La présente invention concerne les buses de pulvérisation de liquide, susceptibles d'être utilisées dans les applications les plus diverses telles que par exemple des pompes de pulvérisation, des vaporisateurs, des gicleurs pour brûleurs de combustion, des injecteurs de moteurs à combustion interne.
L'invention s'applique plus particulièrement aux buses de pulvérisation dans lesquelles le liquide à pulvériser est amené dans une chambre centrale de tourbillonnement par des canaux latéraux d'admission de fluide injectant tangentiellement le liquide qui sort ensuite de la chambre centrale de tourbillonnement par un passage coaxial de sortie.
Les buses de pulvérisation à chambre centrale de tourbillonnement assurent généralement une bonne pulvérisation du liquide.
Ces buses sont habituellement réalisées en métal, par des procédés d'usinage traditionnels, et comportent le plus souvent un corps creux de buse, avec une paroi externe périphérique d'axe longitudinal, et avec une paroi externe antérieure radiale munie d'un trou axial de sortie pour l'écoulement du flux de sortie de fluide. La chambre centrale de tourbillonnement est limitée par une paroi périphérique de révolution d'axe longitudinal, par une paroi antérieure à passage coaxial de sortie, et par une paroi postérieure. La paroi antérieure à passage coaxial de sortie est formée par ladite paroi externe antérieure radiale, perpendiculaire à l'axe longitudinal. Au moins un canal latéral d'admission de fluide est prévu dans la paroi périphérique, ouvert dans la chambre centrale de tourbillonnement, et conformé pour l'écoulement du flux d'entrée de fluide et pour injecter tangentiellement le fluide dans la chambre centrale de tourbillonnement.
Dans leurs applications, les buses de pulvérisation produisent un flux de sortie sous forme de liquide pulvérisé en fines gouttelettes, le flux étant généralement conique selon l'axe longitudinal, et les gouttelettes se répartissant dans le cône de façon aléatoire.
Dans une production industrielle de buses de pulvérisation par usinage de métaux, on constate une grande dispersion des paramètres principaux du flux de sortie, à savoir la taille des gouttelettes, la valeur de l'angle de sortie, et le spectre de répartition des gouttelettes dans le cône.
Les dispersions des caractéristiques du flux de sortie entraînent des difficultés considérables lors de l'utilisation des buses de pulvérisation. En particulier, cela conduit à une augmentation aléatoire du taux en oxyde de carbone et du taux d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement, à une diminution du rendement de combustion, et à un encrassement des parois d'échange thermique environnant la zone de combustion.
Les dispersions des paramètres de flux de sortie du liquide sont dues à une dispersion des dimensions des canaux d'admission de fluide, et surtout de la chambre centrale de tourbillonnement. Il n'est pas économiquement envisageable de réduire ces dispersions de dimensions avec les méthodes de fabrication traditionnelles d'usinage des pièces métalliques constituant les buses de pulvérisation connues, car cela nécessiterait une grande précision d'usinage qui n'est pas économiquement réalisable, surtout dans le cas de buses de pulvérisation de taille réduite.
Pour faciliter la fabrication, on a déjà proposé, dans le document CH-421 009 A, de réaliser les parois périphérique et antérieure de la chambre de tourbillonnement, le passage coaxial de sortie et les canaux latéraux d'admission de fluide sous forme de rainures et évidements postérieurs dans une plaquette antérieure rapportée dans un corps creux de buse et maintenue en appui contre une paroi externe antérieure par un noyau postérieur.
La plaquette antérieure et le noyau postérieur sont tous deux tenus latéralement indépendamment l'un de l'autre par la paroi périphérique du corps de buse.
Cette structure à plaquette antérieure rapportée ne permet toutefois pas de réaliser de façon économique et reproductible en série des buses de pulvérisation comportant un évidement postérieur coaxial prolongeant vers l'arrière dans le noyau postérieur la chambre de tourbillonnement.
Un tel évidement postérieur coaxial peut présenter un intérêt notamment pour stabiliser le cône de projection en sortie de la buse.
Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de buse de pulvérisation à chambre centrale de tourbillonnement qui puisse être fabriquée de façon économique et précise en mettant en oeuvre des techniques de grande précision, de façon que les canaux d'admission de fluide et la chambre centrale de tourbillonnement soient dimensionnés de façon précise et répétitive, et de façon à centrer de façon précise un évidement postérieur de chambre de tourbillonnement.
