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"PROCEDE ET DISPOSITIF D'INJECTION DE COMBUSTIBLE POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE"
L'invention a trait aux procédés d'injection de combustible pour moteurs à combustion interne, et plus spécialement à un procédé comprenant au moins deux injections par cycle de travail du dispositif d'injection.
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En outre, l'invention se rapporte aussi aux dispositifs servant' à la mise en oeuvre de ce procédé d'injection.
On sait que l'augmentation de pression qui se pro- duit dans la chambre de combustion d'un moteur à combus- tion interne, au début de la période 'de combustion, est fortement influencée par la quantité de combustible pré- sent dans cette chambre à l'instant où ce combustible s'enflamme. Dans ces conditions, on a trouvé utile d'injec ter d'abord, en une injection préliminaire dite préin- jection, une petite quantité de combustible pour l'in- flammation, et d'injecter seulement un peu plus tard la charge principale de combustible, charge qui, de préférence, sera variable suivant les conditions de marche du moteur.
Plus généralement, il est possible d'influencer le développement de la pression dans la chambre de combustion en effectuant l'injection du combustible en plusieurs périodes ; cettefaçon de pro- céder permettant en outre de maintenir, à un niveau favorable à sa bonne répartition et pulvérisation, la pression du combustible à injecter.
Suivant les procédés connus, et à l'aide des moyens connus pour les réaliser, la petite quantité de combustible nécessaire à la préinjection est déterminée et déplacée de la même façon et par les organes que la quantité de combustible, sensiblement plus grande dans la plupart des cas, destinée à l'injection principale.
Le plus souvent, cette quantité est déterminée par la distance que parcourt un piston de pompe, dans sa. course de refoulement, entre l'instant de la fermeture d'un canal d'aspiration, et l'Instant de l'ouverture
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d'un canal de décharge, distance qui peut varier sui- vant les conditions de marche de la pompe, l'état des organes de commande de ces canaux, la viscosité-du combustible,' etc, ces facteurs pouvant modifier l'ins- tant où la fermeture et l'ouverture des canaux respectifs devient effective.
Une partie importante de la quantité de combustible refoulée par le piston de pompe sert encore à comprimer, à la pression d'injection, le contenu de la conduite menant à l'injecteur, de sorte que la petite quantité de combustible qui est effectivement injectée lors de la préinjection est sujette à des variations relativement grandes qui peuvent rendre irré- gulière la marche du moteur.
L'invention vise, entre autres objets, à rendre possible, pour l'une au moins des injections partielles, et surtout pour la préin.jection, l'injection d'une quantité de combustible bien déterminée.
Suivant le procédé selon l'invention, pour provo- quer la dite injection partielle, un piston auxiliaire est déplacé par la pression de combustible refoulé par un piston de pompe,
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Le même injecteur peut être utilisé pour ces deux injections partielles, mais l'on peut aussi se@ser- vir, à cet effet, de deux injecteurs séparés.
Le dispositif suivant l'invention comprend un pis- ton auxiliaire qui sépare deux espaces, dont l'un, que nous appellerons son espace de commande, communique avec le cylindre dans lequelse déplace le piston de pompe, et dont l'autre, que nous appellerons son espace de.-
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refoulement, communiaue avec l'injecteur vers lequel refoule le piston auxiliaire.
Le procédé suivant .l'invention pourra être perfectionné ou complété par des mesures diverses.
Parmi celles-ci, l'une consiste à permettre le retour du piston auxiliaire à sa position primitive, après son mouvement de refoulement, en reliant le dit espace de comriande à. un espace où règne, momentanément ou en permanence, une pression relativement basse, cet espace étant constitué par exemple par la chambre d'as- piration de la pompe, ou par sa chambre de pompage dans laquelle la pression aura préalablement été baissée.
D'autre part, afin de pouvoir effectuer certaines opérations sans agir sur le piston auxiliaire, on pourra interrompre la communication entre la dite chambre de pompage, de la.quelle le piston de pompe refoule le combustible, et l'espace de commande du piston auxiliaire Cette communication étant interrompue, la chambre de pompage pourra être mise en communication avec une chambre à pression relativement basse, telle que la chambre d'aspiration, ou une chambre de décharge séparée de celle-ci.
Il peut aussi être avantageux de mettre le dit espace de commande en communication avec une autre espace dès que le piston auxiliaire atteint, dans sa course de refoulement, une position déterminée. Cet autre espace peut être constitué par une chambre où la pression du combustible agit, dans le sens de la ferme-...', ture, sur l'organe de commande d'un orifice d'in- jection que tend à ouvrir la pression du combustible dans une conduite menant à cet orifice.
