Brevet FR2922964A1 — publié le 20090501

Dispositif d'injection de fluide à aiguille résonante pour moteur à combustion interne. L'invention concerne un dispositif d'injection de fluide à aiguille résonante, notamment pour injecter du carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, du type comportant des éléments électro-actifs pour mettre l'aiguille en résonance. On connaît de tels dispositifs d'injection, par exemple par le document FR 2 857 418. Dans cet exemple, un corps cylindrique comporte un passage 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 passage axial est relié à une connexion d'alimentation en carburant sous haute pression. L'aiguille est fixée à 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. Le corps cylindrique comporte un actionneur à éléments électro-actifs, par exemple piézoélectriques, apte à imprimer des oscillations ultrasonores à l'extrémité du corps cylindrique comportant le siège. Lorsque les éléments électro-actifs impriment des oscillations à l'extrémité du corps cylindrique, le siège transmet les oscillations à l'aiguille qui se met à osciller en résonance. 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 qui est ainsi injecté. Les composants électro-actifs pourraient aussi être des composants magnétostrictifs. Le passage axial et l'étanchéité de la zone avec du carburant sous haute pression avec l'équipage mobile sont conçu pour qu'une force naisse de la pression. Cette force tend à plaquer la tête de l'aiguille contre le siège. Le document FR 2 889 257 montre une autre configuration d'injecteur à aiguille résonante, dans lequel l'actionneur fait partie de l'équipage mobile. Comme précédemment, des moyens de maintien formés par un ressort tendent à maintenir la tête de l'aiguille contre le siège. Les inventeurs ont constaté que l'utilisation d'un moyen mécanique tel qu'un ressort pour appliquer la force de maintien de l'équipage mobile contre le siège perturbait le fonctionnement de l'injecteur, en particulier en faisant naître des oscillations parasites. C'est donc un objectif de l'invention de proposer un injecteur à aiguille résonante dont le fonctionnement ne soit pas perturbé par des oscillations parasites. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un dispositif d'injection de fluide à aiguille résonante, comportant un corps cylindrique, un équipage mobile monté coulissant dans le corps cylindrique, l'aiguille étant partie de l'équipage mobile et ayant une extrémité comportant une tête formant clapet sur un siège porté par une extrémité du corps cylindrique, un actionneur à matériau électro-actif, des moyens de maintien tendant à mettre la tête en appui contre le siège. Les moyens de maintien exercent une force magnétique sur l'équipage mobile. En utilisant une force magnétique pour exercer un rappel sur l'équipage mobile, on s'affranchit de l'utilisation de moyens mécaniques. Aucune masse en mouvement n'est utilisée pour appliquer la force, ce qui évite de générer des oscillations parasites. Les moyens de maintien comportent par exemple un aimant permanent coopérant avec un élément en matériau magnétique. L'aimant permanent exerce une force magnétique sur l'élément en matériau magnétique. De manière particulière, l'aimant permanent est fixé sur le corps cylindrique et l'élément en matériau magnétique est fixé à l'équipage mobile. Selon un autre exemple, les moyens de maintien comportent un aimant permanent fixé sur le corps cylindrique et un électroaimant dont le noyau est solidaire de l'équipage mobile. Une force permanente est exercée sur l'équipage mobile grâce à l'aimant permanent, et cette force peut être modulée grâce à l'électroaimant. Dans un autre exemple, les moyens de maintien comportent un aimant permanent et un électroaimant dont le noyau est l'aimant permanent. Une force permanente est exercée sur l'équipage mobile grâce à l'aimant permanent, et cette force peut être modulée grâce à l'électroaimant. La force magnétique est comprise par exemple entre une et trois fois le poids de l'équipage mobile, de préférence deux fois. L'équipage mobile est ainsi maintenu en position quelque soit la position de l'injecteur, et dans la plupart des conditions de manipulation, sans que la force soit excessive. L'invention s'applique au dispositif où l'équipage mobile comporte l'actionneur, ou lorsque le corps cylindrique comporte l'actionneur. 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 d'un injecteur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2 à 6 sont des vues similaires à la figure 1 d'injecteurs conformes à un deuxième jusqu'à un sixième mode de réalisation. Un injecteur 1 conforme à un premier mode de réalisation, représenté sur la figure 1, comporte un corps 10 cylindrique creux dans lequel s'étend un équipage mobile 11. Le corps 10 comporte une buse 101 dont l'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 passage axial 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, par exemple latéralement, par un conduit d'alimentation 103 mettant en communication un orifice d'alimentation 104 et le passage axial 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 passage axial 12. Le corps 10 comporte en outre un actionneur 105 à éléments électro-actifs, et plus précisément à éléments piézoélectriques. Cet actionneur 105 est apte à générer des vibrations axiales sur la buse 101, de manière connue en soi. L'extrémité du corps opposée à la buse 101 comporte un couvercle 13 obturant l'injecteur 1. Le couvercle 13 porte un aimant 130 permanent aligné avec l'axe de l'équipage mobile 11. L'extrémité de l'équipage mobile 11 opposée à la tête 111 est séparée de l'aimant 130 par un entrefer de faible épaisseur. L'entrefer est par exemple de 0,5 mm. L'équipage mobile 11 comporte à son extrémité