EP2158399A2 - Dispositif d'injection de fluide - Google Patents

Dispositif d'injection de fluide

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Publication number
EP2158399A2
EP2158399A2 EP08806078A EP08806078A EP2158399A2 EP 2158399 A2 EP2158399 A2 EP 2158399A2 EP 08806078 A EP08806078 A EP 08806078A EP 08806078 A EP08806078 A EP 08806078A EP 2158399 A2 EP2158399 A2 EP 2158399A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
needle
axis
acoustic
injection device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08806078A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
André AGNERAY
Nadim Malek
Laurent Levin
Marc Pariente
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP2158399A2 publication Critical patent/EP2158399A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/10—Other injectors with multiple-part delivery, e.g. with vibrating valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/041—Injectors peculiar thereto having vibrating means for atomizing the fuel, e.g. with sonic or ultrasonic vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Definitions

  • the invention relates to a device for injecting a fluid, for example a fuel, in particular for an internal combustion engine.
  • the invention relates, in a first aspect, to a fluid injection device having a main injection axis and comprising:
  • a nozzle comprising, along said axis, an injection orifice and a seat and being, on the opposite side, connected to a housing,
  • a needle having, along said axis, a first end defining a valve, in a zone of contact with the seat and being, on the opposite side, connected to an actuator mounted axially movable in the housing for vibrating the needle ensuring between its first end and the seat of the nozzle relative movement to open and close alternately the valve, the actuator having, along the axis, a first, a second and a third portion adapted to be traversed by acoustic waves initiated by vibrations of the second part, the first and third parts being arranged axially on either side of the second part, which comprises an electroactive material, the three parts being clamped together to form a block having axially two limits opposite the first part being linked with the needle at one of the said limits,
  • Such an injection device makes it possible to obtain a cyclic opening with the reference period ⁇ , at frequency, for example, ultrasound, and with controlled amplitude, of the valve of the injector, in particular, during an established regime of its operation, that is to say, during operation at a predetermined temperature outside the start and stop phases of the injector.
  • a web formed by the fluid escaping from the nozzle at the opening of the valve is fractionated and forms fine droplets.
  • the fine droplets favor a more homogeneous air / fuel mixture, which makes the engine less polluting and more economical.
  • the cyclic opening of the valve is provided by means of conventional means of vibration, for example, piezoelectric and / or magnetostrictive equipped with the corresponding excitation means.
  • the vibrating means are arranged in the actuator axially presenting two opposite limits, one of which, said first limit, is linked with the needle. Excited by the vibrating means, the actuator converts an electrical energy into vibrations of its first limit, with the setpoint period ⁇ and a predetermined amplitude.
  • the actuator acting, via its first limit, directly on the needle thus plays a role of an active "master" driving the needle which then presents itself as a passive "slave” piloted.
  • the vibrations of the first limit of the "master” actuator produce longitudinal reciprocating movements of the "slave” needle and, therefore, of its first end, relative to the seat of the nozzle.
  • a resonance and substantially in phase opposition of the head of the needle and the nozzle is necessary.
  • the characteristic lengths of the needle and that of the nozzle are chosen, in a known manner, so that the propagation times of acoustic waves in respective materials forming the needle and the nozzle are equal to a quarter of the vibration period ⁇ / 4 or odd multiples of said quarter of the period, i.e., at [2j + 1] * ⁇ / 4 with a non-zero positive integer multiplier j.
  • Structures resonant "needle / nozzle" and “needle / actuator” thus formed are generating high amplitudes of opening of the valve at low pressures, for example, equal to or less than 5 MPa, in the combustion chamber.
  • low pressures for example, equal to or less than 5 MPa
  • back pressure at the valve increases. This back pressure can also vary depending on the operating point of the engine. With the increase of the back pressure, the intensity of the shocks of the first end of the needle on its seat, even dampened by the sheet of fuel, becomes increasingly important.
  • the present invention aims to provide a fluid injection device for at least reducing at least one of the limitations mentioned above.
  • the resonant "needle / actuator" structure comprises at least one element - the actuator forming said block - which presents a "symmetry" in acoustic terms. This means that an echo of an acoustic wave emitted in a place of the symmetrical block returns, after one or more reflections to the limits of the block, in this same place of emission of the acoustic wave a nonzero positive integer of periods after its broadcast.
  • a first reflected wave that is to say, a first echo of the wave emitted at the first limit, returns to this same first limit a period later after its emission .
  • the symmetrical resonant structure of the actuator thus generates no delay, nor change of sign of the waves - in particular for that of the sinusoidal type where a part of the sinusoid in positive follows a symmetrical part of the sinusoid in negative - emitted at the first limit whatever the source of these waves (the needle or the actuator).
  • the symmetrical resonant structure of the actuator thus contributes to an orderly operation of the injector.
  • the invention relates to an internal combustion engine using the fluid injection device according to the invention, that is to say, such a motor where is disposed this injection device.
  • FIG. 1 is a diagram of an injection device according to the invention arranged in a motor and equipped with an outgoing head needle linked to an actuator,
  • FIG. 2 is a diagram of an injection device according to the invention arranged in the engine and equipped with an incoming head needle connected to the actuator
  • FIGS. 3 and 4 show diagrams illustrating an operation of the formed valve. by a nozzle and an outgoing needle: valve closed ( Figure 3); open flap (figure 4),
  • Figures 5 and 6 show diagrams illustrating an operation of the valve formed by a nozzle and an incoming needle needle: closed valve (Figure 5); open valve (Figure 6), Figures 7 and 8 respectively show schematically in simplified side view in partial longitudinal section: a one-piece needle in the form of a cylindrical bar ( Figure 7); a compound needle comprising three segments (FIG. 8), FIGS. 9 and 10 show schematically in simplified schematic view in partial longitudinal sectional view: a cylindrical one-piece nozzle (FIG. 9); a composite nozzle comprising three segments (FIG. 10),
  • FIG. 11 is a schematic representation of the actuator with simplified side view in longitudinal section
  • FIG. 12 schematically represents a first part of the actuator connected with the needle in simplified side view
  • FIG. 13-15 schematically represent views simplified longitudinal side respectively three different diagrams of the actuator
  • FIG. 16 is a diagrammatic view in simplified longitudinal side view of the actuator comprising a central rod
  • Figure 17 schematically shows a simplified side view in longitudinal section the actuator comprising the central rod, a prestressing means and an elastic means.
  • the injection device, or injector, of FIGS. 1 is intended to inject a fluid, for example, a fuel 131 into a combustion chamber 15 of an internal combustion engine 151, or into a combustion chamber. air intake not shown, or in an exhaust duct not shown.
  • the injector comprises two bodies, for example, cylindrical.
  • a first body representing a housing 1 is extended, along a preferred axis AB of the injection device, for example, its axis of symmetry, by at least one nozzle 3 having a length along the axis AB and having an orifice of injection and a seat 5 (or 5 ').
  • the linear dimensions of the housing 1, for example, its width measured perpendicularly to the axis AB and / or its length measured along the axis AB, may be greater than those of the nozzle 3.
  • the density of the housing 1 may greater than that of the nozzle 3.
  • the housing 1 can be connected to at least one fuel circuit 131 131 via at least one opening 9.
  • the fuel circuit 131 comprises a fuel treatment device 13 131 comprising, for example, a tank, a pump, a filter.
  • a second body representing an actuator 2 is mounted axially movable in the housing 1.
  • a needle 4 has, along the axis AB, a length and a first end 6 defining a valve, in a contact zone with the seat 5 (or 5 ') of the nozzle 3.
  • the linear dimensions of the actuator 2 for example, its width measured perpendicular to the axis AB and / or its length measured along the axis AB, may be greater than those of the needle 4.
  • the density of the the actuator 2 may be greater than that of the needle 4.
  • the needle 4 and the actuator 2 are interconnected by a junction zone ZJ (FIG. 2).
  • the first end 6 is preferably extended longitudinally, along the axis AB, opposite the actuator 2, by a head 7 (or T) closing the seat 5 (or 5 '), so as to ensure a better seal of the valve of the injector.
  • Figure 1 illustrates the case of the needle 4 with the head 7 said outgoing.
  • the needle 4 with the outgoing head 7 has a flared shape diverging in a direction of the axis AB of the oriented injector of the casing 1 towards the outside of the nozzle 3 in the combustion chamber 15.
  • the needle 4 outgoing head 7 has a divergent frustoconical flared shape ( Figure 1).
  • the outgoing head 7 closes the seat 5 on the outside of the nozzle 3 facing away from the housing 1, in the direction of the axis AB of the injector.
  • Figure 2 illustrates the case of the needle 4 with the so-called incoming head T.
  • the needle 4 with incoming head T narrows in the direction of the axis AB oriented housing 1 toward the outside of the nozzle 3 and closes the seat 5 'of the inner side of the nozzle 3 facing the housing 1.
  • Returning means 11 (or 11 ') of the actuator 2 may be provided to hold the head 7 (or T) of the needle 4 in abutment with the seat 5 (or 5') of the nozzle 3.
  • the return means 11 (or 11 ') ensure the closure of the valve regardless of the pressure in the combustion chamber 15.
  • the location of the point of application of the restoring forces on the actuator 2 is indifferent.
  • the return means 11 (or 11 ') may be represented by a prestressed spiral spring disposed along the axis AB downstream of the housing 1 (in particular in the case of the needle 4 with the outgoing head 7, FIG. 1). or upstream of the casing 1 (in particular in the case of the needle 4 with the incoming head 7 ', FIG.
  • the return means 11 can also be formed by a fluidic means, for example, of the hydraulic cylinder type, with the fuel 131 as a working fluid.
  • the clearances due to the expansions of the various elements of the housing 1 are thus advantageously caught by the return means 11 (or 11 ') so that the flow of the fuel 131 through the nozzle 3 tends to remain insensitive to thermal variations at different speeds. operating the engine 151.
  • the return means 11 are capable of deforming, for example, elastically, exerting a predetermined force for a very small elongation, for example, less than 100 ⁇ m, so as to pull the head outgoing 7 of the needle 4 against the seat 5 of the nozzle 3 along the axis AB to ensure the closure of the valve regardless of the pressure in the combustion chamber 15.
  • the return means 11 ' are capable of deforming, for example, elastically, exerting a predetermined force for a very small elongation, for example less than 100 ⁇ m, so as to push the head 7 'of the needle 4 against the seat 5' of the nozzle 3 along the axis AB to ensure the closure of the valve regardless of the pressure in the combustion chamber 15.
  • the actuator 2 is extended, along the axis AB, by the needle 4.
  • the actuator 2 is arranged for a direct vibration of the needle 4, "slave", with a set period ⁇ , thus ensuring between the first end 6 of the needle 4 and the seat 5 (or 5 ') of the nozzle 3 a relative axial movement to open and close alternately the valve, as shown in the Figures 3-4 and 5-6.
  • the incoming head T being narrowed (FIG. 2), its surface is less exposed, compared with that of the outgoing head 7 (FIG. 1), to the counter-pressure waves in the combustion chamber 15.
  • the incoming head T has a lightened mass compared to that of the outgoing head 7, which minimizes the amplitude of the stresses on the seat 5 '(compared to that of the outgoing head 7) at the time of a shock accompanying a closure of the flap.
  • the assembly of the injector is facilitated because the needle 4 with incoming head T can first be mounted on the actuator 2, and then be inserted into the housing 1. The needle 4 to the incoming head T tends to put on the seat 5 'under the effect of gravity.
  • the injector therefore works in positive security with a suitable design.
  • the valve remains in the closed position thus ensuring the sealing of the injector with incoming head T.
  • a rupture accidental needle 4 causes its broken portion remains in the housing 1 without risk of falling into the combustion chamber 15.
  • the actuator 2 comprises, along the axis AB, a first 21, a second 22 and a third 23 parts adapted to be traversed by acoustic waves initiated by vibrations of the second part 22, the first 21 and third 23 parts being arranged axially on either side of the second part 22
  • FIG. 1-2 The latter comprises an electroactive material 221.
  • the three parts 21, 22, 23 are clamped together to form a block having axially two opposite limits C, D, the first part
  • the third portion 23 is a rear mass playing a role homogeneous distribution of stresses on the electroactive material 221.
  • the electroactive material 221 is piezoelectric which may be, for example, one or more ceramic piezoelectric washers stacked axially on each other to form the second portion 22 of the block.
  • These selective deformations are controlled by corresponding excitation means 14, for example, using an electric field created by a potential difference applied to electrodes integral with the piezoelectric electroactive material 221.
  • the electroactive material 221 may be magnetostrictive.
  • the selective deformations of the latter are controlled by corresponding unrepresented excitation means, for example, by means of a magnetic induction resulting from a selective magnetic field obtained using, for example, an exciter not shown, and in particular by a coil integral with the actuator 2 or by another coil surrounding the actuator 2.
  • the nozzle 3 with the housing 1 and the needle 4 with the actuator 2 respectively form a first and a second acoustic wave propagation medium.
  • the pilot injector displaces the first end 6 of the needle 4, while the seat (represented in a simplified manner on Figures 7-10 and referenced 50) of the nozzle 3 is kept dynamically stationary or fixed thus behaving as a moving node.
  • the needle 4 and the nozzle 3 are each a body whose radial dimensions perpendicular to the axis AB are small relative to its length along the axis AB.
  • any variation in linear acoustic impedance I induces an echo, i.e., a weakening of the acoustic wave propagating in a direction of the bar (for example, from right to left in FIGS. 7, 9) by another acoustic wave propagating in the opposite direction of the bar (for example, from left to right in FIGS. 7, 9) from a linear impedance variation point I, for example, at a junction between the needle 4 and the actuator 2 ( Figure 7) or at another junction between the nozzle 3 and the housing 1 ( Figure 9).