Quand cet orifice aura été refermé par son organe de commande, après l'injeo-
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tion pour laquelle .cette chambre est mise sous pression, injection qui sera de préférence l'injection principale, on pourra, surtout si le même injecteur doit servir pour la préinjection, diminuer d'abord la pression du combustible dans la dite conduite, et ensuite celle dans la chambre où elle tend à tenir fermé cet orifice d'in- jection. Pour diminuer la pression dans cette chambre, il est recommandable de la mettre en. communication avec un espace où règne une pression relativement basse, celui- ci pouvant être constitué, comme l'espace analogue dont il a été parlé plus haut, par la chambre d'aspiration de la pompe, ou par sa chambre de pompage dans laquelle la pression aura été. diminuée au préalable.
Le dispositif suivant l'invention pourra, lui'aussi, être réalisé de différentes manières. Dans une.réali- sation préférée, la course du piston auxiliaire est' limitée dans les deux sens par des butées. Ce piston peut aussi être placé sous l'influence d'un ressort, dont la pression s'oppose à son mouvement de refoulement.
La communication entre la chambre de pompage sur laquelle agit le piston de pompe,et l'orifice d'injection vers lequel ce piston refoule du combustible étant de pré- férence commandée par une soupape de retenue, le ressort de rappel de cette soupape pourra être bandé de'façon à ne permettre son ouverture que lorsque la chambre de pompage se trouve sous une pression dépassant celle nécessaire pour déplacer le piston auxiliaire, lors de son mouvement de refoulement, à l'encontre de la force du ressort qui agit sur lui.
De la chambre, mentionnée plus haut, où la pression du.combustible agit, dans le sens de la fermeture, sur
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l'organe de commande d'un orifice d'injection, vne conduite ou communication de décharge peut mener à un espace à pression relativement basse, cette conduite de décharge étant de préférence disposée de façon à ne jamais se trouver en communication ouverte avec la conduite me- nant à l'orifice d'injection. Cette conduite ou communication de décharge peut être commandée par le pis- ton de pompe et notamment être ouverte vers la chambre de pompage de ce piston à une position de celui-ci où cette chambre de pompage communique avec la chambre d'aspiration ou avec une autre chambre où règne en per- manence une pression relativement basse.
Cette conduite ou communication de décharge peut aussi être commandée par le piston auxiliaire, de préférence de façon à être ouverte lorsque ce piston se trouve à. sa position limite vers son espace de commande.
Enfin, il est désirable que cette conduite ou communica- tion de décharge comporte un ou plusieurs étranglements pour amortir les déplacements de combustible à travers elle.
Dans le dessin annexé et à titre d'exemple seule- ment, des réalisations du dispositif selon l'invention son représentées, et la description qui va en être faite fera en même temps ressortir également à titre d'exemple seulement, comment peut être réalisé le procédé d'injection suivant l'invention. Dans ce dessin, la. fig. 1 représente, en coupe verticale, un dis- positif d'injection comprenant une pompe à combustible et un injecteur.
La fig. 2 représente une partie de ce dispositif, pour une autre position du piston auxiliaire.
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,La fig. 3 représente une autre réalisation du dispositif suivant l'invention, pour autant que celui-ci diffère du dispositif représenté aux figs. 1 et 2.
Dans la fig. 1, le cylindre 1 de la pompe d'injec- tion est logé dans la carcasse 2 et retenu en place par une bague filetée 5, ensemble avec le corps intermé- diaire 3 et le chapeau 4. Les pièces 1, 3 et 4 sont en contact étanche, leurs faces étant rectifiées avec soin. de pompage 6, Dans le cylindre 1, le piston'effectue un mouvement de va-et-vient qui lui est imprimé par un dispositif d'entraînement non représenté dans la figure et actionné par le moteur à combustion interne avec lequel le dispositif d'injection coopère. A part ce mouvement, le piston 6 peut être tourné autour de son axe à l'aide d'un autre dispositif qui n'est pas représenté non plus.
La carcasse 2 contient une chambre d'aspiration 7 alimen- tée en combustible par une conduite d'amenée également invisible dans la figure. De la chambre d'aspiration 7,, le passage d'aspiration 8 va à l'alésage du cylindre 1, dans lequel il débouche au-dessus-de l'arête 26 du piston 6 quand celui-ci se trouve à sa position limite inférieure qu'indique la fig. 1.
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Une soupape de retenue! qui constitue la soupape de refoulement de la pompe et Qui commande la communi- cation de la chambre de pompage 9 à une conduite d'in- jection 12, est disposée dans le corps intermédiaire 3.
