de l'invention, l'amplitude des excitations induites par les actionneurs est réduite, ce qui permet de diminuer :
    • le niveau de bruit rayonné par un porte-injecteur (voie aérienne) et
    • l'excitation vibratoire imposée à la partie supérieure du moteur (voie solidienne).
  • Ainsi, l'application de l'invention permet de réduire le caractère impulsionnel du bruit auquel les injecteurs contribuent de manière assez forte, et de contribuer donc à l'amélioration de la coloration acoustique des moteurs.
  • Par ailleurs, dans un de deux modes de réalisation de l'invention décrits ci-après, il est en plus possible de tirer profit des dispositions de l'invention pour améliorer en même temps les capacités d'injection du système, tout en limitant l'encombrement induit par l'implantation du dispositif de contrôle.
  • Le dispositif de contrôle selon l'invention est conçu de manière à appliquer un contre-effort sur le support rigide moyennant lequel l'actionneur est encastré dans le porte-injecteur. Ainsi, le contre-effort compense l'excitation vibratoire de l'actionneur.
  • Le contre-effort est engendré par un second actionneur qui est identique au premier et qui, selon une configuration de base, est disposé à la fois en vis-à-vis et en opposition à ce dernier. En d'autres mots, le second actionneur est disposé à l'envers par rapport au premier actionneur, de manière que les deux actionneurs engendrent des efforts opposés l'un à l'autre. Dans une situation idéale, la superposition de ces efforts opposés conduirait à la suppression des vibrations.
  • Selon les dispositions de l'invention, le premier actionneur et le second actionneur sont excités par les mêmes agents de contrôle, en l'occurrence des courants électriques identiques. Du fait que les courants électriques excitant respectivement le premier et le second actionneur sont identiques en ce qui concerne leur amplitude et leur phase et éventuellement, s'il ne s'agit pas de courants rectangulaires pures, de même forme, les deux actionneurs engendrent sensiblement des efforts identiques en ce qui concerne leur amplitude, mais non pas en ce qui concerne leur direction d'action. En effet, en raison de la position opposée des deux actionneurs l'un par rapport à l'autre, les efforts engendrés respectivement par le premier et par le second actionneur, sont dirigés dans des directions opposées. C'est d'ailleurs grâce à cette disposition de l'invention que les efforts engendrés respectivement par le premier actionneur et par le second actionneur s'annulent l'un l'autre, pour le moins lorsque les conditions de fonctionnement sont idéales. Il est aisé de comprendre que le dispositif de contrôle de l'invention sera d'autant plus efficace que les efforts engendrés par le second actionneur seront proches de ceux engendrés par le premier actionneur. Pour approcher le fonctionnement du dispositif de contrôle de l'invention le plus possible à un tel équilibre, il est prévu, selon l'invention, que le second actionneur rencontre en sa partie supérieure une résistance mécanique équivalente à celle que le premier actionneur rencontre lorsqu'il agit sur la valve de l'injecteur.
  • Pour réaliser une telle résistance mécanique, l'invention prévoit deux dispositions différentes. Selon la première, le dispositif de l'invention comprend une résistance mécanique ayant une raideur prédéterminée. Le second actionneur agit sur cette résistance mécanique. La raideur de la résistance mécanique doit être ajustée au mieux pour compenser la résistance exercée par la valve de l'injecteur. Dans le cas d'une attaque directe de l'actionneur piézo-électrique sur la valve, la raideur sera K = P·S/d, où P est la pression du carburant sous la valve, S est la surface de la valve soumise à cette pression et d est le déplacement de l'actionneur et donc de la valve.
  • Selon une variante de réalisation, c'est-à-dire dans le cas d'une attaque indirecte telle que par des linguets, on cherchera à compenser le moment d'effort, c'est-à-dire K = P·S·δ1/d·δ2.
  • Parmi les différents moyens permettant de constituer une résistance mécanique ajustable, des ressorts formés par un ou plusieurs rondelles Belleville paraissent les plus appropriés à cet effet. Les rondelles Belleville, lorsqu'elles sont utilisées à deux ou plus, peuvent être superposées en parallèle, c'est-à-dire ayant toutes la même orientation, en série, c'est-à-dire avec orientation alternée d'une rondelle à l'autre, ou en série et en parallèle, c'est-à-dire en parallèle à deux ou trois et avec orientation alternée d'un duo ou triplet à l'autre. Toutefois, d'autres types de ressorts, par exemple des ressorts hélicoïdaux, pourront également remplir ce rôle.
