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Soupape à accumulation à commande hydraulique pour moteurs à combustion interne à injectiono
On a déjà proposé de munir d'une chambre d'accumulation les soupapes d'injection des moteurs à combustion interne et d'actionner la soupape par une commande hydraulique à distance au moyen d'un conduit à combustible,,, Dans des soupapes de ce genre il est généralement nécessaire de refouler le combustible dans la chambre d'accumulation par l'intermédiaire d'une soupape de retenue, pour que l'aiguille de la soupape soit seule dé- chargée par la chute de pression dans le conduit a combustible au moment de l'injection, après quoi elle peut être ouverte- par la pression du combustible dans la chambre à accumulation.
Le placement de la soupape de retenue du canalqui amëme le com- bustible jusqu'à la chambre annulaire au-dessous de l'aiguille de la soupape rencontrent des difficultés,parce que l'espace est généralement restreint, et aboutit ordinairement , àdes construc-
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tions dissymétriques ainsi qu'à des renflements latéraux qui rendent le montage de ces soupapes très difficile aux endroits où la place disponible est restreinte, par exemple dans les culasses inférieures des cylindres des moteurs à combustion interne à double effet;
Pour éviter ces inconvénients, suivant l'invention, on ' donne à la soupape d'injection une'construction telle que les renflements latéraux soient évités et qu'on obtienne, abstrac- tion faite de l'arrivée et du départ du combustible, une cons- truction symétrique par rapport à l'axe de la soupape.
L'invention concerne une soupape à accumulation à commande hydraulique pour moteurs à combustion interne à injection et elle consiste en ce que l'organe de retenue de la soupape à accumulation est monté en principe a'xialemant et concentriquement, pour que la soupape à accumulation soit plus simple et pour faciliter son montage par la réduction de ses dimensions extérieures.
Quelques exemples de réalisation de l'objet de l'invention sont représentés dans le dessin annexé.
La figé 1 montre schématiquement une soupape d'injection au: repos conforme à l'invention.
La fig. 2 montre la même soupape chargée.
La fig. 3 montre la même soupape pendant l' injection, . Les fig. 4, 5 et 6 sont des vues également schématiques de variantes.
La figé 7 est une coupe par la ligno 1-1 de la fin. 5.
Dans les fig, 1, 2 et 3 la boîte 1 de la soupape d'in- jection comporte un conduit 2 pour l'écoulement de l'huile de fuites et un conduit à combustible 3 pour le remplissage ou la charge et pour la commande de la soupape d'injection.
La tuyère 4 est fermée par l'aiguille 5 de la soupape et cette aiguille 5 comporte un .anal 6 communiquant ''¯par la perforation transversale 7 avec la chambre annulaire 8 qui se trouve -;audessous de l'aiguille de la soupape. La partie supérieure 9
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de 1'aiguille @ de la soupape est en forme de cône de soupape et conjointement avec la surface d'étanchéité, également conique, de la pièce 10 de la soupape, elle ferme la chambre 11 de façon à la séparer des autres chambres de la soupape d'injection.
a pièce 10 de la soupape, quiavec l'aiguille 5 de la soupape, joue le rôle de soupape de retenue ou d'organe de retenue, est pressée par un ressort 12 vers le bas et par conséquent sur l'aiguille 5 de la soupapeo Une douille 13 1 imite la (ourse de la pièce 10 de la soupape et par suite aussi celle de l'aiguille 5 de la soupapeo Le canal 14 de la pièce 10 de la soupape constitue un prolongement du canal 6 de l'aiguille 5 de la soupapeo
Au-dessus de la pièce 10 de la soupape se trouve le piston d'accumulation 15, qui est pressé vers le bas par un ressort 17 monté dans une douille 16 et qui presse à son tour sur la pièce 10 de la soupape et par suite sur l'aiguille de la soupape.
La chambre 11 qui se trouve au-dessus de l'ai- guille 5 de la soupape est reliée au conduit de refoulement 3,
La fig. 1 montre la soupape au repose Pendant la charge de la soupape le conduit de refoulement 43 envoie de l'huile sous une haute pression dans la cavité 11. Ceci a pour effet de presser l'aiguille 5 de la soupape vers le bas, parce que la surface supérieure de l'aiguille 5 de la soupape, surface qui est 'en contact avec l'huile est plus, grande que la surface annulaire, également en c&ntact avec l'huile,
qui se trouve sous l'aiguille de la soupapeo Simultanément la pièce ? de la soupape est soulevée jusqu'à ce que l'huile amenée par le con- duit de refoulement 5 puisse entrer dans la chambre d'ac- cumulation 18 en passant par le canal 14, le piston d'accumu- lation 15 étant soulevée Dès que l'huile sous pression cesse d'arriver par le conduit de refoulement 3, la pièce 10 de la soupape s'abaisse de nouveau sous l'action du ressort 12
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jusqu'à ce qu'elle vienne en contact avec l'aiguille 5 de la soupape, la même pression régnant sur les deux faces, c'est-à- dire au-dessus et au-dessous de la pièce 10 de la soupape.
