Brevet FR2636676A1 — publié le 19900323

"Dispositif pour l'injection de carburant dans la chambre à explosion d'un moteur à combustion interne à auto-allumage, comprenant un diaphragme régulant et dirigeant les jets de carburants et l'air aspiré". L'invention concerne un dispositif pour l'injection- de carburant dans la chambre à explosion d'un moteur à combustion interne à auto-allumage, avec un injecteur, avec un canal placé après son orifice d'injection, conduisant à la chambre à explosion, canal dans lequel est placé un filament à incandescence muni d'un passage pour les jets - d'injection de carburant et entouré à une certaine distance radiale d'un manchon constituant au moins partiellement le canal, manchon qui délimite avec un alésage de la tête de cylindre du moteur menant dans la chambre à explosion un espace annulaire, qui par au moins un passage radial dans le manchon est en communication avec au moins une ouverture d'aération débouchant dans le canal, par laquelle ouverture, les jets d'injection traversant au moins pour l'essentiel sans contact, le canal et le filament à incandescence aspirent par effet d'injecteur, de l'air de la chambre à explosion et en alimentent leurs zones de bord. Dans un dispositif connu de ce genre (DE-A1- i 390 719, figure 11), le filament à incandescence est approché tout près de la face frontale de l'injecteur du côté de la chambre à explosion et les passages dans le manchon sont disposés de façon, qu'une partie importante de l'air aspiré arrive par les espaces autour du filament incandescent dans les zones de bord du jet d'injection. Avec cette disposition il peut se produire dans des cas défavorables, que l'air aspiré se mette à tourbillonner violemment d'une façon indésirable et que le filament à incandescence soit soumis à une contrainte d'oscillations additionnelle, qui ajoutée à la contrainte thermique raccourcisse la durée de vie de l'élément à incandescence. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que entre l'injecteur et le filament à incandescence est placé un diaphragme pourvu d'un passage central pour les jets d'injection, lequel diaphragme dirige, au moins une partie de l'air aspiré dans le manchon par les orifices radiaux placés environ au niveau du diaphragme, à l'opposé du filament à incandescence vers un espace annulaire formé entre l'injecteur et le diaphragme. Ce dispositif a l'avantage que l'air aspiré vibre moins fortement et arrive dans les zones de bord des jets d'injection avec des pertes d'écoulement plus faibles que dans l'exemple connu, et que les zones de bord des jets d'injection sont réchauffées d'une façon uniforme environ sur toute la longueur du filament à incandescence, il en résulte donc une moins forte sollicitation mécanique du filament à incandescence. Par suite du diaphragme de guidage protégé dans l'invention, l'intérieur de l'ensemble à incandescence est divisé en un espace formateur de jets et un espace réchauffeur de jets, par lesquels, comme les essais l'ont montré, les émission HC et NO des moteurs Diesel peuvent être dans l'ensemble améliorées. -3 Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que le passage central du diaphragme présente un tronçon s'élargissant en forme conique dans la direction de la chambre & explosion. Ce tronçon est formé dans une rallonge axiale d'un diaphragme dont une partie pénètre à l'intérieur du filament à incandescence. En amont de ce tronçon s'élargissant en forme conique, le passage central du diaphragme présente une forme cylindrique. L'avantage de ces caractéristiques est qu'elles intensifient l'effet formateur de jet et de partage de fonction du diaphragme et font en sorte que, les gaz refluant après la fin d'injection par le passage du diaphragme vers l'orifice de la tuyère, sont comprimés par la section conique et abandonnent leurs particules solides entraînées. La forme du passage du diaphragme peut suivant les différents cas d'utilisation être adaptée aux exigences de fonctionnement et optimisée. D'autres améliorations de l'invention sont caractérisées en ce que le diaphragme recouvre toute la section transversale intérieure du manchon et est pourvu d'ouvertures placées près de la paroi intérieure de l'alésage du manchon. Les passages dans le manchon sont placés en dessous des ouvertures dans le diaphragme