Brevet FR2854439A1 — publié le 20041105

Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne La présente invention se rapporte au domaine technique des dispositifs d'injections pour moteur à combustion interne, destinés notamment à équiper un véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un type de géométrie et une méthode d'assemblage pour dispositif d'injection de carburant ultrasonore pour moteur à combustion interne. Un tel dispositif est décrit par exemple dans la demande de brevet FR2801346. Ce dispositif est basé sur la déformation d'une structure sous l'action d'éléments actifs qui peuvent être par exemple des céramiques piézo-électriques, et qui constituent un moyen de mise en vibration cyclique lorsque ceux-ci sont pilotés par le système électronique de contrôle moteur. Le dispositif comprend ainsi un injecteur relié à un circuit d'alimentation en carburant sous une pression adaptée, cet injecteur comportant une buse d'injection à l'extrémité de laquelle est ménagé un orifice d'éjection destiné à coopérer avec les moyens de mise en vibration cyclique précités d'une part et d'autre part avec une aiguille dite sortante ou suspendue qui sous l'action des oscillations mécaniques de la dite buse permet de contrôler finement l'ouverture de l'orifice d'éjection. Selon ce même dispositif, la mise sous contrainte des éléments actifs est assurée par la partie arrière de l'injecteur constituant le boîtier, lorsque le dit boîtier vient coopérer avec la buse d'injection selon un assemblage de type vissé. Les éléments actifs sont alors centrés et maintenus sous contrainte entre le dit boîtier et la buse d'éjection, l'effort de serrage entre ces deux éléments étant ainsi ajusté la valeur désirée. Dans tous les cas, avec ce type de dispositif basé sur les déformations d'une structure mécanique sous l'effet d'éléments actifs, on est donc confronté au délicat problème d'assurer d'une part une mise sous contrainte contrôlée des éléments actifs afin de permettre un fonctionnement optimal de la structure et d'autre part venir brider l'injecteur sur la culasse sans que l'effort de serrage transmis par la fourchette de bridage ne vienne perturber ni les déformations de la buse, ni le fonctionnement des éléments actifs. En particulier, l'effort de serrage de l'injecteur dans la culasse ne doit en aucun cas venir perturber la valeur de la précontrainte appliquée aux éléments actifs. Comme nous l'avons vu précédemment, dans le cas de la demande de brevet FR2801346, c'est le serrage du boîtier dans la buse d'injection qui définit la précontrainte appliquée aux éléments actifs, Selon ce mode de réalisation, le boîtier coopère donc avec les éléments actifs. Ainsi, i participe donc de manière active au fonctionnement acoustique de la structure. La géométrie et les dimensions du boîtier doivent ainsi être adaptées de manière à assurer d'une part des fonctions de base telles que l'acheminement ou encore l'éventuelle recirculation du carburant et d'autre part un phasage et une réflexion correcte des ondes acoustiques dans l'injecteur garante du bon fonctionnement de ce dernier. Un inconvénient à utiliser le boîtier directement comme moyen de mise sous contrainte des éléments actifs se traduit par le fait que l'on rajoute alors une contrainte supplémentaire dans la conception du dit boîtier à savoir que les phénomènes acoustiques doivent impérativement être pris en compte. Ceci se traduit par des contraintes à respecter au niveau des sections, des longueurs et des types de matériaux. Un autre inconvénient provient du fait que les opérations de maintenance ou de vérification de l'injecteur complet une fois assemblé sont rendues plus difficiles puisque le boîtier ne peut pas être démonté sans que cela ne se traduise également par la libération des éléments actifs. Concernant maintenant le bridage dans la culasse du système précité, une solution est décrite dans la demande de brevet français 0114521. Dans le cas particulier de ce document, le dispositif est ainsi composé d'un joint circulaire, de moyens de mise sous contraintes, comme par exemple une fourchette de bridage, destinés à coopérer avec la partie supérieure de la culasse et une pièce intermédiaire formant un fourreau qui s'étend autour du corps de l'injecteur lorsque ce dernier est inséré à l'intérieur du puits d'injecteur conformé dans la dite culasse. Le fourreau débouche en saillie à l'extérieur du dit puits d'injecteur afin de coopérer selon l'une de ses extrémités avec les moyens de mise sous contraintes précités