Brevet FR2796104A1 — publié le 20010112

L'invention concerne un procédé pour arrondir les arêtes d'un conduit formant orifice d'injection ménagé dans un corps d'injecteur, pour injecteur de carburant, qui comprend essentiellement une partie cylindrique d'injecteur, comportant un alésage intérieur, et une zone en forme de coupelle s'étendant d'une manière conique, l'orifice d'injection étant ménagé latéralement dans la zone en forme de coupelle, une zone d'entrée du conduit formant orifice d'injection étant réalisée en forme d'entonnoir comportant des arêtes arrondies d'une manière différente. L'invention concerne également un corps d'injecteur, pour injecteur de carburant, comprenant une partie cylindrique d'un injecteur qui comporte un alésage intérieur et une zone en forme de coupelle, au moins un conduit formant orifice d'injection étant ménagé dans la zone en forme de coupelle, la zone d'entrée du conduit formant orifice d'injection présentant des arêtes arrondies d'une manière différente. Un tel procédé et un tel corps d'injecteur sont connus de DE 195 07 171 C1. Un injecteur de carburant est constitué essentiellement de deux pièces, un corps d'injecteur et une aiguille d'injecteur, cette aiguille d'injecteur étant montée de façon à être mobile axialement dans le corps d'injecteur. Le corps d'injecteur est réalisé d'une manière dans l'ensemble cylindrique et comprend un alésage intérieur et à son extrémité située du côté de la chambre de combustion, une zone en forme de coupelle qui s'étend d'une manière conique et qui est fermée par un trou borgne. A son extrémité inférieure, l'aiguille d'injecteur porte un cône d'étanchéité qui, à l'état de repos, est repoussé sur une surface d'étanchéité conique située dans la zone en forme de coupelle du corps d'injecteur. A partir du trou borgne ou de la zone en forme de coupelle, s'étendant d'une manière conique, du corps d'injecteur, il est prévu, en aval du siège d'étanchéité, en fonction du type d'injecteur, au moins un conduit formant orifice d'injection qui mène à travers le corps d'injecteur jusque dans la chambre de combustion du moteur. Lorsque l'aiguille d'injecteur mobile se soulève, par son cône d'étanchéité, du siège d'étanchéité situé dans le corps d'injecteur, le conduit formant orifice d'injection est libéré et du carburant est injecté dans cette chambre de combustion. Dans le corps d'injecteur représenté dans DE 195 07 171 Cl, le conduit formant orifice d'injection est réalisé sous forme d'un perçage continu rectiligne qui est ménagé d'une façon inclinée vis-à-vis de l'alésage intérieur du corps d'injecteur d'une manière correspondant à l'angle de cône voulu de l'orifice d'injection. Il résulte de cette orientation inclinée du conduit formant orifice d'injection que, pour l'injection dans la chambre de combustion par l'intermédiaire de ce conduit formant orifice d'injection, le carburant introduit dans l'alésage intérieur à une pression très élevée doit être fortement dévié, ce qui entraîne une réduction de la vitesse du carburant et donc un étranglement non souhaité du jet de carburant injecté dans la chambre de combustion, et en outre un effet d'entaille réduisant la résistance mécanique. Dans DE 195 07 171 Cl, pour obtenir une caractéristique de jet d'injection de carburant améliorée, il est proposé d'arrondir, sans arête, le conduit formant orifice d'injection dans la zone d'entrée située à l'endroit de la transition avec le siège d'étanchéité du corps d'injecteur, une zone d'entrée supérieure, orientée dans le sens de passage du carburant, présentant un rayon d'arrondi plus grand qu'une zone d'entrée inférieure orientée à l'opposé de ce sens de passage. Malgré cet arrondi de la zone d'entrée, le flux de carburant est en outre soumis, à l'endroit de la transition de l'alésage intérieur du corps d'injecteur vers le conduit formant orifice d'injection, à une forte déviation qui réduit nettement le coefficient de passage du flux de carburant et entraîne ainsi des pertes de débit et pertes de vitesse du carburant injecté. Par ailleurs, le coefficient de passage limité du flux de carburant dans le conduit formant orifice d'injection limite également le débit et donc le volume d'injection dans la chambre de combustion du moteur. La présente invention a pour but de fournir un procédé permettant de réaliser une configuration géométrique de conduit formant orifice d'injection rendue optimale, dans un corps d'injecteur pour injecteur de carburant, et un corps d'injecteur pour injecteur de carburant présentant une telle configuration géométrique de conduit formant orifice d'injection rendue optimale, qui assure une caractéristique de jet d'injection améliorée. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que le degré d'arrondi des arêtes de la zone d'entrée du conduit formant orifice d'injection est adapté à la répartition du flux de carburant suivant la direction périphérique de la zone d'entrée, une section d'arête de la zone d'entrée étant arrondie d'autant plus fortement que le flux de carburant est élevé sur cette section d'arête. Dans le même but, l'invention a pour objet un corps d'injecteur, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que la zone d'entrée du conduit formant orifice d'injection possède essentiellement la forme d'une ellipse, le grand axe de l'ellipse coïncidant avec la direction de l'écoulement de carburant dans l'alésage intérieur de la partie cylindrique d'injecteur et l'arête de la zone d'entrée dans la zone de sommet du grand axe de l'ellipse étant arrondie plus fortement que dans la zone de sommet du petit axe. Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter l'une ou l'autre des particularités suivantes ou les deux: - la répartition du flux de carburant suivant la direction périphérique de la zone d'entrée d'un conduit formant orifice d'injection voulu est déterminée au moyen d'un calcul de simulation et en ce qu'un arrondi correspondant de la zone d'entrée est réalisé sur la base de ce calcul de simulation, - l'arrondi des arêtes à l'endroit de la zone d'entrée du conduit formant orifice d'injection est réalisé par usinage par hydro-érosion. Le corps d'injecteur conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - la zone d'entrée a la forme d'une ellipse dégénérée, l'arête dans la zone de sommet du grand axe de l'ellipse, qui est située vers l'alésage intérieur de la partie cylindrique d'injecteur, étant arrondie plus fortement que l'arête dans la zone de sommet du grand axe qui est située à l'opposé de l'alésage intérieur de la partie cylindrique d'injecteur, - les arêtes de la zone d'entrée sont arrondies dans une fourchette de 10 pm à 70 dm, - le degré d'arrondi est défini en pourcentage de la manière suivante: arrondi de la zone d'entrée 32 = [D x (30 à 40)]/S x 100, arrondi de la zone d'entrée 33 = [D x (10 à 20)]/S x , arrondi de la zone d'entrée 34 = [D x 25]/S x 100, D correspondant au débit hydraulique dans le corps d'injecteur après la réalisation d'arrondi et S au nombre des orifices d'injection. Ainsi, conformément à l'invention, les arêtes d'un conduit formant orifice d'injection ménagé dans un corps d'injecteur sont arrondies d'une manière telle que le degré d'arrondi des arêtes de la zone d'entrée est adapté à la répartition du flux de carburant suivant la direction périphérique de la zone d'entrée, les sections d'arête étant arrondies d'autant plus fortement que le flux de carburant à l'endroit de ces sections d'arête est élevé. Cette manière de rendre optimale la zone d'entrée du conduit formant orifice d'injection réduit à un minimum l'angle de déviation qui résulte de l'alignement de l'alésage intérieur et du cône de siège dans le corps d'injecteur et de l'angle d'injection voulu dans une chambre de combustion d'un moteur, ce qui accroît le coefficient de passage de l'écoulement de carburant et donc la vitesse du carburant injecté dans la chambre de combustion à partir du conduit formant orifice d'injection. En outre, l'angle de déviation qui a une plus faible valeur réduit également autant que cela est possible les tourbillons dans le carburant, de sorte qu'il est conféré au jet d'injection un profil d'écoulement rendu optimal. Conformément à l'invention, la zone d'entrée du conduit formant orifice d'injection ménagé dans le corps d'injecteur a essentiellement la forme d'une ellipse, le grand axe de l'ellipse coïncidant avec la direction de l'écoulement de carburant dans l'alésage intérieur du corps d'injecteur et les arêtes de la zone d'entrée dans la zone de sommet du grand axe de l'ellipse étant arrondies plus fortement que dans la zone de sommet du petit axe de l'ellipse. Cette configuration de la zone d'entrée de l'orifice d'injection du corps d'injecteur assure une déviation de carburant rendue