Brevet FR2782751A1 — publié le 20000303

INJECTEUR DE CARBURANT FLUIDE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne les injecteurs de carbu- rant 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 dépla- able 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 o l'élément d'obturation s'appuie sur le siège et une position o 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 d'une injection indirecte dans la tubulure. Il 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. Pour obtenir ce résultat, on a déjà cherché à donner au carburant un mouvement tourbillonnaire. La demande de brevet FR 98 00554 décrit un injecteur comportant une chambre de mise en rotation du carburant autour de l'axe de l'élément d'obturation, située en amont du siège et délimitée entre plusieurs éléments. La présente invention vise notamment à fournir un injecteur de carburant répondant mieux que ceux antérieure- ment connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il provoque la mise en rotation du carburant à l'aide de moyens de réalisation simple, cependant très efficaces. Elle vise notamment à réduire le volume "mort" occupé par du carburant qui est injecté au début de l'ouverture de l'aiguille sans être mis en rotation. Dans ce but, l'invention propose un injecteur compor- tant un élément monobloc fixé dans la partie aval du corps, dans lequel sont ménagés le siège, le trou de diffusion et un alésage de guidage coulissant de l'aiguille, le dit élément ayant une forme de diabolo pour définir avec la dite partie aval du corps une chambre d'amenée de carburant présentant des perçages faisant communiquer la chambre avec le dit alésage immédiatement en amont du siège et débou- chant tangentiellement dans l'alésage, et des passages d'alimentation de la chambre. L'espace mort est aussi limité à la zone annulaire de faible volume située entre la partie cylindrique de l'aiguille et la ligne circulaire d'appui sur le siège. De plus, l'utilisation de perçages à section circu- laire, habituellement au nombre de deux à dix, présente l'avantage d'une perte de charge réduite, la section circulaire étant celle qui présente le rayon hydraulique le plus élevé à section donnée. Les perçages peuvent être dans un plan orthogonal à l'axe de l'aiguille. Il est cependant possible de les incliner d'amont en aval. Cette possibilité donne un degré de liberté qui s'ajoute à ceux sur le nombre et le diamètre des perçages. Une même ébauche décolletée peut ainsi être adaptée à des injecteurs différents. 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 d'exemples 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 est appliquée l'invention; - la figure 2 est une vue en élévation et en demi-coupe de l'élément monobloc de l'injecteur montré en figures 1 et 2; - la figure 3 est une vue de dessus du guide de la figure 2; - les figures 4 et 5 sont des vues en coupe suivant les lignes IV-IV et V-V de la figure 3; - la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI- VI de la figure 2. L'injecteur dont la constitution générale est montrée en figure 1 comporte un corps 10, en plusieurs pièces assemblées à l'intérieur duquel se trouve une aiguille 12 déplaçable axialement par une bobine 14. Pour cela, l'aiguille est fixée à un anneau 16 en matériau ferro- magnétique. L'aiguille pourrait aussi bien être commandée électriquement par d'autres moyens, par exemple par un empilement de pastilles piézo-électrique, ou même être commandée par pression de fluide. Dans la partie terminale 18 du corps 10 est ménagée un alésage 20 de guidage de renflements 22 de l'aiguille 12. L'alésage 20 est raccordé par un épaulement 24 à un cham- brage 26 auquel est fixé un élément monobloc 28. Dans le cas illustré sur la figure 1, l'élément 28 est fixé par une soudure circulaire 32, réalisée par laser ou par faisceau d'électrons. L'élément 28 constitue un guide pour l'aiguille. Dans ce but, il est percé d'un alésage 42 de diamètre tel que l'aiguille 12 puisse y glisser à frottement doux. Cet alésage débouche au-dessus d'une portée d'aiguille, entourant l'entrée d'un trou de diffusion 30. L'élément d'obturation de l'injecteur est constitué, dans le cas illustré, par l'extrémité de l'aiguille 12. La portée sur laquelle s'appuie l'aiguille est par exemple de forme conique, alors que l'extrémité de l'aiguille pré- sente, dans sa zone d'appui, une forme de segment sphé- rique. La pointe de la partie terminale de l'aiguille peut être conique, pour réduire le risque de cavitation. Un ressort 34 comprimé entre la face arrière de l'ai- guille 12 et un embout 36, dont la position est ajustable dans un but de réglage, tend à appuyer l'aiguille 12 contre la portée. La bobine 14 permet de déplacer l'aiguille, contre l'action du ressort 34, dans une limite fixée par la venue en butée de l'anneau 16 contre un manchon