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, dit injecteur, présentant un axe principal d'injection et comportant au moins :

- un boîtier,

un actionneur monté axialement dans le boîtier et présentant un empilement avec deux faces frontales opposées axialement et incluant au moins une partie électroactive comportant un matériau électroactif, et

un moyen de précontrainte adapté à précontraindre au moins partiellement ledit empilement,

Un moyen de précontrainte adapté à précontraindre ledit empilement et, notamment, un matériau électroactif, par exemple, des rondelles céramiques piézoélectriques ou des éléments magnétostrictifs répartis dans l'empilement, est bien connu de l'homme du métier comme le montre, par exemple, la demande de brevet européen EP 1 172 552. La mise en place de ce moyen de précontrainte nécessite un perçage du matériau électroactif qui le fragilise. Les rondelles céramiques se fissurent et se cassent facilement lors de perçage, et/ou d'assemblage, et/ou de fonctionnement de l'injecteur en réduisant ainsi sa durée de vie.

Pour éviter des problèmes de court circuit électrique pouvant affecter un fonctionnement de l'injecteur, un compromis délicat doit généralement être réalisé entre la compacité de l'actionneur logé dans

le boîtier et la complexité d'une répartition spatiale des électrodes avec leurs fils reliant chaque rondelle céramique avec des moyens d'excitation du matériau électroactif extérieur au boîtier. Cela rend un assemblage de l'injecteur malaisé, tout contact inopiné de l'empilement contre le boîtier, par exemple, lors d'insertion de l'actionneur dans le boîtier, pouvant endommager la répartition spatiale des électrodes avec leurs fils.

La présente invention, qui s'appuie sur cette observation originale, a principalement 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 le moyen de précontrainte comprend au moins une bride de serrage externe à l'empilement et disposée entre l'empilement et le boîtier.

Grâce à cet agencement, le perçage du matériau électroactif n'est plus indispensable ce qui le rend moins fragile, en particulier, à des sollicitations mécaniques, par exemple, au cours d'assemblage et/ou de fonctionnement de l'injecteur. En outre, la présence de la bride de serrage entre l'empilement et le boîtier protège l'empilement contre un contact et/ou un effritement inopinés avec le boîtier, par exemple, lors d'assemblage de l'injecteur, pouvant endommager, par exemple, la répartition spatiale des électrodes avec leurs fils, voire le matériau céramique lui-même.

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 dite sortante liée à un actionneur monté axialement dans un boîtier,

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 dite 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),

la figure 7 représente de manière schématique en vue simplifiée de côté l'empilement précontraint par une bride de serrage externe à l'empilement et disposée entre l'empilement et le boîtier,

la figure 8 représente de manière schématique une coupe simplifiée de l'injecteur dans un plan perpendiculaire à un axe de symétrie de l'injecteur,

les figures 9-11 représentent de manière schématique en vues simplifiées de côté respectivement trois différents schémas de l'empilement précontraint par des brides de serrage de structure différente, un moyen d'ajustage de force axiale de serrage de l'empilement étant disposé axialement entre chaque bride et l'empilement,

les figures 12-14 représentent de manière schématique en vues simplifiées de côté respectivement trois différents schémas de l'empilement précontraint par des brides de serrage de structure

différente, le moyen d'ajustage complété par un moyen élastique étant disposé axialement entre chaque bride et l'empilement,

la figure 15 représente de manière schématique en vue simplifiée de côté en coupe longitudinale partielle une aiguille monobloc en forme d'une barre cylindrique,

la figure 16 représente de manière schématique en vue simplifiée de côté en coupe longitudinale partielle une buse monobloc cylindrique.

Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un dispositif d'injection, ou injecteur, destiné à injecter un fluide, par exemple, un carburant 131 dans une chambre de combustion 15 d'un moteur 151 à combustion interne (figure 1 (ou 2)), 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 axialement, de préférence, mobile, 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.

L'actionneur 2 est prolongé, selon l'axe AB, par l'aiguille 4, et est agencé pour une directe mise en vibration de l'aiguille 4 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 illustré sur les figures 3-4 et 5-6. L'actionneur 2 joue ainsi un rôle d'un « maître » actif pilotant l'aiguille 4 qui se présente alors comme une « esclave » passive pilotée.

L'actionneur 2 présente un empilement avec deux faces frontales opposées C, D axialement et incluant au moins une partie électroactive 22 comportant un matériau électroactif 221 (figures 7-14). Ce dernier est destiné à produire des vibrations 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). Comme illustré sur les figures 1 et 2, l'empilement peut être confondu avec l'actionneur 2.

