FR2740836A1

FR2740836A1 - Fuel injection device for injecting fuel into combustion chamber of heat engine, turbine or boiler

Info

Publication number: FR2740836A1
Application number: FR9513117A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1997-05-09
Anticipated expiration: 2015-11-02
Also published as: FR2740836B1

Abstract

The fuel injector has a central axial passage (15) with pressurised fuel arriving at one end (8) and at the other end, which opens into the combustion chamber, an axially mobile valve (10) closed by a spring (9). The valve has a tapered outlet (13) that fits in a tapered seat (32). When the valve is opened fuel enters a tapered fuel holding chamber (17) round the cylindrical central part of the valve head. A sloping lip (30) between the centre part and the outlet part of the valve head forms a variable passage as the valve moves. A second chamber (20) connects (22) to the holding chamber, and may deliver a saline solution under pressure to form aerosols during combustion.

Description

L'invention concerne un dispositif d'injection de carburant dans une chambre de combustion telle qu'une chambre de combustion d'un moteur thermique, d'une turbine ou d'une chaudière. The invention relates to a device for injecting fuel into a combustion chamber such as a combustion chamber of a heat engine, a turbine or a boiler.

Pour assurer la combustion d'un carburant dans une chambre d'un moteur thermique, d'une turbine ou d'une chaudière, il est connu d'injecter le carburant dans la chambre sous une forme pulvérisée, de telle sorte que le carburant se trouve mélangé intimement à de l'air comburant. To ensure the combustion of a fuel in a chamber of a heat engine, a turbine or a boiler, it is known to inject the fuel into the chamber in a sprayed form, so that the fuel is found intimately mixed with combustion air.

Pour réaliser cette injection de carburant, on utilise un dispositif appelé injecteur qui comporte généralement un corps d'injecteur traversé par une ouverture centrale dont l'axe constitue l'axe de l'injecteur cette ouverture communique à l'une de ses extrémités avec une zone d'arrivée de carburant sous pression et à son autre extrémité avec la chambre de combustion, par exemple par l'intermédiaire d'un canal débouchant dans la chambre de combustion, dans lequel le corps d'injecteur peut être fixé. Une soupape est montée mobile axialement dans l'ouverture centrale du corps d'injecteur et rappelée sur un siège de soupape prévu dans l'ouverture centrale, par un moyen de rappel élastique tel qu'un ressort hélicoïdal.Au moment de l'injection, le carburant sous pression envoyé par une pompe pénètre dans l'ouverture centrale du corps d'injecteur et assure l'ouverture de la soupape qui se soulève légèrement de son siège. Le courant de carburant est laminé et pulvérisé dans un espace annulaire entre la tête de soupape et l'ouverture du corps d'injecteur. Le courant de carburant pulvérisé injecté dans la chambre de combustion est mélangé à des comburants et est soumis, dans la chambre, à des conditions assurant son allumage et sa combustion. To carry out this fuel injection, a device called an injector is used which generally comprises an injector body crossed by a central opening whose axis constitutes the axis of the injector. This opening communicates at one of its ends with a pressure fuel inlet area and at its other end with the combustion chamber, for example via a channel opening into the combustion chamber, in which the injector body can be fixed. A valve is mounted axially movable in the central opening of the injector body and returned to a valve seat provided in the central opening, by an elastic return means such as a helical spring. the pressurized fuel sent by a pump enters the central opening of the injector body and opens the valve which lifts slightly from its seat. The fuel stream is laminated and sprayed into an annular space between the valve head and the opening of the injector body. The stream of pulverized fuel injected into the combustion chamber is mixed with oxidizers and is subjected, in the chamber, to conditions ensuring its ignition and combustion.

La combustion est réalisée dans des conditions d'autant plus satisfaisantes que la pulvérisation du carburant est réalisée de manière efficace. Combustion is carried out under conditions which are all the more satisfactory if the fuel is sprayed efficiently.

En outre, une préoccupation constante des constructeurs de machines thermiques est de réduire les quantités de polluants dans les gaz d'échappement de ces machines. In addition, a constant concern of manufacturers of thermal machines is to reduce the quantities of pollutants in the exhaust gases of these machines.

Dans le cas des moteurs et en particulier des moteurs Diesel, il peut être avantageux d'assurer un certain réglage de la pression dans la chambre de combustion pendant le fonctionnement du moteur, pour améliorer le fonctionnement, en particulier au moment du démarrage. In the case of engines and in particular diesel engines, it may be advantageous to ensure a certain adjustment of the pressure in the combustion chamber during the operation of the engine, to improve the operation, in particular at the time of starting.

On ne connaissait pas jusqu'ici d'injecteur de carburant comportant des moyens efficaces pour améliorer sensiblement la pulvérisation du carburant et pour réduire la quantité de polluants dans les gaz d'échappement des machines thermiques. Dans le cas des moteurs, on ne connaissait pas non plus d'injecteurs de carburant comportant des moyens permettant d'obtenir un certain réglage de la pression dans la chambre de combustion, en particulier au démarrage du moteur. Until now, no fuel injector has been known, comprising effective means for appreciably improving the atomization of the fuel and for reducing the quantity of pollutants in the exhaust gases of thermal machines. In the case of engines, there were also no known fuel injectors comprising means making it possible to obtain a certain adjustment of the pressure in the combustion chamber, in particular when the engine was started.

Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'injection de carburant dans une chambre de combustion, comportant un corps d'injecteur traversé par une ouverture centrale de direction axiale communiquant à l'une de ses extrémités avec une arrivée de carburant sous pression et à son autre extrémité avec la chambre de combustion et une soupape montée mobile axialement dans l'ouverture centrale du corps d'injecteur et rappelée sur un siège de soupape prévu dans l'ouverture centrale par un moyen de rappel élastique, ce dispositif d'injection permettant d'améliorer sensiblement la pulvérisation du carburant produit dans la chambre de combustion, de limiter les rejets de matières polluantes à la sortie de la chambre de combustion et de régler, dans une certaine mesure, la pression dans la chambre de combustion. The object of the invention is therefore to propose a device for injecting fuel into a combustion chamber, comprising an injector body traversed by a central opening of axial direction communicating at one of its ends with a fuel inlet. under pressure and at its other end with the combustion chamber and a valve mounted to move axially in the central opening of the injector body and returned to a valve seat provided in the central opening by an elastic return means, this device injection system which significantly improves the spraying of the fuel produced in the combustion chamber, limits the discharge of pollutants at the outlet of the combustion chamber and regulates, to a certain extent, the pressure in the combustion chamber .

Dans ce but, le dispositif d'injection comporte en outre, au moins une chambre de stockage de gaz en communication avec une partie de l'ouverture centrale du corps d'injecteur située entre le siège de soupape et la chambre de combustion. For this purpose, the injection device further comprises at least one gas storage chamber in communication with a part of the central opening of the injector body located between the valve seat and the combustion chamber.

De manière préférentielle :
- la chambre de stockage de gaz est constituée par une partie élargie diamétralement de l'ouverture centrale du corps d'injecteur ayant une partie d'extrémité opposée au siège de soupape en direction de la chambre de combustion constituant un étranglement avec une partie correspondante de la soupape
- la chambre de stockage de gaz comporte une surface tronconique dont la section diminue en direction de la chambre de combustion
- le dispositif d'injection comporte de plus une chambre de stockage de gaz additionnelle en communication avec l'ouverture centrale du corps d'injecteur, par l'intermédiaire d'au moins un canal d'écoulement de gaz, entre le siège de soupape et l'extrémité du corps de l'injecteur dirigée vers la chambre de combustion
- le dispositif d'injection comporte à la fois une chambre de stockage de gaz à l'intérieur du corps d'injecteur et une chambre de stockage additionnelle à l'extérieur du corps d'injecteur communiquant avec la chambre disposée à l'intérieur du corps d'injecteur par au moins un canal de circulation de gaz
- le canal de circulation de gaz est sensiblement rectiligne et présente un axe qui est incliné par rapport à l'axe de l'injecteur en projection dans un plan axial de l'injecteur et qui ne passe pas par la trace de l'axe de l'injecteur, en projection dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'injecteur
- la chambre additionnelle est une chambre à volume variable
- la chambre additionnelle est délimitée par un piston rappelé par un ressort dans un sens correspondant à la diminution du volume de la chambre
- la chambre additionnelle est équipée de moyens permettant l'injection d'une solution saline dans la chambre additionnelle
- le corps d'injecteur est prolongé en direction de la chambre de combustion par un pare-flamme de forme annulaire ayant une ouverture centrale coopérant avec la soupape pour améliorer la pulvérisation du carburant
- dans le cas d'un dispositif d'injection dans une chambre de combustion d'une turbine ou d'une chaudière, la chambre de stockage de gaz peut être constituée par une source continue de gaz sous pression.Preferably:
- the gas storage chamber is constituted by a diametrically widened part of the central opening of the injector body having an end part opposite the valve seat in the direction of the combustion chamber constituting a throttle with a corresponding part of the valve
- the gas storage chamber has a frustoconical surface whose section decreases towards the combustion chamber
- The injection device further comprises an additional gas storage chamber in communication with the central opening of the injector body, via at least one gas flow channel, between the valve seat and the end of the injector body directed towards the combustion chamber
the injection device comprises both a gas storage chamber inside the injector body and an additional storage chamber outside the injector body communicating with the chamber disposed inside the injector body via at least one gas circulation channel
the gas circulation channel is substantially rectilinear and has an axis which is inclined relative to the axis of the injector in projection in an axial plane of the injector and which does not pass through the trace of the axis of the injector, in projection in a plane perpendicular to the axis of the injector
- the additional room is a room with variable volume
- the additional chamber is delimited by a piston returned by a spring in a direction corresponding to the reduction in the volume of the chamber
- the additional room is equipped with means allowing the injection of a saline solution into the additional room
- the injector body is extended towards the combustion chamber by an annular flame arrester having a central opening cooperating with the valve to improve the atomization of the fuel
- In the case of an injection device in a combustion chamber of a turbine or a boiler, the gas storage chamber can be constituted by a continuous source of pressurized gas.

Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif d'injection de carburant suivant l'invention utilisé pour réaliser l'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur
Diesel.In order to clearly understand the invention, a description will now be given, by way of nonlimiting example, with reference to the appended figures, an embodiment of a fuel injection device according to the invention used for injecting fuel into an engine combustion chamber
Diesel.

La figure 1 est une vue en coupe de l'ensemble du dispositif d'injection monté dans la culasse d'un moteur
Diesel.Figure 1 is a sectional view of the entire injection device mounted in the cylinder head of an engine
Diesel.

La figure 1A est une vue agrandie d'une partie de la figure 1. Figure 1A is an enlarged view of part of Figure 1.

La figure 2 est une vue en coupe axiale du corps d'injecteur du dispositif d'injection représenté sur la figure 1. FIG. 2 is a view in axial section of the injector body of the injection device shown in FIG. 1.

La figure 2A est une vue de dessus suivant A de la figure 2. FIG. 2A is a top view along A of FIG. 2.

Sur la figure 1, on voit une partie de la culasse 1 d'un moteur Diesel usinée pour présenter des ouvertures permettant l'adaptation et le montage d'un dispositif d'injection de carburant suivant l'invention. In Figure 1, we see a part of the cylinder head 1 of a diesel engine machined to have openings allowing the adaptation and mounting of a fuel injection device according to the invention.