et sont délimitées par des parois montant de préférence obliquement vers ces ouvertures. L'avantage obtenu par ces caractéristiques est que les particules de matières solides entraînées par l'air aspiré, sont déposées sur le fond de tuyère suffisamment loin que l'orifice de tuyère, pour s'opposer en outre à la cokéfaction de la buse d'injection. Dans une réalisation favorable à la fabrication à l'extrémité frontale du manchon, du côté de la chambre à explosion, est fixée une pièce de fermeture munie d'un passage central pour les jets d'injection; l'extrémité du filament à incandescence située du côté de la chambre à explosion, est centré sur cette pièce, s'appuie sur elle et a un branchement; cette même pièce, par l'intermédiaire de l'élément isolant placé dans l'espace annulaire entre manchon et filament à incandescence supporte une autre pièce annulaire centrée sur l'autre extrémité du filament à incandescence, s'appuyant sur lui près du diaphragme et établissant la connexion électrique. L'avantage obtenu est que le filament à incandescence avec les pièces le supportant et se trouvant en contact avec lui, peut être réuni en un ensemble compact. Dans l'assemblage définitif, l'ensemble préfabriqué doit simplement être relié à l'arrivée du courant et au manchon et s'il y a lieu dans le manchon avec l'écrou tendeur de tuyère. Dans un autre développement de l'invention, l'élément à incandescence est pourvu d'extrémités qui sont brasées dans des alésages de la pièce de fermeture et dans la pièce annulaire, avec des alliages à haute température et l'élément isolant est un corps en céramique, qui est brasé avec la pièce de fermeture et la pièce annulaire par utilisation d'alliage actif, sans métallisation préalable de la surface. On obtient l'avantage d'une connexion exempte de vibrations du filament à incandescence et d'une fabrication encore simplifiée de l'ensemble à incandescence. D'autres améliorations sont caractérisées en ce que l'extrémité de l'élément à incandescence tournée vers l'injecteur n'a pas de contact avec le diaphragme et que l'élément isolant est un corps en céramique, qui est brasé avec la pièce de fermeture et la pièce annulaire par utilisation d'alliage actif, sans métallisation préalable de la surface. Trois exemples de réalisation de l'invention sont représentés sur dessin et expliqués plus en détails dans la description suivante: On montre: - à la figure 1 une coupe longitudinale agrandie de la zone terminale côté chambre d'explosion d'un injecteur et d'un ensemble à incandescence du premier exemple de réalisation, - aux figures 2 et 3 sur chacune, une coupe longitudinale similaire à celle de la figure 1, mais pour les exemples de réalisation 2 et 3. L'ensemble de la figure i a un injecteur 10, dont le corps d'injecteur est serré par un écrou 12 contre un porte-injecteur non représenté. L'injecteur est bloqué à l'aide de l'écrou 12 dans un alésage 14 de la tête de cylindre 16 du moteur, alésage qui après un épaulement annulaire 18 se convertit en un tronçon d'alésage 20 plus étroit, qui conduit à la chambre à explosion du moteur. Sur la paroi frontale, côté chambre d'explosion de l'écrou 12 est fixée une pièce additionnelle 22; entre celle-ci et l'épaulement annulaire 18 de la tête de cylindre 16 est encastrée une bague d'étanchéité isolant le tronçon d'alésage 20 de l'extérieur. L'injecteur est réalisé d'une façon connue comme injecteur d'étranglement à téton, duquel jaillissent les jets d'injection sous la forme d'un cône d'injection. A la suite de l'injecteur 10 est intercalé un filament à incandescence 30, qui dans l'exemple de réalisation de la figure i est constitué par la zone de chauffage d'un conducteur chauffant coaxial de forme- stable non protégé, qui passe dans la masse de l'écrou 12 et de la pièce additionnelle 22 et est bloqué dans l'espace intérieur de la pièce additionnelle 22. Le filament à incandescence 30 pourrait toutefois être constitué par n'importe quel autre élément conducteur chauffant, déjà projeté pour le but précédent. Le filament à incandescence 30 est entouré avec un jeu radial par la manchon 32, qui ne forme qu'une seule pièce avec la pièce additionnelle 22. Le manchon 32 délimite avec la paroi de l'alésage un espace annulaire 34 qui communique sans étranglement avec la chambre à explosion