Brevet FR2480856A1 — publié le 19811023

La présente invention concerne les moteurs Diesel e.t plus spécialement l'incorporation d'injecteurs électro- statiques dans la chambre de combustion pour atomiser la car- burant et améliorer le rendement. La chambre de combustion des moteurs Diesel conçus selon le système à chambre de précombustion, est divisée en une chambre de précombustion, qui est incorporée dans la culasse, et en une chambre de combustion principaléequi est située en- tre le bord inférieur de la culasse et la tête ou fond sphéri- que du piston. La chambre de précombustion.dans laquelle le carburant est injecté et la combustion se produit initialement, est reliée à la chambre de combustion principale par un étroit passage ou fente. En fonctionnement, au fur et à mesure que le piston - 15 se déplace en direction de la culasse, l'air est refoulé dans la chambre de précombustion et, peu avant la fin de cette course de compression, le carburant est injecté dans la chambre de précombustion. Par conséquent, les produits de combustion sont ramenés par le canal d'écoulement de la chambre de pré- combustion dans une chambre de combustion secondaire ménagée dans la tête de piston. La combustion de ce mélange air- carburant engendre la poussée nécessaire pour produire la course de travail du piston. Il convient de noter que, bien que le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 4 122 804 décrive un moteur Diesel conçu selon la théorie de précombustion et présentant une chambre de précombustion utilisant un injecteur de carburant d'un type en forme de crayon, ce brevet ne décrit ni un système destiné à injecter électrostatiquement un carburant dans la chambre de combustion, ni un moyen destiné à isoler électrique- ment la chambre de précombustion. En conséquence, la présente invention concerne un dispositif de précombustion qui fondamentalement comprend un injecteur électrostatique, une chambre de combustion et une bougie incandescente ou de préchauffage. L'injecteur élec- trostatique de carburant comprend un corps conducteur de l'électricité, un isolant électrique et-une source de haute tension comprise entre environ 10 000 et 100 000 volts. Il est possible d'améliorer l'injection du carburant en incorpo- rant un clapet de retenue dans le corps conducteur de l'élec- tricité de l'injecteur. Ce clapet de retenue non seulement constitue un moyen destiné à empêcher un reflux dans l'injec- teur électrostatique,mais aide aussi à désagréger les petites gouttelettes de carburant. Le rendement de la chambre de précombustion de la présente invention est amélioré en incorporant le long de sa paroi interne un isolant électrique et des électrodes. En incorporant de telles électrodes et un tel isolant facultatifs et en maintenant les électrodes à un potentiel -qui est diffé- rent de celui des gouttelettes injectées, la trajectoire des gouttelettes peut être déterminée de manière à assurer une combustion plus complète. En conséquence, la présente invention a pour objet un moteur Diesel présentant un meilleur rendement, brûlant le carburant d'une façon plus complète, assurant une émission de substances particulaires très réduite et diminuant la production des oxydes d'azote. L'invention a encore pour objet une chambre de précombustion dans laquelle le carburant est atomisé lorsqu'il est injecté dans la chambre de combustion, cette dernière étant équipée d'un injecteur électrostatique de carburant. La chambre de précombustion présente intérieurement un isolant et des électrodes. L'invention-sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement l'imitatif et sur lesquels: - la figurer est une coupe schématique d'une chambre de précombustion et d'un injecteur-électrostatique de carburant; la figure 2 représente une soupape incorporée dans le corps d'un injecteur; la figure 3 représente un pointeau incorporé dans le corps de l'injecteur; la figure 4 est une vue schématique d,'un disposi- tif rotatif destiné à commuter la haute tension entre les di- verses chambres de précombustion; et la figure 5 est une vue schématique représentant une source d'énergie classique. Selon ses caractéristiques essentielles, la pré- sente invention concerne un injecteur électrostatique pour moteurs Diesel, dans lequel les forces électrostatiques pro- duisent au coursde l'atomisation des gouttelettes de carburant finement divisées. La théorie de combustion et les expériences fondamentales dans ce domaine indiquent qu'une réduction de la dimension des gouttelettes de carburant améliore la combus- tion et diminue la tendance qu'a la combustion dans un moteur Diesel à produire des particules. La très petite granulométrie, de l'ordre de 0,1 à 10 micronsqui est nécessaire pour