La fig.. 2 montre la soupape chargée. L'aiguille 5 de la soupape aussi bien que la pièce 10 de la soupape se trouvent dans .leur position primitive. Par contre le lpiston d'accu- mulation 15 a été soulevé proportionnellement a la quantité de combustible accumulée en bandant le ressort d'accumulation 17.
La quantité de combustible à injecter au moment de l'allumage suivant est accumulée dans l'espace 18.
Si l'injection doit maintenant avoir lieu; le conduit de refoulement 3, qui est resté sous pression pendant et après l'accumulation, est subitement déchargé, La pression est la même au-dessus de la pièce 10 de la soupape et sous l'aiguille 5 de la soupape, les deux espaces communiquant entre eux par les canaux 14, 6 et 7. Toutefois comme la surface annulaire de l'aiguille 5 de la soupape, surface qui ferme la cgambre 8, est plus grande que la section de la partie cylindrique de la pièce 10 de la soupape, l'aiguille 5 de la soupape est soulevée énergi- quement, jusqu'à ce que sa course soit limitée par la rencontre avec la douille 13.
Cet état est représenté dans la fig. 3. Le piston d'ac- cumulation 15 est abaissé sous l'action du ressort 17 et à la fin se sa course il ferme l'aoguille et la pièee de la soupape par un effort direct, ce qui fait qu'à la fin de l'injection la soupape d'injection et la pièce de la soupape sont bloquées sous l'effort du resso rt 17.
Vers l'extérieur il n'y a qu'une possibilité de fuite, c'est celle qui se présente autour du piston d'accumulation 15. L'huile pouvant sortir par cette fuite est évacuée par le conduit 2.
Ainsi qu'on le voit, l'organe de retenue est monté dans ce cas axialement et concentriquement. L'une des surfaces d'étanchéité de l'organe de retenue se trouve sur l'aiguille 5 de la soupape et l'autre sur la pièce 10 de la soupape. L'aiguille et la
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pièce de la soupape peuvent aussi être considérées comme une aiguille de soupape en deux pièces, les surfaces de joint entre les deux parties de l'aiguille de soupape fonctionnant comme soupape de retenueo Le combustible entre dans la chambre d'accu-. mulation 18 en passant par le canal 14 :
le la pièce de soupape formant joint avec 1 aiguille de soupapeo
Dans la variante représentée par la figo la boite 21 de la soupape d'injection contient un conduit de refoulement 23, une tuyère 24 et un conduit 22 pour l'évacuation de l'huile de fuites, L'aiguille 25 de la soupape comporte une surface d'é- tanchéité conique 25 assurant une fermeture étanche avec la sur- face correspondante 28 de la pièce de soupape 28, ce lui fait qu'elle contient l'une des surfaces d'étanchéité de l'organe de retenue. L'aiguille de soupape 25 compmrte en outre un guide 29 coulissant axialement dans une douille 30 de la pièce de soupape 28.
La tige 31 de la pièce de soupape 28 comporte un canal 32. un piston d'accumulation 33, en forme de douille entourant la tige 31 de la pièce de soupape 28 coulisse de façon étanche, d'une part dans la boite 81 et d'autre part sur la tige 31 de la pièce de soupape 280 Un ressort 3 presse le piston d'accumulation
33. La tige 31 est en outre guidée de façon étanche dans une douille 35 immobilisée par un couvercle issé 37 au moyen d'une pièce d'obturation 36. La chambre 38 est fermée extérieurement par une garniture étanche 39. La tige 31 de la pièce de soupape 28 comporte une douille 40 sur laquelle appuie un ressort 41.