La culasse 1 est percée dans une direction axiale 3 d'une ouverture dont la partie d'extrémité antérieure 2 débouche à l'intérieur d'une chambre de combustion (non représentée), d'un cylindre du moteur. The cylinder head 1 is pierced in an axial direction 3 with an opening whose front end part 2 opens out inside a combustion chamber (not shown), of an engine cylinder.

Le dispositif d'injection comporte, à l'intérieur d'une partie de l'ouverture de la culasse dont le diamètre est supérieur au diamètre de la partie antérieure 2, un pare-flamme 4 et un corps d'injecteur 5 disposé coaxialement par rapport à l'ouverture de la culasse 1. Le pare-flamme 4 et le corps d'injecteur 5 sont réalisés sous une forme annulaire ou tubulaire et présentent des ouvertures centrales venant dans le prolongement l'une de l'autre et ayant pour axe commun l'axe 3 de l'ouverture de la culasse. The injection device comprises, inside a part of the cylinder head opening whose diameter is greater than the diameter of the front part 2, a flame arrester 4 and an injector body 5 arranged coaxially by relative to the opening of the cylinder head 1. The flame arrester 4 and the injector body 5 are produced in an annular or tubular form and have central openings coming in the extension of one another and having as axis common axis 3 of the cylinder head opening.

L'ouverture de la culasse présente, dans le prolongement du logement du pare-flamme et du corps d'injecteur 5, une partie taraudée 6 débouchant sur une face externe de la culasse 1. Une pièce de raccordement 7 filetée extérieurement est vissée à l'intérieur de l'ouverture taraudée 6 de manière à assurer la fixation étanche du corps d'injecteur 5 à l'intérieur de l'ouverture de la culasse. La pièce de raccordement 7 comporte une partie d'extrémité venant en appui sur le corps d'injecteur, à l'intérieur de l'ouverture de la culasse et une partie opposée filetée 7a permettant d'assurer le raccordement entre la pièce 7 et un conduit d'alimentation en carburant sous pression relié à la partie de refoulement d'une pompe d'alimentation. The opening of the cylinder head has, in the extension of the housing of the flame arrester and of the injector body 5, a tapped part 6 opening onto an external face of the cylinder head 1. A connection piece 7 externally threaded is screwed to the 'interior of the threaded opening 6 so as to ensure the tight fixing of the injector body 5 inside the opening of the cylinder head. The connecting piece 7 comprises an end part bearing on the injector body, inside the opening of the cylinder head and an opposite threaded part 7a making it possible to ensure the connection between the piece 7 and a pressurized fuel supply pipe connected to the discharge part of a supply pump.

La pièce de raccordement 7 est réalisée sous forme globalement tubulaire et comporte un alésage central ayant une partie d'entrée 8 assurant l'alimentation en carburant sous pression provenant de la pompe, de l'ouverture centrale du corps d'injecteur qui communique à l'une de ses extrémités avec l'arrivée de carburant 8, par l'intermédiaire de l'alésage central de la pièce de raccord 7. The connecting piece 7 is produced in generally tubular form and has a central bore having an inlet portion 8 ensuring the supply of pressurized fuel from the pump, from the central opening of the injector body which communicates with the 'one of its ends with the fuel inlet 8, through the central bore of the connecting piece 7.

A l'intérieur de l'ouverture centrale du corps d'injecteur 5 qui est prolongée en direction de la chambre de combustion par l'ouverture centrale du pareflamme 4 et dans la direction opposée par l'alésage de la pièce de raccordement 7, est montée une soupape 10. La soupape 10 comporte une tête de soupape engagée à l'intérieur de l'ouverture du pare-flamme 4 et dans la partie antérieure de l'ouverture du corps d'injecteur 5, une tige de guidage montée glissante dans la partie poste- rieure de l'alésage du corps d'injecteur et une partie d'extrémité filetée à l'intérieur de l'alésage de la pièce de raccord 7. Un ressort hélicoïdal 9 de rappel de la soupape 10 est intercalé entre la face postérieure du corps d'injecteur 5 et un écrou 11 engagé sur l'extrémité de la partie filetée de la tige de soupape et fixé de manière indesserrable.Le ressort 9 est précontraint lors de la mise en place de l'écrou 11, pour assurer le rappel de la soupape dans la direction opposée à la chambre de combustion, de manière qu'une partie postérieure de la tête de soupape soit rappelée contre un siège de soupape 12 prévu dans l'ouverture centrale du corps d'injecteur 5. Inside the central opening of the injector body 5 which is extended towards the combustion chamber by the central opening of the flame arrester 4 and in the opposite direction by the bore of the connecting piece 7, is mounted a valve 10. The valve 10 comprises a valve head engaged inside the opening of the flame arrester 4 and in the front part of the opening of the injector body 5, a guide rod mounted slidingly in the rear part of the bore of the injector body and a threaded end part inside the bore of the connecting piece 7. A helical spring 9 for returning the valve 10 is interposed between the rear face of the injector body 5 and a nut 11 engaged on the end of the threaded part of the valve stem and fixed in an indessible manner. The spring 9 is prestressed during the fitting of the nut 11, to ensure the valve returns in the direction opposite the combustion chamber, so that a rear part of the valve head is biased against a valve seat 12 provided in the central opening of the injector body 5.

La tête de soupape comporte une partie antérieure en forme de tronc-de-cône 13 dont la section diminue en direction de la chambre de combustion, dans laquelle est usinée une ouverture profilée 14, par exemple à section hexagonale qui permet l'engagement d'un outil pour assurer le maintien de la soupape qui est ainsi bloquée en rotation, lors de la fixation et du serrage de l'écrou 11, pour réaliser le tarage du ressort 9. The valve head has a front portion in the form of a truncated cone 13 whose section decreases towards the combustion chamber, in which a profiled opening 14 is machined, for example with a hexagonal section which allows the engagement of a tool for ensuring the maintenance of the valve which is thus locked in rotation, during the fixing and tightening of the nut 11, in order to calibrate the spring 9.