  • break to be understood as "a linear impedance variation I exceeding a predetermined threshold representative of a difference between the linear impedance upstream and that downstream, with respect to the propagation direction of the acoustic waves, of a linear impedance breaking zone located in a propagation medium of the acoustic waves over a small distance in front of the wavelength, preferably less than one eighth of the wavelength ⁇ / 8 ".
  • the injector may comprise at least one linear acoustic impedance breaking zone, existing at a distance from the contact zone of the seat 50 with the first end 6 of the needle 4 along the nozzle 3 (FIG. housing 1, and at least one other linear acoustic impedance breaking zone existing at a distance from the contact zone of the first end 6 with the seat 50 along the needle 4 (FIG. 7) or the actuator 2 Said zone and other linear acoustic impedance breaking zone being each first in order from said contact zone between the first end 6 of the needle 4 and the seat 50, in a propagation direction of the acoustic waves. oriented respectively to the housing 1 and the actuator 2.
  • n B is a non-zero positive integer multiplying coefficient, referred to as the first multiplying coefficient
  • T A n A * [ ⁇ / 2], (E2) where n A is another non-zero positive integer multiplier, called the second multiplier coefficient, for example ⁇ A ⁇ ne.
  • Equations referenced E1 and E2 above must be considered as verified to a certain tolerance to take account of manufacturing constraints, for example, to a tolerance of about plus or minus 10% of the period setpoint ⁇ , that is to say, of the order of plus or minus 20% of the half-period ⁇ / 2. Taking into account this tolerance, the equations referenced E1 and E2 above can respectively be rewritten as follows:
  • T B n B * [ ⁇ / 2] ⁇ 0.2 * [ ⁇ / 2] (AND)
  • the latter may correspond, for example, to the head 7 (or T) of the needle 4 and / or to a guiding boss (not shown) in a plane perpendicular to the axis AB of the end 6 of the needle 3 in the nozzle 3.
  • the injector may have a linear acoustic impedance variation of less than or equal to 5% without this variation being considered as a break linear acoustic impedance.
  • the injector may have another variation of linear acoustic impedance lower than or equal to 5% without this variation can be considered a linear acoustic impedance break.
  • the maintenance of dynamically immobile seat 5 is obtained by maintaining its longitudinal speed along the axis AB equal to zero, taking advantage of the periodicity of the phenomenon of the propagation of acoustic waves.
  • the latter generates an acoustic wave, called incident wave, associating a jump of speed ⁇ v and a stress jump ⁇ .
  • This wave propagates in the nozzle 3 towards the casing 1 by traversing the first distance I_ B , then is reflected in the first linear acoustic impedance breaking zone which is merged in FIG.
  • the incident wave reflected, its echo, said reflected wave returns to the nozzle 3 to traveling the first distance I_ B in the opposite direction, that is to say, from the housing 1 to the seat 5.
  • the reflected wave has the same sign of the stress jump ⁇ as the incident wave and the reverse sign of the jump of speed ⁇ v that the incident wave (the direction of propagation being reversed, the jump of speed ⁇ v has changed sign if we now consider all positive velocities in the direction arriving on the seat 5 and no longer in the direction of wave propagation).
  • the actuator 2 in the junction zone ZJ, has a linear acoustic impedance U C - ZJ and the needle 4 has another linear acoustic impedance I A - ZJ -
  • a satisfactory compromise in term acoustic wave reflection in the junction zone ZJ can be obtained if the ratio I A C-ZJ / IA-ZJ is greater than a predetermined value.
  • the following relationship is verified: UC-ZJ / IA-ZJ ⁇ 2.5.
  • n B ⁇ n A it is the incident waves and the reflected waves shifted by a few periods ⁇ offset each other in the seat 5 to make it dynamically fixed.
  • the latter is due to the presence of vibration, for example, ultrasound, of the setpoint period ⁇ , initiated by the second part 22 of the actuator 2, as mentioned above.
  • a first acoustic limit for defining both the first L B and the second I_ A distances is represented by an end of a set in question ("nozzle 3 + housing 1" or “needle 4 + actuator 2 ").
  • this first acoustic limit merges with the zone of contact between the first end 6 of the needle 4 (possibly extended axially by the head 7 (or 7 ')) and the seat 5 (or 5 ') of the nozzle 3, as shown in Figure 1 (or 2).
  • the first acoustic limit used to determine the second I_ A distance in relation to the second medium "needle 4 + actuator 2" of propagation of the acoustic waves is taken at the mid-height of the outgoing diverging frustoconical head 7.
  • the first acoustic limit used to determine the second L A distance in relation to the second medium "needle 4 + actuator 2" propagation of acoustic waves is taken at the mid-height of the head entering convergent t-cone.
  • the second acoustic limit specific to each of the two sets is represented by the respective first linear acoustic impedance breaking zone I, as detailed above.
  • the second acoustic limit may correspond to where the diameter of the assembly in question varies in a plane perpendicular to the axis AB, for example, at the junction zone ZJ of the needle 4 with the first part 21 of the actuator 2 or the embedding location SX of the nozzle 3 in the casing 1 (FIG. 1, 2), it being understood that:
  • the needle 4 and the actuator 2 are produced, for example, by machining in a one-piece piece made of material preferably having the same density and the same velocity of sound, and
  • the nozzle 3 and the housing 1 are made, for example, by machining in a monobloc piece of material preferably having the same density and the same velocity of sound.
  • the acoustic limits of bodies may not correspond to the physical limits of the bodies, as shown in two examples below.
  • the acoustic limits of bodies may not correspond to the physical limits of the bodies, as shown in two examples below.
  • the acoustic limits of bodies may not correspond to the physical limits of the bodies, as shown in two examples below.
  • the acoustic limits of bodies may not correspond to the physical limits of the bodies, as shown in two examples below.
  • I402 ⁇ 402 * p402 * C402 '
  • U ⁇ 3 ⁇ 403 * p403 * C403 ⁇ SOn is equal to ⁇ S ' .
  • the junction zone ZJ between the needle 4 and the actuator 2 may be formed on the side of the actuator 2 by at least the first part 21 of the actuator 2.
  • the first part 21 has preferably, a circular section of a predetermined diameter, said diameter D M of the first portion 21, measured in a plane perpendicular to the axis AB.
  • the zone of junction ZJ between the needle 4 and the actuator 2 is formed on the needle side 4 by at least one cylindrical section of revolution of a predetermined diameter, called the diameter D 4 of the needle 4, measured in a plane perpendicular to the axis AB.
  • the first portion 21 and the cylindrical portion of the needle 4 are made of material having a density p and a speed c sound identical.
  • the diameter D M of the first portion 21 of the actuator 2 and the diameter D 4 of the needle 4 are connected by the following equation: D M / D 4 > y [Z 5.
  • this ratio of diameters D M / D 4 corresponds to an acceptable "acoustic embedding" of the needle 4 in the actuator 2. Thanks to this acceptable acoustic embedding, an incident wave originating from the head 7 'of the needle 4 and arriving along the needle 4 in the junction zone ZJ (FIG. 2) is reflected therefrom with a minimum of amplitude and / or frequency losses that can disturb the opening and closing of the valve with the period of setpoint of ⁇ (and, therefore, the displacement control of the head 7 'of the needle 4 mentioned above).
  • the actuator 2 can therefore have a symmetrical acoustic structure such that an echo of an acoustic wave emitted in a location of the symmetrical block tends to return after one or more reflections to limits of the block, in this same place of emission of the acoustic wave a nonzero positive whole number of periods after its emission.
  • This acoustic symmetry of the actuator 2 is particularly advantageous when the acoustic embedding of the needle 4 in the actuator 2 is not perfect and the incident wave from the head 7 'of the needle 4 and arriving the along the needle 4 in the junction zone ZJ (FIG. 2) is able to penetrate, after a partial reflection on the first limit D of the actuator 2, in the latter.
  • the echo of this incident wave returning to the first limit 213 a nonzero positive integer period after its emission, this generates no delay or change of wave sign emitted at the first limit 213 so that the reciprocating movement of the needle 4 is not disturbed.
  • the first portion 21 of the actuator 2 may axially have a first limit 213 coinciding with that D where the block is connected to the needle 4 and a second limit 212 opposite, clamped against the electroactive material 221 of the second portion 22 of the actuator 2.
  • m is a multiplier coefficient, nonzero positive integer, for example, m ⁇ n ⁇ n B ⁇ n A.
  • This configuration is adapted, for example, to the case where, in addition to imperfect acoustic embedding of the needle 4 in the actuator 2 already mentioned above, the actuator 2 has a new linear acoustic impedance breaking zone at the second limit 212. Thanks to the acoustic symmetry of the first part 21 of the actuator 2, no delay, neither sign change of the waves emitted at the first limit 213 is generated despite their clutter echoes produced by the new linear acoustic impedance break zone at the second limit 212, so that the alternative axial motions of va-and- comes from the needle 4 are not disturbed.
  • equation referenced E4 must be considered as verified with a certain tolerance to take account of manufacturing constraints, for example, to a tolerance of the order of plus or minus 10% of the reference period ⁇ , that is to say, of the order of plus or minus 20% of the half-period of reference ⁇ / 2. Taking into account this tolerance, the equation referenced E4 above can be rewritten as follows:
  • T 2 k * [ ⁇ / 2], (E5) where k is a multiplier coefficient, nonzero positive integer, for example k ⁇ m ⁇ n ⁇ ne ⁇ n A.
  • This acoustically symmetrical configuration is suitable, for example, in the case where the new linear acoustic impedance breaking zone at the second limit 212 has only a partial rupture of linear acoustic impedance, so that the acoustic waves go up axially.
  • the first part 21 of the actuator are able to penetrate, after their partial reflections on the second limit 212 of the actuator 2, in its second part 22 without this disturbing a reciprocating axial movement of the second limit 212 and / or that of the first limit 213 and / or, in fine, that of the needle 4.
  • equation referenced E5 By analogy with the equations referenced E1 to E4 above, it must be understood that the equation referenced E5 above must be considered as verified with a certain tolerance to take account of manufacturing constraints, for example, to a tolerance of the order of plus or minus 10% of the reference period ⁇ , that is to say, of the order of plus or minus 20% of the half-period of reference ⁇ / 2. Taking into account this tolerance, the equation referenced E5 above can be rewritten as follows:
  • the actuator 2 has a linear acoustic impedance variation of less than or equal to 5%.
  • the ceramic piezoelectric washers constituting the second portion 22 of the actuator 2 and having a slight variation in their sizes, for example, axial, without this creating a gap inadmissible in acoustic terms that may interfere with the orderly operation of the injector.
  • the first portion 21 of the actuator 2 is intended to transmit the vibrations of the electroactive material 221 to the needle 4 by amplifying them so that the movements of the needle 4 at the valve are greater than the integral deformations of the electroactive material 221.
  • Any section perpendicular to the axis AB of the first portion 21 has, along said axis AB, displacements produced by the acoustic waves passing through the first portion 21 of its second limit 212 towards its first limit 213.
  • the first portion 21 of the actuator 2 comprises at least one frustoconical segment which narrows, along the axis AB, towards the needle 4 ( Figures 11, 12).
  • the one comprising the frustoconical segment ( Figures 11-12) provides the same displacement at the first limit D with fewer ceramic piezoelectric washers stacked axially.
  • this arrangement makes the actuator 2 more reliable both in terms of quality of assembly and in terms of a lifetime, the washers ceramic piezoelectric - inherently fragile - inherently at risk of breakage and / or cracking.
  • the distance H, along the axis AB, between any section EF of the frustoconical segment perpendicular to the axis AB and an imaginary tip P of the frustoconical segment (FIG. the following inequality: H> 0.22 * c * ⁇ . Thanks to this arrangement, a dispersion of the acoustic waves observed in the frustoconical segment amplifying the displacement remains acceptable, so as not to disturb the ordered operation of the injector.
  • the actuator 2 is made of several parts 21, 22, 23 which can be differentiated from each other by their geometry and / or by their density p and / or by the speed c of the sound of each of them. she ( Figure 13-17). Therefore, to achieve the injector with the actuator 2 having, for example, the predetermined linear acoustic impedance I, preferably constant, for example, along its length L between the two limits C, D, and / or on its first length Li, and / or on its second length l_2, said parts 21, 22, 23 of the actuator 2 may respectively have sections of different surfaces in planes perpendicular to the axis AB, so as to compensate possible variations of the linear acoustic impedance I by those of the surface ⁇ of the corresponding sections perpendicular to the axis AB.
  • a first example is shown in Figures 14-15 and relates to the third 23 and the second 22 parts of the actuator 2 respectively having sections D3 and D2-3 of different surfaces in planes perpendicular to the axis AB.
  • a second example is shown in Figure 16 and relates to the first 21 and the second 22 parts of the actuator 2 respectively having sections Di -2 and D2-1 of different surfaces in planes perpendicular to the axis AB.
  • a third example is shown in Figures 14-15 and relates to the first portion 21 of the actuator 2 and the needle 4 respectively have sections D M and D 4 of different surfaces in planes perpendicular to the axis AB.
  • connecting segments between the three parts 21, 22, 23 of the actuator 2 and / or between the first part 21 and the needle 4 can to be provided.
  • T A2 f A 2 (T A2 ).
  • T AI ⁇ x / 20.
  • the connecting segments 210, 211, 230 may have a frustoconical shape, with for example a half-angle at the top of 45 °.
  • This frustoconical geometry is the easiest to achieve in terms of machining.
  • this frustoconical geometry is not limiting.
