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BREVET D'INVENTION " Soupape d'injection de carburant commandée par la pres- sion et destinée aux moteurs à combustion interne ".
La présente invention est relative aux atomiseurs pour l'injection de carburant dans les espaces de combustion de moteurs à combustion interne, à l'aide d'une soupape à pointeau d'injection de carburant, soulevée par la pression du carburant. Elle concerne plus particulièrement les tuyères d'injection de carburant, dans lesquelles le pointeau d'injection de carburant est soumis à l'action d'un liquide, qui sollicite, lorsqu'il est sous pression, le pointeau vers sa position fermée, notamment pour déplacer ce dernier vers son siège ou le maintenir sur celui-ci. De tels dispositifs sont utilisés pour injecter du carburant de combustion, soit directement dans le cylindre du moteur, soit dans une chambre d'atomisation et de combustion
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auxiliaire connectée au cylindre du moteur.
Dans le cas de moteurs à grande vitesse équipés de tuyères d'injection et dont les soupapes à pointeau sont soulevées par la pression du carburant, il est souvent difficile de réaliser une commande satisfaisante du fonctionnement dynamique du système d'injection, compre- nant la pompe à carburant, la conduite de connexion à carburant et la tuyère d'injection. Il en résulte que la régularité de l'injection de carburant est souvent sérieu- sement dérangée, surtout lorsque les moteurs tournent à grande xxxx vitesse .
La présente invention a pour but de minimiser ou d'empêcher ce dérangement et de fournir un agencement de soupape perfectionné, permettant de réaliser une commande satisfaisante du fonctionnement du système d'in- jection de carburant.
L'invention est basée sur la découverte selon 1aquelle le dérangement précité est principalement dû à l'augmentation soudaine de volume provoquée dans le système contenant le carburant par le soulèvement de la soupape à pointeau .Ces soupapes à pointeau, qui sont soulevées par la pression du carburant, augmentent par essence l'espace occupé par le carburant agissant sur la soupape Lorsqu'un moteur tourne à grande vitesse, cette soudaine augmentation de volume de l'espace occupé par le carburant produit une forte diminution locale de la pression et produit une interférence avec l'onde de pression engendrée entre la pompe à carburant et le pointeau d'injection de fluide .Cette interférence est grandement cause du dérangement signalé ci-dessus.
Pour éviter autant que possible que se présente ce dérangement, un atomiseur suivant l'invention, agencé pour minimiser la soudaine augmentation de l'espace dis-
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ponible pour le carburant, comporte un espace rempli de liquide, ce dernier liquide agissant au moins sur une partie du pointeau et sollicitant ce dernier, lorsqu'il est sous pression, vers sa position de fermeture .
Ce liquide est confiné dans un espace clos possédant deux canaux de circulation,notamment un canal de circulation relativement large, grâce auquel le liquide de chargement peut seulement être amené dans l'espace clos,et un canal de circulation comparativement étroit, permettant à la fois une circulation de liquide vers l'intérieur ou vers l'extérieur de l'espace précité, ou ne permettant, si on le désire, qu'une circulation de liquide vers l'extérieur de cet espace de chargement. Si l'atomiseur est du type, dans lequel le pointeau de soupape est chargé par une pression de liquide,les canaux précités communiquent avec une source de liquide sous pression, telle qu'un réservoir maintenu à la pression requise .
Si on le désire, il n'est pas nécessaire de connecter le canal de circulation étroit au réservoir et ce canal peut avoir son embouchure disposée de façon à se décharger à l'air libre ou dans un autre réceptacle quelconque.
.Le liquide n'a pas besoin d'être à tous moments sous pression . Ainsi, lorsque l'invention est appliquée à des injecteurs comportant des soupapes à pointeau chargés par ressort, le dispositif peut être construit de façon que le liquide ne soit sous pression que pendant le mouvement d'ouverture de la soupape à pointeau .
Si, toutefois, l'atomiseur est agencé de façon que le pointeau soit toujours soumis à la pression du liquide tendant à fermer la soupape à pointeau ou à maintenir le pointeau sur son siège, un ressort très faible peut être utilisé pour charger la soupape à pointeau ou le chargement par ressort de cette soupape peut être totalement supprimé, la fonction ordinairement réalisée
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par le ressort étant partiellement ou totalement réalisée par le liquide de chargement.Dans ce cas, il est préfé- rable, suivant l'invention, de connecter à la fois le canal large et le canal étroit de l'espace de chargement à la source de pression de liquide, par exemple au réservoir susdit.
Une pression appropriée est alors maintenue sur le liquide de chargement,notamment en connectant une pompe d'alimentation à pression réglée au réservoir. Il est préférable,dans un tel cas , de connecter l'espace de chargement et le réservoir par un passage auquel est contreadapté une soupape de/pression, dans laquelle est ménagée une petite perforation, cette dernière perforation consti- tuant le canal de circulation étroit.
L'invention sera davantage illustrée en référence aux dessins annexés au présent mémoire, dans lesquels la figure 1 est une coupe axiale schématique d'un injecteur suivant l'invention; la figure 2 est, à plus grande échelle, une vue'de détail de la soupape destinée à commander le flux de liquide de chargement.
