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FR2823797A1 - Dispositif d'injection de carburant assiste par les gaz d'echappement pour moteur a combustion interne - Google Patents

Dispositif d'injection de carburant assiste par les gaz d'echappement pour moteur a combustion interne Download PDF

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FR2823797A1
FR2823797A1 FR0110626A FR0110626A FR2823797A1 FR 2823797 A1 FR2823797 A1 FR 2823797A1 FR 0110626 A FR0110626 A FR 0110626A FR 0110626 A FR0110626 A FR 0110626A FR 2823797 A1 FR2823797 A1 FR 2823797A1
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exhaust gas
injection device
exhaust gases
egr
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Gyu Baek Cho
Dong Soo Jeong
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Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
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Abstract

Ce dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne introduit des gaz d'échappement dans le carburant injecté. Une partie des gaz d'échappement chauds est introduite devant l'orifice de sortie de l'injecteur de carburant, ce qui permet aux gaz d'échappement chauds de favoriser la formation de particules fines et la vaporisation du carburant, améliorant de ce fait l'efficacité du carburant. On peut faire circuler une partie des gaz d'échappement dans la chambre de combustion pour limiter la production d'oxydes d'azote. De même, les gaz d'échappement réintroduits dans la chambre de combustion via la ligne RGE sont refroidis par la chaleur de vaporisation du carburant injecté par l'injecteur de carburant, ce qui libère avantageusement de l'installation d'un système de refroidissement supplémentaire pour refroidir les gaz d'échappement que l'on fait recirculer dans la chambre de combustion.

Description

minimale (a) exclusivement par la partie en élastomère (6).
Dispositif d'injection de carturant assisté par les gaz d'échappement pour moteur à combustion interne La présente invention concerne un dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne, et plus particulièrement un système d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement pour moteur à combustion interne dans lequel des gaz d'échappement que l'on fait recirculer dans une chambre de combustion par un tuyau de Recirculation des Gaz d'Echappement (RGE) sont envoyés du côté injecteur de carburant pour aider à obtenir la transformation en fines
particules ou la vaporisation du carburant injecté.
En général, un système servant à envoyer du carburant dans la chambre de combustion adopte un système d'injection de carburant par canal (PFI, pour "Port Fuel Injection") pour injecter du carburant jusqu'à un canal d'admission, ou un système à injection directe (DI, pour "Direct Injection") pour injecter directement le carburant dans la
chambre de combustion.
Comme principales différences entre le système PFI et le sys tème DI, on peut citer le fait que le système PFI réalise l'injection sous une pression d'environ 3 bars tandis que le système DI réalise l'injection sous une pression comprise entre 50 et 120 bars. Egalement, le système PFI est peu influencé en temps d'injection si un laps de temps suffisant est prévu pour la vaporisation puisque le carburant injecté est introduit dans la chambre de combustion après avoir été mélangé à de l'air, alors que le système DI est strictement limité en temps d'injection pour projeter le carburant dans la chambre de com bustion. Dans le système DI, étant donné que le carburant est insuffi samment vaporisé, le carburant peut brûler en état de gouttelette ou entrer en collision avec une paroi d'un piston ou de la chambre de combustion, ce qui produit de la fumoe, et le taux de génération de NOX (oxydes d'azote) est relativement élevé puisque la combustion a lieu dans un état dans lequel le rendement du carburant est réduit et le
carburant est mince.
Egalement, dans le système PFI, le carburant entre en colli sion avec la paroi de la chambre de combustion pour produire princi palement une membrane liquide, réduisant de ce fait le rendement du carburant et détériorant la nervosité du moteur tout en exerçant aussi
une mauvaise influence sur les gaz d'échappement.
Par conséquent, dans l'art concerné, un système d'injection de carburant assisté par air est utilisé comme moyen auxiliaire pour la formation de fines particules de carburant. Le système d'injection de carDurant assisté par air favorise la formation de fines particules de carburant injecté en utilisant la différence de pression qu'il y a avant et après un obturateur. Dans ce cas, l'effet peut être obtenu à basse vitesse et à faible charge, c'est-à-dire là o la différence de pression est la plus grande, tandis que l'effet peut difficilement être obtenu à vitesse élevoe, o la différence de pression est faible. Même si une pompe auxiliaire est utilisce pour obtenir le même effet à haute vitesse, la pompe auxiliaire n'est pas appliquce à l'automobile en prati que car la perte de puissance engendrce par la mise en _uvre de la
pompe est trop importante.