puis s'étend à l'intérieur du puits d'injecteur afin de venir coopérer selon l'autre de ses extrémités avec une surface d'appui perpendiculaire conformée à l'extrémité de la buse de l'injecteur à proximité immédiate de l'extrémité inférieure du corps de l'injecteur, juste en amont du nez d'éjection destiné à déboucher à l'intérieur de la chambre de combustion. Cette caractéristique inhérente au dispositif de bridage, décrit dans la demande de brevet français 01-14521 permet ainsi d'éviter que les efforts de bridage ne génèrent des déformations dans l'injecteur lors du serrage sur la culasse. En particulier, les efforts de bridage sont ainsi transmis directement à la buse par l'intermédiaire du dit fourreau sans que ces derniers ne transitent ni par le boîtier ni par les éléments actifs en amont de la buse. Un inconvénient cependant de cette solution réside dans le fait que l'encombrement du système de bridage est accru par la présence, dans le puits d'injecteur, du fourreau nécessaire au bridage. Ceci peut s'avérer pénalisant pour l'implantation dans la culasse puisque le diamètre nécessaire doit être adapté afin de prendre en compte cet encombrement supplémentaire par rapport à un système classique dans lequel l'injecteur est bridé par une fourchette qui coopère avec la partie supérieure du dit injecteur située, elle, en dehors de la culasse. Un autre inconvénient réside dans le nombre plus élevé de pièces nécessaire au bridage, et possédant des tolérances de fabrication serrées, génératrices d'un surcoût non négligeable sur la globalité du système. La présente invention a pour objectif de résoudre l'ensemble des problèmes précités et de perfectionner ainsi le dispositif d'injection tel que décrit dans les demandes de brevet français FR2801346 et 0114521. Cette optimisation est rendue possible par une nouvelle géométrie de la buse d'injection et une méthode d'assemblage différente du boîtier et des éléments actifs avec la'dite buse de manière à permettre tout à la fois un découplage acoustique entre la buse et le boîtier, garante d'une plus grande souplesse dans la conception et l'assemblage des différentes parties de l'injecteur, et l'utilisation d'un système de bridage plus classique sans toutefois que cela n'interfère avec le fonctionnement des éléments actifs. Ce but est ,atteint par un dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne comprenant une buse d'injection sensiblement cylindrique formée d'un corps d'injecteur et comprenant sur une première extrémité un nez d'éjection, à l'extrémité duquel le carburant est éjecté, caractérisé en ce que le dispositif comprend une partie cylindrique s'étendant de la deuxième extrémité du corps de l'injecteur et permettant le montage d'un empilement d'éléments actifs, le corps d'injecteur, le nez d'éjection et la partie cylindrique étant traversée par un alésage permettant d'amener le carburant jusqu'au nez d'éjection. Selon un mode particulier de l'invention, l'extrémité libre de la partie cylindrique comprend par un filetage conformé sur sa surface extérieure, le filetage assurant le montage de moyens de mise sous contrainte des éléments actifs. Selon un mode particulier de l'invention, les moyens de mise en précontrainte des éléments actifs sont assurés par un écrou et par une pièce intermédiaire qui transmet aux éléments actifs un effort uniforme de précontrainte sous l'action de l'effort de serrage généré par l'écrou Selon un mode particulier de l'invention, un filetage est formé dans l'alésage pour assurer le montage d'un boîtier de sorte que les efforts de serrage de l'injecteur transmis au boîtier soient transmis jusqu'au corps de l'injecteur sans traverser l'empilement des éléments actifs. Selon un mode particulier de l'invention, le filetage est formé sensiblement au niveau de la surface du corps d'injecteur servant d'appui aux éléments actifs. Selon un mode particulier de l'invention, une surface d'appui conique est conformée en dessous du filetage intérieur. Selon un mode particulier de l'invention, le boîtier comprend une rainure circulaire dans lequel vient se loger l'extrémité de la partie cylindrique lors du montage de façon à assurer le centrage du boîtier. Selon un mode particulier de l'invention, un jeu fonctionnel est ménagé entre la partie cylindrique et l'empilement d'éléments actifs afin d'assurer le passage de fil d'alimentation électrique des éléments actifs. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci- après d'un mode de réalisation de l'invention, présenté à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe de la buse d'injection. - la figure 2 représente une vue d'ensemble, en coupe axiale, d'un mode de réalisation du dispositif d'injection objet de la présente invention. Conformément aux dessins annexés, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. La figure 1 représente une vue en coupe d'une buse d'injection objet de la présente invention. Cette buse d'injection 1 est composé de trois parties au moins partiellement cylindriques possédant chacune une fonction déterminée pour former un transducteur, Les deux parties cylindriques 21 et 2 formant la partie inférieure de la buse 1 d'injection objet de la présente invention possèdent une forme similaire à celle décrite dans la demande de brevet français 0114521. D'après la demande de brevet français 01-14521, les deux parties cylindriques 21 et 2 de diamètres décroissants forment respectivement le corps de l'injecteur 21 et le nez 2 d'éjection. Une collerette 3 destinée à venir coopérer en appui sur la culasse est conformée à l'extrémité inférieure de la partie 21. Les longueurs respectives du corps de l'injecteur 21 et du nez 2 d'éjection sont dimensionnées de manière à obtenir un mode de déformation particulier. Ce dit mode est caractérisé en ce que l'extrémité inférieure circulaire 4 de la collerette 3, et qui définit le raccordement entre le corps de l'injecteur 21 et le nez 2 d'éjection constitue une zone de déformation nulle, c'est-à-dire que tous les points situés sur cette dite extrémité circulaire ne subiront aucun déplacement durant le fonctionnement de l'injecteur. Lors de la fixation du dispositif par l'intermédiaire d'une liaison rigide sur une structure peu déformable, comme par exemple une culasse de moteur, on pourra utiliser avantageusement la dite surface 4 pour brider l'injecteur et laisser ainsi le reste de la structure se déformer librement, afin de garantir un bon fonctionnement du dit l'injecteur. La face supérieure 4 du corps de l'injecteur 21 coopère quant à elle avec des moyens de mise en vibration cycliques, de manière à ce que les vibrations générées par les moyens de mise en vibration cycliques soient transmises et amplifiés par la buse d'injection 1 jusqu'à l'extrémité 5 du nez d'éjection 2. Cette extrémité 5 est destinée à coopérer avec des moyens obturateurs comme par exemple une aiguille (non représentée). Lors du fonctionnement de l'injecteur, les déformations élastiques résultantes de la mise en vibration de la buse d'injection sont maximales au voisinage de l'extrémité 5 du nez 2 d'éjection de manière à provoquer l'ouverture des moyens obturateurs et permettre ainsi la pulvérisation du carburant. Selon une caractéristique de l'invention, une partie cylindrique 6 s'étend en amont du corps de l'injecteur 21 et du nez 2 d'éjection décrites ci-dessus. Cette partie cylindrique 6 s'étend sensiblement perpendiculairement à la surface d'appui 4 du corps 21 de l'injecteur et est destinée à traverser l'empilement des matériaux actifs. Cette partie cylindrique se termine par un filetage 7 destiné à coopérer avec les moyens de mise sous contrainte des matériaux actifs que nous détaillerons plus loin. L'ensemble des trois parties cylindriques 21, 2 et 6 est traversé par un alésage 8 composé de deux sections circulaires de taille décroissantes. Cet alésage 8 est destiné à être traversé de part en part par une aiguille (non représentée) et dans sa partie supérieure, comme nous le verrons plus loin, par l'extrémité d'un boîtier. Le diamètre de l'alésage 8 est ainsi adapté de manière à ce que la différence de section entre l'alésage 8 et l'aiguille permette l'acheminement du fluide sous pression jusqu'à l'orifice d'éjection 5 en réduisant au maximum les pertes de charges hydrauliques dans la structure. Un filetage intérieur 9 est conformé à l'extrémité inférieure de la partie cylindrique 6 sensiblement en vis-à-vis de la surface d'appui 4 selon laquelle les matériaux actifs (non représentés) coopèrent avec le corps 21 de l'injecteur. En dessous de ce filetage 9 et dans l'alésage 8 est conformé une surface d'appui 10, préférentiellement conique, qui définit le raccordement entre les deux sections circulaires de l'alésage 8 qui présente à ce niveau, un rétrécissement de section. La surface d'appui 10 est destinée à venir coopérer avec l'extrémité inférieure d'un boîtier de manière à venir former une liaison étanche au fluide. Le filetage 9 permettant d'assurer la liaison entre la buse 1 d'injection objet de la présente invention et le dit boîtier. En se