Brevet FR2878583A1 — publié le 20060602

BUSE D'INJECTION DE CARBURANT La présente invention concerne une buse d'injection de carburant pour un moteur de véhicule automobile. La présente invention concerne également une 5 rampe d'injection pour un moteur de véhicule automobile. La sévérité des normes définissant le taux de pollution autorisé et la demande du marché pour des moteurs de plus en plus puissants obligent les constructeurs automobiles à concevoir des moteurs ayant de bonnes performances (puissance/couple), qui néanmoins ne produisent pas trop d'émissions polluantes (NO), et suies, notamment) et qui, de plus, ne soient pas trop bruyants. La buse d'injection est une pièce destinée à l'injection du carburant, par exemple, du gazole, dans la chambre de combustion du moteur. Cette buse comporte un corps de buse perforé qui définit une cavité dans laquelle se déplace une aiguille formant piston. L'aiguille est pilotée par un dispositif électromagnétique ou piézoélectrique. Le corps de buse comporte une pluralité de conduits d'injection par lesquels le carburant contenu dans le corps de buse est injecté dans le moteur sous l'effet du déplacement de l'aiguille. Ces conduits d'injection débouchent dans la cavité du corps de buse au niveau d'orifices d'injection. La tendance actuelle, afin d'améliorer les performances des moteurs, est d'accroître le débit hydraulique des buses tout en réduisant le diamètre des orifices des conduits d'injection et en augmentant le nombre de ces conduits. On obtient ainsi une meilleure pulvérisation du carburant dans le moteur et on réduit donc la formation des polluants. La pulvérisation est d'autant meilleure que les orifices des conduits ont une perméabilité accrue, par exemple, du fait d'un conduit de forme conique ou de la présence d'un arrondi au niveau de l'orifice du conduit, et sont de faible diamètre (de l'ordre de 100 à 120 m). Cependant, la Demanderesse a constaté que l'augmentation de la perméabilité des conduits d'injection de la buse ou la diminution du diamètre des conduits induit une réduction de l'intensité de la cavitation dans l'écoulement interne de la buse. Il s'ensuit qu'il y a parfois un encrassement des conduits d'injection de la buse. On observe alors, en sortie de la buse, voire 2878583 2 même parfois à l'intérieur des conduits d'injection, des dépôts de matières charbonneuses qui réduisent le débit hydraulique de la buse et donc les performances du moteur. Le but de la présente invention est de proposer une buse d'injection de 5 carburant qui permet de réduire ou d'éviter le phénomène d'encrassement précité. Ce but est atteint dans le cadre d'une buse d'injection de carburant dans un moteur de véhicule automobile, comprenant un corps de buse qui comprend une paroi formant une cavité dans laquelle est disposée une aiguille mobile formant piston, le corps de buse comportant au moins un conduit d'injection, présentant une surface interne globalement cylindrique et définissant un axe longitudinal, débouchant dans la cavité et traversant l'épaisseur de la paroi du corps de buse, de manière que le carburant contenu dans le corps de buse s'écoule hélicoïdalement dans le conduit d'injection et soit éjecté vers l'extérieur de ce dernier sous l'effet du déplacement de l'aiguille. Une telle buse peut être une buse de type dit VCO (en anglais, valve covered orifice , telle que décrite par exemple dans les documents US 5549121 ou EP 0 352 926 ou EP 2 460 326) , car la Demanderesse a découvert et confirmé par des simulations numériques, et ceci constitue en soi une partie de l'invention, que l'écoulement était hélicoïdal dans ces buses. De manière caractéristique, selon l'invention, la surface interne du conduit d'injection présente, au moins sur une portion de sa longueur, un relief au moins en partie longitudinal qui perturbe la couche limite du carburant, située au niveau de la surface interne, moyennant quoi la pression du carburant devient alors ponctuellement inférieure à sa pression d'évaporation à la température du carburant dans le conduit, et le carburant est donc partiellement vaporisé, augmentant ainsi la cavitation de l'écoulement du carburant dans le conduit d'injection et à l'extérieur de la buse d'injection. La Demanderesse a en effet constaté qu'une proportion plus grande de carburant gazeux réparti dans l'écoulement de carburant liquide injecté vers la chambre de combustion du moteur permet d'éviter le phénomène d'encrassement précité. Le relief interne du conduit permet de plus de ne pas trop affaiblir la perméabilité du conduit ce qui ne nuit donc pas aux performances du moteur. 2878583 3 D'autre part, le relief créé participe à l'augmentation de l'énergie turbulente (zone de recirculation, décollements puis recollements de la couche limite, cavitation) ce qui favorise le mélange carburant liquide-carburant gazeux, à la fois dans la buse et dans la chambre de combustion du moteur. Selon l'invention, le relief peut s'étendre sur tout ou partie de la longueur du conduit, de manière continue ou discontinue. L'orientation du relief n'est pas limitée selon l'invention, du moment qu'elle conduit à perturber l'écoulement hélicoïdal du carburant dans le conduit. Ainsi, le relief peut être orienté longitudinalement sur la surface interne globalement cylindrique du conduit d'injection ce qui permet de réaliser facilement ce relief lors du perçage des conduits d'injection par électrodes ou par laser, par exemple. Comme mentionné précédemment, la