EP1623107B1

EP1623107B1 - DISPOSITIF D’INJECTION DE FLUIDE

Info

Publication number: EP1623107B1
Application number: EP04742676A
Authority: EP
Inventors: André AGNERAY; Laurent Levin
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2024-05-07
Also published as: WO2004101985A2; US7311273B2; FR2854664B1; EP1623107A2; ES2320453T3; FR2854664A1; JP2006528747A; ATE426092T1; DE602004020064D1; US20060278735A1; JP4491461B2; WO2004101985A3

Description

La présente invention concerne un dispositif d'injection de fluide.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine automobile, notamment en ce qui concerne l'injection de carburant dans une chambre de combustion.
On connaît de l'état de la technique un premier type de dispositifs d'injection, dits à aiguilles rentrantes. Dans cette configuration classique, chaque injecteur est doté notamment d'une aiguille pointeau qui est susceptible d'être déplacée axialement. Cette mobilité s'exerce entre une position de fermeture dans laquelle l'extrémité distale de l'aiguille pointeau obture une ouverture destinée à l'éjection du fluide, et une position d'ouverture dans laquelle ladite extrémité distale est positionnée à distance de cette même ouverture.
Il est à noter par ailleurs que l'ouverture peut être indifféremment constituée par un orifice unique ou par une pluralité de trous ménagés en aval du siège destiné à coopérer par contact étanche avec l'extrémité distale de l'aiguille pointeau. Cette dernière configuration s'avère particulièrement adaptée à l'injection de liquide, puisque la présence d'orifices en grand nombre est de nature à perturber l'éjection du liquide, et par conséquent à multiplier les gouttes.
Quoi qu'il en soit, ce type d'injecteur à aiguille rentrante présente l'inconvénient de fonctionner quasiment suivant le principe tout ou rien. En d'autres termes, soit le pointeau laisse passer une quantité maximale de fluide sous pression, soit il l'empêche de s'échapper par l'ouverture. Ainsi, les paramètres de réglage d'un tel système sont essentiellement limités à la pression du fluide et à la section débitante de l'ouverture.
Or dans la pratique, et notamment dans le cas où le fluide est un liquide, un injecteur à aiguille rentrante fonctionne quasiment toujours à pression constante. Aussi, c'est le diamètre des trous qui va conditionner la taille des gouttes. Mais comme les dimensions des trous en question sont fixes par construction, il apparaît particulièrement difficile de modifier un tant soit peu la taille des gouttes. Même si on ouvre et ferme très rapidement l'aiguille rentrante, la perturbation alors créée sera très largement insuffisante pour générer véritablement un nuage de petites gouttes diffuses.
Ainsi donc, avec un dispositif d'injection à aiguille rentrante, il est certes possible de maîtriser la quantité de fluide injectée, mais de toute évidence il n'est pas envisageable de contrôler précisément la taille et la diffusion des gouttes. De manière bien connue, cela constitue un inconvénient majeur en terme de rendement.
Un autre paramètre important à maîtriser concerne la quantité minimale qu'il est possible d'injecter. Or, dans une grande partie des injecteurs à aiguilles rentrantes, la surpression de fluide sert à mouvoir l'aiguille pointeau de sa position de fermeture à sa position d'ouverture. Le temps de réponse du système dépend alors de l'importance de la pression en question. Dans la pratique, si on veut réduire le temps d'ouverture de l'aiguille rentrante, il est nécessaire de relever la pression du fluide, mais on augmente alors les quantités minimales injectées. Cela constitue un nouveau désavantage pour ce type de système.
Un second type de dispositifs d'injection de l'état de la technique, dits à aiguilles sortantes, est présenté par les documents FR2 816 008 et EP 1 172 552 permet de remédier à ces difficultés. Chaque injecteur est ici doté d'une sorte de soupape constituée d'une tige dont une extrémité, formant clapet, est apte à coopérer par contact étanche avec siège délimitant une ouverture d'éjection du fluide. Comme dans le cas précédent, la tige clapet ainsi constituée est montée mobile en déplacement axial entre une position de fermeture dans laquelle le clapet obture l'ouverture, et une position d'ouverture dans laquelle ledit clapet est positionnée à distance de ladite ouverture.