assurer cette amélioration du rendement de la combustion est obtenue en chargeant électrostatiquement le carburant pendant qu'il passe de l'injecteur électrostatique dans la chambre de combus- tion. On va examiner tout d'abord la figure l qui repré- sente le dispositif de précombustion désigné d'une façon géné- rale par 10. Le dispositif de précombustion 10 comprend fonda- mentalement un injecteur électrostatique 12, une chambre de combustion 14 et une bougie incandescente de préchauffage 16. Il convient de noter que, bien qu'il soit préférable d'incorporer l'injecteur électrostatique 12 dans la chambre de précombus- tion 14, ledit injecteur 12 pourrait être incorporé directe- ment dans le cylindre 18 du moteur. L'injecteur électrostatique 12 comprend un corps conducteur de l'électricité, des isolants électriques 22 et 23, par exemple en forme de manchon, et une source 24 de haute tension. Dans les conditions préférées de fonctionnement, le corps 20 de l'injecteur électrostatique comporte enoutre un clapet de retenue 26 situé près de la sortie 28 du corps 20. A titre d'exemple de clapets de retenue 26 convenant pour ce système, on peut citer une soupape 30 ou un pointeau 32. Les éléments métalliques de l'injecteur 20 sont chargés par la - source 24 de haute tension qui fonctionne entre environ 10 000 et 100 000 volts. La haute tension de cette, source 24 est de même nature que celle utilisée dans les canons à électrons des récepteurs de télévision ou des filtres à air électrostatiques. Il est possible d'améliorer le rendement de la source 24 en intercalant un interrupteur 34 entre ladite source- 24 et le corps 20 de l'injecteur. Un interrupteur préféré 34 serait constitué par un commutateur rotatif 26 tel qu'un distributeur ou un commutateur à semi-conducteurs qui appliquerait la haute tension à l'injecteur 20 un peu avant l'injection du carburant. Le rendement de l'injecteur électrostatique 12 peut être encore amélioré-en incorporant un condensateur 38 monté en parallèle avec la source 24 et adapté à cette der- nière. Le circuit d'alimentation est généralement bien connu en pratique et comprend un disjoncteur ou un circuit basculeur qui reçoit la tension de 12 volts de la batterie d'accumulateurs, la transforme en une tension alternative positive et négative de 12 volts et l'applique à un transfor- mateur pour qu'elle soit portée à une haute valeur prédéter- minée. Elle est ensuite redressée et appliquée à un conden- sateur principal 39 qui constitue un dispositif d'emmagasinage. Pour éviter une décharge lorsque les conditions régnant dans la chambre de précombustion tendent à favoriser la conduction à causé de la présence de la flamme, il devient souhaitable d'ajouter le commutateur facultatif précité 34 ou 36. Selon le type de mécanisme de commutation incorporé, il serait possible d'utiliser soit une seule source d'énergie pour mettre sous tension tous les injecteurs d'un moteur à plusieurs cylindres, soit une source d'énergie pour chaque in- jecteur. La figure 5 représente schématiquement une source d'énergie classique. Cette source d'énergie, ainsi que d'aut'es, peut être obtenue ou modifiée comme décrit dans l'ouvrage "Sourcebook of Electronic Circuits" de John Markus, McGraw Hill, 1968 qui est donné à titre de référence dans le présent mémoire. Il convient de noter que la raison fondamentale de l'utilisation d'un mécanisme de commutation, d'un conden- sateur ou d'une résistance série, même en présence d'un seul cylindre, est d'essayer de surmonter la conductivité - de la flamme et des gaz de combustion dès que l'allumage s'est produit dans la chambre de précombustion. Bien-qu'il soit possible d'utiliser une chambre de précombustion de toute forme géométrique classique dans le cadre de la présente invention, la chambre de précombustion préférée 14.a une forme sphérique. La chambre de precombustion 14 présente un orifice 40 dans lequel l'injecteur électrosta- tIqLe 12 est introduit, un orifice 42 opposé à l'orifice 40 pour loger un dispositif destiné à allumer le mélange air- carburant tel qu'une bougie incandescente 16, et un passage 44 par lequel l'air est injecté dans la chambre de précombus- tion 14 et dans lequel les gaz de combustion s'échappent dans le cylindre 18 du moteur. Le fonctionnement de la chambre de précombustion 14 peut être encore amélioré en incorporant un isolant électrique 46 et des électrodes 48. A titre d'exem- plesd'un isolant électrique 46, on peut citer des éléments rapportés ou revêtements de céramique résistant aux hautes températures, d'alumine ou de mullite. En fonctionnement,-le piston effectue la course d'admission et la course de compression et près de la fin de cette dernière, l'injection du carburant est amorcée. Avant