FR3101920A1 - Protecteur de nez d’injecteur direct d’essence avec bouclier thermique - Google Patents
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Abstract
Dispositif (70) de contrôle thermique d’une extrémité d’injection (108) d’un injecteur (100) de carburant disposé dans un logement cylindrique (10) creusé dans une culasse (101) d’un moteur à bi-carburation et débouchant dans une chambre à combustion (104), ledit dispositif comprend une capsule tubulaire (11) avec une haute conductivité thermique coopérant par sa paroi cylindrique (15) avec la culasse, apte à entourer ladite extrémité d’injection et enfoncée avec contact dans le logement (10),
caractérisé en ce que le dispositif (70) comprend un écran thermique (17) recouvrant l’extrémité d’injection (108) de l’injecteur.
Figure de l’abrégé : Fig. 1
Description
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne le refroidissement d’un injecteur d’essence pour un moteur thermique de véhicule automobile, notamment un moteur à bi-carburation.
La présente invention concerne également le refroidissement de l’environnement de l’injecteur d’essence du moteur thermique.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de protection thermique du nez d’injecteur d’essence pour un moteur à bi-carburation.
Etat de la technique
De manière connue, un moteur thermique ou à combustion interne peut être alimenté par deux types de carburant qui sont en général de l’essence et du gaz connu sous l’acronyme de GNV pour gaz naturel pour véhicule. Les deux carburants sont injectés dans une chambre à combustion du moteur. La chambre à combustion, de manière connue est délimitée par la paroi d’un cylindre creusé dans un carter-cylindre, une face inférieure d’une culasse fixée contre un plan de joint en face supérieure du carter-cylindres, et un piston mobile en coulissement selon l’axe du cylindre selon un mouvement de va-et-vient.
L’injection du carburant dans la chambre à combustion est effectuée grâce à un injecteur qui est fixé dans la culasse présentant un embout d’injection débouchant de la face inférieure de la culasse dans la chambre à combustion. Pour un moteur thermique bi-carburation, il existe donc deux injecteurs, chacun desdits injecteurs permet l’injection dans la chambre à combustion d’un carburant différent l’un de l’autre.
Pour l’injecteur à essence, un problème connu est la cokéfaction du carburant dans l’injecteur avec la destruction du joint sur le nez d’injecteur et aussi la destruction de l’éventuel revêtement sur la bille de l’injecteur suite à un défaut de protection thermique et/ou de refroidissement du nez d’injecteur.
Il est connu aussi de faire fonctionner le moteur bi-carburation avec un seul des deux carburants à un instant donné. Plus simplement, un seul des deux carburants est injecté dans la chambre à combustion à un instant donné. De manière générale, Lorsque le moteur fonctionne, le premier carburant qui peut être de l’essence circule dans l'injecteur et joue le rôle de fluide caloporteur pour limiter la montée en température de l’injecteur au-delà de la température critique de cokéfaction du carburant (environ 250°C). Cependant, lors la phase de fonctionnement du moteur avec le deuxième carburant, l’injecteur du premier carburant est soumis à de très hautes températures et doit être refroidi en conséquence. La manière la plus évidente est de transférer un maximum de calories vers la culasse qui dispose d’un circuit de refroidissement.
Les publications FR2906576-A1 et FR 2907854-A1 proposent un agencement de refroidissement d'un injecteur dans un logement d'un élément de moteur, ledit agencement comprend un empilement de rondelles ou de spires hélicoïdales de ressort entourant ledit injecteur et disposé dans le logement destiné à accueillir l’injecteur.
Un inconvénient est la mise en place dudit empilement sans augmenter considérablement les dimensions du logement destiné à accueillir l’injecteur.
De plus, le maintien de l’empilement dans le logement entraine des contraintes de taraudage fortes pour assurer le contact de l’empilage d’une part avec l’injecteur et d’autre part avec la paroi du logement, et la tenue en position de l’empilement avec des dilatations relatives de chacun des composants au contact c’est-à-dire l’injecteur, l’empilement et la paroi de la culasse.
Un autre inconvénient est l’absence de protection thermique du nez de l’injecteur qui pointe dans la chambre de combustion.
