Brevet FR2801076A1 — publié le 20010518

Etat de la technique La présente invention concerne un ensemble formé d'un injecteur de carburant et d'un module pour injecter de l'eau dans un cylindre de moteur à combustion interne. L'injection d'eau au cours de la phase de combustion, notamment dans des moteurs Diesel injection directe, permet de diminuer l'émission d'oxydes d'azote par le moteur à combustion interne. Usuellement, l'émission d'oxydes d'azote des moteurs Diesel actuels injection directe, augmente alors qu'ils ont une émission particu lièrement faible de fumées et de particules, car cela est le reflet d'une qualité de combustion extrêmement élevée. On peut y remédier en injectant une certaine quantité d'eau. Dans les concepts connus jusqu'à présent, l'eau à injecter était introduite directement dans l'injecteur en donnant ainsi une injection à deux fluides, c'est-à-dire une injection d'un mélange de carburant et d'eau. Mais cela nécessite de concevoir les injecteurs pour le passage d'un débit plus important, pour éviter les inconvénients d'une duree d'injection longue, inacceptables pendant la phase de charges maximales. Cela se traduit par une conséquence négative pour la formation du mélange aux points de fonctionnement à faibles charges lorsqu'il ne faut pas injecter d'eau. La présente invention a ainsi pour but de permettre une injection d'eau dans un cylindre de moteur à combustion interne sans que, pour certaines conditions de fonctionnement, cela se traduise par des effets négatifs sur l'' 'ection du carburant. Avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un ensemble du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le module comporte un corps de support annulaire muni d'orifices d' 'ection et le module annulaire entoure l'injecteur de carburant. L'ensemble selon l'invention offre l'avantage que l'injection d'eau est totalement indépendante de l'injection de carburant. L'ensemble selon l'invention repose sur l'idée de base d'une séparation fonctionnelle de l'injection de carburant d'une part et de l'injection d'eau d'autre part. Pour injecter le carburant, on utilise un injecteur de carburant usuel qu'il n'est pas nécessaire de transformer d'une façon quelconque pour injecter l'eau. Ainsi dans toutes les conditions de fonctionnement, on a une disposition optimale pour le carburant injecté. Dans cette séparation fonctionnelle, on ne rencontre pas plus les difficultés usuelles connues des injecteurs assurant une injection à deux fluides. On élimine ainsi par exemple les difficultés liées à l'introduction de l'eau à injecter dans l'injecteur, par exemple la coupure de la pression du système appliquée à l'injecteur pendant la phase d'introduction de l'eau. De plus, il n'y a pas à réaliser des sections d'orifices d'éjection de tailles gênantes nécessaires pour les phases de charges maximales, mais conduisant à des inconvénients pour les phases de charges partielles. Il n'y a pas non plus de conditions de friction/lubrification critiques au niveau de l'injecteur, et on évite les effets gênants du mélange entre le carburant et l'eau. Enfin, on évite qu'une défaillance de l'injection d'eau, par exemple lorsque le réservoir d'eau est vide ou en cas d'incident de la pompe d'alimentation en eau, se traduise par des effets sur le dosage du carburant. Le module annulaire d'injection d'eau est disposé de manière peu encombrante autour de l'injecteur et permet une introduction symétrique de l'eau dans le cylindre. Comme le module introduction d'eau est réalisé indépendamment de l'injecteur de carburant, on a un plus grand potentiel pour réduire l'émission des oxydes d'azote, car l'eau peut être introduite dans le cylindre au cours d'une fenêtre de temps souple que l'on choisit librement. Enfin, le module d'injection d'eau qui entoure le corps de l'injecteur peut servir à refroidir celui-ci. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le corps de support comporte un canal d'alimen tation annulaire pour l'eau injectée ainsi qu'un canal de distribution annulaire alimenté à partir du canal d'alimentation et qui conduit vers les orifices d'éjection, ainsi qu'un clapet anti-retour interdisant le retour fluide des orifices d'éjection vers le canal d'alimentation. Le clapet anti-retour formé de préférence par une membrane annulaire qui peut s'appliquer contre un siège d'étanchéite annulaire dans le canal de distribution, réduit au minimum le volume mort ainsi que la formation des bulles de vapeur. De plus, cela permet d'avoir une pression souhaitée pour le système, par exemple inférieure à 10 bars, dans les phases de fin de commande, c'est-à-dire vers la fin de l'injection de l'eau. La force de rappel préréglée sur la membrane est accentuée au cours de la phase de montée en pression cylindre, ce qui augmente considérablement l'effet d'étan chéité dans système d'injection d'eau. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses l'invention # un canal alimentation annulaire pour l'eau à injecter est prévu dans le corps de support, ainsi qu'un canal distributeur annulaire, ce canal distributeur étant alimenté a partir du canal d'alimentation pour conduire aux orifices d'éjection, et un clapet anti-retour interdit le retour de flux des orifices d'éjection vers le canal d'alimentation ; dans ce cas, le clapet anti-retour est formé par une membrane annulaire appliquée dans le canal distributeur contre un siège d'étanchéité annulaire ; # le corps de support comporte un anneau extérieur muni d'orifices d'éjection ainsi qu'un anneau intérieur muni d'un siège d'étanchéité, et la membrane est serrée entre l'anneau intérieur et l'anneau extérieur ; # un couvercle ferme le corps de support ; # les orifices d'éjection de l'injecteur de carburant et orifices d'éjection du module sont alignés pour que leurs chemins d'éjection se croisent ; # l'ensemble est logé par une liaison de force et/ou forme dans une culasse ; # une conduite d'alimentation du module est équipée d'un clapet anti-retour ; dans ce cas, on prévoit avantageu sement que le clapet anti-retour comprend une bille chargée par un ressort. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un mode de réalisation préférentiel représenté dans les dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue partielle schématique un ensemble selon l'invention, la figure 2 montre à échelle agrandie le détail II la figure 1, et la figure 3 montre à échelle agrandie le détail III la figure 2. Description de l'exemple de réalisation L'ensemble selon l'invention se compose d'un ' 'ecteur de carburant 10 prévu dans la culasse 11 un moteur à combustion interne. Au niveau de l'extrémité avant de l'injecteur 10, tournée vers le cylindre du moteur délimité par la culasse 11, il est prévu un module annulaire 12 pour l'injection d'eau. Ce module entoure l'extrémité avant de l'injecteur de carburant 10 ; il est reçu dans un logement annulaire de la culasse 11 par une liaison de forme /ou de force. Le module 12 comporte un corps de support formé un anneau extérieur 14 muni d'orifices d'éjection 16 pour l'eau à injecter, ainsi que d'un anneau intérieur 18 subdi visant le volume intérieur de l'anneau extérieur pour former un canal d'alimentation 20 annulaire ainsi qu'un canal distributeur 22 également annulaire. Le canal d'alimentation 20 est relié par des orifices d'alimentation 24 formés dans la paroi extérieure de l'anneau extérieur 14, à une conduite alimentation 28 d'eau à injecter ; cette conduite réalisée dans la culasse 11. La conduite d'alimentation 26 comporte un clapet anti-retour à billes, chargé par un ressort 28, directement en amont du module d'injection d'eau. canal d'alimentation 20 et le canal de distribution 22 communiquent par des orifices de débordement 30 réalisés dans anneau intérieur 18. Le côté du module non tourné vers le cylindre comporte un couvercle 32 qui ferme l'anneau extérieur 14 et soutient ainsi l'anneau intérieur 18. Un joint torique d'étanchéité prévu entre le couvercle 32 et l'anneau intérieur 18 améliore l'étanchéité. Entre l'anneau extérieur 14 et l'anneau interieur 18, il est prevu une membrane annulaire 36 constituant un clapet anti-retour interdisant le retour de fluide des orifices d'éjection 16, vers le canal d'alimentation . La membrane 36 présente une section en forme de L lorsqu'on considère une coupe radiale ; l'une des branches est serrée entre l'anneau intérieur 18 et l'anneau extérieur 14. autre branche coopère avec un siège d'étanchéité annulaire 38 réalisé sur l'anneau intérieur 18. La membrane est précontrainte pour s'appliquer contre le siège d'étanchéité 38 avec une certaine précontrainte de façon que le débordement l'eau à injecter du canal distributeur dans les orifices d'éjection 16 ne soit possible qu'au dessus d'une certaine pression du système, de préférence une pression de ordre de grandeur de 10 bars. Le module tel que décrit ci-dessus permet d'injecter de eau de manière simple dans le cylindre d'un moteur à combustion interne, en commandant de manière appropriée la pression du système du côté de l'alimentation. On obtient des résultats particulièrement avantageux si les orifices d" 'ection 16 du module sont alignés sur les orifices d'éjection de l'injecteur de carburant 10 pour que les chemins d'éjection se croisent (voir figure 2). Selon un développement non représenté, le module peut être réalisé en une matière composite de céramique à base de nitrure de silicium. I1 est avantageux de pouvoir réaliser déjà par frittage les plus petites géométries d'orifices d'éjection. Dans ces conditions, il ne serait plus nécessaire de prévoir un clapet anti-retour à l'intérieur du module ; le clapet anti-retour 28 de la conduite d'alimen tation 26 est alors suffisant. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Ensemble formé d'un injecteur de carburant (10) et un module (12) pour injecter de l'eau dans un cylindre de moteur à combustion interne, caracterisé en ce que # le module comporte un corps de support (14, 18) annulaire muni d'orifices d'éjection (16), et # le module annulaire entoure l'injecteur de carburant. 2 ) Ensemble selon la revendication 1, caracterisé en ce qu' # un canal d'alimentation annulaire (20) pour l' à injecter est prévu dans le corps de support, ainsi qu'un canal distributeur annulaire (22), ce canal distributeur (22) étant alimenté à partir du canal d'alimentation ) pour conduire aux orifices d'éjection (16), et # un clapet anti-retour (36, 38) interdit le retour de flux des orifices d'éjection (16) vers le canal d'alimentation (20). 3 ) Ensemble selon la revendication 2, caracterisé en ce que le clapet anti-retour est formé par une membrane annulaire (36) appliquée dans le canal distributeur contre un siege d'étanchéité annulaire (38). 4 Ensemble selon la revendication 3, caracterisé en ce que # le corps de support comporte un anneau extérieur (14) muni d'orifices d'éjection ainsi qu'un anneau intérieur muni d'un siège d'étanchéité, et # la membrane (36) est serrée entre l'anneau intérieur (18) et l'anneau extérieur (14). S ) Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' un couvercle (32) ferme le corps de support. 6 ) Ensemble selon l'une quelconque revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les orifices d'éjection de l'injecteur de carburant et les orifices d'éjection du module sont alignés pour que leurs chemins d'éjection se croisent. 7 ) Ensemble selon l'une quelconque revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'ensemble est logé par une liaison force dans une culasse (11). 8 ) Ensemble selon l'une quelconque revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'ensemble est logé par une liaison par la forme dans une culasse (11). 9 ) Ensemble l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu' une conduite d'alimentation (26) du module est équipée d'un clapet anti-retour (28). 10 ) Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en que le clapet anti-retour (28) comprend une bille chargée par un ressort.