Brevet FR3071016A1 — publié le 20190315

La présente invention se rapporte à buse d'injection ayant une tête à perméabilité variable pour l'injection de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, notamment de type Diesel, et en particulier d'un véhicule automobile. Une buse d'injection comprend un corps relié à une tête d'injection présentant des orifices d'injection. La tête, en général de forme tronconique, fait saillie à l'intérieur de la chambre de combustion du moteur pour y injecter le carburant sous forme de jets pulvérisés à travers lesdits orifices d'injection. Un conduit central permettant notamment les amenées du carburant communique avec les orifices d'injection. On recherche à améliorer la réduction des polluants émis par le moteur lors de la combustion tout en augmentant les performances de puissance du moteur. Ces besoins sont contradictoires. En effet une perméabilité (c'est-à-dire le débit obtenu dans un temps donné sous une pression donnée) faible de la tête d'injection diesel est favorable à la réduction des émissions d'oxydes d'azote (NOx) et de particules (PM) et de la consommation de carburant, alors qu'une perméabilité forte est nécessaire pour réaliser de fortes puissances du moteur. Pour répondre à ces besoins, il a été proposé de disposer d'une buse à perméabilité variable en utilisant une buse d'injection dont la tête comprend deux rangées d'orifices disposées axialement l'une au-dessus de l'autre. Le débit d'injection dans la chambre de combustion du moteur est géré par des moyens d'ouverture et de fermeture sélectifs des orifices d'injection. Un système commande les moyens d'ouverture et de fermeture sélectifs des orifices de manière à agir sur l'ouverture d'une seule rangée ou des deux rangées d'orifices d'injection. De tels moyens d'ouverture et de fermeture sélectives peuvent se présenter par exemple sous forme d'une aiguille, disposée à l'intérieur de la buse jusqu'au niveau des orifices, et qui est mobile en translation suivant l'axe central de la buse. Ainsi pour les faibles charges, une levée d'aiguille faible ne découvre qu'une rangée d'orifices, et à fortes charges on découvre via une levée forte d'aiguille les deux rangées d'orifices. Ce principe est connu et il existe divers moyens d'ouverture et de fermeture sélective des orifices associés à divers systèmes d'actionnement qui ont été décrits dans de nombreux brevets. Par exemple dans la demande de brevet européenne EP1717435, il est décrit une buse d'injection dont la tête présente deux rangées d'orifices d'injection et un système permettant de n'ouvrir qu'une rangée ou les deux en même temps. La figure 1 annexée 2 est extraite de ce document de brevet pour illustrer un exemple connu de fonctionnement d'une buse à perméabilité variable. Cette figure 1 est une vue en coupe schématique longitudinale d'une buse d'injection pour l'injection de carburant dans un moteur à combustion interne. Ladite 5 buse 10 présente un corps supérieur 12 dans une coque 14, relié à la partie inférieure 12a de la buse qui se termine par une tête conique qui fera saillie dans la chambre de combustion du moteur (non représenté sur la figure). Ladite tête présente deux rangées d'orifices d'injection, inférieure 28 et supérieure 26 par référence à l'axe longitudinal de ladite tête orienté suivant l'axe vertical ZZ'. Ladite buse comporte une soupape 10 extérieure 24 qui coopère avec un siège de soupape extérieure 38 de manière à commander la distribution de carburant dans le moteur à travers une première rangée supérieure d'orifices 26 et une soupape intérieure 32 sous forme d'une aiguille qui coulisse dans un alésage 30 ménagé dans la soupape extérieure 24 et coopère avec un siège de soupape intérieure 40 de manière à commander la distribution de carburant 15 dans le moteur à travers une deuxième rangée inférieure d'orifices 28. La buse d'injection est équipée d'un dispositif à clapet commutateur 62, 64, 66 pour commander si du carburant est distribué à travers seulement une des première et deuxième rangée d'orifices ou à travers les deux en même temps, le dispositif commutateur étant agencé dans le passage d'alimentation 22 et définissant un côté entrée 22b, un côté sortie 22a 20 et des moyens formant passage 64 pour permettre à du carburant de s'écouler à travers le dispositif commutateur vers les première et deuxième rangées d'orifices. Le dispositif commutateur est actionné en fonction de la chute de pression entre le côté entrée 22b et le côté sortie 22a causée par le flux de carburant à travers le dispositif commutateur. 