Comme il est visible sur la figure 2, le corps d'injecteur 5 comporte une ouverture centrale 15 ayant pour axe l'axe 3 du corps d'injecteur 5 constituant l'axe de l'ensemble du dispositif d'injection, comme il est visible sur la figure 1. As can be seen in FIG. 2, the injector body 5 has a central opening 15 having as its axis the axis 3 of the injector body 5 constituting the axis of the assembly of the injection device, as it is visible in Figure 1.

L'ouverture centrale 15 du corps d'injecteur 5 comporte une première partie 15a de forme cylindrique dans laquelle est montée glissante la tige de la soupape 10, une seconde partie cylindrique 16 ayant un diamètre supérieur au diamètre de la partie 15a et à la suite de la partie cylindrique 16, une partie 17 élargie diamétralement ayant une forme symétrique de révolution et une partie tronconique de section décroissante en direction de la chambre de combustion qui se termine, sur la face du corps d'injecteur venant en contact avec le pareflamme 4, par une partie cylindrique de raccordement 17a. The central opening 15 of the injector body 5 comprises a first part 15a of cylindrical shape in which the valve stem 10 is slidably mounted, a second cylindrical part 16 having a diameter greater than the diameter of the part 15a and thereafter of the cylindrical part 16, a diametrically enlarged part 17 having a symmetrical shape of revolution and a frustoconical part of decreasing section in the direction of the combustion chamber which ends, on the face of the injector body coming into contact with the flame arrester 4 , by a cylindrical connection part 17a.

Comme il est visible sur les figures 1 et 1A, la partie 17 élargie diamétralement de l'ouverture centrale 15 constitue une chambre annulaire autour de la tête de soupape 10. I1 sera expliqué plus loin que cette chambre 17 assure la réception et le stockage de gaz sous pression, lors du fonctionnement du moteur. As can be seen in FIGS. 1 and 1A, the diametrically enlarged part 17 of the central opening 15 constitutes an annular chamber around the valve head 10. I1 will be explained later on that this chamber 17 ensures the reception and storage of gas under pressure during engine operation.

Le corps d'injecteur 5 comporte de plus, sur sa partie périphérique, un embrèvement 18' en forme de portion de tore qui délimite avec l'ouverture de la culasse 1 dans laquelle est engagé le corps d'injecteur, un collecteur 18. The injector body 5 further comprises, on its peripheral part, a recess 18 ′ in the form of a torus portion which delimits, with the opening of the cylinder head 1 in which the injector body is engaged, a manifold 18.

Quatre canaux 19 sensiblement rectilignes sont usinés dans le corps de l'injecteur entre la chambre 17 et le collecteur 18. Four substantially rectilinear channels 19 are machined in the body of the injector between the chamber 17 and the manifold 18.

Comme il est visible sur les figures 2 et 2A, les canaux 19 sont inclinés dans deux directions, de sorte que la projection des axes des canaux 19 sur un plan passant par l'axe 3 soit inclinée par rapport à l'axe 3, d'un angle qui peut être voisin de 30 et que la projection des axes des canaux 19 sur un plan perpendiculaire à l'axe 3 ne soit pas concourante avec la trace de l'axe 3, comme il est visible sur la figure 2A. De ce fait, les axes des canaux 19 ne sont pas situés dans des plans axiaux et lorsque des gaz sont mis en circulation en direction de la chambre 17, ces gaz sont mis en mouvement tourbillonnant autour de l'axe 3 de l'injecteur en direction de la chambre de combustion du moteur. As can be seen in FIGS. 2 and 2A, the channels 19 are inclined in two directions, so that the projection of the axes of the channels 19 on a plane passing through the axis 3 is inclined relative to the axis 3, d 'An angle which can be close to 30 and that the projection of the axes of the channels 19 on a plane perpendicular to the axis 3 is not concurrent with the trace of the axis 3, as it is visible in Figure 2A. As a result, the axes of the channels 19 are not located in axial planes and when gases are circulated in the direction of the chamber 17, these gases are set in swirling movement around the axis 3 of the injector in direction of the engine combustion chamber.

Comme il est visible sur la figure 1, la culasse comporte une ouverture taraudée débouchant à l'une de ses extrémités sur la face supérieure de la culasse (ou sur une face latérale) et à son autre extrémité à l'intérieur du collecteur 18. As can be seen in FIG. 1, the cylinder head has a threaded opening opening at one of its ends on the upper face of the cylinder head (or on a side face) and at its other end inside the manifold 18.

Un cylindre 21 délimitant une chambre additionnelle de réception et de stockage de gaz 20 est fixé de manière étanche par vissage de sa partie inférieure filetée à diamètre réduit dans l'ouverture taraudée de la culasse 1. La partie inférieure filetée du cylindre 21 est traversée par un canal 22 débouchant dans le collecteur 18. La chambre additionnelle 20 à volume variable est délimitée par un piston 23 monté mobile et étanche à l'intérieur du cylindre 21, par l'intermédiaire d'un joint-segment 24. Un ressort hélicoïdal 25 est intercalé entre la face externe du piston 23 et un bouchon 26 vissé sur une extrémité supérieure filetée du cylindre 21.Le ressort hélicoïdal 25 permet d'exercer une pression sur des gaz contenus dans la chambre 20, qui peut être variable et ajustée en utilisant un ressort ayant une constante appropriée qui est précontraint lors du montage avec une force de précontrainte définie, de manière à repousser le piston 23 dans un sens correspondant à la diminution de volume de la chambre 20. A cylinder 21 delimiting an additional gas reception and storage chamber 20 is tightly fixed by screwing its threaded lower part of reduced diameter into the threaded opening of the cylinder head 1. The threaded lower part of the cylinder 21 is traversed by a channel 22 opening into the manifold 18. The additional chamber 20 with variable volume is delimited by a piston 23 mounted mobile and sealed inside the cylinder 21, by means of a joint-segment 24. A helical spring 25 is interposed between the external face of the piston 23 and a plug 26 screwed onto a threaded upper end of the cylinder 21. The coil spring 25 makes it possible to exert pressure on the gases contained in the chamber 20, which can be variable and adjusted using a spring having an appropriate constant which is prestressed during assembly with a defined prestressing force, so as to push the piston 23 into a n direction corresponding to the reduction in volume of the chamber 20.

