Brevet FR2601889A1 — publié le 19880129

l 2601889 INSTALLATION DE PULVERISATION PAR ULTRASONS. L'invention part d'une installation de pulvérisation par ultrasons pour liquides, en particulier pour pulvériser le 15 carburant à injecter dans des moteurs à combustion interne, comportant un carter de pulvérisateur qui reçoit le liquide sous pression et un vibrateur ultrasonique qui agit sur le liquide sortant du carter de pulvérisateur. On connait déjà des installations de pulvérisation par ultrasons qui s'emploient, par exemple, pour l'injection de carburant dans les moteurs à combustion interne 20 et dans lesquelles on utilise des vibrations ultrasoniques pour rompre en petites gouttelettes, par les vibrations, le jet de liquide qui sort des buses du pulvérisateur ultrasonique. Il se présente ici toutefois l'inconvénient que les diamètres des goutte25 lettes de liquide produites par la buse du pulvérisateur ultrasonique se dispersent sur une très large plage, ce qu'il faut regarder comme désavantageux dans de nombreux domaines d'application. C'est ainsi que, dans le cas d'une utilisation de cette buse connue de pulvérisateur ultrasonique pour l'alimentation en carburant dans 30 des moteurs à combustion interne, il est désavantageux que, du fait de ces structures différentes de gouttelettes, il ne soit pas possible d'obtenir un mélange carburant-air préparé de façon optimale et qu'il en résulte une distribution irrégulière du mélange sur les différents cylindres du moteur à combustion interne. En outre, il faut pour chaque cylindre du moteur à combustion interne, une buse de pulvérisateur ultrasonique avec un vibrateur ultrasonique. L'installation de pulvérisateur ultrasonique conforme à l'invention, caractérisée en ce qu'au carter de pulvé5 risateur sont reliées plusieurs conduites de transport qui conduisent le liquide du carter de pulvérisateur à, respectivement, une buse qui est disposée à l'autre extrémité de chaque conduite de transport et présente au moins une ouverture d'injection; et en ce que les vibrations sortant du vibrateur 10 ultrasonique agissent également sur le liquide à l'intérieur de chaque buse, présente par contre l'avantage que la production de quantités, même importantes, de liquide sous forme d'aérosol, en particulier aussi contenant des gouttelettes. monodispersées, c'est-à-dire des gouttelettes de même diamètre, est garantie, de 15 façon simple aux différents endroits d'injection au moyen d'un vibrateur ultrasonique. Une installation de pulvérisateur par ultrasons de ce type sert en particulier à produire un mélange carburant-air homogène dans un ensemble de formation du mélange d'un moteur à combustion interne et à distribuer régulièrement 20 le carburant sur les différents cylindres du moteur à combustion interne. Des extensions et améliorations avantageuses de l'installation de pulvérisation par ultrasons mentionnée dans la revendication principale sont possibles grâce aux mesures énumérées 25 ci- dessous - chaque conduite de transport est fabriquée en un matériau qui transmet les vibrations. - chaque conduite de transport est fabriquée en un matériau élastique; et au vibrateur ultrasonique est relié un cordon métallique 30 de liaison qui transmet les vibrations et qui rejoint chaque base. - le cordon de liaison est relié d'un côté à un disque vibrant du vibrateur ultrasonique. - chaque cordon de liaison passe à l'intérieur d'une conduite de transport. - chaque conduite de transport est fabriquée en un matériau élas- 3 2601889 tique; et à l'intérieur ou à l'extérieur de chaque conduite de transport passe un cordon métallique de liaison qui transmet les vibrations, qui est relié au carter du pulvérisateur et qui rejoint respectivement l'une des buses. - chaque buse présente plusieurs ouvertures d'injection de même diamètre; et les vibrations qui agissent sur les jets de liquide sortant des ouvertures d'injection ont une longueur d'onde qui conduit à une décomposition des jets de liquides sortant avec formation de gouttelettes de même diamètre. - chaque buse débouche dans un tube d'admission d'air en amont de chaque soupape d'admission d'un moteur à combustion interne. Un exemple d'exécution de l'invention est représenté de façon simplifiée sur les figures 1 et 2 et décrit en détail dans la description suivante. