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Procédé et dispositif d'injection du combustible, à commande éléctromagnétique, dans les moteurs à explosion,
La présente invention a pour objet un procédé et le dispositif correspondant d'injection du combustible, à commande électromagnétique, en fonction de la vitesse du moteur et de la dépression d'aspiration,pour moteurs à explosion.
On connaît le principe qui consiste à injecter le combustible, soit dans la conduite de la soupape d'aspiration, soit directement dans la chambre d'explosion,pendant la phase d'aspiration, au moyen d'un injecteur à commande électromagnétique, et l'on sait aussi que différents dispositifs ont été imaginés pour atteindre le but envisagé.
Aucun des dispositifs proposés n'a eu toutefois jusqu'à, présent une réalisation pratique, parce que tous ont des graves défauts, soit de conception soit de détail, Pour ces raisons ils ne peuvent répondre aux exi- gences des moteurs modernes,
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Font naturellement acception les dispositif propo- sés dans d'autres bravais par les marnes titulaires; toutafois ces dispositifs mettent en oeuvre un procédé différent du procède conforme à la présente invention.
Les moteurs modernes doivent pouvoir tourner sous charge à des vitesses variables entre des limites très étendues qui vont de 500 ou 1000 à 6000 tours et plus, et, à chaque régime, il doivent conserver leur rendement maximum aussi bien si la variation de régime est imposée par la variation de la résistance extérieure à pleine alimen- tation (c'est-à-dire suivant une courbe de puissance), que si elle est imposée par la variation de l'alimentation à résistance extérieure constante (c'est-à-dire suivant une courbe d'utilisation).
En outre ces moteurs doivent être capables de fournir des reprises très rapides et sans hé- sitations, quana on ouvre l'alimentation au moyen d'une commande instantanée*
Evidemment ce rendement économique maximum à chaque régime et dans chaque cas est réalisé quand, à chaque instant, le dosage du mélange air-combustible est très bon.
Le procédé suivant l'invention atteint ce but et est caractérisé par le'fait que l'alimentation du combustible est proportionnelle à la fois à la vitesse du moteur et à la dépression créée par l'aspiration du moteur. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit dans sa conception la plus large, se caractérise par le fait qu'il comporte des moyens d'injection à commande électromagnétique et des moyens
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pour régler l'alimentation du combustible de façon qu'elle soit proportionnelle on même temps à la vitesse du moteur et la dépression créée par l'aspiration du moteur.
Naturellement le bravet couvre aussi un moteur à explosion qui met en oeuvre le procédé ou comporte le dispositif suivant l'invention.
Dans une exécution avantageuse le dispositif se caractérise par le fait que l'injecteur électromagnétique est alimenté au moyen d'une pompe à engrenages ou à ailettes directement accouplée au moteur, laquelle fournit un débit proportionnel à la vitesse du moteur, tandis que l'on modifie le débit de l'injecteur par des dispositifs à oapsule manomètrique qui se trouvent en communication constante avec la conduite d'aspiration du moteur,
L'invention sera maintenant expliquée en se référant au dessin annexé lequel montre, seulement à titre d'exemple indicatif et non limititatif de la portée de l'invenè tion, et d'une façon sensiblement schématique, quelques formes d'exécution du dispositif suivant l'invention.
La figure 1 est une vue générale schématique d'une première forme d'exécution du dispositif.
La figure 2 est une variante des moyens modificateurs du débit de l'injecteur, susceptibles de faire varier la durée de l'injection.
La figure 3 est une autre variante de ces moyens susceptibles'de modifier la pression d'injection
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La figure 4 est un diagramme illustrant le procédé.
La figure 5 montre une autre variante du disposi- ' tif général susceptible de donner des résultats satisfaisants,mais moins bon que ceux que l'on obtient avec le: formes précédentes.
La figure 6 montre l'utilisation du dispositif suivant la figure 1 dans le cas de moteur suralimenté au moyen d'un compresseur.,
Les figures 7 à 10 concernent des modifications avant ageuses.