Dans le même temps, afin de réduire la quantité d'oxydes d'azote (NOX) dans les gaz d'échappement, en raison de leur caractère toxique, le moteur d' automobile est muni d'un système RGE qui fait recirculer une partie des gaz d'échappement dans un système d'admis sion pour abaisser la température maximale de combustion du
mélange, réduisant de ce fait la génération d'oxydes d'azote (NOX).
Un tel système RGE comprend un tuyau RGE pour faire recir culer une partie des gaz d'échappement provenant d'un collecteur d'échappement, vers un collecteur d'admission, une vanne RGE instal lée au milieu du tuyau RGE pour régler la quantité de gaz d'échappe ment que l'on fait recirculer, et un module de commande pour envoyer un signal de commande à la vanne RGE en fonction des conditions de
fonctionnement du moteur.
On installe aussi un système de refroidissement séparé au milieu du tuyau RGE d'un côté pour réduire la température des gaz d'échappement afin de réduire de ce fait au maximum la génération de NOX. Cependant, l'installation d'un tel système de refroidissement rend la structure du moteur à combustion interne plus compliquce et accroît
les coûts.
La présente invention est destince à résoudre les problèmes de l'art concerné, et par conséquent, un objet de l'invention consiste à proposer un système d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement qui introduit une partie des gaz d'échappement chauds dans un injecteur de carburant pour favoriser la formation de fines particules et la vaporisation du carburant, améliorant de ce fait l'effi cacité du carburant, et qui fait recirculer une partie des gaz d'échappe ment dans une chambre de combustion, ce qui permet de réduire la
génération d'oxydes d'azote.
Egalement, un autre objet de la présente invention consiste à refroidir les gaz d'échappement circulant en utilisation la chaleur de vaporisation provenant du carburant injecté, grâce à quoi on supprime l'inconvénient de l'installation d'un système de refroidissement supplé mentaire pour réduire la température des gaz d'échappement circulant et pour réduire la production d'oxydes d'azote, ce qui permet de facili
ter la fabrication des moteurs et de réduire les coûts.
Selon un mode de réalisation de l'invention, pour obtenir ces objets, on propose un dispositif d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement pour moteur à combustion interne, comprenant: un injecteur de carburant installé dans un canal d'admission pour envoyer du carburant dans une chambre de combustion du moteur; une ligne de RGE installée entre un côté d'un collecteur d'échappement du moteur et l'injecteur de carburant de telle manière qu'une partie des gaz d'échappement relâchés par le moteur entoure le carburant injecté par l'injecteur de carburant, favorisant de ce fait la formation de particules fines et la vaporisation du carburant injecté; un dispositif d'injection de gaz d'échappement, ou vanne RGE, installée d'un côté de la ligne RGE pour régler la quantité de gaz d'échappement circulant dans la ligne RGE; et un module de commande pour ouvrir/fermer le dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE en fonction des condi
tions de marche du moteur.
Dans ce qui suit, des modes de réalisation préférés de l'invention vont être décrits en détail en référence aux dessins d'accompagnement, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe montrant un système d'injec tion de carburant assisté par les gaz d'échappement selon le premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe montrant un injecteur de car burant couplé à une vanne RGE selon le premier mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue en coupe montrant un système d'injec tion de carburant assisté par les gaz d'échappement selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, la figure 4 est une vue en coupe montrant un injecteur de car burant couplé à une vanne RGE selon le deuxième mode de réalisation
de l'invention.
La figure 1, qui est une vue en coupe montrant un système d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement selon le pre
mier mode de réalisation de l'invention, est d'abord étudice.
Le système d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement pour moteur à combustion interne selon le premier mode de réalisation de l'invention comprend un injecteur de carturant installé dans un canal d'admission 12 pour envoyer du carburant dans une chambre de combustion du moteur 10, une ligne RGE 30 installée entre un côté d'un collecteur d'échappement 14 du moteur 10 et l'injecteur de carburant 20 de sorte qu'une partie des gaz d'échappe ment relâchés par le moteur 10 entoure le carburant injecté par l'injec teur 20, favorisant de ce fait la formation de particules fines et la vaporisation du carburant injecté, un dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 installée d'un côté de la ligne RGE pour régler la quantité de gaz d'échappement circulant dans la ligne RGE 30, et un module de commande 50 pour ouvrir/fermer le disposi tif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 en fonction des
conditions de marche du moteur.
Un régulateur de pression 60 est installé entre le dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 et le collecteur d'échappement 14 pour régler uniformément la pression des gaz d'échappement s'écoulant vers le dispositif d'injection de gaz d'échap pement ou vanne RGE 40 pour envoyer les gaz d'échappement sous pression uniforme vers le dispositif d'injection de gaz d'échappement
ou vanne RGE 40.
