FR2756871A1

FR2756871A1 - Element de raccordement pour l'introduction de carburant et d'un second fluide dans un injecteur

Info

Publication number: FR2756871A1
Application number: FR9715300A
Authority: FR
Inventors: Bernd Danckert; Walter Dorner; Torsten Guth; Werner Remmels
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 1998-06-12
Anticipated expiration: 2017-12-04
Also published as: ITMI972654A1; FR2756871B1; GB2320060B; GB2320060A; GB9725762D0; IT1296816B1; DE19650559C1

Abstract

Elément de raccordement pour l'introduction de carburant et d'un second fluide dans un injecteur: a) Raccord pour introduire un second fluide dans un injecteur Diesel. b) Raccord caractérisé par le fait que le passage du flux (5) est rectiligne, qu'est prévu un volume de compensation (31) distinct du passage du flux (5), l'entourant et dans lequel débouchent des perçages qui relient, sous un angle aigu avec l'axe du flux, le volume de compensation (31) avec le passage (5). c) L'invention concerne un raccord permettant d'injecter dans un moteur Diesel une émulsion carburant-eau de bonne qualité.

Description

Élément de raccordement pour l'introduction de carburant

et d'un second fluide dans un injecteur.

L'invention concerne un élément dc raccordement pour l'introduction de carburant et d'un second fluide, en particulicr un fluide insoluble dans le carburant, dans l'entrée de carburant d'un injecteur d'un moteur Diesel, comportant un raccord pour une conduite de carburant et un raccord pour un dispositif d'alimentation en le second fluide, un passage d'écoulement relié de façon étanche, du côté entrée, avec la conduite de carburant et, du côté sortie, avec l'entrée de carburant d'un injecteur alimenté en carburant par une pompe haute pression en particulier par l'intermédiaire d'un réservoir sous pression, ainsi qu'une arrivée, débouchant entre l'entrée et la sortie dans le passage d'écoulement, pour le second fluide, l'élément de raccordement formant, du côté sortie, un tronçon d'extrémité qui peut être relié au porte-buse de la buse d'injection de carburant. On connaît un tel élément de raccordement à partir du document WO 88/01019. Il y est complètement intégré dans le porte-buse de l'injecteur qui forme avec la buse d'injection l'injecteur de carburant. Le raccord pour un second carburant débouche, sous un certain angle, dans le tronçon, formé dans le porte-buse, du perç,age d'arrivée du carburant dans la buse d'injection. En plus d'importantes modifications du porte-buse, cet élément de raccordement nécessite un emplacement supplémentaire pour le raccord, disposé radialement sur le porte-buse, de la conduite d'alimentation en le second carburant. Selon chaque fois les conditions d'installation des différents moteurs, il faut, dans le cas de ce dispositif, des modifications constructives coûteuses sur la tête de cylindre existante et/ou sur les systèmes d'alimentation voisins. Un autre inconvénient du raccord formé dans le porte-buse réside dans le fait que le second carburant n'est introduit que par la section d'ouverture d'un perçage dans l'arrivée du carburant. Certes, on obtient ainsi une inserition du second carburant dans la conduite haute pression pendant les pauses d'injection, toutefois il s'y produit également une formation de charge qui, dans les phases de

haute pression est transportée pas à pas vers l'ouverture d'injection.

N'est plus possible une alimentation, fonction de la marche du moteur, de la buse d'injection avec un mélange, régulier indépendamment des quantités de fluide dosées, du carburant et du

second fluide en passant par l'entrée de la buse d'injection.

Le document DE PS 969 853 décrit un élément de raccordement de préférence en forme de cône aigu, qui se visse dans le corps de la buse d'injection. Dans l'élément de raccordement sont prévus deux perçages auxquels sont d'une part raccordées des conduites d'alimentation correspondantes et qui, d'autre part, se réunissent en un point d'intersection en aval, en faisant un angle aigu avec une conduite principale disposée axialement. Les arrivées des différents types de carburant à la buse d'injection y sont conçus de façon correcte pour l'écoulement et le plus possible sans perte. Un

mélange optimal des carburants n'y est pas obtenu de ce fait.