En se référant à la figure 1 : au conduit 1 de la soupape d'aspiration 2 du moteur est fixé le dispositif destiné à provoquer la variation de l'alimentation de l'air. Ce dispositif est constitué, par exemple, par un manchon fixe 3 @ourvu de fentes 4 sur lequel tourne d'un certain angle le manchon mobile 5 muni. de fontes o. Le manchon 5 est pourvu d'un lùvior de commando 7. A travers le fond du manchon 5 pendre l'injecteur du type à commande électromagnétique, dont les bornes 9 sont reliées électriquement avec un distributeur de courant, mu par le moteur, et avec une source de courant électrique.
Le combustible est constamment refoulé dans l'injecteur par une pompa 10 qui tourne avec le moteur, cette pompe aspirant le combustible d'un réservoir (qui n'est pas figuré) le long d'un tuyau 11.
Un petit tube 12 fait .communiquer constamment la conduite d'aspiration 1 du moteur avec une capsule manomètrique à soufflet 13., laquelle s'allonge ou se raccourcit suivant que la dépression de lu conduite diminue
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ou augmente* La variation de longueur du soufflet agitde réimporte quelle façon, par exemple au moyen d'une tige 14,sur l'un quelconque ou sur plusieurs des éléments qui peuvent influencer le débit effectif de l'injecteur, en le modifiant indépendamment du débit de la pompe .
Les éléments propres à modifier le débit de l'injecteur sont: la section du gicleur; la durée angulaire de l'injection, la pression de l'injection,
La variation de.la section du gicleur peut être obtenue en modifiant la course de la petite soupape de l'injecteur par exemple grâce au petit levier à équerre 15 ou même grâce au dispositif illustré dans la figure 6 du brevet N. 421109 du 16.4.1937 au nom des demandeurs ou bien grâce à d'autres moyens convenables.
La variation de la durée de l'injection peut être obtenue en faisant varier la distanoe entre les contacts de l'interrupteur (figure 2) par exemple au moyen du levier 16, ou bien au moyen d'un autre dispositif de ce breveta 421109 ou même aveo d'autres moyens convena- bles
La variation de la pression d'injection peut être obtenue, pax exemple, en ouvrant plus.ou moins (oomme indiqué dans la figure 3), au moyen d'un levier 17, un robinet 18 qui décharge une partie du combustible dans le réservoir ou dans le tuyau d'aspiration 11 de la pompe* Avant d'examiner le fonotionnement du système, on va
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examiner comment se produisent les variations de la dépression dans la conduite d'aspiration du moteur et de la pression d'injuection.
Dans le diagramme de la figure 4, la ligne AB représente la pression atmosphérique; avec l'augmentation de la vitesse du moteur, la dépression croit légèrement suivant la ligne CD, si la variation de régime se fait suivant la courbe de puissance (admission constamment ouverte) et diminue avec la diminution de la résistance extérieure; en partant du point D de dépression maximum à admission complètement ouverte, si l'on diminue la vitesse suivant la courbe d'utilisation, (en ,étranglant graduellement l'admission, à résistance extérieure constante) la dépression augmente fortement suivant la ligne DE.
Ces variations de la dépression sont pratiquement linéaires dans la région -X- comprise entre les limites de vitesse normalement utilisée (de 400 ou 500 tours) et cela dans tous les moteurs à explosion.
La ligne FG représente par contre la variation de la pression d'injection qui est pratiquement proportionnelle à la variation de débit de la pompe, o'est à-dire à la variation de vitesse du moteur.
Le diagramme en question est réel puisqu'il a été tracé expérimentalement. Le fonctionnement du système apparaît maintenant clair.
On admettra d'abord que le moteur se trouve sous sa charge maximum compabble avec sa vitesse maximum, et, par conséquent, à pleine admission d'air et de com-
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bustible: l'injection se fait SOUS une pression effective qui est la somme de la pression G et de la dépression D. La vitesse du moteur diminue graduellement avec l'augmentation de la charge, si on laisse ouverte le papillon de 1 air: la pression effective d'injection diminue aussi et d'une façon proportionnelle à la vitesse du moteur,' jusqu'à devenir égale à la somme de la pression 2-et de la dépression C.
