Brevet FR2924176A3 — publié le 20090529

FR 2924176 A3 20090529 FR 0759353 A 20071127 Dispositif d'injection de fluide à aiguille résonnante pour moteur à combustion interne. L'invention concerne un dispositif d'injection de fluide à aiguille résonnante, notamment pour injecter un fluide tel que du carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, du type comportant des éléments électroactifs pour mettre l'aiguille en résonnance. On connaît de tels dispositifs d'injection, par exemple par le document FR 2 889 257. Dans cet exemple, un corps cylindrique comporte un conduit de circulation axial dans lequel s'étend l'aiguille. A une extrémité de l'injecteur, le corps cylindrique comporte un siège et l'aiguille comporte une tête formant clapet avec le siège. Le conduit de circulation est relié à une connexion d'alimentation en carburant sous haute pression. L'aiguille est fixée à un actionneur à éléments électro-actifs, par exemple piézoélectriques, et une contre-masse, l'ensemble constituant un équipage mobile. Des moyens de maintien formés par un ressort tendent à maintenir la tête de l'aiguille contre le siège. L'actionneur est apte à imprimer des oscillations ultrasonores axiales à l'aiguille. Lorsque les éléments électro-actifs impriment des oscillations à l'aiguille, la tête se décolle du siège par intermittence, en fonction des oscillations relatives du siège et de la tête, ce qui libère le passage pour du carburant contenu dans le conduit de circulation. Le carburant est ainsi injecté dans la chambre de combustion. Les composants électro-actifs pourraient aussi être des composants magnétostrictifs. Les inventeurs ont constaté que l'étanchéité du conduit de circulation entre l'aiguille et la buse, au niveau de la deuxième extrémité de la buse, n'est pas parfaite, du fait que l'aiguille doit être mobile par rapport à la buse et qu'un jeu fonctionnel doit subsister entre elles. De ce fait, un logement de l'actionneur est alimenté en fluide par des suintements en provenance du conduit de circulation. Il est nécessaire de prévoir le recyclage de ce fluide. C'est donc un objectif de l'invention de proposer un injecteur à aiguille résonnante dont l'étanchéité soit mieux assurée. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un dispositif d'injection de fluide à aiguille résonnante, comportant une buse, un équipage mobile monté coulissant dans un corps cylindrique, l'équipage mobile comportant l'aiguille et un actionneur à matériau électro-actif pour mettre l'aiguille en oscillation axiale, l'aiguille s'étendant dans un conduit de circulation de la buse pour le fluide et ayant une extrémité comportant une tête formant clapet sur un siège porté par une première extrémité de la buse, caractérisé en ce que le dispositif comporte un soufflet réalisant une étanchéité entre l'équipage mobile et la deuxième extrémité de la buse. 2 Le soufflet permet d'assurer une étanchéité totale, tout en permettant le libre coulissement de l'équipage mobile dans les conditions de fonctionnement de ce dernier. De manière particulière, le diamètre intérieur du soufflet est supérieur au diamètre intérieur du siège. Ainsi, lorsque l'intérieur du soufflet est soumis à la pression du fluide, il a tendance à s'allonger et exerce une force axiale sur l'équipage mobile. Comme sa section intérieure projetée dans le sens axial est supérieure à celle sur laquelle le fluide exerce aussi sa pression sur l'équipage mobile, la force résultante tend à tirer l'aiguille et à plaquer la tête de l'aiguille sur le siège. On assure ainsi une bonne fermeture de l'injecteur dès que le fluide est sous pression. L'équipage mobile est par ailleurs maintenu en place par des moyens de rappel tels qu'un ressort utilisé classiquement dans ce but. Selon une disposition particulière, le soufflet comporte à ses extrémités respectives un premier collet et un deuxième collet. Le corps du soufflet peut ainsi être souple, avec une faible épaisseur de matière, tandis que les collets rapportés et qui servent à la fixation du soufflet peuvent être plus massifs et résistants. A titre d'exemple, le soufflet est soudé sur les collets. Une soudure du type au laser ou par TIG sont adaptées. Par ailleurs, les collets peuvent être fixés sur l'actionneur ou la buse par soudure, collage ou