Par ailleurs, à partir du document DE 44 14 488 Cl, on connaît un appareil pour émulsion dans le cas duquel, grâce à une arrivée, répartie sur la périphérie, du second fluide dans une chambre à tourbillons, on opère un bon mélange à fond avec le liquide qui s'y trouve. Un tel appareil pour émulsion est de construction coûteuse et il vise la formation d'une émulsion avec des proportions le plus possible constantes des fluides qui y sont contenus. Dans le cas d'un tel appareil on peut aussi peu prévoir des modifications du mélange, imposées par la marche du moteur, qu'une arrivée ou une

introduction individuelle dans un cylindre.

L'invention a donc pour but d'introduire dans une buse d'injection un courant massique, dosé en fonction du moteur, soumis à d'importantes variations, d'un second fluide de façon simple et peu coûteuse au point de vue dispositif, en le mélangeant

constamment bien avec l'arrivée de carburant.

Dans le cas d'une installation conforme au modèle, on résout ce problème grâce à un élément de raccordement pour l'introduction de carburant et d'un second fluide, en particulier un fluide insoluble dans le carburant, dans l'entrée de carburant d'un injecteur d'un moteur Diesel, comportant un raccord pour une conduite de carburant et un raccord pour un dispositif d'alimentation en le second fluide, un passage d'écoulement relié de façon étanche, du côté entrée, avec la conduite de carburant et, du côté sortie, avec l'entrée de carburant d'un injecteur aiimenté en- carburant par une pompe haute pression en particulier par l'intermédiaire d'un réservoir sous pression, ainsi qu'une arrivée, débouchant entre l'entrée et la sortie dans le passage d'écoulement, pour le second fluide, l'élément de raccordement formant, du côté sortie, un tronçon d'extrémité qui peut être relic au porte- buse de la buse d'injection de carburant, caractérisé par le fait qu'est prévu un passage d'écoulement essentiellement rectiligne, qu'à part du passage d'écoulement est forme un volume de compensation qui entoure le passage d'écoulement et dans lequel débouche le perçage d'arrivée pour le second fluide, et - que, répartis sur la périphérie du passage d'écoulement, sont disposés des perçages de buse qui relient le volume de compensation avec le passage d'écoulement sous un angle aigu avec un axe coaxial à la direction de l'écoulement dans le passage

d 'écoulement.

De préférence, les perçages de buse débouchent dans le

passage d'écoulement symétriquement répartis sur la périphérie.

De préférence, les perçages de buse sont prévus sous un angle

de 30 à 60 .

De préférence, les perçages de buse débouchent dans le passage d'écoulement avec une composante tangentielle à la

périphérie du passage d'écoulement.

De préférence, la section du passage d'écoulement du côté

entrée est supérieure à sa section du côté sortie.

De préférence, le volume de compensation est séparé d'avec le passage d'écoulement par une garniture à buses dans les parois de laquelle sont formes de perçages de buse par l'intermédiaire desquels le volume de compensation est fluidiquement relié au

passage d'écoulement.

De préférence, le passage d'écoulement est conçu sous formlc d'un perçage étagé présentant essentiellement trois zones disposécs axialement l'une derrière l'autre, de diamètre devenant plus grand en allant vers le tronçon d'extrémité situé du côté entrée, étant précisé que dans la région de la seconde zone est prévue une rainure radiale périphérique qui est en liaison fluidique avec le perçage d'arrivée pour le second fluide, et que la garniture à buses, en forme de

douille cylindrique, est insérée coaxialement dans la seconde zone.

De préférence, le tronçon d'extrémité, situé du côté sortie, est conçu complémentaire au raccord prévu, du côté entrée, pour la

pièce de raccordement de la conduite d'injection de carburant.

Un avantage de l'élément de raccordement conforme à l'invention réside dans la position de l'emplacement d'introduction du second fluide dans l'arrivée de carburant avant l'injecteur. De cette façon, toutes les modifications nécessaires pour cette introduction restent limitées à l'élément de raccordement. On évite en particulier d'importantes modifications aux concepts d'injecteur existants, puisque la pièce de raccordement est disposée entre la conduite d'injection et le porte-buse de l'injecteur et est reliée à ce dernier. Est ainsi possible une installation ultérieure d'une injection d'un second fluide sur des moteurs existants sans modifications

essentielles du système déjà existant d'injection du carburant.