du moteur. Entre l'injecteur 10 et le filament à incandescence est placé, selon l'invention, un diaphragme 40, qui est muni d'un passage central 42 pour les jets d'injection 26. Le diaphragme 40 a un bord extérieur annulaire 44 qui est fixé sur la- pièce additionnelle 22 et est ajusté sur le fond de l'injecteur 10. Entre le diaphragme 40 et l'injecteur existe un espace annulaire 46, qui par les ouvertures 48 dans le bord annulaire 44 est en communication avec un espace annulaire 50 formé du manchon 32 et du filament à incandescence 30. Directement sous les ouvertures 48 du diaphragme 40, le manchon 32 est muni de passages radiaux 52, limités par des parois 52, 54, qui montent obliquement vers les ouvertures 58. Le passage central 42 du diaphragme 40 a un tronçon cylindrique 56, auquel se raccorde du côté de la chambre à explosion un tronçon s'évasant en forme de cône. Celui-ci est formé dans un prolongement 59 du diaphragme 40, dont une partie s'engage à l'intérieur du filament à incandescence 30. Le diaphragme 40 partage l'intérieur de la pièce à incandescence en un secteur formateur du jet et un secteur réchauffeur du jet. Le volume d'air aspiré par l'effet d'injecteur des jets d'injections 26, est, grâce au placement du diaphragme 40, en grande partie envoyé loin du filament à incandescence 30 vers le haut dans l'espace annulaire 46, o l'air atteind les zones de bord des jets d'injection. Les particules solides transportées dans l'air aspiré se déposent en amont des ouvertures 48 sur le bord annulaire extérieur fond d'injecteur loin de l'ouverture d'injecteur. Les gaz se répandant après la fin d'injection à travers le diaphragme 40 vers le fond d'injecteur sont comprimés dans le passage 52 du diaphragme 40, à l'occasion de quoi ils se séparent de leurs impuretés transportées, en particulier sur la paroi du tronçon conique 58. Dans la disposition de la figure 2, qui pour l'essentiel est en accord avec celle de la figure 1, est intercalé à la suite de l'injecteur 10, un filament à incandescence 30a, qui est formé d'un filament chauffant 60 en métal précieux et est supporté par une pièce de fermeture 62, qui est fixée à l'extrémité frontale côté chambre à explosion d'un manchon 32a. La pièce de fermeture 62 est pourvue d'un passage central 64 pour les jets d'injection 26, ainsi que d'un rebord axial 66, s'étendant jusqu'à un diaphragme 40a, qui est réalisé essentiellement comme le diaphragme 40 de la figure 1 et délimite comme celui-ci un espace annulaire 46 sur le fond de l'injecteur. Le rebord 66 porte sur son côté frontal un corps isolant 68 en céramique, en particulier en AL203 et reposant sur ce dernier une pièce annulaire métallique 70, à travers l'alésage central 72 duquel pénètre avec du jeu le prolongement axial 59a du diaphragme 40a. Le corps isolant 68 en céramique est brasé avec la pièce de fermeture 62 et la pièce annulaire 70 sans métallisation préalable des - surfaces, en utilisant un alliage actif. Le filament à incandescence 30a est muni de deux extrémités allongées, qui sont brasées par alliage à haute température dans des alésages de la pièce de fermeture 62 et de la pièce annulaire 70. La pièce de fermeture 62 et la pièce annulaire 70 sont munies d'épaulements radiaux pour le centrage et d'épaulements axiaux pour l'appui axial du filament à incandescence 30a. Une canalisation électrique 76 traversant l'injecteur 10 est brasée sur la pièce annulaire 70 et par celle-ci le contact est établi avec une extrémité 74b du filament à incandescence a, dont l'autre extrémité 74a est mise à la masse par la pièce de fermeture 62. L'élément à incandescence constitué du filament à incandescence a, de la pièce de fermeture 62, du corps isolant 68 et de la pièce annulaire 70 est concentré en une unité compacte, qui peut être fabriquée indépendamment des autres parties de l'installation et branchée. La soudure des extrémités de fil 74a, b dans les alésages des pièces 62, 70 donnent la garantie, que à peu près toutes les spires du fil vont devenir incandescentes en service. La mise en contact du fil à incandescence a avec la conduite 76 dans la pièce annulaire 70 est dans une large mesure exempte de vibration, donc le danger de rupture par fatigue est réduit. Dans la variante de la figure 3, une pièce de fermeture 62a est réalisée comme une pièce