On connait aussi un dispositif de protection de l’injecteur thermique comprenant une chaussette tubulaire métallique insérée par frettage dans le logement de l’injecteur, ladite chaussette tubulaire étant adaptée pour entourer l’embout aval tourné vers la chambre à combustion de l’injecteur, pour protéger d’une part ledit injecteur des remontées de gaz et d’autre part de transférer de la chaleur vers la culasse.
La publication FR2473118-A1 divulgue un dispositif de protection d’un nez d’un injecteur de carburant de moteur thermique composé d’une douille présentant une lèvre annulaire disposée en vis-à-vis de la chambre de combustion et d’une bague de protection thermique agencée entre ladite lèvre et la partie d’extrémité ou nez d’injecteur.
Un inconvénient est que le dispositif de protection concerne un injecteur pour un moteur à mono-carburation et ne comprend pas des moyens d’évacuation de chaleur pour éviter une montée en température trop importante de l’environnement du nez d’injecteur pouvant entrainer des auto-inflammations amenant des phénomènes de cliquetis.
Le but de l’invention est de remédier aux problèmes cités de l’art antérieur et un des objets de l’invention est un dispositif de protection d’une extrémité d’injection d’un injecteur de carburant disposé dans un logement cylindrique creusé dans une culasse d’un moteur à bi-carburation, ledit dispositif est apte à entourer ladite extrémité d’injection et enfoncé dans le logement de la culasse.
Présentation de l’invention
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de contrôle thermique d’une extrémité d’injection d’un injecteur de carburant disposé dans un logement cylindrique creusé dans une culasse d’un moteur à bi-carburation et débouchant dans une chambre à combustion, ledit dispositif comprend une capsule tubulaire avec une haute conductivité thermique coopérant par sa paroi cylindrique avec la culasse, apte à entourer ladite extrémité d’injection et enfoncée avec contact dans le logement de la culasse,
Caractérisé en ce que le dispositif comprend un écran thermique recouvrant l’extrémité d’injection de l’injecteur.
De manière avantageuse, le dispositif de protection comprend une capsule à haute conductivité thermique et coopérant par sa paroi cylindrique avec la culasse pour transférer rapidement la chaleur accumulée à l’extrémité d’injection de l’injecteur vers la culasse dans laquelle est creusé un circuit de refroidissement.
Le dispositif comprend un écran ou bouclier thermique recouvrant l’extrémité d’injection de l’injecteur, apte à accumuler de la chaleur au nez de l’injecteur pour la transférer vers la culasse par la capsule à haute conductivité thermique.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention :
-la capsule présente sa paroi cylindrique extérieure en appui contre la culasse.
De manière avantageuse, le premier élément est susceptible d’échanger de la chaleur avec la culasse sur toute sa paroi cylindrique ce qui permet de véhiculer ladite chaleur de façon optimale.
-la capsule comporte une douille tubulaire prolongée par une lèvre annulaire radiale pour entourer l’extrémité d’injecteur.
De manière avantageuse, la capsule permet de recouvrir l’extrémité d’injection de l’injecteur de façon simple, la paroi extérieure de la douille étant adaptée pour être montée au contact avec la culasse dans le logement cylindrique.
-l’écran thermique comprend une rondelle plate isolante disposée entre la lèvre annulaire et l’extrémité de l’injecteur en appui contre la lèvre radiale sur toute sa surface radiale.
De manière avantageuse, l’écran thermique permet d’isoler de façon optimale l’extrémité d’injection de l’injecteur et éviter une montée en température trop importante de cette extrémité. Il peut être formé d’une rondelle plate qui est montée en appui contre la lèvre radiale pour permettre un transfert de chaleur optimal entre l’écran thermique et la culasse grâce au premier élément de haute conductivité thermique.
-l’écran thermique est en matériau de forte résistivité notamment en céramique.
De manière avantageuse, l’écran thermique est en céramique de forte résistivité thermique pour permettre un blocage de chaleur générée depuis la chambre à combustion vers l’extrémité d’injection de l’injecteur.
-la capsule est partie de la culasse.
