Brevet FR2879675A1 — publié le 20060623

Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne La présente invention est relative à un dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne, du type comprenant des première et deuxième rampes d'alimentation en carburant et en un liquide additionnel respectivement, une pluralité d'injecteurs du carburant et du liquide additionnel dans des cylindres associés du moteur et des moyens pour connecter chacune desdites première et deuxième rampes à l'une de première et deuxième entrées de chaque injecteur, cet injecteur comprenant une buse présentant un axe et une aiguille mobile suivant cet axe pour ouvrir ou fermer sélectivement des orifices percés dans cette buse pour l'injection dudit carburant et dudit liquide additionnel dans le cylindre associé à cet injecteur. On décrit un dispositif de ce type dans le brevet allemand n 197 46 491, appliqué à l'alimentation d'un moteur diesel. On sait que la réduction des quantités d'espèces chimiques nocives contenues dans les gaz d'échappement de ces moteurs fait actuellement l'objet d'une réglementation de plus en plus stricte. A cet égard on cherche à réduire ces émissions à la source, notamment celles concernant les oxydes d'azote et les particules de carbone, de manière à alléger le post traitement de ces émissions. Diverses techniques sont couramment utilisées aujourd'hui pour maintenir les émissions nocives de ces moteurs dans les limites posées par les diverses réglementations, présentes ou à venir. On peut citer à cet égard des stratégies d'injections multiples, l'utilisation de filtres à particules, l'utilisation de forts taux de recirculation de gaz d'échappement ou encore, comme c'est le cas dans le dispositif du brevet précité, l'utilisation de gazole contenant de l'eau en émulsion. L'utilisation d'une telle émulsion, de composition fixe, peut présenter des inconvénients. En effet, en certains points de fonctionnement du moteur tels que, par exemple, ceux demandant la production d'un fort couple de sortie, il peut être nécessaire d'injecter seulement du carburant dans les cylindres du moteur. Dans d'autres circonstances il peut être avantageux de faire varier la composition du mélange carburant/eau admis dans ces cylindres. Le dispositif décrit dans le brevet précité permet de faire varier cette composition. Pour ce faire chaque cylindre est alimenté par un injecteur à deux entrées, raccordées à des rampes d'alimentation en carburant et en eau, respectivement. Des électrovannes permettent de commander les quantités de carburant et d'eau admises dans chaque injecteur. Ces quantités se mélangent dans l'injecteur et traversent des orifices communs d'alimentation du cylindre associé quand une commande appropriée écarte une aiguille d'une position dans laquelle elle obture ces orifices. L'injecteur double du dispositif décrit dans le brevet précité reçoit le carburant et l'eau à des pressions de 1800 bars et 50 bars, respectivement. Du fait de cette très importante différence de pression, l'obtention d'un mélange eau/carburant homogène dans l'injecteur même n'est pas aisée à obtenir. Cet injecteur est équipé d'un clapet à billes disposé à l'entrée d'eau et d'un petit piston en butée sur l'extrémité de l'aiguille opposée à la pointe obturatrice de celle-ci. Ce petit piston déborde dans une chambre comprenant un ressort de rappel de l'aiguille. Cette chambre est remplie de carburant à la pression d'alimentation par une ligne particulière raccordée à la rampe correspondante. A cette ligne particulière s'ajoute une autre ligne servant à "aérer" une autre chambre, adjacente à la chambre précitée, recevant l'extrémité en butée du petit piston. Ces dispositions visent à stabiliser le temps de commutation de l'injecteur. Elles accroissent l'encombrement et compliquent sensiblement la structure de l'injecteur qui doit en outre être raccordé à quatre lignes différentes, tout ceci aux dépens des coûts de fabrication, de montage et d'entretien de cet injecteur. La présente invention a justement pour but de fournir un dispositif d'injection "double" pour moteur à combustion interne comprenant des injecteurs plus simples et donc moins coûteux, permettant néanmoins de faire varier les proportions des produits injectés dans les cylindres du moteur. La présente invention a aussi pour but de fournir un injecteur d'encombrement réduit, conçu pour équiper un tel dispositif. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif du type décrit en préambule de la présente description, équipé d'injecteurs comprenant chacun une buse et une aiguille mobile suivant l'axe de cette buse pour ouvrir ou fermer sélectivement des orifices percés dans cette buse pour l'injection du carburant et du liquide additionnel dans le cylindre associé du moteur, ce dispositif étant remarquable en ce que cette aiguille est percée d'un conduit agencé pour raccorder sélectivement l'une des première et deuxième entrées, de carburant et de liquide additionnel respectivement, de l'injecteur, à au moins un des orifices d'injection percés dans la buse de cet injecteur, les orifices d'injection débitant respectivement le carburant et le liquide additionnel étant étagées axialement sur cette buse. Comme on le verra en plus de détail dans la suite, cette structure d'injecteur permet de séparer complètement les circuits d'alimentation en carburant et en liquide additionnel des cylindres du moteur, en autorisant le réglage du rapport des produits injectés dans ceux-ci en fonction du point de fonctionnement du moteur. La simplicité de cette structure d'injecteur permet en outre de la réaliser, de l'installer et de l'entretenir à moindre coût. Suivant d'autres caractéristiques de la présente invention: - des moyens sont prévus pour régler indépendamment l'une de l'autre les quantités de carburant et de liquide additionnel débitées par lesdits orifices, - le conduit de l'aiguille est en communication de fluide avec l'entrée de l'injecteur alimentée par la deuxième rampe, une électrovanne commandée étant montée entre la rampe et cette entrée pour régler le débit du liquide additionnel envoyé dans le cylindre correspondant, - des moyens de commande du temps d'ouverture de l'injecteur sont prévus 15 pour régler la quantité de carburant envoyée dans le cylindre correspondant, - le moteur est un moteur diesel, - le liquide additionnel est de l'eau. La présente invention fournit aussi un injecteur de carburant et de liquide additionnel conçu pour équiper le dispositif suivant l'invention, cet injecteur comprenant une buse munie de premier et deuxième conduits d'entrée pour le carburant et le liquide additionnel respectivement, la buse présentant un axe et une aiguille mobile suivant cet axe pour ouvrir ou fermer sélectivement des orifices percés dans la buse pour débiter le carburant et le liquide additionnel, cet injecteur étant remarquable en ce que l'aiguille est percée d'un conduit agencé pour raccorder sélectivement l'un des premier et deuxième conduits d'entrée à au moins un des orifices de la buse, les orifices débitant le carburant et les orifices débitant le liquide additionnel respectivement, étant étagés axialement sur la buse. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: 30 - la figure 1 représente schématiquement l'organisation générale du dispositif suivant l'invention, et - la figure 2 est une vue agrandie, en coupe axiale, d'une partie de l'un des injecteurs équipant le dispositif de la figure 1. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où il apparaît que le dispositif 35 suivant l'invention comprend des première et deuxième rampes 1 et 2 respectivement, débitant un carburant et un liquide additionnel respectivement dans chacun des injecteurs d'une pluralité d'injecteurs 3a, 3b, 3c et 3d. Ces injecteurs alimentent les cylindres d'un moteur à combustion interne (non représenté). A titre d'exemple illustratif et non limitatif ce moteur est du type diesel. Dans ce cas le liquide additionnel peut être de l'eau. Les rampes 1 et 2 sont alors alimentées en carburant et en eau par des pompes 5 et 6 respectivement, puisant ce carburant et cette eau dans des réservoirs 7 et 8 respectivement. Des moyens de régulation de pression classiques, pour cette raison non décrits ou représentés plus avant, sont associés aux pompes 5 et 6 et aux rampes 1 et 2 pour établir des niveaux de pression prédéterminés et sensiblement constants des liquides contenus dans ces rampes. A titre d'exemple illustratif seulement, c'est ainsi que ces niveaux de pression pourraient être stabilisés à des valeurs de l'ordre de plusieurs centaines de bars (jusqu'à 2000 bars) et de plusieurs dizaines de bars (jusqu'à 100 bars) respectivement, dans les rampes à carburant 1 et à eau 2, respectivement. Les injecteurs 3a à 3d présentent des premières entrées 9a à 9d respectivement et des deuxièmes entrées 10a à 10d respectivement, connectées aux rampes 1 et 2 respectivement par des lignes d'alimentation 11a à 11d et 12a à 12d, respectivement. Des électrovannes 13a à 13d sont montées sur les lignes 12a à 12d respectivement. Ces électrovannes sont équipées de moyens de réglage, entre 0 et 100 %, de leur taux d'ouverture pour une raison qui sera donnée plus loin. On se réfère maintenant à la figure 2 du dessin