que le carburant ne soit injecté, le commutateur 34 est fermé et la source 24 de haute tension charge le corps 20 de l'in- jecteur et le condensateur 38. Dès que. ce dernier est entière- ment chargé, le commutateur 34 s'ouvre-et le carburant est alors pompé par l'intermédiaire d'un tube 50 à travers les manchons isolants 22 et 23 et-dans le corps 20 de l'injecteur. A mesure que le carburant passe dans le corps 20 de l'injec- teur, il est chargé électrostatiquement et la charge imposée à la surface des gouttelettes de carburant a pour effet de repousser les-particules à l'écart des autres parties du liquide et de l'extrémité de l'injecteur proprement dite. Les forces répulsives arrachent les minuscules gouttelettes et, du fait que ces dernières présentent la même charge, elles ont tendance à se repousser mutuellement, ce qui se traduit par un étalement et une répartition rapide des particules de carburant dans l'air contenu dans la chambre de combustion. En incorporant les électrodes 48 et l'isolant 46 facultatifs le long de la paroi interne de la chambre-de combustion 14 et en maintenant les électrodes de ladite paroi interne de la chambre de combustion à un potentiel différent de celui des gouttelettes, ces dernières sont attirées vers la paroi éloignée ou vers les électrodes 48. Cette technique peut être mise en oeuvre pour déterminer n'importe quelle trajectoire des gouttelettes et conformer ainsi la pulvérisation des gouttelettes. La détermination de la trajectoire aurait l'avan- tage d'assurer une meilleure répartition des particules, donc une combustion plus complète et une diminution de l'émission de matières particulaires. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées à l'injecteur et au moteur décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Injecteur électrostatique de carburant pour moteurs Diesel, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (20) conducteur de l'électricité présentant au moins une en- trée et au moins une sortie pour le carburant; un moyen pour isoler électriquement du moteur Diesel le corps (20) de l'injecteur (12); et un moyen pour charger le corps (20) de l'injecteur à plus de 10 000 volts environ. 2. Injecteur électrostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (20) de l'injecteur (12) renferme en outre un clapet de retenue (26) orienté axialement. 3. Injecteur électrostatique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ledit clapet (26). est une sou- pape (30). 4. Injecteur électrostatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit clapet (26) est un pointeau (32). 5. Injecteur électrostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen destiné à isoler électrique- ment du moteur Diesel le corps (20) de l'injecteur (12) com- prend des manchons isolants (22, 23). 6. Injecteur électrostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de charge comprend une source de tension (24) de plus de 10 000 volts environ, et en ce qu'un mécanisme de commutation (34) est intercalé entre la source de tension (24) et le corps (20) de l'injecteur (12). 7. Injecteur électrostatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mécanisme de commutation est un commutateur rotatif (36). 8. Injecteur électrostatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de charge comprend en outre un condensateur (38) à haute tension adapté à ladite source (24) et monté en parallèle avec cette dernière. 9. Dispositif de précombustion à utiliser dans des moteurs Diesel, caractérisé en ce qu'il comporte un injec- teur électrostatique destiné à appliquer une charge électro- statique aux gouttelettes de carburant. 10. Dispositif selon la revendication 9, caracté- risé en ce qu'il est équipé d'un injecteur électrostatique de carburant selon la revendication 1. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte: une chambre de précombustion (14), un orifice (40) destiné à loger l'injecteur électro- statique (12), un orifice (42) destiné à loger-un dispositif d'al- lumage (16), et un passage (44) sensiblement à l'opposé de l'orifice (40) pour transférer'l'air dans la chambre de précombustion (14) et les gaz brûlés dudit dispositif de précombustion (10) dans un cylindre (18) du moteur Diesel. i2. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la face interne de la chambre de précombustion (14) présente en outre un isolant électrique (46). 13. Dispositif selon la revendication 12, caracté- risé en ce que l'isolant électrique (46) est en alumine ou en mullite. 14. Dispositif selon la revendication 12, caracté- risé en ce que la chambre de précombustion (14) présente au moins une électrode (48) située le long de la paroi interne pour attirer ou repousser les gouttelettes de carburant.