De manière avantageuse, la capsule est partie de la culasse. Elle est rapportée par exemple par frettage de sa paroi cylindrique extérieure dans le logement cylindrique dans la culasse pour optimiser les transferts de chaleur entre la capsule et la culasse.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
De manière connue, un moteur thermique notamment de véhicule automobile comprend un carter-cylindres surmonté d’une culasse. Le carter-cylindres comprend des fûts cylindriques dans chacun desquels coulisse selon un mouvement de va-et-vient un piston. Une chambre de combustion est alors délimitée par le piston, la paroi du fût ou cylindre et la partie inférieure de la culasse. De l’air frais qui peut être mélangé avec des gaz brulés recirculés est admis dans ladite chambre à combustion par des canaux d’admission. De même, du carburant est admis dans la même chambre à combustion par l’intermédiaire d’un injecteur. Après combustion, les gaz brulés sont expulsés par des canaux d’échappement et rejoignent un circuit d’échappement.
L’invention concerne un moteur thermique ou à combustion interne à bi-carburation c’est-à-dire acceptant deux types de carburant différents, par exemple un carburant liquide qui peut être de l’essence et un carburant gazeux qui peut être du gaz pour véhicule connu sous l’acronyme de « GNV ».
Le moteur comporte ainsi deux conduits d’arrivée de carburants correspondant aux deux carburants utilisés.
Notre description porte sur un moteur à base d’essence et de gaz mais l’invention peut porter sur un moteur à bi-carburation avec d’autres carburants.
L’invention a pour objet un dispositif de protection de l’extrémité d’injection d’un injecteur d’un premier carburant contre des risques d’échauffement trop importants de ladite extrémité d’injection, notamment lors du fonctionnement du moteur avec le deuxième carburant. Lesdits risques peuvent par exemple entrainer des points à haute température pouvant engendrer des auto-inflammations ou cliquetis conduisant à des défaillances du moteur.
Selon les figures 1 à 2, ledit injecteur 100 est fixé à la culasse 101 et présente un corps cylindrique 102 avec une buse 103 ou nez d’injecteur disposé en aval selon le sens d’écoulement du carburant. L’injecteur est fixé à la culasse et est enfoncé dans un canal traversant 50 creusé dans la culasse et débouchant dans la chambre à combustion. Ledit canal traversant 50 comporte un logement 10 de la buse 103 de l’injecteur, ledit logement 10 est sensiblement cylindrique selon un axe rectiligne X et débouche dans la chambre à combustion 104.
Dans la culasse 101, est creusé un circuit de refroidissement 105 comprenant des canaux 106 de circulation de liquide de refroidissement qui passent de manière préférentielle à côté des zones chaudes ou particulièrement chaudes ou nécessitant un refroidissement de la culasse lors du fonctionnement du moteur. Ainsi on peut voir des canaux de circulation 106 de liquide à proximité de la paroi inférieure ou face feu de la culasse et notamment à proximité de l’injecteur de carburant 100.
L’objet de l’invention est le contrôle thermique de l’extrémité d’injection 107 de l’injecteur 100 tournée vers la chambre de combustion et concerne plus particulièrement un dispositif de contrôle thermique 70 pour empêcher une montée en température trop importante de ladite extrémité d’injection 107. Le dispositif 70 doit former un bouclier de protection thermique de ladite extrémité contre la chaleur générée dans la chambre à combustion notamment lors du fonctionnement du moteur avec le deuxième carburant.
Le dispositif 70 comprend une capsule 11 formée par une douille tubulaire 12 prolongée par une lèvre radiale 14. La douille tubulaire est adaptée pour coopérer avec le logement 10 de la culasse c’est-à-dire que la paroi cylindrique extérieure 15 de la douille 12 est en appui contre la paroi intérieure 13 du logement 10 quand la douille est montée.
De manière préférentielle, la capsule est partie de la culasse 101: elle est rapportée par frettage dans le logement 10 de la culasse.
La douille est prolongée par une lèvre radiale 14 qui s’étend vers l’axe X de la douille. La lèvre 14 est annulaire pour permettre le débouché 108 de l’injecteur 100. Ladite lèvre radiale débouche du logement 10 dans la chambre à combustion 104.