  • the first part 21 of the actuator 2 can be extended, along the axis AB, opposite the needle 4, by a central rod 40 reported ( Figure 16) or not ( Figure 17).
  • the second 22 and the third 23 parts of the actuator 2 are threaded onto the central rod 40.
  • the central rod 40 may have a thread to facilitate the clamping of the three parts 21, 22, 23 of the actuator 2 between them using, for example, prestressing means 250 preferably comprising a threaded nut.
  • prestressing means 250 preferably comprising a threaded nut.
  • the third portion 23 and the prestressing means 250 may be merged.
  • the third portion 23 may have a thread adapted to be screwed directly onto the central rod 40 thus ensuring the prestressing of the electroactive material 221 of the second portion 22 of the actuator 2.
  • the third portion 23, the prestressing means 250 and the second portion 22 may be merged.
  • the central rod 40 has a thermal expansion (in particular a coefficient of thermal expansion) substantially identical to that of the electroactive material 221 of the second portion 22 of the actuator 2 ( Figure 16). Since the electroactive material 221, for example ceramic, has an extremely low coefficient of thermal expansion, the rod 40 will also have an extremely low coefficient of thermal expansion, for example equal to about 10 -6 / ° C.
  • the central rod 40 may be made of an alloy of iron and nickel with carbon and chromium, for example, alloy "invar" type. Thanks to this arrangement, the prestressing electroactive material 221 tends to remain constant regardless of temperature variations of the injector.
  • the same expansion of the two materials ensures a thermal compensation of the expansions due to temperature variations of the injector.
  • the assembly of the actuator 2 becomes faster because no other means is required to compensate for said expansions of the two materials.
  • the central rod 40 has a thermal expansion substantially equal to the sum of the thermal expansions of the electroactive material 221 (ceramic), the third portion 23 and the first portion 21 not inducing stress variations in the electroactive material 221, for example, ceramic, greater than 5 MPa per 100 0 C temperature variation of the injector.
  • the central rod 40 may have a thermal expansion (in particular a coefficient of thermal expansion) different from that of the electroactive material 221 of the second portion 22 of the actuator 2 (FIG. 17), and in particular, different the sum of the thermal expansions of the electroactive material 221 (ceramic), the third part 23 and the first part 21.
  • the central rod 40 may have the coefficient of thermal expansion greater than that of the electroactive material 221 of the second part 22 of the actuator 2.
  • the prestressing means 250 connected with the central rod 40 and adapted to clamp the three parts 21, 22, 23 of the actuator 2 together, is linked, via an elastic means 251 (for example, at least one rubber seal, at least one spring washer or spring), with the end of the block of the actuator 2 opposite the needle 4.
  • an elastic means 251 for example, at least one rubber seal, at least one spring washer or spring
  • the elast means 251 allows to ensure a quasi-constant prestressing of the electroactive material 221 independently of the elongations of the central rod 40 due to thermal expansion. With this arrangement, it is possible to continue the assembly of the actuator 2 on an industrial scale, for example, when a stock out of the rods in invar. Thus, this embodiment contributes to making the manufacture of the injector more reliable.
  • the difference between the expansion coefficients of the electroactive material 221 (ceramic) and the materials of the third part 23, the first part 21 and the rod central 40 can be chosen such that the differential expansions of these parts do not induce, in the operating temperature range of the injector, a variation of the prestressing of the electroactive material 221 greater than
  • the central rod 40 due to its geometry, its density, its speed of sound, the central rod 40, has a negligible contribution acoustically.
  • its diameter measured in a plane perpendicular to the axis AB, can be negligible (unlike what is presented schematically without scale in FIGS. 16-17) with respect to the diameter D 2- I of the second part 22, or even the diameter D 4 of the needle 4.
  • the other limit referenced C in FIG. 16 corresponds to that of the prestressing means 250 (its front face) opposite to the needle 4 and not to that of the third part 23 (its front face) opposite to the needle 4.
  • the elastic means 251 has a low linear impedance and the acoustic waves are reflected at the limit C forming an interface between the third part 23 and the elastic means 251 so that no sound wave coming axially from the third part 23 penetrates the prestressing means 250 through the elastic means 251.
  • the presence of the central rod 40 being acoustically negligible as specified above, the rupture of the linear acoustic impedance between the third portion 23 and the elastic means 251 can be assimilated to a total break, there is no longer any continuity of the acoustic medium between the third portion 23 and the prestressing means 250, as shown in Figure 17.

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Abstract

L'invention concerne un injecteur comportant une aiguille montée dans une buse et présentant une extrémité définissant un clapet, l'aiguille étant, à l'opposé, liée à un actionneur comportant une première, une deuxième et une troisième parties, les première et troisième parties étant disposées de part et d'autre de la deuxième partie, les trois parties étant serrées ensemble pour former un bloc présentant axialement deux limites opposées, la première partie étant liée avec l'aiguille à l'endroit d'une des dites limites, des moyens d'excitation pour mettre la deuxième partie en vibrations avec une période de consigne t. Selon l'invention, la longueur entre les deux limites du bloc est telle que le temps de propagation T des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie de l'actionneur parcourant cette longueur répond à l'équation : T = n*[t/2], où n est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul.

Description

Dispositif d'injection de fluide
L'invention concerne un dispositif d'injection d'un fluide, par exemple, d'un carburant, en particulier pour un moteur à combustion interne.
Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier de ses aspects, un dispositif d'injection de fluide présentant un axe principal d'injection et comportant :
- une buse comportant, suivant ledit axe, un orifice d'injection et un siège et étant, à l'opposé, liée à un boîtier,
- une aiguille présentant, suivant ledit axe, une première extrémité définissant un clapet, dans une zone de contact avec le siège et étant, à l'opposé, liée à un actionneur monté mobile axialement dans le boîtier pour une mise en vibration de l'aiguille assurant entre sa première extrémité et le siège de la buse un mouvement relatif propre à ouvrir et à fermer alternativement le clapet, l'actionneur comportant, selon l'axe, une première, une deuxième et une troisième parties adaptées à être traversées par des ondes acoustiques initiées par des vibrations de la deuxième partie, les première et troisième parties étant disposées axialement de part et d'autre de la deuxième partie, laquelle comprend un matériau électroactif, les trois parties étant serrées ensemble pour former un bloc présentant axialement deux limites opposées la première partie étant liée avec l'aiguille à l'endroit d'une des dites limites,
- des moyens d'excitation pour mettre la deuxième partie de l'actionneur en vibrations avec une période de consigne τ. Un tel dispositif d'injection, dit injecteur, permet d'obtenir une ouverture cyclique avec la période de consigne τ, à fréquence, par exemple, ultrasonore, et à amplitude contrôlées, du clapet de l'injecteur, en particulier, lors d'un régime établi de son fonctionnement, c'est-à- dire, lors du fonctionnement à une température prédéterminée hors phases de démarrage et d'arrêt de l'injecteur. Une nappe formée par le fluide s'échappant de la buse à l'ouverture du clapet, se trouve fractionnée et forme de fines gouttelettes. Dans une application de l'injecteur dans lequel il pulvérise du carburant dans une chambre à combustion, les fines gouttelettes favorisent un mélange air/carburant plus homogène ce qui rend le moteur moins polluant et plus économique.
Selon des dispositifs connus, l'ouverture cyclique du clapet est assurée à l'aide de moyens conventionnels de mise en vibration, par exemple, piézoélectriques et/ou magnétostrictifs munis des moyens d'excitation correspondants. Les moyens de mise en vibration sont agencés dans l'actionneur présentant axialement deux limites opposées dont l'une, dite première limite, est liée avec l'aiguille. Excité par les moyens de mise en vibration, l'actionneur convertit une énergie électrique en vibrations de sa première limite, avec la période de consigne τ et une amplitude prédéterminée. L'actionneur agissant, via sa première limite, directement sur l'aiguille joue ainsi un rôle d'un « maître » actif pilotant l'aiguille qui se présente alors comme une « esclave » passive pilotée. En effet, les vibrations de la première limite de l'actionneur « maître » produisent des mouvements alternatifs longitudinaux de l'aiguille « esclave » et, donc, de sa première extrémité, par rapport au siège de la buse. Pour assurer un débit suffisant du carburant lors de l'ouverture du clapet, une mise en résonance et sensiblement en opposition de phase de la tête de l'aiguille et de la buse est nécessaire. Pour cela les longueurs caractéristiques de l'aiguille et celle de la buse sont choisies, de manière connue, de sorte que les temps de propagation d'ondes acoustiques dans des matériaux respectifs formant l'aiguille et la buse soient égaux à un quart de la période des vibrations τ/4 ou à des multiples impaires dudit quart de la période, c'est-à-dire, à [2j+1]*τ/4 avec un coefficient multiplicateur j entier, positif non nul. Des structures résonantes « aiguille/buse » et « aiguille/actionneur » ainsi formées sont génératrices d'amplitudes élevées d'ouverture du clapet lors des faibles pressions, par exemple, égales ou inférieures à 5 MPa, dans la chambre de combustion. Au fur et à mesure que le carburant est injecté lors d'un cycle de compression, la pression dans la chambre de combustion et, donc, une contre-pression au niveau du clapet, augmente. Cette contre-pression peut aussi varier en fonction du point de fonctionnement du moteur. Avec l'augmentation de la contre pression, l'intensité des chocs de la première extrémité de l'aiguille sur son siège, même amortis par la nappe du carburant, devient de plus en plus importante. Le retour de ces chocs, d'une part, dans la structure résonante « aiguille/buse » en quart de longueur d'onde [2n+1]*τ/4 classique et, d'autre part, dans l'autre structure résonante « aiguille/actionneur », induit un couplage entre le choc et une levée de la première extrémité de l'aiguille de son siège en modifiant l'amplitude d'ouverture du clapet. Si les chocs perdurent, la levée de la tête devient chaotique. Le bénéfice des résonances se perd. L'ouverture du clapet devient chaotique traduisant ainsi un fonctionnement désordonnée de l'injecteur ce qui peut rendre le débit du carburant difficile à contrôler.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un dispositif d'injection de fluide visant au moins à réduire l'une au moins des limitations précédemment évoquées. A cette fin, le dispositif d'injection, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la longueur entre les deux limites du bloc est telle que le temps de propagation T des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie de l'actionneur et parcourant cette longueur répond à l'équation suivante : T = n*[τ/2], à une tolérance près et où n est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul.
Un tel agencement de l'injecteur doit permettre de tendre vers les résultats suivants : la structure résonante « aiguille/actionneur » comprend au moins un élément - l'actionneur formant ledit bloc - qui présente une « symétrie » en termes acoustiques. Cela signifie qu'un écho d'une onde acoustique émise dans un endroit du bloc symétrique revient, après une ou plusieurs réflexions aux limites du bloc, dans ce même endroit d'émission de l'onde acoustique un nombre entier positif non nul de périodes après son émission. Par exemple, toute onde acoustique remontant l'aiguille du clapet vers l'actionneur et pénétrant dans ce dernier via la limite, dite première limite du bloc, entre l'aiguille et la première partie de l'actionneur, se propage axialement dans l'actionneur pour se réfléchir ensuite sur la limite, dite deuxième limite du bloc, opposée à ladite première limite. Grâce à la structure résonante symétrique de l'actionneur, une première onde réfléchie, c'est-à-dire, un premier écho de l'onde émise à la première limite, revient à cette même première limite une période plus tard après son émission. Il en est de même pour les ondes acoustiques, initiées par le matériau électroactif de la deuxième partie de l'actionneur et se propageant axialement vers l'aiguille, qui peuvent, à leur tour, se réfléchir sur la première limite, revenir dans l'actionneur pour se réfléchir à la deuxième limite, puis retourner à la première limite une période plus tard après leur départ de la première limite. La structure résonante symétrique de l'actionneur ne génère donc aucun retard, ni changement de signe des ondes - en particulier pour celle du type sinusoïdale où une partie de la sinusoïde en positive fait suite à une partie symétrique de la sinusoïde en négative - émises à la première limite quelque soit la provenance de ces ondes (de l'aiguille ou de l'actionneur). La structure résonante symétrique de l'actionneur contribue ainsi en un fonctionnement ordonné de l'injecteur.
Selon un deuxième de ses aspects, l'invention concerne un moteur à combustion interne utilisant le dispositif d'injection de fluide selon l'invention, c'est-à-dire un tel moteur où est disposé ce dispositif d'injection.
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 un schéma d'un dispositif d'injection selon l'invention agencé dans un moteur et équipé d'une aiguille à tête sortante liée à un actionneur,
la figure 2 est un schéma d'un dispositif d'injection selon l'invention agencé dans le moteur et équipé d'une aiguille à tête entrante liée à l'actionneur, les figures 3 et 4 représentent des schémas illustrant un fonctionnement du clapet formé par une buse et une aiguille à tête sortante : clapet fermé (figure 3) ; clapet ouvert (figure 4),
les figures 5 et 6 représentent des schémas illustrant un fonctionnement du clapet formé par une buse et une aiguille à tête entrante : clapet fermé (figure 5) ; clapet ouvert (figure 6), les figures 7 et 8 représentent respectivement de manière schématique en vue simplifiée de côté en coupe longitudinale partielle : une aiguille monobloc en forme d'une barre cylindrique (figure 7) ; une aiguille composée comprenant trois segments (figure 8), les figures 9 et 10 représentent respectivement de manière schématique en vue simplifiée de côté en coupe longitudinale partielle : une buse monobloc cylindrique (figure 9) ; une buse composée comprenant trois segments (figure 10),
la figure 11 représente de manière schématique l'actionneur en vue simplifiée de côté en coupe longitudinale,
la figure 12 représente de manière schématique une première partie de l'actionneur liée avec l'aiguille en vue partielle simplifiée de côté,
les figures 13-15 représentent de manière schématique en vues simplifiées de côté en coupe longitudinale respectivement trois différents schémas de l'actionneur,
la figure 16 représente de manière schématique en vue simplifiée de côté en coupe longitudinale l'actionneur comprenant une tige centrale,
la figure 17 représente de manière schématique en vue simplifiée de côté en coupe longitudinale l'actionneur comprenant la tige centrale, un moyen de précontrainte et un moyen élastique.