Si le système à été réglé de façon à fournir un dosage égale de mélange aux deux vitesses extrêmes; ce dosage se sera maintenu constant pendant toute la variation de vitesse en courbe de puissance.
On considérera maintenant de nouveau le moteur à pleine chargea vitesse maximum-et pleine admission si on faisait diminuer la vitesse du moteur par étranglement graduel de l'aspiration de l'air, la résistance extérieure étant constante, la pression effective d'injection diminuerait moins que dans le cas précédent c'est-à-direde GD à FE, tandis que la quantité d'air diminueraitn plus à cause de l'étranglement.
On aurait alorsun mélange qui irait graduellement en s'enrichissant au fur et à mesure que la vitesse du moteur diminue et par conséquent on aurait une augmentation graduelle de la consommation spécifique* Mais ici in- tervient la capsule manomètrqieu, qui modifier graduellement le débit de 1?'injecteur en le diminuant, en sorte que, si l'intervention de la capsule a été convenablement réglée pour les deux ,positions extrêmes
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le dosage du mélange se maintient constant même pendant la courbe d'utilisation,
Le dispositif examiné jusqu'à. présent a fourni aux essais des résultats absolument excellents,Des résultats inférieurs, mais toutefois supérieurs à ceux que l'on a obtenus avec la carburation ordinaire,
peuvent être obtenus avec le dispositif suivant la figure 5.
L'alimentation du carburant est fait avec une pompe 10 à débit proportionnel à la vitesse du moteur , comme dans le cas précédent, la capsule manométrique est supprimée et le contrôle d'un quelconque des trois éléments qui peuvent modifier le débit de l'injecteur indépendamment de celui de la pompe est fait en liaison mécanique avec la commande du papillon de l'aire.
Dans l'exemple de la figure 5 on a employé un injecteur 21 à débit variable, par exemple du type déjà mentionné, dont le levier 22 est relié au levier 7 du papillon d'air par un moyen mécanique quelconque, et dans un rapport convenable, par exemple au moyen d'un arbre 23, deux leviers 24,24' et des tringles communes..
En courbe de puissance, les deux leviers ne bougent pas et le système se comporte comme dans le cas précédent; en courbe d'utilisation, le débit de l'injecteur diminue avec la vitesse du moteur, mais moins que celui de l'air et il s'ensuit l'inconvénient d'une augmentation de richesse du mélange aux environs des bas régimes, toutefois entre des limites pratiquement ac-
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ceptables.
Le dispositif ainsi conçu peut être préféré dans le cas de moteur fonctionnant de préférence suivant la courbe de puissance et lorsqu'on oherohe la simplicité de construction,
Le dispositif suivant l'invention peut être naturellement utilisé aussi quand le moteur est suralimen té au moyen d'un comnpresseur.
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La figure 6 montre 11 applicat.ionnde ,la forme d'exécution suivant la figure 1 au cas d'alimentation par compresseur. La capsule manométrique 13 est renfer- mée dans une chambre 25 mise en communication directe avec la conduite 26 de refoulement du compresseur, au moyen d'un large tube 27; cette conduite débouche dans la ohambre 28 qui renferme le papillon de l'air* Le fonctionnement reste identique à celui qui a été décrit avec une simple variation des va-leurs absolues des dépressions (qui deviennent des pressions), tout se passe comme si/ dans le diagramme de la figure 4, on déplaçait vers le bas la ligne AB de pression at-
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mo s phér:ia, ua
L'application du deuxième dispositif (figure 5) dans le cas du compresseur, reste sans modification.
L'invention peut être appliquée, quel que soit le type d'injecteur, quel que soit le type de distri- buteur de courante quel que soit le type-de' pompe à ailettes, quel que soit la 'milieu dans lequel s'effectue l'injection, c'est-à-dire aussi bien dans la conduite de la soupape d'aspiration que dans la chambre d'ex-
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plosion, quel que soit le nombre des cylindres (un ou
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plus) et le tyiL6 de cycle (quatre ou deux .1a;-px)v
Les figures 7 à 10 concernent des modifications apportées au dispositif.