Une pièce de raccordement filetée 27 est fixée dans une ouverture taraudée traversant la paroi du cylindre 21 dans sa partie inférieure. La pièce de raccordement 27 permet de relier la chambre additionnelle 20 à un moyen d'injection sous pression d'une solution saline, par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (non représenté) dont est équipée la pièce de raccord 27. A threaded connection piece 27 is fixed in a threaded opening passing through the wall of the cylinder 21 in its lower part. The connecting piece 27 makes it possible to connect the additional chamber 20 to a means of injection under pressure of a saline solution, by means of a non-return valve (not shown) with which the connecting piece 27 is equipped.

Comme il est visible sur les figures 1 et 1A, la tête de soupape 10 comporte depuis son extrémité raccordée à la tige de soupape jusqu a son extrémité antérieure dirigée vers la chambre de combustion, une partie tronconique 28 destinée à venir en appui sur le siège de soupape 12 à l'intérieur du corps d'injecteur, une partie cylindrique droite 29, une partie tronconique 30 en saillie radiale vers l'extérieur par rapport à la partie 29 et la partie tronconique d'extrémité 13.La chambre 17 du corps d'injecteur 5 qui est usinée dans le corps d'injecteur 5, entre la partie cylindrique 16 et l'extrémité de sortie du corps d'injecteur comporte une partie antérieure en vis-à-vis d'un étranglement formé entre la partie en saillie radiale de la tete de soupape 10 et la zone de raccordement de l'ouverture centrale 15 du corps d'injecteur et de l'ouverture centrale du pare-flamme 4. As can be seen in FIGS. 1 and 1A, the valve head 10 comprises from its end connected to the valve stem to its anterior end directed towards the combustion chamber, a frustoconical part 28 intended to come to bear on the seat valve 12 inside the injector body, a straight cylindrical part 29, a frustoconical part 30 projecting radially outward relative to the part 29 and the frustoconical end part 13.The chamber 17 of the body injector 5 which is machined in the injector body 5, between the cylindrical part 16 and the outlet end of the injector body has a front part facing a throttle formed between the part radial projection of the valve head 10 and the connection zone of the central opening 15 of the injector body and the central opening of the flame arrester 4.

L'ouverture centrale du pare-flamme 4 disposée dans le prolongement de l'ouverture 15 du corps d'injecteur 5 comporte une partie centrale tronconique 31 et deux parties d'extrémité sensiblement cylindriques, la partie d'extrémité antérieure cylindrique 32 de l'ouverture du pare-flamme ayant un diamètre inférieur au diamètre maximal de la tête de soupape 10, c'est-à-dire de la partie en saillie radiale de la tête de soupape, au niveau de la grande base de la partie tronconique 30. The central opening of the flame arrester 4 arranged in the extension of the opening 15 of the injector body 5 comprises a frustoconical central part 31 and two substantially cylindrical end parts, the cylindrical front end part 32 of the opening of the flame arrester having a diameter less than the maximum diameter of the valve head 10, that is to say of the radially projecting part of the valve head, at the level of the large base of the frustoconical part 30.

De cette manière, si la tige de soupape casse, dans le moteur en fonctionnement, la tête de soupape 10 est maintenue à l'intérieur de l'injecteur, par le pareflamme 4. On évite ainsi tout risque d'introduction accidentelle de la tête de soupape dans la chambre de combustion. In this way, if the valve stem breaks, in the engine in operation, the valve head 10 is held inside the injector, by the flame arrester 4. This avoids any risk of accidental introduction of the head valve in the combustion chamber.

On va maintenant décrire le fonctionnement de l'injecteur selon l'invention utilisé comme injecteur de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur
Diesel.We will now describe the operation of the injector according to the invention used as a fuel injector in the combustion chamber of an engine.
Diesel.

L'arrivée de carburant sous pression dans l'injecteur est commandée par la pompe d'injection reliée à la pièce de raccordement 7. A l'ouverture de la soupape rappelée sur son siège par le ressort 9, le carburant pénètre dans la zone cylindrique 16 de l'ouverture centrale de l'injecteur 5 qui forme un jet tubulaire autour de la tête de soupape. La partie cylindrique droite 29 de la tête de soupape guide le jet de carburant en direction de la partie tronconique 30 qui coopère avec la paroi sensiblement tronconique 33 de la chambre 17 et avec la partie antérieure de l'ouverture centrale de l'injecteur 5 constituant un étranglement, pour atomiser finement le carburant sous pression. The supply of pressurized fuel into the injector is controlled by the injection pump connected to the connection piece 7. When the valve returned to its seat by the spring 9, the fuel enters the cylindrical zone 16 of the central opening of the injector 5 which forms a tubular jet around the valve head. The straight cylindrical part 29 of the valve head guides the fuel jet towards the frustoconical part 30 which cooperates with the substantially frustoconical wall 33 of the chamber 17 and with the front part of the central opening of the injector 5 constituting a throttle, to finely atomize the fuel under pressure.