  • Lorsque l'injecteur comporte une valve associée à un ressort de contre-poussée, la raideur du ressort est à prendre en compte, en plus de la résistance constituée par la valve, pour dimensionner le ressort qui est à disposer en vis-à-vis du second actionneur. Dans le cas d'une attaque directe de l'actionneur piézo-électrique sur la valve, la raideur qui est à compenser, est alors définie par K = P·S/d + K'. Dans le cas d'une attaque indirecte telle qu'un système de linguet, le moment de l'effort à compenser est défini par K = P·S·δ1/d·δ2 + K'·δ1/d·δ2.
  • La description du dispositif de contrôle selon l'invention, telle qu'elle a été faite jusqu'ici, pourrait laisser penser que l'invention s'appliquerait uniquement à des porte-injecteurs dans lesquels l'actionneur est implanté en partie supérieure. L'invention est toutefois applicable quelle que soit l'implantation de l'actionneur, plus particulièrement dans le corps du porte-injecteur, comme c'est de plus en plus souvent le cas sur les porte-injecteurs de nouvelles générations.
  • Quelle que soit donc l'implantation de l'actionneur dans un porte-injecteur, il convient, selon l'invention, de disposer deux actionneurs en vis-à-vis avec des directions d'action opposée, et de les équilibrer éventuellement, en utilisant une raideur optimisée, soit pour compenser l'effort de la pression du carburant et celui du ressort de la valve, dans le cas d'une attaque directe, soit en compensant le moment de l'effort de pression plus celui des ressorts sur la valve, dans le cas d'une attaque indirecte.
  • Selon une conception différente du dispositif de contrôle de l'invention, l'équilibre des efforts du premier actionneur et du second actionneur est obtenu en implantant en partie supérieure du second actionneur, une valve identique à celle activée par le premier actionneur, et d'assurer au-dessus de cette valve une circulation de carburant à la même pression. En d'autres termes, au lieu de laisser agir le second actionneur sur une résistance mécanique ayant une raideur prédéterminée, on laisse agir le second actionneur sur les mêmes éléments que ceux sur lesquels agit le premier actionneur.
  • En laissant agir le second actionneur sur une valve régulant la circulation du carburant, valve qui est identique, en tant que résistance mécanique, à celle sur laquelle agit le premier actionneur, et les deux valves commandant la circulation d'un carburant à la même pression, on oppose au second actionneur la résistance mécanique la plus proche possible de celle exercée par la valve correspondante sur laquelle agit le premier actionneur. En même temps cette disposition permet au second actionneur de contribuer à la levée de l'aiguille de l'injecteur.
  • Les dispositions de l'invention permettent également d'implanter le second actionneur non pas en vis-à-vis, mais en périphérie du premier actionneur.
  • Sur le plan pratique, cela signifie que le second actionneur a une forme annulaire ou tubulaire, de manière à pouvoir être disposé coaxialement par rapport au premier actionneur. Afin d'obtenir dans une telle configuration des deux actionneurs que le second actionneur génère bien un contre-effort par rapport à celui engendré par le premier actionneur, le premier actionneur et le second actionneur ne sont plus commandés par un courant électrique identique, mais le second actionneur est commandé par un courant ayant la même forme que le courant commandant le premier actionneur, mais qui doit être en opposition de phase par rapport au courant excitant le premier actionneur.
  • Cette disposition coaxiale des deux actionneurs du dispositif de l'invention permet, de même que pour les autres conceptions décrites plus haut, d'équilibrer le second actionneur en utilisant des résistances mécaniques ayant une raideur prédéterminée, par exemple un ressort hélicoïdal ou un ressort Belleville ou encore en associant la résistance mécanique à une commande hydraulique destinée à exercer une résistance la plus proche possible de celle exercée par la valve sur laquelle agit le premier actionneur.
  • Il est aisé de comprendre que le dispositif de contrôle actif selon l'invention, que l'on peut également appeler un dispositif de compensation active, intervient dans le porte-injecteur beaucoup plus proche de la source de vibration que cela ne pourrait être fait par d'autres moyens.
  • Il est par ailleurs également aisé à comprendre que le dispositif de l'invention n'intervient pas dans la transmission de vibrations, mais a pour vocation de compenser les vibrations inévitablement engendrées avant qu'elles ne puissent être transmises vers la partie haute du moteur à combustion interne ou par la voie aérienne vers l'extérieur du moteur.
