Brevet FR2290632A1 — publié le 19760604

La présente invention concerne un injecteur de combustible liquide, notamment hydrocarbures destiné, à équiper des brûleurs. Plus particulièrement l'invention a pour objet un injecteur du genre dit " retour", c'est-à-dire dans lequel une partie du combustible non pulvérisée est récupérée pour titre ensuite réinjectée dans le circuit d'alimentation de l'injecteur. Dans des injecteurs de ce genre, quand on coupe l'alimentation en combustible, on constate que des fuites de combustible se produisent par l'orifice de pulvérisation pendant plusieurs secondes après la coupure de l'alimentai on. Ces fuites se présentent sous la forme de jets de combustible non pulvérisé provenant de la détente des gaz ou de l'air contenus dans le circuit du combustible, ou d'une pression résiduelle ou permanente dans les circuits d'alimentation ou de retour. Les fuites observées sont néfastes au bon fonctionnement du brûleur et elles représentent de plus un gaspillage de combustible particulièrement sensible dans le cas des injecteurs de faibles débits, par exemple moins de 30 kg/heure environ. On a proposé différents systèmes visant à empêcher ces fuites lors de l'arret de l'injecteur. On connatt notamment un système à obturateur mécanique qui est constitué par une tige métallique portant k une de ses extrémités un pointeau hémisphérique. Quand on coupe l'alimentation en combustible, le pointeau s'engage à l'intérieur du canal de retour et vient obturer le canal de pulvérisation qu'il obture. Ce système ne peut être appliqué aux injecteurs de faibles débits, leurs canaux présentant en effet des diamètres trop réduits (quelques dixièmes de mm) pour que l'on puisse y engager une tige obturatrice. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en permettant de réaliser un injecteur, notamment de la catégorie à faibles débits, dans lequel les fuites après l'arrêt de l'alimentation sont pratiquement supprimées. L'injecteur de combustible liquide, notamment hydrocarbu- res,objet de l'invention, comporte une tête de pulvérisation du combustible solidarisée avec un corps dans lequel est aménagé un circuit d'injection et un circuit de récupération partielle du combustible, ce circuit présentant un canal de pulvérisation et un canal de récupération ménagés dans la tête, et des moyens pour obturer le circuit de récupération à la fin de l'injection du combustible. Suivant l'invention, l'injecteur est caractérisé en ce qu'il comprend une tige déplaçable constituant un clapet obturateur du circuit de récupération, et un siège aménagé dans la taste autour de l'orifice d'un canal du circuit de récupération pour recevoir l'extrémité correspondante de la tige. L'aménagement d'un siège coaxial au canal de récupération permet d'obturer celui-ci avec une étanchéité excellente quand la tige vient s'y appliquer. De ce fait, toute fuite détectable de combustible provoquée par la décompression des gaz en aval du canal de récupération est supprimée. Suivant un mode de réalisation préféré de l'injecteur, dans lequel la tête de pulvérisation comporte un chapeau et un manchon disposé à l'intérieur de ce chapeau, le canal de récupération partielle du combustible étant ménagé axialement dans le manchon en regard du canal de pulvérisation, le siège de réception de la tige est aménagé autour de l'extrémité du canal de récupération opposée à la sortie du canal de pulvérisation. Quand la tige est appliquée sur le siège, elle constitue ainsi un clapet qui sépare de manière étanche le circuit de récupération du combustible vis-à-vis du circuit d'alimentation. Suivant un mode d'exécution avantageux, les moyens de commande de la tige comprennent un cylindre qui communique avec l'alimentation en combustible liquide sous pression et avec l'entrée du circuit d'injection du combustible dans le corps de l'injecteur, un piston pouvant coulisser de manière étanche dans le cylindre solidairement avec la tige obturatrice et étant soumis sur sa face tournée vers la tige à la pression du combustible injecté, lesdits moyens comportant de plus un organe de rappel du piston et de la tige en position de fermeture de celle-ci. Quand l'injecteur est en service, le combustible sous pression maintien le piston dans Sa position qui correspond au retrait de la tige obturatrice et au dégagement corrélatif du canal de récupération. Des qu'on coupe l'alimentation en combustible, la pression de celui-ci dans le cylindre baisse brusquement. L' organe de rappel renvoie le piston et la tige dans la direction du siège qui reçoit la tige, de sorte que le canal de récupération est immédiatement obturé. D'autres particularités et avantages de l'invention apparai- tront au cours de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté plusieurs modes de réalisation de l'invention. Ta figure 1 est une coupe longitudinale à grande échelle d'une réalisation de