AU sujet des figures 1 à 5 il a été dit que la pompe d'alimentation du combustible est du type à en-
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grenages ou a ailettes, c'est-à-dire du type qui, gén6iigae<xent, est appelé volumdtrique, pour pouvoir fournir un débit proportionnel à la vitesse du moteur
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et par là proportionnel à 1*'aspiration de l'air, quand le papillon de e ce 06.;.'::;"1-' ii-t ,:;.)J)lJj31'¯1; JL-,'3-''. J3 type de pompe est indiqué aussi dans le cas de la fi- .gare 6 où le moteur est suralimenté au moyen d'un compresseur, le type de compressaur n'étant pas indiqué.
On fait remarquer maintenant que le dispositif de la
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i'1gu.ce Ó convient seulement si le compresseur ausui est du type volumétrique (par exemple Aoot) co:u,e la pompe, parce ,u'aiars en correspondance dos vari.ations do la vitesse du iioteur, les dé1:Jits du compresseur ut de la pompe varient suivant des lois analogues.
Si le moteur, par contre, est alimente au moyen
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d'un compresseur du typa centrifuge, Ld. Ici ds variation d5 l'alimentation da l'air ast très diff0rente de 1 loi linéaire domlée par la or..:j,),: VUlLliù-.H,:L'l.ßLl: el' è11i- ;zeiitation du combustible, et, par consQUJl1t, on n'a plus un rapport constant air-corbL<: ;ibl4 8 différen- tes vitesses du moteur.
Dans ce cas la pompe d'alimentation doit être du type centrifuge pour fournir une variation d'alimentation du combustible analogue à
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celle d'alimentation de l'air,
Il est évident en outre que si l'alimentation de l'air et du combustible sont effectuées au moyen de deux 'organes (compresseur et pompe) du même genre' c'est-à- dire propres à fournir positivement des débits Varia= bles suivant des lois analogues; quand la 'vitesse du moteur varie par suite des variations de la résistance extérieure, il sera facile, grâce à des organes de fermeture analogues et disposes 'd'une manière analogue; d'obtenir des variations de débit analogues même quand la vitesse du moteur varie par suite de variations de l'alimentation.
Les figures 7 et 8 représentent schématiquement le dispositif conçu suivant les considérations ci-dessus; respectivement dans les deux cas dans lesquels les organes de fermeture sont disposés avant ou après les or- ganes d'alimentation,, ces derniers étant tous les deux du type centrifuge.
En se référant à la figure 7 on voit que le compresseur centrifuge 30 aspire l'air du tube 31 et le renvoie sous pression à travers le tube 26a au moteur 33, et que la pompe centrifuge 10a aspire le combusti- ble d'un réservoir (qui ne figure pas au dessin ) le long du tube lla et le renvoie sous-pression par le tube 36 à l'injecteur 21a, placé par exemple sur le coude du tube 26a. Le compresseur 30 et la pompe 10a sont natuTellement accouplés au moteur avec des rapports appropriée.
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Dans le cas de la figure 7, les organes de ferme- ture 38 et 39 de l'air et du combustible (robinet, papillon, soupape ou autre) sont disposés sur les tubes d'aspiration 31 et lla et sont commandés par les leviers 40 et 41, reliés entre eux au moyen d'une tringle 420
Dans la figure 8 les pièces analogues sont indiquées avoo les mêmes références munies de l'indice -b-. Ainsi lob est la pompe centrifuge, 30b est le compresseur centrifuge, etc. Toes organes de fermeture 38b et 39b de l'air et du combustible sont situés sur les tubes derefoulement 2 6b et 36b et sont encore commandés par les leviers 40b et 41b reliés au moyen de la tringle 42b.