La mobilité d'une telle tige clapet est généralement réalisée en utilisant, soit un actionneur piézo-électrique, soit un actionneur magnétostrictif. Concrètement, cela consiste à coupler la tige clapet de l'injecteur avec un élément annexe avantageusement constitué d'un matériau dit actif, c'est-à-dire susceptible de se déformer, et notamment de s'allonger, lorsqu'il est parcouru respectivement, soit par un courant électrique, soit par un champ magnétique. Les principes physiques correspondant et les modes de mises en oeuvre de tels actionneurs étant parfaitement connus, ils ne seront pas décrits davantage ici. On rappellera simplement que l'ensemble est généralement agencé de manière à ce qu'une excitation du matériau actif, respectivement électrique ou magnétique, engendre une élongation de l'élément annexe, et conséquemment un déplacement de la tige clapet dans son ensemble. L'extrémité distale de la tige clapet n'est alors plus en contact avec son siège, de sorte que le fluide sous pression peut alors s'échapper par l'ouverture.
Par rapport à leurs homologues à aiguilles rentrantes, les injecteurs à aiguilles sortantes présente l'avantage de pouvoir disposer d'une levée variable au niveau du clapet. Ainsi, à pression constante, il est possible d'avoir une section débitante variable dans le temps. Dans le cas par exemple d'un actionneur piézo-électrique, en fonction de la tension appliquée à l'élément annexe, on a une élongation donnée du matériau actif. L'allongement correspondant de l'élément annexe engendre alors un déplacement proportionnel de la tige clapet, et conséquemment une levée tout aussi proportionnelle du clapet.
Les dispositifs d'injection à aiguilles sortantes présentent cependant des inconvénients qui leur sont propres.
Avec un élément annexe en matériau piézo-électrique, on peut atteindre des déformations de l'ordre du millième, c'est-à-dire environ 10µm de déplacement pour 10mm d'empilement piézo-électrique. Cela signifie que l'élément annexe doit être extrêmement long si on veut obtenir un déplacement du clapet de classiquement 50µm. Cela implique alors la nécessité de piloter des capacités très importantes, de l'ordre de 3 à 3,5µF pour un empilement de 30mm par exemple. Il faut par conséquent une électronique d'une puissance considérable si on veut réduire le temps de commutation.
Par ailleurs, lors de la mise en oeuvre de l'injecteur à aiguille sortante, la grande longueur de l'élément annexe constitue alors un inconvénient en terme de poids. L'ensemble constitué de la tige clapet, de l'élément annexe et autres moyens de rappel élastiques, constitue alors une masse mobile relativement importante. L'inertie significative qui en résulte va encore plus retarder la réactivité du matériau piézo-électrique.
Ainsi donc, en raison essentiellement des fortes capacités à piloter et de la masse importante à déplacer, les dispositifs d'injection à aiguilles sortantes et à actionneurs piézo-électriques s'avèrent intrinsèquement limités en terme de temps de réaction.
Avec un élément annexe en matériau magnétostrictif, c'est essentiellement le problème de l'inertie du système qui constitue la principale handicap. Car il ne faut pas l'oublier, la masse mobile entraînée en déplacement est très importante avec les dispositifs d'injection de l'état de la technique, puisqu'elle correspond aux masses combinées de la tige souvent longue et du clapet associé.
Aussi le problème technique à résoudre, par l'objet de la présente invention, est de proposer un dispositif d'injection de fluide comportant une aiguille sortante dont une extrémité, formant clapet, est apte à être déplacée de manière contrôlée à chaque instant entre une position de fermeture dans laquelle le clapet obture une ouverture destinée à l'éjection du fluide, et une position d'ouverture dans laquelle ledit clapet est positionné à une distance choisie de ladite ouverture, dispositif d'injection qui permettrait d'éviter les problèmes de l'état de la technique en offrant notamment des temps de réaction sensiblement améliorés, c'est-à-dire des temps d'ouverture et de fermeture du clapet sensiblement diminués, ainsi qu'une capacité d'ouverture variable.