optimale, ce qui empêche des turbulences non voulues du carburant injecté, ainsi qu'un étranglement de la vitesse d'écoulement. L'invention est exposée en détail en regard des dessins annexés. On voit: à la figure 1, la zone en forme de coupelle d'un corps d'injecteur conforme à l'invention, à la figure 2, un détail à plus grande échelle de la zone en forme de coupelle avec le conduit formant orifice d'injection et, à la figure 3, une vue de face de la zone d'entrée du conduit formant orifice d'injection. La figure 1 représente la partie essentielle à l'invention d'un corps d'injecteur pour injecteur de carburant. Le corps d'injecteur comprend une partie cylindrique d'injecteur 1 qui est fermée par une zone en forme de coupelle 11 qui s'étend d'une manière conique et qui est arrondie à sa pointe et s'étend dans une chambre de combustion d'un moteur. I1 est prévu, ménagé dans la partie cylindrique d'injecteur 1, un alésage intérieur 2 essentiellement cylindrique qui, dans la zone en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique d'injecteur 11 qui s'étend d'une manière conique, se raccorde par une arête de déport 21 à un cône de siège 22 s'étendant également d'une manière conique. Ce cône de siège 22 se termine, à la pointe de la zone en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique d'injecteur 11, par un trou borgne 23. D'une manière habituelle, une aiguille d'injecteur (non représentée) peut être disposée de façon à être mobile axialement dans l'alésage intérieur 2 de la partie cylindrique 1, cette aiguille d'injecteur portant à sa pointe un cône d'étanchéité. Ce cône d'étanchéité de l'aiguille d'injecteur prend appui, lorsque l'injecteur est fermé, sur le cône de siège 22 de la zone en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique 1, de sorte qu'à partir de l'alésage intérieur 11, il ne parvient pas de carburant dans la zone du cône de siège 22 de la partie cylindrique 1. Lorsque l'injecteur de carburant est ouvert, l'aiguille d'injecteur se soulève, par son cône d'étanchéité, du cône de siège 22, et du carburant peut passer, à partir de l'alésage intérieur 2, dans la zone en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique d'injecteur 1. Pour injecter du carburant dans la chambre de combustion du moteur, un conduit formant orifice d'injection 3 est réalisé dans la zone en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique d'injecteur 1, en aval du contact linéaire prévu entre le cône d'étanchéité de l'aiguille d'injecteur et le cône de siège 22 de la partie cylindrique 1. Lorsque l'injecteur est ouvert, le carburant introduit dans l'alésage intérieur 2 de la partie cylindrique 1 est délivré sous pression par ce conduit 3 dans la chambre de combustion du moteur. En général, comme le montre la figure 1, plusieurs conduits formant orifice d'injection 3 sont répartis suivant la direction périphérique de la zone en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique d'injecteur 1, afin d'obtenir, dans chaque cas en fonction de la forme de la chambre de combustion, une injection de carburant présentant un angle de cône d'orifice d'injection qui est défini. Dans le cas d'un montage centré, vertical, de la partie cylindrique d'injecteur 1, les conduits formant orifice d'injection 3 sont de préférence répartis d'une manière symétrique, avec le même angle en élévation, suivant la direction périphérique de la zone en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique 1. En revanche, dans le cas d'une partie cylindrique d'injecteur 1 disposée d'une manière inclinée, pour obtenir l'angle de cône d'orifice d'injection voulu, les conduits formant orifice d'injection 3 sont disposés sous différents angles en élévation, mais de préférence avec le même angle en azimut dans la partie en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique 1. La figure 1 représente un corps d'injecteur, pour injecteur de carburant standard, dans lequel l'angle de cône d'orifice d'injection, sous lequel le carburant est injecté tangentiellement dans la chambre de combustion à partir du conduit formant orifice d'injection 3, vaut environ 150 . Etant donné que l'angle du cône de siège 22 situé dans la zone en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique 1 est d'environ 60 , le flux de carburant doit être dévié d'environ 105 lors d'une injection. Par ailleurs, des calculs de simulation ou