Brevet FR2874663A1 — publié le 20060303

DISPOSITIF DE MISE EN VIBRATION CYCLIQUE D'UNE BUSE D'INJECTEUR La présente invention concerne un dispositif de mise en vibration cyclique d'une buse d'injecteur et plus particulièrement un dispositif de ce type dans lequel un empilement de composants actifs séparés par des électrodes permet la transformation d'un courant électrique en vibrations transférées à la buse de l'injecteur. Un tel dispositif peut, par exemple, être utilisé dans un dispositif d'injection tel que celui décrit dans la demande de brevet FR 99-14548, déposée par la Demanderesse. Par ce document, on connaît un dispositif particulier, destiné à la pulvérisation de fluides dans les systèmes d'injection de carburant d'un véhicule automobile, et caractérisé notamment en ce qu'une buse se déforme élastiquement sous la contrainte d'ondes ultrasonores, de manière à définir en son extrémité une fente annulaire d'éjection par rapport à un siège de soupape. Plus précisément, le corps d'un injecteur comporte au moins un premier organe se composant de moyens aptes à générer des vibrations dans un mode longitudinal à des fréquences ultrasonores tel qu'un transducteur, lequel transducteur se termine dans la partie inférieure par une buse de forme cylindrique dans laquelle sont amplifiées les vibrations provenant du transducteur. Le transducteur comporte une zone constituée d'un empilement de composants actifs piézo-électriques ou magnétostrictifs, qui, respectivement sous l'application d'un champ électrique ou magnétique se déforment en épaisseur. L'empilement de plusieurs composants actifs permet d'additionner les déformations en épaisseur générées par chacun des anneaux. Une précontrainte est exercée sur des anneaux de céramiques piézoélectriques, formant en partie les composants actifs. Ces céramiques sont disposées avec des polarisations anti-parallèles, des électrodes étant interposées entre chaque paire de céramique. Sous l'application d'une tension électrique sur les électrodes des céramiques piézo-électriques, celles-ci se déforment et engendrent une contrainte élastique qui se transmet jusqu'à l'extrémité inférieure de la buse. L'ensemble composé du transducteur et de la buse est dimensionné pour résonner à la fréquence d'excitation des composants actifs et pour amplifier les déplacements longitudinaux jusqu'au niveau de l'extrémité inférieure de la buse. L'objet de la présente invention est de proposer un dispositif améliorant le concept divulgué dans la demande FR 99-14548. Un second objectif de l'invention est que ce dispositif amélioré permette à la fois une utilisation optimale dans un injecteur et une facilité de conception et d'utilisation lors de tests à réaliser avant son montage dans cet injecteur. En réponse à des objectifs que l'on retrouve invariablement chez les différents constructeurs automobiles, la présente invention se veut également peu coûteuse et peu encombrante. Pour répondre à ces objectifs, l'invention propose un dispositif de mise en vibration cyclique d'une buse d'injecteur, dans lequel un empilement de composants actifs séparés par des électrodes permet la transformation d'un courant électrique en vibrations transférées à la buse de l'injecteur. Ce dispositif est caractérisé en ce que cet empilement est composé d'une part de composants actifs sur le pourtour desquels sont aménagés au moins deux rainures distinctes, d'un même premier diamètre et s'étendant sur toute la hauteur des composants, et un moyen d'indexation angulaire du dispositif, et d'autre part d'électrodes sur le pourtour desquels sont aménagés au moins une rainure d'un diamètre équivalent au premier diamètre, une fente d'un diamètre inférieur à celui des rainures, et un moyen d'indexation angulaire du dispositif, et en ce que l'alignement des moyens d'indexations angulaire de chaque composant et électrode correspond à un premier et un deuxième alignement de rainures dans lesquels sont réparties les fentes qui réalisent ponctuellement des rétrécissements dans les rainures. Selon différentes caractéristiques de la présente invention : - les électrodes sont agencées de sorte que les fentes sont