Pour charger la soupape, on introduit du combustible sous une haute pression dans la chambre 38 au moyen du conduit de refoulement 23, Comme la surface qui se trouve à l'intérieur de la surface annulaire d'étanchéité du cône 26 est plus grande que la section de la tige 31 de la pièce de soupape 28, la pièce de soupape 28 est soulevée, par la pression qui augmente dans la chambre 38, de façon que le combustible arrivant parle conduit 23 puisse entrer dans l'espace annulaire 42 et soulève le piston d'accumulation en forme de douille 33, jusqu'à ce que la quantité
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de combustible nécessaire pour l'injection suivante soit accu- mulée.
Pendant la charge de la soupape l'aiguille 25 de la soupape reste fermée dans tous les cas, parce que la pression exercée par le combustible de haut en bas sur l'aiguille de la soupape est de toute façon plus grande que celle qui agit de bas en- haut sur la soupape.
Au moment de l'injection le conduit de refoulement
23 est subitement déchargé. En conséquence, l'aiguille 25 de la soupape, aiguille qui est fortement appliquée sur la pièce de soupape 28 par suite de la pression du combustible dans la chambre @2, se trouve projetée vers le haut avec la pièce de soupape 28, jusqu'à ce que la douille 40 vienne buter contre la pièce 36, ce qui détermine la course maxima de l'aiguille 25 de la soupape. Le combustible accumulé sous le piston d'accumulation 33 est alors injecté à une grande vitesse a travers la tuyère 24 sous l'action du ressort 34.
Vers la fin d sa course le piston d'accumulation 33 ferme l'aiguille 25 avec force au moyen de la pièce de soupape 28.
L'huile de fuites pouvant s'accumuler dans la chambre qui se trouve au-dessus du piston d'accumulation 33 est évacuée par le conduit d'écoulement 22. ka soupape d'injection représentée dans la fig. 4 a, sur la soupape d' injection représentée dans les fig, 1 ,2 et
3 , l'avantage que les deux conduits 23 et 22 d'arrivée et de départ du combustible peuvent être montés à une plus grande distance de la tuyère 24, ce qui facilite le montage de cette soupape*
La boite 45 de la soupape représentée dans la fig. 5 ne contient qu'un conduit 46 pour l'arrivée du combustible.
L'ai- guille 47 de la soupape comporte à sa partie supérieure un disque 48 servant ::le guide et jouant le rôle de piston de décharge de l'aiguille de la soupape, ce disque étant relié à un tibe élastique 49 portant à son tour un plateau de soupape 50 à son extrémité inférieure.
Le plaieau de soupape
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50 comporte une surface d'étanchéité conique 51 et une surface de guidage cylindrique 52, ainsi que des canaux 53 et une partie
54 pour le guidage de l'aiguille de la soupapeo Le tube élastique 49 qui joue le rôle de ressort relie ainsi le piston de décharge 48 au plateau de soupape 50 servant d'organe de retenue, et il est monté de façon à être sollicit é normalement à la tractions Ke disque 48 comporte des saillies 55 servant à limiter la course de l'aiguille 47 de la soupape et comporte une surface de glissement cylindrique 56 permettant un guidage axial précis de la partie supérieure de l'aiguille de la soupape dans la boiteo
Pendant la charge de cette soupape, de l'huile sous pression est refoulée dans la chambre 57 par le conduit 46.
Le combustible passe dans la chambre cylindrique 59 autour du tube élastique 49 en passant par les rainures 58 ( figo 7) prati- quées dans la boite 45, et il repousse vers le bas le plateau de soupape 50, qui est appliqué.. sur son siège sous l'effort de traction du tube élastique 49, ce qui fait que le combus- tible de la chambre annulaire 59 entre dans la chambre 61 en passant par les rainures 60 ( fig .7) pratiquées dans la boite et peut entrer dans la chambre 62 en passant par les canaux 53. Le combustible est accumulé par compressibilité dans les cavités 61 et 620 " lorsque l'injection doit commencer, le conduit de refoulement 46 est déchargé comme précédemment.
Ceci a pour effet de soulever légèrement le disque 48 qui joue maintenant le rôle de piston de décharge et avec lui l'aiguille 47 de la soupa- pe, par suite de la pression supérieure du combustible dans la cavité 62, et d'injecter à travers la tuyère 63 le combustible comprimé élastiquement dans les cavités 61 et 62, Dès que la pression du combustible a atteint un certain minimum dans les chambres 61 et 62, 1 aiguille 47 de la soupape est refermée par l'effort de traction du tube élastique 49.