L'empilement comprend au moins une partie, dite amplificateur

21 , liée axialement avec l'aiguille 4 à l'endroit d'une D des dites faces frontales C, D, la partie électroactive 22 et l'aiguille 4 étant disposées

axialement de part et d'autre de l'amplificateur 21. Ce dernier est destiné 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 matériau électroactif 221. L'amplificateur 21 peut présenter une forme sensiblement cylindrique (figures 7, 9-10, 12-13). De manière alternative, l'amplificateur 21 peut présenter une autre forme, par exemple, tronconique, qui va en rétrécissant dans le sens de l'axe AB orienté de la partie électroactive 22 vers l'aiguille 4 (figure 11 , 14).

L'empilement comprend en outre au moins une autre partie 23, dite masse arrière 23 jouant un rôle de répartition homogène des contraintes sur le matériau électroactif 221. L'amplificateur 21 et la masse arrière 23 sont disposés axialement de part et d'autre de la partie électroactive 22. La masse arrière 23 dispose d'une paroi opposée axialement à la partie électroactive 22, ladite paroi étant confondue avec la face frontale C de l'empilement opposée axialement à l'aiguille 4.

L'amplificateur 21 , la partie électroactive 22 et la masse arrière 23 sont, d'une part, serrés ensemble par un moyen de précontrainte adapté à précontraindre au moins partiellement ledit empilement, et, d'autre part, adaptés à être traversés par des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la partie électroactive 22.

Le moyen de précontrainte comprend au moins une bride de serrage 25 externe à l'empilement et disposée entre l'empilement et le boîtier 1.

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 partie électroactive 22 de l'empilement. 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 aux mouvements longitudinaux relatifs de la tête 7 (ou T) de l'aiguille 4 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 adaptés pour mettre la partie électroactive 22 de l'empilement en vibration avec la période de consigne τ, par exemple, à l'aide d'un champ électrique créé par une différence de potentiel appliqué, par l'intermédiaire des fils (non représentés), à des électrodes 220 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, par exemple, de l'empilement ou par une autre bobine entourant l'empilement.

Le moyen de précontrainte comprend au moins un moyen d'ajustage 250 de force axiale de serrage de l'empilement. Cela permet au moyen de précontrainte de serrer la partie électroactive 22, par exemple, entre la masse arrière 23 et l'amplificateur 21 , comme illustré sur les figures 1 et 2, avec une force ajustable « au cas par cas » en fonction, par exemple, de la nature - piézoélectrique ou magnétostrictive - du matériau électroactif 221 , et/ou de la section dans un plan perpendiculaire à l'axe AB des rondelles céramiques piézoélectriques ou des éléments magnétostrictifs dans l'empilement, et/ou de la répartition spatiale des dites rondelles dans l'empilement, et/ou de leurs formes, et/ou de leurs dimensions linéaires (et/ou in fine leurs formes). Le moyen d'ajustage 250 peut être lié avec la bride de serrage 25 (figures 1 , 2, 7, 9-14).

En particulier, il est possible de prévoir que le moyen d'ajustage

250 soit disposé axialement entre la bride de serrage 25 et l'empilement (figures 7, 9-10, 12-14). Outre le fait que cela facilite l'assemblage de l'injecteur, le positionnement axial du moyen d'ajustage 250 contribue à préserver une symétrie structurelle et/ou acoustique d'un ensemble « aiguille 4 + actionneur 2 » de sorte que respectivement ni mouvements axiaux alternatifs de va-et-vient de l'aiguille 4, ni la propagation des ondes acoustiques dans l'ensemble

« aiguille 4 + actionneur 2 » ne soient pas perturbés par un effet parasite de masse asymétrique.

De préférence, la bride de serrage 25 présente une dilatation thermique (en particulier, un coefficient de dilatation thermique) sensiblement identique à celle de l'empilement et, notamment à celle du matériau électroactif 221. Par exemple, l'écart entre les coefficients de dilatation du matériau électroactif 221 et des matériaux de l'empilement 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). Pour le matériau électroactif 221 céramique, la bride de serrage 25 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 de l'empilement (et, notamment, du matériau électroactif 221 et celui de la bride de serrage 25) assure une compensation thermique des dilatations dues aux variations de température de l'injecteur. L'assemblage de l'empilement et, donc, de l'actionneur 2, devient plus rapide car ne nécessite aucun autre moyen pour compenser lesdites dilatations thermiques. Dans ce mode de réalisation, la masse arrière 23 peut être confondue avec le moyen d'ajustage 250 (cas non représenté sur les figures).