référant maintenant à la figure 2, nous avons représenté une vue d'ensemble en coupe axiale de la, partie inférieure d'un injecteur utilisant la buse d'injection objet de la présente invention appliqué à un injecteur de type ultrasonore tel que décrit dans la demande de brevet FR2801346. Le nez 2 d'éjection coopère selon son extrémité basse 5 avec une aiguille 10 formant les moyens obturateurs. En amont du nez d'éjection 2 s'étend le corps d'injecteur 21, qui coopère avec la culasse (non représentée) par l'intermédiaire de la collerette 3 dont la face inférieure 4 est destinée à coopérer avec un joint d'étanchéité non représenté. Les longueurs respectives du corps de l'injecteur 21 et du nez d'éjection 2 doivent être ajustées de manière à ce que les déformations cycliques générées dans la buse d'injection soient maximales au niveau du nez 2 d'éjection et nulles au niveau de l'extrémité de la collerette 3. Le choix du matériau pour la buse d'injection 21 doit permettre d'obtenir tout à la fois une déformation suffisante du nez d'injecteur 2 pour permettre l'ouverture cyclique des moyens obturateurs 10 pour un niveau d'énergie de déformation le plus faible possible, et posséder également une limite élastique suffisamment élevée. Le diamètre respectif du corps de l'injecteur 21 et du nez d'éjection 2 dépend quant à lui de l'encombrement maximal souhaité pour l'injecteur. Le corps de l'injecteur 21 possède une forme légèrement conique afin de diminuer l'encombrement tout en conservant une section suffisante de la buse d'injection 1 dans sa partie supérieure en contact avec les matériaux actifs, garante d'un fonctionnement acoustique correct de l'ensemble de la buse d'injection 1. Le corps de l'injecteur 21 coopère selon son extrémité supérieure 4 avec un empilement de matériaux actifs 11 dont le nombre peut être adapté en fonction des performances souhaitées pour l'injecteur, et en particulier le débit. Cet empilement de matériau actif 11 est maintenu en précontrainte par l'action d'un écrou de serrage 12 qui coopère par l'intermédiaire d'un filetage 7 avec l'extrémité de la partie cylindrique 6 de la buse 1 d'injection qui traverse l'empilement des matériaux actifs 11. La section de la partie cylindrique 6 doit dont être adaptée de manière à posséder un encombrement radial le plus faible possible de manière à pouvoir augmenter la section des matériaux actifs 11, tout en possédant cependant résistance mécanique suffisante pour supporter l'effort de précontrainte à appliquer aux matériaux actifs. L'effort de serrage exercé par l'écrou 12 est transmis à l'empilement des matériaux actifs 11 par l'intermédiaire d'une pièce cylindrique 13 formant un anneau intermédiaire de serrage. L'écrou 12 coopère avec la pièce cylindrique 13 selon une surface d'appui 14 dont la section est volontairement réduite de manière à réduire la transmission des ondes acoustiques entre l'écrou 12 et la pièce cylindrique 13. Avec ce type d'assemblage, l'écrou 12 est acoustiquement découplé du reste de la structure formée par la buse d'injection 1, les éléments actifs 11 et la partie cylindrique 13. Un boîtier d'injecteur 15, dont seule la partie inférieure est représentée, coopère avec la buse d'injection 1 selon le filetage 9 conformé à l'intérieur de l'alésage 8 traversant la buse d'injection 1, en vis-à-vis proche de la surface d'appui 4 des éléments actifs 11 sur la buse d'injection 1. L'étanchéité de la liaison précitée est effectuée par l'intermédiaire de la surface d'appui 10 de forme conique. Le boîtier 15 coopère également avec l'extrémité 16 de la partie cylindrique 6 selon une zone de contact formée d'une rainure circulaire de manière à assurer le centrage du boîtier 15 par rapport à la buse 1 d'injection. En fonction du type de matériau choisi, on adaptera la position du point de contact entre le boîtier 15 et l'extrémité 16 de la partie cylindrique 6. Par exemple, pour un boîtier 15 en Acier et une buse 1 d'injection en titane, il est nécessaire d'adapter l'extrémité 16, de manière à ce que les dilatations différentielles des deux matériaux ne provoquent pas de serrage de qui risquerait de nuire au fonctionnement de la structure. Entre la partie cylindrique 6 et l'empilement des matériaux actifs 11 est ménagé un jeu fonctionnel 17 destiné à permettre le passage de fils d'alimentation en courant électrique des éléments actifs 11. Un autre intérêt de disposer d'un anneau intermédiaire de serrage 13 entre l'écrou 12 et les matériaux actifs 11 est de faciliter le passage des fils