La figure 2 est une vue en coupe montrant l'injecteur de car burant couplé au dispositif d'injection de gaz d'échappement selon le premier mode de réalisation de l'invention. Le dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 comprend un corps de vanne 42 ayant un orifice d'entrée connocté de façon à communiquer avec la ligne RGE 30 pour recevoir les gaz d'échappement et un orifice de sor tie 44 positionné à distance de l'injecteur de carburant 20 pour la sor tie des gaz d'échappement, un solénode 45 installé dans le corps de vanne 42 et actionné en réponse à un signal provenant du module de commande 50, un piston 46 comportant un trou 46a pour le passage de gaz d'échappement pour ouvrir/fermer l'orifice de sortie 44 en suivant un mouvement de va- et-vient linéaire dans le solénoïde 45 sous l'action d'un champ magnétique généré par le solénode 45, et un res
sort 47 pour fournir une force élastique au piston 46.
Un orifice de sortie 22 pour injecter le carburant provenant de l'injecteur de carburant 20 et de l'orifice de sortie 44 du dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 est inséré dans une section logement 70 formoe dans un côté du canal d'admission 12, et la section logement 70 est munie d'une section trou de communication 72 communiquant avec l'intérieur de l'orifice de sortie 44 du dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 et du canal d'admission 12 ce qui permet aux gaz d'échappement provenant du dis positif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 d'être intro duits devant l'orifice de sortie 22 de l'injecteur de carburant 20 puis de
circuler dans le canal d'admission 12 avec le carburant injecté.
Le fonctionnement du premier mode de réalisation de l'inven tion ayant la configuration qui précède se déroule comme suit: d'abord, le carFurant est introduit dans l'injecteur de carburant 20 par une conduite 4 depuis un réservoir de carburant 2 pendant le fonction nement du moteur 10, l'injecteur de carburant 20 injecte le carburant dans le canal d'admission 12 en réponse au signal de commande du module de commande 50. Ensuite, le carburant injecté de cette manière est admis dans la chambre de combustion en même temps que l'air
admis extérieurement par un système d'admission d'air 11.
A cet endroit, une partie des gaz d'échappement libérés par la chambre de combustion du moteur 10 est libérce devant l'orifice de sortie 22 de l'injecteur de carburant 20 par la ligne RGE 30, le régula teur de pression 60 et le dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 pour aider le carburant, qui est injecté par l'orifice de sortie 22 de l'injecteur de carburant 20, à se mettre sous forme de par
ticules fines ou à se vaporiser.
En décrivant cela plus en détail, les gaz d'échappement chauds introduits dans la ligne RGE 30 voient leur pression uniformi sce dans le régulateur de pression 60, puis sont introduits dans un ori fice d'entrce 43 du dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40. Ici, le module de commande 50 actionne de manière continue ou intermittente le solénode 45 en jugeant le temps et le degré d'ouverture/fermeture du dispositif d'injection de gaz d'échappe ment ou vanne RGE 40 en fonction de l'état de fonctionnement du moteur et de la quantité de carburant injecté, le piston 46 est déplacé linéairement par le champ magnétique du solénode 45, et les gaz d'échappement passent par l'orifce de sortie 44 ouvert pour aller à l'intérieur de la section trou de communication 72 de la section loge ment 70. Les gaz d'échappement chauds introduits dans la section trou de communication 72 sont libérés devant l'orifice de sortie 22 de l'injecteur de carburant 20 entourant le carburant, qui est libéré et injecté en avant, pour aider la formation de particules fines ou la vaporisation du carburant, et sont admis dans la chambre de combus
tion en même temps que les fines particules ou vapeur de carburant.
Entretemps, le carburant enveloppé par les gaz d'échappe ment chauds est introduit dans la chambre de combustion du moteur 10 après avoir été refroidi à une certaine température en raison de la cha leur de vaporisation, de sorte que la production d'oxydes d'azote est réduite en raison de l'effet de recirculation des gaz d'échappement tout
en minimisant la dogradation de l'efficacité en volume de l'air admis.
La figure 3 est une vue en coupe montrant un système d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement selon le
deuxième mode de réalisation de l'invention.
Selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, le dis positif d'inj ection de carburant as sisté par le s gaz d'échappement pour moteur à combustion interne comprend un injecteur de carburant 120 installé dans un côté d'une chambre de combustion du moteur 10, une ligne de RGE 30 installée entre un côté d'un collecteur d'échappement du moteur 10 et l'injecteur de carburant 120 de telle manière qu'une partie des gaz d'échappement provenant du moteur 10 peut entourer le carburant, qui est injecté par l'injecteur de carburant 120, pour favori ser de ce fait la formation de particules fines ou la vaporisation du carburant injecté, un dispositif d'injection de gaz d'échappement, ou vanne RGE 40, installée d'un côté de ladite ligne RGE 30 pour régler la quantité de gaz d'échappement, et un module de commande 50 pour ouvrir/fermer la vanne RGE en fonction des conditions de marche du
moteur 10.