L'invention vise en particulier à réaliser de telles buses de pulvérisation de petites dimensions, dans lesquelles les canaux d'admission de fluide et la chambre centrale de tourbillonnement sont de taille réduite, de sorte que les précisions dimensionnelles nécessaires conduisent à des précisions absolues de l'ordre de quelques microns seulement.
Un autre problème proposé par l'invention, dans certains modes de réalisation, est d'éviter les risques de dégradation de la buse de pulvérisation en cas de solidification au froid du fluide contenu dans la buse de pulvérisation.
Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, l'invention prévoit une buse de pulvérisation ayant :
Selon une possibilité, les moyens de centrage relatif des plaquettes sont réalisés sur leurs faces frontales d'appui respectives.
De préférence, les moyens de centrage relatif des plaquettes comprennent une nervure périphérique postérieure de la plaquette antérieure dans laquelle s'engage la périphérie de la plaquette postérieure.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles:
Dans tous les modes de réalisation illustrés sur les figures, une buse de pulvérisation selon la présente invention comprend un corps creux de buse 1, par exemple un corps à creux cylindrique, limité par une paroi externe périphérique 2 d'axe longitudinal I-I et de révolution, et fermé par une paroi externe antérieure radiale 3 munie d'un trou axial de sortie 4.
Un noyau postérieur 5 est adapté dans le corps creux de buse 1, avec des canaux périphériques 6 et 7 d'amenée de fluide jusqu'à une ou plusieurs cavités antérieures périphériques 8, 8a et 8b. On prévoit une possibilité d'accès entre le noyau postérieur 5 et la paroi externe antérieure radiale 3, soit en prévoyant une paroi externe antérieure radiale 3 rapportée, soit en prévoyant un noyau postérieur 5 rapporté. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures, le noyau postérieur 5 est rapporté dans le corps creux de buse 1, alors que la paroi antérieure radiale 3 est d'une seule pièce avec la paroi externe périphérique 2.
La buse de pulvérisation selon l'invention comprend en outre une chambre centrale de tourbillonnement 9, limitée par une paroi périphérique 10 de révolution d'axe longitudinal I-I, par une paroi antérieure 11 à passage coaxial de sortie 12 pour conduire le flux de sortie de fluide, et par une paroi postérieure 13. La chambre centrale de tourbillonnement 9 est raccordée à la ou aux cavités antérieures périphériques 8, 8a et 8b par au moins un canal latéral d'admission de fluide 14, ouvert dans la chambre centrale de tourbillonnement 9, et conformé pour conduire le flux d'entrée de fluide et pour injecter tangentiellement le fluide dans la chambre centrale de tourbillonnement 9, par exemple selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal I-I.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, le trou axial de sortie 4 de la paroi externe antérieure radiale 3 est surdimensionné, c'est-à-dire que le passage coaxial de sortie 12 de la buse de pulvérisation est plus petit que le trou axial de sortie 4. Les parois périphérique 10 et antérieure 11 de la chambre centrale de tourbillonnement 9, le passage coaxial de sortie 12 et ledit au moins un canal latéral d'admission de fluide 14 sont formés par des rainures et évidements réalisés avec précision dans une plaquette antérieure 15 rapportée dans le corps creux de buse 1.
La plaquette antérieure 15 rapportée est en appui contre la face postérieure de la paroi externe antérieure radiale 3 du corps creux de buse 1, et est percée d'un trou axial constituant le passage coaxial de sortie 12. La plaquette antérieure 15 est munie de rainures postérieures formant ledit au moins un canal latéral d'admission de fluide 14, et est munie d'un évidement postérieur axial constituant la chambre centrale de tourbillonnement 9.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, la plaquette antérieure 15 est conformée pour réaliser une pluralité de canaux latéraux d'admission, munie par exemple de trois rainures postérieures 14, 14a et 14b constituant trois canaux latéraux d'admission régulièrement répartis en périphérie de la chambre centrale de tourbillonnement 9, et constituant les trois cavités antérieures périphériques 8, 8a et 8b.