25 L'invention vise à améliorer les performances environnementales d'un moteur à combustion interne de type Diesel en réduisant les émissions de polluants tout en lui conservant de bonnes puissances, en améliorant les têtes des buses d'injection à plusieurs rangées d'orifices d'injection. A cet effet, l'invention fournit une buse d'injection comprenant une tête d'injection 30 à perméabilité variable pour l'injection de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, ladite tête d'injection présentant une pluralité de rangées d'orifices d'injection de forme globalement cylindriques, lesdites rangées d'orifices d'injection étant agencées successivement l'une au-dessus de l'autre suivant l'axe longitudinal de la tête de buse pour former une rangée inférieure et une rangée 3 supérieure, qui se caractérise en ce que les orifices d'une rangée inférieure ont un diamètre inférieur au diamètre des orifices de la rangée supérieure, et qu'en outre la longueur des orifices de ladite rangée inférieure est adaptée à leur diamètre de sorte que pour chaque orifice de la rangée le ratio longueur d'un orifice rapporté à son 5 diamètre soit égal à une valeur de référence choisie pour que le jet de carburant ne soit pas projeté jusqu'à venir en contact avec les parois internes de la chambre de combustion du moteur. Les notions de « inférieure » et « supérieure » qualifiant les rangées d'orifices se font par référence à la direction axiale de la tête, orientée verticalement, dont la partie 10 inférieure est la partie qui est plus proche de la chambre de combustion que la partie supérieure, en particulier du piston, la rangée supérieure d'orifices étant ainsi dans un plan au-dessus de la rangée inférieure. De préférence selon l'invention, la tête a une forme tronconique, la plus petite base du cône formant la partie inférieure de la tête. 15 Avantageusement selon l'invention, une rangée d'orifices inférieure de ladite tête présente un évidement en l'extrémité de sortie du jet de carburant de chaque orifice pour ajuster la longueur de l'orifice au diamètre en conformité à la valeur de référence. De préférence la buse d'injection selon l'invention comprend des moyens d'ouverture et fermeture sélectifs des rangées d'orifices permettant que les orifices des 20 rangées soient ouverts en progression d'une rangée inférieure vers une rangée supérieure en fonction de l'augmentation de la charge en carburant à injecter et qu'inversement les orifices des rangées soient fermés en progression d'une rangée supérieure vers une rangée inférieure en fonction de la diminution de la charge en carburant à injecter. 25 L'invention n'est pas limitée à la présence de deux rangées d'orifices, elle peut en comprendre plus que deux. Ainsi la tête de la buse peut comprendre des rangées d'orifices successives dont les diamètres sont de plus en plus petit et les longueurs de plus en plus petite en passant d'une rangée d'orifices supérieure à une rangée d'orifices adjacente inférieure et de sorte que pour chaque orifice d'une rangée d'orifices donnée 30 le ratio longueur d'un orifice rapporté à son diamètre soit égal à une valeur de référence pour ladite rangée évitant des projections de carburant sur les parois internes de la chambre de combustion. L'invention concerne aussi un moteur à combustion interne, fonctionnant avec un carburant de type Diesel, comprenant au moins une buse d'injection de carburant pour 4 l'injection de carburant dans la chambre de combustion dudit moteur telle que définie précédemment. L'invention concerne aussi un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne de type Diesel, ledit moteur étant tel que défini ci-dessus. 5 Un mode de réalisation particulier de l'invention, à titre indicatif mais non limitatif, est présenté en référence à la figure 2 annexée qui illustre schématiquement la tête d'une buse d'injection selon l'invention. L'ensemble de la buse, en particulier ni les moyens d'ouverture et de fermeture des orifices de la tête de buse, ni leurs moyens de commande, ne sont illustrés 10 spécifiquement dans le cadre de l'invention car l'essentiel de l'invention porte sur l'agencement des orifices de la tête de la buse. Divers moyens déjà existants peuvent convenir et l'homme du métier saura les choisir et les adapter à la buse. On préfèrera les moyens qui permettent d'ouvrir la/les rangées d'orifices inférieures pour les faibles charges et qui ouvrent plusieurs rangées allant de la rangée la plus inférieure en 15 remontant vers les rangées supérieures pour les fortes charges. La figure 2 illustre schématiquement suivant une vue en coupe longitudinale, une tête d'injection pour injecter du carburant, notamment Diesel, dans un moteur à combustion