études de modèle effectués sur des injecteurs de carburant ont indiqué que le carburant pénètre d'une manière différente dans le conduit formant orifice d'injection 3. Il a été établi que, d'une manière dépendant de la forme du corps d'injecteur, de l'agencement du conduit formant orifice d'injection et de la pression d'injection, il s'établit dans le conduit une répartition du flux de carburant dans laquelle 30 à 40% du carburant pénètre dans le conduit 3 à partir du haut en provenance de l'alésage intérieur 2 de la partie cylindrique d'injecteur 1, 10 à 20% à partir du bas en provenance du trou borgne 23 et, d'une manière correspondante, environ 25% par le côté. Afin d'obtenir une déviation du flux de carburant s'effectuant doucement, de l'alésage intérieur 2 de la partie cylindrique d'injecteur 1 jusque dans le conduit formant orifice d'injection 3, ce conduit 3 est arrondi, sans arêtes, dans la zone d'entrée 31, comme le montre la vue de détail de la figure 2, le degré d'arrondi des arêtes de la zone d'entrée 31 étant adapté à la répartition du flux de carburant suivant la direction périphérique de la zone d'entrée. Les sections d'arête de la zone d'entrée 31 du conduit 3 sont arrondies d'autant plus fortement que le flux de carburant sur la section d'arête considérée est élevé. En tenant compte de la répartition du flux de carburant suivant la direction périphérique du conduit formant orifice d'injection 3 qui est établie à partir des calculs de simulation ou études de modèle, on obtient, pour un écoulement de carburant rendu optimal dans le conduit 3 d'un corps d'injecteur pour injecteur de carburant standard, une zone d'entrée 31 essentiellement en forme d'ellipse, le grand axe a de l'ellipse coïncidant avec la direction de l'écoulement de carburant dans l'alésage intérieur 2 de la partie cylindrique 1 et les arêtes de la zone d'entrée 31 dans la zone de sommet 32, 33 du grand axe a de l'ellipse étant plus fortement arrondies, en raison du débit massique plus élevé, que dans la zone de sommet 34 du petit axe b de l'ellipse. En raison du plus grand débit massique de carburant en provenance de l'alésage intérieur 2 par comparaison avec le flux de carburant provenant du bas, du trou borgne 23, la zone d'entrée 31 est de préférence réalisée sous forme d'une ellipse dégénérée, comme le montre la figure 3, l'arête dans la zone de sommet 32 du grand axe a de l'ellipse qui est située vers l'alésage intérieur 2 de la partie cylindrique 1 étant arrondie plus fortement que l'arête située dans la zone de sommet 33 du grand axe a de l'ellipse qui est dirigée vers le trou borgne 23 dans la zone en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique 1. Les arêtes d'entrée sont arrondies avec un rayon d'arrondi, de préférence dans une fourchette de 10 pm à 70 pm, le degré d'arrondi pouvant être défini en pourcentage de la manière suivante: arrondi de la zone d'entrée 32 = [D x (30 à 40)]/S x , arrondi de la zone d'entrée 33 = [D x (10 à 20)]/S x , arrondi de la zone d'entrée 34 = [D x 25]/S x 100, D = cm3 /30 seconde mesuré à une pression de 100 bars. D correspond au débit hydraulique dans le corps d'injecteur après l'arrondi et S au nombre des orifices d'injection. Le rapport des rayons d'arrondi l'un vis-à-vis de l'autre correspond de préférence au rapport des débits D dans les zones des rayons d'arrondi l'un vis-à-vis de l'autre. Le rayon d'arrondi Ri dans la zone d'entrée 32 est dans des rapports visà-vis du rayon d'arrondi R2 dans la zone d'entrée 33 et du rayon d'arrondi R3 dans la zone d'entrée 34 qui sont les mêmes que ceux des débits D dans les zones d'entrée correspondantes 32, 33, 34. Le fait d'arrondir la zone d'entrée 31 du conduit formant orifice d'injection 3, conformément à l'invention, en fonction de la répartition du flux de carburant suivant la direction périphérique de cette zone d'entrée réduit l'angle de déviation du jet de carburant à l'endroit de la transition dans le conduit 3 et réduit en outre le risque de turbulences dans la zone d'entrée, de sorte qu'il s'établit un déroulement de combustion amélioré. Le concept conforme à l'invention peut être mis en oeuvre non seulement dans le cas de la forme d'injecteur à orifice d'injection représentée à la figure 1, mais également dans le cas des autres formes connues d'injecteur dans lesquelles le conduit formant orifice d'injection peut par exemple également