Le carburant introduit dans la chambre de combustion avec de l'air comburant est allumé par compression et dans la phase d'explosion à l'intérieur de la chambre de combustion, des gaz chauds et sous pression sont produits. Ces gaz ont une pression sensiblement supérieure à la pression d'injection de sorte qu'ils assurent le remplissage de la chambre 17 de l'injecteur et, par l'intermédiaire des canaux 19 et 22, de la chambre additionnelle 20. Le piston 23 repoussé par le ressort 25 assure une mise en pression des gaz dans la chambre additionnelle 20 qui peut être réglée comme indiqué plus haut. The fuel introduced into the combustion chamber with combustion air is ignited by compression and in the explosion phase inside the combustion chamber, hot and pressurized gases are produced. These gases have a pressure substantially higher than the injection pressure so that they fill the chamber 17 of the injector and, via the channels 19 and 22, of the additional chamber 20. The piston 23 pushed back by the spring 25 ensures a pressurization of the gases in the additional chamber 20 which can be adjusted as indicated above.

Lors de la phase d'injection, le carburant qui pénètre dans la chambre 17 sous forme d'un jet tubulaire guidé par la partie droite 29 de la tête de soupape vers la partie tronconique 30 se mélange avec le gaz contenu dans la chambre 17. Le mélange de gaz et de carburant est atomisé au niveau de l'étranglement à la sortie de la chambre 17. During the injection phase, the fuel which enters the chamber 17 in the form of a tubular jet guided by the straight part 29 of the valve head towards the frustoconical part 30 mixes with the gas contained in the chamber 17. The gas and fuel mixture is atomized at the throttle at the outlet of chamber 17.

La partie tronconique 13 de la tete de soupape 10 dont les génératrices font un angle de l'ordre de 10 avec l'axe 3 de l'injecteur accompagne le mélange vers la canalisation de sortie 2 et vers la chambre de combustion et sert à maintenir le jet de gaz et de carburant sous la forme d'un jet homogène. The frustoconical part 13 of the valve head 10 whose generators make an angle of the order of 10 with the axis 3 of the injector accompanies the mixture towards the outlet pipe 2 and towards the combustion chamber and serves to maintain the jet of gas and fuel in the form of a homogeneous jet.

Le gaz contenu dans la chambre additionnelle 20, dans la canalisation 22 et dans le collecteur 18 s'écoule en direction de la chambre 17 par l'intermédiaire des canaux 19. L'inclinaison des canaux 19 entraîne une mise en rotation des gaz autour de l'axe 3 de l'injecteur à l'intérieur de la chambre 17. Le mélange de gaz et de carburant circule de manière tourbillonnante jusqu'à la sortie de l'étranglement entre la partie en saillie de la soupape et la sortie du corps d'injecteur. S'il reste encore des gouttelettes de carburant à l'intérieur du courant de gaz, ces gouttelettes sont projetées par force centrifuge sur la surface tronconique 31 de l'ouverture du pare-flamme 4, ce qui provoque un éclatement des gouttelettes avant que le courant ne passe dans la chambre de combustion par l'intermédiaire de la canalisation 2. The gas contained in the additional chamber 20, in the pipe 22 and in the manifold 18 flows towards the chamber 17 via the channels 19. The inclination of the channels 19 causes the gases to rotate around the axis 3 of the injector inside chamber 17. The mixture of gas and fuel circulates in a swirling fashion until the outlet of the throttle between the projecting part of the valve and the outlet of the body injector. If fuel droplets still remain inside the gas stream, these droplets are projected by centrifugal force onto the frustoconical surface 31 of the flame arrester opening 4, which causes the droplets to burst before the current does not flow into the combustion chamber via line 2.

De préférence, les génératrices de la partie tronconique 31 de l'ouverture du pare-flamme 4 font un angle voisin de 15 avec l'axe 3 de l'injecteur, lorsque l'angle correspondant des génératrices de la partie 13 de la tête de soupape est de l'ordre de 10 . Preferably, the generatrices of the frustoconical part 31 of the opening of the flame arrester 4 make an angle close to 15 with the axis 3 of the injector, when the corresponding angle of the generatrices of the part 13 of the head of valve is around 10.

Pendant la phase d'injection, des gaz circulent de la chambre 20 vers la canalisation 2 et la chambre de combustion, par l'intermédiaire des canaux 22 et 19 et de la chambre 17, alors que pendant la phase d'explosion, les gaz passent de la chambre de combustion à la chambre 17 et à la chambre additionnelle 20 à volume variable dans laquelle leur pression est ajustée par le piston 23. During the injection phase, gases circulate from the chamber 20 to the pipe 2 and the combustion chamber, via the channels 22 and 19 and the chamber 17, while during the explosion phase, the gases pass from the combustion chamber to the chamber 17 and to the additional variable volume chamber 20 in which their pressure is adjusted by the piston 23.

Les canaux 19 et 22 sont calibrés pour réguler le passage des gaz dans les deux sens et pour obtenir une pression mieux adaptée pour le démarrage et le fonctionnement continu du moteur. Au démarrage, la compression dans le moteur est plus forte qu'en marche normale. Channels 19 and 22 are calibrated to regulate the passage of gases in both directions and to obtain a pressure more suitable for starting and continuous operation of the engine. When starting, the compression in the engine is stronger than in normal running.

Pendant le fonctionnement du moteur, on injecte dans la chambre additionnelle 20, par l'intermédiaire de la pièce de raccordement 27, une solution saline qui se mélange avec les gaz chauds présents dans la chambre 20. La solution saline se transforme immédiatement en aérosol qui est entraîné vers la chambre 17 de l'injecteur au moment de la phase d'injection. Les anions et cations de l'aérosol contenus dans le mélange gazeux qui sont introduits dans la chambre de combustion avec le jet atomisé de carburant permettent d'améliorer la combustion, d'abaisser la température des gaz d'échappement, de supprimer ou de limiter la formation de polluants tels que des oxydes d'azote ou des suies et d'éviter la formation de calamine dans le moteur.During the operation of the engine, a saline solution is injected into the additional chamber 20, via the connecting piece 27, which mixes with the hot gases present in the chamber 20. The saline solution immediately turns into an aerosol which is driven towards the chamber 17 of the injector at the time of the injection phase. The anions and cations of the aerosol contained in the gaseous mixture which are introduced into the combustion chamber with the atomized jet of fuel make it possible to improve combustion, to lower the temperature of the exhaust gases, to eliminate or limit the formation of pollutants such as nitrogen oxides or soot and to avoid the formation of scale in the engine.

