Brevet FR2903458A1 — publié le 20080111

Domaine de la présente invention La présente invention concerne un injecteur de carburant de moteur à combustion interne comportant un corps d'injecteur muni d'un orifice d'injection et d'une chambre de pression réalisée dans le corps de l'injecteur, l'orifice d'injection partant de cette chambre de pression de façon à éjecter le carburant de la chambre de pression à travers l'orifice d'injection, cet orifice d'injection comportant un orifice d'entrée, un orifice de sortie et une paroi intérieure reliant l'orifice d'entrée à l'orifice de sortie. Etat de la technique Selon l'état de la technique on connaît des injecteurs de carburant pour l'injection directe dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Ces injecteurs sont connus depuis long-temps. L'invention a pour point de départ un injecteur de carburant tel que décrit dans le document DE 42 00 709 Al. Un tel injecteur de carburant comporte un corps dans lequel est réalisée une chambre de pression. La chambre de pression loge une aiguille d'injecteur coopérant avec un siège de soupape et ouvrant et fermant ainsi la communication entre la chambre de pression et au moins un orifice d'injection pour l'injection du carburant se fasse à l'instant souhaité dans la chambre de combustion du moteur à combustion. Du fait de la forte pression de carburant régnant dans la chambre de pression, le carburant sera pulvérisé lors de son éjection à travers l'orifice d'injection, ce qui permet une combustion efficace et faiblement polluante dans la chambre de combustion. Les orifices d'injection sont généralement réalisés sous la forme d'un perçage dans le corps de l'injecteur et ils ont une forme principalement cylindrique. Mais on rencontre différents problèmes techniques qui n'ont pas encore été résolus jusqu'à présent de manière satisfaisante. D'une part, les températures élevées régnant dans la chambre de combustion produisent la combustion d'une partie du carburant déjà dans l'orifice d'injection et y produisent une certaine cokéfaction, c'est-à-dire que les résidus de combustion du carburant bouchent en partie les orifices d'injection réduisant ainsi le débit à tra- vers les orifices d'injection. D'autre part, la pulvérisation du carburant 2903458 2 dépend de la façon suivant laquelle le carburant arrive dans l'orifice d'injection et sort de cet orifice. Dans les orifices d'injection utilisés jus-qu'à présent, la préparation du jet n'est possible que de manière insuffisante car fréquemment il y a des turbulences dans les orifices 5 d'injection et ces turbulences ne peuvent être traitées de manière suffisamment certaine. Pour résoudre le problème de la turbulence dans les orifices d'injection, le document DE 42 00 709 Al prévoit de réaliser des orifices d'injection ayant plusieurs arêtes de décrochage, vives, 10 s'étendant transversalement aux directions d'écoulement. Ces arêtes assurant une meilleure pulvérisation du carburant mais il ne se forme pas de couche limite turbulente réduisant la vitesse d'écoulement. De plus, selon le document CH 34 00 93 on connaît un injecteur de carburant dont les orifices d'injection ont une paroi inté- 15 rieure en forme de filet de vis. Cela permet d'appliquer une certaine rotation dans l'orifice d'injection mais on n'obtient pas la couche limite turbulente avantageuse pour l'orifice d'injection. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux incon- 20 vénients et solutions connues et concerne à cet effet un injecteur de carburant du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la paroi intérieure de l'orifice d'injection comporte un grand nombre de cavités en forme de coupelles. L'injecteur de carburant selon l'invention présente 25 l'avantage, vis-à-vis de l'état de la technique, de permettre une meilleure pulvérisation du carburant tout en allongeant la durée de vie de l'injecteur. Les orifices d'injection, et l'injecteur peut en comporter plu-sieurs, ont plusieurs cavités dans la paroi intérieure. Ces cavités ont une forme de cuvette de manière à réaliser à échelle réduite une surface 30 analogue à celle d'une balle de golf. Cela permet deux améliorations : d'une part, les dépôts de carburant imbrûlés et aussi de coques dans l'orifice d'injection sont beaucoup moins probables car les résidus de combustion ne s'accrochent que difficilement à la paroi intérieure des orifices d'injection et sont entraînés par le flux de carburant. D'autre 35 part, les cavités créent une couche limite turbulente dans la paroi des 2903458 3 orifices d'injection, ce qui se traduit par une meilleure pulvérisation du jet de carburant injecté. Cette meilleure pulvérisation optimise encore plus le procédé de combustion dans la chambre de combustion, ce qui réduit finalement les émissions polluantes. 