FR2856114A1 - Injecteur pour moteur a combustion interne a faible taux de polluants - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un injecteur pour moteur à combustion interne comprenant un corps tubulaire terminé par une extrémité formant buse qui est adaptée à déboucher dans la chambre de combustion (20) dudit moteur. Ladite extrémité formant buse est délimitée par une paroi (38) présentant une face interne (40) et une face externe (52) et des paires de conduits (34, 36) sont ménagées dans ladite extrémité. Les premières extrémités des conduits (34, 36) de chacune desdites paires débouchent dans la dite face interne (40) par deux orifices internes (48, 50), les directions (C1, C2) desdits conduits (34, 36) présentant une intersection, et les conduits (34, 36) de chacune desdites paires présentant des secondes extrémités débouchant par un seul orifice externe commun (54), dans ladite surface externe (52).

Description

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Injecteur pour moteur à combustion interne à faible taux de polluants La présente invention se rapporte à un injecteur pour moteur à combustion interne, permettant une meilleure combustion.

Les rejets des gaz brûlés des moteurs à combustion interne dans l'air et plus précisément les éléments nocifs tels les NOx, posent un réel problème de santé publique. Les normes contraignent alors les fabricants de moteur à combustion interne à fournir des moteurs n'émettant que de 10 très faibles quantités d'éléments nocifs.

Les injecteurs connus, comprennent un corps tubulaire dont une extrémité formant buse est adaptée à déboucher dans la chambre de combustion dudit moteur. L'extrémité formant buse est délimitée par une paroi percée de conduits permettant le passage du mélange combustible. 15 Pour diminuer la production des polluants, il a été imaginé d'injecter le mélange combustible à très haute pression directement dans la chambre de combustion afin d'augmenter la pénétration du jet de mélange combustible, de façon à pulvériser uniformément ledit rmélange dans le volume de la chambre de combustion avant le démarrage de la 20 réaction.

Toutefois, la pression d'injection du mélange combustible dans la chambre de combustion ne peut être augmentée indéfiniment. Car, en effet, l'alimentation dudit mélange qui est cadencée à travers les conduits au moyen d'une aiguille qui obture et libère alternativement l'entrée 25 desdits conduits, génère une vaporisation partielle du mélange avant qu'il ne soit injecté dans la chambre qui est d'autant plus importante que la pression est grande. La conséquence, en est une perte de charge, qui diminue la vitesse globale de pulvérisation du mélange combustible dans la chambre de combustion, ce qui est contraire à l'effet recherché.

Par ailleurs, dans le but de mieux pulvériser le mélange combustible, c'est-à-dire d'augmenter la surface d'échange entre les gouttelettes de mélange combustible et l'environnement gazeux de la chambre de 2 2856114 combustion, ce qui concourre à une meilleure combustion, il a été imaginé de former des paires de conduits, les directions des conduits de chacune des paires convergeant l'une vers l'autre dans la chambre de combustion.

Cependant, bien que les jets de mélange combustible en se percutant, 5 permettent de diviser ledit mélange combustible en plus fines gouttelettes, la pénétration globale du jet de mélange combustible est fortement diminuée. On se référera notamment au document RU 2 101 617, qui décrit un tel injecteur.

Un objet de la présente invention est alors de fournir un injecteur qui l0 permet non seulement de pulvériser le mélange combustible en fines gouttelettes mais aussi pulvériser le mélange combustible avec une forte pénétration.

Dans ce but, la présente invention propose un injecteur pour moteur à combustion interne qui comprend un corps tubulaire terminé par une 15 extrémité formant buse, laquelle est adaptée à déboucher dans la chambre de combustion dudit moteur, ladite extrémité formant buse étant délimitée par une paroi présentant une face interne et une face externe et dans laquelle sont ménagées des paires de conduits; les premières extrémités des conduits de chacune desdites paires débouchant dans la 20 dite face interne par deux orifices internes, les directions desdits conduits présentant une intersection; les conduits de chacune desdites paires présentent des secondes extrémités débouchant par un seul orifice externe commun, dans ladite surface externe.

Ainsi, une caractéristique de l'invention, réside dans le mode 25 d'appariement des conduits de chacune des paires, lesdits conduits étant d'une part, inclinés l'un par rapport à l'autre et d'autre part, leur seconde extrémité qui est orientée vers la chambre de combustion, présente une intersection commune formant un seul orifice qui débouche dans la chambre de combustion. De la sorte, les deux flux de mélange 30 combustible se rejoignent avant d'être injectés dans la chambre de combustion ce qui permet non seulement de pulvériser le mélange combustible en fines gouttelettes grâce à la collision des deux flux mais aussi d'augmenter la quantité de mouvement moyenne de la somme des deux flux dans la chambre de combustion. En conséquence, la pénétration du mélange combustible dans la chambre de combustion est plus importante qu'avec les injecteurs conformes à l'art antérieur, de sorte 5 que la combustion est plus complète et donc les rejets de polluants moins importants.