interne. Cette tête 1 est de forme classique tronconique dont l'axe longitudinal est orienté verticalement selon l'axe ZZ'. La plus petite base du cône forme 20 la base inférieure de la tête. Ladite tête 1 comprend une rangée d'orifices inférieure 2 et une rangée d'orifices supérieure 3. Sur la figure un seul orifice apparaît par rangée, mais classiquement il y a une pluralité d'orifices répartis sur une ligne autour de l'axe de la tête Ces orifices sont de forme globalement cylindrique. Les orifices de la rangée inférieure 2 sont d'un 25 diamètre plus petit que celui des orifices de la rangée supérieure 3. En outre la longueur des orifices de ladite rangée inférieure 2 a été réduite par rapport à la longueur de rayon du cône au niveau de cette rangée en dégageant l'extrémité de sortie de l'orifice, par exemple en usinant un évidement 4. En conformité à l'invention, les orifices d'une même rangée présente un ratio 30 longueur sur diamètre égal à une valeur de référence constante déterminée afin que les jets de carburant issus desdits orifices n'atteignent pas les parois internes de la chambre de combustion. Le contact d'un jet de carburant génère en effet des imbrûlés, des suies et augmente les pertes thermiques aux parois, ce qui qui pénalise donc la consommation de carburant. 5 Il est connu selon les modélisations de Hiroyasu que la longueur de pénétration d'un liquide dépend du ratio longueur sur diamètre de l'orifice. L'invention a atteint ses objectifs. Selon l'invention, les orifices des rangées n'ont plus tous le même diamètre d'une rangée à l'autre mais le diamètre des orifices d'une 5 même rangée inférieure est plus petit qu'à la rangée supérieure pour améliorer les performances du moteur et tendre à réduire les émissions de polluants et de consommation de carburant à faibles charges. Selon l'invention la longueur d'orifice est aussi contrôlée en la diminuant par rapport à la longueur de rayon de la tête pour respecter la géométrie de la chambre de combustion du moteur sans projeter de jets de 10 carburant sur ses parois et ainsi ne pas créer de suies qui viendraient contrecarrer l'objectif de réduction des émissions de polluants. La tête de la buse d'injection selon l'invention présente une perméabilité variable plus fine que celles de l'art antérieur, REVENDICATIONS1. Buse d'injection comprenant une tête d'injection (1) à perméabilité variable pour l'injection de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, ladite tête d'injection présentant une pluralité de rangées d'orifices d'injection de forme globalement cylindriques, lesdites rangées d'orifices d'injection étant agencées successivement l'une au-dessus de l'autre suivant l'axe longitudinal de la tête de buse pour former une rangée inférieure (2) et une rangée supérieure (2), caractérisée en ce que les orifices d'une rangée inférieure (2) ont un diamètre inférieur au diamètre des orifices de la rangée supérieure (2), et qu'en outre la longueur des orifices de ladite rangée inférieure est adaptée à leur diamètre de sorte que pour chaque orifice de la rangée le ratio longueur d'un orifice rapporté à son diamètre soit égal à une valeur de référence choisie pour que le jet de carburant ne soit pas projeté jusqu'à venir en contact avec les parois internes de la chambre de combustion du moteur. 2. Buse d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une rangée d'orifices inférieure (2) de ladite tête présente un évidement (4) en l'extrémité de sortie du jet de carburant de chaque orifice. 3. Buse d'injection selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que la tête a une forme tronconique, la plus petite base du cône formant la partie inférieure de la tête. 4. Buse d'injection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'ouverture et de fermeture sélectifs des rangées d'orifices permettant que les orifices des rangées soient ouverts en progression d'une rangée inférieure (2) vers une rangée supérieure (3) en fonction de l'augmentation de la charge en carburant à injecter et qu'inversement les orifices des rangées soient fermés en progression d'une rangée supérieure vers 7 une rangée inférieure en fonction de la diminution de la charge en carburant à injecter. 5. Moteur à combustion interne, fonctionnant avec un carburant de type Diesel, comprenant au moins une buse d'injection de carburant pour l'injection s de carburant dans la chambre de combustion dudit moteur, caractérisé en ce que ladite buse est définie à l'une des revendications 1 à 4. 6. Véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne de type Diesel, caractérisé en ce que ledit moteur est défini à à la revendication 5.