Brevet FR2873414A1 — publié le 20060127

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation d'injection de carburant notamment buse d'injection de carburant ou injecteur comportant un corps d'injecteur, notamment un corps de buse, dont l'extrémité pénètre dans la chambre de combustion du moteur à combus- tion interne à alimenter en carburant. Etat de la technique Les buses ou injecteurs de carburant habituels sont par exemple installés dans un manchon de protection thermique en cuivre lorsque les contraintes thermiques sont trop élevées. Pour le corps de la buse ou de l'injecteur on peut utiliser également des aciers réfractaires, fortement alliés. Il est également possible d'assurer la nitruration du corps d'injecteur ou de buse. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un moyen économique permettant de réduire les contraintes thermiques appliquées à une installation d'injection de carburant, notamment à une buse d'injection de carburant ou à un injecteur comportant un corps, notamment un corps de buse dont une extrémité pénètre dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne qu'il faut alimenter en car- burant. Exposé et avantages de l'invention A cet effet la présente invention concerne une installation d'injection de carburant du type défini cidessus, caractérisée en ce qu'au moins la partie du corps de l'injecteur qui pénètre dans la chambre de combustion est munie d'une couche de rayonnement thermosélective. Grâce à la couche de rayonnement thermosélective, on peut optimiser le bilan thermique de l'installation d'injection de carburant. Cette couche de rayonnement thermosélective présente des degrés d'absorption et des degrés d'émission différents pour différentes tempéra- tures. Un exemple de réalisation préférentiel de l'installation d'injection de carburant est caractérisé en ce que la couche de rayonne-ment thermosélective a un degré d'absorption plus faible aux températu- res relativement élevées qui se produisent au moment de la combustion. Il en résulte que pendant la combustion, une partie importante du rayonnement est réfléchie et seulement une faible partie est absorbée pour être transformée en chaleur. Cela réduit la chaleur reçue pendant la combustion. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'installation d'injection de carburant, la couche de rayonnement thermo- sélective a un faible degré d'absorption à des températures de l'ordre de 1200 C jusqu'à 1800 C. Les températures de combustion dépendent entre autres de la nature du moteur à combustion interne et de ses dimensions. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la couche de rayonnement thermosélective a un fort degré d'émission aux températures relativement faibles que l'on rencontre avant et après la combustion. Les phases avant et après la combustion sont également appelées phases inertes. Pendant les phases inertes, de la chaleur peut être transmise par rayonnement aux pièces à plus faibles températures entourant le corps de l'injecteur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la couche de rayonnement thermosélective a un degré d'émission élevé à des températures de l'ordre de 400 C jusqu'à 800 C. Ces températures dépendent entre autres de la nature et des dimensions du moteur à combustion in-terne. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un injecteur de carburant représenté schématiquement dans le dessin annexé dans lequel: L'unique figure est une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant en position fermée. Description du mode de réalisation de l'invention La figure unique ne représente que les parties d'un injecteur de carburant essentiel pour l'invention et qui correspond en fait à la buse d'injection pour des moteurs à combustion interne; cette buse com- porte un corps d'injecteur 1 dont l'extrémité 2 pénètre dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Ce corps d'injecteur 1 est également appelé corps de buse. Il comporte un perçage 3 en forme de perçage borgne fermé du côté de la chambre de combustion et recevant en coulissement axial un organe de soupape ou aiguille d'injecteur 5 en forme de piston. L'aiguille d'injecteur 5 comporte à son extrémité située du côté de la chambre de combustion, une surface d'étanchéité 7, conique coopérant avec une surface de siège de soupape 9, conique réalisée à l'extrémité fermée du perçage 3. Un orifice d'éjection 11 est issu de la surface