être disposé dans le trou borgne. Le conduit formant orifice d'injection 3 situé dans la zone en forme de coupelle 11 de la partie cylindrique d'injecteur 1 est ménagé en général dans la zone 11 au moyen d'un perçage. Pour arrondir alors la zone d'entrée 31 du conduit 3, on réalise un usinage complémentaire par usinage par hydro-érosion. Un fluide contenant des particules abrasives passe dans ce cas dans l'alésage intérieur 2 de la partie cylindrique 1 et dans le conduit 3, afin d'arracher de la matière des arêtes de la zone d'entrée 31 du conduit 3 et arrondir ainsi ces arêtes d'entrée. Conformément à l'invention, l'usinage par hydro- érosion est commandé de manière qu'il se forme une zone d'entrée dans laquelle le degré d'arrondi des arènes est adapté à la répartition du flux de carburant, suivant la direction périphérique de la zone d'entrée du conduit 3, qui est déterminée par des calculs de simulation ou des études d'essais. l1 REVENDICATIONS 1. Procédé pour arrondir les arêtes d'un conduit formant orifice d'injection (3) ménagé dans un corps d'injecteur, pour injecteur de carburant, qui comprend essentiellement une partie cylindrique d'injecteur (1), comportant un alésage intérieur (2), et une zone en forme de coupelle (11) s'étendant d'une manière conique, l'orifice d'injection (3) étant ménagé latéralement dans la zone en forme de coupelle (11), une zone d'entrée (31) du conduit formant orifice d'injection (3) étant réalisée en forme d'entonnoir comportant des arêtes arrondies d'une manière différente, caractérisé en ce que le degré d'arrondi des arêtes de la zone d'entrée (31) du conduit formant orifice d'injection (3) est adapté à la répartition du flux de carburant suivant la direction périphérique de la zone d'entrée (31), une section d'arête de la zone d'entrée étant arrondie d'autant plus fortement que le flux de carburant est élevé sur cette section d'arête. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la répartition du flux de carburant suivant la direction périphérique de la zone d'entrée (31) d'un conduit formant orifice d'injection (3) voulu est déterminée au moyen d'un calcul de simulation et en ce qu'un arrondi correspondant de la zone d'entrée est réalisé sur la base de ce calcul de simulation. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'arrondi des arêtes à l'endroit de la zone d'entrée (31) du conduit formant orifice d'injection (3) est réalisé par usinage par hydro- érosion. 4. Corps d'injecteur, pour injecteur de carburant, comprenant une partie cylindrique d'un injecteur (1) qui comporte un alésage intérieur (2) et une zone en forme de coupelle (11), au moins un conduit formant orifice d'injection (3) étant ménagé dans la zone en forme de coupelle (11), la zone d'entrée (31) du conduit formant orifice d'injection (3) présentant des arêtes arrondies d'une manière différente, caractérisé en ce que la zone d'entrée (31) du conduit formant orifice d'injection (3) possède essentiellement la forme d'une ellipse, le grand axe (a) de l'ellipse coïncidant avec la direction de l'écoulement de carburant dans l'alésage intérieur (2) de la partie cylindrique d'injecteur (1) et l'arête de la zone d'entrée (3) dans la zone de sommet (32, 33) du grand axe (a) de l'ellipse étant arrondie plus fortement que dans la zone de sommet (34) du petit axe (b). 5. Corps d'injecteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la zone d'entrée (31) a la forme d'une ellipse dégénérée, l'arête dans la zone de sommet (32) du grand axe (a) de l'ellipse, qui est située vers l'alésage intérieur (2) de la partie cylindrique d'injecteur (1), étant arrondie plus fortement que l'arête dans la zone de sommet du grand axe (a) qui est située à l'opposé de l'alésage intérieur (2) de la partie cylindrique d'injecteur (1) 6. Corps d'injecteur suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les arêtes de la zone d'entrée (31) sont arrondies dans une fourchette de pim à 70 im. 7. Corps d'injecteur suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le degré d'arrondi est défini en pourcentage de la manière suivante: arrondi de la zone d'entrée 32 = [D x (30 à 40)]/S x , arrondi de la zone d'entrée 33 = [D x (10 à 20)]/S x , arrondi de la zone d'entrée 34 = [D x 25]/S x 100, D correspondant au débit hydraulique dans le corps d'injecteur après la réalisation d'arrondi et S au nombre des orifices d'injection.