Le dispositif d'injection, ou injecteur, des figures 1 (ou 2) est destiné à injecter un fluide, par exemple, un carburant 131 dans une chambre de combustion 15 d'un moteur 151 à combustion interne, ou dans un conduit d'admission d'air non représenté, ou dans un conduit des gaz d'échappement non représenté.
L'injecteur comporte deux corps, par exemple, cylindriques. Un premier corps représentant un boîtier 1 , est prolongé, selon un axe privilégié AB du dispositif d'injection, par exemple, son axe de symétrie, par au moins une buse 3 présentant une longueur suivant l'axe AB et comportant un orifice d'injection et un siège 5 (ou 5'). Les dimensions linéaires du boîtier 1 , par exemple, sa largeur mesurée perpendiculairement à l'axe AB et/ou sa longueur mesurée le long de l'axe AB, peuvent être supérieures à celles de la buse 3. La masse volumique du boîtier 1 peut être supérieure à celle de la buse 3. Le boîtier 1 peut être relié à au moins un circuit 130 de carburant 131 par l'intermédiaire d'au moins une ouverture 9. Le circuit 130 de carburant 131 comprend un dispositif de traitement 13 du carburant 131 comportant, par exemple, un réservoir, une pompe, un filtre.
Un deuxième corps représentant un actionneur 2 est monté mobile axialement dans le boîtier 1. Une aiguille 4 présente, suivant l'axe AB, une longueur et une première extrémité 6 définissant un clapet, dans une zone de contact avec le siège 5 (ou 5') de la buse 3. Les dimensions linéaires de l'actionneur 2, par exemple, sa largeur mesurée perpendiculairement à l'axe AB et/ou sa longueur mesurée le long de l'axe AB, peuvent être supérieures à celles de l'aiguille 4. La masse volumique de l'actionneur 2 peut être supérieure à celle de l'aiguille 4. L'aiguille 4 et l'actionneur 2 sont liés entre eux par une zone de jonction ZJ (figure 2). La première extrémité 6 est, de préférence, prolongée longitudinalement, suivant l'axe AB, à l'opposé de l'actionneur 2, par une tête 7 (ou T) obturant le siège 5 (ou 5'), de manière à assurer une meilleure étanchéité du clapet de l'injecteur.
La figure 1 illustre le cas de l'aiguille 4 avec la tête 7 dite sortante. L'aiguille 4 à tête sortante 7 présente une forme évasée divergente dans un sens de l'axe AB de l'injecteur orienté du boîtier 1 vers l'extérieur de la buse 3 dans la chambre de combustion 15. De préférence, l'aiguille 4 à tête sortante 7 présente une forme évasée divergente tronconique (figure 1 ). La tête sortante 7 obture le siège 5 du côté extérieur de la buse 3 orienté à l'opposé du boîtier 1 , dans le sens de l'axe AB de l'injecteur.
La figure 2 illustre le cas de l'aiguille 4 avec la tête T dite entrante. L'aiguille 4 à tête entrante T va en rétrécissant dans le sens de l'axe AB orienté du boîtier 1 vers l'extérieur de la buse 3 et obture le siège 5' du côté intérieur de la buse 3 orienté vers le boîtier 1.
Des moyens de rappel 11 (ou 11 ') de l'actionneur 2 peuvent être prévus pour maintenir la tête 7 (ou T) de l'aiguille 4 en appui contre le siège 5 (ou 5') de la buse 3. Ainsi, les moyens de rappel 11 (ou 11 ') assurent la fermeture du clapet quelle que soit la pression dans la chambre de combustion 15. La localisation du point d'application des forces de rappel sur l'actionneur 2 est indifférente. Les moyens de rappel 11 (ou 11 ') peuvent être représentés par un ressort en spirale précontraint disposé selon l'axe AB en aval du boîtier 1 (en particulier dans le cas de l'aiguille 4 avec la tête sortante 7, figure 1 ) ou en amont du boîtier 1 (en particulier dans le cas de l'aiguille 4 avec la tête entrante 7', figure 2) par rapport au sens d'écoulement du carburant 131 vers la buse 3. Les moyens de rappel 11 (ou 11 ') peuvent aussi être formés par un moyen fluidique, par exemple, de type vérin hydraulique, avec le carburant 131 comme liquide de travail. Les jeux dus aux dilatations des différents éléments du boîtier 1 sont ainsi avantageusement rattrapés par les moyens de rappel 11 (ou 11 ') de sorte que le débit du carburant 131 à travers la buse 3 tende à rester insensible aux variations thermiques lors des différents régimes de fonctionnement du moteur 151.
Dans l'exemple sur la figure 1 , les moyens de rappel 11 sont susceptibles de se déformer, par exemple, élastiquement, en exerçant une force prédéterminée pour un très faible allongement, par exemple, inférieur à 100 μm, de manière à tirer la tête sortante 7 de l'aiguille 4 contre le siège 5 de la buse 3 suivant l'axe AB afin d'assurer la fermeture du clapet quelle que soit la pression dans la chambre de combustion 15.
Dans l'exemple sur la figure 2, les moyens de rappel 11 ' sont susceptibles de se déformer, par exemple, élastiquement, en exerçant une force prédéterminée pour un très faible allongement, par exemple, inférieur à 100 μm, de manière à pousser la tête 7' de l'aiguille 4 contre le siège 5' de la buse 3 suivant l'axe AB afin d'assurer la fermeture du clapet quelle que soit la pression dans la chambre de combustion 15.
L'actionneur 2 est prolongé, selon l'axe AB, par l'aiguille 4. En sa qualité de « maître », l'actionneur 2 est agencé pour une directe mise en vibration de l'aiguille 4, « esclave », avec une période de consigne τ, en assurant ainsi entre la première extrémité 6 de l'aiguille 4 et le siège 5 (ou 5') de la buse 3 un mouvement axial relatif propre à ouvrir et à fermer alternativement le clapet, comme illustrés sur les figures 3-4 et 5-6. Les vibrations s'opèrent avec une fréquence v prédéterminée, par exemple, ultrasonore pouvant s'étaler d'environ v = 20 kHz à environ v = 60 kHz, c'est-à-dire, avec la période de consigne τ de vibrations comprise respectivement entre 50 microsecondes et 16 microsecondes. A titre d'exemple pour un acier, une longueur d'onde λ de vibrations est d'environ 10~1 m à v = 50 kHz (τ = 20 microsecondes).
Il est à noter que la tête entrante T étant rétrécie (figure 2), sa surface est moins exposée, comparée à celle de la tête sortante 7 (figure 1 ), aux ondes de contre-pression dans la chambre de combustion 15. De même, la tête entrante T présente une masse allégée comparée à celle de la tête sortante 7, ce qui minimise l'amplitude des contraintes sur le siège 5' (comparée à celle de la tête sortante 7) au moment d'un choc accompagnant une fermeture du clapet. L'assemblage de l'injecteur est facilité car l'aiguille 4 à tête entrante T peut d'abord être montée sur l'actionneur 2, puis être insérée dans le boîtier 1. L'aiguille 4 à la tête entrante T tend à se poser sur le siège 5' sous l'effet de la pesanteur. L'injecteur fonctionne donc en sécurité positive moyennant une conception adaptée. En cas d'une défectuosité des moyens de rappel 11 ' de l'actionneur 2, voire même en leur absence, le clapet reste en position fermée en assurant ainsi l'étanchéité de l'injecteur à tête entrante T. De plus, une rupture accidentelle de l'aiguille 4 fait que sa portion brisée reste dans le boîtier 1 sans risque de tomber dans la chambre de combustion 15.
L'actionneur 2 comportant, selon l'axe AB, une première 21 , une deuxième 22 et une troisième 23 parties adaptées à être traversées par des ondes acoustiques initiées par des vibrations de la deuxième partie 22, les première 21 et troisième 23 parties étant disposées axialement de part et d'autre de la deuxième partie 22
(figures 1-2). Cette dernière comprend un matériau électroactif 221. Les trois parties 21 , 22, 23 sont serrées ensemble pour former un bloc présentant axialement deux limites opposées C, D, la première partie
21 étant liée avec l'aiguille 4 à l'endroit d'une D des dites limites C, D.
De préférence, la troisième partie 23 se présente comme une masse arrière jouant un rôle de répartition homogène des contraintes sur le matériau électroactif 221.
De préférence, le matériau électroactif 221 est piézoélectrique qui peut se présenter comme, par exemple, une ou plusieurs rondelles piézoélectriques céramiques empilées axialement les unes sur les autres pour former la deuxième partie 22 du bloc. Les déformations sélectives du matériau électroactif 221 , par exemple, les déformations périodiques avec la période de consigne τ, générant les ondes acoustiques dans l'injecteur aboutissent in fine au mouvement relatif de la tête 7 (ou T) par rapport au siège 5 (ou 5') ou vice versa, propre à ouvrir et à fermer alternativement le clapet, comme évoqué ci-dessus en rapport avec les figures 3-4 et 5-6. Ces déformations sélectives sont pilotées par des moyens d'excitation 14 correspondants, par exemple, à l'aide d'un champ électrique créé par une différence de potentiel appliqué à des électrodes solidaires du matériau électroactif 221 piézoélectrique. De manière alternative, le matériau électroactif 221 peut être magnétostrictif. Les déformations sélectives de ce dernier sont pilotées par des moyens d'excitation correspondants non représentés, par exemple, à l'aide d'une induction magnétique résultant d'un champ magnétique sélectif obtenu à l'aide, par exemple, d'un excitateur non représenté, et, en particulier, par une bobine solidaire de l'actionneur 2 ou par une autre bobine entourant l'actionneur 2.
II résulte de développements ci-dessus que la buse 3 avec le boîtier 1 et l'aiguille 4 avec l'actionneur 2 forment respectivement un premier et un deuxième milieux de propagation d'ondes acoustiques. Chacun de ces deux milieux présente au moins une impédance acoustique linéaire I qui dépend d'une surface Σ d'une section du milieu perpendiculaire à l'axe AB, d'une masse volumique p du milieu et d'une célérité c du son dans le milieu : I = fι(∑, p, c). Pour illustrer ce rapport, examinons différents exemples simplifiés sur les figures 7-8 et 9-10 portant respectivement sur l'aiguille 4 ou la buse 3. A des fins de simplification, il est entendu que, pour tous ces exemples, l'actionneur 2 et le deuxième corps sont confondus. Pour obtenir une ouverture du clapet de l'injecteur peu sensible à la pression dans la chambre de combustion 15, l'injecteur pilote en déplacement la première extrémité 6 de l'aiguille 4, tandis que le siège (représenté de manière simplifiée sur les figures 7-10 et référencé 50) de la buse 3 est maintenu dynamiquement immobile ou fixe en se comportant ainsi comme un nœud de déplacement.
L'aiguille 4 et la buse 3 se présentent chacun comme un corps dont les dimensions radiales perpendiculaires à l'axe AB sont faibles par rapport à sa longueur le long de l'axe AB. Dans une barre pleine 400 citée ici comme un modèle simplifié de l'aiguille 4 (figure 7) ou dans une barre percée 300 longitudinalement citée ici comme un modèle simplifié de la buse 3 (figure 9), la propagation des ondes acoustiques associe la propagation d'un saut de tension (force) ΔFo et d'un saut de vitesse Δv à l'aide d'une équation : ΔF0 = Σ*Δσ = Σ*z*Δv, où Σ est une surface d'une section de la barre perpendiculaire à son axe privilégié AB, par exemple, son axe de symétrie, Δσ = z*Δv est un saut de contrainte, z est une impédance acoustique définie par une équation : z = ρ*c où p est une masse volumique de la barre et c est une célérité du son dans la barre. Il est entendu que la tension Fo est positive pour une compression et la vitesse v est positive dans le sens de propagation des ondes acoustiques. Le produit I = ∑*z = ∑*ρ*c représentatif des propriétés acoustiques de la barre - pleine ou creuse - est appelé « impédance linéaire acoustique » ou « impédance linéaire ».
Toute variation d'impédance acoustique linéaire I induit un écho, c'est-à-dire, un affaiblissement de l'onde acoustique se propageant dans un sens de la barre (par exemple, de droite à gauche sur les figures 7, 9) par une autre onde acoustique se propageant en sens inverse de la barre (par exemple, de gauche à droite sur les figures 7, 9) à partir d'un point de variation d'impédance linéaire I, par exemple, au niveau d'une jonction entre l'aiguille 4 et l'actionneur 2 (figure 7) ou au niveau d'une autre jonction entre la buse 3 et le boîtier 1 (figure 9). Ce même raisonnement est applicable à toute rupture d'impédance linéaire I, le terme « rupture » devant être compris comme « une variation d'impédance linéaire I dépassant un seuil prédéterminé représentatif d'une différence entre l'impédance linéaire en amont et celle en aval, par rapport au sens de propagation des ondes acoustiques, d'une zone de rupture d'impédance linéaire située dans un milieu de propagation des ondes acoustiques sur une distance faible devant la longueur d'onde, de préférence, inférieure à une huitième de la longueur d'onde λ/8 ».