buse d'injection est conformée de manière que l'écoulement du carburant dans la cavité du corps de buse et dans le conduit d'injection soit sensiblement hélicoïdal. Un tel écoulement permet d'obtenir, avec des reliefs simples à usiner, l'effet désiré. Le conduit d'injection peut avoir une section circulaire, sensiblement circulaire, ovale ou similaire, sur toute sa longueur ou sur une portion ou plusieurs de sa longueur. La section circulaire est facile à usiner et permet d'avoir un changement brusque de relief ce qui favorise le phénomène de cavitation recherché. Selon un premier mode de réalisation, le conduit d'injection présente, au moins sur une portion de sa longueur, une section qui comporte au moins une portion convexe formant, au niveau de la surface interne, au moins une bosse orientée vers l'intérieur du conduit d'injection. Cette portion convexe formant une aspérité orientée vers l'intérieur du conduit d'injection, permet de décoller localement la couche limite de carburant, :laquelle se recolle ensuite contre la paroi interne du conduit. Elle permet donc de vaporiser partiellement le carburant comme il le sera plus amplement expliqué dans la suite de la description. Par ailleurs, cette forme permet de ne pas trop diminuer le débit de carburant passant à travers le conduit d'injection afin de ne pas trop perturber les performances du moteur. Selon une première variante de ce mode de réalisation, le conduit d'injection présente, au moins sur une portion de sa longueur, une section qui comporte deux portions convexes, disposées face à face. 2878583 4 Selon une seconde variante de ce même mode de réalisation, le conduit d'injection présente, au moins sur une portion de sa longueur, une section qui comporte quatre portions convexes, disposées face à face, deux à deux. Selon un second mode de réalisation qui peut se combiner avec le mode de réalisation précité et l'une ou l'autre de ses variantes, le conduit d'injection présente au moins sur une portion de sa longueur, une section qui comporte au moins une portion concave, formant, au niveau de la surface interne du conduit d'injection, au moins un creux. Selon une variante de ce seconde mode de réalisation, le conduit 10 présente, au moins sur une portion de sa longueur une section qui comporte au moins deux portions concaves disposées face à face. La présente invention concerne également une rampe d'injection de carburant pour un moteur de véhicule automobile qui comporte une pluralité de buses d'injection selon l'invention. La présente invention, ses caractéristiques et les divers avantages qu'elle procure apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de trois exemples particuliers de réalisation de la présente invention, cités à titre d'exemples non limitatifs, et qui fait référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une portion d'une buse d'injection; - les figures 2a, 2b et 2c de la figure 2, représentent chacune une vue en coupe transversale, respectivement, d'un premier, second et troisième mode de réalisation d'un conduit d'injection équipant une buse d'injection selon l'invention; et la figure 3 représente une vue en coupe schématique du phénomène obtenu par l'utilisation d'une buse selon l'invention. En référence à la figure 1, la buse d'injection comporte un corps de buse 1 qui comprend une paroi 11 dont l'épaisseur e est traversée par deux conduits d'injection 3. A l'intérieur du corps de buse 1 se trouve une aiguille mobile 5 faisant office de piston. Lorsque:l'aiguille 5 se rapproche de la paroi interne du corps de buse, le carburant contenu dans le corps de buse 1 est éjecté à travers les conduits d'injection 3, vers la chambre de combustion du moteur, équipé de la buse d'injection de l'invention. La ligne hélicoïdale E représente 2878583 5 l'écoulement du carburant dans le corps de buse 1 et dans l'un des conduits d'injection 3. Sur la figure 2a, on constate que lorsque le conduit d'injection 3 a une section transversale circulaire qui présente deux portions convexes 33, diamétralement opposées, la couche limite de carburant circulant le long de la paroi 31 du conduit et représentée par les flèches F 1 et F2, est décollée en passant sur ces portions convexes 33 qui forment des bosses s'étendant vers l'intérieur du conduit d'injection 3. La couche limite se recolle ensuite contre la paroi interne 31 du conduit, après le passage de la bosse formée par la portion convexe 33. Il en résulte que ponctuellement, au niveau du sommet de la bosse, la pression du carburant est abaissée jusqu'à une valeur inférieure ou égale à la pression de vaporisation du carburant, à la température T, qui est la température du carburant dans le conduit d'injection 3. La pression du carburant étant inférieure à sa pression de vaporisation à la température T considérée, il y a formation de poches de carburant gazéifié 6 entre la paroi 31 du conduit d'injection 3 et la couche limite de carburant liquide. La figure 2a représente un second exemple de section du conduit d'injection 3 permettant d'obtenir une cavitation du carburant, par décollement de la couche limite. Dans ce second mode de réalisation, ce sont deux portions concaves 34, diamétralement opposées (la section du conduit étant circulaire) qui permettent d'obtenir le phénomène précité. Le phénomène de cavitation apparaît au niveau de ces portions concaves 34 qui forment des creux s'étendant vers l'extérieur du conduit d'injection 3. Ces creux se remplissent