Le dispositif suivant l'invention permet, grâce à l'utilisation d'une chambre de stockage de gaz située dans le corps de l'injecteur, entre un premier étage de pulvérisation à la suite du siège de soupape et un second étage de pulvérisation au niveau d'un étranglement, d'obtenir une pulvérisation très fine du carburant avant qu'il n'entre dans la chambre de stockage de gaz dans laquelle il se mélange avec les gaz, puis par laminage du mélange de gaz et de carburant dans l'étranglement à la sortie de la chambre, une atomisation extrêmement fine du carburant. Du fait qu'on se sert des gaz sous pression produits lors de l'explosion dans la chambre de combustion du moteur, pour alimenter en gaz sous pression la chambre de l'injecteur et la chambre additionnelle, le dispositif suivant l'invention est à la fois simple, sûr, fiable, léger et bon marché.En utilisant une chambre additionnelle à volume variable, on peut compléter le volume de la chambre de l'injecteur et régler la pression dans la chambre de combustion du moteur pendant son fonctionnement et en particulier au démarrage. Une pression plus forte au démarrage permet de faciliter et d'assurer des démarrages par tous les temps. The device according to the invention makes it possible, thanks to the use of a gas storage chamber located in the body of the injector, between a first spray stage following the valve seat and a second spray stage at level of a throttle, to obtain a very fine spraying of the fuel before it enters the gas storage chamber in which it mixes with the gases, then by rolling the mixture of gas and fuel in the throttle at the exit of the chamber, an extremely fine atomization of the fuel. Because the pressurized gases produced during the explosion are used in the combustion chamber of the engine, to supply pressurized gas to the injector chamber and the additional chamber, the device according to the invention is simple, safe, reliable, light and inexpensive. By using an additional variable volume chamber, the volume of the injector chamber can be increased and the pressure in the combustion chamber of the engine adjusted during operation and particularly at startup. A higher pressure at start-up makes it easier and ensures starts in all weathers.

Du fait que le carburant est atomisé et mélangé de manière très intime à l'air comburant, la combustion est sensiblement améliorée, ce qui permet d'économiser du carburant et d'envisager un fonctionnement du moteur avec toute sorte de carburants y compris les huiles. Because the fuel is atomized and very intimately mixed with the combustion air, the combustion is significantly improved, which saves fuel and allows the engine to be run on all kinds of fuels including oils .

L'injection d'une solution saline qui se transforme en aérosol à l'intérieur des chambres de stockage de gaz avant d'arriver dans la chambre de combustion permet de limiter sensiblement la pollution, d'améliorer le rendement du moteur et de supprimer la formation de calamine à l'intérieur du moteur. The injection of a saline solution which transforms into an aerosol inside the gas storage chambers before arriving in the combustion chamber makes it possible to appreciably limit the pollution, to improve the efficiency of the engine and to eliminate the scale formation inside the engine.

Le dispositif d'injection suivant l'invention peut être utilisé pour alimenter une chambre de combustion d'une machine thermique différente d'un moteur. The injection device according to the invention can be used to supply a combustion chamber of a thermal machine different from an engine.

C'est ainsi qu'un dispositif suivant l'invention peut être utilisé avantageusement pour alimenter en carburant liquide ou gazeux, la chambre de combustion d'une chaudière, d'une turbine ou de toute autre machine thermique mettant en oeuvre une combustion. Dans ce cas, la chambre additionnelle peut être remplacée par une source d'injection continue d'air sous pression dans la chambre de l'injecteur. L'air sous pression de la source peut constituer la totalité ou seulement une partie de l'air comburant utilisé dans la chambre de combustion. Thus, a device according to the invention can advantageously be used to supply liquid or gaseous fuel to the combustion chamber of a boiler, a turbine or any other thermal machine using combustion. In this case, the additional chamber can be replaced by a source of continuous injection of pressurized air into the injector chamber. The pressurized air from the source can constitute all or only part of the combustion air used in the combustion chamber.

Dans le cas où l'air comburant n'est introduit qu'en partie grâce à la source reliée à la chambre de l'injecteur, le solde de l'air comburant peut etre injecté directement dans la chambre de combustion en un point ou autour de l'injecteur, de manière tourbillonnante pour obtenir une combustion complète et homogène du carburant.In the case where the combustion air is only introduced in part thanks to the source connected to the injector chamber, the balance of the combustion air can be injected directly into the combustion chamber at or around a point. of the injector, in a swirling manner to obtain a complete and homogeneous combustion of the fuel.

Dans le cas de l'utilisation d'une source continue d'air sous pression, on peut faire barboter l'air dans une solution saline avant de l'envoyer dans la chambre de l'injecteur. L'air se charge au passage dans la solution en cations et en anions gazeux qui sont introduits dans la chambre de combustion avec le mélange de carburant et d'air comburant.If a continuous source of pressurized air is used, air can be bubbled through a saline solution before being sent to the injector chamber. The air is charged with the passage in the solution in cations and in gaseous anions which are introduced into the combustion chamber with the mixture of fuel and oxidizing air.

L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. The invention is not limited to the embodiments which have been described.