La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que le déplacement du clapet entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture est engendré par un allongement intrinsèque de l'aiguille sortante, l'aiguille sortante comportant une tige creuse dotée d'une extrémité pleine formant clapet, ainsi qu'une barre interne composée d'un élément actif, ledit élément actif ayant une longueur apte à être augmentée sous l'effet d'un champ électrique ou magnétique, et l'allongement de l'élément actif étant apte à déformer longitudinalement l'aiguille sortante (40) comprenant ledit élément actif.
Contrairement aux dispositifs d'injection de l'art antérieur, il ne s'agit pas ici de déplacer l'aiguille sortante dans sa globalité, mais de la déformer longitudinalement de façon à engendrer conséquemment un déplacement de son extrémité libre, c'est-à-dire celle portant le clapet. L'ensemble est agencé de manière à ce que la mobilité du clapet s'exerce entre la position de fermeture et la position d'ouverture précédemment définies, la mobilité étant contrôlée à chaque instant.
L'invention telle qu'ainsi définie présente l'avantage de permettre une réduction considérable de la masse mobile, et donc une diminution proportionnelle de l'inertie du système. Les temps de réaction de ce type de dispositifs d'injection s'en trouvent par conséquent significativement améliorés.
La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles.
Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence aux dessins annexés sur lesquels:

La figure 1 illustre un dispositif d'injection de fluide selon un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 constitue une variante du premier mode de réalisation de la figure 1.
La figure 3 représente un dispositif d'injection de fluide selon un second mode de réalisation de l'invention.

Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par des références identiques. De même, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique.
La figure 1 illustre un dispositif d'injection 1 qui est destiné à distribuer un carburant liquide dans une chambre de combustion d'un moteur de véhicule automobile.
Dans ce mode particulier de réalisation, choisi uniquement à titre d'exemple, le dispositif d'injection 1 se compose principalement de trois parties. On distingue tout d'abord un premier boîtier 10 dans lequel est ménagé axialement un premier logement 11. On remarque ensuite l'existence d'un second boîtier 20 qui est quant à lui pourvu d'un second logement 21. ces deux boîtiers 10, 20 sont solidarisés ensemble de façon étanche par l'intermédiaire d'un écrou raccord 30 dont la mise en oeuvre est réversible. L'ensemble est agencé de manière à ce que le premier logement 11 et le second logement 21 soient communicants. L'assemblage des deux boîtiers 10, 20 forme alors le corps du dispositif d'injection 1. On note enfin la présence d'une aiguille sortante 40 qui prend place dans l'espace continu défini par les logements 11, 21.
Conformément à cette figure 1, l'extrémité distale de l'aiguille sortante 40 est conformée de manière à pouvoir coopérer avec un trou traversant 12 qui est ménagé à la partie inférieure du premier boîtier 10 et qui définit une ouverture 13 destinée à l'éjection du liquide. L'extrémité distale de l'aiguille sortante 40, formant clapet 41, est plus précisément en mesure de coopérer, d'une part, par contact glissant avec une surface de guidage 14 ménagée à l'extrémité interne du trou traversant 12, et d'autre part, par contact étanche avec un siège 15 ménagé quant à lui à l'extrémité externe dudit trou traversant 12. Quoi qu'il en soit, le clapet 41 est en mesure d'être déplacé entre une position de fermeture dans laquelle il obture l'ouverture 13, et une position d'ouverture dans laquelle il est positionné à distance de ladite ouverture 13.
On remarque également sur la figure 1 que la partie supérieure du second logement 21 coopère par emboîtement jointif avec un couvercle de fermeture 50 qui est pourvu d'un canal de recirculation 51 du liquide sous pression.
