Brevet FR2769342A1 — publié le 19990409

Injecteur pour moteur diesel à injection directe. La présente invention se rapporte à un injecteur pour moteur diesel à injectiOn directe par injecteur central vertical, comprenant plusieurs trous répartis sur la circonférence, et une aiguille dont l'ouverture permet l'injection du carburant dans la chambre de combustion par lesdits trous. L'un des problèmes qui se posent pour les moteurs diesel à injection directe par injecteur central vertical concerne l'instabilité des jets de l'injecteur d'un cycle d'injection à l'autre et les dispersions cycliques de quantités de carburant injectées. Les instabilités sont néfastes pour les émissions et les dispersions des quantités de carburant injectées génèrent des variations de pression dans le cylindre, néfastes pour la tenue mécanique du moteur. Sur les injecteurs connus de ce type, les trous ont tous le même diamètre et sont positionnés de façon régulière sur la circonférence de l'injecteur. Ainsi, sur un injecteur à cinq trous, le décalage angulaire entre deux trous consécutifs est de 72"et est le même pour les cinq trous, et sur un injecteur à six trous, le décalage est de 60 et est le même pour les six trous. Dans cette configuration, les efforts générés sur l'aiguille de l'injecteur par l'écoulement du carburant dans les différents trous s'équilibrent quand l'aiguille est centrée dans l'injecteur. Toutefois, compte tenu du positionnement régulier des trous sur la circonférence et des diamètres identiques des différents trous, la position centrée de l'aiguille correspond à un point d'équilibre instable. De ce fait, d'une injection à l'autre, l'aiguille peut prendre différentes positions, provoquant ainsi des variations dc débit et/ou de comportement des jets. Un autre problème concerne le recouvrement, à haut régime, des "traces" des jets des différents trous sur la paroi de la chambre de combustion, ces "traces" étant fonction de la déformation des jets par le mouvement tourbillonnaire, ("swirl") de l'air à son admission dans la chambre et de l'impact des jets sur la paroi de la chambre de combustion. Les problèmes de recouvrement des "traces" des jets des trous successifs d'un injecteur limitent l'augmentation de débit hydraulique qui serait désirable pour permettre d'améliorer les performances des moteurs (augmentation des puissances spécifiques) tout en limitant les émissions. La présente invention est basée sur la constatation surprenante que des dispositions allant à l'encontre des solutions adoptées jusqu'à présent permettent de résoudre d'une manière particulièrement simple les problèmes de dispersions cycliques des caractéristiques d'injection et de limitation du débit hydraulique des injecteurs. Suivant l'invention, dans le cas d'un injecteur pour moteur diesel à injection directe par injecteur central vertical, comprenant plusieurs trous répartis sur la circonférence, et une aiguille dont l'ouverture permet l'injection du carburant dans la chambre de combustion par lesdits trous, les trous de l'injecteur sont agencés de manière à créer sciemment, lors de l'ouverture de l'aiguille, une dissymétrie d'écoulement du carburant dans les différents trous de l'injecteur. Suivant un premier aspect de l'invention, les trous peuvent être répartis de façon non uniforme sur la circonférence de l'injecteur. Contrairement à la solution connue jusqu'à présent avec des trous positionnés de façon régulière sur la circonférence de l'injecteur, avec équilibre instable de l'aiguille en position centrée, la dissymétrie d'écoulement proposée suivant l'invention assure à l'aiguille, d'une injection à l'autre, une position d'équilibre stable avec une légère excentration de l'aiguille par rapport à l'axe de l'injecteur, permettant d'éviter ou pour le moins de réduire fortement les dispersions cycliques du comportement des jets et des quantités de carburant injectées. Dans le cadre de l'invention, cette répartition non uniforme peut porter sur tout ou partie des trous. Suivant un second aspect de l'invention, les trous peuvent présenter des diamètres différents. Cette solution qui peut être utilisée seule ou en combinaison avec une répartition non uniforme des trous sur la circonférence, vise plus particulièrement à éviter le recouvrement des "traces" des jets des trous consécutifs sur la paroi de la chambre de combustion. Un mode de réalisation qui permet plus particulièrement d'augmenter le débit hydraulique de l'injecteur, consiste dans le fait que sur la circonférence de l'injecteur, des trous de plus grand diamètre alternent avec des trous de plus petit diamètre. Cet agencement permet d'obtenir, sur la circonférence de la chambre de combustion, une alternance de traces longues produites par des jets émanant de trous de plus grand diamètre et de traces courtes produites par des jets émanant de trous de plus petit diamètre. Bien entendu, ce mode de réalisation n'est applicable qu'à des injecteurs comportant un nombre pair de trous. En se référant aux dessins schématiques annexés, on va décrire ci-après plus en détail plusieurs modes de réalisation de l'invention; sur les dessins la figure 1 représente les positions des jets d'un injecteur connu comportant cinq trous répartis régulièrement sur la circonférence; la figure 2 représente les positions des jets d'un injecteur conforme à l'invention à cinq trous répartis de façon non uniforme; la figure 3 représente la position des jets d'un injecteur connu à six trous répartis régulièrement; la figure 4 représente les positions des jets d'un injecteur conforme à l'invention à six trous répartis de façon non uniforme; la figure 5 est une vue schématique des jets et des traces d'un injecteur connu à cinq trous de même diamètre; la figure 6 est une vue schématique des jets et des traces d'un injecteur conforme à l'invention comprenant six trous de diamètres différents, à savoir, en alternance, des trous de plus grand et des trous de plus petit diamètre. Selon la figure 1, un injecteur 10 représenté schématiquement sous la forme d'un simple cercle, sans l'aiguille montée à l'intérieur du corps de l'injecteur, comporte cinq