Brevet FR2932537A1 — publié le 20091218

DISPOSITIF D'INJECTION DE FLUIDE SOUS PRESSION UTILISANT UNE AIGUILLE A DOUBLE GUIDAGE. L'invention concerne, de façon générale, les techniques d'injection sous pression. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif d'injection d'un fluide sous pression, notamment de carburant pour moteur thermique, comprenant une aiguille percée, suivant son axe longitudinal, d'un alésage débouchant à une extrémité libre de cette aiguille et propre à canaliser le fluide sous pression, un actionneur conçu pour imprimer sélectivement à l'aiguille un mouvement de va-et-vient suivant son axe longitudinal, une buse dotée d'un perçage cylindrique dans lequel l'aiguille est logée et guidée dans son mouvement, et une enclume solidaire de la buse et disposée en regard de l'extrémité libre de l'aiguille, cette enclume et l'extrémité libre de l'aiguille portant des sièges de clapet respectifs qui coopèrent pour autoriser ou interdire, selon la position de l'aiguille le long de son axe longitudinal, une éjection, entre les sièges de clapet et à travers au moins une fente correspondante de la buse, du fluide sous pression canalisé par l'alésage de l'aiguille. Un dispositif d'injection de ce type est notamment décrit dans la demande de brevet français FR-07/58353. Dans ce type d'injecteur, la distance entre les sièges de clapet à l'instant de l'injection est de l'ordre de 20 à 40 micromètres. Cette distance extrêmement faible rend très difficile la réalisation de ces injecteurs et l'obtention d'une étanchéité parfaite entre les sièges. En particulier, les dispersions liées à la précision d'usinage et le jeu radial minimal nécessaire au coulissement de l'aiguille dans le perçage de la buse constituent deux handicaps importants à surmonter pour optimiser le contrôle du clapet formé entre l'aiguille et l'enclume. L'invention, qui se situe dans ce contexte, a pour but de proposer une solution à ce problème. A cette fin, le dispositif d'injection de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l'enclume présente une embase fixée à une extrémité libre de la buse et un fût cannelé introduit dans l'alésage à l'extrémité libre de l'aiguille et assurant un guidage axial de cette aiguille. Grâce à cet agencement, l'aiguille peut être guidée de façon très reproductible, et le volume de fluide injecté peut être contrôlé avec précision. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un dispositif d'injection conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à échelle agrandie d'un détail visible sur la figure 1; et - la figure 3 est un schéma en perspective écorchée de l'extrémité active d'un dispositif conforme à l'invention. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un dispositif d'injection de fluide sous pression, en particulier utilisable pour injecter du carburant dans un moteur thermique, et du type dit "à aiguille rentrante". Ce dispositif comprend notamment une aiguille 1, un actionneur piézoélectrique ou magnétostrictif 2, une buse 3, une enclume 4, un corps 5, une butée 6, et un ressort précontraint 7, le corps 5 supportant directement ou indirectement l'ensemble des autres composants. En particulier, la buse 3 est solidaire du corps 5 dans lequel sont logés l'actionneur 2, la butée 6, et le ressort précontraint 7. L'aiguille 1 est percée, suivant son axe longitudinal X, d'un alésage 10 qui débouche à une extrémité libre 11 de cette aiguille 1 et qui sert à canaliser le fluide FL destiné à être injecté sous pression. L'actionneur 2 comprend un amplificateur 21 auquel l'aiguille 1 est liée élastiquement, un empilement électro-actif 22 en matériau piézoélectrique ou magnétostrictif, et une masse arrière 23. L'amplificateur 21, l'empilement 22 et la masse arrière 23 sont enserrés sous contrainte par une vis 24 dont la tête 241 appuie sur la masse arrière 23 et dont le fût 242 traverse l'empilement 22 et s'étend jusqu'à l'amplificateur 21 dans lequel il est vissé. Le fluide FL à injecter arrive