C'est une forme de réalisation d'un coût particulièrement favorable que représente une pièce de raccordement dont le tronçon d'extrémité, situé du côté de la sortie, est prévu complémentaire au raccord, situé du côté de l'arrivée, pour la pièce de raccordement de la conduite d'injection de carburant et peut donc être reliée avec le porte-buse de l'injecteur par l'intermédiaire du raccord standardisé

prévu pour la conduite d'injection de carburant.

Grâce à la disposition avantageuse de l'élément de raccordement immédiatement en avant de l'injecteur de carburant, le volume de conduite qui existe en avant de la buse d'injection est très faible. Il est ainsi garanti que c'est chaque fois la composition optimale de carburant, mesurée par les systèmes d'alimentation, pour la marche instantanée du moteur qui se trouve devant la buse d'injection, sans réglage à priori important. Des conditions de marche se modifiant brusquement, comme par exemple en cas de délestage brusque, peuvent donc être directement régulées par la quantité de carburant et la composition appropriée du carburant et des inconvénients pour la poursuite de la marche-du moteur peuvent

ainsi être évités.

Du fait que la composition optimale du carburant n'est pas seulement déterminée par les rapports de quantité entre le carburant et le second fluide, mais que la marche du moteur dépend essentiellement de la qualité du mélange de carburant chaque fois injecté, dans l'élément de raccordement sont prévus des moyens grâce auxquels l'arrivée pour le second fluide débouche dans le passage du liquide, répartie sur la périphérie. Une introduction du second fluide en des emplacements régulièrement répartis sur la périphérie et la répartition quantitative ainsi obtenue facilitent avantageusement le mélange à fond obtenu mécaniquement par l'écoulement et par le cisaillement du second fluide, amené sous haute pression, par le courant de carburant, indépendamment de la

quantité du second fluide introduite.

Dans le cas d'une forme de réalisation avantageuse, pour un mélange régulier des deux fluides est prévu un volume de compensation qui entoure le passage du liquide, dans lequel débouche le second fluide amené par la conduite d'arrivée sous l'action du système d'alimentation haute pression et qui communique

avec le passage par des perçages formant buse.

C'est une importance particulière que prend ici à nouveau la position de montage, conforme à l'invention, immédiatement en avant du porte-buse, lorsque l'eau est introduite, par les buses, dans le carburant, et que de l'ait il se forme une émulsion des deux fluides exactement au moment o l'injection doit se faire. Le faible volume de conduite existant entre l'introduction de l'eau et l'ouverture de la buse d'injection empêche dans cette zone, pendant les pauses d'injection, des accumulations locales d'importantes quantités d'eau qui pourraient conduire d'une part à de la corrosion et d'autre part à des incidents de marche. En outre, la quantité restante d'émulsion reste toujours sous la contrainte de pression du carburant qui arrive derrière, ce qui s'oppose à une séparation de

l'émulsion en les différents composants de l'émulsion.

Le dessin représente un exemple de réalisation de l'invention qui est décrit en détail ci-dessous: - la figure 1 représente en coupe longitudinale une pièce de raccordement conforme à l'invention montée entre la conduite de carburant et l'injecteur; - la figure 2 est une vue en demi-coupe d'une garniture à buses; - la figure 3 est une vue en coupe, selon le tracé 111-111 de la figure 11, projetée; - la figure 4 est une vue partielle du détail IV de la figure 1; -la figure 5 est une vue en coupe selon le tracé V-V de la

figure 4.

Sur la figure 1, une conduite 2 d'injection de carburant et une conduite 3 d'arrivée d'un second fluide, ici de l'eau, sont, conformément à l'invention, reliées par l'intermédiaire d'un élément

de raccordement 4, à un injecteur de carburant 1.