De manière alternative, la bride de serrage 25 peut présenter une dilatation thermique (en particulier, un coefficient de dilatation thermique) différente de celle de l'empilement et, notamment, à celle du matériau électroactif 221. Dans ce cas, le moyen de précontrainte comprend au moins un moyen élastique 251 (par exemple, au moins un joint caoutchouteux, une rondelle élastique, un ressort) disposé entre la bride de serrage 25 et l'empilement. Le moyen élastique 251 permet d'assurer une précontrainte quasi-constante de la partie électroactive 22 et, notamment, du matériau électroactif 221 , indépendamment des allongements de la bride de serrage 25 dus aux dilatations thermiques. Grâce à cet agencement, il est possible de poursuivre l'assemblage de l'empilement et, donc, de l'actionneur 2, à l'échelle industrielle, par exemple, lors d'une rupture de stock des brides de serrage 25 en invar. Ainsi ce mode de réalisation contribue à rendre la fabrication de l'injecteur plus fiable.

De préférence, le moyen élastique 251 est disposé entre l'empilement et le moyen d'ajustage 250 (figures 7, 12-14), de manière à rendre plus rapide l'assemblage de l'empilement.

De préférence, le moyen d'ajustage 250 se présente comme une vis, de préférence, une vis filetée, la bride de serrage 25 présentant quant à lui un perçage correspondant, de préférence, central, c'est-à- dire, aligné sur l'axe AB et taraudé (figures 7, 9-14).

En particulier, la bride de serrage 25 est en appui sur les deux faces frontales opposées C, D de l'empilement (figure 7), de manière à assurer une répartition homogène des contraintes lors de serrage de l'empilement.

L'amplificateur 21 peut présenter au moins un segment rétrécissant suivant l'axe AB orienté vers l'aiguille 4, par exemple, un segment de raccordement 211 avec la partie électroactive 22. Dans ce cas, la bride de serrage 25 peut épouser au moins partiellement la forme dudit segment rétrécissant de l'amplificateur 21 , comme illustré

sur les figures 10-11 , 13-14. Cela permet de réduire une longueur axiale de la bride de serrage 25 comme on peut le constater en comparant respectivement les brides de serrage 25 sur les figures 9 et 12 avec celles sur les figures 10-11 et 13-14. Cette possibilité de raccourcir la bride de serrage 25 permet, soit de réaliser les brides plus légères (tous autres paramètres de la bride restant inchangés), soit plus résistantes (par exemple, en augmentant proportionnellement une épaisseur de la bride raccourcie) à une usure mécanique et/ou à des forces de serrage élevées.

II doit être compris que le moyen de précontrainte peut comprendre plusieurs brides de serrage 25 disposées symétriquement autour de l'empilement et écartées radialement les unes des autres à un angle prédéterminé mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe AB. La présence de plusieurs brides assure la répartition homogène des contraintes lors de serrage de l'empilement.

La figure 1 illustre le cas de l'aiguille 4 avec la tête 7 dite sortante, présentant une forme évasée divergente (de préférence tronconique) dans un sens de l'axe AB orienté du boîtier 1 vers l'extérieur de la buse 3 dans la chambre de combustion 15. 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.

La figure 2 illustre le cas de l'aiguille 4 avec la tête T dite entrante, de préférence tronconique, allant en rétrécissant dans le sens de l'axe AB orienté du boîtier 1 vers l'extérieur de la buse 3 et obturant 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, de manière à assurer la fermeture du clapet quelle que soit la pression dans la chambre de combustion 15. La bride de serrage 25 et le boîtier 1 peuvent présenter au

moins une zone de contact longitudinale, représentée à l'aide des pointillés référencés UW sur la figure 8. La présence éventuelle de la zone de contact longitudinale UW peut rendre l'assemblage de l'injecteur plus aisé, notamment en protégeant les électrodes 220 contre tout contact inopiné avec le boîtier 1 , par exemple, lors d'insertion de l'empilement dans le boîtier 1 au cours d'assemblage de l'injecteur munie de l'aiguille 4 à tête 7 sortante en prenant soin de maîtriser des frottements et des alignements.