En outre, on note la présence d'un système d'amenée 60 de liquide sous haute pression. Celui-ci comporte un canal principale 61 qui est ménagé longitudinalement dans l'épaisseur du second boîtier 20 et qui communique avec un canal intermédiaire 62 s'étendant orthogonalement à l'axe du dispositif d'injection 1, à l'interface dudit second boîtier 20 et du premier boîtier 10. La forme annulaire et le positionnement du canal intermédiaire 62 permet de répartir le liquide sous pression dans une pluralité de canaux secondaire 63a, 63b qui sont régulièrement réparties dans l'épaisseur du premier boîtier 10 et qui débouchent dans une cavité annulaire 64. Cette cavité annulaire 64, ménagée classiquement entre le clapet 41 et le trou traversant 12, présente une forme, une disposition et une fonction parfaitement connues qui ne seront par conséquent pas décrit davantage ici. On précisera simplement que l'ensemble est conformé de manière à pouvoir générer et réguler, de manière classique, une circulation continue de liquide en direction des logements internes 11, 21. du dispositif d'injection 1.
Conformément à l'objet de la présente invention, le déplacement du clapet 41 entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture est engendré ici avantageusement par un allongement intrinsèque de l'aiguille sortante 40.
Selon une particularité de l'invention, l'allongement intrinsèque de l'aiguille sortante 40 se réalise jusqu'au voisinage direct du clapet 41, c'est-à-dire notamment au niveau de la partie de ladite l'aiguille sortante 40 qui est située directement à proximité dudit clapet 41.
Il est en effet particulièrement avantageux que la déformation ait lieu le plus près possible du clapet, afin de minimiser au maximum la masse mobile à déplacer, qui idéalement doit se limiter à celle du clapet 41. Avec une telle configuration, les temps d'ouverture et de fermeture sont par conséquent réduits dans des proportions considérables.
Selon une autre particularité de l'invention, l'aiguille sortante 40 comporte une tige creuse 42 dotée d'une extrémité pleine 43 formant clapet 41, ainsi qu'une barre interne 44 composée d'un élément actif 45 solidaire d'un élément arrière 46, formant masse d'inertie. Cette barre interne 44 est par ailleurs montée mobile axialement à l'intérieur de la tige creuse 42, en ce sens qu'elle n'est solidarisée qu'au niveau de l'extrémité pleine 43, via l'élément actif 45. Ainsi donc, l'élément actif 45 est mobile en élongation axiale, tandis que l'élément arrière est quant à lui mobile en déplacement axial. La zone de liaison entre l'élément actif 45 et l'élément arrière 46 est matérialisé par une interface 47.
Il est à noter que dans l'ensemble de ce texte, la notion d'élément actif 45 désigne essentiellement un élément piézo-électrique, ou un élément magnétostrictif. Mais tout autre matériau, dont les dimensions pourraient être modulées sous l'effet d'une variation d'une grandeur physique, pourrait bien évidement être adopté.
De manière particulièrement avantageuse, la tige creuse 42 présente une élasticité mécanique apte à permettre, de manière réversible, sa déformation longitudinale.
L'élasticité mécanique mise en jeu peut provenir de la nature intrinsèquement élastique du matériau constituant la tige creuse 42, et/ou d'une structure particulière, par exemple ajourée, de ladite tige creuse 42. Cette caractéristique permet à la tige creuse 42 d'offrir un minimum de résistance à la déformation durant la phase d'ouverture du clapet 41, tout en favorisant le retour à l'état initial durant la phase de fermeture, dès lors que l'élément actif 45 n'est plus sollicité. Le fait que l'énergie élastique transmise lors de la déformation soit restituée au retour, permet de se dispenser avantageusement de moyens de rappels spécifiques, comme c'est le cas avec les dispositifs d'injection de l'état de la technique.
Selon une autre particularité de l'invention, l'élément arrière 46 présente une densité et une rigidité sensiblement supérieures à celles des autres éléments composant l'aiguille sortante 40.
Cela signifie que l'élément arrière 46 est réalisé dans un matériau particulièrement dense et dur afin respectivement de pouvoir constituer une véritable masse d'inertie d'une part, et de ne pas se déformer sous l'action de l'allongement de l'élément actif 45 d'autre part.
Ainsi qu'on peut le voir également sur la figure 1, le dispositif d'injection 1 est en outre doté de moyens de précontrainte 70 qui sont en mesure de comprimer de manière permanente la barre interne 44 contre l'extrémité pleine 43 de la tige creuse 42.