l'injecteur conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe transversale suivant II-II de la figure 1. la figure 3 est une vue en élévation du manchon compris dans la tette de l'injecteur représenté aux figures 1 et 2. la figure 4 est une coupe partielle avec arrachements semblable à la figure 1 et montrant la tige en position de fermeture du canal de récupération. la figure 5 est une coupe schématique simplifiée montrant notamment le cylindre et son piston assurant la commande de la tige obturatrice. la figure 6 est un schéma analogue à celui de la figure 5 montrant une variante d'exécution du piston de commande. la figure 7 est une coupe partielle avec arrachements montrant une troisième forme d'exécution du système de commande de la tige obturatrice. Dans la réalisation représentée aux figures 1 à 5, l'injecteur de combustible, notamment hydrocarbuies, comporte une tête 1 de pulvérisation du combustible qui est solidarisée avec un corps creux cylindrique 2. la tête 1 comprend un chapeau 3 dont une extrémité filetée 4 est vissée dans un taraudage 5 correspondant du corps 2, et un manchon 6 disposé à l'intérieur du chapeau 3. Le manchon 6 est monté de manière coulissante autour d'une partie terminale 7a d'un support constitué par un élément tubulaire 7. la partie terminale opposée 7b de l'élément 7 est engagée à l'intérieur d'un logement cylindrique axial 8 intérieur au corps 2. Un renfort annulaire 7c adjacent à la partie terminale 7a forme butée pour le manchon 6, tandis qu'un joint torique 9 encastré dans la partie terminale 7b opposée à la partie 7a assure l'étanchéité entre l'élément tubulaire 7 et le corps 2. Le chapeau 3 présente une portée annulaire 15 facilitant son montage dans le corps 2, et un sommet aplati au centre duquel est agencé un canal 11 de pulvérisation du combustible liquide. Un canal 12 de récupération partielle du combustible est ménagé en regard du canal il dans le manchon 6. Sur la face de celui-ci dirigée vers le chapeau 3, sont ménagées de manière connue des encoches 13 (figure 3) décalées par rapport à l'axe du canal 12. Les encoches 13 débouchent dans une chambre 14 où le combustible exécute un mouvement tourbillonnaire (vortex) avant de s'échapper à l'état pulvérisé par le canal 11. Dans le corps 2 est aménagé un circuit d'injection et de récupération partielle du combustible. Le circuit d'injection comprend un conduit d'entrée latéral 16 qui débouche par un alésage 17 annulaire sur un passage 18 coaxial à l'élément tubulaire 7b. En regard du passage 18 des gorges périphériques 19,au nombre de trois dans la réalisation représentée, sont ménagées dans le renfort 7c de l'élément 7. Les gorges 19 mettent en communication le passage annulaire 18 avec le volume périphérique 21, réservé entre le chapeau 3 et le manchon 6, et qui débouche sur les encoches 13. Le circuit de récupération comporte notamment un conduit transversal de sortie 22 reliant le logement 8 à un réservoir de combustible non représenté. Conformément à l'invention, l'injecteur comprend une tige 23 disposée axialement à l'intérieur de l'élément tubulaire 7 et déplaçable en formant un clapet pour obturer le canal de récupération 12 quand l'injection de combustible est arrêtée. Â cette fin et complémentairement suivant l'invention, un siège 24 est aménagé annulairement autour de l'orifice du canal 12 opposé à la sortie du canal il de pulvérisation. Le siège 24 est donc agencé intérieurement au manchon 6 pour recevoir la partie terminale 25 de la tige 23. La tige 23 comporte une partie centrale 26 de section hexagonale (figure 2) qui est prolongée dans le manchon 6 par la partie terminale 25 et dans le logement 8 par une partie cylindrique 27. Comme on le voit sur la figure 2, un volume intercalaire est ménagé entre la partie hexagonale 26 et l'élément tubulaire 7. La partie terminale 27 est munie, suivant une particularité de l'invention, d'une butée annulaire 28 encastrée dans une rainure périphérique de la partie 27. La butée 28 reçoit la sollicitation d'un organe élastique constitué dans cette réalisation par un ressort 29 coaxial à la partie terminale 27 et monté en appui sur l'élément tubulaire 7. Suivant une autre particularité de l'invention, une bague 31 à extrémité filetée 32 est partiellement vissée à l'intérieur du chapeau 3. la bague 31 est ainsi disposée coaxialement à 1' élément tubulaire 7 avec lequel elle délimite le passage annulaire 18. Un joint torique 33 encastré dans une gorge de la bagne 31 assure ltétanchéité entre celle-ci et le corps 2. 