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Le tube élastique 49 est usiné de préférence dans un bout de tube à parois épaisses et vissé ou soudé sur le plateau de soupape 50 et sur le disque 48 de façon à constituer un organe entier interchangeable pouvant être monté en bloc. Il faut monter cet organe dans la boîte45 de la soupape de façon que le tube élastique travaille la traction;
comme le montre le dessin on peut faire varier l'effort de traction du tube élas% tique 49 en déplaçant exialement la plaque de la tuyère 64, ce qui permet de faire varier la pression d'injection du combustible par des moyens simples. Il faut choisir la longueur et la matière du tube élastique 49 de façon qe la matière ne travaille en aucun point jusqu'à sa limite de résistance à la fatigue par suite des déformations élastiques du tube à élastique pour que la soupape ait une durée illimitée, malgré son élasticité,
Les déformations du tube élastique sont d'aillours extrême- ment petites.
Elles se bornept, pendant la charge de la sou- pape, à une variation de longueur de quelques dixièmes de milli- mètre pour premettre au combustible de passer entre la'surf ace d'étanchéité de la plaque de soupape 50 et la boîte 45. endant l'injection le tube élastique est encore déformé lorsque l'aiguille de la soupape se soulève, mais on peut régler la course de l'aiguille de la soupape, du fait que cette course est limitée par les saillies 55, de façon que la déformation du tube élas- tique 49 ne puisse pas dépasser la valeur admissible. Dans la plupart des cas il sera possible de limiter la déformation lon- gitudinale maxima pendant l'infection du tube élastique à moins d'un millimètre.
Au lieu d'avoir lieu par la douille 54 de la plaque de soupape 50, le guidage de l'aiguille 47 de la soupape peut être obtenu au moyen de guides montés sur la plaque 44 de la tuyère
L'avantage principal de cette soupape d'injection résulte de ce qui suit.
Les aiguilles de soupapes du type habituel, aiguilles qui comportent un piston de décharge e qui sont ouvertes par la
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pression du combustible, pnt l'inconvénient que la pression d'ouverture et la pression de fermeture de la soupape sont très différentes l'une de l'autre, parce que lorsque la sou- pape est ouverte, la surface exposée sur l'aiguille à la pression du combustible est augmentée de la surface qui se trouve à l'intérieur de la surface d'étanchéité du siège de l'aiguille. Toutefois, pour que le ressort qui presse sur l'ai- guille de la soupape n'ait pas de dimensions exagérées, il faut que le piston de décharge soit petit,
ce qui fait que l'augmentationde la surface exposée à la pression de combus- tible lorsque la soupape est ouverte, augmentation égale à la surface qui se trouve à l'intérieur de la surface d'élans chéité de la soupape, est relativement grande, ce qui a pour conséquence des différences proportionneles entre la pression d'ouverture et la pression de fermeture. De telles soupapes, dont la pression de fermeture est réglée par exemple à 300 Kgo cm2, ne s'ouvrent par exemple qu'à 400Kg. cm2 et d'avantage.
Cette particularité, des soupapes usitées jusqu'ici a pour conséquence qu'il faut que l'accumulateur de combustible de ces soupapes ait une élasticité relativement petite pour que l'augmentation de pression dans l'accumulateur de com- bustible dépasse la pression d'ouverture de l'aiguille de la soupape, même lorsque les petites quantités de combustible nécessaires à la marche à vide du moteur à combustion interne doivent être accumulées parce qu'autrement la soupape ne se soulève plus régulièrement et provoque des ratés.
or, les accumulateurs de combustible de petite élasticité ont de leur côté l'inconvénient de provoquer pour les grandes quantités d'accumulation,) comme celles qui sont nécessaires par exemple pour la pleine charge et les surbharges ,des pressions élevées inadmissibles auxquelles on ne peut faire face qu'au moyen de ressorts ou d'épaisseurs de parois exagéréeso
Dans la soupape d'injection représentée dans la figo 5,
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le diamètre moyen du tube élastique 49 est à peu près d-eix fois plus grand que le diamètre moyen du siège 65 de la soupape au-dessus de la tuyère 63,
ce qui fait que la surface qui se trouve à l'intérieur du siège de la soupape n'est guère que la centième partie de celle qui se trouve à l'intérieur du diamètre moyen du tube à membrane, et par conséquent que la pression de-fermeture de la soupape n'est guère inférieure que d'un pourcent à la pression d'ouverture. Par conséquent, si la soupape est réglée pour une pression de fermeture de 300 kg. cm2, la pression d'ouverture n'est que de 303kg. cm2 environ
L'élasticité de la chambre d'accumulation n'est donc plus déterminée principalement que par la quantité maxima à accumuler, en d'autres termes par les conditions de eurcharge, et elle n'est plus imposée par la différence entre la pression d'ouverture et la pression de fermeture, ni restreinte comme c'était le cas jusqu'ici..