5 Les cavités en forme de cuvettes sont réparties avantageusement sur toute la paroi intérieure des orifices d'injection. La pro-fondeur des cavités est inférieure à 50 m et de préférence inférieure à 10 m. Cela permet de développer une couche limite turbulente sur la paroi intérieure de l'orifice d'injection sans que la perte de charge par 10 les cavités ne soit détériorée. Selon un développement avantageux, les cavités sont écartées les unes des autres. Les conditions au niveau de la paroi intérieure des orifices d'injection sont plus facilement reproductibles que pour des cavités qui se chevauchent partiellement. Sans mettre en ceu- 15 vre des moyens importants, on peut ainsi réaliser différents orifices d'injection ayant les mêmes caractéristiques, ce qui minimise la dispersion entre les différents injecteurs. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière 20 plus détaillée à l'aide d'un injecteur de carburant représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon l'invention, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie d'un orifice d'injection, 25 - la figure 3 est une vue agrandie du détail portant la référence III à la figure 2. Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon l'invention. L'injecteur de carburant comporte un 30 corps 1 muni d'un perçage 3 formant une chambre de pression 19. La chambre de pression 19 est délimitée, côté chambre de combustion, par un siège de soupape 11 de forme conique et s'élargit radialement dans une partie médiane. Un canal d'alimentation 25 débouche dans cet élargissement radial de la chambre de pression 19 du corps d'injecteur 35 1, permettant de remplir la chambre de pression 19 avec du carburant 2903458 4 à haute pression. La chambre de pression 19 loge une aiguille d'injecteur 5 en forme de piston, coulissant longitudinalement, guidé dans un segment de guidage 15 du perçage 3, du côté opposé à celui du siège de soupape. L'extrémité du segment de guidage 15 du côté du 5 siège de soupape comporte un épaulement de pression 13 pour engendrer par la pression du carburant régnant dans la chambre de pression 19 une force hydraulique exercée sur l'aiguille d'injecteur 5 et dirigée à l'opposé du siège de soupape 11. L'aiguille d'injecteur 5 comporte à son extrémité tournée 10 vers le siège de soupape, une surface d'étanchéité 9 essentiellement conique avec laquelle coopère le siège de soupape conique 11 de l'aiguille d'injecteur 5. Le siège de soupape 11 de forme conique se poursuit par un perçage borgne 12 d'où partent plusieurs orifices d'injection 7. Les orifices d'injection 7 ont au moins globalement une forme cylindrique. 15 Le fonctionnement de l'injecteur de carburant est connu depuis longtemps selon l'état de la technique : l'aiguille d'injecteur 5 est tenue en appui contre le siège de soupape 11 par la force de fermeture agissant sur l'extrémité de l'aiguille d'injecteur 5 à l'opposé du siège de soupape. Pour faire une injection, on réduit la force de fermeture pour 20 que la force hydraulique appliquée à l'épaulement de pression 13 per-mette de soulever l'aiguille d'injecteur 5 par rapport au siège de sou-pape 11 et le carburant de la chambre de pression 19 passe dans le perçage borgne 12 et de là il s'échappe par les orifices d'injection 7. Le carburant sortant des orifices d'injection 7 arrive finalement directe- 25 ment dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne pour être brûlé. On termine l'injection en augmentant de nouveau la force de fermeture exercée sur l'aiguille d'injecteur 5 qui revient dans sa position de fermeture en appui contre le siège de soupape 11. La figure 2 montre une vue à échelle agrandie d'un orifice 30 