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 portant sur l'aiguille 4 ou la buse 3 et illustrés respectivement sur les figures 15-16. A des fins de simplification, il est entendu que, pour tous ces exemples, le deuxième corps, l'actionneur 2 et l'empilement 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 15-16 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 15) ou dans une barre percée 300 longitudinalement citée ici comme un modèle simplifié de la buse 3 (figure 16), la propagation des ondes acoustiques associe la propagation d'un saut de tension (force) δF ₀ et

d'un saut de vitesse δv à l'aide d'une équation : δF ₀ = 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 15-16) par une autre onde acoustique se propageant en sens inverse de la barre (par exemple, de gauche à droite sur les figures 15-16) 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 15) ou au niveau d'une autre jonction entre la buse 3 et le boîtier 1 (figure 16). 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 16) 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 15) 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 » T _B , des ondes acoustiques initiées par la partie électroactive 22 de l'empilement et parcourant cette première distance I_ _B = f _B (T _B ) répond à l'équation suivante :

T _B = n _B *[τ/2], (E1 )

où n _B est un coefficient multiplicateur, entier positif non nul, dit premier coefficient multiplicateur, et la distance, dite deuxième distance I_ _A , 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 » T _A , des ondes acoustiques initiées par la partie électroactive 22 de l'empilement et parcourant cette deuxième distance I_ _A = fAOα) répond à l'équation suivante :

T _A = n _A ^* [τ/2], (E2) où π _A est un autre coefficient multiplicateur, entier positif non nul, dit deuxième coefficient multiplicateur, par exemple, n _A ≠ n _B .

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 ± 10% de la période de consigne τ, c'est-à-dire, de l'ordre de ± 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 :

T _B = n _B ^* [τ/2] ± 0.2 ^* [τ/2] (ET)

T _A = n _A *[τ/2] ± 0.2*[τ/2] (EZ)

II est à noter qu'en pratique, la première distance I_ _B = f _B (T _B ) exprimée en temps de vol acoustique T _B et la deuxième distance I_ _A = f _A (T _A ) exprimée en temps de vol acoustique T _A , 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 I_ _B = f _B (T _B ) et de la deuxième I_ _A = f _A (T _A ) distances à l'aide des équations EV et E2' ci-dessus.

De préférence, n _A = n _B pour le deuxième et le premier coefficients multiplicateurs avec, en particulier, n _A = n _B = 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 = f _B (T _B ) sensiblement égales

les unes aux autres en temps de vol acoustique et dont l'expression en temps de vol acoustique T _B 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 L _A = f _A (T _A ) sensiblement égales les unes aux autres en temps de vol acoustique et dont l'expression en temps de vol acoustique T _A se résume, de préférence, à une seule demi-période de consigne τ/2.

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 de l'empilement transmises à l'aiguille 4 par l'intermédiaire de l'actionneur 2, à l'aide de l'amplificateur 21 (figure 1 ) de l'empilement. 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 L _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 : I_ _B = 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 L _A dépendante de préférence d'un multiple de la demi-période de consigne τ/2 : L _A = fAOα) = fA(nA ^* [x/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.

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 n _B ≠ n _A , 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 n _B et n _A 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 lïnjecteur avec n _B = n _A et, notamment n _B = n _A = 1 , apparaît comme a priori plus fiable sur le plan acoustique et reste à privilégier par rapport à celle où n _B ≠ n _A .

Il doit être compris que la première I_ _B = f _B (T _B ) et la deuxième I_ _A = f _A (T _A ) 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 T _B = n _B *[τ/2] et T _A = n _A *[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 partie électroactive 22 de l'empilement confondu avec l'actionneur 2 dans le présent exemple, comme évoquées ci-dessus. Autrement dit, la première I_ _B = f _B (T _B ) et la deuxième I_ _A = f _A (T _A ) distances sont comprises entre deux limites acoustiques. De manière générale, une première limite acoustique servant à définir, à la fois la première I_ _B 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 distance I_ _A 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 = f _B (T _B ) 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 distance L _A 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 l'amplificateur 21 de l'empilement 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'amplificateur 21 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.

II doit cependant être compris que les limites acoustiques des

corps peuvent ne pas correspondre à leurs limites physiques. En effet, outre la géométrie des corps, les propriétés acoustiques traduites, par exemple, à l'aide de l'impédance acoustique linéaire discutée ci- dessus, dépendent également des autres paramètres tels que la masse volumique des corps et la vitesse du son dans les corps.