par un conduit 8 d'amenée de fluide qui traverse la butée 6 et atteint l'alésage 10 de l'aiguille 1 en traversant la vis 24 dans sa longueur. L'actionneur 2 est conçu pour imprimer à l'aiguille 1, sur commande, un mouvement de va-et-vient suivant l'axe longitudinal X, la buse 3 étant dotée d'un perçage cylindrique 30 dans lequel l'aiguille 1 est logée et guidée dans son mouvement. L'extrémité libre 11 de l'aiguille 1, qui porte un siège de clapet 110, est disposée en regard de l'enclume 4. Cette enclume 4, qui est solidaire élastiquement de la buse 3, est elle aussi dotée d'un siège de clapet 410 qui coopère avec le siège de clapet 110 de l'aiguille 1 pour autoriser ou interdire, selon la position de l'aiguille 1 le long de son axe longitudinal, l'éjection du fluide sous pression FL. Plus précisément, le fluide FL, qui est canalisé par l'alésage 10 de l'aiguille 1, est éjecté sous forme de nappe angulaire entre les sièges de clapet 110 et 410 et à travers au moins une fente correspondante 32 de la buse 3, de forme oblongue et de dimensions très supérieures à celles de l'espace d'éjection défini entre les sièges 110 et 410. La buse 3 présente par exemple deux fentes 32 diamétralement opposées l'une à l'autre et dont chacune définit, autour de l'axe longitudinal X de l'aiguille, un secteur angulaire autorisé, ou encore de premier type, chaque secteur angulaire de premier type étant contigu à un secteur angulaire dépourvu de fente, ou encore de deuxième type. Pour éviter que du fluide ne soit projeté dans un secteur de deuxième type dans l'espace radial entre le perçage 30 de la buse 3 et l'extrémité libre 11 de l'aiguille 1, ce perçage et cette extrémité présentent entre eux un jeu radial extrêmement réduit (2 à 3 �m). L'extrémité libre 11 de l'aiguille 1 est ainsi ajustée au plus serré tout en étant libre de coulisser axialement au perçage 30 de la buse 3 dans chaque secteur de deuxième type ou de premier type. Par ailleurs, comme le montre le mieux la figure 2, l'aiguille 1 présente de préférence une section longitudinale 12 de diamètre externe restreint, bordée par deux sections longitudinales de guidage 13 et 14 dont la seconde s'étend à l'extrémité libre 11 de l'aiguille 1. Selon l'invention, l'enclume 4 présente une embase 41 qui est fixée à l'extrémité libre 31 de la buse 3, et un fût 42 doté de cannelures 420, ce fût 42 étant introduit dans l'alésage 10 de l'aiguille 1 à l'extrémité libre 11 de celle-ci, et assurant un guidage axial de cette aiguille 1. Cet agencement, qui permet un guidage coaxial optimal de l'aiguille 1, et donc du siège 110 par rapport au siège 410, atteint cet objectif grâce au fait que l'enclume 4, dont l'embase 41 est par exemple soudée à la buse 3 à l'intérieur du perçage 30 de la buse, peut être usinée avec une très haute précision. Ainsi, quelles que soient les difficultés que représente l'assemblage des différents composants du dispositif, la disposition parfaitement coaxiale du fût 42 et du siège de clapet 410 et le guidage de l'aiguille 1 par le fût cannelé 42 assurent la même disposition des sièges 110 et 410. Les expressions "fût cannelé" et "cannelures" utilisées dans la présente description doivent être comprises au sens large en se référant à la fonction de ce fût et de ces cannelures. Comme le comprendra aisément l'homme du métier à la lecture de la description, le fût 42 a pour fonction de guider l'extrémité libre 11 de l'aiguille 1, et les cannelures 420 ont pour fonction de laisser passer le fluide FL. Ainsi, le terme de "cannelures" couvre tout enlèvement de matière sur au moins un secteur angulaire de la surface externe du fût 42 et distinguant cette surface externe d'une surface strictement cylindrique, cet enlèvement de matière permettant le passage du fluide sans gêner le guidage de l'aiguille par le reste de la surface externe de ce fût 42. La butée 6 et le ressort 7, qui constituent ensemble des moyens de précontrainte, ont pour fonction d'appliquer une précontrainte d'appui, de préférence réglable, de l'extrémité libre 11 de l'aiguille 1 sur l'enclume 4, ou, en d'autres termes, des sièges de clapet 110 et 410 l'un contre l'autre. Pour ce faire, la butée 6 est montée mobile par vissage ou dévissage dans le corps 5 du côté de l'actionneur 2 qui est opposé à l'aiguille 1, et le ressort 7 est précontraint en compression entre la butée 6 et l'actionneur 2. Entre deux injections du fluide FL, le clapet formé par les sièges 110 et 410 est ainsi fermé de façon 30 totalement étanche. 