annexé pour décrire en plus de détail la structure des injecteurs équipant le dispositif suivant l'invention, par exemple celle de l'injecteur 3a. D'une manière générale celui-ci comprend, comme les injecteurs de carburant classiques, un dispositif d'activation (un électroaimant par exemple) dont l'excitation et la désexcitation déplacent en va-et-vient une aiguille entre une position dans laquelle celle-ci obture des orifices d'injection de carburant et une position dans laquelle l'aiguille dégage ces orifices pour permettre une telle injection. Sur la figure 2, qui est une représentation schématique agrandie en coupe axiale de la pointe de l'injecteur 3a, il apparaît que cet injecteur comprend à cet emplacement une buse creuse 14 d'axe X et une aiguille 15 mobile coaxialement dans cette buse. Dans la position représentée, l'aiguille 15 obture simultanément deux jeux d'orifices 16n et 17, (avec n de 1 à N et m de 1 à M) percés dans la paroi 18 de la buse 14. Les orifices 16, et 17m de chaque jeu peuvent être distribués circulairement autour de l'axe X et sont étagés en deux niveaux sur cet axe, les orifices 16, occupant un niveau et les orifices 17m occupant l'autre niveau, plus proche de l'extrémité libre de la buse 14 comme représenté à la figure 2. Les axes de ces orifices peuvent être inclinés sur l'axe X, comme également représenté à cette figure, pour donner une orientation convenable aux jets sortant des orifices. La paroi 18 de la buse 14 délimite un espace intérieur conformé pour guider, comme on l'a vu plus haut, les déplacements de l'aiguille 15 sur l'axe X de cette buse. Elle comporte à cet effet des sections cylindriques 18a et 18b en appui sur des sections cylindriques 15a et 15b de l'aiguille 15. De part et d'autre de la section 18b elle comporte en outre des sections tronconiques 18c et 18d qui servent de sièges à des sections tronconiques complémentairesl5c et 15d respectivement, de l'aiguillel5 quand celle-ci est dans sa position d'obturation des orifices 16n et 17m représentée à la figure 2. La buse 14 est encore creusée de deux chambres annulaires 19 et 20 mises en communication de fluide avec les lignes 11 a et 12a d'alimentation de l'injecteur 3a par des conduits 21 et 22 respectivement, percés dans la paroi de la buse. Suivant une caractéristique de la présente invention, il apparaît encore que l'aiguille 15 est traversée axialement par un conduit 23 débouchant, par une extrémité, dans une chambre 24 adjacente aux orifices 17m et creusée dans la partie centrale de l'extrémité libre de la buse 14. L'autre extrémité de ce conduit est fermée. Ce conduit axial 23 est mis en communication de fluide avec le conduit 22 et la ligne 12a d'alimentation en eau par un conduit 25 percé transversalement dans l'aiguille 15 pour déboucher dans la chambre annulaire 20. Les conduits 23 et 25 constituent ainsi deux parties d'un conduit unique raccordant la chambre 20 aux orifices 17m quand l'aiguille 15 est soulevée de ses sièges 18c et 18d, comme on le verra plus loin. On remarquera la compacité de la buse décrite ci-dessus, qui permet de combiner des injections de deux liquides différents dans le volume d'une buse d'injecteur classique. On décrit maintenant le fonctionnement du dispositif suivant l'invention. Comme on l'a vu plus haut, l'aiguille 15 est déplacée classiquement par l'excitation du bobinage d'un électroaimant, de la position d'obturation des orifices représentée à la figure 2 à une position dans laquelle elle est écartée de ces orifices. Selon la présente invention, la course axiale de l'aiguille est alors limitée de manière à maintenir l'isolation des circuits de circulation du carburant d'une part et de l'eau d'autre part. Cette isolation est assurée par le maintien d'un contact entre les sections cylindriques 15b et 18b de l'aiguille 15 et de la paroi 18 de la buse 14, respectivement. Cette condition de contact détermine la longueur maximale de la course de l'aiguille. On est ainsi assuré que les orifices 16, et 17m débitent seulement du carburant pour les unes et de l'eau pour les autres, respectivement. L'excitation séquentielle des injecteurs 3a à 3d est classiquement commandée par un calculateur (non représenté) de gestion du moteur qui détermine notamment les quantités de carburant et d'eau à envoyer dans chacun des cylindres du moteur, en fonction du point de fonctionnement de celui-ci. Pour ce faire, suivant l'invention, le calculateur détermine d'une part le temps d'ouverture de l'injecteur considéré et le taux d'ouverture (entre 0 et 100%) de l'électrovanne associée, soit l'injecteur 3a et l'électrovanne 13a par exemple. La quantité