La capsule 11 est apte à entourer l’extrémité d’injection 107 de l’injecteur.
La capsule 11 présente des caractéristiques de haute conductivité thermique pour permettre un transfert de chaleur vers la culasse et notamment vers les canaux de circulation 106 de liquide de refroidissement. Elle est par exemple formée d’un alliage de fer et cuivre ou de cuivre et béryllium.
Le dispositif 70 comprend une rondelle annulaire 17 de protection thermique présentant une section intérieure adaptée pour le débouché 108 de l’injecteur. De manière préférentielle, le diamètre de la section intérieure de la rondelle 17 est sensiblement égale au diamètre intérieur de la lèvre radiale 14 de la capsule 11.
La rondelle 17 est en matériau présentant une forte résistivité thermique, par exemple en céramique.
La rondelle 17 est un écran ou bouclier thermique de protection apte à bloquer la chaleur venant de la chambre à combustion 104.
De manière préférentielle, la rondelle est montée en appui sur toute sa surface radiale inférieure 18 contre la lèvre radiale 14. On peut également déposer une couche de dépôt métallique pour améliorer le contact entre les deux surfaces.
L’injecteur 100 est monté en appui contre la surface radiale supérieure 19 de la rondelle 17.
Lors du fonctionnement du moteur avec le deuxième carburant, l’injecteur 100 est désactivé et n’est pas refroidi par le passage de premier carburant.
La chaleur générée dans la chambre à combustion est bloquée par la rondelle 17 et s’accumule notamment sur la surface inférieure 18 qui est en appui contre la lèvre radiale 16. Ladite chaleur est alors transférée par la capsule 11 à haute conductivité thermique vers la paroi cylindrique 15 de la douille et ensuite vers la culasse et vers les canaux de circulation.
La chaleur ne s’accumule donc pas au niveau de l’extrémité d’injection 107 de l’injecteur 100.
L’objectif est atteint : le dispositif de contrôle thermique 70 permet de contrôler la chaleur générée dans la chambre à combustion en la bloquant au niveau de la rondelle 17 d’isolation et d’évacuer ladite chaleur et donc d’éviter une accumulation de chaleur et une augmentation de la température à l’extrémité d’injection de l’injecteur.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.
La capsule 11 peut être partie de l’injecteur. Elle peut par exemple être montée autour de l’injecteur. L’injecteur comprend alors un écran ou bouclier thermique à son extrémité d’injection.
Claims (8)
- Dispositif (70) de contrôle thermique d’une extrémité d’injection (108) d’un injecteur (100) de carburant disposé dans un logement cylindrique (10) creusé dans une culasse (101) d’un moteur à bi-carburation et débouchant dans une chambre à combustion (104), ledit dispositif comprend une capsule tubulaire (11) avec une haute conductivité thermique coopérant par sa paroi cylindrique (15) avec la culasse, apte à entourer ladite extrémité d’injection et enfoncée avec contact dans le logement (10),
caractérisé en ce que le dispositif (70) comprend un écran thermique (17) recouvrant l’extrémité d’injection (108) de l’injecteur. - Dispositif (70) de contrôle thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capsule (11) présente sa paroi cylindrique extérieure en appui contre la culasse (101).
- Dispositif (70) de contrôle thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la capsule (11) comporte une douille tubulaire (12) prolongée par une lèvre annulaire radiale (14) pour entourer l’extrémité (108) d’injecteur.
- Dispositif (70) de contrôle thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’écran thermique (17) comprend une rondelle plate isolante (17) disposée entre la lèvre annulaire (14) et l’extrémité de l’injecteur (108), en appui contre la lèvre radiale sur toute sa surface radiale (18).
- Dispositif (70) de contrôle thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’écran thermique (17) est en matériau de forte résistivité notamment en céramique.
- Dispositif (70) de contrôle thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la capsule (11) est partie de la culasse.
- Injecteur de carburant comprenant un dispositif de contrôle thermique avec un bouclier thermique selon l’une des revendications 1 à 5.
- Moteur thermique à bicarburation muni de dispositif de contrôle thermique de l’extrémité d’injecteur de carburant selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
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