réparties, de haut en bas de l'empilement, alternativement dans le premier et le deuxième alignement de rainures. - le diamètre des rainures permet le passage de fils électriques à l'intérieur du volume défini par l'empilement, et en ce que la soudure de ces fils au dispositif est réalisée au niveau de chaque fente présente dans les rainures. - un élément adhésif est utilisé pour solidariser entre eux l'ensemble des moyens d'indexation sur la hauteur du dispositif. - un isolant thermique est positionné entre un composant actif et une électrode. - l'empilement comporte huit composants actifs et neuf électrodes, chaque composant actif étant entouré de deux électrodes.- les composants actifs sont fonnés dans un matériau piézo-électrique. - les composants actifs sont formés dans un matériau magnétorestrictif. L'invention concerne également un moyen d'assemblage d'un tel dispositif de mise en vibration, caractérisé en ce qu'il est formé d'au moins deux éléments latéraux de maintien apte à maintenir empilés les composants actifs et les électrodes, en permettant la rotation de chacun de ces éléments, et d'une pièce d'indexation dans laquelle un guide permet de coopérer avec les moyens d'indexation du dispositif, et en ce que le blocage du dispositif par cette pièce d'indexation permet la soudure des fils électriques dans les rainures et les fentes des composants actifs et des électrodes. L'invention concerne également un injecteur comprenant au moins une buse et un dispositif de mise en vibration cyclique de cette buse tel que décrit ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un injecteur comportant un dispositif de mise en vibration cyclique selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus d'un premier élément du dispositif selon l'invention représenté à la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus d'un second élément du dispositif selon l'invention représenté à la figure 1, - la figure 4 est une représentation schématique du dispositif représenté à la figure 1, - la figure 5 est une représentation schématique d'un moyen d'assemblage du dispositif de mise en vibration cyclique représenté dans les figures précédentes. Tel que représenté à la figure 1, un injecteur 1 comporte entre autre un dispositif de mise en vibration cyclique 10 de la buse d'injecteur 2. Ce dispositif est selon l'invention pré-assemblé avec l'ensemble des composants électriques 12 et 13 formant un empilement piézo-électrique 11, et qui sont respectivement testé une fois positionné sur le dispositif 10, préalablement au montage du dispositif 10 sur l'injecteur 1. Le dispositif de mise en vibration 10 est constitué d'un empilement 11 de différentes électrodes 13, neuf à titre d'exemple sur les figures, et de différentes céramiques 12, huit dans ce même exemple. Les géométries de ces composants sont conçues de manière à permettre, par leur agencement, la connexion de deux fils 14 et 15 sur leurs diamètres extérieurs respectifs et à l'intérieur de leur volume général. Concernant les céramiques 12, tel que représenté à la figure 2, les parties 12e et 12f sont des rainures d'une première dimension correspondant aux passages des fils positif 14 et négatif 15 sans contact électrique sur l'empilement 11. La partie 12d est un moyen d'indexation angulaire pour l'assemblage de l'empilement piézo-électrique 11. Concernant les électrodes 13, tel que représenté à la figure 3, la partie 13a est une fente d'une deuxième dimension plus étroite que la première dimension des rainures 12e et 12f formées sur les céramiques 12. Cette fente 13a vise à créer un rétrécissement par rapport à l'alignement vertical des rainures 12e et 12f, de sorte qu'une connexion par soudure étain peut être réalisée entre la fente 13a et le fil positif 14 ou négatif 15 venant à son contact. La partie 13b est une rainure de dimension similaire à la première dimension des rainures 12e et 12f formées sur les céramiques 12. Cette rainure 13b correspond ainsi au passage des fils 14 et 15 sans contact électrique. De même que pour les céramiques 12, la partie 13c est un moyen d'indexation angulaire pour l'assemblage de l'élément piézo-électrique 11. Sur