Le but est bien évidemment de mettre l'élément actif 45 indirectement en compression, ceci afin d'optimiser ses capacités, notamment en terme d'élongation et de réactivité. Qu'il soit composé d'un matériau piézo-électrique ou magnétostrictif, il est connu qu'un tel élément actif 45 doit impérativement être précontraint pour pouvoir être mise en oeuvre efficacement. En effet, ce type de matériaux supporte plus difficilement les élongations que les compressions, et donc pour éviter qu'ils soient dans cet état à un quelconque moment, il est indispensable de prévoir des moyens susceptibles d'exercer en permanence une force de compression sur l'élément actif 45, même lorsque ce dernier est en phase d'allongement. Cette caractéristique permet également de préserver le matériau dont la tenue à l'étirement est relativement faible, sensiblement d'un facteur dix par rapport à sa tenue en compression.
Dans l'exemple de la figure 1, les moyens de précontrainte 70 comportent un ressort de compression 71 qui agit axialement sur la section apparente 48 de la barre interne 44.
Selon une autre particularité de l'invention, le dispositif d'injection 1 est doté de moyens de solidarisation 80 qui ont un double rôle. Le premier consiste à permettre l'immobilisation de l'aiguille sortante 40 par rapport au corps du dispositif d'injection 1 lorsque ladite aiguille sortante 40 subit une force dont l'intensité est inférieure à un seuil donné. Cette première caractéristique permet avantageusement de rendre inopérantes les forces peu intenses et/ou ponctuelles, telles que lés vibrations par exemple.
La seconde fonction des moyens de solidarisation 80 est de permettre toutefois la translation de l'aiguille sortante 40 par rapport au corps du dispositif d'injection 1, dès lors que l'intensité d'une force appliquée dépasse le seuil précédemment évoqué. Cette seconde caractéristique permet d'absorber des forces plus intenses et/ou continues, telles que celles résultant par exemple des dilatations thermiques des composant internes du dispositif d'injection 1, et notamment de l'aiguille sortante 41.
Dans l'exemple particulier de réalisation de la figure 1, les moyens de solidarisation 80 comportent tout d'abord trois gorges externes 82 qui sont ménagées parallèlement les unes aux autres à la surface d'un élément tubulaire 81, formant épaulement. Cet élément tubulaire 81 est lui-même solidarisé rigidement autour de l'aiguille sortante 40, mais de manière amovible, par l'intermédiaire d'un moyen d'assemblage réversible constitué dans le cas présent par une classique coopération entre deux filetages complémentaires. Chaque gorge externe 82 s'étend par ailleurs dans un plan orthogonal à l'axe de l'aiguille sortante 40. Les moyens de solidarisation 80 sont dotés en outre d'une gorge hélicoïdale 83 qui est ménagée à l'intérieur du corps du dispositif d'injection 1. Les moyens de solidarisation 80 disposent enfin d'une bille 84 pour chaque gorge externe 82. L'ensemble est par ailleurs agencé de manière à ce que chaque bille 84 soit en mesure de coopérer par emboîtement partiel, sensiblement pour moitié avec la gorge externe 82 correspondante d'une part, et sensiblement pour moitié avec la gorge hélicoïdale 83 d'autre part. Concrètement, les billes 84 sont positionnées aux points d'intersection entre la gorge hélicoïdale 83 et les gorges externes 82.
De manière particulièrement avantageuse, les trois billes 84 sont réparties de manière équidistante, à 120° l'une de l'autre dans le cas présent. Elles peuvent ainsi jouer pleinement le rôle de moyens de centrage pour l'élément tubulaire 81, et conséquemment pour la tige sortante 40 .
Selon une caractéristique de ce mode particulier de réalisation, la profondeur de chaque gorge externe 82 est sensiblement supérieure au rayon de la bille 84 correspondante, tandis que celle de la gorge hélicoïdale 83 correspond sensiblement au rayon de chaque bille 84. Par ailleurs, chaque gorge externe 82 est pourvu d'un moyen de compression 85 apte à pousser la bille 84 correspondante au fond de la gorge hélicoïdale 83.