L'injecteur peut comprendre au moins une zone de rupture d'impédance acoustique linéaire, existant à distance de la zone de contact du siège 50 avec la première extrémité 6 de l'aiguille 4 le long de la buse 3 (figure 9) ou du boîtier 1 , et au moins une autre zone de rupture d'impédance acoustique linéaire existant à distance de la zone de contact de la première extrémité 6 avec le siège 50 le long de l'aiguille 4 (figure 7) ou de l'actionneur 2. Lesdites zone et autre zone de rupture d'impédance acoustique linéaire étant chacune première dans l'ordre à partir de ladite zone de contact entre la première extrémité 6 de l'aiguille 4 et le siège 50, dans un sens de propagation des ondes acoustiques orienté respectivement vers le boîtier 1 et l'actionneur 2.
Comme illustré schématiquement sur la figure 1 (ou 2), la distance, dite première distance I_B, entre, d'une part, la zone de contact entre le siège 5 (ou 5') et la première extrémité 6, et, d'autre part, la première zone de rupture d'impédance acoustique linéaire le long de la buse 3 ou du boîtier 1 , est telle que le temps de propagation, dit « temps de vol acoustique » TB, des ondes acoustiques initiées par l'actionneur 2 et parcourant cette première distance I_B = fB(TB) répond à l'équation suivante :
TB = nB*[τ/2], (E1 )
où nB est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul, dit premier coefficient multiplicateur, et la distance, dite deuxième distance LA, entre, d'une part, la zone de contact entre la première extrémité 6 et le siège 5 (ou 5'), et, d'autre part, la première zone de rupture d'impédance acoustique linéaire le long de l'aiguille 4 ou de l'actionneur 2, est telle que le temps de propagation, dit « temps de vol acoustique » TA, des ondes acoustiques initiées par l'actionneur 2 et parcourant cette deuxième distance I_A = fAOΑ) répond à l'équation suivante :
TA = nA *[τ/2], (E2) où nA est un autre coefficient multiplicateur, entier positif non nul, dit deuxième coefficient multiplicateur, par exemple, ΠA ≠ ne.
On doit comprendre que les équations référencées E1 et E2 ci- dessus doivent être considérées comme vérifiées à une certaine tolérance près pour tenir compte de contraintes de fabrication, par exemple, à une tolérance de l'ordre de plus ou moins 10% de la période de consigne τ, c'est-à-dire, de l'ordre de plus ou moins 20% de la demi- période de consigne τ/2. En prenant en considération cette tolérance, les équations référencées E1 et E2 ci-dessus peuvent respectivement être réécrites comme suit :
TB = nB *[τ/2] ± 0.2*[τ/2] (ET)
TA = nA*[τ/2] ± 0.2*[τ/2] (E21)
II est à noter qu'en pratique, la première distance I_B = fB(Tβ) exprimée en temps de vol acoustique TB et la deuxième distance LA = fA(TA) exprimée en temps de vol acoustique TA, mesurées sur des pièces correspondantes fabriquées à l'échelle industrielle, peuvent présenter des légères variations par rapport aux valeurs de référence calculées à l'aides des équations E1 et E2 ci-dessus. Ces légères variations peuvent être dues à un effet de masses rapportées. Ces dernières peuvent correspondre, par exemple, à la tête 7 (ou T) de l'aiguille 4 et/ou à un bossage de guidage (non représenté) dans un plan perpendiculaire à l'axe AB de l'extrémité 6 de l'aiguille 4 dans la buse 3. Ladite tolérance permet de prendre en compte ledit effet de masses rapportées de manière à corriger les expressions en temps de vol acoustique de la première LB = fB(Te) et de la deuxième LA = fAOΑ) distances à l'aide des équations EV et E2' ci-dessus. De préférence, nA = nB pour le deuxième et le premier coefficients multiplicateurs avec, en particulier, ΠA = ne = 1 afin de minimiser les dimensions linéaires de l'injecteur selon l'axe AB pour laisser un maximum de place à des conduits d'admission et/ou d'échappement. Ainsi, partant de la zone de contact entre le siège 5 (ou 5') et la première extrémité 6 de l'aiguille 4, la buse 3 présente des propriétés acoustiques constantes sur des successions de longueur représentative de la première distance I_B = fB(Te) sensiblement égales les unes aux autres en temps de vol acoustique et dont l'expression en temps de vol acoustique TB se résume, de préférence, à une seule demi-période de consigne τ/2. De même, partant de la zone de contact entre le siège 5 (ou 5') et la première extrémité 6 de l'aiguille 4, cette dernière présente des propriétés acoustiques constantes sur des successions de longueur représentative de la deuxième distance LA = fAOΑ) sensiblement égales les unes aux autres en temps de vol acoustique et dont l'expression en temps de vol acoustique TA se résume, de préférence, à une seule demi-période de consigne τ/2.
Pour faciliter son assemblage, sur au moins 90% de la première distance I_B = fB(Te), l'injecteur peut présenter une variation d'impédance acoustique linéaire inférieure ou égale à 5% sans que cette variation puisse être considérée comme une rupture d'impédance acoustique linéaire. De même, sur au moins 90% de la deuxième distance I_A = ^A(TA), l'injecteur peut présenter une autre variation d'impédance acoustique linéaire inférieure ou égale à 5% sans que cette variation puisse être considérée comme une rupture d'impédance acoustique linéaire.
Lors d'un régime établi de son fonctionnement, c'est-à-dire, lors du fonctionnement à une température prédéterminée hors phases de démarrage et d'arrêt de l'injecteur, ce dernier permet avantageusement d'ouvrir et de fermer alternativement le clapet de manière peu sensible à la pression dans la chambre de combustion 15. Dans l'exemple illustré sur la figure 1 , il s'agit, à la fois, de piloter en déplacement la première extrémité 6 prolongée de la tête 7 de l'aiguille 4 et de maintenir dynamiquement immobile le siège 5 de la buse 3. Comme mentionné ci-dessus, le pilotage en déplacement de la tête 7 de l'aiguille 4 s'opère grâce aux déformations sélectives, par exemple, périodiques avec la période de consigne τ, du matériau électroactif 221 transmises à l'aiguille 4 par l'intermédiaire de l'actionneur 2. Le maintien du siège 5 dynamiquement immobile est obtenu grâce au maintien de sa vitesse longitudinale suivant l'axe AB égale à zéro, en profitant de la périodicité du phénomène de la propagation des ondes acoustiques. Chaque fermeture du clapet lors des atterrissages périodiques avec la période de consigne τ de la tête 7 de l'aiguille 4 sur le siège 5, produit un choc. Ce dernier génère une onde acoustique, dite onde incidente, associant un saut de vitesse Δv et un saut de contrainte Δσ. Cette onde se propage dans la buse 3 vers le boîtier 1 en parcourant la première distance I_B, puis se réfléchit dans la première zone de rupture d'impédance acoustique linéaire qui est confondue sur la figure 1 avec un endroit d'encastrement SX de la buse 3 dans le boîtier 1 de section, dans un plan perpendiculaire à l'axe AB, bien plus grande que celle de la buse 3. Une fois l'onde incidente réfléchie, son écho, dit onde réfléchie, retourne dans la buse 3 pour parcourir la première distance I_B en sens inverse, c'est-à-dire, du boîtier 1 vers le siège 5. L'onde réfléchie présente le même signe du saut de contrainte Δσ que l'onde incidente et le signe inverse du saut de vitesse Δv que l'onde incidente (le sens de propagation s'étant inversé, le saut de vitesse Δv a changé de signe si on considère maintenant toutes les vitesses positives dans le sens arrivant sur le siège 5 et non plus dans le sens de propagation des ondes). Compte tenu que la première distance est conditionnée de préférence par l'équation : LB = fB(Te) = fβ(nB*[τ/2]), l'onde réfléchie arrive sur le siège 5 exactement au même moment qu'une nouvelle onde incidente est produite par le choc dû à la fermeture du clapet, le déplacement de la tête 4 de l'aiguille 4 étant conditionné, lui aussi, par la deuxième distance LA dépendante de préférence d'un multiple de la demi-période de consigne τ/2 : LA = fAOΑ) = fA(nA*[τ/2]). Il en résulte que, dans le siège 5, les contraintes sont maintenues et les vitesses sont annulées. Le siège 5 présente donc un nœud de déplacement. Dans ces conditions, une variation de la pression dans la chambre de combustion 15 va induire une amplification des chocs mais sans modifier leur synchronisme. Le fonctionnement de l'injecteur ne sera donc pas affecté par cette variation de pression dans la chambre de combustion 15.
Pour obtenir l'identité des sauts de contrainte Δσ lorsque les deux ondes correspondantes, incidente et réfléchie, se croisent, il faut que la réflexion des ondes acoustiques au niveau de la première zone de rupture d'impédance soit la plus grande possible. Cette condition de réflexion quasi-totale est a priori satisfaite pour la buse 3 encastrée dans le boîtier 1 lié à son tour avec une culasse 8, cette configuration pouvant être assimilée avec un cas idéal d'une barre de diamètre fini (de type poutre) encastrée dans un corps infini. Compte tenu de la taille finie de l'actionneur 2, la réflexion totale des ondes acoustiques dans la zone de jonction ZJ entre l'aiguille 4 et l'actionneur 2 est difficile à obtenir. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, dans la zone de jonction ZJ l'actionneur 2 présente une impédance acoustique linéaire UC-ZJ et l'aiguille 4 présente une autre impédance acoustique linéaire IA-ZJ- Un compromis satisfaisant en terme de réflexion des ondes acoustiques dans la zone de jonction ZJ peut être obtenu si le rapport IAC-ZJ / IA-ZJ est supérieur à une valeur prédéterminée. De préférence, la relation suivante est vérifiée : UC-ZJ / IA-ZJ ≥ 2.5. A la lumière des précisions ci-dessus, il doit être compris que, dans le cas général pour le premier et le deuxième coefficients multiplicateurs tels que nB ≠ nA, ce sont les ondes incidentes et les ondes réfléchies décalées de quelques périodes τ qui se compensent mutuellement dans le siège 5 pour le rendre dynamiquement fixe. Cette compensation peut ne pas être totale lorsque, par exemple, la différence entre nB et nA est supérieure à une valeur prédéterminée et/ou une dissipation des ondes acoustiques dans la buse 3 (et, in fine, de son impédance acoustique linéaire), dépasse un certain seuil. C'est pourquoi, la configuration de l'injecteur avec ne = ΠA et, notamment ne = nA = 1 , apparaît comme a priori plus fiable sur le plan acoustique et reste à privilégier par rapport à celle où nB ≠ nA.
II doit être compris que la première I_B = fB(Te) et la deuxième I_A
= fA(TA) distances respectivement en rapport avec le premier « buse 3 + boîtier 1 » et le deuxième « aiguille 4 + actionneur 2 » milieux de propagation des ondes acoustiques sont définies, de préférence à l'aide des temps de vol acoustique respectif TB = nB *[x/2] et TA = nA *[τ/2], dans un contexte acoustique. Ce dernier est dû à la présence des vibrations, par exemple, ultrasonores, de la période de consigne τ, initiées par la deuxième partie 22 de l'actionneur 2, comme évoquées ci-dessus. Autrement dit, la première I_B = fB(Te) et la deuxième I_A = fA(TA) distances sont comprises entre deux limites acoustiques. De manière générale, une première limite acoustique servant à définir, à la fois la première LB et la deuxième I_A distances, est représentée par une extrémité d'un ensemble en question (« buse 3 + boîtier 1 » ou « aiguille 4 + actionneur 2 »). De manière simplifiée, on peut considérer que cette première limite acoustique se confond avec la zone de contact entre la première extrémité 6 de l'aiguille 4 (éventuellement prolongée axialement par la tête 7 (ou 7')) et le siège 5 (ou 5') de la buse 3, comme illustré sur la figure 1 (ou 2).
Dans l'exemple illustré sur la figure 1 avec l'aiguille 4 à tête sortante 7, il doit être compris que la première limite acoustique servant pour déterminer la deuxième I_A distance en rapport avec le deuxième milieu « aiguille 4 + actionneur 2 » de propagation des ondes acoustiques, est prise à la mi-hauteur de la tête sortante 7 tronconique divergente. De même, la première limite acoustique servant pour déterminer la première distance I_B = fB(Te) en rapport avec le premier milieu « buse 3 + boîtier 1 » de propagation des ondes acoustiques est prise à la mi-hauteur du siège 5 tronconique divergente correspondant.
Dans l'exemple illustré sur la figure 2 avec l'aiguille 4 à tête entrante 7', il doit être compris que la première limite acoustique servant pour déterminer la deuxième LA distance en rapport avec le deuxième milieu « aiguille 4 + actionneur 2 » de propagation des ondes acoustiques, est prise à la mi-hauteur de la tête entrante T tronconique convergente. De même, la première limite acoustique servant pour déterminer la première distance I_B = fB(Te) en rapport avec le premier milieu « buse 3 + boîtier 1 » de propagation des ondes acoustiques est prise à la mi-hauteur du siège 5' tronconique convergent correspondant.
La deuxième limite acoustique propre à chacun des deux ensembles est représentée par la respective première zone de rupture d'impédance acoustique linéaire I, comme détaillé ci-dessus. Par exemple, la deuxième limite acoustique peut correspondre à l'endroit où le diamètre de l'ensemble en question varie dans un plan perpendiculaire à l'axe AB, par exemple, au niveau de la zone de jonction ZJ de l'aiguille 4 avec la première partie 21 de l'actionneur 2 ou de l'endroit d'encastrement SX de la buse 3 dans le boîtier 1 (figure 1 , 2), étant entendu que :
- dans la zone de jonction ZJ, l'aiguille 4 et l'actionneur 2 sont réalisés, par exemple, par un usinage dans une pièce monobloc en matériau présentant de préférence la même masse volumique et la même célérité du son, et
- dans l'endroit d'encastrement SX, la buse 3 et le boîtier 1 sont réalisés, par exemple, par un usinage dans une pièce monobloc en matériau présentant de préférence la même masse volumique et la même célérité du son.