5 En revanche, d'éventuels suintements de fluide peuvent apparaître pendant les phases d'injection entre la périphérie de l'aiguille 1 et le perçage 30 de la buse 3. Pour éviter toute accumulation de fluide dans cette région, il peut être judicieux de prévoir un joint annulaire 91 entre le corps 5 et l'amplificateur 21, et de drainer cette région au moyen d'un canal de recirculation 92. REVENDICATIONS. 1. Dispositif d'injection d'un fluide sous pression, notamment de carburant pour moteur thermique, comprenant une aiguille (1) percée, suivant son axe longitudinal (X), d'un alésage (10) débouchant à une extrémité libre (11) de cette aiguille (1) et propre à canaliser le fluide sous pression, un actionneur (2) conçu pour imprimer sélectivement à l'aiguille (1) un mouvement de va-et-vient suivant son axe longitudinal (X), une buse (3) dotée d'un perçage cylindrique (30) dans lequel l'aiguille (1) est logée et guidée dans son mouvement, et une enclume (4) solidaire de la buse (3) et disposée en regard de l'extrémité libre (11) de l'aiguille (1), cette enclume (4) et l'extrémité libre (11) de l'aiguille (1) portant des sièges de clapet respectifs (410, 110) qui coopèrent pour autoriser ou interdire, selon la position de l'aiguille (1) le long de son axe longitudinal, une éjection, entre les sièges de clapet (110, 410) et à travers au moins une fente correspondante (32) de la buse (3), du fluide sous pression canalisé par l'alésage (10) de l'aiguille (1), caractérisé en ce que l'enclume (4) présente une embase (41) fixée à une extrémité libre (31) de la buse (3) et un fût cannelé (42) introduit dans l'alésage (10) à l'extrémité libre (11) de l'aiguille (1) et assurant un guidage axial de cette aiguille (1). 2. Dispositif d'injection suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'embase (41) de l'enclume (4) est soudée à la buse (3) à l'intérieur du perçage (30) de cette buse. 3. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque fente (32) de la buse (3) est pratiquée dans un secteur angulaire de premier type contigu à un secteur angulaire de deuxième type dépourvu de fente, et en ce que l'extrémité libre (11) de l'aiguille (1) et le perçage (30) de la buse (3) présentent entre eux un jeu radial réduit. 4. Dispositif d'injection selon la revendication 3, 10 caractérisé en ce que la buse (3) présente plusieurs fentes (32). 5. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aiguille (1) présente une section longitudinale (12) de 15 diamètre externe restreint bordée par deux sections longitudinales (13, 14) de guidage dont l'une s'étend à l'extrémité libre (11) de l'aiguille (1). 6. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que 20 l'actionneur (2) magnétostrictif. 7. Dispositifest de type piézoélectrique ou d'injection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un corps (5) et des moyens de 25 précontrainte (6, 7), en ce que la buse (3) est solidaire du corps (5) dans lequel sont logés l'actionneur (2) et les moyens de précontrainte (6, 7), et en ce que ces moyens de précontrainte (6, 7) sont propres à appliquer une précontrainte d'appui de l'extrémité libre (11) de 30 l'aiguille (1) sur l'enclume (4). 8. Dispositif d'injection suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de précontrainte (6, 7) comprennent une butée (6) montée mobile par vissage ou dévissage dans le corps (5) du côté de l'actionneur (2) opposé à l'aiguille (1), et un ressort (7) précontraint en compression entre la butée (6) et l'actionneur (2).