La ligne RGE 30, le dispositif d'injection de gaz d'échappe ment ou vanne RGE 40 et le module de commande 50 ont la même structure que dans le premier mode de réalisation. Un régulateur de pression 60 est aussi installé entre le dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 et un collecteur d'échappement 14 pour régler uniformément la pression des gaz d'échappement s'écoulant vers le dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 pour envoyer les gaz d'échappement sous pression uniforme vers le
dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40.
La figure 4 est une vue en coupe montrant l'injecteur de car burant couplé à la vanne RGE selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel le moteur 10 est pourvu, dans une paroi latérale, d'une section logement 170 dans laquelle sont prévus un ori fice de sortie 122 pour injecter le carburant provenant de l'injecteur de carburant 120 et un orifice de sortie 44 pour libérer les gaz d'échappe
ment de la vanne RGE 40.
La section logement 170 est munie d'une section trou de com munication 172 comrnuniquant avec l'orifice de sortie 44 du dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 et avec l'intérieur de la chambre de combustion de sorte que les gaz d'échappement pro venant du dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE peuvent être introduits devant l'orifice de sortie 122 de l'injecteur de carEurant 120 puis peuvent circuler jusque dans l'intérieur de la
chambre de combustion avec le carburant injecté.
Le fonctionnement du deuxième mode de réalisation de l'invention ayant la configuration qui précède se déroule comme suit: d'abord, du carburant est introduit dans l'injecteur de carburant 120 par une conduite 4 depuis un réservoir de carburant (non représenté) pendant le fonctionnement du moteur 1O, l'injecteur de carburant 120 injecte le carburant à l'intérieur de la chambre de combustion du moteur 10 en réponse à un signal de commande du module de com mande 50. Ensuite, le carburant injecté de cette manière est brûlé dans la chambre de combustion en même temps que l'air admis extérieure
ment par un système d'admission d'air 11.
A cet endroit, une partie des gaz d'échappement libérés par la chambre de combustion du moteur 10 est libérce devant l'orifice de sortie 122 de l'injecteur de carburant 120 par la ligne RGE 30, le régu lateur de pression 60 et le dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE 40 pour aider le carburant, qui est injecté par l'orifice de sortie 122 de l'injecteur de carburant 120, à se meKre sous forme de particules fines ou à se vaporiser, puis à être introduit dans la chambre de combustion par la section trou de communication 172 de la section logement 170 en limitant de ce fait la production d'oxydes d'azote
3 0 (NOx) dan s le s g az d' éch appement lib érés p ar le moteur.
Selon le dispositif d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement pour moteur à combustion interne de l'invention ayant la configuration qui précède, une partie des gaz d'échappement chauds est introduite devant l'orifice de sortie de l'injecteur de carburant, ce qui permet aux gaz d'échappement chauds de favoriser la formation de particules fines et la vaporisation du carburant, améliorant de ce fait l'efficacité du carburant. Ici encore, on peut faire circuler une partie des gaz d'échappement dans la chambre de combustion pour limiter la
production d'oxydes d'azote.
De même, les gaz d'échappement réintroduits dans la chambre de combustion via la ligne RGE sont refroidis par la chaleur de vapori sation du carburant injecté par l'injecteur de carburant, ce qui libère avantageusement de l'installation d'un système de refroidissement sup plémentaire pour refroidir les gaz d'échappement que l'on fait recircu
ler dans la chambre de combustion.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement pour moteur à combustion interne (10), caractérisé en ce qu'il comprend: un injecteur de carburant (20) installé dans un canal d'admis sion (12) pour envoyer du carburant dans une chambre de combustion du moteur; une ligne de Recirculation des Gaz d'Echappement (RGE) (30) installée entre un côté d'un collecteur d'échappement (14) du moteur et ledit injecteur de carburant de telle manière qu'une partie des gaz d'échappement relâchés par le moteur entoure le carburant injecté par ledit injecteur de carburant, favorisant de ce fait la forma tion de particules fines et la vaporisation du carburant injecté; un dispositif d'injection de gaz d'échappement, ou vanne RGE, (40) installée d'un côté de ladite ligne RGE (30) pour régler la quantité de gaz d'échappement circulant dans ladite ligne RGE; et un module de commande (50) pour ouvrir/fermer ledit dispo sitif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE en fonction des
conditions de marche du moteur.
