Brevet FR2759422A1 — publié le 19980814

INJECTEUR DE CARBURANT POUR MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE La présente invention concerne les injecteurs de carburant à l'état de fluide, et notamment liquide, destinés à injecter directement le carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à allumage commandé. Elle est applicable notamment à l'injection d'essence, mais elle peut également être adaptée à d'autres carburants liquides, tels que les carburants à base d'alcool et le gaz de pétrole liquéfié. On connaît déjà des injecteurs pour injection directe ayant un corps d'injecteur contenant une aiguille déplaçable axialement par des moyens à commande électrique (souvent constitués par un bobinage) et terminée par un élément d'obturation, souvent de forme hémisphérique, coopérant avec un siège de passage de carburant. L'aiguille est déplaçable entre une première position axiale où l'élément d'obturation s'appuie sur le siège et une position où il en est écarté. Les contraintes imposées à l'injecteur dans le cas d'une injection directe sont beaucoup plus élevées que dans le cas dune injection indirecte dans a tubulure. I1 faut à la fois limiter la profondeur de pénétration du jet de carburant, par exemple pour ne pas mouiller les parois de la chambre et assurer un mélange aussi intime que possible de l'air et du carburant pour une meilleure combustion, et cela alors que la durée allouée à l'injection de carburant est très faible. La présente invention vise notamment à fournir un injecteur de carburant du type ci-dessus défini répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce yu'il améliore le mélange airessence. Dans ce but, l'invention propose un injecteur de carburant dont le nez, qui s'ouvre dans la chambre de combustion, a une constitution particulière. Plus précisément, une chambre de mie en rotation du carburant autour de l'axe de lBinjecteur est interpose sur le trajet du carburant, en amont d'un trou axial de diffusion cwu carburant dans la chambre de combustion. L'effet de vortex ainsi réalisé a plusieurs conséquences. Le tourbillonnement du fluide vaporisé qui a traversé le trou de diffusion améliore le mélange airessence et allonge le trajet qui serait nécessaire pour que les particules puissent atteindre les parois. Dans un mode particulier de réalisation, la chambre de mise en rotation est placée en aval du siège délimitant le passage de combustible et elle peut alors être délimitée par une cuvette dont le fond est percé du trou de diffusion et par un générateur de vortex percé de passages répartis circonférentiellement autour de l'axe de l'injecteur, pouvant être parallèles à l'axe ou avoir une même inclinaison tangentielle par rapport à l'axe. Ces passages fractionnent le courant de combustible en des jets pouvant reconstituer approximativement une nappe hélicoidale. Le mouvement de rotation imposé aux particules se poursuit en aval du trou de diffusion. Dans un autre mode de réalisation, la chambre de mise en rotation est disposée en amont du siège de l'élément d'obturation ; elle peut alors être constituée notamment par une zone annulaire étroite débouchant à l'intérieur du siège, autour de l'élément d'obturation, alimenté en carburant par plusieurs entrées tangentielles. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre dexem- ples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un injecteur auquel peut s'appliquer l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale, à grande échelle, d'un injecteur ayant la constitution générale de la figure l, conforme à cn fliemier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective d'un générateur de vortex utilisable dans le mode de réalisation de la figure 2, - les figures 4 et 5 sont respectivement une vue de dessus et une vue de dessous du générateur de vortex de la figure 3, - la figure 6 est une vue en coupe suivant les lignes VI-VI des figures 4 et 5, - la figure 7 montre une variante de réalisation de la cuvette du dispositif de la figure 2. - la figure 8 montre la partie terminale d'un injecteur selon un autre mode encore de réalisation, en coupe longitudinale sur la ligne VIII-VIII de la figure 9, - la figure 9 est une vue en coupe suivant la ligne IX IX de la figure 8. L'injecteur dont la constitution générale est montrée en figure 1 comporte un corps 10 à l'intérieur duquel se trouve un équipage mobile ayant une aiguille 12 déplaçable axialement par une bobine 14. L'équipage mobile pourrait aussi bien être commandé électriquement par d'autres moyens, par exemple par un empilement de pastilles piézo-électriques ou même commandé par pression de fluide. L'équipage mobile comprend un embout 16 d'amenée de carburant. Le corps délimite, autour de l'aiguille 12, un passage annulaire de circulation 16 dans lequel le carburant pénètre par des trous 18. L'aiguille porte, à son extrémité, un élément d'obturation 20, souvent de forme hémisphérique. Cet élément d'obturation coopère avec un siège 22. La surface du siège sur laquelle porte l'élément d'obturatin est généralement tronconique si l'élément d'obturation est