Cette soupape est pressée sur son siège par le ressort de rappel 10. Le corps 3 contient en outre l'alésage cylindrique 13, dans lequel est rodé le piston auxiliaire 14 séparant la chambre de commande 15 (voir la fig. 2), qui communique, par le canal 16, avec l'alésage du cylin- dre 1, de la chambre de refoulement 17, qui communique
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avec le, conduite d'injection 12, pa.r l'évidement 18 du chapeau 4. Pour son mouvement de refoulement, le piston 14 est déplacé par la pression du combus- tible dans la chambre de commande 15 ; dans la direc- tion opposée, le ressort 19 logé dans la chambre de re- foulement 17 agit sur le piston 14.
Les ressorts de rap- pel 19 du piston 14 et 10 de la soupape de retenue 11 sont dimensionnés et bandes de façon à ce qu'une pres- sion plus élevée soit nécessaire dans la chambre de pompa- ge 9 pour ouvrir la soupape 11 que dans la chambre de commande 15 pour déplacer le piston auxiliaire 14. Vers la chambre de refoulement 17, la course de ce dernier est limitée, par la butée 20, et dans le sens contraire, par la face 21 du cylindre 1.
Le piston de pompe 6 comporte un évidement 22 qui communique avec la chambre de pompage 9 par la rainure 23 et que limite, sur la moitié de sa circonférence destinée à faire face au passage d'aspiration 8, l'arête de commande hélicoidale 24, et sur la moitié opposée de sa. circonférence, l'arête 25 qui, elle, est située dans un \La face de ce dernier forme une autre arête de commande 'planperpendiculaire à l'axe du piston 26, perpendiculaire à l'axe du piston sur toute sa circonférence.
Le cylindre 13 du piston auxiliaire comporte une rainure annulaire 27 raccordée, par le passage 54 et le canal 29, à la conduite de fermeture 28. L'arête infé- rieure 30 de cette rainure est disposée de façon à laisser un passage étroit entre elle et la face inférieure 31 du piston 14, quand celui-ci touche la butée 20, ce passage mettant en communication la chambre 15 et la rainure 27.
La conduite d'injection 12 aboutit, par le canal 34 aménagé dans le corps 37, à la chambre annulaire 32
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de l'injecteur logé dans la culasse 33 d'un cylindre du moteur à combustion interne. La communication de la chambre 32 aux orifices d'injection 35 est commandée par le pointeau 36 solidaire du piston de commande 38. Ce piston, rodé dans le corps d'injecteur 37, est soumis, d' une part, à la pression du combustible dans la chambre ouvrir 32, qui tend à lui faire/la communication vers les orifices 35, et, d'autre part, à la pression du ressort 40 et du combustible dans la chambre de fermeture 39, pressions qui maintiennent l'injecteur fermé avant l'injection. La chambre 39 communique avec la con- duite de fermeture 28.
Dans le corps 3, le canal 29 est prolongé par un canal de décharge 55 qui aboutit dans le plan de con- tact de ce corps avec le cylindre 1. Celui-ci comporte un canal de décharge 56, qui est la continuation du canal 55 et dont l'extrémité se trouve également dans ce plan de contact. Les axes des canaux 55 et 56 sont déca- lés l'un par rapport à l'autre de manière à ce que leur raccordement,dans ce plan de contact, forme un étrangle- ment. Par son extrémité inférieure, le canal de décharge 56 aboutit à l'alésage du cylindre 1, son embouchure étant, comme celle du passage d'aspiration 8, située de façon à être obturée au début de la course de refou- lement du piston 6, par l'arête 26 de celui-ci. L'arête 25 du piston 6 est placée assez bas pour que le canal 56 ne soit pas rouvert pendant le reste de la course de refoulement du piston 6.
Quand le piston de pompe 6 se trouve dans sa position limite inférieure, la chambre de pompage 9 communique avec la chambre d'aspiration 7, par le pas- sage 8. Le piston auxiliaire 14 est, à ce moment, en
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contact avec la. face 21 du cylindre 1, contrelaquelle le presse le ressort 19. Dans sa course de refoulement, le piston 6 obture d'abord le passage d'aspiration 8 et le canal de décharge 56. La-dessus, il refoule du pompage q vers la chambre de 1 combustible, de la chambre docommande 15, àtravers le canal 16.
La pression du combustible dans la chambre de commande 15déplace alors le piston auxiliaire 14 et le fait refouler, de la chambre de refoulement 17, par l'évidement 13 et vers la conduite d'injection 12, une quantité de combustible correspondant à son déplacement.