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement une installation de pulvérisation par ultrasons qui, dans le cas des exemples d'exécution représentés sur les figures, sert à pulvériser le carburant pour donner un mélange carburant-air pour un moteur à combustion interne. Dans ce but, l'installation 20 de pulvérisation par ultrasons présente un carter de pulvérisateur 2 qui enclôt un volume sous pression 3 et d'o dérivent plusieurs conduites de transport 4 qui conduisent chacune à une tubulure d'admission d'air 5, en particulier en amont des soupapes d'admission du moteur à combustion interne. Les conduites 25 de transport 4 y débouchent par l'intermédiaire de buses 6, dans les tubulures d'admission d'air 5 dans les faces frontales 7 desquelles sont prévues plusieurs ouvertures d'injection 8 qui ont toutes le même diamètre dG. Les ouvertures d'injection 8 conduisent à l'intérieur de la buse 6 vers l'extérieur et sont, 30 par exemple, fabriquées par perçage par rayons laser. Le nombre nécessaire des ouvertures d'injection 8 se détermine à partir du débit liquide, dans l'exemple d'exécution présent, du débit de carburant, que l'on doit, au maximum injecter ou nébuliser. Pour la formation du mélange carburant-air 35 qu'il faut amener au moteur à combustion interne, no n représenté, la buse 6 est disposée sur ou dans chaque tubulure d'admission d'air 5 du moteur à combustion interne de façon telle que l'air d'admission qui s'écoule se mélange de façon intensive aves les gouttelettes de carburant 9 qui sortent des buses 6 pour 5 former un mélange homogène carburant-air. L'alimentation de l'installation de pulvérisation par ultrasons en carburant se fait au moyen d'une pompe à carburant 10 qui, par l'intermédiaire d'une conduite d'aspiration 11, aspire du carburant d'un réservoir de carburant 12 et le renvoie sous pression dans une conduite d'ali10 mentation en carburant 13 qui conduit au carter de pulvérisateur 2. Dans la conduite d'alimentation en carburant 13, entre le carter de pulvérisateur 2 et la pompe à carburant 10, ou bien intégré dans le carter de pulvérisateur 2, peut être disposé un élément de dosage du carburant 15 qui, de façon connue, contient une 15 position d'étranglement fixe ou variable qui peut être manoeuvrée par voie électromagnétique ou mécanique, par l'intermédiaire d'un élément de manoeuvre 16, en fonction de paramètres du moteur à combustion interne. L'élément de manoeuvre 16 de l'élément de dosage de carburant 15 peut y être entrainé en coulissement axial ou en 20 rotation, de façon connue, par exemple, par un papillon disposé dans la tubulure d'admission de l'air 5 ou par un organe de dosage de l'air disposé dans la tubulure d'admission d'air 5. En cas de manoeuvre électromagnétique de l'élément de dosage du carburant 15, la commande se fait au moyen d'un appareil de commande électro25 nique 17 auquel on peut envoyer des paramètres d'exploitation du moteur à combustion interne convertis en signaux électriques, comme par exemple la charge, le débit d'air d'admission 19, la température , etc. Sur le carter de pulvérisateur 2 est disposé un 30 vibrateur ultrasonique 22 qui est, par exemple, conçu sous forme de vibrateur piézocéramique avec un disque vibrant 23, pénètre dans l'espace sous pression 3 et peut être commandé par l'appareil de commande électronique 17 en fonction de paramètres d'exploitation du moteur à combustion interne. Naturellement, le vibrateur ultra35 sonique 22 peut également être intégré dans le carter de pulvéri- 26Q 1889 