un moyen approprié 20 tel que représenté à la figure 5, les céramiques 12 et les électrodes 13 sont agencées et empilées de telle sorte que l'on respecte au moins les points suivants : Une indexation angulaire des deux types de composants 12 et 13 est réalisée par un moyen d'indexation 12c et 13c réalisé sur le pourtour de l'empilement 11. Cette indexation permet un empilement régulier des céramiques 12 et des électrodes 13 et un bon positionnement relatif des électrodes 13 par rapport aux céramiques 12, de sorte que les rainures 12e, 12 f, 13b, et les fentes 13a forment deux moyens de guidage verticaux 16 et 17. Cette orientation angulaire des rainures réalisées dans les électrodes 13 et les céramiques 12 permet un alignement des fils 14 et 15 et facilite ainsi leur passage rectiligne et les soudures alternées. Dans cet empilement 11, il est veillé à ce que les céramiques 12 présentent la bonne polarité, chaque céramique 12 étant constituée d'une face polarisée positivement et d'une autre polarisée négativement. Au moins une électrode 13 de l'empilement 11 est renversée, le moyen d'indexation angulaire 13c étant conservé à la même position. Il en découle une inversion angulaire de la fente 13a et de la rainure 13b de cette électrode 13, tel que représenté aux figures 4 et 5. Il s'agit ainsi de présenter au moins une fente 13a d'une électrode 13 dans chaque moyen de guidage vertical 16 et 17 formé par l'empilement 11 des rainures 12e et 12f des céramiques 12. Avantageusement, tel que représenté sur les figures, une électrode 13 sur deux est inversée, de telle sorte qu'une fente 13a est, de haut en bas de l'empilement 11, alternativement présente dans chaque moyen de guidage 16 et 17.Cette disposition permet d'optimiser, à chaque niveau de l'empilement 11, à la fois la connexion par soudure étain des fils électriques 14 d'une polarité donnée mais aussi le passage des fils de l'autre polarité 15 dans le volume interne de l'empilement 11. Une isolation électrique est réalisée par l'interposition d'élément adhésif entre les électrodes 13 et les céramiques 12, évitant de la sorte tous risques de claquage électrique. La tenue mécanique de l'ensemble ainsi réalisé est obtenu par l'insertion d'une colle dans le moyen d'orientation angulaire des composants, et à titre d'exemple la rainure 13c pour les électrodes 13 et la rainure 12d pour les céramiques 12. A titre d'exemple, un moyen d'assemblage 20 d'un dispositif de mise en vibration 10 selon l'invention a été représenté à la figure 5. Dans cet exemple, le moyen d'assemblage 20 est formé de deux éléments latéraux 21 de maintien apte à maintenir empilés les composants actifs 12 et les électrodes 13. Le maintien latéral permet toutefois la rotation de chacun de ces éléments, et permet ainsi d'aligner les moyens d'indexation 12d et 13c de l'empilement 11.A cet effet, le moyen d'assemblage 20 comprend une pièce d'indexation 22 dans laquelle un guide permet de coopérer avec les moyens d'indexation du dispositif Il sera compris que, dans le cadre de l'invention, le guide de la pièce d'indexation 22 peut être un bossage coopérant avec une rainure réalisée dans chaque composant actif et chaque électrode, ou à l'inverse être une rainure coopérant avec des renflements de ces composants actifs et de ces électrodes. L'alignement obtenu des moyens d'indexations permet de réaliser l'alignement des rainures 12e, 12f, 13b et des fentes 13a des différents éléments de l'empilement 11. Le moyen d'assemblage 20 permet un accès aisé aux rainures 12e, 12f, 13b, de telle sorte qu'un opérateur peut alors venir souder les fils électriques 14 et 15 par rapport à l'empilement 11, en réalisant le soudage en particulier au niveau des fentes 13a des électrodes 13, et en guidant les fils dans les rainures des électrodes 13 et des composants actifs 12. Avant le desserrage et le démontage de l'empilement 11, les connexions électriques sont effectuées par soudure à l'étain. Toutes les connexions sont ensuite systématiquement vérifiées. Une fois ces vérifications effectuées, la pièce d'indexation 22 du moyen d'assemblage 20 est retirée, le dispositif étant toujours maintenu par les