de forme sphérique (figure 2). Le carburant arrive au-dessus du siège, autour de l'élément d'obturation, par des orifices percés dans une bague de guidage 23. Dans le mode de réalisation montré en figure 2, une chambre de mise en rotation est placée en aval du siège 22. Elle est délimitée par une cuvette 24 dont le fond est percé d'un trou axial 26 de diffusion de combustible et par un générateur de vortex 28 placé dans la cuvette. Le générateur de vortex peut avoir la constitution montrée en figures 3 à 6. Dans ce cas, il comporte un fond cylindrique 28 destiné à être fixé dans un alésage de la cuvette, terminé par un dégagement 32. Le fond 28 peut être fileté et vissé, ou bien emmanché. Le fond 28 comporte également plusieurs saillies régulièrement réparties 34, au nombre de quatre dans le mode de réalisation illustré, destinées à venir s'appuyer contre le fond de la cuvette 24. Dans la pratique, il y aura au moins deux passages et généralement six au plus. Les passages de générateur de vortex sont délimités chacun par une paroi d'une ouverture 36 du fond du générateur et par une portion d'une saillie 34. Les ouvertures sont en forme de secteur d'anneau cylindrique par exemple. Chacune est délimitée par deux parois cylindriques concentriques et par deux faces planes droites ou inclinées dans le sens tangentiel, comme le montre la figure 4. Une inclinaison tangentielle d'une dizaine de degrés peut suffire pour garantir un mouvement tourbillonnaire du fluide pulvérisé par passage à travers le trou axial 26. La constitution qui vient d'être décrite ne complique pas notablement le montage par rapport à un injecteur classique. Le générateur de vortex peut etre fixé au siège par soudage laser. L'ensemble ainsi constitué peut être également fixé au nez 38 du corps de l'injecteur par un soudage laser en 40. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. Par exemple, la cuvette 24 peut avoir la forme montrée schématiquement en figure 7. Elle se différencie de celle montrée en figure 2 par la présence d'un chambrage inférieur 42 réduisant la longueur du trou de pulvérisation (26) et améliorant la pulverisation et permettant d'obtenir des caractéristiques spécifiques. Par ailleurs, la chambre de mise en rotation peut être disposée en amont du siège et dans ce cas elle pourra par exemple être constituée par un disque percé d'ouvertures pouvant avoir une pente tangentielle, remplaçant l'élément 23 de la figure 2. Cette chambre peut également être constituée par un espace annulaire muni d'entrées tangentielles de carburant. Une constitution de ce genre est montrée sur les figures 8 et 9, où les éléments correspondant à ceux déjà représentés sont désignés par le même numéro de référence. Le siège 22 est fixé au nez 38 du corps de 1'injecteur. I1 sert d'appui à un disque 46. Dans la face supérieure du siège, au-dessus de la circonférence d'appui de l'élément d'obturation 20, est ménagée une zone annulaire étroite 48 entre l'aiguille 12 et un alésage du siège. Dans cette zone débouchent plusieurs entrées tangentielles de carburant 50, alimentées par des entrées autour du disque 46. REVENDICATIONS 1. Injecteur de carburant pour injection directe dans une chambre de combustion de moteur à allumage commandé, comprenant un corps d'injecteur (10) contenant une aiguille (12) déplaçable axialement, par exemple par des moyens à commande électrique (14), et terminée par un élément d'obturation (20) coopérant avec un siège (22) de passage du carburant, ladite aiguille étant déplaçable entre une première position axiale dans laquelle l'élément d'obturation s'appuie sur le siège et une seconde position où l'élément d'obturation est écarté du siège, caractérisé en ce qu'une chambre de mise en rotation du carburant autour de l'axe est interposée sur le trajet du carburant en amont d'un trou axial (26) de diffusion dans la chambre de combustion. 2. Injecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de mise en rotation est placée en aval du siège (22) et est délimitée par une cuvette (24) dont le fond est percé du trou de diffusion (26) et par un générateur de vortex (28) percé de passages répartis circonférentiellement autour de l'axe de l'injecteur. 3. Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les passages sont orientés parallèlement à l'axe. 4. Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les passages ont tous une inclinaison tangentielle de même sens par rapport à l'axe. 5. Injecteur suivant la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdits passages sont définis chacun par les parois d'une ouverture (36) d'un fond en forme de disque (30) du générateur de vortex et par une saillie (34) du fond du générateur, qui est parallèle à l'axe et dirigée vers le fond de la cuvette et s'appuie sur elle. 6. Injecteur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le générateur de vortex comporte au moins deux passages en forme de secteurs d'anneau cylindrique. 7. Injecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre de mise en rotation est disposée en amont du siège et comporte des entrées tangentielles de carburant.