Ainsi, chaque bille 84 est positionnée pour moitié dans la gorge hélicoïdale 83 d'une part, et pour moitié dans la gorge externe 82 correspondante d'autre part. Cette caractéristique permet de répartir équitablement les contraintes mécaniques au niveau de chaque point de liaison matérialisé par chaque ensemble bille 84 - gorge externe 82 - gorge hélicoïdale 83.
Quoi qu'il en soit, lorsqu'une force extérieure d'intensité suffisante est appliquée sur l'aiguille sortante 40, le déplacement qui en résulte demeure relativement limité. En effet, comme d'une part la seule mobilité permise est la combinaison d'une rotation et d'une translation axiale, et comme d'autre part le pas de la gorge hélicoïdale 83 est relativement faible, le système ne peut que réagir avec de faibles amplitudes et une constante de temps très longue. Cette caractéristique avantageuse permet notamment aux moyens de mise en tension 90, qui seront décrit plus loin, de jouer pleinement leur rôle, mais également de rattraper les variations de longueur dues aux dilatations thermiques.
Comme le montre la figure 1, il est à noter que dans cet exemple de réalisation, la partie supérieure de l'élément tubulaire 81 est solidaire d'une disque 87 qui constitue avantageusement une butée pour le ressort de compression 71 des moyens de précontrainte 70.
Selon une autre particularité de l'invention, le dispositif d'injection 1 comporte des moyens de mise en tension 90 qui sont en mesure de maintenir le clapet 41 de l'aiguille sortante 40 en appui contre son siège 15.
Dans cet exemple de réalisation, les moyens de mise en tension 90 sont pourvus d'un ressort de compression 91 qui est disposé axialement autour de l'aiguille sortante 40. Ainsi positionné, le ressort de compression 91 est en mesure de coopérer par contact avec une partie 86, formant épaulement, de l'élément tubulaire 81 d'une part, et avec une partie 22, formant butée, du corps du dispositif d'injection d'autre part.
La figure 2 représente une variante du premier mode de réalisation précédemment décrit, qui diffère uniquement par la nature des moyens de précontrainte 70 employés. Ces derniers utilisent ici du liquide sous pression 72 qui agit axialement sur la section apparente 48 de la barre interne 44, ainsi qu'un clapet de régulation 73 qui est en mesure de limiter à une valeur déterminée la pression interne du liquide 72.
Dans cet exemple particulier de réalisation, le clapet de régulation 73 est classiquement composé d'une bille 74 qui est mise en appui, sous l'action d'un ressort de compression 75 et via une rondelle intermédiaire 76, sur un siège 77 délimitant un canal d'échappement 78. Par ailleurs, il est à noter la présence d'un anneau élastique à l'interface entre la rondelle intermédiaire 76 et le corps du clapet de régulation 73.
Le fonctionnement d'un tel système étant parfaitement connu, il ne sera pas décrit ici davantage. On précisera simplement que le clapet de régulation 73 a pour vocation de contrôler la surpression du liquide présent à l'intérieur du dispositif d'injection 1, et plus précisément de fixer ladite pression à une valeur définie correspondant au niveau de précontrainte que l'on désire appliquer au matériau actif 45.
On spécifiera également que la présence de liquide sous pression 72 à l'intérieur du dispositif d'injection 1 découle ici directement du phénomène de recirculation établi pour refroidir les composants internes. Mais bien entendu, un système de liquide haute pression indépendant pourrait très bien être adopté de manière alternative.
Dans le premier mode de réalisation des figures 1 et 2, l'aiguille sortante 40 renferme un élément actif piézo-électrique 45 dont la longueur est susceptible d'être augmentée sous l'effet d'un champ électrique. Par ailleurs, l'allongement de l'élément actif piézo-électrique 45 est apte à déformer longitudinalement la partie externe de l'aiguille sortante 40, qui entoure ledit élément actif piézo-électrique 43.