éléments latéraux de maintien 21, ainsi que par les fils électriques 14 et 15 soudés. Toutefois, afin d'améliorer la tenue mécanique de l'ensemble 11, un moyen adhésif, et par exemple une colle, est répandue sur les moyens d'indexations 12d et 13c du dispositif 10. Le dispositif de mise en vibration 10, après ces vérifications et ces collages, est assemblé sur l'injecteur 1 où il est maintenu serré définitivement à une pression déterminée. Cette pression de serrage est contrôlée par mesure de courant induit. Le dispositif 10 reçoit alors un fourreau protecteur non représenté qui assurera sa protection et évitera les possibilités de court circuit dans l'environnement culasse du moteur. L'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1./ Dispositif de mise en vibration cyclique (10) d'une buse (2) d'injecteur (1), dans lequel un empilement (11) de composants actifs (12) séparés par des électrodes (13) permet la transformation d'un courant électrique en vibrations transférées à la buse (2) de l'injecteur, caractérisé en ce que cet empilement (11) est composé d'une part de composants actifs (12) sur le pourtour desquels sont aménagés au moins deux rainures distinctes ( 12e, 12f), d'un même premier diamètre et s'étendant sur toute la hauteur des composants (12), et un moyen d'indexation angulaire (12d) du dispositif, et d'autre part d'électrodes (13) sur le pourtour desquels sont aménagés au moins une rainure (13b) d'un diamètre équivalent au premier diamètre, une fente (13a) d'un diamètre inférieur à celui des rainures (12e, 12f, 13b), et un moyen d'indexation angulaire (13c) du dispositif,et en ce que l'alignement des moyens d'indexations angulaire (13c, 12d) de chaque composant (12) et électrode (13) correspond à un premier (16) et un deuxième (17) alignement de rainures dans lesquels sont réparties les fentes (13a) qui réalisent ponctuellement des rétrécissements par rapport aux rainures (12e, 12f, 13b). 2./ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (13) sont agencées de sorte que les fentes (13a) sont réparties, de haut en bas de l'empilement (11), alternativement dans le premier ( 16) et le deuxième (17) alignement de rainures (12e, 12f, 13b). 3./ Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre des rainures (12e, 12f, 13b) permet le passage de fils électriques (14. 15) à l'intérieur du volume défini par l'empilement (11), et en ce que la soudure de ces fils (14, 15) au dispositif est réalisé au niveau de chaque fente (13a) présente dans les alignements verticaux (16, 17). 4./ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un élément adhésif est utilisé pour solidariser entre eux l'ensemble des moyens d'indexation (13c, 12d) sur la hauteur de l'empilement (11). 5./ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un isolant thermique est positionné entre un composant actif (12) et une électrode (13). 6./ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'empilement (11) comporte huit composants actifs (12) et neuf électrodes (13), chaque composant actif (12) étant entouré de deux électrodes (13). 7./ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les composants actifs (12) sont formés dans un matériau piézo-électrique. 8./ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les composants actifs (12) sont formés dans un matériau magnétorestrictif. 9./ Moyen d'assemblage (20) d'un dispositif de mise en vibration (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est formé d'au moins deux éléments latéraux de maintien (21) apte à maintenir empilés les composants actifs (12) et les électrodes (13), en permettant la rotation de chacun de ces éléments, et d'une pièce d'indexation (22) dans laquelle un guide permet de coopérer avec les moyens d'indexation (12d, 13c) du dispositif, et en ce que le blocage du dispositif par cette pièce d'indexation (22) permet la soudure des fils électriques (14, 15) dans les rainures (12e, 12f, 13b) et les fentes (13a) des composants actifs (12) et des électrodes (13). 10./ Injecteur (1) comprenant au moins une buse (2) et un dispositif de mise en vibration cyclique (10) de cette buse (2) selon l'une des revendications 1 à 9.