formant siège de soupape 9. Cet orifice d'éjection débouche dans la chambre de combustion non détaillée du moteur à combustion interne ainsi alimenté. Il s'agit de préférence d'un moteur Diesel à injection di- recte. L'aiguille comporte un épaulement de pression 13 formé par une réduction de section en direction de la surface d'étanchéité 7 de l'aiguille formée à la jonction d'une partie de guidage 13, supérieure guidée en coulissement dans le perçage 3 et d'une partie de tige 17, libre de diamètre plus faible; la partie de tige 17 à section cylindrique constante s'étend jusqu'au niveau de la surface formant siège d'étanchéité 7. En outre, le corps 1 de l'injecteur comporte une chambre de pression 19 formée par un élargissement de la section du perçage 3 et dont l'extrémité inférieure située du côté du siège de soupape est reliée par un intervalle annulaire 21 ou siège de soupape 9. Cet intervalle annulaire est formé entre la tige libre 17 de l'aiguille et la paroi du perçage 3. A l'extrémité supérieure non tournée vers le siège de soupape 9, la chambre de pression 19 rejoint le segment de guidage 23 du perçage 3 qui reçoit en coulissement la pièce de guidage 15 de l'aiguille d'injecteur 5. L'alimentation en carburant à haute pression à partir d'une source de haute pression externe de préférence d'une pompe d'injection vers la chambre de pression 19, se fait ainsi par l'intermédiaire d'un canal de pression 25 traversant axialement le corps 1 de l'injecteur. Ce canal est incliné par rapport à l'axe du perçage 3 et débouche radialement à l'extérieur du perçage 3 dans l'extrémité de la chambre de pression 19 non tournée vers le siège de soupape. Entre le perçage 3 et le canal de pression 25 on a une entretoise 27 formée dans le corps 1 de l'injecteur. Cette entretoise forme un pendentif 29 dans la zone de jonction entre le perçage 3 et l'embouchure du canal de pression 25 arrivant dans la chambre de pression 19. Ce pendentif correspond à l'épaisseur de paroi la plus faible de l'entretoise 27. L'injecteur de carburant selon l'invention destiné à des moteurs à combustion interne, fonctionne comme cela sera décrit ci-après. En position de repos, l'aiguille 5 est tenue par un ressort de fermeture non représenté, avec la surface d'étanchéité 7 en appui contre la surface formant siège de soupape 9 pour fermer l'orifice d'éjection 11 débouchant dans la chambre de combustion. Au début de l'injection à haute pression, le carburant à haute pression arrive par le canal de pres- sion 25 dans la chambre de pression 19 et par l'intervalle annulaire 21, il poursuit jusqu'au niveau du siège de soupape 9. La force hydraulique s'appliquant dans le sens de l'ouverture à l'épaulement de pression 13 de l'organe d'obturation 5, dépasse rapidement la force de fermeture exercée par le ressort si bien que, la soupape 5 se soulève de son siège 9 et le carburant arrive par la section d'ouverture commandée entre la surface d'étanchéité de soupape 7 et le siège de soupape 9, à travers l'orifice d'éjection 11 pour être éjecté dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. L'injection est terminée par la fin de l'alimentation de io carburant à haute pression de sorte que la pression agissant sur l'aiguille d'injecteur 5 dans le sens de l'ouverture exerce une force qui passe en dessous de la force de rappel exercée par le ressort de fermeture et le ressort déplace alors de nouveau l'aiguille 5 en appui contre le siège de sou-pape 9. Lors de la combustion, on arrive à des températures de l'ordre de 1200 C jusqu'à 1800 C dans la chambre de combustion des moteurs Diesel. Cette température élevée exercée brièvement, conduit à un transfert de chaleur par convection et par rayonnement vers les pièces environnantes. On a sensiblement un tiers du flux thermique qui est transmis par rayonnement des particules de suie contenues dans le gaz de combustion jusqu'à l'environnement. La buse atteint alors une température moyenne de surface par rapport au temps de combustion et aux trois temps inertes, qui est de l'ordre de 400 C jusqu'à 450 C. Ainsi le niveau de température de la buse est supérieur à celui du piston du moteur à combustion interne généralement fabriqué en aluminium. La cause est la plus grande surface de la buse, la pointe qui pénètre dans la chambre de combustion et le refroidissement relativement mauvais. Selon la présente invention, on optimise les flux thermiques pour minimiser