emmanchement forcé. L'injecteur est conçu pour fonctionner à une fréquence d'opération à laquelle l'actionneur est destiné à être excité. Cette fréquence d'opération conditionne en particulier les caractéristiques de l'aiguille telles que sa longueur en lien avec son matériau. De manière particulière, le soufflet maintenu fixe à une extrémité et libre à l'autre a une fréquence de résonnance axiale proche de la fréquence d'opération caractérisant l'équipage mobile. On évite ainsi de perturber le fonctionnement en résonnance de l'aiguille. La fréquence de résonnance du soufflet peut être ajustée par le choix du matériau qui détermine la masse volumique et son module d'élasticité, par la géométrie du soufflet et par son épaisseur. Selon une disposition constructive, l'aiguille est assemblée à l'actionneur par vissage. Ce peut être un goujon qui est vissé dans l'actionneur et dans l'aiguille, ou une tige filetée de l'actionneur ou de l'aiguille qui est vissée dans l'autre élément. Pour fabriquer le soufflet, on peut le faire par hydroformage, en déformant un manchon cylindrique dans une matrice, ou par soudure de bagues à section en arc ouvert vers l'intérieur ou vers l'extérieur. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale 4 d'un injecteur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue du détail II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 d'un deuxième mode de réalisation de l'invention - la figure 4 est une vue similaire à la figure 2 d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Un injecteur 1 conforme à un premier mode de réalisation, représenté sur les figures 1 et 2, comporte un corps 10 cylindrique creux dans lequel s'étend un équipage mobile 11. Le corps 10 comporte une buse 101 dont une première extrémité comporte une ouverture circulaire, définissant un siège 102. L'équipage mobile 11 comporte une aiguille 110 s'étendant dans la partie creuse du corps 10, en laissant un espace entre l'aiguille et le corps de manière à définir un conduit de circulation 12 pour un fluide. L'aiguille 110 se termine à proximité du siège 102 par une tête 111 ayant un diamètre supérieur à celui de l'aiguille 110. La tête 111 et le siège 102 forment un clapet qui arrête ou libère le passage du fluide. Le corps 10 est percé latéralement par un conduit d'alimentation 103 mettant en communication un orifice d'alimentation 104 et le conduit de circulation 12. L'orifice d'alimentation 104 est destiné à être connecté à une conduite hydraulique, non représentée, pour amener le fluide sous pression tel que du carburant dans le conduit de circulation 12. L'équipage mobile 11 comporte un actionneur 115. Cet actionneur 115 est apte à générer des vibrations axiales sur l'aiguille 110, de manière connue en soi. L'actionneur 115 et l'aiguille 110 sont assemblés entre eux par l'intermédiaire d'un goujon 116 fileté et vissé dans l'axe de l'équipage mobile 11. L'extrémité du corps opposée à la buse 101 comporte un couvercle 13 obturant l'injecteur 1. Le couvercle 13 porte un ressort 130 aligné avec l'axe de l'équipage mobile 11. Le ressort 130 exerce une force de rappel tendant à plaquer la tête 111 de l'aiguille contre le siège 102. A la deuxième extrémité de la buse, l'injecteur 1 comporte en outre un soufflet 14 réalisant une étanchéité entre le conduit de circulation 12 et un logement 105 du corps dans lequel l'actionneur est logé. Le soufflet 14 est fixé d'une part sur l'actionneur 11 par l'intermédiaire d'un premier collet 141, et d'autre part sur le corps 10 par l'intermédiaire d'un deuxième collet 142. Le premier collet 141 est fixé par soudure. Le deuxième collet 142 vient en appui sur un épaulement réalisé dans le corps et est collé dans cet épaulement. Le soufflet 14 est constitué d'une peau métallique fine ondulée selon des anneaux superposés, la peau étant soudée sur les collets 141, 142. Ainsi, le conduit de circulation 12 est en communication avec l'intérieur du soufflet 14 et est séparé du creux 105 par le soufflet 14. Un tel soufflet 14 peut être obtenu par hydroformage avec déformation par pression intérieure, déformation par galets mécaniques, électrodéposition et dissolution du mandrin... Lors de l'utilisation de l'injecteur, du carburant liquide sous pression est introduit par l'orifice d'alimentation dans le