'a partie terminale 7a de l'éi > ément tubulaire 7 présente un contour intérieur cyidriie adapté pour recevoir la partie hexagonale 26 de la tige 23. Une rondelle ajourée 48 est soudée à la jonction de la partie terminale 25 et de la partie hexagonale 26 de la tige 23. De ce fait, l'intérieur du manchon 6 communique par les ajours de la rondelle 48 avec le volume intercalaire compris entre l'élément tubulaire 7 et la partie centrale 26 de la tige 23. Ce volume intercalaire est lui-mOme en communicatimi avec le logement cylindrique 8. Le canal 12, l'intérieur du manchon 6, les ajours de la rondelle 48, le volume intercalaire précité, le logement 8 et le conduit de sortie 22 constituent le circuit de récupération vers le réservoir de la fraction non pulvérisée du combustible. L'invention prévoit complémentairement des moyens pour commander automatiquement le déplacement de la tige 23 au début et à la fin de l'injection de combustible par le conduit 16. Dans le mode d'exécution représenté à la figure 5, ces moyens comprennent un cylindre 34 disposé coaxialement au corps 2. Le cylindre 34 communique avec une canalisation 35 d'alimentation en combustible liquide sous pression, cette canalisation 35 étant reliée à une pompe hydraulique 30. Le cylindre 34 est complémentairement relié par une canalisation 36 avec interposition d'une électrovanne 57 au conduit 16 d'entrée du combustible dans le corps 2. Un piston 37 est monté à coulisse dans le cylindre 34 solidairement avec une tige axiale 38 qui peut coopérer avec la partie terminale 27 de la tige obturatrice 23. La tige 38 traverse de manière étanche une pièce 41 interposée entre le cylindre 34 et l'injecteur et contenant un joint annulaire 39. La canalisation 35 débouchant dans le compartiment du cylindre 34 le plus proche du corps 2 de l'injecteur, un organe élastique constitué par-un ressort 42 est interposé entre le piston 37 et le fond 43 du compartiment opposé du cylindre 34. Un joint torique 44 encastré dans le piston 37 maintient ltétanchéité entre celui-ci et le cylindre 34. Le conduit de sortie 22 du corps 2 est relié au réservoir de combustible (non représenté) par une conduite 45. L'injecteur conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante Quand l'injecteur n'est pas enservice, aucune pression ne s'exerce sur le piston 37 dans le compartiment du cylindre 34 qui communique avec la canalisation 35. Le ressort 42 sollicite donc le piston 37 en direction du corps 2, de sorte que la tige 38 pousse la tige 23 dont la partie terminale 25 est applique contre le siège 24 du canal de récupération 12 (figure 4). Quand on met en route la pompe 30, le combustible liquide sous pression remplit le compartiment du cylindre 34 dans lequel débouche la canalisation 35 (flèche F). La pression du combustible étant supérieure à la sollicitation antagoniste du ressort 42, le piston 37 est repoussé vers le fond 43 en entraînant la tige 38. La tige 23 se déplace également vers le piston 37, sous la sollicitation du ressort 29 qui maintient la tige 23 en contact avec la tige 38 par son action sur la butée 28 . La partie terminale 25 s'écarte du siège 24, la tige 23 dégage donc l'entrée du canal 12 et elle s'immobilise quand la rondelle 48 vient en butée contre la partie terminale 7a de l'élément tubulaire 7 (figure 1). En même temps, l'électrovanne 57 placée sur la canalisation 36 s'ouvre, et le combustible liquide est injecté par la canalisation 36, le conduit latéral 16, le passage annulaire 18, les gorges 19 et le volume intercalaire 21 (flèche G) dans la chambre de pulvérisation 14. La plus grande partie du combustible traverse ensuite le chapeau 3 par le canal 17 à 1'intérieur duquel il est distribué à l'état pulvérisé. Le reste du combustible, dont la proportion par rapport au débit total est prérégXée, emprunte le circuit de récupération vers la canalisation 45 en traversant le canal 12, l'intérieur du manchon 6, les ajours de la rondelle 48, le volume intercalaire entre l'élément 7 et la partie centrale 26 de la tige 23, le logement 8 et le conduit transversal 22. L'arrêt de l'injection de combustible peut être déclenché par exemple au moyen d'un organe d'asservissement qui met hors tension un moteur électrique d'entraînement de la pompe 30 et ferme la vanne interposée sur la canalisation 36. La pression du combustible dans le cylindre 34 tombe, et corrélativement le piston 37 est poussé par le ressort 42 vers le corps 2. La tige 38 pousse à son tour la tige obturatrice 23 contre l'action antagoniste du ressort 29, et la partie terminale 25 formant clapet vient s'appliquer sur le siège 24. Le canal de récupération 12 est de ce fait hermétiquement obturé (figure 4). Une inversion du sens de circulation du combustible dans le circuit de récupération est donc empêchée, Les poches de gaz ou d'air sous pression qui se sont formées dnns le circuit de récupération ne peuvent sous l'effet de leur compression, chasser le combustible par le canal et la chambre 14 pour s'échapper par le canal 11. Toute fuite intempestive de combustible est ainsi supprimée dès que la pression du combustible tombe dans le cylindre 34. Ce résultat avantageux est obtenu grace au système obturateur du canal 12, mais aussi au moyen de la