Cependant la soupape s'ouvrira régulièrement, mme aux plus petites charges. Comme l'élas- ticité propre du combustible d'une art et celle du tube élas- tique 49 usité partout d'autre part représentent pratiquement parlant des valeurs absolument constantes, qui ne subissent au- cune perturbation par frottement ni aucune autre influence, la quantité de combustible injectée à un moment donné corres- pondra aussi avec une régularité parfaite à la quantité de com- bustible refoulée par la pompe à combustible.
Cette soupape à injection a en outre l'avantage'de ne présenter aucun joint étanche coulissant et aussi qu'on n'est pas obligé de tenir compte des pertes d'huile causées par les fuites.. En raison de sa simplicité cette soupape d'injection convient bien pour des moteurs à combustion interne à grande vitesse de petite cylindrée*
La soupape d'injection représentée par la fig. 6 est agencée, comme celle qui vient d'être décrite en dernier lieu, de façon à ccumuler le combustible par suite de l'élasticité du liquide. La botte 70 comporte un couvercle 71 contenant le
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raccord de branchement du conduit de refoulement 72.
L'aiguille 73 de la soupape comporte à sa partie inférieure uhe rondelle de ressort 74 sur laquelle appuie le ressort 75 de la soupape, ressort qui d'autre part appuie sur la pièce de soupape 76 cou- lissant de façon étanche sur l'aiguille 73 et s'appuyant elle= même sur la surface d'étanchéité conique 77 du couvercle 71 de façon que la chambre 78 soit fermée de façon étanche au- dessus de la pièce de soupape 76 et séparée de la chambre d'ac- cumulation 79 dans laquelle se trouve le ressort 75.
Sur 1'aiguille de la soupape se trouve une douille interchangeable 80 qui limite la course de cette aiguillée La rondelle de ressort 74 comporte des perforations 81, ce qui fait que la chambre 75 communique avec la chambre 86, et elle est guidée par la paroi intérieure de la boite 70 sur la surface cylindrique
82.
La pièce de soupape 76 comporte un piston de guidage 83 guidé dans le couvercle 71 de la soupapeo De son côté l'ai- guille 73 de la soupape peut coulisser de façon étanche dans l'alésage axial 84 de la pièce de soupape 76. Comme le montre le dessin, la pièce de soupape 76 forme avec le couvercle 71 un organe de retenueo Le ressort75 appuie simultanément dans ces conditions sur la pièce de soupape 76 et sur l'aiguille de soupape 73.
Lors du chargement de la soupape l'huile sous pression introduite par le conduit de refoulement 72 coule d'abord dans la cavité 78, et en abaissant la pièce de soupape 76, à travers la surface d'étanchéité 77, dans les cnambres d'accumulation 79 et 86, où elle comprime l'huile qui s'y trouve déjà',' jusqu'à ce que la quantité de combustible à accumuler ait trouv'é de la place.
L'aiguille 73 de la soupape reste fermée dans tous,les cas par suite de la pression du ressort 75 et de la pression du liquide contenu dans la chambre 78 et appuyant sur cette aiguille Pour provoquer l'injection, le conduit de refoulement 72 est bas en haut sur
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l'aiguille de la soupape surmonte maintenant la pression du ressort, ce qui a pour effet de soulever l'aiguille de la sou¯ pape jusqu'à la butée de la douille 80, et injecter travers la tuyère 85 le combustible qui a été accumulé. Dès que la pression tombe au-dessous d'un certain monimum dans la chambre 79, l'aiguille 73 se referme.
Comme la course du ressort 75 n'estque très petite, on peut utiliser avantageusement, au lieu de ressorts à boudin, des organes moins élastiques tels que des ressorts à ruban enroulés en spirale, des tubes ondulés ou des bagues élastiques d'entretoisement. Ceci permet également, dans cette soupape, de donner à l'aiguille de soupape servant de piston de décharge une section qui soit grande par rapport à la surface qui se trouve à l'intérieur du siège de soupape de l'aiguille de la soupape, ce qui fait que la différence entre la pression d'ou- verture et la pression de fermeture est petite et qu'une chambre d'accumulation d'élasticité constante peut suffire à toutes les exigences,.