d'alimentations et le montage de l'ensemble. Pour cela, une solution consiste à aménager un canal radial (non représenté) selon l'extrémité inférieure de l'anneau intermédiaire 13 pour y passer les fils. Le mouvement de rotation de l'écrou 12 durant le serrage n'est pas transmis à l'anneau intermédiaire de serrage 13, il est ainsi possible d'indexer convenablement la sortie des fils en fonction de la position du connecteur électrique (non représenté) situé sur l'arrière du boîtier 15. Avec ce type de montage, le boîtier 15 de l'injecteur est complètement découplé au niveau acoustique du reste de la structure. Cet avantage permet une plus grande souplesse dans la conception du boîtier 15, en particulier pour les formes et le choix des matériaux. Un autre avantage est de permettre un serrage de l'injecteur selon l'extrémité supérieure du boîtier 15 sans que cela n'interfère avec la valeur de la précontrainte appliquée aux matériaux actifs. En effet, l'effort de serrage de l'injecteur ne traverse pas le matériau actif mais est transmis à la buse d'injection par l'intermédiaire de la liaison mécanique entre le boîtier 15 et la partie cylindrique 6 de la buse d'injection 1. Enfin, le boîtier étant isolé acoustiquement du reste de la structure, toute intervention mécanique sur cette partie ne nécessite plus un recalibrage systématique de l'effort de précontrainte des éléments actifs et réduit les risques d'usure ou de pollution des dits éléments, lors de démontages successifs. Un autre avantage de la présente invention est de permettre, par l'ajout d'un anneau intermédiaire de serrage 13, une plus grande facilité de montage de l'ensemble, et en particulier pour le passage des fils d'alimentation en courant électrique. De plus, seule la longueur de la bague 13 joue un rôle acoustique dans le fonctionnement de la structure. Ainsi la longueur et la forme de l'écrou de fixation 12 possèdent donc une plus grande souplesse de réalisation. Selon un second mode de réalisation non représenté, il est cependant possible de supprimer l'anneau intermédiaire de serrage 13 et adapter- la longueur de l'écrou 12 pour obtenir un bon fonctionnement acoustique de la structure. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et. illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne comprenant une buse d'injection (1) sensiblement cylindrique formée d'un corps (21) d'injecteur et comprenant sur une première extrémité un nez (2) d'éjection, à l'extrémité duquel le carburant est éjecté, caractérisé en ce que le dispositif comprend une partie (6) cylindrique s'étendant de la deuxième extrémité du corps (21) de l'injecteur et permettant le montage d'un empilement d'éléments actifs (11), le corps (21) d'injecteur, le nez (2) d'éjection et la partie cylindrique (6) étant traversée par un alésage (8) permettant d'amener le carburant jusqu'au nez (2) d'éjection. 2. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité libre (16) de la partie cylindrique (6) comprend par un filetage (7) conformé sur sa surface extérieure, le filetage (7) assurant le montage de moyens de mise sous contrainte des éléments actifs. 3. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mise en précontrainte des éléments actifs sont assurés par un écrou et par une pièce intermédiaire qui transmet aux éléments actifs (11) un effort uniforme de précontrainte sous l'action de l'effort de serrage généré par l'écrou 4. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un filetage (9) est formé dans l'alésage (8) pour assurer le montage d'un boîtier (15) de sorte que les efforts de serrage de l'injecteur transmis au boîtier soient transmis jusqu'au corps (21) de l'injecteur sans traverser l'empilement des éléments actifs (11). 5. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que le filetage (9) est formé sensiblement au niveau de la surface du corps (21) d'injecteur servant d'appui (4) aux éléments actifs (11). 6. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que une surface d'appui (10) conique est conformée en dessous du filetage (9) intérieur. 7. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le boîtier comprend une rainure circulaire dans lequel vient se loger l'extrémité de la partie cylindrique (6) lors du montage de façon à assurer le centrage du boîtier (15). 8. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'un jeu fonctionnel (17) est ménagé entre la partie cylindrique et l'empilement d'éléments actifs (11) afin d'assurer le passage de fil d'alimentation électrique des éléments actifs (11).