En effet, l'usinage dans une pièce monobloc présente une solution la plus simple à mettre en œuvre lors d'une fabrication des dites pièces à l'échelle industrielle.
Cependant, dans certains cas, les limites acoustiques des corps peuvent ne pas correspondre aux limites physiques des corps, comme le montre deux exemples ci-après. Comme illustré sur la figure 10, au sein du premier milieu de propagation d'ondes acoustiques, sur ladite première distance LB, il existe une pluralité de segments 301 , 302, 303 se différenciant les uns des autres par au moins deux critères parmi les trois critères suivants propres à chacun des segments 301 , 302, 303 : (a) géométrie du segment ; (b) masse volumique p du segment ; (c) célérité c du son dans le segment, les segments 301 , 302, 303 étant tels que leurs impédances acoustiques linéaires respectives - I301 = ∑3oi*p3oi*c3oi ; I302 = ∑302*p302*c302 ; I303 = ∑303*p303*C303 - sont égales : I301 = I302 = 1303- Ainsi, quelque soient leurs dimensions linéaires respectives, aucun écho parasite ne se produit dans des zones de jonction entre deux segments respectifs : 301/302, 302/303, de sorte que la première distance I_B reste comprise entre le siège 50 et l'endroit d'encastrement SX de la buse 3 dans le boîtier 1 (figure 10). Ainsi il est possible de réaliser la buse 3 en matériaux différents, en les combinant de manière à doter la buse 3 localement et/ou axialement des propriétés physiques sélectives (autres que celles acoustiques), propres à chacun des segments 301 , 302, 303 (par exemple, en améliorant leur résistance aux chocs, en réduisant leur usure mécanique et/ou leur dilatation thermique), pourvu que leurs propriétés acoustiques le long de l'axe AB représentées par les impédances acoustiques linéaires respectives I301, I302, I303 restent les mêmes : I301 = I302 = 1303- Comme illustré sur la figure 8, au sein du deuxième milieu de propagation d'ondes acoustiques, sur ladite deuxième distance LA, il existe une pluralité de segments 401 , 402, 403 se différenciant les uns des autres par au moins deux critères parmi les trois critères suivants propres à chacun des segments 401 , 402, 403 : (a) géométrie du segment ; (b) masse volumique p du segment ; (c) célérité c du son dans le segment, les segments 401 , 402, 403 étant tels que leurs impédances acoustiques linéaires respectives - I401 =
∑401 *p401*C401 ! I402 = ∑402*p402*C402 ', Uθ3 = ∑403*p403*C403 ~ SOnt égalβS '.
I401 = I402 = 1403- Ainsi, quelque soient leurs dimensions linéaires respectives, aucun écho parasite ne se produit dans des zone de jonction entre deux segments respectifs : 401/402, 402/403, de sorte que la deuxième distance LA reste comprise entre le siège 50 et la zone de jonction ZJ de la l'aiguille 4 dans l'actionneur 2 (figure 8). Ainsi, il est possible de réaliser l'aiguille 4 en matériaux différents, en les combinant de manière à doter l'aiguille 4 localement et/ou axialement des propriétés physiques sélectives (autres que celles acoustiques) propres à chacun des segments 401 , 402, 403 (par exemple, en améliorant leur résistance aux chocs, en réduisant leur usure mécanique et/ou leur dilatation thermique), pourvu que leurs propriétés acoustiques le long de l'axe AB représentées par les impédances acoustiques linéaires respectives Uoi, I402, Uo3, restent les mêmes : Uoi = I402 = Uo3-
Comme illustré sur la figure 2, la zone de jonction ZJ entre l'aiguille 4 et l'actionneur 2 peut être formée du côté de l'actionneur 2 par au moins la première partie 21 de l'actionneur 2. La première partie 21 dispose, de préférence, d'une section circulaire d'un diamètre prédéterminé, dit diamètre DM de la première partie 21 , mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe AB. La zone de jonction ZJ entre l'aiguille 4 et l'actionneur 2 est formée du côté d'aiguille 4 par au moins un tronçon cylindrique de révolution d'un diamètre prédéterminé, dit diamètre D4 de l'aiguille 4, mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe AB. De préférence, la première partie 21 et le tronçon cylindrique de l'aiguille 4 sont réalisés en matériau présentant une masse volumique p et une célérité c du son identiques. Le diamètre DM de la première partie 21 de l'actionneur 2 et le diamètre D4 de l'aiguille 4 sont reliés par l'inéquation suivante : DM/D4 > y[Z5 . Avantageusement ce rapport de diamètres DM/D4 correspond à un « encastrement acoustique » acceptable de l'aiguille 4 dans l'actionneur 2. Grâce à cet encastrement acoustique acceptable, une onde incidente partant de la tête 7' de l'aiguille 4 et arrivant le long de l'aiguille 4 dans la zone de jonction ZJ (figure 2) s'y réfléchit avec un minimum des pertes d'amplitude et/ou de fréquence pouvant perturber l'ouverture et la fermeture du clapet avec la période de consigne de τ (et, donc, le pilotage en déplacement de la tête 7' de l'aiguille 4 évoqué ci-dessus). Pour rendre lïnjecteur encore plus performant en termes acoustiques, la longueur L entre les deux limites C, D du bloc formé par les trois parties 21 , 22, 23 de l'actionneur 2 (figure 1-2) est telle que le temps de propagation T des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 et parcourant cette longueur L = f(T) répond à l'équation suivante :
T = n*[τ/2], (E3)
où n est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul, dit troisième coefficient multiplicateur, par exemple, n ≠ nB ≠ nA. Par analogie avec la buse 3 et l'aiguille 4, l'actionneur 2 peut donc présenter une structure acoustique symétrique telle qu'un écho d'une onde acoustique émise dans un endroit du bloc symétrique tend à revenir, après une ou plusieurs réflexions aux limites du bloc, dans ce même endroit d'émission de l'onde acoustique un nombre entier positif non nul de périodes après son émission. Cette symétrie acoustique de l'actionneur 2 est particulièrement avantageuse lorsque l'encastrement acoustique de l'aiguille 4 dans l'actionneur 2 n'est pas parfait et l'onde incidente partant de la tête 7' de l'aiguille 4 et arrivant le long de l'aiguille 4 dans la zone de jonction ZJ (figure 2) arrive à pénétrer, après une réflexion partielle sur la première limite D de l'actionneur 2, dans ce dernier. Cependant, grâce à la symétrie acoustique de l'actionneur 2, l'écho de cette onde incidente revenant à la première limite 213 un nombre entier positif non nul de périodes après son émission, cela ne génère aucun retard, ni changement de signe des ondes émises à la première limite 213 de sorte que le mouvement alternatif de va-et-vient de l'aiguille 4 n'est pas perturbé.
Par analogie avec les équations référencées E1 et E2 ci- dessus, on doit comprendre que l'équation référencée E3 ci-dessus doit être considérée comme vérifiée à une certaine tolérance près pour tenir compte des contraintes de fabrication, par exemple, à une tolérance de l'ordre de plus ou moins 10% de la période de consigne τ, c'est-à-dire, de l'ordre de plus ou moins 20% de la demi-période de consigne τ/2. En prenant en considération cette tolérance, l'équation référencée E3 ci- dessus peut être réécrite comme suit :
T = n*[τ/2] ± 0.2*[τ/2] (E31)
II est à noter qu'en pratique, la longueur L = f(T) exprimée en temps de vol acoustique T et mesurée sur des pièces correspondantes fabriquées à l'échelle industrielle, peut présenter des légères variations par rapport aux valeurs de référence calculées à l'aide de l'équation E3 ci-dessus. Ces légères variations peuvent être dues à un effet de masses rapportées. Ces dernières peuvent correspondre, par exemple, à des appendices ou à des usinages de préhension ou d'assemblage. Ladite tolérance permet de prendre en compte ledit effet de masses rapportées de manière à corriger l'expression en temps de vol acoustique de la longueur L = f(T) à l'aide de l'équation E3' ci-dessus.
Pour les même raisons que celles évoquées précédemment en rapport avec nB et nA, il est préférable que n = nB = nA et, en particulier, n = nB = nA = 1.
Comme illustré sur la figure 11 , la première partie 21 de l'actionneur 2 peut présenter axialement une première limite 213 confondue avec celle D où le bloc est lié à l'aiguille 4 et une deuxième limite 212 opposée, serrée contre le matériau électroactif 221 de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2. De préférence, la première longueur Li mesurée entre lesdites première 213 et deuxième 212 limites, est telle que le temps de propagation Ti des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 et parcourant cette première longueur l_i = fi(Ti) répond à l'équation suivante :
Ti = m*[τ/2], (E4)
où m est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul, par exemple, m ≠ n ≠ nB ≠ nA. Cette configuration est adaptée, par exemple, au cas où, outre l'encastrement acoustique imparfait de l'aiguille 4 dans l'actionneur 2 déjà évoqué ci-dessus, l'actionneur 2 présente une nouvelle zone de rupture d'impédance acoustique linéaire à la deuxième limite 212. Grâce à la symétrie acoustique de la première partie 21 de l'actionneur 2, aucun retard, ni changement de signe des ondes émises à la première limite 213 n'est généré malgré leurs échos parasites produits par la nouvelle zone de rupture d'impédance acoustique linéaire à la deuxième limite 212, de sorte que les mouvements axiaux alternatifs de va-et-vient de l'aiguille 4 ne sont pas perturbés.
Par analogie avec les équations référencées E1 à E3 ci- dessus, on doit comprendre que l'équation référencée E4 ci-dessus doit être considérée comme vérifiée à une certaine tolérance près pour tenir compte de contraintes de fabrication, par exemple, à une tolérance de l'ordre de plus ou moins 10% de la période de consigne τ, c'est-à-dire, de l'ordre de plus ou moins 20% de la demi-période de consigne τ/2. En prenant en considération cette tolérance, l'équation référencée E4 ci- dessus peut être réécrite comme suit :
Ti = m*[τ/2] ± 0.2*[τ/2] (E4')
II est à noter qu'en pratique, la première longueur l_i = fi(Ti) exprimée en temps de vol acoustique Ti et mesurée sur des pièces correspondantes fabriquées à l'échelle industrielle, peut présenter des légères variations par rapport aux valeurs de référence calculées à l'aide de l'équation E4 ci-dessus. Ces légères variations peuvent être dues à un effet de masses rapportées. Ces dernières peuvent correspondre, par exemple, à des appendices ou à des usinages de préhension ou d'assemblage. Ladite tolérance permet de prendre en compte ledit effet de masses rapportées de manière à corriger l'expression en temps de vol acoustique de la première longueur l_i = fi(Ti) à l'aide de l'équations E4' ci-dessus.
Pour les même raisons que celles évoquées précédemment en rapport avec nB et nA, il est préférable que m = nB = nA et, en particulier, m = nB = nA = 1.
De préférence, la deuxième longueur L2 mesurée entre cette deuxième limite 212 et la limite C du bloc opposée axialement à l'aiguille 4, est telle que le temps de propagation T2 des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 et parcourant cette deuxième longueur L2 = f2(T2) répond à l'équation suivante :
T2 = k*[τ/2], (E5) où k est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul, par exemple, k ≠ m ≠ n ≠ ne ≠ nA. Cette configuration symétrique acoustiquement est adaptée, par exemple, au cas où, la nouvelle zone de rupture d'impédance acoustique linéaire à la deuxième limite 212 ne présente qu'une rupture partielle d'impédance acoustique linéaire, de sorte que les ondes acoustique remontant axialement la première partie 21 de l'actionneur arrivent à pénétrer, après leurs réflexions partielles sur la deuxième limite 212 de l'actionneur 2, dans sa deuxième partie 22 sans que cela perturbe un mouvement axial alternatif de la deuxième limite 212 et/ou celui de la première limite 213 et/ou, in fine, celui de l'aiguille 4.
Par analogie avec les équations référencées E1 à E4 ci- dessus, on doit comprendre que l'équation référencée E5 ci-dessus doit être considérée comme vérifiée à une certaine tolérance près pour tenir compte de contraintes de fabrication, par exemple, à une tolérance de l'ordre de plus ou moins 10% de la période de consigne τ, c'est-à-dire, de l'ordre de plus ou moins 20% de la demi-période de consigne τ/2. En prenant en considération cette tolérance, l'équation référencée E5 ci- dessus peut être réécrite comme suit :
T2 = k*[τ/2] ± 0.2*[τ/2] (E5')
II est à noter qu'en pratique, la deuxième longueur L2 = f2(T2) exprimée en temps de vol acoustique T2 et mesurée sur des pièces correspondantes fabriquées à l'échelle industrielle, peut présenter des légères variations par rapport aux valeurs de référence calculées à l'aide de l'équation E5 ci-dessus. Ces légères variations peuvent être dues à un effet de masses rapportées. Ces dernières peuvent correspondre, par exemple, à des appendices ou à des usinages de préhension ou d'assemblage. Ladite tolérance permet de prendre en compte ledit effet de masses rapportées de manière à corriger l'expression en temps de vol acoustique de la deuxième longueur L2 = f2(T2) à l'aide de l'équations E5' ci-dessus.
Pour les même raisons que celles évoquées précédemment en rapport avec nB et nA, il est préférable que k = nB = nA et, en particulier, k = nB = nA = 1.