trous répartis uniformément sur sa circonférence, ces cinq trous produisant cinq jets référencés 1 à 5, le décalage angulaire entre deux trous consécutifs étant de 72" et étant le même pour les cinq trous. Dans cette configuration, les efforts générés sur l'aiguille non représentée par l'écoulement du carburant dans les différents trous s équilibrent quand l'aiguille est centrée dans l'injecteur, la position centrée de l'aiguille étant une position d'équilibre instable, du fait de la symétrie de l'écoulement entre les différents trous. L'injecteur 11 conforme à l'invention tel qu'illustré par la figure 2, comprend un corps d'injecteur qui présente également cinq trous produisant cinq jets 1 à 5. Cependant, les cinq trous sont ici répartis de façon non uniforme sur la circonférence. En l'occurence, les deux trous correspondant aux jets 2 et 3 sont décalés de 62", les trous correspondant aux jets 1 et 2, d'une part, et 3 et 4, d'autre part, sont décalés respectivement de 77 , et les trous correspondant aux jets 1 et 5 et 4 et 5 sont décalés respectivement de 72". L'aiguille non représentée étant ainsi soumise à un champ de pression dissymétrique lors de l'ouverture, elle adopte une position d'équilibre stable, correspondant à une légère excentration par rapport à l'axe de l'injecteur. La figure 3 illustre la situation pour un injecteur 12 connu dont le corps comporte six trous répartis à 600 les uns des autres, produisant six jets référencés 1 à 6. En comparaison, la figure 4 représente un injecteur 13 conforme à l'invention avec un corps comportant également six trous produisant six jets 1 à 6. Les trous produisant les jets 2 et 3 sont décalés de 50 , les trous produisant les jets 1 et 2 et les trous produisant les jets 3 et 4 sont décalés respectivement de 65 , et les trous produisant les jets 1, 6, 5 et 4 sont décalés respectivement de 60". Selon la figure 5, un injecteur 14 de type connu comporte cinq trous répartis à 72" les uns des autres, comme dans le cas de la figure 1. Les cinq trous sont de même diamètre et produisent cinq jets 1 à 5 qui, déformés par le mouvement tourbillonnaire ("swirl") de l'air introduit dans la chambre de combustion, produisent à leur impact sur la paroi 15 de la chambre de combustion des traces qui ne doivent pas se recouvrir à plein régime. Cela réduit le débit hydraulique de l'injecteur. A même nombre de trous, il n'est donc pas possible d'augmenter les performances du moteur par augmentation du débit hydraulique de l'injecteur, faute de quoi les traces des jets se recouvrent, d'où formation de fumées. Il n'est pas non plus possible d'augmenter le nombre de trous, par exemple de passer de cinq à six trous, en gardant à ces derniers le même diamètre, car cela entraînerait également un recouvrement des traces des six jets. La figure 6 représente le schéma d'une injection conforme à l'invention qui permet d'augmenter le débit hydraulique d'un injecteur, par accroissement du nombre de trous, sans recouvrement des traces des jets à haut régime. Ce résultat est obtenu par le fait que les trous successifs produisant les jets 1 à 6 présentent en alternance un grand diamètre (jets 1, 3 et 5) et un diamètre réduit (jets 2, 4 et 6). A titre d'exemple, comparativement à un injecteur 14 selon la figure 5 à cinq trous de 0,20 mm de diamètre, qui permet un débit hydraulique de 485 cm3/30 s sous une pression de 100 bars, un injecteur 16 selon la figure 6 avec six trous dont trois trous d'un diamètre de 0,20 mm et trois trous d'un diamètre de 0,18 mm, permet un débit hydraulique total de 533 cm3/30 s sous 100 bars, cela sans recouvrement des traces des six jets sur la paroi 15 de la chambre de combustion. Cela est dû au fait que les jets émis par les trous de plus petit diamètre subissent une déformation plus forte par le mouvement tourbillonnaire ("swirl") de l'air à son admission dans la chambre de combustion que les jets émis par les trous de grand diamètre, et que la trace résultant de l'impact des jets érnis par les trous de petit diamère est moins longue (dans le sens circonférentiel) que celle résultant de l'impact des jets émis par les trous de grand diamètre. Bien entendu, cette alternance de trous de grand diamètre et de petit diamètre implique l'utilisation d'un nombre pair de trous par injecteur. I1 est également possible, dans le cadre de l'invention, d'utiliser simultanément les deux solutions suivant l'invention, à savoir d'une part un décalage angulaire non uniforme des trous d'un injecteur et d'autre part une alternance de trous de diamètres différents. Par ailleurs, les modes de réalisation représentés et décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs. I1 serait ainsi possible, dans le cas de la répartition non uniforme des trous sur la circonférence de l'injecteur, de choisir par exemple un angle réduit (ou accru) entre deux trous successifs et un même angle accru (ou réduit) entre tous les autres trous. REVENDICATIONS 1. Injecteur pour moteur diesel à injection directe par injecteur central vertical, comprenant plusieurs trous répartis sur la circonférence, et une aiguille dont l'ouverture permet l'injection de carburant dans la chambre de combustion par lesdits trous, caractérisé par le fait que les trous de l'injecteur sont agencés de manière à créer, lors de l'ouverture de l'aiguille, une dissymétrie d'écoulement du carburant entre les différents trous de l'injecteur. 2. Injecteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les trous sont répartis de façon non uniforme sur la circonférence de l'injecteur. 3. Injecteur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la répartition non uniforme des trous ne porte que sur une partie des trous. 4. Injecteur suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que deux trous consécutifs au moins sont davantage rapprochés que les trous restants. 5. Injecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les trous présentent des diamètres différents. 6. Injecteur suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que des trous de plus grand diamètre alternent avec des trous de plus petit diamètre sur la circonférence de l'injecteur.