les contraintes de température de la buse. Le but est d'absorber aussi peu de chaleur que possible pendant la phase de combustion et de restituer le maximum de chaleur pendant les phases inertes. Le rayonnement correspond à environ 30 % du flux thermique. Pour optimiser le bilan thermique de rayonnement, on munit la zone 2 de l'injecteur ou de la buse d'injection pénétrant dans la chambre de corn- bustion encore appelée dôme de l'injecteur, d'une couche sélective. Cette couche sélective a un coefficient d'absorption réduit aux faibles longueurs d'onde comme celles que l'on rencontre principalement pendant la combustion à environ 1800 C. Cela réduit l'absorption de chaleur pendant la combustion. D'autre part, la couche sélective a un coefficient d'émission élevé aux températures voisines de 700 C. Cela augmente le transfert de chaleur par rayonnement infrarouge vers l'environnement plus froid. Le coefficient d'absorption est également appelé degré d'absorption. Le coefficient d'émission est encore appelé degré d'émission. Le degré d'absorption et le degré d'émission dépendent de la longueur d'onde. Le degré d'absorption dépendant de la longueur d'onde résulte du rapport du rayonnement absorbé au rayonnement incident. Le degré d'émission qui dépend de la longueur d'onde, est le rapport du rayonne-ment émis et du rayonnement émis par un radiateur idéal. Dans ce cas, le degré d'absorption et le degré d'émission sont les mêmes pour les mêmes longueurs d'onde selon Kirchhoff. Selon la loi du rayonnement de Plank, la longueur d'onde du rayonnement dépend de la température du corps émetteur. Les matières dont le degré d'absorption ou le degré d'émission dépendent fortement de la longueur d'onde sont appelées radiateurs sélectifs. La couche de rayonnement sélective en température est formée par un tel radiateur sélectif. Pour des longueurs d'onde qui se si-tuent dans la plage de températures juste autour de 1800 C, le revête- ment a un faible degré d'absorption. Cela signifie que pendant la combustion, une partie importante du rayonnement sera réfléchie et seulement une faible fraction sera absorbée et convertie en chaleur. Pour les longueurs d'onde de la plage de 700 C, la couche a un degré d'émission élevé. En conséquence, pendant les phases inertes, on fournit de la cha- leur par rayonnement aux pièces ou composants environnants, moins chauds. La présente invention crée un moyen économique pour réduire la température et la sollicitation thermique d'une buse d'injection. Cela permet de réduire la déformation plastique des arêtes d'étanchéité au niveau de la pointe de buse qui est supérieure aux températures élevées. Ainsi, on améliore la stabilité quantitative du système d'injection. Le ni-veau de température réduit du corps de buse conduit à une plus grande fiabilité du travail de charge et améliore la résistance de la buse. Une température élevée favorise la cokéfaction de la buse et des orifices d'éjection de celle-ci. Cette cokéfaction conduit à une perte quantitative liée au dépôt. On évite ainsi des mesures coûteuses telles que celles prévues par l'invention comme échangeur de chaleur, manchon de protection thermique ou/et une buse nitrurée. REVENDICATIONS 1 ) Installation d'injection de carburant notamment buse d'injection de carburant ou injecteur comportant un corps d'injecteur (1), notamment un corps de buse, dont l'extrémité (2) pénètre dans la chambre de cornbustion du moteur à combustion interne à alimenter en carburant, caractérisée en ce qu' au moins la partie du corps (1) de l'injecteur qui pénètre dans la chambre de combustion est munie d'une couche de rayonnement thermosélective. 2 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de rayonnement thermosélective présente aux températures relativement élevées que l'on rencontre pour la combustion, un degré d'absorption réduit. 3 ) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la couche de rayonnement thermosélective a un faible degré d'absorption à des températures de l'ordre de 1200 C jusqu'à 1800 C. 4 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de rayonnement thermosélective présente un degré d'émission élevé aux températures relativement faibles que l'on rencontre avant et après la combustion. 5 ) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la couche de rayonnement thermosélective a un degré d'émission élevé à des températures de l'ordre de 400 C jusqu'à 800 C.