Pour faciliter son assemblage à l'échelle industrielle, sur au moins 90% de la deuxième longueur L2, l'actionneur 2 présente une variation d'impédance acoustique linéaire inférieure ou égale à 5%. Grâce à cet agencement, il devient possible, par exemple, d'empiler les rondelles piézoélectriques céramiques constitutives de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 et présentant une légère variation de leurs tailles, par exemple, axiales, sans que cela crée un écart inadmissible en termes acoustiques pouvant perturber le fonctionnement ordonnée de l'injecteur.
De préférence, la première partie 21 de l'actionneur 2 est destinée à transmettre les vibrations du matériau électroactif 221 à l'aiguille 4 en les amplifiant de manière que les déplacements de l'aiguille 4 au niveau du clapet soient supérieures à l'intégrale des déformations du matériaux électroactif 221. Toute section perpendiculaire à l'axe AB de la première partie 21 présente, suivant ledit axe AB, des déplacements produits par les ondes acoustiques parcourant la première partie 21 de sa deuxième limite 212 vers sa première limite 213. De préférence, la première partie 21 de l'actionneur 2 présente, suivant ledit axe AB, une variation d'impédance acoustique linéaire l2i telle que les déplacements axiaux d'une section perpendiculaire à l'axe AB et située à la première limite 213 sont supérieurs à ceux de toute autre section de la première partie 21 , l'impédance acoustique linéaire l2i de la première partie 21 étant définie par l'équation suivante : I21 = ∑2i*p2i*C2i, où Σ21 est une surface d'une section de la première partie 21 perpendiculaire à l'axe AB, ρ2i est une masse volumique dans la première partie 21 , C21 est une célérité du son dans la première partie 21. Les déformations sélectives de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 induites par celles du matériau électroactif 221 , sont alors amplifiées, de sorte à produire le plus grand déplacement possible à la première limite 213 de l'actionneur 2 et, par conséquent, à la première extrémité 6 de l'aiguille 4, cette première limite 213 devenant de ce fait un endroit appelé « ventre » où les vibrations (en particulier, les déplacements) sont amplifiées et maximales.
De préférence, la première partie 21 de l'actionneur 2 comprend au moins un segment tronconique qui se rétrécit, suivant l'axe AB, vers l'aiguille 4 (figures 11 , 12). Le segment tronconique à variation de section dans un plan perpendiculaire à l'axe AB sensiblement linéaire ou exponentielle suivant l'axe AB, permet d'obtenir une amplification des déformations sélectives de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 induites par celles du matériau électroactif 221. Comparé à la première partie 21 de forme, par exemple, cylindrique (figure 13), celle comprenant le segment tronconique (figures 11-12) permet d'obtenir le même déplacement à la première limite D avec moins de rondelles piézoélectriques céramiques empilées axialement. Outre un gain de temps lors de l'assemblage de l'injecteur à l'échelle industrielle, cet agencement rend l'actionneur 2 plus fiable tant en terme de qualité d'assemblage qu'en terme d'une durée de vie, les rondelles piézoélectriques céramiques - fragiles par nature - présentant intrinsèquement un risque de cassure et/ou de fissuration. De préférence, la distance H, suivant l'axe AB, entre une section quelconque EF du segment tronconique perpendiculaire à l'axe AB et une pointe imaginaire P du segment tronconique (figure 12), répond à l'inéquation suivante : H > 0.22*c*τ. Grâce à cet agencement, une dispersion des ondes acoustiques observées dans le segment tronconique amplifiant le déplacement reste acceptable, de manière à ne pas perturber le fonctionnement ordonné de l'injecteur.
Comme détaillé précédemment, l'actionneur 2 est réalisé en plusieurs parties 21 , 22, 23 pouvant se différencier les unes des autres par leur géométrie et/ou par leur masse volumique p et/ou par la célérité c du son propre à chacune d'elle (figure 13-17). C'est pourquoi, pour réaliser l'injecteur avec l'actionneur 2 présentant, par exemple, l'impédance acoustique linéaire I prédéterminée, de préférence, constante, par exemple, sur sa longueur L entre les deux limites C, D, et/ou sur sa première longueur Li, et/ou sur sa deuxième longueur l_2, lesdites parties 21 , 22, 23 de l'actionneur 2 peuvent présenter respectivement des sections de surfaces différentes dans des plans perpendiculaires à l'axe AB, de manière à compenser des éventuelles variations de l'impédance acoustique linéaire I par celles de la surface Σ des sections correspondantes perpendiculaires à l'axe AB. Un premier exemple est représenté sur les figures 14-15 et porte sur la troisième 23 et la deuxième 22 parties de l'actionneur 2 présentant respectivement des sections D3 et D2-3 de surfaces différentes dans des plans perpendiculaires à l'axe AB. Un deuxième exemple est représenté sur la figure 16 et porte sur la première 21 et la deuxième 22 parties de l'actionneur 2 présentant respectivement des sections Di-2 et D2-1 de surfaces différentes dans des plans perpendiculaires à l'axe AB. Un troisième exemple est représenté sur les figures 14-15 et porte sur la première partie 21 de l'actionneur 2 et l'aiguille 4 présentent respectivement des sections DM et D4 de surfaces différentes dans des plans perpendiculaires à l'axe AB. Pour pouvoir assurer une répartition la plus homogène possible des contraintes entre les parties de sections différentes, des segments de raccordement entre les trois parties 21 , 22, 23 de l'actionneur 2 et/ou entre la première partie 21 et l'aiguille 4 peuvent être prévus. De préférence, la troisième partie 23 peut comprendre un segment de raccordement 230 avec la deuxième partie 22 présentant axialement une longueur LA3 telle que le temps de propagation TA3 des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 et parcourant cette longueur LA3 = fA3θ~A3) répond à l'inéquation suivante : TA3 < τ/10 (figures 14-15). Grâce à cet agencement, la répartition la plus homogène possible des contraintes entre la troisième partie 23 et la deuxième partie 22 est obtenue sur des longueurs LA3 = fA3(TA3) limitées.
De préférence, la première partie 21 comprend un segment de raccordement 211 avec la deuxième partie 22 présentant axialement une longueur LA2 telle que le temps de propagation TA2 des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 et parcourant cette longueur LA2 = fA2(TA2) répond à l'inéquation suivante : TA2 < τ/10 (figure 17). Grâce à cet agencement, la répartition la plus homogène possible des contraintes entre la première partie 21 et la deuxième partie 22 est obtenue sur des longueurs LA2 = fA2(TA2) limitées.
De préférence, la première partie 21 comprend un segment de raccordement 210 avec l'aiguille 4 présentant axialement une longueur LAI telle que le temps de propagation TAi des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 et parcourant cette longueur LAI = fAi(TAi) répond à l'inéquation suivante : TAI < x/20. Grâce à cet agencement, les concentrations de contraintes sont réduites entre la première partie 21 et l'aiguille 4. Ce résultat est obtenu sur des longueurs LA2 = fA2(TA2) très réduites, de manière à assurer un encastrement acceptable sur le plan acoustique discuté ci- dessus de l'aiguille 4 dans l'actionneur 2.
Les segments de raccordement 210, 211 , 230 peuvent présenter une forme tronconique, avec par exemple un demi-angle au sommet de 45°. Cette géométrie tronconique est la plus facile à réaliser en terme d'usinage. Cependant, cette géométrie tronconique n'est pas limitative. On peut également envisager les segments de raccordement 210, 211 , 230 se présentant comme des pièces de révolution limitées par deux plans perpendiculaires à un axe privilégié, par exemple leur axe de symétrie, et une surface engendrée par la rotation d'une courbe définie dans un plan contenant ledit axe. Cette courbe peut être de type sigmoïde et/ou de type exponentiel. Pour faciliter l'assemblage de l'actionneur 2 à l'échelle industrielle, la première partie 21 de l'actionneur 2 peut être prolongée, suivant l'axe AB, à l'opposé de l'aiguille 4, par une tige centrale 40 rapportée (figure 16) ou non (figure 17). Dans cette configuration, la deuxième 22 et la troisième 23 parties de l'actionneur 2 sont enfilées sur la tige centrale 40. La tige centrale 40 peut disposer d'un filetage pour faciliter le serrage des trois parties 21 , 22, 23 de l'actionneur 2 entre elles à l'aide, par exemple, d'un moyen de précontrainte 250 comprenant, de préférence, un écrou fileté. Dans un mode de réalisation moins privilégié (non représenté), la troisième partie 23 et le moyen de précontrainte 250 peuvent être confondus. Dans ce cas, la troisième partie 23 peut disposer d'un filetage adapté pour se visser directement sur la tige centrale 40 en assurant ainsi la précontrainte du matériau électroactif 221 de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2. Dans un autre mode de réalisation moins privilégié (non représenté), la troisième partie 23, le moyen de précontrainte 250 et la deuxième partie 22 peuvent être confondus.
De préférence, la tige centrale 40 présente une dilatation thermique (en particulier un coefficient de dilatation thermique) sensiblement identique à celle du matériau électroactif 221 de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 (figure 16). Le matériau électroactif 221 , par exemple, céramique, ayant un coefficient de dilatation thermique extrêmement faible, la tige 40 devra également avoir un coefficient de dilatation thermique extrêmement faible, par exemple, égal à environ 10"6/°C. Par exemple, pour le matériau électroactif 221 céramique, la tige centrale 40 peut être réalisée en un alliage de fer et de nickel avec de carbone et de chrome, par exemple, en alliage de type « invar ». Grâce à cet agencement, la précontrainte du matériau électroactif 221 tend à rester constante indépendamment des variations de température de l'injecteur. La même dilatation des deux matériaux (matériau électroactif 221 et celui de la tige centrale 40) assure une compensation thermique des dilatations dues aux variations de température de l'injecteur. L'assemblage de l'actionneur 2 devient plus rapide car ne nécessite aucun autre moyen pour compenser lesdites dilatations des deux matériaux. De préférence, la tige centrale 40 présente une dilatation thermique sensiblement égale à la somme des dilatations thermiques du matériau électroactif 221 (céramique), de la troisième partie 23 et de la première partie 21 n'induisant pas de variations de contraintes dans le matériau électroactif 221 , par exemple, céramique, supérieures à 5 MPa pour 1000C de variation de température de l'injecteur.
De manière alternative, la tige centrale 40 peut présenter une dilatation thermique (en particulier un coefficient de dilatation thermique) différente de celle du matériau électroactif 221 de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2 (figure 17), et, en particulier, différente de la somme des dilatations thermiques du matérieu électroactif 221 (céramique), de la troisième partie 23 et de la première partie 21. Par exemple, la tige centrale 40 peut présenter le coefficient de dilatation thermique supérieur à celui du matériau électroactif 221 de la deuxième partie 22 de l'actionneur 2. Dans ce cas, le moyen de précontrainte 250 lié avec la tige centrale 40 et adapté à serrer les trois parties 21 , 22, 23 de l'actionneur 2 ensemble, est lié, par l'intermédiaire d'un moyen élastique 251 (par exemple, au moins un joint caoutchouteux, au moins une rondelle élastique ou un ressort), avec l'extrémité du bloc de l'actionneur 2 opposée à l'aiguille 4. Le moyen élastique 251 permet d'assurer une précontrainte quasi-constante du matériau électroactif 221 indépendamment des allongements de la tige centrale 40 dus aux dilatations thermiques. Grâce à cet agencement, il est possible de poursuivre l'assemblage de l'actionneur 2 à l'échelle industrielle, par exemple, lors d'une rupture de stock des tiges en invar. Ainsi ce mode de réalisation contribue à rendre la fabrication de lïnjecteur plus fiable.
Enfin, selon la configuration de la figure 16, on peut aussi faire en sorte que l'écart entre les coefficients de dilatation du matériau électroactif 221 (céramique) et des matériaux de la troisième partie 23, de la première partie 21 et de la tige centrale 40 peut être choisi de façon que les dilatations différentielles de ces pièces n'induisent pas, dans la plage de température de fonctionnement de l'injecteur, une variation de la précontrainte du matériau électroactif 221 supérieure à
10% de la valeur de contrainte nominale (induise par le moyen de précontrainte 250).
Il doit être compris que, de part sa géométrie, sa masse volumique, sa célérité du son, la tige centrale 40, présente une contribution négligeable sur le plan acoustique. Par exemple, lorsque la tige centrale 40 est pleine, son diamètre, mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe AB, peut être négligeable (contrairement à ce qui est présenté schématiquement sans échelle sur les figures 16-17) par rapport au diamètre D2-I de la deuxième partie 22, voire au diamètre D4 de l'aiguille 4. En résumé, la présence de la tige centrale 40 n'influence pas de façon significative la longueur L = f(T) du bloc comprenant les trois parties 21 , 22, 23 de l'actionneur 2, exprimée en temps vol acoustique T à l'aide des équations (E3) et (E3') ci-dessus.
Lorsque la tige centrale 40 présente la dilatation thermique sensiblement égale à la somme des dilatations thermiques du matériau électroactif 221 (céramique), de la troisième partie 23 et de la première partie 21 (en particulier, lorsque la tige centrale 40 présente la dilatation thermique sensiblement égale à celle du matériau électroactif 221 (céramique)), il doit être compris que, sur le plan acoustique, la longueur L = f(T) décrite par l'équation (E3) ci-dessus (pouvant, à son tour, être précisée à l'aide de l'équation (E3')) reste toujours comprise entre les deux limites opposées (faces frontales) C, D du bloc, comme illustrée sur la figure 16, étant entendu que - la définition déjà discutée ci-dessus de la première limite référencée D sur la figure 16 (face frontale orientée vers l'aiguille 4 de la première partie 21 de l'actionneur 2), reste inchangée,
- l'autre limite référencée C sur la figure 16 correspond à celle du moyen de précontrainte 250 (sa face frontale) opposée à l'aiguille 4 et non pas à celle de la troisième partie 23 (sa face frontale) opposée à l'aiguille 4.