  • Il est également aisé à comprendre que les dispositifs de l'invention qui en tirent la meilleure partie sont ceux utilisant un actionneur piezo-électrique. Toutefois, il convient de souligner que le dispositif de l'invention peut également être réalisé avec tout autre type d'actionneur, par exemple du type électro-aimant. Même si pour une telle réalisation il devrait être moins facile d'établir l'équilibre entre les effets engendrés respectivement par le premier actionneur et le second actionneur, le principe de la présente invention reste néanmoins valable pour de telles réalisations aussi.
  • La présente invention permet, comme déjà évoqué plus haut, de diminuer aussi bien le niveau de bruit rayonné par le porte-injecteur (voie aérienne) que de diminuer l'excitation vibratoire imposée à la partie haute du moteur (voie solidienne).
  • Pour vérifier l'efficacité de la présente invention sur la diminution du bruit, un essai de principe a été effectué qui permettait de démontrer le gain acoustique. Lors de cet essai, un injecteur piezo-électrique de fabrication en série a été pourvu d'un second actionneur identique au premier et a été piloté avec la même commande électrique, mais sans contre-effort, ni par un ressort ni par une valve.
  • Pendant cet essai de principe, la face mobile du second actionneur était visible et libre de toute contrainte, donc génératrice de bruit. Pour cette raison, un essai additionnel a été mené, avec l'isolation acoustique de cette face.
  • Des diagrammes annexés à la description et commentés plus loin permettent une comparaison entre un injecteur avec un seul actionneur piezo-électrique, un injecteur avec deux actionneurs piezo-électriques opposés et un injecteur avec deux actionneurs piezo-électriques opposés et une isolation acoustique.
  • Lorsque l'on pourvoit l'injecteur avec un ressort ou une seconde valve agissant comme résistance mécanique sur le second actionneur, le second actionneur engendre un contre-effort sensiblement équivalent à celui produit par le premier actionneur ou actionneur de base, pour ouvrir la valve de commande hydraulique de l'aiguille. Ceci a pour effet d'améliorer les gains déjà très importants démontrés lors de l'essai de principe.
  • Il s'ensuit que l'utilisation à cet effet d'un ressort correctement dimensionné permet d'aboutir à un contrôle actif de l'excitation piezo-électrique, de façon optimisée pour la situation de fonctionnement la plus critiquée en bruit d'injecteur.
  • De manière analogue, la mise en place d'une valve, identique à celle utilisée pour la commande hydraulique de l'aiguille, présente le double avantage de conduire à un contrôle actif le plus complet possible de l'excitation piezo-électrique, et cela pour toutes les situations de fonctionnement, et de contribuer à la commande hydraulique de l'aiguille de l'injecteur. Ce partage de la commande d'aiguille entre deux actionneurs permet par ailleurs d'améliorer les capacités d'injection de l'injecteur ou d'avoir recours à des actionneurs de moindre puissance et donc de limiter les conséquences d'encombrement liées à l'implantation de deux actionneurs à la place d'un seul.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après de deux modes de réalisation. La description est faite en référence aux dessins dans lesquels :
    • la figure 1 montre schématiquement la partie supérieure d'un injecteur avec un actionneur piezo-électrique,
    • la figure 2 montre la partie supérieure d'un porte-injecteur avec deux actionneurs piezo-électriques selon l'invention,
    • la figure 3 montre, par extrait, la disposition de deux types de résistances mécaniques, pour le cas de valves associées à un ressort de contre-poussée,
    • la figure 4 montre le principe d'une disposition de deux actionneurs piezo-électriques en opposition,
    • la figure 5 montre une variante du dispositif de l'invention de la figure 2,
    • la figure 6 montre un dispositif de contrôle actif selon un second mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 7 montre trois dispositions différentes de la partie supérieure d'un injecteur pour un essai de principe, et
    • les figures 8 et 9 sont des diagrammes montrant les résultats d'un essai de principe démontrant les avantages obtenus par la présente invention.
  • La figure 1 rappelle les dispositions de la partie supérieure d'un porte-injecteur pourvu d'un seul actionneur piezo-électrique. Le porte-injecteur est pourvu d'un actionneur piezo-électrique 1 destiné à agir sur une valve 2 d'un circuit de carburant alimentant l'injecteur. Lorsque l'actionneur est excité, il se déplace, par l'effet piezo-électrique, dans une direction d, c'est-à-dire verticalement vers le bas dans la figure 1. En réaction à ce déplacement, un effort F dirigé dans une direction opposée à celle du déplacement de l'actionneur est engendré. L'effort dynamique axial F agit à l'encontre du déplacement de l'actionneur piezo-électrique et engendre avec celui-ci un effet vibratoire.