2. Dispositif d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement pour moteur à combustion interne selon la revendica tion 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection de gaz d'échap pement, ou vanne RGE, (40) comprend: un corps de vanne (42) ayant un orifice d'entrce connocté de façon à communiquer avec ladite ligne RGE (30) pour recevoir les gaz d'échappement et un orifice de sortie (44) positionné à distance dudit injecteur de carburant (20) pour la sortie des gaz d'échappement; un solénoïde (45) installé dans le corps de vanne (42) et actionné en réponse à un signal provenant dudit module de commande (50); un piston (46) comportant un trou (46a) pour le passage de gaz d'échappement pour ouvrir/fermer l'orifice de sortie (44) en sui vant un mouvement de va-etvient linéaire dans ledit soléno:de (45) sous l'action d'un champ magnétique généré par ladit solénoïde; et un ressort (47) pour fournir une force élastique audit piston (46).
3. Dispositif d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement pour moteur à combustion interne selon la revendica tion 1, caractérisé en ce qu'un orifice de sortie (44) dudit dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE (40) est inséré dans une section logement (70) formoe dans un côté du canal d'admission (12), ainsi qu'un orifice de sortie (22) pour injecter le carburant prove nant dudit injecteur de carburant (20); et dans lequel ladite section logement (70) est munie d'une sec tion trou de communication (72) communiquant avec l'intérieur dudit orifice de sortie (44) dudit dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE et du canal d'admission (12) ce qui permet aux gaz d'échappement provenant dudit dispositif d'injection de gaz d'échappe ment ou vanne RGE (40) d'être introduits devant ledit orifice de sortie (22) dudit injecteur de carburant (20) puis de circuler dans le canal
d'admission (12) avec le carburant injecté.
4. Dispositif d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement pour moteur à combustion interne (10), caractérisé en ce qu'il comprend: un injecteur de carburant (120) installé dans un côté d'une chambre de combustion du moteur pour injecter du carburant dans la chambre de combustion du moteur; une ligne de Recirculation des Gaz d'Echappement (RGE) (30) installée entre un côté d'un collecteur d'échappement du moteur et ledit injecteur de carburant (120) de telle manière qu'une partie des gaz d'échappement relâchés par le moteur entoure le carburant, ledit carburant étant injecté par ledit injecteur de carburant, pour favoriser la formation de particules fines ou la vaporisation du carburant injecté; un dispositif d'injection de gaz d'échappement, ou vanne RGE, (40) installée d'un côté de ladite ligne RGE (30) pour régler la quantité de gaz d'échappement injectée; et un module de commande (50) pour ouvrir/fermer la vanne
RGE (40) en fonction des conditions de marche du moteur (10).
5. Dispositif d'injection de carburant assisté par les gaz d' échappement pour moteur à combustion interne s elon la revendic a tion 4, caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection de gaz d'échap pement, ou vanne RGE, (40) comprend: un corps de vanne ayant un orifice d'entrce connocté de façon à communiquer avec ladite ligne RGE (30) pour recevoir les gaz d'échappement et un orifice de sortie (44) positionné à distance dudit injecteur de carburant (120) pour la sortie des gaz d'échappement; un solénoïde installé dans ladit corps de vanne et actionné en réponse à un signal provenant dudit module de commande (50); un piston comportant un trou pour le passage de gaz d'échap pement pour ouvrir/ferrner ladit orifice de sortie (44) en suivant un mouvement de va-et-vient linéaire dans ledit solénoïde sous l'action d'un champ magnétique généré par ledit solénoide; et
1S un ressort pour fournir une force élastique audit piston.
6. Dispositif d'injection de carburant assisté par les gaz d'échappement pour moteur à combustion interne selon la revendica tion 4, caractérisé en ce qu'un orifice de sortie dudit dispositif d'injec tion de gaz d'échappement ou vanne RGE (40) est inséré dans une sec tion logement (170) formée dans un côté de la chambre de combustion, ainsi qu'un orifice de sortie (122) pour injecter le carburant provenant dudit injecteur de carburant (120); et dans iequel ladite section logement (1703 est munie d'une section trou de communication (172) communiquant avec l'intérieur dudit orifice de sortie dudit dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE (40) et de la chambre de combustion ce qui permet aux gaz d'échappement provenant dudit dispositif d'injection de gaz d'échappement ou vanne RGE (40) d'étre introduits devant ledit orifice de sortie (122) dudit injecteur de carburant (120) puis de circuler dans la
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