de carburant gazeux qui est ensuite entraîné par l'écoulement global du carburant dans le conduit d'injection 3. La figure 2c représente un troisième mode de réalisation du conduit d'injection 3. Selon ce mode de réalisation, la section circulaire du conduit d'injection 3 présente quatre portions convexes 35, diamétralement opposées deux à deux et également réparties sur le périmètre de la section. Ces portions concaves 35 forment des bosses à l'intérieur du conduit d'injection 3. Le phénomène de cavitation précité apparaît, la couche limite de carburant étant soulevée à chaque passage sur une bosse, comme décrit en référence à la figure 2a. L'augmentation du nombre de portions convexes permet d'augmenter la cavitation globale dans l'écoulement du carburant, dans les conduits d'injection 2878583 6 3 et à l'extérieur de ceux-ci, c'est-à-dire clans la chambre de combustion du moteur. La figure 3 schématise la formation d'une poche de carburant gazeux 6 dans l'écoulement de carburant. Cette poche de carburant gazeux 6 est ensuite entraînée par le flux de carburant et se retrouve dans la chambre de combustion du moteur sur lequel est fixée la buse d'injection de l'invention. Dans les exemples précités, les conduits d'injection ont une section circulaire et le relief s'étend sur toute la longueur du conduit pour des raisons de facilité de fabrication. Ainsi, les portions convexes et concaves forment respectivement et indépendamment les unes autres des nervures et des rainures rectilignes ou hélicoïdales s'étendant sur toute la longueur du conduit d'injection. Il est, de plus, possible selon l'invention d'avoir une buse d'injection qui comporte un relief du type bosse ou nervure sur une portion de sa longueur et un relief du type creux ou rainure sur la même portion et/ou sur une seconde portion contiguë ou non de la première portion. De même, tous les conduits d'injection présents sur la buse peuvent ne pas avoir le même relief interne en fonction de l'intensité de la cavitation que l'on veut obtenir dans la chambre de combustion du moteur. La buse d'injection et la rampe d'injection de l'invention peuvent équiper 20 un moteur diesel à injection directe. 7 2878583 REVENDICATIONS 1. Buse d'injection de carburant dans un moteur de véhicule automobile comprenant un corps de buse (1) qui comprend une paroi (11) formant une cavité dans laquelle est disposée une aiguille mobile (5) formant piston, ledit corps de buse (1) comportant au moins un conduit d'injection (3) présentant une surface interne (31) globalement cylindrique et définissant un axe longitudinal, ledit conduit d'injection (3) débouchant dans ladite cavité et traversant l'épaisseur (e) de ladite paroi (11) de manière que ledit carburant contenu dans ledit corps de buse (1) s'écoule hélicoïdalement dans le conduit et soit éjecté vers l'extérieur dudit corps de buse (1), par ledit conduit d'injection (3), sous l'effet du déplacement de ladite aiguille (5), ladite buse d'injection étant caractérisée en ce que ladite surface interne (31) dudit conduit d'injection (3) présente, au moins sur une portion de sa longueur, un relief au moins en partie longitudinal qui perturbe la couche limite dudit carburant située au niveau de ladite surface interne, moyennant quoi la pression dudit carburant devient alors ponctuellement inférieure à la pression d'évaporation dudit carburant à la température du carburant dans le conduit et ledit carburant est partiellement vaporisé augmentant ainsi la cavitation de l'écoulement dudit carburant dans ledit conduit d'injection (3) et à l'extérieur de ladite buse d'injection. 2. Buse d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit relief est orienté longitudinalement sur ladite surface interne (31) globalement cylindrique dudit conduit d'injection (3). 3. Buse d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit conduit d'injection (3) présente, sur au moins une portion de sa longueur, une section sensiblement circulaire. 4. Buse d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit conduit d'injection (3) présente, au moins sur une portion de sa longueur, une section qui comporte au moins une portion convexe (33), formant, au niveau de ladite surface interne (31), au moins une bosse orientée vers l'intérieur dudit conduit d'injection (3) . 2878583 8 5. Buse d'injection selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit conduit d'injection (3) présente, au moins sur une portion de sa longueur, une section qui comporte deux portions convexes (33), disposées face à face. 6. Buse d'injection selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit conduit d'injection (3) présente, au moins sur une portion de sa longueur, une section qui comporte quatre portions convexes (35), disposées face à face, deux à deux. 7. Buse d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit conduit d'injection (3) présente au moins sur une portion de sa longueur, une section qui comporte au moins une portion concave (34) formant, au niveau de ladite surface interne (31), au moins un creux. 8. Buse d'injection selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit conduit d'injection (3) présente, au moins sur une portion de sa longueur une section qui comporte au moins deux portions concaves (34), disposées face à face. 9. Rampe d'injection de carburant pour un moteur de véhicule automobile caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de buses d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.