Brevet FR2536123A1 — publié le 19840518

DISPOSITIF D'INJECTION, EN PARTICULIER POUR DES MOTEURS DIESEL A INJECTION DIRECTE. L'invention concerne un dispositif d'injection, en particulier pour des moteurs Diesel à injection directe, Dans l'injection de combustible dans la chambre de combustion d'un moteur Diesel, il faut chercher à ce que, sou l'action d'aspiration du jet d'injection Diesel dans la secti Q la plus étroite d'un trou d'injection, de l'air fortement com primé soit aspiré hors de la chambre de combustion et qu'il soit dirigé dans la chambre de combustion, sous forme de flux à deux phases, directement à la sortie du trou d'injection ou par l'intermédiaire d'un diffuseur se raccordant à ce trou et comportant une partie cylindrique, pour que, pendant l'cpéC ration d'injection, on obtienne continuellement un mélange inflammable. On sait que, pour obtenir un mélange inflammable da Z le moteur Diesel, on doit rechercher des vitesses d'air é 1 evé( qui doivent être obtenues par l'échange d'impulsions entre le jet d'injection et l'air ainsi que par le guidage correspondag de l'air On a constaté que c'est surtout la pointe d U jet qui participe à l'échange d'impulsion et de matière et que, d'apre les observations faites jusqu'ici, une augmentation de la pression d'injection n'entratne pas, dans une certaine mesures une augmentation de la vitesse de la pointe du jet, mais même une diminution de cette vitesse Par des essais sur moteurs on sait que l'injection à haute pression entraúne, dans le cycle du moteur Diesel, une formation plus faible de NO En particulier, sur la base de recherches faites jusqu'à main- tenant, une influence de la pression d'injection sur le retarc à l'allumage n'a pas pu être prouvée. Le but de l'invention est d'aspirer continuellement de l'air dans la section transversale la plus étroite du trou d'injection par suite de l'effet d'aspiration du jet d'injec- tion et d'utiliser de manière précise l'impulsion contenue dans le jet d'injection pour produire un flux à deux phases, Ainsi la plus grande impulsion de jet disponible dans l'injec- tion à haute pression doit aussi tre exploitée pour améliorer la préparation du mélange. Ce but est atteint suivant l'invention en ce que le jet d'injection aspire, dans la section transversale la plus étroite d'un trou d'injection et par l'intermédiaire d'un injecteur à fente, de l'air fortement comprimé provenant de la chambre de combustion d'un moteur Diesel et qu'à l'extré- mité du trou d'injection, qui peut être muni d'un diffuseur comportant une partie cylindrique, le jet pénètre dans la chambre de combustion sous forme d'un flux à deux phases. Comme dans un dispositif d'injection connu,1 au moment de la fermeture de la soupape à aiguille, le jet d'entrarnement est interrompu brusquement Mais l'effet d'aspiration de l'air, qui s'affaiblit plus lentement, devrait encore suffire à faire sortir du trou d'injection et du trou en forme de poche des restes éventuels de combustible et à les insuffler dans la chambre de combustion pendant que l'opération de combustion dure encore - Alors que le dispositif d'injection pour moteurs Diesel convient aussi, suivant sa géométrie, pour des quantités d'air assez importantes à aspirer, ce n'est plus le cas avec le dispositif d'injection travaillant d'après le procédd de Venturi, parce qulici, le principe veut que les fentes d'aspiration soient dans la section transversale la plus étroite du trou d'injection Par ailleurs, on sait que lors de l'utilisation de tubes de Venturi, que l'effet d'aspiration se produit brusquement après la formation du flux d'entratnement et qu'il ne se produit pas de décrochement du flux d'aspiration, comme c'est facilement possible avec des éjecteurs, quand les conditions de marche s'écartent du point théorique. L'invention va être expliquée plus en détail à l'aide de l'exemple d'exécution représenté sur les dessins annexés. La figure 1 représente une coupe longitudinale d'un dispositif d'injection, composé d'un corps d'injecteur 10, avec une sou- pape à aiguille 18, un trou en forme de poche 11, un trou d'injection central 12 et un trou d'injection 13 placé sous un angle quelconque par rapport à l'axe d'injecteur, Dans la section transversale la plus étroite des trous d'injection 12 et 13 se trouvent des fentes dtaspiration 14 a, 14 b, à partir desquelles le jet d'injection de combustible aspire de l'air provenant de la chambre de combustion 15 A l'extré mité des trous d'injection 12 et 13, le jet d'injection p 5 nè- tre dans la chambre de combustion 15 sous forme de flux à deux phases, par suite de l'addition d'air Pour que les con- ditions de formation du mélange soient optimales dans les trous d'injection 12 et 13, on peut prévoir, en aval de ceux-ci, un élargissement 16 a, 16 b en forme de diffuseur, qui comporte une partie cylindrique 17 a, 17 bo La figure 2 mon:re une disposition possible des fentes d'aspiration 14 a autour du trou d'injection 12, Sur la figure 3 on a représenté une disposition des fentes d'aspiration 14 a autour du trou d'injec- tion 12, qui est spécialement avantageuse au point de vue du flux; mais sa fabrication est plus compliquée. Les avantages obtenus avec l'invention consistent en particulier en ce que le contact continu de l'air et du jet de combustible à une faible vitesse relative crée un flux à deux phases, qui évite un brûlage brusque, tel qu'il peut se produire quand une grande quantité de combustible est introo duite dans une chambre de combustion On sait qu'un brûlage brusque entrafne une augmentation brusque de pression, avec un maximum de pression élevé et une émission élevée de N Ox. A l'aide d'un dispositif d'injection suivant le prin- cipe de