annulaire essentiellement plate, qui porte un corps isolant 68a en céramique en forme de douille, dont la longueur est déterminée, de façon que la pièce annulaire 70 entoure comme dans la réalisation de la figure 2 le prolongemient axial 59a du diaphragme 40a. R E V E N D I CATIONS 1') Dispositif pour l'injection de carburant dans la chambre à explosion d'un moteur à combustion interne à auto-allumage, avec un injecteur (10), avec un canal placé après son orifice d'injection, conduisant à la chambre à explosion, canal dans lequel est placé un filament à incandescence (30, 30a) muni d'un passage pour les jets d'injection de carburant et entouré à une certaine distance radiale d'un manchon (32) constituant au moins partiellement le canal, manchon qui délimite avec un alésage de la tête de cylindre du moteur menant dans la chambre à explosion un espace annulaire, qui par au moins un passage radial dans le manchon (32, 32a) est en communication avec au moins une ouverture d'aération débouchant dans le canal, par laquelle ouverture, les jets d'injection traversant au moins pour l'essentiel sans contact, le canal et le filament à incandescence aspirent par effet d'injecteur, de l'air de la chambre à explosion et en alimentent leurs zones de bord, caractérisé en ce que entre l'injecteur (10) et le filament à incandescence (30, 30a) est placé un diaphragme (40, a) pour les jets d'injection, lequel diaphragme dirige, au moins une partie de l'air aspiré dans le manchon (32, 32a) par les orifices radiaux (52) placés environ au niveau du diaphragme (40, 40a), à l'opposé du filament à incandescence (30, 30a) vers un espace annulaire (46) formé entre l'injecteur (10) et le diaphragme (40, 40a). 2') Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage central (42) du diaphragme (40, 40a) a un tronçon (58) s'élargissant en forme conique dans la direction de la chambre d'explosion. 3-) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tronçon (58) s'élargissant en forme conique est formé dans une rallonge axiale (59) du diaphragme (40, 40a) dont une partie pénètre à l'intérieur du filament à incandescence (30, 30a). 4') Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le passage central (42) du diaphragme (40, 40a) présente en amont du tronçon (58) s'élargissant en forme conique, un tronçon cylindrique (56). 5) Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diaphragme (40, 40a) recouvre toute la section transversale intérieure du manchon (32, 32a) et est pourvu d'ouvertures (48) placées près de la paroi intérieure de l'alésage du manchon (32, 32a). 6*) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les passages (52) dans le manchon (32, 32a) sont placés en dessous des ouvertures (48) dans le diaphragme (40, 40a) et sont délimitées par des parois (53, 54) montant de préférence obliquement vers ces ouvertures (48). 7') Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité de l'élément à incandescence (30, 30a) tournée vers l'injecteur (10) n'a pas de contact avec le diaphragme (40, 40a). 8') Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que à l'extrémité frontale du manchon (32a, figure 2), côté de la chambre à explosion, est fixée une pièce de fermeture (62) munie d'un passage central (64) pour les jets d'injection (26); l'extrémité du filament à incandescence (30a) située du côté de la chambre à explosion, centrée sur cette pièce, s'appuie sur elle et est branchée; cette même pièce, par l'intermédiaire de l'élément isolant (68, 68a) placé dans l'espace annulaire entre manchon (32a) et filament à incandescence supporte une pièce annulaire (70) centrée sur l'autre extrémité du filament à incandescence (30a), s'appuyant sur lui près du diaphragme (40a) et établissant le contact électrique. 9-) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément à incandescence (30a) est pourvu d'extrémités de filament (74a, 74b), qui sont brasées, dans des alésages dans la pièce de fermeture (62, 62a) et dans la pièce annulaire (70), avec des alliages à haute température. ) Dispositif selon une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'élément isolant (68, 68a) est un corps en céramique, qui est brasé avec la pièce de fermeture (62, 62a) et la pièce annulaire (70) par utilisation d'alliage actif, sans métallisation préalable de la surface.