Bien évidemment, la section des conduits appariés est sensiblement deux fois moins grande que celle des conduits non appariés selon l'art antérieur, de façon que le débit de mélange combustible n'en soit pas o modifié.

Avantageusement, ladite extrémité formant buse est symétrique par rapport à un axe commun avec ledit corps tubulaire, et lesdites paires de conduits, sont réparties dans ladite paroi autour dudit axe de façon que le mélange combustible soit injecté uniformément dans la chambre de combustion qui est elle-même de symétrie cylindrique. Afin d'améliorer plus encore la pulvérisation uniforme du mélange combustible dans la chambre de combustion, I'extrémité du corps tubulaire débouche selon l'axe de la chambre de combustion.

Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement 20 avantageux, les conduits de chacune desdites paires définissent des plans moyens sensiblement parallèles à l'axe commun avec ledit corps tubulaire. Ainsi, comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description, les paires de conduits permettent d'injecter le mélange combustible autour de ladite extrémité formant buse avec un angle de 25 projection maximal par rapport à un plan comprenant ledit axe commun.

Avantageusement et conformément au mode de mise en oeuvre cidessus, les conduits de chacune desdites paires définissent des plans moyens.radiaux contenant ledit axe. De la sorte, non seulement l'angle de projection du mélange combustible est maximal, mais en plus le mélange 30 combustible, pour une quantité de mouvement donnée, atteint une distance espacée de l'extrémité formant buse, maximale. Cela permet 4 2856114 d'atteindre la paroi interne du bol de piston avant que le mélange combustible ne s'enflamme.

Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, I'extrémité formant buse est de symétrie conique. Ainsi, s comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description, en tenant compte de la géométrie de la chambre de combustion qui est délimitée notamment par la paroi interne de culasse et la paroi interne du bol de piston, au moins au moment de l'explosion, la symétrie conique de l'extrémité formant buse permet une répartition plus homogène du 10 mélange combustible pulvérisé dans le volume de ladite chambre.

De façon préférentielle, les deux conduits de chacune desdites paires forment un angle relativement faible compris entre 2 et 5 , de manière à ce que l'énergie cinétique des flux des deux conduits, concourre à augmenter la pénétration du jet de mélange combustible sans pour autant qu'une trop grande partie de cette énergie ne soit dissipée dans la pulvérisation de fines gouttelettes.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux 20 dessins annexés sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un cylindre de moteur à combustion interne; - la Figure 2 est une vue schématique partielle d'un détail de l'invention illustrée sur la Figure 1; et, - la Figure 3 est une vue schématique partielle d'un détail de l'invention illustrée sur la Figure 2.

La Figure I illustre en coupe axiale, la partie supérieure d'un moteur à combustion interne et plus précisément d'un moteur de type diesel fonctionnant par auto-allumage.

Cette partie de moteur comporte un piston 10, adapté à coulisser dans un cylindre 12 qui est refermé dans sa partie supérieure par une culasse 14. La paroi interne 16 de la culasse 14 et la paroi interne du bol de piston 8 définissent une chambre de combustion 20 dans laquelle, le mélange combustible est injecté sous pression et mélangé à l'air que ladite chambre contient. L'injection est réalisée grâce à un injecteur 22 comportant un corps tubulaire 23 dont l'extrémité 24 qui forme buse, 5 débouche dans la paroi interne 16 de culasse 14. Cette extrémité 24 est ici de forme conique, l'axe de symétrie A de ladite forme conique étant confondu avec l'axe de symétrie du corps tubulaire 23.

Dans la paroi interne 16 de culasse 14, débouche en outre deux conduits refermés, l'un par une soupape d'admission 26 et l'autre par une soupape d'échappement 28; le premier conduit permettant l'entrée d'air dans la chambre de combustion, le second l'échappement des gaz de combustion. Bien évidemment, lors de l'explosion, les deux soupapes 26, 28 obturent lesdits conduits.

Avant l'explosion, le mélange combustible est pulvérisé à travers 15 lI'extrémité 24 du corps tubulaire 23, de façon sensiblement uniforme dans la chambre de combustion 20.

On retrouve sur la Figure 2 en détail l'extrémité 24 du corps tubulaire 23, laquelle comprend deux paires 30, 32, de conduits 34, 36 ménagés dans la paroi 38 de l'injecteur 22. L'alimentation de la chambre de 20 combustion 20 en mélange combustible est séquentielle et à une fréquence qui est liée à la vitesse de rotation du moteur. Pour injecter séquentiellement le mélange combustible, les conduits 34, 36 sont obturés, depuis la surface interne 40 de la paroi 38 au moyen d'une aiguille 42 dont l'extrémité 44 est tronconique et d'une forme 25 correspondant à l'extrémité 24 du corps tubulaire 23. Ainsi, l'extrémité 44 est adaptée à prendre appui contre la surface interne 40 en regard des conduits 34, 36. De la sorte, l'aiguille 42 dont le diamètre est inférieur à celui du corps tubulaire 23 pour former un espace périphérique 46 adapté au passage du mélange combustible, est entraînée longitudinalement et 30 alternativement en translation dans le corps tubulaire au moyen d'un dispositif électromécanique pour obturer et libérer les conduits 34, 36.

