Brevet FR2584628A1 — publié le 19870116

1.- " Buse de pulvérisation par ultrasons" L'invention part d'une buse de pulvérisation par ultrasons pour des liquides, avec un bottier de pulvé- risateur recevant un liquide soUS pression et avec un os- sillateur ultrasonique agissant sur le liquide sortant du bottier du pulvérisateur. On connaît déjà des buses de pulvérisation par ultrasons qui trouvent par exemple une utilisation pour l'injection de carburant dans des moteurs à combustion in- terne et auxquelles sont appliquées les oscillations ultra- soniques,de sorte que le jet de liquide sortant des buses de pulvérisation par ultrasons est décomposé par ces os- cillations en fines gouttelettes. Il se présente toutefois alors l'inconvénient que les diamètres des gouttelettes de liquide produites par la buse de pulvérisation par ultra- sons se dispersent dans de très larges limites, ce qui doit être considéré comme un inconvénient dans de nombreux domaines d'application. C'est ainsi que lors d'une utilisation de ces buses de pulvérisation par ultrasons connues pour l'ali- mentation en carburant dans des moteurs à combustion inter- ne, il est désavantageux que du fait de ces structures dif- férentes des gouttelettes, on ne puisse pas obtenir un mé- lange carburant-air préparé de façon optimale et qu'il en -84628 2.- résulte une répartition non uniforme sur les différents cylindres du moteur à combustion interne. De même, avec ces buses connues de pulvérisation par ultrasons, des subs- tances cohérentes, des substances d'addition entre autres, ne peuvent souvent pas être pulvérisées de la façon souhai- tée avec des dimensions de gouttes identiques, pour assu- rer une répartition uniforme de ce liquide. L'invention a pour but de remédier à ces in- convénients et concerne à cet effet, une buse de pulvérisa- tion par ultrasons caractérisée en ce que le liquide sort simultanément par plusieurs orifices d'injection de m4me diamètre du bottier du pulvérisateur, tandis que les oscil- lations agissant par l'intermédiaire de l'oscillateur ultra- sonique sur les jets de liquide sortant des orifices d'in- jection ont une longueur d'onde qui aboutit à une désagréga- tion des jets de liquide sortant en formant des gouttelet- tes de même diamètre. La buse de pulvérisation par ultrasons con- forme à l'invention comportant les caractéristiques ci- dessus présente par contre l'avantage que, d'une façon sim- ple, même la production de quantités importantes de liqui- de sous forme d'aérosol avec des gouttelettes monodispersées, c'est-à-dire des gouttelettes de même diamètre, est garan- tie. On peut ainsi obtenir à partir d'un liquide, pour les domaines d'application les plus divers, un brouillard de liquide dans lequel les gouttelettes individuelles de li- quide ont de la façon souhaitée, des diamètres de même di- mension. Une telle formation de brouillard est souhaitable par exemple pour obtenir un mélange homogène carburant-air dans une unité de formation de mélange d'un moteur à combus- tion interne, afin d'obtenir un mélange carburant-air homogène et donc bien préparé et an assurant ainsi une répartition uniforme du carburant sur les différents cy- lindres du moteur à combustion interne. Grâce aux caractéristiques ci-dessous, 3.- d'autres formes avantageuses et des améliorations de la buse de pulvérisation par ultrasons indiquée ci-dessus, sont possibles. C'est ainsi que par le choix de la longueur d'onde des oscillations dans une étendue se situant entre une longueur d'onde minimale ( À min) et une longueur d'on- de maximale ( max), on peut respectivement faire varier, à la condition de former des gouttelettes monodispersées, le diamètre de ces gouttelettes pour répondre aux exigences existantes. Selon une forme de réalisation avantageuse, on obtient le diamètre minimal des gouttelettes lorsque les longueurs d'ondes ( r min) des osci llations produites par l'oscillateur ultrasonore correspondent au moins au pro- duit du diamètre des orifices d'injection par Pi (Yr). Le diamètre maximal des gouttelettes mono- dispersées est obtenu de façon avantageuse lorsque les longueurs d'ondes ( X max) des oscillations produites par l'oscillateur ultrasonore correspondent au plus à six fois le produit du diamètre des orifices d'injection par Pi (y). L'utilisation de la buse de pulvérisation par ultrasons conforme à l'invention est particulièrement avantageuse pour la pulvérisation de carburant en vue de constituer un mélange carburant-air pour des moteurs à combustion interne, car ainsi, non seulement on est certain de former un mélange carburant-air homogène, mais d'assu- rer également la répartition la plus uniforme possible du carburant sur les différents cylindres du moteur à combus- tion interne. Il en résulte non seulement une consomma- tion de carburant aussi réduite que possible du moteur à combustion interne, mais également une réduction des composants nuisibles dans les gaz d'échappement des mo- teurs à combustion interne. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté, de façon simplifiée, sur la figure unique ci- jointe et il est décrit plus en détail ci-après. 4.- Sur la figure, une buse de pulvérisation par ultrasons désignée par la référence 1 est représentée de fa- çon schématique, cette buse dans le cas de l'exemple de réa- lisation représenté sur le dessin servant par exemple à pulvériser du carburant pour constituer un mélange carbu- rant-air pour un moteur à combustion interne. A cet effet, la buse 1 de pulvérisation par ultrasons comporte un bot- tier de pulvérisateur 2 dans l'une des faces frontales 3 duquel sont prévus plusieurs orifices d'injection qui ont tous un même diamètre dG. Ces orifices d'injection 4 vont d'une chambre de pression 5 à l'intérieur du bottier 2 du pulvérisateur vers l'extérieur et ils sont par exemple ob- tenus par perçage au moyen d'un faisceau laser. Le nombre nécessaire des orifices d'injection 4 se détermine à partir de la quantité maximale de liquide, soit dans le présent exemple de réalisation de la quantité maximale de carburant, qui doit être injectée ou pulvérisée. Pour former un mélange carburant-air devant être amené au moteur à combustion interne, non représenté, la buse de pulvérisation par ultra- sons 1 doit être disposée contre ou dans une tubulure d'as- piration 7 d'un moteur à combustion interne de façon que l'air aspiré s'écoulant en direction de la flèche 8, se mélange de façon intensive avec les gouttelettes 9 de car- burant sortant de la buse I de pulvérisation par ultra- sons pour constituer un mélange homogène carburant-air. L'alimentation de la buse de pulvérisation par ultrasons 1 avec du carburant s'effectue grâce à une pompe de carburant 10 qui aspire par l'intermédiaire d'une canalisation d'aspiration 11 du carburant à partir d'un réservoir de carburant 12 et qui le refoule sous pression dans une canalisation d'alimentation en carburant 13, aboutissant à la buse de pulvérisation par ultrasons 1. Dans la canalisation d'alimentation en carburant 13, un élé- ment de dosage de carburant 15 peut être disposé entre la buse de pulvérisation par ultrasons 1 et la pompe de 5.- carburant 10, ou bien être intégré dans la buse de pulvé- risation par ultrasons 1, cet élément comportant, de façon connue, un point d'étranglement fixe ou variable, qui est susceptible d'être actionné électromagnétiquement ou bien mécaniquement par l'intermédiaire d'un organe de manoeuvre 16 en fonction de grandeurs caractéristiques de fonctionne- ment du moteur à combustion interne. L'organe de manoeuvre 16 de l'élément de dosage de carburant 15 peut alors, de façon connue, 4tre déplacé axialement ou bien déplacé en rotation grâce à un clapet d'étranglement disposé dans la tubulure d'aspiration 7 ou grâce à un organe de mesure d'air disposé dans la tubulure d'aspiration 7. Dans le cas d'un actionnement électromagnétique de l'élément de dosage de carburant 15, la commande s'effectue par l'intermédiaire d'un appareil électronique de commande 17 dans lequel peu- vent être introduites des grandeurs caractéristiques de fonctionnement du moteur à combustion interne, converties en signaux électriques, telles que par exemple la charge 18, la quantité d'air aspiré 19, la température 20, etc... Sur la buse de pulvérisation par ultrasons 1, est placé un oscillateur ultrasonique 22, revêtant par exemple la forme d'un oscillateur piézo-céranique, et sus- ceptible d'8tre commandé par l'appareil électronique de commande 17 en fonction de grandeurs caractéristiques du fonctionnement du moteur à combustion interne. L'oscilla- teur ultrasoniqUe 2, peut, bien entendu, être également intégré dans le boitier 2 du pulvérisateur et est de préfé- rence placé au voisinage de la face frontale 3. Le carbu- rant sous pression se trouvant dans la chambre de pression 5 de la buse de pulvérisation par ultrasons 1, sort par les orifices d'injection 4 sous la forme de fins jets de carburant et il est excité par l'oscillateur ultrasonique 22 de façon à être désagrégé sous forme de gouttelettes, et en fait conformément à l'invention, de façon à être désagrégé sous forme de gouttelettes de diamètre identique dT. 6.