De ce fait, le combustible contenu dans cette conduite et dans la chambre 32 est comprime jusqu'à ce que sa pression, dans cette dernière, arrive à déplacer, contre la force du ressort 40, le piston 38 qui porte le pointeau
36, de sorte que celui-ci livre passage au combustible à travers les orifices 35. Le combustible qui continue à être refoulé par le piston 14. est alors injecté dans la chambre de combustion.
Très peu avant que le pi si;on auxiliaire 14 ne soit arrêté par la butée 20, l'arête de sa face inférieure
31 dépasse l'arête 30 de la rainure 27 et met cette dernière en communication avec la chambre de commande 15. Le combustible que le piston de pompe 6 continue à refouler vers cette chambre s'échappant alors vers la chambre de fermeture 39 par la rainure 27, le passage 54 et la con- duite de fermeture 28, le piston auxiliaire cesse d'être déplacé vers sa chambre de refoulement 17 ; sacourse est du reste limitée par la butée 20. Le piston 14 s'arrêtant, le refoulement de combustible de la chambre 17 vers la conduite d'injection 12, la chambre 32 et les orifices 35 est donc interrompu.
Toutefois, l'injection à travers
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ces orifices continue jusqu'à ce que la pression dans la chambre 32 soit insuffisante pour maintenir dans sa position d'ouverture le piston 38 avec son pointeau 36.
Alors la force-du ressort 40 et la pression, qui est en train de s'accroître, du combustible dans la chambre de fermeture 39 ramènent le piston 38 à sa position de fermeture et mettent ainsi fin à la préinjection.
Le volume du combustible que déplace le piston auxiliaire 14 pendant sa course de refoulement n'est pas influencé par le degré de précision avec lequel le piston de pompe détermine la fermeture 'du passage d'aspiration 8. Ce volume dépend uniquement de la course du piston 14, dont les limites sont assez exactement dé- terminées d'une part par la butée 21, et d'autre part par l'ouverture du passage de combustible vers la rainure 27 et la butée 20.
Le chemin que peut parcourir le piston 14 entre l'ouverture de ce passage et son arrêt définitif, contre cette butée, sera maintenu aussi petit qu'on le voudra, afin de laisser varier le moins possible la course totale du piston auxiliaire.
En continuant sa course de refoulement, le piston 6 comprime le combustible contenu dans sa chambre de pompage 6, et, jusqu'à l'obturation du passage 16, aussi le combustible contenu dans la chambre de ferme- ture 39, par l'intermédiaire du passage-16, de la chambre de commande 15, de la rainure 27, du passage 54, du canal 29 et de la conduite 28. De cette façon, la pression nécessaire dans la chambre 32, pour rouvrir la communica- tion vers les orifices 35, est sensiblement augmentée pour l'injectiôn principale.
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Dès que la pression du combustible dans la chambre de pompage 9 est suffisante , elle ouvre la soupape de retenue 11, contre la pression du ressort 10, et du combustible emprisonné dans la conduite d'injection 12, lors de la fermeture de l'injecteur après la préinjec- tion. La soupape 11 peut s'ouvrir avant que l'arête 26 du piston de pompe 6 n'obture le passage 16, mais afin d'obtenir une plus grande précision de fonctionnement, il est recommandable de bander le ressort 10 à une force suffisante pour que cette soupape reste fermée jusqu'à ce que le passage 16 soit obturé et que la pression du combustible dans la chambre 9 augmente plus rapidement par rapport au déplacement du piston de pompé 6.
Le passage 16 fermé, un. volume de combustible déterminé reste enfermé dans la chambre 39 et dans les espaces qui communiquent avec elle, et la pression de ce combustible, assistant le ressort 40, tient le piston 38 dans sa position de fermeture.
Après que la soupape de retenue 11 s'est ouverte, le combustible refoulé par le piston de pompe 6 sert à comprimer le contenu de la conduite d'injection 12, du canal 34 et de la chambre d'ouverture 32. Quand la. pression dans cette dernière a augmenté suffisamment pour soulever le piston 38 et que le pointeau 36 livre de nouveau pa.ssage au combustible, vers les orifices 35, l'injection principale commence. Elle est alimentée par le combustible que continue à refouler le piston de pompe 6, jusqu'?). ce que l'arête 24 découvre le passage d'aspiration 8.