sateur 2. Le carburant qui se trouve sous pression dans l'espace sous pression 3 du carter de pulvérisateur 2 s'écoule, en passant par les conduites de transport 4 qui transmettent des vibrations, pour arriver aux buses 6 et en sort par les ouvertures d'injection 5 8 sous forme d'un fin jet de carburant, étant précisé qu'il est excité par le vibrateur ultrasonique 22 et amené à se décomposer en gouttelettes et, de façon plus précise, à se décomposer en gouttelettes de même diamètre dT. Ce sont donc des gouttelettes monodispersées qui pénètrent dans la tubulure d'admisssion d'air 5 du moteur à combustion interne et se mélangent avec l'air aspiré pour donner un mélange homogène carburant-air. La commande du vibrateur ultrasonique 22 s'y fait au moyen de l'appareil de commande électronique 17 en fonction des paramètres d'exploitation du moteur à combustion interne avec des longueurs d'ondes > qui conduissent 15 à une décomposition des jets liquides sortant d'une ouverture d'injection 8 avec formation de gouttelettes de même diamètre. La zone autorisée de longueurs d'ondes X des vibrationsdu vibrateur ultrasonique 22, pour produire des gouttelettes de même diamètre, s'y trouve entre une longueur d'onde minimale min et une longueur maximale X max' La longueur minimale X min se détermine à partir du produit du diamètre dG des ouvertures d'injection 8 par Pi (.). La longueur d'onde maximale > max pour formation max de gouttelettes de même diamètre se monte à six fois le produit du diamètre dG des ouvertures d'injection 8 par Pi ('r-), 25 c'est-à-dire se monte à six fois la longueur d'onde minimale min. C'est pour la longueur d'onde minimale k min du vibrateur ultrasonique 22 que l'on obtient le plus petit diamètre dT des gouttelettes monodispersées. - Le volume du carburant V qui passe à travers une 30 ouverture d'injection 8 par unité de temps se monte à: V = /4. dG. VG VG étant la vitesse moyenne du carburant dans l'ouverture d'injection 8. Ici la vitesse moyenne vG du carburant dans l'ouverture d'injection 8 dépend de la chute de pression entre l'espace sous 35 pression 3 et la tubulure d'admission d'air 5. La longueur d'onde > de la vibration appliquée au jet de carburant qui sort de l'ouverture d'injection 8 se monte a: A vG/fG fG étant la fréquence d'excitation du vibrateur ultrasonique 22. Le diamètre, respectivement identique, dT des gouttelettes des carburants se monte à T v r /fG En tenant compte des deux formules indiquées ci-dessus, on obtient comme valeur du diamètre des gouttelettes de carburant T 1,5 dG Selon l'invention, comme représenté dans le cas 15 des exemples d'exécution, on a réalisé simultanément pour toutes les buses métalliques 6, l'excitation en vibration, de façon centralisée, dans le carter de pulvérisateur 2 au moyen d'un unique vibrateur ultrasonique 22. Les conduites de transport 4 peuvent, comme dans le cas de la conduite de transport 4 représentée à gauche 20 sur la figure 1, y être fabriquées en un matériau qui transmet les vibrations aux buses 6, par exemple en métal comme de l'acier. Dans une autre conception, comme dans le cas de la conduite de transport 4 représentée-à droite sur la figure 1, les conduites de transport 4 peuvent être fabriquées en un matériau élastique 25 et un cordon métallique de liaison 24, représenté en tireté, s'étend, à l'intérieur ou à l'extérieur, le long de chaque conduite de transport, chaque cordon de liaison 24 étant relié, d'une part, avec le carter du pulvérisateur 2 et, d'autre part, avec la buse respective ou se terminant à l'intérieur de la buse respective 30 6. Le cordon métallique de liaison 24 peut, par exemple, également être placé sous forme de fil d'acier dans une conduite de transport 4 fabriquée en plastique. Sur le dessin, le cordon métallique de liaison 24 passe le long de la périphérie de la conduite de transport 4. Chaque cordon métallique de liaison 24 convient pour 35 transmettre