conduit de circulation. Le carburant exerce une pression sur les parois du conduit de circulation, sur la tête de l'aiguille et sur le soufflet 14. La résultante des forces de pression dans l'axe de l'équipage mobile tend à plaquer la tête de l'aiguille sur le siège, puisque le diamètre intérieur du soufflet 14 est supérieur au diamètre intérieur du siège. Lorsque l'on veut obtenir une injection de carburant, l'aiguille 110 est mise en vibration axiale par l'actionneur 115, d'une manière connue en soi. La tête 111 quitte le siège 102 par intermittence et laisse passer du carburant entre elle et le siège 102. La partie de l'aiguille à proximité du raccordement avec l'actionneur 115 vibre également axialement et est donc mobile par rapport au corps. Le soufflet 14 autorise ces vibrations sans s'y opposer. Dans un deuxième mode de réalisation, représenté sur la figure 3, l'injecteur 2 comporte un soufflet 24 réalisé par l'assemblage de bagues 241, 242 à section en arc ouvert vers l'intérieur. Pour fabriquer un tel soufflet 24, des bagues 241, 242 sont empilées les unes sur les autres. Elles sont ainsi jointives le long d'un cercle intérieur au soufflet. Une soudure continue 243 est réalisée le long de ce cercle afin d'assembler les bagues 241, 242 entre elles et de réaliser une étanchéité complète. Le mode de fonctionnement est identique à celui du premier mode de réalisation. Dans un troisième mode de réalisation, représenté sur la figure 4, l'injecteur 3 comporte un soufflet 34 réalisé par l'assemblage de bagues 341, 342 à section en arc ouvert vers l'extérieur. Pour fabriquer un tel soufflet 34, des bagues 341, 342 sont empilées les unes sur les autres. Elles sont ainsi jointives le long d'un cercle extérieur au soufflet. Une soudure continue 343 est réalisée le long de ce cercle extérieur afin d'assembler les bagues entre elles et de réaliser une étanchéité complète. Le mode de fonctionnement est identique à celui du premier mode de réalisation. Les injecteurs selon les différents modes de réalisation peuvent être utilisés pour injecter du carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits uniquement à titre d'exemple. Les collets peuvent être fixés par soudure, par emmanchement forcé ou par d'autres méthodes. D'autres formes peuvent être envisagées pour le soufflet. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de fluide à aiguille (110) résonnante, comportant une buse (101), un équipage mobile (11) monté coulissant dans un corps cylindrique (10), l'équipage mobile (11) comportant l'aiguille (110) et un actionneur (115) à matériau électro-actif pour mettre l'aiguille en oscillation axiale, l'aiguille (110) s'étendant dans un conduit de circulation (12) de la buse (101) pour le fluide et ayant une extrémité comportant une tête (111) formant clapet sur un siège (102) porté par une première extrémité de la buse (101), caractérisé en ce que le dispositif comporte un soufflet (14) réalisant une étanchéité entre l'équipage mobile (11) et la deuxième extrémité de la buse (101). 2. Dispositif d'injection selon la revendication 1, dans lequel le diamètre intérieur du soufflet (14) est supérieur au diamètre intérieur du siège. 3. Dispositif d'injection selon la revendication 1, dans lequel le soufflet (14) comporte à ses extrémités respectives un premier collet (141) et un deuxième collet (142). 4. Dispositif d'injection selon la revendication 3, dans lequel le soufflet (14) est soudé sur les collets (141, 142). 5. Dispositif d'injection selon la revendication 3, dans lequel les collets sont fixés sur l'actionneur (115) ou la buse (101) par soudure,collage ou emmanchement forcé. 6. Dispositif d'injection selon la revendication 1, dans lequel le soufflet (14) maintenu fixe à une extrémité et libre à l'autre a une fréquence de résonnance axiale proche d'une fréquence d'opération caractérisant l'équipage mobile (11). 7. Dispositif d'injection selon la revendication 1, dans lequel l'aiguille (110) est 10 assemblée à l'actionneur (115) par vissage. 8. Dispositif d'injection selon la revendication 1, dans lequel le soufflet (14) est obtenu par hydroformage. 9. Dispositif d'injection selon la 15 revendication 1, dans lequel le soufflet (24, 34) est obtenu par soudure de bagues à section en arc ouvert vers l'intérieur ou vers l'extérieur.