C'est ainsi que le dispositif d'injection peut être réalisé d'une manière différente de celle qui a été décrite et qu'il peut comporter des pièces différentes ou de formes différentes du corps d'injecteur, du pareflamme et de la pièce de raccordement qui ont été décrits et représentés. La chambre de stockage de gaz de l'injecteur peut être usinée dans une partie quelconque de l'injecteur et présenter toute forme utile. This is how the injection device can be produced in a different way from that which has been described and that it can comprise different parts or different shapes of the injector body, the flame arrester and the part of connection which have been described and shown. The injector gas storage chamber can be machined in any part of the injector and have any useful shape.

Les différentes pièces constituant le dispositif d'injection peuvent être réalisées en tout matériau voulu par les conditions d'utilisation de ces pièces. Le pareflamme est généralement réalisé en un matériau isolant et réfractaire résistant à la flamme, tel qu'un matériau céramique. Le dispositif d'injection suivant l'invention peut comporter ou non une chambre de stockage de gaz additionnelle ou une source de gaz sous pression permettant une injection continue de gaz dans la chambre de l'injecteur. The different parts constituting the injection device can be made of any material desired by the conditions of use of these parts. The flame arrester is generally made of an insulating and refractory material resistant to flame, such as a ceramic material. The injection device according to the invention may or may not include an additional gas storage chamber or a source of pressurized gas allowing continuous injection of gas into the injector chamber.

La soupape et les ouvertures de l'injecteur et éventuellement du pare-flamme peuvent présenter des formes géométriques différentes de celles qui ont été décrites. En particulier, la chambre de stockage de gaz de l'injecteur peut présenter une forme différente de la forme sensiblement tronconique qui a été décrite. The valve and the openings of the injector and possibly of the flame arrester may have different geometric shapes from those which have been described. In particular, the gas storage chamber of the injector may have a shape different from the substantially frustoconical shape which has been described.

Le dispositif d'injection suivant l'invention s'applique au cas de tout moteur thermique, aussi bien qu'aux turbines et aux chaudières. The injection device according to the invention applies to the case of any heat engine, as well as to turbines and boilers.

Claims

1.- Device for injecting fuel into a combustion chamber, comprising an injector body (5) crossed by a central opening (15) of axial direction (3) communicating at one of its ends with an inlet for fuel under pressure (8) and at its other end with the combustion chamber and a valve (10) mounted axially movable in the central opening (15) of the injector body (5) and returned to a valve seat (12 ) provided in the central opening (15), by an elastic return means (9), characterized in that it also comprises at least one gas storage chamber (17, 20) in communication with a part from the central opening (15) of the injector body (5) situated between the valve seat (12) and the combustion chamber.

2.- Device according to claim 1, characterized in that the gas storage chamber (17) is constituted by a diametrically enlarged part of the central opening (15) of the injector body (5) having a part d end opposite to the valve seat (12) towards the combustion chamber constituting a constriction with a corresponding part (30) of the valve (10).

3.- Injection device according to claim 2, characterized in that the gas storage chamber (17) has a frustoconical surface (33) whose section decreases towards the combustion chamber.

4.- Injection device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises an additional gas storage chamber (20) in communication with the central opening (15) of the body injector (5), via at least one gas flow channel (19), between the valve seat (12) and the end of the injector body directed towards the combustion chamber.

5.- injection device according to claim 4, characterized in that the channel (19) is substantially rectilinear and has an axis which is inclined relative to the axis (3) of the injector in projection in a plane axial of the injector and which does not pass through the trace of the axis (3) of the injector, in projection in a plane perpendicular to the axis (3) of the injector.

6.- Injection device according to any one of claims 4 and 5, characterized in that the channel (19) opens into the central opening (15) of the injector body (5), in a gas storage (17) provided inside the injector body (5).

7.- Injection device according to any one of claims 4, 5 and 6, characterized in that the additional chamber (20) is a variable volume chamber constituted by a cylinder (21) in which a piston (23 ) is mounted movable and pushed back by a return spring (25) in a direction corresponding to the reduction in the volume of the additional chamber (20).

8.- Injection device according to claim 7, characterized in that a connecting piece (27) of the additional chamber (20) to a source of pressurized saline solution is fixed on the cylinder (21).

9.- Injection device according to any one of claims 4, 5 and 6, characterized in that the additional chamber is constituted by a source of pressurized gas allowing a continuous injection of gas into the central opening of the body of the injector.

10.- Injection device according to claim 9, characterized in that the source of pressurized gas is a source of compressed air passing through a saline solution.

11.- injection device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the central opening (15) of the injector body (5) comprises following the valve seat (12) in direction of the combustion chamber, a cylindrical part (16) for rolling the fuel introduced by the fuel inlet (8) into the central opening (15) of the injector body (5).

12.- injection device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it comprises, following the injector body (5), in the direction of the combustion chamber, a barrier flame (4) of refractory material having a central opening in the extension of the central opening (15) of the injector body (5) of which a central part (31) has a frustoconical shape opposite a frustoconical surface (13) of the valve (10).

13.- injection device according to claim 12, characterized in that the generators of the frustoconical surface (31) of the opening of the flame arrester (4) make an angle substantially equal to 15 with the axis of l injector and that the generators of the frustoconical surface (13) of the valve head (10) make an angle substantially equal to 10 with the axis (3) of the body (5) of the injector.

14.- Injection device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the valve head (10) successively has, in the direction of the combustion chamber, a straight cylindrical part (29), a frustoconical part projecting radially outwards (30) and a frustoconical part (13).

15.- injection device according to claim 14, comprising a flame arrester (4) having a central opening, characterized in that the central opening of the flame arrester (4) has an end portion directed towards the combustion chamber whose diameter is less than the diameter of the radial projecting part (30) of the valve head (10).

16.- Use of an injection device according to any one of claims 1 to 5, for injecting a fuel into the combustion chamber of a diesel engine, the gases produced in the combustion chamber during phase d explosion of the diesel engine filling the gas storage chamber (17, 20).