Brevet FR2772645A1 — publié le 19990625

BUSE DE PULVERISATION A PLAQUETTE RAPPORTEE La présente invention concerne les buses de pulvérisation de liquide, susceptibles d'être utilisées dans les applications les plus diverses telles que par exemple des pompes de pulvérisation, des vaporisateurs, des gicleurs pour brûleurs de combustion, des injecteurs de moteurs à combustion interne. L'invention s'applique plus particulièrement aux buses de pulvérisation dans lesquelles le liquide à pulvériser est amené dans une chambre centrale de tourbillonnement par des canaux d'admission de fluide injectant tangentiellement le liquide qui sort ensuite de la chambre centrale de tourbillonnement par un passage coaxial de sortie. Les buses de pulvérisation à chambre centrale de tourbillonnement assurent généralement une bonne pulvérisation du liquide. Ces buses sont habituellement réalisées en métal, par des procédés d'usinage traditionnels, et comportent le plus souvent un corps creux de buse, avec une paroi externe périphérique d'axe longitudinal, et avec une paroi externe antérieure radiale munie d'un trou axial de sortie pour l'écoulement du flux de sortie de fluide. La chambre centrale de tourbillonnement est limitée par une paroi périphérique de révolution d'axe longitudinal, par une paroi antérieure à passage coaxial de sortie, et par une paroi postérieure. La paroi antérieure à passage coaxial de sortie est formée par ladite paroi externe antérieure radiale, perpendiculaire à l'axe longitudinal. Au moins un canal d'admission de fluide est prévu dans la paroi périphérique, ouvert dans la chambre centrale de tourbillonnement, et conformé pour l'écoulement du flux d'entrée de fluide et pour injecter tangentiellement le fluide dans la chambre centrale de tourbillonnement. Dans leurs applications, les buses de pulvérisation produisent un flux de sortie sous forme de liquide pulvérisé en fines gouttelettes, le flux étant généralement conique selon l'axe longitudinal, et les gouttelettes se répartissant dans le cône de façon aléatoire. Dans une production industrielle de buses de pulvérisation par usinage de métaux, on constate une grande dispersion des paramètres principaux du flux de sortie, à savoir la taille des gouttelettes, la valeur de l'angle de sortie, et le spectre de répartition des gouttelettes dans le cône. Les dispersions des caractéristiques du flux de sortie entraînent des difficultés considérables lors de l'utilisation des buses de pulvérisation. En particulier, cela conduit à une augmentation aléatoire du taux en oxyde de carbone et du taux d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement, à une diminution du rendement de combustion, et à un encrassement des parois d'échange thermique environnant la zone de combustion. L'invention résulte de l'observation selon laquelle les dispersions des paramètres de flux de sortie du liquide sont dues à une dispersion des dimensions des canaux d'admission de fluide, et surtout de la chambre centrale de tourbillonnement. I1 n'est pas économiquement envisageable de réduire ces dispersions de dimensions avec les méthodes de fabrication traditionnelles d'usinage des pièces métalliques constituant les buses de pulvérisation connues, car cela nécessiterait une grande précision d'usinage qui n'est pas économiquement réalisable, surtout dans le cas de buses de pulvérisation de taille réduite. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de buse de pulvérisation à chambre centrale de tourbillonnement qui puisse être fabriquée de façon économique et précise en mettant en oeuvre des techniques de grande précision, de façon que les canaux d'admission de fluide et la chambre centrale de tourbillonnement soient dimensionnés de façon précise et répétitive. L'invention vise en particulier à réaliser de telles buses de pulvérisation de petites dimensions, dans lesquelles les canaux d'admission de fluide et la chambre centrale de tourbillonnement sont de taille réduite, de sorte que les précisions dimensionnelles nécessaires conduisent à des précisions absolues de l'ordre de quelques microns seulement. Un autre problème proposé par l'invention, dans certains modes de réalisation, est d'éviter les risques de dégradation de la buse de pulvérisation en cas de solidification au froid du fluide contenu dans la buse de pulvérisation. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, l'invention prévoit une buse de pulvérisation ayant - un corps creux de buse avec une paroi externe périphérique d'axe longitudinal et avec une paroi externe antérieure radiale munie d'un trou axial de sortie, - une chambre centrale de tourbillonnement limitée par une paroi périphérique de révolution d'axe longitudinal, par une paroi antérieure à passage coaxial de sortie, et par une paroi postérieure, - au moins un canal d'admission de fluide dans la paroi périphérique, ouvert dans la chambre centrale de tourbillonnement et conformé pour injecter tangentiellement le fluide dans la chambre centrale de tourbillonnement, et dans laquelle - le trou axial de sortie de la paroi externe antérieure radiale est surdimensionné, - les parois périphérique et antérieure au moins de la chambre centrale de tourbillonnement, le passage coaxial de sortie, et ledit au moins un canal d'admission de fluide sont formés par des rainures et évidements réalisés avec précision dans au moins une plaquette antérieure rapportée dans le corps creux de buse Selon un mode de réalisation avantageux, la buse de pulvérisation selon l'invention comprend un noyau postérieur adapté dans le corps creux de buse, avec des canaux périphériques d'amenée de fluide, et avec une face antérieure repoussant ladite au moins une plaquette antérieure rapportée vers ladite paroi externe antérieure radiale du corps creux de buse. Selon une réalisation avantageuse, la buse de pulvérisation comprend une plaquette antérieure rapportée en appui contre la face postérieure de la paroi externe antérieure radiale du corps creux de buse, et percée d'un trou axial constituant le passage axial de sortie. Selon une première alternative, la plaquette antérieure est munie de rainures postérieures formant ledit au moins un canal d'admission de fluide, et est munie d'un évidement postérieur axial constituant la chambre centrale de tourbillonnement, le noyau postérieur limitant par sa face antérieure ledit au moins un canal d'admission de fluide et ladite chambre centrale de tourbillonnement. En complément ou en alternative, le noyau postérieur comprend un corps postérieur de noyau, retenu dans le corps creux de buse par des moyens de fixation, et une plaquette postérieure maintenue par le corps postérieur de noyau en appui contre la plaquette antérieure pour former la paroi postérieure de chambre centrale de tourbillonnement et pour limiter vers l'arrière ledit au moins un canal d'admission de fluide. De préférence, les plaquettes antérieure et postérieure sont munies, sur leurs faces d'appui respectives, de moyens de centrage assurant le centrage des plaquettes l'une par rapport à 1 autre. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue de côté partielle en coupe longitudinale d'une buse de pulvérisation selon un mode de réalisation particulier de l'invention - la figure 2 est une vue de la face postérieure d'une plaquette antérieure selon le mode de réalisation de la figure 1 - la figure 3 est une vue de côté partielle en coupe longitudinale d'une buse de pulvérisation selon un second mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 4 est une vue de la face postérieure de la plaquette antérieure du mode de réalisation de la figure 3. Dans tous les modes de réalisation illustrés sur les figures, une buse de pulvérisation selon la présente invention comprend un corps creux de buse 1, par exemple un corps cylindrique creux, limité par une paroi externe périphérique 2 d'axe longitudinal I-I et de révolution, et fermé par une paroi externe antérieure radiale 3 munie d'un trou axial de sortie 4. Un noyau postérieur 5 est adapté dans le corps creux de buse 1, avec des canaux périphériques 6 et 7 d'amenée de fluide jusqu'à une chambre annulaire périphérique 8. On prévoit une possibilité d'accès entre le noyau postérieur 5 et la paroi externe antérieure radiale 3, soit en prévoyant une paroi externe antérieure radiale 3 rapportée, soit en prévoyant un noyau postérieur 5 rapporté. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le noyau postérieur 5 est rapporté dans le corps creux de buse 1. La buse de pulvérisation selon l'invention comprend en outre une chambre centrale de tourbillonnement 9, limitée par une paroi périphérique 10 de révolution d'axe longitudinal I-I, par une paroi antérieure 11 à passage coaxial de sortie 12 pour conduire le flux de sortie de fluide, et par une paroi postérieure 13. La chambre centrale de tourbillonnement 9 est raccordée à la chambre annulaire périphérique 8 par au moins un canal d'admission de fluide 14, ouvert dans la chambre centrale de tourbillonnement 9, et conformé pour conduire le flux d'entrée de fluide et pour injecter tangentiellement le fluide dans la chambre centrale de tourbillonnement 9, par exemple selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe I-I longitudinal. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le trou axial de sortie 4 de la paroi externe antérieure radiale 3 est surdimensionné, c'est-à-dire de dimension supérieure au passage coaxial de sortie 12 de la buse de pulvérisation. Les parois périphérique 10 et antérieure 11 de la chambre centrale de tourbillonnement 9, le passage coaxial de sortie 12 et ledit au moins un canal d'admission de fluide 14 sont formés par des rainures et évidements réalisés avec précision dans une plaquette antérieure 15 rapportée dans le corps creux de buse 1. La plaquette antérieure 15 rapportée est en appui contre la face postérieure de la paroi externe antérieure radiale 3 du corps creux de buse 1, et est percée d'un trou axial constituant le passage coaxial de sortie 12. La plaquette antérieure 15 est munie de rainures postérieures formant ledit au moins un canal d'admission de fluide 14, et est munie d'un évidement postérieur axial constituant la chambre centrale de tourbillonnement 9. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, la plaquette antérieure 15 est munie d'une pluralité de canaux d'admission, par exemple de trois rainures postérieures 14, 14a et 14b constituant trois canaux d'admission régulièrement répartis en périphérie de la chambre centrale de tourbillonnement 9. En se référant à nouveau à la figure 1, on voit que le noyau postérieur 5 limite, par sa face antérieure 16, ledit au moins un canal d'admission de fluide 14 et ladite chambre centrale de tourbillonnement 9. Dans ce cas, la face antérieure 16 du noyau postérieur 5 peut être plane. On a toutefois illustré, sur cette figure 1, un noyau postérieur 5 ayant un creux postérieur 17 axial, en regard du passage coaxial de sortie 12, prolongeant vers l'arrière la chambre centrale de tourbillonnement 9 en ayant une section transversale plus faible que la chambre de tourbillonnement 9. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le centrage de la plaquette antérieure 15 dans le corps creux de buse 1 est assuré par la périphérie de la plaquette antérieure 15 qui vient s'engager à jeu faible ou nul dans l'alésage cylindrique limité par la paroi externe périphérique 2 du corps creux de buse 1. En alternative, la plaquette antérieure 15 peut comporter, sur sa face antérieure, une nervure circulaire coaxiale formant une lèvre entourant le passage coaxial de sortie 12, ladite nervure étant engagée dans le trou axial de sortie 4 de la paroi externe antérieure radiale 3 du corps creux de buse 1 pour assurer son centrage. La plaquette antérieure 15 est pressée entre la paroi externe antérieure radiale 3 et le noyau postérieur 5, qui est luimême tenu dans le corps creux de buse 1 par des moyens de fixation non représentés. Dans le second mode de réalisation illustré sur la figure 3, le noyau postérieur 5 comprend un corps postérieur de noyau 5a, retenu dans le corps creux de buse 1 par des moyens de fixation non représentés, et une plaquette postérieure 5b maintenue par le corps postérieur de noyau 5a en appui contre la plaquette antérieure 15. Ainsi, la plaquette postérieure 5b forme la paroi postérieure 13 de chambre centrale de tourbillonnement 9 et limite vers l'arrière ledit au moins un canal d'admission de fluide 14. La plaquette antérieure 15 comporte, comme dans le mode de réalisation de la figure 1, les évidements et rainures constituant la chambre centrale de tourbillonnement 9 et ledit au moins un canal d'admission de fluide 14. Dans ce mode de réalisation de la figure 3, la plaquette postérieure 5b comporte, selon l'axe longitudinal, un trou axial constituant ledit creux postérieur à section transversale plus faible que la chambre centrale de tourbillonnement 9, prolongeant ladite chambre centrale de tourbillonnement 9 vers l'arrière. On prévoit avantageusement que les plaquettes antérieure 15 et postérieure 5b sont munies, sur leurs faces d'appui respectives, de moyens de centrage pour assurer leur centrage l'une par rapport à l'autre. De tels moyens de centrage peuvent être constitués de moyens d'engagement mâles - femelles ménagés en des positions respectives sur les deux plaquettes. Dans la mesure où les plaquettes peuvent être réalisées par des moyens de fabrication précis, il est important que les moyens de centrage soient également prévus sur les plaquettes elles-mêmes. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, ainsi que sur la figure 4, on prévoit trois canaux d'admission de fluide 14, 14a et 14b reliant la chambre centrale de tourbillonnement 9 à une chambre annulaire coaxiale intermédiaire commune 18, elle-même reliée à la chambre annulaire périphérique 8 et aux canaux périphériques 6 et 7 d'amenée de fluide par une pluralité de canaux intermédiaires 19, 19a et 19b injectant tangentiellement le fluide dans la chambre annulaire coaxiale commune 18 de façon à faire tourner le fluide dans le sens opposé de sa rotation dans la chambre centrale de tourbillonnement 9. Les deux plaquettes 15 et 5b sont pressées l'une et l'autre entre la paroi externe antérieure radiale 3 et le corps postérieur de noyau 5a. Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, la plaquette antérieure 15 est centrée dans le corps creux de buse 1 par sa périphérie venant s'engager à jeu faible ou nul dans l'alésage cylindrique limité par la paroi externe péripliérique 2. En alternative, le centrage pourrait être assuré par la périphérie de la plaquette postérieure 5b engagée dans la paroi externe périphérique 2. On peut concevoir un autre mode de réalisation à deux plaquettes dans lequel la plaquette antérieure 15 a la même forme que celle décrite dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, constituant un système d'amenée de fluide à un étage, c'est-à-dire dépourvu de chambre annulaire intermédiaire commune 18. On peut également concevoir un autre mode de réalisation à deux plaquettes dans lequel les canaux d'amenée de fluide sont réalisés par des rainures prévues non pas sur la plaquette antérieure 15, mais sur la plaquette postérieure 5b, ou sur les deux plaquettes 15 et 5b. Selon un autre mode de réalisation, on peut prévoir un élément élastique engagé entre la plaquette postérieure 5b et le corps postérieur de noyau 5a, pour autoriser une dilatation réversible sous contrainte dudit au moins un canal d'admission de fluide 14 et de ladite chambre centrale de tourbillonnement 9. On pourra naturellement prévoir un nombre de canaux d'admission différent de 1 ou de 3 ou plus, et un nombre d'étages différent de 1 ou 2. Le passage coaxial de Sortie 12 peut avantageusement être un tronçon de cône dont le demi-angle au sommet est compris entre 0 et 30, et converge vers la sortie. Grâce à la structure particulière de buse selon l'invention, avec des plaquettes 15 et/ou Sb rapportées entre un corps creux de buse 1 et un noyau postérieur 5, on peut séparer la réalisation des pièces extérieures (corps creux de buse 1 et noyau postérieur 5) assurant la tenue mécanique de la buse, et des pièces intérieures (plaquette antérieure 15 et/ou plaquette postérieure 5b) définissant les dimensions des canaux d'admission de fluide tels que le canal 14, de la chambre centrale de tourbillonnement 9, et du passage coaxial de sortie 12. Il est alors possible de réaliser la plaquette antérieure 15 et/ou la plaquette postérieure 5b en un matériau différent de celui constituant les pièces extérieures 1 et 5, et selon des méthodes de fabrication différentes, pennertant une grande précision de réalisation de ia chambre centrale de tourbillonnement 9, du passage coaxial de sortie 12, et des canaux d'admission de fluide tels que le canal 14. On peut ainsi réaliser de façon énonomique des canaux d'admission de fluide tels que le canal 14, et une chambre centrale de tourbillonnement 9 à passage coaxial de sortie 12 dont les dimensions sont très précises, assurant une reproductibilité satisfaisante des caractéristiques du jet pulvérisé de fluide en sortie. Il est particulièrement avantageux et économique d'utiliser une plaquette telle que la plaquette antérieure 15 généralement plane, de sorte que les canaux d'admission de fluide tels que le canal 14 sont parallèles à la face postérieure de plaquette antérieure 15. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Buse de pulvérisation ayant - un corps creux de buse (1) avec une paroi externe périphérique (2) d'axe longitudinal (I-I) et avec une paroi externe antérieure radiale (3) munie d'un trou axial de sortie (4), - une chambre centrale de tourbillonnement (9) limitée par une paroi périphérique (10) de révolution d'axe longitudinal (I-I), par une paroi antérieure (11) à passage coaxial de sortie (12), et par une paroi postérieure (13), - au moins un canal d'admission de fluide (14) dans la paroi périphérique (10), ouvert dans la chambre centrale de tourbillonnement (9) et conformé pour injecter tangentiellement le fluide dans la chambre centrale de tourbillonnement (9), caractérisée en ce que - le trou axial de sortie (4) de la paroi externe antérieure radiale (3) est surdimensionné, - les parois périphérique (10) et antérieure (11) au moins de la chambre centrale de tourbillonnement (9), le passage coaxial de sortie (12), et ledit au moins un canal d'admission de fluide (14) sont formés par des rainures et évidements réalisés avec précision dans au moins une plaquette antérieure (15) rapportée dans le corps creux de buse (1). 2 - Buse de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un noyau postérieur (5) adapté dans le corps creux de buse (1), avec des canaux périphériques (6, 7) d'amenée de fluide, et avec une face antérieure (16) repoussant ladite au moins une plaquette antérieure (15) rapportée vers ladite paroi externe antérieure radiale (3) du corps creux de buse (1). 3 - Buse de pulvérisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une plaquette antérieure (15) rapportée en appui contre la face postérieure de la paroi externe antérieure radiale (3) du corps creux de buse (1), et percée d'un trou axial constituant le passage coaxial de sortie (12) 4 - Buse de pulvérisation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la plaquette antérieure (15) est munie de rainures postérieures (14, 14a, 14b) formant ledit au moins un canal d'admission de fluide (14), et est munie d'un évidement postérieur axial constituant la chambre centrale de tourbillonnement (9), le noyau postérieur (5) limitant par sa face antérieure (16) ledit au moins un canal d'admission de fluide (14) et ladite chambre centrale de tourbillonnement (9). 5 - Buse de pulvérisation selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que le noyau postérieur (5) comprend un corps postérieur de noyau (Sa), retenu dans le corps creux de buse (1) par des moyens de fixation, et une plaquette postérieure (5b) maintenue par le corps postérieur de noyau (5a) en appui contre la plaquette antérieure (15) pour former la paroi postérieure (13) de chambre centrale de tourbillonnement (9) et pour limiter vers l'arrière ledit au moins un canal d'admission de fluide (14). 6 - Buse de pulvérisation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les plaquettes antérieure (15) et postérieure (5b) sont munies, sur leurs faces d'appui respectives, de moyens de centrage assurant le centrage des plaquettes (15, 5b) l'une par rapport à l'autre. 7 - Buse de pulvérisation selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la plaquette postérieure (5b) comprend, selon l'axe longitudinal (I-I), un creux postérieur (17) à section transversale plus faible que la chambre centrale de tourbillonnement (9). 8 - Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'un élément élastique est engagé entre la plaquette postérieure (5b) et le corps postérieur de noyau (5a), pour autoriser une dilatation réversible sous contrainte dudit au moins un canal d'admission de fluide (14) et de ladite chambre centrale de tourbillonnement (9). 9 - Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de canaux d'admission (14, 14a, 14b) régulièrement répartis en périphérie de la chambre centrale de tourbillonnement (3) 10 - Buse de pulvérisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les canaux d'admission (14, 14a, 14b) relient la chambre centrale de tourbillonnement (9) à une chambre annulaire coaxiale intermédiaire commune (18) elle-même reliée à une chambre annulaire périphérique (8) par une pluralité de canaux intermédiaires (19, 19a, 19b) injectant tangentiellement le fluide dans la chambre annulaire coaxiale commune (18) de façon à faire tourner le fluide dans le sens opposé de sa rotation dans la chambre centrale de tourbillonnement (9).