de carburant qui traverse les orifices 16n est alors fonction de ce temps d'ouverture et de la pression du carburant dans la rampe 1. La quantité d'eau qui traverse les orifices 17m est fonction du taux d'ouverture de l'électrovanne associée, de la pression de l'eau dans la rampe 2 et du temps d'ouverture de l'injecteur associé. On comprend qu'il est ainsi possible de régler continûment et séparément les quantités de carburant et d'eau injectées dans un cylindre du moteur. Cela permet, notamment, d'adapter la quantité d'eau injectée à un point de fonctionnement particulier du moteur et ceci à l'aide d'injecteurs de structure simple et de faible encombrement propres à être fabriqués, installés et entretenus à coûts réduits, conformément aux buts poursuivis par la présente invention. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'invention est applicable à des moteurs à combustion interne autres que du type diesel, le liquide additionnel débité pouvant alors être constitué par un additif propre à améliorer la carburation du moteur, ou par un autre carburant, par exemple. C'est ainsi encore que l'on pourrait intervertir les alimentations en carburant et en liquide additionnel des injecteurs, moyennant une adaptation convenable des commandes adressées à ces injecteurs et aux électrovannes. 7 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne, comprenant des première (1) et deuxième (2) rampes d'alimentation en carburant et en un liquide additionnel respectivement, une pluralité d'injecteurs (3a à 3d) dudit carburant et dudit liquide additionnel dans des cylindres associés dudit moteur et des moyens (11 a à 11 d, 12a à 12d) pour connecter chacune desdites première (1) et deuxième (2) rampes à l'une de première (9a à 9d) et deuxième (10a à10d) entrées de chaque injecteur, ledit injecteur (3a à 3d) comprenant une buse (14) présentant un axe (X) et une aiguille (15) mobile suivant cet axe pour ouvrir ou fermer sélectivement des orifices (16n, 17m) percés dans ladite buse (14) pour l'injection dudit carburant et dudit liquide additionnel dans le cylindre associé audit injecteur, dispositif caractérisé en ce que ladite aiguille (15) est percée d'un conduit (23, 25) agencé pour raccorder sélectivement l'une desdites première (9a à 9d) et deuxième (10a à1 0d) entrées à au moins un desdits orifices (16,, 17m) de ladite buse (14), les orifices d'injection débitant respectivement ledit carburant et ledit liquide additionnel étant étagées axialement sur ladite buse (14). 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour régler indépendamment l'une de l'autre les quantités de carburant et de liquide additionnel débitées par lesdits orifices (16n, 17m). 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit conduit (23, 25) de ladite aiguille (15) est en communication de fluide avec l'entrée (10a à 10d) dudit injecteur (3a à 3d) alimentée par ladite deuxième rampe (2), une électrovanne (13a à 13d) commandée étant montée entre ladite rampe et ladite entrée pour régler le débit du liquide additionnel envoyé dans le cylindre correspondant. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande du temps d'ouverture dudit injecteur (3a à 3d) pour régler la quantité de carburant envoyée dans le cylindre correspondant. 5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit moteur est un moteur diesel. 6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que ledit liquide additionnel est de l'eau. 7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit liquide additionnel est un additif de carburation. 8. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit liquide additionnel est un deuxième carburant. 9. Injecteur de carburant et de liquide additionnel comprenant une buse (14) muni de premier (21) et deuxième (22) conduits d'entrée d'un carburant et d'un liquide additionnel respectivement, ladite buse (14) présentant un axe (X) et une aiguille (15) mobile suivant cet axe pour ouvrir ou fermer sélectivement des orifices (16,, 17m) percés dans ladite buse (14) pour débiter ledit carburant et ledit liquide additionnel, caractérisé en ce que ladite aiguille (15) est percée d'un conduit (23, 25) agencé pour raccorder sélectivement l'un desdits premier (21) et deuxième (22) conduits d'entrée à au moins un desdits orifices (16,, 17m) de ladite buse, les orifices (16n) débitant ledit carburant et les orifices (17m) débitant ledit liquide additionnel respectivement, étant étagés axialement sur ladite buse (14). 10. Injecteur conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que ledit conduit (23, 25) comporte une partie (23) traversant axialement ladite aiguille (15).