Le noyau postérieur 5 limite, par sa face antérieure 16, ledit au moins un canal latéral d'admission de fluide 14 et ladite chambre centrale de tourbillonnement 9. La face antérieure 16 du noyau postérieur 5 comprend un creux postérieur 17 axial, en regard du passage coaxial de sortie 12, prolongeant vers l'arrière la chambre centrale de tourbillonnement 9 en ayant une section transversale plus faible que la chambre de tourbillonnement 9.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, le centrage de la plaquette antérieure 15 dans le corps creux de buse 1 est assuré par la périphérie de la plaquette antérieure 15 qui vient s'engager à jeu faible ou nul dans l'alésage cylindrique limité par la paroi externe périphérique 2 du corps creux de buse 1.
En alternative, la plaquette antérieure 15 peut comporter, sur sa face antérieure, une nervure circulaire coaxiale formant une lèvre entourant le passage coaxial de sortie 12, ladite nervure étant engagée sensiblement sans jeu dans le trou axial de sortie 4 de la paroi externe antérieure radiale 3 du corps creux de buse 1 pour assurer son centrage.
La plaquette antérieure 15 est pressée entre la paroi externe antérieure radiale 3 et le noyau postérieur 5, qui est lui-même tenu dans le corps creux de buse 1 par des moyens de fixation, par exemple par vissage dans un tronçon taraudé 100 du corps creux 1 représenté sur la figure 1.
Selon l'invention, comme on le voit mieux sur la figure 2, le noyau postérieur 5 comprend un corps postérieur de noyau Sa, retenu dans le corps creux de buse 1 par les moyens de fixation précédemment mentionnés, et une plaquette postérieure 5b maintenue par le corps postérieur de noyau 5a en appui contre la plaquette antérieure 15. Ainsi, la plaquette postérieure 5b forme la paroi postérieure 13 de chambre centrale de tourbillonnement 9 et limite vers l'arrière ledit au moins un canal latéral d'admission de fluide 14.
Egalement, la plaquette postérieure 5b comporte, selon l'axe longitudinal, un trou axial constituant ledit creux postérieur 17 à section transversale plus faible que la chambre centrale de tourbillonnement 9, prolongeant ladite chambre centrale de tourbillonnement 9 vers l'arrière.
Les plaquettes antérieure 15 et postérieure 5b sont munies de moyens de centrage relatif pour assurer leur centrage relatif l'une par rapport à l'autre. De tels moyens de centrage relatif peuvent être constitués de moyens d'engagement mâles - femelles ménagés en des positions respectives sur les deux plaquettes. Dans la mesure où les plaquettes peuvent être réalisées par des moyens de fabrication précis, il est important que les moyens de centrage soient également prévus sur les plaquettes elles-mêmes.
L'une au moins des plaquettes antérieure 15 et postérieure 5b est montée avec un jeu radial dans le corps creux de buse, par exemple le jeu radial périphérique 24 autour de la plaquette postérieure 5b. De la sorte, le centrage relatif des plaquettes 15 et 5b est assuré de manière certaine et avec une grande précision. Il en résulte que l'évidement postérieur 17 est parfaitement coaxial avec la chambre de tourbillonnement et avec le passage coaxial de sortie 12.
Dans le mode de. réalisation des figures 2 à 4, les moyens de centrage relatif des plaquettes 15 et 5b comprennent une nervure périphérique postérieure 20 de la plaquette antérieure 15 dans laquelle s'engage au moins partiellement la périphérie 21 de la plaquette postérieure 5b.
Les deux plaquettes 15 et 5b sont pressées axialement l'une et l'autre entre la paroi externe antérieure radiale 3 et le corps postérieur de noyau Sa.
La plaquette antérieure 15 est centrée dans le corps creux de buse 1 par sa périphérie venant s'engager à jeu faible ou nul dans l'alésage cylindrique limité par la paroi externe périphérique 2. En alternative, le centrage pourrait être assuré par la périphérie de la plaquette postérieure 5b engagée dans la paroi externe périphérique 2.