L'élément de raccordement 4 est de construction essentiellement symétrique en rotation et présente comme passage d'écoulement un perçage axial 5 avec un élargissement 6 dans le tronçon d'extrémité 7 situé du côté de l'entrée. A l'élargissement 6 se raccorde axialement une surface d'assise 10 qui va en cône vers l'extérieur et qui forme la transition avec un filtrage intérieur 9 et, en commun avec celui-ci, un raccord 8 dans lequel se visse une

pièce de raccordement 21 de la conduite d'injection du carburant 2.

Sur une zone partielle de la longueur axiale de l'élargissement 6 est prévue une rainure radiale 11. Dans cette rainure radiale 11 débouche un perçage d'arrivée 13 ouvert vers la périphérie de l'élément de raccordement 4 et muni d'une surface d'assise conique 15. Grâce à la surface d'assise conique 15, la pièce de raccordement 17 de la conduite d'arrivée 3 pour le second fluide est pressée

axialement à l'aide d'un élément de liaison 16.

Dans le perçage axial 5 de l'élément de raccordement 4 est insérée, dans la zone de l'élargissement 6, sur une longueur axiale de la rainure radiale 11, une garniture à buses 18, en forme de douille cylindrique, qui, grâce à la surface frontale de la pièce de raccordement 21, vissée dans le raccord 8, de la conduite d'injection de carburant 2, se bloque axialement contre l'épaulement 19, ce qui définit sa position. A la différence de l'exemple de réalisation que l'on vient de décrire, la garniture à buses 18 peut également être insérée dans l'élargissement 6 du perçage axial 5 avec un jeu radial et axial de façon à être entraînée en rotation autour de l'axe longitudinal du perç,age axial 5 sous l'action du jet de fluide introduit sous haute

pression par le perçage d'arrivée 13.

La garniture à buses 18 limite la rainure radiale 11 par rapport au per, çage axial 5 et sépare de cette façon un volume de collecte 31 qui entoure, en forme d'anneau, le perç,age axial 5 et agit comme volume de compensation. Dans la garniture à buses 18 sont formés au total quatre perç,ages de buse 20, conduisant de la surface latérale extérieure à la surface latérale intérieure et régulièrement répartis sur la périphérie de la garniture à buses 18 dont les ouvertures d'entrée 29 sur la surface latérale extérieure cylindrique se situent dans la zone de la rainure radiale 11 et débouchent dans le perçage axial 5, sous un angle aigu aet (figure 2), tangentiellement à la

section 14 de la garniture à buses 18 (figure 3).

Comme représenté sur les figures 4 et 5, dans la paroi périphérique du perç,age axial 5 sont prévues des rainures longitudinales 22 en nombre correspondant aux perçages de buse 20. Les perç,ages de buse 20 sont orientés vers les ouvertures de sortie 30, prévues sur la surface latérale intérieure cylindrique, d'une façon qui intensifie un mélange à fond du second fluide amené, par cisaillement dans l'arrivée du carburant, en aval des ouvertures de sortie 30 des perçages de buse 20 dans le perçage axial 5. Grâce à une disposition en alignement des perç,ages dc buse et des rainures longitudinales 22, en plus d'un accroissement de la turbulence, le second fluide introduit est en outre introduit sur une plus grande longueur axiale dans le flux de carburant du

perç,age axial 5.

A son tronçon d'extrémité 24 situé du côté de la sortie, l'élément de raccordement 4 porte un filetage extérieur 25 par l'intermédiaire duquel une surface conique étanche 26, prévue à l'extrémité côté sortie, est axialement pressée contre une surface d'assise conique 23 du porte- buse 27 de l'injecteur de carburant 1, ce par quoi est réalisé, par une ouverture de sortie 12, un raccordement du perçage axial 5 au perçage d'arrivée de carburant 28 prévu dans le porte-buse 27 de l'injecteur 1. La section d'ouverture du perçage de sortie 12 est inférieure à la section 14 du

perçage axial 5.

L'élément de raccordement 4 travaille comme suit: le point de

départ de la description qui suit est une marche de moteur avec

injection du carburant Diesel pur qui est aspiré de façon connue dans un réservoir de carburant 33, qui est transporté sous haute pression, au moyen d'une pompe haute pression 32 et par l'intermédiaire d'un réservoir sous pression 34 et qui, en passant par la conduite d'injection de carburant 2 et le perçage axial 5 de la pièce de raccordement 4, parvient au perçage d'arrivée 28 de l'injecteur 1. Pendant la pause d'injection, l'injecteur 1 est fermé de sorte que s'exerce sur le carburant qui se trouve dans la conduite d'arrivée 2, 5, 28 une contre-pression qui correspond à peu près à la

pression du système de la pompe haute pression de carburant.