Cependant, et conformément au second mode de réalisation représenté à la figure 3, un dispositif d'injection 100 peut être doté d'une aiguille sortante 140 renfermant un élément actif magnétostrictif 145 dont la longueur est en mesure d'être augmentée sous l'effet cette fois d'un champ magnétique. L'ensemble est là encore agencé de manière à ce que l'allongement de l'élément actif magnétostrictif 145 soit de nature à déformer longitudinalement la partie externe de l'aiguille sortante 140, qui entoure ledit élément actif magnétostrictif 145.
Dans la pratique, et ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, il convient alors de prévoir classiquement la présence d'un solénoïde 200 et d'un tube en matériau magnétique 201 disposés axialement à l'intérieur du dispositif d'injection 100. Concrètement, le tube magnétique 201 est positionné concentriquement autour du solénoïde 200, qui est lui-même positionné concentriquement autour de l'élément magnétostrictif 145.
Selon une particularité de ce second mode de réalisation, lorsque l'élément actif 145 est magnétostrictif, l'élément arrière 146 peut être choisi avantageusement amagnétique. L'aiguille sortante 140 comporte alors en outre deux éléments intercalaires 147, 148 qui sont positionnés respectivement, entre l'élément arrière 146 et l'élément actif 145 d'une part, et entre ledit élément actif 145 et l'extrémité pleine 143 de la tige creuse 142 d'autre part. Chaque élément intercalaire 147, 148 est par ailleurs réalisé dans un matériau magnétique capable de reboucler les lignes du champ magnétique utilisé pour exciter l'élément actif 145.
Il est à noter qu'à l'image de ces éléments intercalaires 147, 148, la fonction du tube magnétique 201 est également de reboucler les lignes de champ magnétique générées pour commander l'élongation de l'élément actif 145.
Les moyens de précontrainte 170 de ce second mode de réalisation sont identiques à ceux, décrits dans le cadre de la figure 1, du premier mode de réalisation. Cependant la variante du premier mode de réalisation, c'est-à-dire celle utilisant du fluide sous pression, pourrait bien évidemment être adaptée facilement au dispositif d'injection 100 de ce second mode de réalisation.
Bien entendu l'invention concerne également tout véhicule automobile doté d'au moins un dispositif d'injection tel que précédemment décrit.

Claims

Dispositif d'injection (1, 100) de fluide comportant une aiguille sortante (40, 140) dont une extrémité, formant clapet (41, 141), est apte à être déplacée entre une position de fermeture dans laquelle le clapet (41, 141) obture une ouverture (13, 113) destinée à l'éjection du fluide, et une position d'ouverture donnée dans laquelle ledit clapet (41, 141) est positionné à distance contrôlée de ladite ouverture (13, 113), caractérisé en ce que le déplacement du clapet (41, 141) entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture est engendré par un allongement intrinsèque contrôlé à chaque instant de l'aiguille sortante (40, 140), l'aiguille sortante (40, 140) comportant une tige creuse (42, 142) dotée d'une extrémité pleine (43, 143) formant clapet (41, 141), ainsi qu'une barre interne (44, 144) composée d'un élément actif (45, 145), ledit élément actif ayant une longueur apte à être augmentée sous l'effet d'un champ électrique ou magnétique, et l'allongement de l'élément actif (45, 145) étant apte à déformer longitudinalement l'aiguille sortante (40) comprenant ledit élément actif (45, 145).
Dispositif d'injection (1, 100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'allongement intrinsèque de l'aiguille sortante (40, 140) se réalise jusqu'au voisinage direct du clapet (41, 141).
Dispositif d'injection (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément actif est piézo-électrique (45).
Dispositif d'injection (100) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément actif est magnétostrictif (145).
Dispositif d'injection (1, 100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément actif (45, 145) est solidaire d'un élément arrière (46, 146) formant masse d'inertie, et en ce que la barre interne (44, 144) est, d'une part, montée mobile axialement à l'intérieur de la tige creuse (42, 142), et d'autre part, solidarisée à l'extrémité pleine (43, 143) de la tige creuse (42, 142) via l'élément actif (45, 145).
Dispositif d'injection (1, 100) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tige (42, 142) présente une élasticité mécanique apte à permettre sa déformation longitudinale de manière réversible.