- Ainsi, des gouttelettes monodispersées pénètrent dans la tubulure d'aspiration 7 du moteur à combustion interne et se mélangent avec l'air aspiré pour constituer un mélange homogène carburant-air. La commande de l'oscillateur ultrasonique 22 par l'appareil électronique de commande 17, s'effectue alors en fonction des grandeurs caractéristiques de fonctionne- ment du moteur à combustion interne, avec des longueurs d'ondes A. qui aboutissent à une désagrégation des jets de liquide sortant des orifices d'injection 4 avec formation de gouttelettes de même diamètre. La gamme admissible des longueurs d'ondes des oscillations de l'oscillateur ul- trasonore 22, se situe alors pour obtenir des gouttelettes de diamètres identiques, entre une longueur d'onde minimale min et une longueur d'onde maximale X max. La longueur d'onde minimale X min se détermine à partir du produit du diamètre dG des orifices d'injection 4 par Pi (W). La longueur d'onde maximale max. pour la formation de gout- telettes de même diamètre correspond à six fois le produit du diamètre dG des orifices d'injection 4 par Pi (t), c'est-à-dire six fois la valeur de la longueur d'onde mini- male X min' On obtient alors pour la longueur d'onde mi- nimale À min de l'oscillateur ultrasonore 22, le diamètre minimal dT des gouttelettes monodispersées. Le volume j traversant un orifice d'injection 4 par unité de temps est: =r/4. dv v G vG étant la vitesse moyenne du carburant dans l'orifice d'in- jection 4. La vitesse moyenne vG du carburant dans l'orifice d'injection 4 dépend alors de la chute de pression entre la chambre de pression 5 et la tubulure d'aspiration 7. La longueur d'onde À de l'oscillation ap- pliquée au jet de carburant sortant de l'orifice d'injec. tion 4 est: A = VG / fG 7.- fG étant la fréquence d'excitation de l'oscillateur ultra- sonore 22. Le diamètre identique correspondant dT des gouttelettes de carburant est alors: dT =V6/r( /f En tenant compte des deux formules précitées, le diamètre des gouttelettes de carburant est alors 1G T =V 1,5 d2 d En dehors de l'utilisation qui a été décrite de la buse 1 de pulvérisation par ultrasons pour préparer le carburant de moteurs à combustion interne, il existe encore pour cette buse de pulvérisation par ultrasons beaucoup d'autres possibilités d'application, par exemple des tra- vaux délicats de laquage peuvent être mieux réalisés qu'avec les méthodes classiques de laquage au pistolet et par ato- r.iseur, l'humidification de l'air dans les installations de climatisation peut être améliorée, etc... 8._ REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Buse de pulvérisation par ultrasons pour des liquides, avec un bottier de pulvérisateur rece- vant un liquide sous pression et avec un oscillateur ultra- sonique agissant sur le liquide sortant du bottier du pul- vérisateur, buse caractérisée en ce que le liquide sort simultanément par plusieurs orifices d'injection (4) de même diamètre (dG) du bottier (2) du pulvérisateur tandis que les oscillations agissant par l'intermédiaire de ltos- cillateur ultrasonique (22) sur les jets de liquide sortant des orifices d'injection (4) ont une longueur d'onde (l) qui aboutit à une désagrégation des jets de liquide sor- tant en formant des gouttelettes (9) de même diamètre (dû). 2.- Buse de pulvérisation par ultrasons selon la revendication 1, caractérisée en ce que les lon- gueurs d'ondes ( mi) des oscillations produites par l'oscillateur ultrasonore (22) correspondent au moins au produit du diamètre (dG) des orifices d'injection (4) par Pi (Y). 3.- Buse de pulvérisation par ultrasons selon la revendication 2, caractérisée en ce que les lon- gueurs d'ondes (A max) des oscillations produites par l'oscillateur ultrasonore (22) correspondent au plus à six fois le produit du diamètre (dG) des orifices d'injec- tion (4) par Pi (7ô). 4.- Buse de pulvérisation par ultrasons selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risée en ce qu'on utilise comme liquide du carburant qui, pulvérisé par l'intermédiaire des orifices d'injection (4) est amené à la tubulure d'aspiration (7) d'un moteur à com- bustion interne pour former un mélange de carburant et d'air.