En même temps l'eau, en tant que second fluide, est introduite latéralement dans l'élément de raccordement 4, sous l'action d'un système d'alimentation haute pression 35, par la conduite d'arrivée 3. et parvient, par le perçage d'arrivée radial 13, dans le volume de collecte 31 o elle se répartit sur toute la périphérie de la garniture à

buses 18.

Lorsque l'injecteur I est fermé, un clapet de non-retour dans la conduite d'arrivée 3 pour le second fluide interdit que du carburant

Diesel repousse l'eau hors du volume de collecte 31.

Lorsque l'injecteur 1 s'ouvre pendant la phase d'injection, du carburant sous pression d'injection s'écoule par le perçage axial 5 dans le perçage d'arrivée 28 prévu dans le porte-buse 27 pour arriver à la buse d'injection et de là dans la chambre de combustion du moteur Diesel. Dans le cas d'un accord approprié de la pression du système d'injection de carburant et de la pression du système d'alimentation en second fluide, l'eau amenée, en fonction de la marche respective du moteur, dans le volume de collecte 3 1 parvient, par les perçages de buse 20, dans le -perçage axial 5 et donc dans le flux de carburant. Du fait de la disposition des perçages de buse 20, l'eau pénètre dans le flux de carburant par les buses sur toute la périphérie du perçage axial 5 et se mélange à fond

et intensément avec le flux de carburant.

D'une part la disposition symétrique des perçages de buse 20 garantit l'introduction de l'eau en des emplacements répartis symétriquement sur la périphérie de l'écoulement et d'autre part la composante radiale de chaque jet d'eau introduit par une buse conduit chaque fois à un rebond, l'un sur l'autre, des jets d'eau en un point visé sur l'axe longitudinal du perçage axial 5 et intensifie de ce fait les turbulences du mélange. La composante axiale des jets d'eau introduits par les buses interdit un trop fort freinage du carburant s'écoulant axialement et réduit ainsi des pulsations ou des vibrations dans la conduite d'arrivée. Comme représenté sur la figure 3, les jets d'eau introduits par la buse ont également une composante tangentielle par laquelle la charge totale ou le flux de carburant dans le perçage axial 5 est entraîné en un mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal. En particulier, le mouvement de rotation du mélange eau/carburant dans la zone du perçage axial 5 en collaboration avec les rainures longitudinales 22, régulièrement réparties sur la paroi intérieure du perçage axial 5, crée, pour une disposition appropriée des perçages de buse 20 selon la direction périphérique par rapport aux rainures longitudinales 22, des cisaillements complémentaires de l'écoulement qui facilitent la

formation de l'émulsion.

Le flux du mélange, ou émulsion, mis en turbulence par les composantes radiale, axiale et périphérique, décrites des jets d'eau, se trouvant dans le perçage axial 5 parvient enfin, sous l'action des flux de fluide arrivant par derrière et en passant par l'ouverture de sortie 12, dans le passage d'arrivée 28 de la buse d'injection. Lors du passage de l'émulsion carburant-eau, du passage axial 5, dans le perçage d'arrivée 28, elle passe par le perçage de sortie 12, conçu comme emplacement d'étranglement. Les vitesses d'écoulement élevées dans la petite section du perçage de sortie 12 améliorent encore la répartition de l'eau ou du mélange, à fond, de l'eau dans le carburant, de sorte que finalement c'est une émulsion homogène de

haute qualité qui parvient à la buse d'injection.

Lorsque l'injecteur 1 est fermé, pendant la pause d'injection, la conduite d'injection du carburant 2 et le perçage axial 5, dans la zone de la garniture à buses 18, se remplissent de carburant et le passage axial 5, en aval de la garniture à buses 18, ainsi que le perçage d'arrivée 28 dans l'injecteur 1 se remplissent d'émulsion

carburant-eau qui s'était formée lors de l'injection précédente.