6 2856114 On va décrire en référence à la Figure 3, plus précisénnent la position relative des conduits 34, 36 d'une paire 32 ménagée dans la paroi 38.

On retrouve sur cette Figure 3, I'axe de symétrie A du corps tubulaire 5 23 et les conduits 34, 36 situés l'un au-dessus de l'autre, dont les axes de symétrie Cl, C2, coupent ledit axe de symétrie A. Les axes de symétrie C1, C2, sont inclinés l'un de l'autre d'un angle oa inférieur à 10 , par exemple compris entre 2 et 5 .

Les conduits 34, 36, présentent chacun un orifice d'entrée 48, 50 10 débouchant dans la surface interne 40 de la paroi 38 et ils convergent l'un vers l'autre pour déboucher dans la surface externe 52 de la paroi 38 à travers un seul orifice commun 54.

Les orifices d'entrée 48, 50 et l'orifice commun 54 présentent des sections correspondant à la projection des génératrices des conduits 34, 15 36, respectivement, sur la surface interne 40 et sur la surface externe 52.

En outre, les deux conduits 34, 36 se rejoignent en formant une intersection 56 de telle sorte que la section droite de l'orifice externe commun 54 est inférieure à la somme des sections droites des orifices d'entrées 48, 50.

Ainsi, grâce à cette configuration la quantité de mouvement F du jet de mélange combustible qui s'échappe de l'orifice externe commun 54 est supérieure à la quantité de mouvement du jet de mélange combustible s'échappant de l'orifice d'un seul conduit de même section. De la sorte, avec un même débit de mélange combustible, le jet pénètre davantage 25 dans la chambre de combustion et est susceptible d'être mélangé à l'air situé au voisinage de la paroi interne du bol de piston, ce qui augrmente le rendement global de la réaction de combustion.

En outre, grâce à l'inclinaison des conduits 34, 36, le jet de rmélange combustible forme, en quittant l'orifice externe commun 54, en coupe 30 selon un plan comprenant l'axe de symétrie A et les axes de symétrie C1, C2 un cône 58 dont l'angle maximal est bien supérieur à celui formé par un jet s'échappant d'un seul conduit. Ainsi, le mélange combustible est 7 2856114 pulvérisé de manière homogène dans le volume défini par la chamrnbre de combustion 20, et ce en fines gouttelettes, ce qui favorise plus encore le rendement global de la réaction.

Tel qu'illustré sur la Figure 2, le corps tubulaire 23, présente deux 5 paires 30, 32 de conduits 34, 36 ménagées de façon symétrique par rapport à l'axe de symétrie A. Bien évidemment, ce mode de mise en oeuvre n'est pas limitatif. Non seulement, les paires d'orifices peuvent être ménagées de manière non symétrique par rapport à l'organe tubulaire 23 en fonction de son 10 inclinaison par rapport à la paroi interne 16 de culasse 14, mais aussi, une pluralité de paires peut être ménagée autour de l'extrémité formant buse 24.

Par ailleurs, ainsi que l'illustre la Figure 2, I'obturation des conduits 34, 36 en masquant les orifices d'entrée 48, 50 s'effectue de manière non 15 symétrique avec l'extrémité 44 de l'aiguille 42. De la sorte, le mélange combustible, par exemple du gazole, est réparti de façon plus disparate dans la chambre de combustion 20, ce qui favorise plus encore la combustion.

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Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Injecteur pour moteur à combustion interne comprenant un 5 corps tubulaire (23) terminé par une extrémité (24) formant buse qui est adaptée à déboucher dans la chambre de combustion (20) dudit rnoteur, ladite extrémité (24) formant buse étant délimitée par une paroi (38) présentant une face interne (40) et une face externe (52) et dans laquelle sont ménagées des paires (30, 32) de conduits (34, 36) les premières 10 extrémités des conduits (34, 36) de chacune desdites paires (30, 32) débouchant dans la dite face interne (40) par deux orifices internes (48, 50), les directions (Cl, C2) desdits conduits (34, 36) présentant une intersection, caractérisé en ce que les conduits (34, 36) de chacune desdites 15 paires (30, 32) présentent des secondes extrémités débouchant par un seul orifice externe commun (54), dans ladite surface externe (52).

2. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite extrémité formant buse (24) est symétrique par rapport à un axe commun (A) avec ledit corps tubulaire (23), et en ce que lesdites paires (30, 32) de 20 conduits (34, 36), sont réparties dans ladite paroi (38) autour dudit axe (A).

3. Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conduits (34, 36) de chacune desdites paires (30, 32) définissent des plans moyens sensiblement parallèles audit axe (A).

4. Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les conduits (34, 36) de chacune desdites paires (30, 32) définissent des plans moyens radiaux contenant ledit axe (A).

5. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite extrémité (24) formant buse est de symétrie 30 conique.

6. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les deux conduits (34, 36) de chacune desdites paires (30, 32) forment un angle compris entre 2 et 5 .