fixe 38, qui peut être constitué en matériau ferro-magnétique pour compléter le circuit magnétique de commande. L'élément monobloc 28 sera généralement constitué en acier et fabriqué par décolletage, usinage de ses passages internes, polissage (par exemple électrochimique) et traitement de surface ou à coeur. Etant donné son caractère monobloc, on peut obtenir une précision élevée sur la localisation relative de ses différentes surfaces. L'élément 28 a une forme générale de diabolo. Entre ses parties terminales amont et aval, de diamètre tel que l'élément s'engage à frottement doux dans le chambrage 26, est ménagée une gorge 40 (figure 2). Dans sa partie amont sont découpées plusieurs rainures d'alimentation obliques 44, au nombre de quatre dans le cas illustré, qui débou- chent dans la gorge 40. Un chanfrein tronconique peut être prévu entre la face plane amont de l'élément 28 et sa partie cylindrique pour plus de progressivité. La gorge 40 communique avec le trou 42 par des perçages 46 à section circulaire, également répartis angulairement, au nombre de deux dans le cas illustré. Ces perçages sont orientés de façon à déboucher tangentiellement dans le trou 42, dans l'intervalle annulaire qui reste libre entre la ligne d'appui de l'aiguille sur sa portée et la partie cylindrique de l'aiguille, lorsque l'aiguille est appliquée sur la portée. Pratiquement, les perçages déboucheront en général juste au-dessus de la portée (figures 4 et 5). La présence de la gorge 40 réduit la longueur des perçages 46, qui doivent cependant conserver une longueur suffisante pour provoquer la mise en rotation du carburant en amont de la portée. Pour ne pas donner une longueur excessive aux perçages, le rapport entre le diamètre de la gorge 40 et celui de l'alésage 42 sera généralement d'environ 2. Dans la pratique, on donnera généralement aux perçages une longueur supérieure à leur diamètre. Le volume mort entre le débouché des perçages et le siège est très faible, de sorte qu'il y a peu de carburant pulvérisé grossièrement, sans effet de vortex. On voit que le trajet d'arrivée du carburant en amont de la portée d'aiguille comprend successivement: - un jeu annulaire entre l'aiguille 12 et la paroi interne de la partie terminale 18, - les rainures 44 et la gorge 40, - les perçages 46, au nombre de deux à dix. La disposition qui vient d'être décrite présente de nombreux avantages. L'amenée de combustible s'effectue de façon parfaitement symétrique, du fait du centrage de l'élément 28 dans le chambrage 26. Les caractéristiques de débit de l'injecteur peuvent être modifiées de façon très simple, en prévoyant simplement plusieurs jeux différents de perçages 46 et/ou de diamètres de trou de pulvérisa- tion 30. En effet, le jeu annulaire n'a pas d'effet appréciable sur le débit que peut fournir l'injecteur. Au lieu d'être placés dans un plan orthogonal à l'axe, les perçages peuvent présenter une inclinaison vers le bas allant jusqu'à 45 , ce qui donne un paramètre d'ajustage supplémentaire. REVENDICATIONS 1. Injecteur de carburant pour injection dans une chambre de combustion de moteur à allumage commandé, comprenant un corps d'injecteur (10) contenant une aiguille (12) terminée par un élément d'obturation coopérant avec un siège de passage du carburant prolongé par un trou de diffusion, l'aiguille étant déplaçable axialement entre une première position axiale dans laquelle l'élément d'obtura- tion s'appuie sur le siège et une seconde position o l'élément d'obturation est écarté du siège, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un élément monobloc (28) fixé dans la partie aval du corps (10), dans lequel sont ménagés le siège, le trou de diffusion et un alésage (42) de guidage coulissant de l'aiguille, le dit élément ayant une forme de diabolo pour définir avec la dite partie aval du corps une chambre d'amenée de carburant présentant des perçages (46) faisant communiquer la chambre avec le dit alésage immédiatement en amont du siège et débouchant tangentiellement dans l'alésage, et des passages d'alimentation de la chambre. 2. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les perçages ont une longueur supérieure à leur diamètre. 3. Injecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport entre le diamètre interne de la chambre est d'environ 2 fois le diamètre de l'alésage. 4. Injecteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caracté- risé en ce que les perçages sont au nombre de deux à dix. 5. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les perçages sont dans un plan orthogonal à l'axe de l'aiguille. 6. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les perçages présentent une inclinaison vers le bas ne dépassant pas 45 . 7. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les perçages débouchent dans l'alésage juste au-dessus de la portée.