Après ce qui a été dit; il est inutile de donner de longues explications sur le fonctionnement du dispositif dans les deux cas considérés*
Si, en pratique, à cause de la différence dec aractéristiques physiques des deux fluides, air et combustible, les lois de variation de débit du compresseur et de la pompe ne sont pas tout à fait aussi analogues qu'en théorie, l'erreur varierab graduellement avec la variation de la vitesse et on pourra facilement la corriger, par des moyens semblables à ceux indiqués dans les figures 1,2,3 et 6, en employant une capsule manomé- trique soumise à la pression d'alimentation de l'air et du combustible, Il peut arriver en pratique que;
pour des raisons d'encombrement, ou ues difficultés ae commande ou. pour une question de cotit au autre, il soit plus avantageux d'employer un compresseur et une pompa
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qui sont tous deux du type volumétrique, ou bien un compresseur centrifuge et une pompe volumétrique.
Le débit du compresseur volumétrique pourra toujours être modifié au moyen d'un organe de fermeture placé sur l'aspiration ou sur le refoulement, mais est pas ainsi pour la pompe volumétrique, étant donné l'in- compressibilité du liquide combustible. Dans ces cas le compresseur aura une simple fermeture placée de préférence sur l'aspiration, pour éviter la surcharge inutile qui se formerait par étranglement du refoulement et la ,pompe aura un robinet ou une soupape placé sur le refoulement, qui déchargera une partie du liquide en le renvoyant à l'aspiration, comme il a été exposé dans la figure 3;
ce robinet sera commandé par le levier même qui commande la fermeture du compresseur*
Le dispositif est représenté dans la figure 9 du dessin annexée Le compresseur volumétrique 300 aspire l'air du tube µla et le renvoie sous pression au moyen du tube 260, au moteur 330. La pompe volumétrique 10c aspire le combustible du tube lla et le renvoie sous pression au moyen du tube 36c à l'injecteur 21c. L'obturateur de l'air est un papillon 380 placé dans un tube 31c et commandé par le levier 40c; le réglage de la pompe est fait au moyen d'un robinet 39c (semblable à celui de la figure 3) commandé par le levier 41c, ce robinet peut faire revenir une partie du liquide du tube de refoulement 36c au tube d'apiration 11c, pour dimi..
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nuer le débit de la pompe.
Les leviers 40c et 41c son,t reliés entre eux par la tringle 42c. Les angles de calage des deux leviers, les déplacements angulaires du papillon et du robinet, les lois qui régissent leur ouverture, etc, doivent être déterminésexpérimentalement afin d'obtenir la proportion constante air-combustible aux différents degrés d'alimentation.
Dans les systèmes d'injection avec injecteurs à commande électromagnétique, on comprend facilement que , la puissance du adénoïde destiné à ouvrir la petite soupape (et par conséquent la valeur du courant qui y circule) doit être autant plus grande que la fréquence de l'injection est plus grande et que la durée de chaque injection est., plus petite.Par conséquent, il est clair, que, si l'on maintient constant à tous les régimes le courant maximum nécessaire au régime maximum, et avec la plus petite durée d'injection, ce courant sera inutilement élevé et donnera lieu à un gaspillage au régime minimum et à la durée maximum d'injection.
Il faut donc que le courant diminue aussi bien quand la vitesse du moteur diminue que quand la durée de l'injection augmente.
Or si l'on se réfère au système d'injection exposé ci-dessus, la pression dans le tube de refoulement de la pompe du combustible est à la fois directement proportionnelle à la vitesse du moteur et inversement proportionnelle au débit du ou des injecteurs (c'est-àdire à la durée de l'injection);
par conséquent la varia-
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tion de cette pression peut être employée sans difficulté pour obtenir la variation du courante
La figure 10 représente un exemple de réalisation du dispositif appliqué au système d'injection à
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commande 6lect:comagnétiqueï é
Une capsule manométrique à soufflet 60 a sa cavité intérieure en .communication au moyen du tube 61 avec le tube 62 de refoulement de la pompa 10d qui ,alimente l'injecteur 21d.Si l'on augmente'la pression d'alimentation du carburant, la capsule 60 s'allonge et déplace le contact 65 sur les spires de la -résistance 66 inter- 'Calée,' dans le circuit (injecteur 21d - interrupteur rotatif 67 - batterie 68 - injecteur 21d),
diminuant ainsi la résistance de ce circuit et augmentant par con- séguent l'intensité du courant qui y circule.Naturellement la capsule manométrique 60 peut être remplacée par un autre organe ayant le même effet% de même que la variation du courant peut être obtenue d'une autre façon, par exemple en enlevant du circuit successivement quelques éléments de la batterie; etc.