d'injection 7. L'orifice d'injection 7 comporte un orifice d'entrée 107 et un orifice de sortie 207 ; l'orifice d'entrée 107 est relié à l'orifice de sortie 207 par une paroi intérieure 17. Comme l'orifice d'injection 7 a une forme cylindrique ou seulement légèrement conique, la forme de la paroi intérieure 17 correspond pratiquement à celle d'un cylindre. La paroi 35 intérieure 17 est munie d'un grand nombre de cavités 30 en forme de 2903458 5 cuvettes, c'est-à-dire de cavités essentiellement circulaires, de préférence écartées les unes des autres. La figure 3 montre un nouvel agrandissement du détail III de la figure 2. Dans cet agrandissement on voit mieux la forme des cavités 30. La profondeur (t) des cavités 30 est infé- 5 rieure à 50 m et de préférence inférieure à 10 m. La forme des cavités 30 génère une couche limite turbulente dans le cas carburant qui passe le long de la paroi 17 et est analogue au phénomène hydraulique qui se produit à la surface d'une balle de golf en vol. Les cavités à la surface de la balle de golf assurent un vol 10 calme car la couche limite turbulente réduit le frottement de la balle de golf. Par un effet analogue, on augmente la pression d'injection efficace de l'injecteur selon l'invention car la résistance à l'écoulement engendrée par les cavités 13 et ainsi la couche limite turbulente engendrée sont diminuées. 15 De plus, les cavités 30 réduisent les dépôts de coques dans l'orifice d'injection 7. La surface plus rugueuse de la paroi intérieure 17 fait que la matière se dépose moins bien et les résidus qui se développement néanmoins, engendrés par les températures de la chambre de combustion dans les orifices d'éjection 7, sont arrachés par 20 le passage des carburants. Les cavités 30 peuvent être réalisées par exemple par un procédé au laser ou par un usinage par érosion de la paroi intérieure 17. En particulier, à l'aide d'un procédé par laser, on peut régler et reproduire dans des limites très étendues le nombre, la profondeur et la 25 forme des cavités 30. En vue de dessus les cavités en forme de cuvettes ont de préférence une forme circulaire. Mais il est également possible de choisir toute autre forme, par exemple une forme allongée ou elliptique. Les bords des cavités 30 sont arrondis, ce que l'on peut garantir par une 30 conduite appropriée du procédé de fabrication ou par un traitement effectué ensuite. Le diamètre (d) des cavités 30 est supérieur à leur pro-fondeur (t) et se situe dans une plage de quelques 10 m, de préférence 20 m jusqu'à 100 m. REVENDICATIONS 1 ) Injecteur de carburant de moteur à combustion interne comportant un corps d'injecteur (1) muni d'un orifice d'injection (7) et d'une chambre de pression (19) réalisée dans le corps (1) de l'injecteur, l'orifice d'injection (7) partant de cette chambre de pression de façon à éjecter le carburant de la chambre de pression (19) à travers l'orifice d'injection (7), cet orifice d'injection (7) comportant un orifice d'entrée (107), un orifice de sortie (207) et une paroi intérieure (17) reliant l'orifice d'entrée (107) à l'orifice de sortie (207), caractérisé en ce que la paroi intérieure (17) de l'orifice d'injection (7) comporte un grand nombre de cavités (30) en forme de coupelles. 2 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une aiguille d'injecteur (5) est installée de manière mobile dans la chambre de pression (19), cette aiguille ouvrant et fermant la communication entre la chambre de pression (19) et l'orifice d'injection (7) par son mouvement longitudinal pour permettre une éjection commandée de carburant de la chambre de pression (19) à travers l'orifice d'injection (7). 3 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice d'injection (7) est réalisé sous la forme d'un perçage dans le corps d'injecteur (1). 4 ) Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'orifice d'injection (7) a principalement une forme cylindrique. 5 ) Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différentes cavités (30) sont écartées les unes des autres. 5 2903458 7 6 ) Injecteur de carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce que les cavités (30) en forme de cuvettes ont une profondeur (t) inférieure à 50 m et de préférence inférieure à 10 m. 10