bague 31 qui réduit le volume du circuit d'injection par rapport aux filtres habituellement utilisés à cet emplacement. De même le conduit 16, l'alésage 17 et le reste du circuit d'injection en amont du canal 11 sont dimensionnés de façon qu'aucune poche d'air ne puisse s'y former. Dans la version représentée à la figure 6, le piston 51 est encastré dans une membrane élastique 52 qui est fixée par Sa périphérie et de manière étanche à la paroi du cylindre 34. De plus les tiges 23 et 38 sont réalisées d'une seule pièce en constituant une tige unique 53. Bien entendu, le ressort 29 est alors supprimé. Suivant la version de la figure 7, le système de commande de la tige obturatrice unique 53 comprend un électroaimant 54 qui est logé dans l'extrémité du corps 2 et relié par des fils 55 à un circuit électrique. Un ressort 56 assure le rappel de la tige 53 en position de fermeture du canal 12. De préférence l'électroaimant 54 est commandé avec parallèlement/le moteur électrique qui entraîne la pompe d'injection du combustible dans l'injecteur. Quand l'injecteur est en service, l'électroaimant 54 attire la tige 53 qui comprime le ressort 56 et dégage l'entrée du canal 12 de récupération du combustible. Lorsqu'on arrête l'injection de combustible, on met hors tension l'électroaimant 54, et le ressort 56 renvoie la tige 53 en position de fermeture du canal 12. L' invention n' est pas limitée aux réalisation' décrites et peut comporter des variantes d'exécution. On pourrait notamment assurer la commande de la tige 23 ou 53 par un cible antagoniste au ressort dont la tension est relâchée quand on arrête l'injection du fuel, grâce à un servo-mécanisme approprié. REVEII?ICÀTIONS 1. Injecteur de combustible liquide, notamment hydrocarbures, comportant une tête de pulvérisation du combustible solidarisée avec un corps dans lequel est aménagé un circuit d'injection et un circuit de récupération partielle du combustible, ce circuit présentant un canal de pulvérisation et un canal de récupération ménagés dans la tête, et des moyens pour obturer le circuit de récupération à la fin de l'injection du combustible, caractérisé en ce qutil comprend une tige déplaçable constituant un clapet obturateur du circuit de récupération, et un siège aménagé dans la tête autour de l'orifice d'un canal du circuit de récupération pour recevoir l'extrémité correspondante de la tige. 2. Injecteur conforme à la revendicstion 1, dans lequel la tête de pulvérisation comporte un chapeau et un manchon disposé à l'intérieur de ce chapeau, le canal de récupération partielle du combustible étant ménagé axialement dans le manchon en regard du canal de pulvérisation, caractérisé en ce que le siège de réception de la tige est aménagé autour de l'extrémité du canal de récupération opposée à la sortie du canal de pulvérisation. 3. Injecteur conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de commande de la tige comprennent un cylindre qui communique avec un dispositif d'alimentation en combustible liquide sous pression et avec l'entrée du circuit d'injection du combustible dans le corps de l'injecteur, un piston pouvant coulisser de manière étanche dans le cylindre solidairement avec la tige obturatrice et soumis sur sa face tournée vers la tige à la pression du combustible injecté, lesdits moyens comportant de plus un organe de rappel du piston et de la tige en position de fermeture de celle-ci. 4. Injecteur conforme à la revendicatioa 3, caractérisé en ce que le piston est encastré dans une membrane élastique qui est fixée par Sa périphérie à la paroi intérieure du cylindre. 5. InJecteur conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de commande de la tige obturatrice comprennent un électroaimant assurant le maintien de la tige en position ouverte, et un organe de rappel de la tige en position de fermeture quand l'électroaiiant n'est plus sous tension. 6. Injecteur conforme à l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le manchon coiffe l'extrémité d'un support tubulaire axial à l'intérieur duquel peut se déplacer la tige obturatrice, et en ce qu'une bague portant un joint extérieur d'étanchéité avec le corps est disposée coaxialeaent audit support, un passage annulaire pour l'injection du combustible liquide étant ménagée entre la bague et le support. 7. InJecteur conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que la partie terminale de la tige située dans le manchon est munie d'une butée contre le support tubulaire, notamment une rondelle ajourée. 8. Injecteur conforme à l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la tige obturatrice coopère avec une seconde tige coaxiale à la tige obturatrice et solidaire avec le piston, et en ce que la tige obturatrice est munie à son extrémité opposée à la tête de l'injecteur d'une butée recevant la sollicitation d'un organe élastique monté en appui sur ledit support tubulaire.