les vibrations produites au liquide dans les différentes buses 6. Dans une autre conception, représentée à droite sur la figure 2, les conduites de transport 4 sont fabriquées en un matériau élastique et, chaque fois, un cordon métallique de 5 liaison 24a, qui transmet les vibrations, est relié au vibrateur ultrasonique 22 et, à l'autre extrémité, à, chaque fois, une buse 6. Il suffit que l'extrémité, opposée au vibrateur ultrasonique, du cordon de liaison 24a pénètre dans le liquide à l'intérieur de chaque buse 6. Dans le cas de la conception représentée à gauche sur la figure 2, la conduite de transport 4 est également fabriquée en un matériau élastique et un cordon métallique de liaison 24b, qui transmet les vibrations, est relié d'un côté au disque vibrant 23 du vibrateur ultrasonique 22 et de l'autre côté à une buse 6. 15 De préférence, les cordons de liaison 24a et 24b passent à l'intérieur des conduites de transport 4. Il est également suffisant que l'extrémité, opposée au disque vibrant 23, du cordon de liaison 24b pénètre dans le liquide qui se trouve dans chaque buse 6. REVENDICATIONS 1. Installation de pulvérisation par ultrasons pour liquides, en particulier pour pulvériser le carburant à injecter dans des moteurs à combustion interne, comportant un carter de 5 pulvérisateur qui reçoit le liquide sous pression et un vibrateur ultrasonique qui agit sur le liquide sortant du carter de pulvérisateur, caractérisé en ce qu'au carter de pulvérisateur (2) sont reliées plusieurs conduites de transport (4) qui conduisent le liquide du carter de pulvérisateur (2) à, respectivement, une buse 10 (6) qui est disposée à l'autre extrémité de chaque conduite de transport (4) et présente. au moins une ouverture d'injection (8); et en ce que les vibrations sortant du vibrateur ultrasonique (22) agissent également sur le liquide à l'intérieur de chaque buse (6). 2. Installation de pulvérisation par ultrasons selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque conduite de transport (4) est fabriquée en un matériau qui transmet les vibrations. 3. Installation de pulvérisation par ultrasons selon la 20 revendication 1, caractérisée en ce que chaque conduite de transport (4) est fabriquée en un matériau élastique; et en ce qu'au vibrateur ultrasonique (22, 23) est relié un cordon métallique de liaison (24a, 24b) qui transmet les vibrations et qui rejoint chaque buse (6). 4. Installation de pulvérisation par ultrasons selon la revendication 3, caractérisée en ce que le cordon de liaison (24b) est relié d'un côté à un disque vibrant (23) du vibrateur ultrasonique (22). 5. Installation de pulvérisation par ultrasons selon la 30 revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que chaque cordon de ! liaison (24a, 24b) passe à l'intérieur d'une conduite de transport (4). 6. Installation de pulvérisation par ultrasons selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque conduite de transport 35 (4) est fabriquée en un matériau élastique; et en ce qu'à l'inté- rieur ou à l'extérieur de chaque conduite de transport (4) passe un cordon métallique de liaison (24) qui transmet les vibrations, qui est relié au carter du pulvérisateur (2) et qui rejoint respectivement l'une des buses (6). 7. Installation de pulvérisation par ultrasons selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque buse (6) présente plusieurs ouvertures d'injection (8) de même diamètre (dG); et en ce que les vibrations qui agissent sur les jets de liquide sortant des ouvertures d'injection (8) ont une longueur 10 d'onde (>) qui conduit à une décomposition des jets de liquides sortant avec formation de gouttelettes (9) de même diamètre (dT)' 8. Installation de pulvérisation par ultrasons selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que chaque buse (6) débouche dans un tube d'admission d'air 15 (5) en amont de chaque soupape d'admission d'un moteur à combustion interne.