Lorsque la tige centrale 40 présente la dilatation thermique sensiblement différente à la somme des dilatations thermiques du matériau électroactif 221 (céramique), de la troisième partie 23 et de la première partie 21 (en particulier, lorsque la tige centrale 40 présente la dilatation thermique différente à celle du matériau électroactif 221 (céramique)), il doit être compris que, sur le plan acoustique, les définitions déjà discutées ci-dessus des deux limites C et D (figure 17) du bloc comprenant les trois parties 21 , 22, 23 de l'actionneur 2 restent inchangées (en particulier, la limite C du bloc correspond bien à celle de la troisième partie 23 opposée à l'aiguille 4), de manière que la longueur L = f(T) du bloc décrite par l'équation (E3) ci-dessus (pouvant, à son tour, être précisée à l'aide de l'équation (E3')) reste toujours comprise entre ces deux limites C, D (figure 17). En effet, le moyen élastique 251 présente une impédance linéaire faible et les ondes acoustiques sont réfléchies à la limite C formant une interface entre la troisième partie 23 et le moyen élastique 251 de manière qu'aucune onde acoustique provenant axialement de la troisième partie 23 ne pénètre dans le moyen de précontrainte 250 à travers le moyen élastique 251. La présence de la tige centrale 40 étant négligeable sur le plan acoustique comme précisé ci-dessus, la rupture de l'impédance acoustique linéaire entre la troisième partie 23 et le moyen élastique 251 peut être assimilée à une rupture totale, il n'y a donc plus aucune continuité du milieu acoustique entre la troisième partie 23 et le moyen de précontrainte 250, comme l'indique la figure 17.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'injection de fluide (131) présentant un axe principal d'injection (AB) et comportant :
- une buse (3) comportant, suivant ledit axe (AB), un orifice d'injection et un siège (5) et étant, à l'opposé, liée à un boitier (1 ),
- une aiguille (4) présentant, suivant ledit axe (AB), une première extrémité (6) définissant un clapet, dans une zone de contact avec le siège (5) et étant, à l'opposé, liée à un actionneur (2) monté mobile axialement dans le boîtier (1 ) pour une mise en vibration de l'aiguille (4), assurant entre sa première extrémité (6) et le siège (5) de la buse (3) un mouvement relatif propre à ouvrir et à fermer alternativement le clapet, l'actionneur (2) comportant, selon l'axe (AB), une première (21 ), une deuxième (22) et une troisième (23) parties adaptées à être traversées par des ondes acoustiques initiées par des vibrations de la deuxième partie (22), les première (21 ) et troisième (23) parties étant disposées axialement de part et d'autre de la deuxième partie (22), laquelle comprend un matériau électroactif (221 ), les trois parties (21 ), (22), (23) étant serrées ensemble pour former un bloc présentant axialement deux limites opposées (C), (D), la première partie (21 ) étant liée avec l'aiguille (4) à l'endroit d'une (D) des dites limites (C), (D),
- des moyens d'excitation pour mettre la deuxième partie (22) de l'actionneur (2) en vibrations avec une période de consigne τ,
caractérisé en ce que la longueur (L) entre les deux limites (C), (D) du bloc est telle que le temps de propagation (T) des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie (22) de l'actionneur (2) et parcourant cette longueur (L) répond à l'équation suivante : T = n*[τ/2], à une tolérance près et où n est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul.
2. Dispositif d'injection selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première partie (21 ) de l'actionneur (2) présente axialement une première limite (213) confondue avec celle (D) où le bloc est lié à l'aiguille (4) et une deuxième limite (212) opposée, serrée contre le matériau électroactif (221) de la deuxième partie (22) de l'actionneur (2), et en ce que la première longueur (l_i) entre lesdites première (213) et deuxième (212) limites est telle que le temps de propagation (Ti) des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie (22) de l'actionneur (2) et parcourant cette première longueur (Li) répond à l'équation suivante : Ti = m*[τ/2], à une tolérance près et où m est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul.
3. Dispositif d'injection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première partie (21 ) de l'actionneur (2) présente axialement une première limite (213) confondue avec celle (D) où le bloc est lié à l'aiguille (4) et une deuxième limite (212) opposée, serrée contre le matériau électroactif (221) de la deuxième partie (22) de l'actionneur (2), et en ce que la deuxième longueur (L2) entre cette deuxième limite (212) et la limite (C) du bloc opposée axialement à l'aiguille (4) est telle que le temps de propagation (T2) des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie (22) de l'actionneur (2) et parcourant cette deuxième longueur (L2) répond à l'équation suivante : T2 = k*[τ/2], à une tolérance près et où k est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul.
4. Dispositif d'injection selon la revendication 3, caractérisé en ce que sur au moins 90% de la deuxième longueur (L2) l'actionneur 2 présente une variation d'impédance acoustique linéaire inférieure ou égale à 5%.
5. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième (23) et la deuxième (22) parties de l'actionneur (2) présentent respectivement des sections de surfaces différentes dans des plans perpendiculaires à l'axe (AB), et en ce que la troisième partie (23) comprend un segment de raccordement (230) avec la deuxième partie (22) présentant axialement une longueur (LA3) telle que le temps de propagation (TA3) des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie (22) de l'actionneur (2) et parcourant cette longueur (LA3) répond à l'inéquation suivante : TA3 < τ/10.
6. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que toute section perpendiculaire à l'axe (AB) de la première partie (21 ) de l'actionneur (2) présente, suivant ledit axe (AB), des déplacements produits par les ondes acoustiques parcourant la première partie (21 ) de sa deuxième limite (212) vers sa première limite (213) et en ce que la première partie (21 ) de l'actionneur (2) présente, suivant ledit axe (AB), une variation d'impédance acoustique linéaire (I21) telle que les déplacements axiaux d'une section perpendiculaire à l'axe (AB) et située à la première limite (213) sont supérieurs à ceux de toute autre section de la première partie (21 ), l'impédance acoustique linéaire (I21) de la première partie (21 ) étant définie par l'équation suivante : I21 = ∑2i*p2i*C2i, où Σ21 est une surface d'une section de la première partie (21 ) perpendiculaire à l'axe (AB), P21 est une masse volumique dans la première partie (21 ), C21 est une célérité du son dans la première partie (21 ).
7. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (21 ) comprend au moins un segment tronconique qui se rétrécit, suivant l'axe (AB), vers l'aiguille (4), et en ce que la distance (H), suivant l'axe (AB), entre une section quelconque (EF) du segment tronconique perpendiculaire à l'axe (AB) et une pointe imaginaire (P) du segment tronconique, répond à l'inéquation suivante : H > 0.22*c*τ.
8. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première (21 ) et la deuxième (22) parties de l'actionneur (2) présentent respectivement des sections de surfaces différentes dans des plans perpendiculaires à l'axe (AB), et en ce que la première partie (21 ) comprend un segment de raccordement (211 ) avec la deuxième partie (22) présentant axialement une longueur (I_A2) telle que le temps de propagation (TA2) des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie (22) de l'actionneur (2) et parcourant cette longueur (I_A2) répond à l'inéquation suivante : TA2 < x/10.
9. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (21) de l'actionneur (2) et l'aiguille (4) présentent respectivement des sections de surfaces différentes dans des plans perpendiculaires à l'axe (AB), et en ce que la première partie (21) comprend un segment de raccordement (210) avec l'aiguille (4) présentant axialement une longueur (LAi) telle que le temps de propagation (TAi) des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la deuxième partie (22) de l'actionneur (2) et parcourant cette longueur (LAI) répond à l'inéquation suivante : TAi < τ/20.
10. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (21 ) de l'actionneur (2) est prolongée, suivant l'axe (AB), à l'opposé de l'aiguille (4), par une tige centrale (40) et en ce que la deuxième (22) et la troisième (23) parties de l'actionneur (2) sont enfilées sur la tige centrale (40).
11. Dispositif d'injection selon la revendication 11 , caractérisé en ce que la tige centrale (40) présente une dilatation thermique identique à celle du matériau électroactif (221 ) de la deuxième partie (22) de l'actionneur (2).
12. Dispositif d'injection selon la revendication 10, caractérisé en ce que la tige centrale (40) présente une dilatation thermique différente de celle du matériau électroactif (221) de la deuxième partie 22 de l'actionneur (2), et en ce qu'un moyen de précontrainte (250) lié avec la tige centrale (40) est adapté à serrer les trois parties (21), (22), (23) de l'actionneur (2) ensemble, et est lié, par l'intermédiaire d'un moyen élastique (251 ), avec l'extrémité du bloc de l'actionneur (2) opposée à l'aiguille (4).
13. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
- la buse (3) avec le boîtier (1 ) et l'aiguille (4) avec l'actionneur (2) forment respectivement un premier et un deuxième milieux de propagation d'ondes acoustiques, chaque milieu présentant une impédance acoustique linéaire (I) définie par l'équation suivante : I =
∑*ρ*c, où Σ est une surface d'une section du milieu perpendiculaire à l'axe (AB), p est une masse volumique du milieu, c est une célérité du son dans le milieu,
- au moins une zone de rupture d'impédance acoustique linéaire, existant à distance de la zone de contact du siège (5) avec la première extrémité (6) le long de la buse (3) ou du boîtier (1), et au moins une autre zone de rupture d'impédance acoustique linéaire existant à distance de la zone de contact de la première extrémité (6) avec le siège (5) le long de l'aiguille (4) ou de l'actionneur (2), et
- lesdites zone et autre zone de rupture d'impédance acoustique linéaire étant chacune première dans l'ordre à partir de ladite zone de contact entre la première extrémité (6) de l'aiguille (4) et le siège (5), dans un sens de propagation des ondes acoustiques orienté respectivement vers le boîtier (1 ) et l'actionneur (2),
en ce que la distance, dite première distance (I_B), entre, d'une part, la zone de contact entre le siège (5) et la première extrémité (6), et, d'autre part, la première zone de rupture d'impédance acoustique linéaire le long de la buse (3) ou du boîtier (1), est telle que le temps de propagation (TB) des ondes acoustiques initiées par la deuxième partie (22) de l'actionneur (2) et parcourant cette première distance (LB) répond à l'équation suivante : TB = nB *[x/2], à une tolérance près et où ne est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul, et
en ce que la distance, dite deuxième distance (I_A), entre, d'une part, la zone de contact entre la première extrémité (6) et le siège (5), et, d'autre part, la première zone de rupture d'impédance acoustique linéaire le long de l'aiguille (4) ou de l'actionneur (2), est telle que le temps de propagation (TA) des ondes acoustiques initiées par la deuxième partie (22) de l'actionneur (2) et parcourant cette deuxième distance (I_A) répond à l'équation suivante : TA = nA *[τ/2], à une tolérance près et où nA est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul.
14. Dispositif d'injection de fluide selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'au sein du premier milieu de propagation d'ondes acoustiques, sur ladite première distance (I_B), il existe une pluralité de segments (301 ), (302), (303) se différenciant les uns des autres par au moins deux critères parmi les trois critères suivants propres à chacun des segments (301 ), (302), (303) : (a) géométrie du segment ; (b) masse volumique p du segment ; (c) célérité c du son dans le segment, les segments (301), (302), (303) étant tels que leurs impédances acoustiques linéaires respectives (I301), (I302), (I303) sont égales : I301 =
15. Dispositif d'injection de fluide selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'au sein du deuxième milieu de propagation d'ondes acoustiques, sur ladite deuxième distance (LA), il existe une pluralité de segments (401 ), (402), (403) se différenciant les uns des autres par au moins deux critères parmi les trois critères suivants propres à chacun des segments (401), (402), (403) : (a) géométrie du segment ; (b) masse volumique p du segment ; (c) célérité c du son dans le segment, les segments (401 ), (402), (403) étant tels que leurs impédances acoustiques linéaires respectives (I401), (I402), (I403) sont égales : I401 = I402 = Uo3-
16. Dispositif d'injection de fluide selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que l'aiguille (4) et l'actionneur (2) sont liés entre eux par une zone de jonction (ZJ) qui transmet les ondes acoustiques, en ce que dans la zone de jonction (ZJ) l'actionneur (2) présente une impédance acoustique linéaire UC-ZJ et l'aiguille (4) présente une impédance acoustique linéaire U-ZJ, et en ce que la relation suivante est vérifiée : UC-ZJ / IA-ZJ ≥ 2.5.
17. Dispositif d'injection de fluide selon la revendication 16, caractérisé en ce que la première partie (21 ) de l'actionneur (2) comprend au moins une section circulaire d'un diamètre prédéterminé, dit diamètre DM de la première partie (21), mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe (AB), en ce que la zone de jonction (ZJ) entre l'aiguille (4) et l'actionneur (2) est formée du côté de l'actionneur (2) par ladite section circulaire, en ce que la zone de jonction (ZJ) entre l'aiguille (4) et l'actionneur (2) est formée du côté d'aiguille (4) par au moins un tronçon cylindrique de révolution d'un diamètre prédéterminé, dit diamètre (D4) de l'aiguille (4), mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe (AB), et en ce que le diamètre (DM) de la première partie (21) de l'actionneur (2) et le diamètre (D4) de l'aiguille (4) sont reliés par l'inéquation suivante : DM/D4 > V2!? .
18. Moteur (151) à combustion interne utilisant le dispositif d'injection de fluide selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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