un élément en matière magnétique, par exemple en acier, de manière à subir l'attraction de l'aimant 130 permanent. La taille et le magnétisme de l'aimant 130 sont ajustés pour que la force de maintien exercée sur l'équipage mobile 11 soit de l'ordre de deux fois le poids de ce dernier. Ainsi, l'aimant 130 exerce une force permanente sur l'équipage mobile 11, cette force tendant à maintenir la tête 111 de l'aiguille 110 en appui contre le siège 102, et donc à fermer l'injecteur 1, de manière à assurer l'étanchéité de l'injecteur en l'absence de pression du fluide à injecter. Dans un deuxième mode de réalisation, représenté sur la figure 2, l'injecteur 2 se distingue de celui du premier mode de réalisation par le fait que l'équipage mobile 21 comporte une aiguille 210 s'étendant dans la partie creuse du corps 20, et un actionneur 215. Cet actionneur 215 est apte à générer des vibrations axiales sur l'aiguille 210, de manière connue en soi. L'extrémité du corps 20 opposée à la buse 201 comporte un couvercle 23 obturant l'injecteur 2. Le couvercle 23 porte un aimant 230 permanent aligné avec l'axe de l'équipage mobile 21. L'extrémité de l'équipage mobile 21 opposée à la tête 211 est séparée de l'aimant 230 par un entrefer de faible épaisseur. L'entrefer est par exemple de 0,5 mm. L'extrémité de l'équipage mobile est en matière magnétique, par exemple en acier, de manière à subir l'attraction de l'aimant permanent 230. La taille et le magnétisme de l'aimant 230 sont ajustés pour que la force de maintien exercée sur l'équipage mobile 21 soit de l'ordre de deux fois le poids de ce dernier. L'effet de l'aimant permanent est le même que dans le premier mode de réalisation. Selon un troisième mode de réalisation de 6 l'invention, tel que représenté sur la figure 3, l'injecteur 3 est similaire à celui du premier mode de réalisation. Il s'en distingue par l'ajout d'un électroaimant dont le noyau comporte l'aimant permanent. Pour cela, l'électroaimant 34 comporte un enroulement 340 de fils conducteurs sous la forme d'une couronne entourant tout ou partie de l'aimant 330 permanent. Deux fils 341 d'alimentation traversent le couvercle 33 pour alimenter l'enroulement 340. Ainsi, la force de maintien de l'équipage mobile 31 peut être modulée, dans le sens d'une augmentation ou d'une diminution, selon les conditions de fonctionnement. Dans un quatrième mode de réalisation de l'injecteur 4, représenté sur la figure 4 et similaire au deuxième mode de réalisation, on ajoute également un électroaimant 44 comportant un enroulement 441 autour de l'aimant permanent 430. De même que pour le troisième mode de réalisation, la force de maintien de l'équipage mobile 41 peut être modulée, dans le sens d'une augmentation ou d'une diminution, selon les conditions de fonctionnement. Selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, tel que représenté sur la figure 5, l'injecteur 5 est similaire à celui du premier mode de réalisation. Il s'en distingue par l'ajout d'un électroaimant 54 dont le noyau est l'extrémité de l'équipage mobile 51 opposée à la tête. Pour cela, l'électroaimant 54 comporte un enroulement 540 de fils conducteurs sous la forme d'une couronne entourant ladite extrémité et fixé sur elle. Deux fils d'alimentation 541 traversent le couvercle pour alimenter l'enroulement 540. L'alimentation électrique de l'enroulement 540 permet de créer un champ magnétique dans l'extrémité de l'équipage mobile 51, champ qui vient s'ajouter ou se soustraire à celui de l'aimant permanent 530. Ainsi, la force de maintien entre le corps et l'équipage mobile peut être modulée en plus ou en moins. Dans une variante, non représentée, la couronne est fixée sur le boîtier. De la même manière, selon un sixième mode de réalisation de l'injecteur 6 représenté sur la figure 6, on peut équiper l'extrémité de l'équipage mobile 61 opposée à la tête d'un enroulement 640 similaire à celui du cinquième mode de réalisation. Le fonctionnement et les effets sont similaires à ceux du cinquième 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. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de fluide à aiguille résonante, comportant un corps (10) cylindrique, un équipage mobile (11) monté coulissant dans le corps cylindrique, l'aiguille (110) étant partie de l'équipage mobile (11) et ayant une extrémité comportant une tête (111) formant clapet sur un siège (102) porté par une extrémité du corps (10) cylindrique, un actionneur (105) à matériau électro-actif, des moyens de maintien tendant à mettre la tête (111) en appui contre le siège (102), caractérisé en ce que les moyens de maintien (130) exercent une force magnétique sur l'équipage mobile (11). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de maintien comportent un aimant (130) permanent coopérant avec un élément en matériau magnétique (11). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'aimant (130) permanent est fixé sur le corps cylindrique (10) et l'élément en matériau magnétique est fixé à l'équipage mobile (11). 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de maintien comportent un aimant (530) permanent fixé sur le corps cylindrique et un électroaimant (54) dont le noyau est solidaire de l'équipage mobile (51). 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de maintien comportent unaimant (330) permanent et un électroaimant (34) dont le noyau est l'aimant (330) permanent. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la force magnétique est comprise entre 1 et trois fois le poids de l'équipage mobile (11), de préférence deux fois. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'équipage mobile (21) comporte l'actionneur (215). 8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le corps (10) cylindrique comporte l'actionneur (105).