Dispositif d'injection (1, 100) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'élément arrière (46, 146) présente une densité et une rigidité sensiblement supérieures à celles des autres éléments composant l'aiguille sortante (40, 140).
Dispositif d'injection (100) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'élément actif (145) est magnétostrictif, en ce que l'élément arrière (146) est amagnétique, et en ce que l'aiguille sortante (140) comporte en outre deux éléments intercalaires (147, 148) positionnés respectivement entre l'élément arrière (146) et l'élément actif (145) d'une part, et entre ledit élément actif (145) et l'extrémité pleine (143) de la tige (142) d'autre part, chaque élément intercalaire (147, 148) étant réalisé dans un matériau magnétique apte à reboucler les lignes du champ magnétique utilisé pour exciter l'élément actif (145).
Dispositif d'injection (1, 100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de précontrainte (70, 170) aptes à comprimer de manière permanente la barre interne (44, 144) contre l'extrémité pleine (43, 143) de la tige creuse (42, 142).
Dispositif d'injection (1, 100) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de précontrainte (70, 170) comportent un ressort de compression (71, 171) agissant axialement sur la section apparente (48, 148) de la barre interne (44, 144).
Dispositif d'injection (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de précontrainte (70) comportent, d'une part, du fluide sous pression (72) agissant axialement sur la section apparente (48) de la barre interne (44), et d'autre part, un clapet de régulation (73) apte à limiter la pression interne dudit fluide à une valeur déterminée.
Dispositif d'injection (1, 100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de solidarisation (80, 180) aptes à permettre, d'une part, l'immobilisation de l'aiguille sortante (40, 140) par rapport au corps du dispositif d'injection (1, 100) lorsque ladite aiguille sortante (40, 140) subit une force dont l'intensité est inférieure à un seuil donné, et d'autre part, la translation de l'aiguille sortante (40, 140) par rapport au corps du dispositif d'injection (1, 100) dès lors que l'intensité de la force appliquée dépasse ledit seuil.
Dispositif d'injection (1, 100) selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de solidarisation (80, 180) comportent:
- au moins trois gorges externes (82, 182) ménagées parallèlement les unes aux autres à la surface d'un élément tubulaire (81, 181), formant épaulement, lui-même solidarisé rigidement mais de manière amovible autour de l'aiguille sortante (40, 140), chaque gorge externe (82, 182) s'étendant dans un plan orthogonal à l'axe de ladite aiguille sortante (40, 140),

- une gorge hélicoïdale (83, 183) ménagée à l'intérieur du corps du dispositif d'injection (1, 100),

- et une bille (84, 184) pour chaque gorge externe (82, 182), chaque bille (84, 184) étant apte à coopérer par emboîtement partiel sensiblement pour moitié avec la gorge externe (82, 182) correspondante d'une part, et sensiblement pour moitié avec la gorge hélicoïdale (83, 183) d'autre part.
Dispositif d'injection (1, 100) selon la revendication 13, caractérisé en ce que la profondeur de chaque gorge externe (82, 182) est sensiblement supérieure au rayon de la bille (84, 184) correspondante, en ce que la profondeur de la gorge hélicoïdale (83, 183) correspond sensiblement au rayon de chaque bille (84, 184), et en ce que chaque gorge externe (82, 182) comporte un moyen de compression (85, 185) apte à pousser la bille (84, 184) correspondante au fond de la gorge hélicoïdale (83, 183).
Dispositif d'injection (1, 100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mise en tension (90, 190) aptes à maintenir le clapet (41, 141) de l'aiguille sortante (40, 140) en appui contre son siège (15, 115).
Dispositif d'injection (1, 100) selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de mise en tension (90, 190) comportent un ressort de compression (91, 191) qui est disposé axialement autour de l'aiguille sortante (40, 140) et qui coopère par contact, d'une part, avec une partie (86, 186) formant épaulement de l'élément tubulaire (81, 181), et d'autre part, avec une partie (22, 122) formant butée du corps du dispositif d'injection (1, 100).
Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'injection (1, 100) selon l'une quelconque des revendications précédentes. édentes.