  • La figure 1 montre à côté de la partie supérieure d'un porte-injecteur, la forme de la tension électrique appliquée à l'actionneur piezo-électrique 1, l'effort vibratoire qui en résulte et le déplacement de la face avant de la pièce piezo-électrique.
  • La figure 2 montre un premier mode de réalisation d'un dispositif de contrôle selon l'invention. Selon cette disposition, le porte-injecteur comprend un premier actionneur 1, un second actionneur piezo-électrique 3 axialement aligné sur le premier actionneur 1, donc en vis-à-vis, mais disposé de manière à ce que la face avant du second actionneur 3 se déplace dans une direction opposée à celle de la face avant du premier actionneur 1. Le porte-injecteur comprend également une résistance mécanique 4 sous la forme d'un ressort Belleville sur laquelle agit le second actionneur 3, et un linguet 5 à l'aide duquel l'actionneur piezo-électrique 1 attaque la valve 2 de manière indirecte.
  • La figure 3 montre la disposition de deux résistances mécaniques différentes, à savoir un ressort hélicoïdal 61 et un ressort Belleville 62, dans un porte-injecteur pourvu d'un dispositif de contrôle actif selon l'invention. Une telle disposition est utilisée par exemple pour un injecteur pourvu d'une vanne associée à un ressort de contre-poussée. Pour pouvoir équilibrer les efforts des deux actionneurs complémentaires, la raideur du ressort 61 est à prendre en compte, en plus de la résistance constituée par la valve 2, pour dimensionner le ressort 4 qui est à disposer en vis-à-vis du second actionneur.
  • Les figures 4A et 4B montrent que les dispositions de l'invention ne sont pas limitées à une application à la partie supérieure d'un porte-injecteur, mais qu'elles puissent être appliquées à différentes implantations dans le corps du porte-injecteur. Ainsi, comme l'actionneur 1 dans le porte-injecteur de la figure 4A, les deux actionneurs 1, 3 du porte-injecteur de la figure 4B sont disposés à une certaine distance de l'extrémité supérieure du porte-injecteur.
  • Les figures 5A et 5B représentent respectivement un actionneur simple et la valve sur laquelle il agit et, en tant que variante de réalisation d'un dispositif de l'invention, un actionneur double et le système de double valve.
  • Dans un porte-injecteur à actionneur simple, comme représenté sur la figure 5A, le carburant sous pression, amené via le circuit principal 11, est donc aussi présent dans le conduit 12 associé à la valve 2. Le carburant est par contre à une pression inférieure dans le conduit 13 au-dessus de la valve 2. Lors de la poussée par l'actionneur de la valve 2, une fuite vers le conduit 13 se produit, générant une dépression au-dessus de l'aiguille via le gicleur 16, et provoquant ainsi sa levée.
  • Dans un porte-injecteur utilisant l'invention, donc à actionneur double comme représenté sur la figure 5B, le dispositif comprend un conduit de dérivation 7 sur lequel agit le second actionneur 3 par le biais d'une seconde valve 8 identique à la valve 2. Selon cette variante de réalisation, la résistance mécanique à raideur ajustée sur laquelle agit le second actionneur 3 suivant le premier mode de réalisation décrit plus haut est remplacée par une valve contrôlant le flux du carburant dans un conduit de dérivation à la même pression que celle dans le conduit sur lequel agit le premier actionneur moyennant la valve 2.
  • Le carburant sous pression, amené via le circuit principal 11, est donc aussi présent dans le conduit 12 associé à la première valve 2, et dans le conduit 14 associé à la seconde valve 8. Le carburant est par contre à une pression inférieure dans le conduit 13 au-dessus de la valve 2 et dans le conduit 15 en dessous de la valve 8. Lors de la poussée, par l'actionneur correspondant, des valves 2 et 8, une fuite vers les conduits 13 et 15 se produit, générant une dépression au-dessus de l'aiguille via les gicleurs 16 et 17, et provoquant ainsi sa levée.
  • Cette disposition permet d'une part d'opposer au second actionneur la résistance la plus proche de celle exercée par la valve 2 sur le premier actionneur 1 et, d'autre part, cette disposition permet au second actionneur de contribuer à la levée de l'aiguille de l'injecteur.