-14 Liste des repères I Injecteur de carburant 2 Conduite d'injection de carburant 3 Conduite d'arrivée pour un second fluide 4 Élément de raccordement Perçage axial 6 Élargissement 7 Tronçon d'extrémité côté entrée 8 Raccord 9 Filetage intérieur Surface d'assise il1 Rainure radiale 12 Ouverture de sortie 13 Passage d'arrivée 14 Section Surface d'assise 16 Élément de liaison 17 Pièce de raccordement 18 Garniture à buses 19 Épaulement Perçcage de buse 21 Pièce de raccordement 22 Rainure longitudinale 23 Surface d'assise 24 Tronçon d'extrémité côté sortie Filetage extérieur 26 Surface étanche conique 27 Porte-buse 28 Perçage d'arrivée 29 Ouverture d'entrée Ouverture de sortie 31 Volume de collecte 32 Pompe haute pression 33 Réservoir de carburant 34 Réservoir sous pression Systèmc d'injection sous haute pression pour second fluide -4 $

Claims

REVENDICATIONS

1. Élément de raccordement pour l'introduction de carburant et d'un second fluide, en particulier un fluide insoluble dans le carburant, dans l'entrée de carburant d'un injecteur d'un moteur Diesel, comportant un raccord pour une conduite de carburant et un raccord pour un dispositif d'alimentation ci le second fluide, un passage d'écoulement relié de façon étanche, du côté entrée, avec la conduite de carburant et, du côté sortie, avec l'entrée de carburant d'un injecteur alimenté eni carburant par une pompe haute pression en particulier par l'intermédiaire d'un réservoir sous pression, ainsi qu'une arrivée, débouchant entre l'entrée et la sortie dans le passage d'écoulement, pour le second fluide, l'élément de raccordement (4) formant, du côté sortie, un tronçon d'extrémité (24) qui peut être relié au porte-buse (27) de la buse d'injection de carburant, caractérisé par le fait qu'est prévu un passage d'écoulement (5) essentiellement rectiligne, - qu'à part du passage d'écoulement (5) est formé un volume de compensation (31) qui entoure le passage d'écoulement (5) et dans lequel débouche le perçage d'arrivée (13) pour le second fluide, et - que, répartis sur la périphérie du passage d'écoulement (5), sont disposés des perçages de buse (20) qui relient le volume de compensation (31) avec le passage d'écoulement (5) sous un angle aigu (a) avec un axe coaxial à la direction de l'écoulement dans le

passage d'écoulement (5).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les per,çages de buse (20) débouchent dans le passage

d'écoulement (5) symétriquement répartis sur la périphérie.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les perçages de buse (20) sont prévus sous un angle (c:) de

à 600.

4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que les perçages de buse (20) débouchent dans le passage d'écoulement (5) avec une composante tangentielle à la périphérie (lu

passage d'écoulement (5).

5. Dispositif selon la recvendication 1, caractérisé par le fait que la section du passage d'écoulement (5) du côté entrée est

supérieure à sa section du côté sortie.

6. Dispositif selon l'une des revendications I à 5, caractérisé

par le fait que le volume de compensation (31) est séparé d'avec le passage d'écoulement (5) par une garniture à buses (18) dans Ics parois de laquelle sont formés de perçages de buse (20) par l'intermédiaire desquels le volume de compensation (31) est

fluidiquement relié au passage d'écoulement (5).

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le passage d'écoulement (5) est conçu sous forme d'un perçage étagé présentant essentiellement trois zones disposées axialement l'une derrière l'autre, de diamètre devenant plus grand en allant vers le tronçon d'extrémité (7) situé du côté entrée, étant précisé que dans la région de la seconde zone est prévue une rainure radiale périphérique (11) qui est en liaison fluidique avec le perçage d'arrivée (13) pour le second fluide, et que la garniture à buses (8), en forme de douille cylindrique, est insérée coaxialement dans la

seconde zone.

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tronçon d'extrémité (24), situé du côté sortie, est conçu complémentaire au raccord (8) prévu, du côté entrée, pour la pièce

de raccordement (21) de la conduite d'injection de carburant (2).