On peut également concevoir une variante dans laquelle les canaux d'amenée de fluide sont réalisés par des rainures prévues non pas sur la plaquette antérieure 15, mais sur la plaquette postérieure 5b, ou sur les deux plaquettes 15 et 5b.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, on retrouve sensiblement la structure du premier mode de réalisation illustré sur la figure 2. La différence réside dans les moyens de centrage relatif des plaquettes 15 et 5b. Dans ce cas, les moyens de centrage relatif sont réalisés sur les faces frontales d'appui respectives des plaquettes 15 et 5b, par exemple des excroissances 22 prévues sur la face frontale antérieure de la plaquette postérieure 5b et venant s'engager dans des creux correspondants 23 de la plaquette antérieure 15, ou réciproquement. La plaquette antérieure 15 est alors dépourvue de nervure périphérique dans laquelle s'encastre la périphérie de la plaquette postérieure 5b.
Les modes de réalisation des figures 2 à 5 constituent un système d'amenée de fluide à un étage, c'est-à-dire dont les canaux latéraux d'admission de fluide conduisent directement le fluide depuis la cavité antérieure périphérique 8 jusqu'à la chambre de tourbillonnement 9.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 6 à 8, on prévoit trois canaux d'admission de fluide 14, 14a et 14b reliant la chambre centrale de tourbillonnement 9 à une première chambre annulaire coaxiale intermédiaire commune 18, elle-même reliée à une seconde chambre annulaire coaxiale intermédiaïre commune 25 par trois canaux intermédiaires 19, 19a et 19b injectant tangentiellement le fluide dans la première chambre annulaire coaxiale commune 18 de façon à faire tourner le fluide dans le sens opposé de sa rotation dans la chambre centrale de tourbillonnement 9. La seconde chambre annulaire coaxiale intermédiaire commune 25 est elle-même reliée à des cavités antérieures périphériques 8, 8a et 8b et aux canaux périphériques 6 et 7 d'amenée de fluide par trois canaux intermédiaires 26, 26a et 26b injectant tangentiellement le fluide dans la seconde chambre annulaire coaxiale commune 25 de façon à le faire tourner dans le sens de sa rotation dans la chambre centrale de tourbillonnement 9.
Selon un autre mode de réalisation, on peut prévoir un élément élastique engagé entre la plaquette postérieure 5b et le corps postérieur de noyau 5a, pour autoriser une dilatation réversible sous contrainte dudit au moins un canal latéral d'admission de fluide 14 et de ladite chambre centrale de tourbillonnement 9.
On pourra naturellement prévoir un nombre de canaux d'admission différent de 1 ou de 3 ou plus, et un nombre d'étages différent de 1 ou 3.
Le passage coaxial de sortie 12 peut avantageusement être un tronçon de cône dont le demi-angle au sommet est compris entre 0° et 3°, et converge vers la sortie.
Grâce à la structure particulière de buse selon l'invention, avec des plaquettes 15 et 5b rapportées entre un corps creux de buse 1 et un corps postérieur de noyau 5a, on peut séparer la réalisation des pièces extérieures (corps creux de buse 1 et corps postérieur de noyau 5a) assurant la tenue mécanique de la buse, et des pièces intérieures (plaquette antérieure 15 et plaquette postérieure 5b) définissant les dimensions des canaux d'admission de fluide tels que le canal 14, de la chambre centrale de tourbillonnement 9, du passage coaxial de sortie 12 et du creux postérieur axial 17. Il est alors possible de réaliser la plaquette antérieure 15 et la plaquette postérieure 5b en un matériau différent de celui constituant les pièces extérieures 1 et 5, et selon des méthodes de fabrication différentes, permettant une grande précision de réalisation de la chambre centrale de tourbillonnement 9, du passage coaxial de sortie 12, et des canaux d'admission de fluide tels que le canal 14.
On peut ainsi réaliser de façon économique des canaux d'admission de fluide tels que le canal 14, et une chambre centrale de tourbillonnement 9 à passage coaxial de sortie 12 et à creux postérieur axial 17 dont les dimensions sont très précises, assurant une reproductibilité satisfaisante des caractéristiques du jet pulvérisé de fluide en sortie.
Il est particulièrement avantageux et économique d'utiliser une plaquette telle que la plaquette antérieure 15 généralement plane, de sorte que les canaux d'admission de fluide tels que le canal 14 sont parallèles à la face postérieure de plaquette antérieure 15.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après.