  • La figure 6 montre un second mode de réalisation de l'invention et le compare à un porte-injecteur n'ayant qu'un seul actionneur. Selon le second mode de réalisation, le second actionneur, qui est référencé ici 14, est disposé en périphérie du premier actionneur 1. En d'autres mots, le second actionneur 14 a une forme tubulaire et est disposé coaxialement autour du premier actionneur 1. Le premier actionneur 1 et le second actionneur 14 sont commandés par des courants électriques d'amplitudes ou formes identiques, mais en opposition de phase l'un par rapport à l'autre, comme cela est représenté par les diagrammes de tensions appliquées.
  • Selon cette disposition, le premier actionneur 1 engendre dans les deux modes de réalisation un effort F1 dirigé vers le haut, selon la représentation de la figure 6. Et le second actionneur 14 engendre dans le second mode de réalisation un effort F2 dirigé vers le bas, selon la représentation de la figure 6. Il en résulte un effort F qui est la différence vectorielle des efforts F1, F2 des deux actionneurs 1, 14 et qui est, selon l'exemple représenté, un petit effort résiduel dirigé vers le haut. En conséquence, le dispositif de contrôle actif choisi ne compense pas entièrement les vibrations engendrées par l'actionneur 1, mais les réduits quand même de manière significative.
  • La figure 7 se réfère à un essai de principe décrit plus haut, destiné à démontrer le gain acoustique illustré dans les diagrammes constituant les figures 8 et 9. Les trois configurations représentées sur la figure 7, qui ont été comparées lors de l'essai de principe, sont repérées par les numéros 1, 2 et 3. A ces configurations correspondent les résultats d'essais repérés par les mêmes numéros sur les figures 8 et 9.
  • Pendant cet essai de principe, la configuration 1 était celle d'un porte-injecteur avec un seul actionneur piézo-électrique. La configuration 2 était celle d'un porte-injecteur à double actionneur piézo-électrique dont la face mobile du second actionneur était d'abord visible et libre de toute contrainte, donc génératrice de bruit. Et la configuration 3 était celle d'un porte-injecteur à double actionneur piézo-électrique avec une légère isolation acoustique du second actionneur.
  • Les diagrammes annexés à la description (figures 8 et 9) permettent une comparaison entre un injecteur avec un seul actionneur piezo-électrique, un injecteur avec deux actionneurs piezo-électriques opposés et un injecteur avec deux actionneurs piezo-électriques opposés et une isolation acoustique.

Claims (10)

  1. Dispositif de contrôle actif pour compenser des efforts générateurs de vibrations engendrés par un premier actionneur (1) d'un porte-injecteur, source de vibrations, monté sur un moteur à combustion interne, susceptible de recevoir et de transmettre les vibrations, ce dispositif de contrôle comprenant un second actionneur (3) conformé et disposé pour engendrer des efforts qui sont en phase et opposés aux efforts générateurs de vibrations, le second actionneur (3) étant commandé par les mêmes agents de contrôle que le premier actionneur (1)et des moyens(4, 7) propres à générer une résistance mécanique rencontrée par le second actionneur équivalente à celle que le premier injecteur rencontre lorsqu'il agit.
  2. Dispositif de contrôle actif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second actionneur (3) est disposé à l'envers par rapport au premier actionneur (1).
  3. Dispositif de contrôle actif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance mécanique (4) ayant une raideur prédéterminée, sur laquelle agit le second actionneur (3).
  4. Dispositif de contrôle actif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit de dérivation (7) sur lequel agit le second actionneur (3).
  5. Dispositif de contrôle actif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier actionneur (1) et le second actionneur (3) sont commandés par un courant électrique identique.
  6. Dispositif de contrôle actif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier (1) et le second (3) actionneurs sont des actionneurs piézo-électriques.
  7. Dispositif de contrôle actif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier (1) et le second (3) actionneurs sont des électro-aimants.
  8. Dispositif de contrôle actif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second actionneur (11) est disposé en périphérie du premier actionneur (1).
  9. Dispositif de contrôle actif selon la revendication 1 ou 8, caractérisé en ce que le premier actionneur (1) et le second actionneur (11) sont commandés par des courants électriques d'amplitude ou forme identiques, mais en opposition de phase l'un par rapport à l'autre.
  10. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de contrôle actif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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