Pour rendre l'injecteur encore plus performant en termes acoustiques, la longueur L mesurée entre les deux faces frontales opposées C, D de l'empilement formé par l'amplificateur 21 , la partie électroactive 22 et la masse arrière 23 (figures 1-2, 7, 9-14), est telle que le temps de propagation T des ondes acoustiques initiées par les vibrations de la partie électroactive 22 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 ≠ n _B ≠ n _A . Par analogie avec la buse 3 et l'aiguille 4, l'actionneur 2 (confondu dans le présent exemple avec l'empilement comme déjà précisé ci-dessus) peut donc présenter une structure acoustique symétrique telle qu'un écho d'une onde acoustique émise dans un endroit de l'empilement symétrique tend à revenir, après une ou plusieurs réflexions aux limites de l'empilement représentées par les faces frontales opposées C, D sur les figures 1-2, 7, 9-14, 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 4 du clapet vers l'actionneur 2 et pénétrant (par exemple, lorsque l'encastrement acoustique de l'aiguille 4 dans l'actionneur 2 n'est pas parfait) dans ce dernier via la face D, dite première face de l'empilement, entre l'aiguille 4 et l'amplificateur 21 , se propage axialement dans l'actionneur 2 pour se réfléchir ensuite sur la face C, dite deuxième face de l'empilement, opposée à ladite première face D. Grâce à la structure résonante symétrique de l'actionneur 2, une première onde réfléchie, c'est-à-dire, un premier écho de l'onde émise à la première face D, revient à cette

même première face D une période plus tard après son émission. Il en est de même pour les ondes acoustiques, initiées par le matériau électroactif 221 de la partie électroactive 22 de l'empilement et se propageant axialement vers l'aiguille 4, qui peuvent, à leur tour, se réfléchir sur la première face D, revenir dans l'actionneur 2 pour se réfléchir à la deuxième face C, puis retourner à la première face D une période plus tard après leur départ de la première face D. La structure résonante symétrique de l'actionneur 2 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 face D quelque soit la provenance de ces ondes (de l'aiguille 4 ou de l'actionneur 2). La structure résonante symétrique de l'actionneur 2 contribue ainsi en un fonctionnement ordonné de l'injecteur.

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 de contraintes de fabrication, par exemple, à une tolérance de l'ordre de ± 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] (E3')

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 n _B et n _A , il est préférable que n = n _B = n _A et, en particulier, n = n _B = n _A = 1. II doit être compris que, de part sa géométrie (et en particulier son épaisseur, mesurée dans un plan perpendiculaire à l'axe AB, négligeable par rapport au diamètre D ₄ de l'aiguille 4), sa masse volumique, sa célérité du son, la bride de serrage 25, présente une contribution négligeable sur le plan acoustique. La présence de la bride de serrage 25 n'influence donc pas de façon significative la longueur L = f(T) de l'empilement exprimée en temps vol acoustique T.

Lorsque la bride de serrage 25 présente le coefficient de dilatation thermique identique à celui de l'empilement et, notamment, à celui du matériau électroactif 221 , il doit être compris que, sur le plan acoustique, la deuxième face frontale C de l'empilement correspond à celle du moyen d'ajustage 250 opposée à l'aiguille 4 (et non pas à celle de la masse arrière 23 opposée à l'aiguille 4), la définition déjà discutée ci-dessus de la première face frontale D de l'empilement restant quant à elle inchangée, de manière que la longueur L = f(T) de l'empilement reste toujours comprise entre les deux faces frontales opposées C, D, comme illustrée sur les figures 9-11.

Lorsque la bride de serrage 25 présente le coefficient de dilatation thermique différent à celui de l'empilement et, notamment, à celui du matériau électroactif 221 , il doit être compris que, sur le plan acoustique, les définitions déjà discutées ci-dessus de la première D et de la deuxième C faces frontales de l'empilement restent inchangées (en particulier, la deuxième face frontale C de l'empilement correspond bien à celle de la masse arrière 23 opposée à l'aiguille 4), de manière que la longueur L = f(T) de l'empilement reste toujours comprise entre les deux faces frontales opposées C, D, comme illustrée sur les figures 7, 12-14. En effet, le moyen élastique 251 présente une impédance

linéaire faible et les ondes acoustiques sont réfléchies à la face C formant une interface entre la masse arrière 23 et le moyen élastique 251 de manière qu'aucune onde acoustique provenant axialement de la masse arrière 23 ne pénètre dans le moyen d'ajustage 250 à travers le moyen élastique 251. La rupture de l'impédance acoustique linéaire entre la masse arrière 23 et le moyen élastique 251 étant totale, il n'y a donc plus aucune continuité du milieu acoustique entre la masse arrière 23 et le moyen d'ajustage 250, comme l'indiquent les figures 7, 12-14.