Suivant les formes d'exécution précédentes la variation de la pression d'injection est pratiquement àato- portionnelle à la variation de débit de la pompe, par conséquent',' au cours de la description, on se réfère à la .proportionnalité soit du débita soit de la pression avec la vitesse du moteur, suivant que la clarté de la
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des'cription l'exige et Ce qui intéresse en réalité est le débit puisque
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la pression varie avec la vitesse pour des causes secondaires;
pour se conformer au principe générateur du système, il faut que la pompe soit dimonsionnée de façon à fournir, à la vitesse maximum et à pleine charge du. moteur,exactement le débit nécessaire et suffisant de combustible pour former un mélange avec l'air de dosage optimum, Alors, étant donné que la pompe fournit un débit proportionnel à la vitesse du moteur, comme cela arrive pour l'aspiration de l'air à obturateur complètement ouvert, le dosage du mélange se maintiendra constant aux différents régimes.
La pression dans la tuyauterie et dans l'injecteur augmente avec la vitesse du moteur (et vice-'tersa) pour les cauces suivantes: diminution du coefficient d'écoulement de l'injecteur par suite de l'augmentation de la fréquence d'ouvertures et fermetures (plus grand laminage du liquide); augmentation des effets d'inertie par suite des coups de bélier et frottements du liquide; phénomènes électromagnétiques (hystérésis) dans l'injectuer, qui diminuant la durée réelle des injections, etc. Evidement le débit de la pompe étant déterminé par ses dimensions et par la vitesse, la pression doit augmenter avec l'augmentation des obstacles qui s'opposent à l'écoulement.
Si la pompe est dimensionnée comme il a été dit plus haut, le système se comporte exactement comme on l'a exposé; mais, aveo l'usage, il se produit des jeux qui diminuent le rendement-volumétrique de la pompe et par
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conséquent la pression diminue c'est-à-dire que la ligne FG de la figure 4 s'abaisse. En pratique il faut donc que la pompe soit construite avec des dimensions supérieures en prévision de L'usure éventuelle, et soit pourvue d'un organe régulateur sur lequel on puisse agir de temps en temps pour ramener la pression (c'est-à-dire la ligne FG citée) à sa valeur d'origine.
La figure 11 représente schématiquement une pompe 10e du type à engrenages pourvue de cet organe régulateur..
Ce dernier est constitua par une soupape conique 91 pressée par un ressort/ 92 contre l'orifice de la conduite 39 de refoulement de la pompe, qui peut permettre à une partie du liquide de se décharger dans le tube 94 et de revenir par ce tube à la conduite d'aspiration 11e. A la différence d'une soupape de sureté ou de trop-plein ordinaire (qui s'ouvriraitseulement sous une pression maximum déterminée) il faut que la forme de la petite soupape, la section del'orifice et l'élasticité du ressort,soient étudiées de façon que, quand la pompe est neuve, la soupape soit toujours plus ou moins soulevée dans la région représen- tée par la ligne X (figure 4), et que l'allure de la pression soit celle qui est convenable;
en vissant le bouchon guide-soupape 96 quand la pompe est usée, la levée de la soupape sera moindre parce que la décharge de la pompe doit être moindre; puisqu'il y a des pertes intérieures, mais la pression d'origine sera rétablie; la ligne FG du diagramme étant reportée à sa place pri-
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mitive.
Naturellement dans le tube 94 peut trouver place un robinet comme le robinet 18 de la figure 3 (ou autre organe équivalent) pour l'appauvrissement du mélange aux bas régimes de la courbe d'utilisation).
Il est bien entendu qu'en pratique les détails d'exécution pourront varier d'une façon quelconque dans qu'on sorte du domaine de l'invention et par là de la portée du breveta REVENDICATIONS.