Venturi, on doit obtenir que, comme dans le procédé M (dépdt d'une pellicule de combustible sur la paroi de la cham- bre de combustion) et grâce à un traitement continu du mélange pendant l'injection, les augmentations de pression soient douces et les maximum de pression faibles, en combinaisona avec un fonctionnement peu bruyant à pressions moyennes élevées et avec une faible formation de N Ox Du fait que lorsqu'"o utilise un dispositif d'injection travaillant suivant le principe de Venturi,un dépft du combustible sur la paroi n'est pas néces- saire par suite de l'existence d'un flux à deux phases, les inconvénients connus du procédé M quand le moteu est froid ne se produisent pas, On sait qu'alorco quand la mothur St Croid, se produisent les conditions de vaporisation ls plu défavorables sur la paroi ce qui entretne des difficuts de démarrage à froid et un rejet élevé d'hydrocarb ures i é Avec le dispositif d'injection conform à l'inven Cio D angs le cas du moteur Diesel a injection directe la combustion et la marche du moteur sont aussi régulière qu'avec le moteu Diesel à chambre de précombustion, sans qu'on soit oblig d'accepter ses défauts, comme par xempl la cons$ommatio élevée de combustible. Un autre avantage du dispositif d'injection suivant l'invention est que le mouvement d'air causé par les fentes d'aspiration évite des surchauffes locales pès de l'injecteur et empêche ainsi un calaminage des trous de $ortie de l Vinjec teur Si les fentes d'aspiration sont fabriquées par exemple par étincelage, le choix de leurs formes géomtriques est largement libre, de sorte qu'on peut agir d'une manière déterminée dans le temps et dans l'espace snc la formation du mélange Dans un injecteur à plusieurs trous, les fenteú d'as- piration peuvent alors avoir des sections transversales de dif férentes grandeurs pour les différents trous, de sorte qu'on peut déterminer à l'avance aussi bien la duetg que la profon- deur de pénétration des différents jets d'injecgtion O Ainsi, même avec des pressions maximales d'injection 9 qui onét néces saires pour les courts temps d'injection imposés, il est pos- sible d'obtenir d'une manière conséqqente des jets d'injection de dureté plus faible et de profondeurs de pénétration dif- férentes pour une même pression d'injection; de cette façon et avec un dispositif d'injection muni de plusieurs trous d'injec- tion, il se produit, dans la chambre de combustion d'un moteur Diesel à injection directe, la forte superposition de charges permettant une formation optimale du mélange. Par ailleurs, à La fermeture de la soupape à aiguil: 18, on obtient, par l'appel d'air qui persiste un instant, que les restes de combustible qui sont dans le trou d'injection el le trou en forme de poche soient aspirés et arrivent encore pendant la combustion dans la chambre de combustion. A l'aide de principes théoriques et de valeurs carai téristiques qui sont à déterminer dans des essais, on peut concevoir un dispositif d'injection suivant le principe de Venturi, de manière à obtenir un flux à deux phases avec des conditions d'allumage optimales pour une grandeur et une géométrie de la chambre de combustion prédéterminées. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'injection de combustible, en parti- culier pour moteurs Diesel à injection directe, dans lesquels on utilise soit un injecteur à un trou d'injection à un trou central ( 12) soit un injecteur à plusieurs trous d'injections ( 12, 13), qui peuvent avoir n'importe quel angle par rapport à l'axe de l'injecteur, caractérisé en ce que, dans la section transversale la plus étroite d'un trou d'injection ( 12, 13), l'effet d'aspiration du jet de combustible est utilisé pour que, pendant l'op'ration d'injection, de l'air y soit continuel- lement aspiré par l'intermédiaire des fentes d'aspiration ( 14 a, 14 b) et que, grâce au mélange de l'air avec le combustible jusqu'à la fin du trou d'injection, il se crée un flux a deux phases, de sorte qu'un jet doux de combustible Diesel pénètre dans la chambre de combustion ( 15) et qu'il puisse être mélangé plus facilement à l'air par turbulence. 2 Dispositif d'injection suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes d'aspiration ( 14 a, 14 b) ont une section transversale dont la forme géométrique peut être choisie librement et qu'elles sont conçues sous forme d'injec- teurs pour l'accélération de l'air à aspirer. 3 Dispositif d'injection suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, sur un injecteur à plusieurs trous, les fentes d'aspiration ( 14 a, 14 b) pour les différents trous d'injection ( 12, 13) peuvent avoir chaque fois des sections transversales différentes, de sorte que la dureté et la profondeur de pénétration de chaque jet d'injection peuvent être réglées indépendamment l'une de l'autre par l'intermédiaire de la grandeur, fixée a l'avance, des fentes d'aspiration ( 14 a, 14 b) et qu'ainsi on obtient, dans la chambre de combustion, une superposition de charges. 4 Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'après la ferme- ture de la soupape à aiguille ( 18), des restes de combustible qui sont dans le trou en forme de poche ( 11) et dans les trous d'injection ( 12, 13) sont aspirés sous l'effet persistant d'aspiration de l'air et arrivent, encore pendant ltopêration de combustion, dans la chambre 'de combustion. = Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications % à 4, caractérisé en ce que, pour %obten- tion de conditions optimales pour la formation du mélange destiné à la formation d'un jet à deux phases, un élargissement an forme de diffuseur ( 16 a, 16 b)h comportant une partie cylin- drique ( 17 a, 17 b) de mélange, 'se raccorde aux trous duinjectioï ( 12 D 13).