Alors, dans la chambre de pompage 9, la pression tombe brusquement au niveau de celle règnant dans la chambre d'aspiration 7, la, soupape 11 est re-
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fermée par son re.ssort 10, et le refoulement de com- bustible à travers la conduite d'injection 12 cesse. Le combustible contenu dans celle-ci et dans ses espaces annexes, tels que la chambre 32, se détend à travers les orifices 35, jusqu'à ce que, à une pression d'in- jection encore assez élevée, le pointeau 36 du piston 38 interrompe la communication avec ces orifices, sous l'influence de ressort 40 et de la pression du combustible dans la chambre de fermeture 39.
L'arête 24 étant hélicoidale, l'instant de la ré- ouverture du passage 8 peut être modifié en tournant le piston 6 autour de son axe. Cela permet de régler la quantité de combustible refoulé par le piston 6, pendant l'injection principale.
Dans sa course d'aspiration, le'piston de pompe 6 referme, par son arête 24, le passage d'aspiration 8 et crée ensuite un vide partiel dans la chambre de pompage 9. L'arête 26 ayant découvert le passage 16, ce vide partiel s'étend aussi à la chambre de pompage 15, ce qui permet au piston auxiliaire d'effectuer, lui aussi, sa course d'aspiration, pendant laquelle il est déplacé par le ressort 19 et par la préssion du combustible dans la chambre de refoulement 17. Ce déplacement du piston, qui est limité par la butée 21, permet au contenu de la chambre 17, de l'évidement 18, de la conduite d'injection 12, du canal 34 et surtout de la chambre 32 de se détendre suffisamment pour que l'on puisse ensuite libérer'le combustible dans la chambre 39 sans que l'injecteur s'ouvre à nouveau.
Quand l'arête 26 découvre le passage d'aspira- .tion 8, le vide partiel dans la chambre de pompage 9
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est comblé par l'arrivée de combustible depuis la chambre d'aspiration 7, travers ce passage.
Lorsque l'arête 26 a aussi dégage l'embouchure du canal de décharge 56, le contenu de la. chambre de fermeture 39 se détend vers la, chambre d'aspiration 7, travers la. conduite de fermeture 28 et les canaux 29, 55 et 56, la chambre de pompage 9 et le passage 8.
Grâce à l'étranglement que produisent, à leur jointure, les canaux 55 et 56, cette détente a lieu sans mouvements violents du combustible, qui seraient susceptibles de vider partiellement ces espaces par l'effet de l'inertie.
Dans la fig. 3, un autre dispositif de décharge est représenté pour la chambre de fermeture 39. Au lieu des canaux 55 du corps 3 et 56 du cylindre 1, on a prévu dans le piston auxiliaire 14 un alésage longitudinal 51 qui communique avec un passage transversal 52 de section réduite. Ce passage 52 fait face à la rainure 27 tant que le piston auxiliaire 14 se trouve à sa position limite inférieure, contre la butée 21, mais qui est fermée par l'arête 53 de cette rainure au début de la course de refoulement du piston 14..Quand celui-ci retourne à sa position primitive, en diminuant la pression dans la conduite d'injection 12 et dans la chambre 32, après l'injection principale, le passage 52 est rouvert et met en communication la chambre de fermeture 39 et la chambre de pompage 9, dans laquelle règne à cet instant un vide partiel,
comme il a été dit plus haut. Le contenu de la chambre 39 peut donc se détendre à travers la conduite 28, le canal 29, les passages 54 et 52, la chambre 15 et le passage 16, vers la chambre de pompage 9, et, après la réouverture du passage d'aspiration 8, vers la chambre
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d'aspiration 7. L'étranglement dans le passage 52 empêche, ici aussi, les mouvements trop violents du combustible.
R E S UNE.
1. Procédé d'injection de combustible en au moins deux injections partielles pour moteurs à com- bustion interne, ce procédé étant caractérisé en ce que, pour réaliser l'une des injections partielles, on refoule, au moyen d'un piston de pompe, du combustible que l'on fait agir, pour le déplacer, sur -on piston auxiliaire qui lui-même par son déplacement refoule du combustible vers et à travers un orifice d'injec- tion, et que, pour réaliser une autre injection partielle on refoule du combustible vers et à travers un orifice d'injection au moyen du piston de pompe lui-même.
2. Après le mouvement de refoulement du piston auxiliaire et pour permettre à celui-ci de retourner à sa position de départ, on relie à un espace à pression relativement basse l'espace contenant le combustible dont la pression a déplacé le dit piston auxiliaire pour ce mouvement de refoulement.
3. On interrompt, après le mouvement de re- foulement du piston auxiliaire, la communication entre l'espace dans lequel la pression du combustible a agi sur le piston auxiliaire pour provoquer ce mouvement, et la chambre de pompage sur laquelle agit le piston de pompe.
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