L'injecteur comprend un boîtier, qui peut être constituée de plusieurs parties et dont la partie infé- rieure est agencée de façon à xxx s'adapter dans un pas- sage ménagé dans le bloc du moteur et conduisant à l'es- paee de combustion du cylindre, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un espace de combustion et d'atomi- sation servant d'espace de connexion.
Le bottier comporte un passage 1 en communication avec un espace 2 pour l'ali- mentation en carburant, qui peut être amené au boîtier par une conduite à carburant appropriée .De l'espace 2, le carburant est déchargé dans l'espace de combustion, par l'intermédiaire d'un conduit d'atomisation 3, le- quel conduit est normalement obturé par une soupape à
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pointeau 4, montée de façon à pouvoir coulisser dans un passage central ménagé dans le boîtier en formant avec ce passage un joint serré @ L'extrémité du pointeau est de section transversale réduite, en sorte que la face annulaire,prévue à l'extrémité de la partie de section plus grande,
est exposée à la pression du fluide et que le pointeau peut être soulevé en réponse à une élévation de la pression du carburant dans l'espace 2. Comme le sa- vent les hommes de métier, le carburant est fourni par une pompe à carburant appropriée, qui augmente périodi- quement la pression du carburant en synchronisme avec le moteur et est actionnée, par exemple, par un dispositif à came . L'élévation de pression provoque le soulèvement du pointeau et l'injection de carburant dans l'espace de combustiorà l'instant désiré.
Le passage central ménagé dans le boîtier est agran- di en 5, en sorte qu'on dispose au-dessus du pointeau d'un espace clos rempli d'un liquide de chargement ,tel que de l'huile . Cet espace sera appelé dans le présent mémoire "espace de chargement" . Un autre espace agrandi 6 prévu au sommet du boîtier est également rempli de liquide de chargement et est en communication,avec une source de pression. Ceb espace 6, fermé à sa partie su- périeure, forme le réservoir pour le liquide de charge- un ment. Les espaces 5 et 6 sont reliés entre eux par/passa- ge 7.
La circulation de liquide de chargement dans le passa ge 7 est réglée à l'aide d'une soupape de contrekpres- sion poctérioure 8, équipée d'aillettes radiales 11 en contact par glissement avec les parois du passage 7.
Cette soupape présente une tête tronconique agencée de façon à venir s'appliquer vers le haut contre l'embou- chure inférieure du passagej7, cette tête étant sollici- tée vers le haut par un ressort 9. Ce ressort repose sur
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le sommet du pointeau 4 et tend à solliciter la soupape 8 vers son siège .Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, le ressort 9 est de construction légère de façon à ne jouer sensiblement aucun rôle dans la sollicita- tion du pointeau 4 vers sa position de fermeture, le pointeau étant sollicité vers son siège , principalement par le liquide de chargement .
Si on le désire, le ressort
9 peut ne pas prendre appui contre la soupape à pointeau, mais peut reposer sur un épaulement du boîtier de l'in- jecteur, le pointeau 4 étant, dans ce cas, fermé entièrement par la force du liquide de chargement. Si le ressort
9 est complètement supprimé, la soupape 8 s'élève vers sa position fermée grâce à la pression de fluide, dès que la soupape à pointeau 4 a déclenché son mouvement ascendant.
La soupape 8 présente un passage , qui est rétréci au voisinage du sommet de la soupape pour former un canal étroit 10.
On constatera que les espaces 5 et 6 sont reliés entre eux par deux canaux. La partie ouverte du passage 7 entre les ailettes 11 forme le canal large, par lequel le liquide de chargement peut s'écouler librement vers le bas dans l'espace de chargement 5, quand la soupape 8 est soulevée de son siège . Le canal étroit est formé par le passage et le canal rétréci 10. Comme le ressort 9 est de construction légère, la soupape descendra, lorsque la pression régnant dans l'espace 5 tombe en dessous de celle régnant dans l'espace 6, ce qui permet un écoulement rapide vers le bas du liquide de chargement. Toutefois, lorsque la pression régnant dans l'espace 5 est égale à celle régnant dans l'espace du excède celle-ci, le ressort ferme la soupape et tout courant ascendant de liquide est empêché.
Le liquide ne peut alors se diriger vers le haut qu'à une vitesse plus faible, par le canal étroit 10.
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L'injecteur fonctionne comme suit : le liquide de chargement contenu dans l'espace 6 est maintenu à une pression p . Aussi longtemps que la soupape à pointeau est dans sa position fermée, l'espace de chargement 5 est à la même pression . Lorsque la pression de carburant dans le passage 1 excède une certaine valeur, qui dépend de diverses caractéristiques de l'injecteur, notamment des dimensions du pointeau, de la rigidité du ressort 9 et de la pression p, la soupape à pointeau 4 est soulevée . Dès que la soupape à pointeau est soulevée, la pression régnant dans l'espace de chargement 5 (et par conséquent aussi la charge imposée à l'extrémité du pointeau ) augmente fortement, étant donné que le liquide de chargement contenu dans cet espace ne peut s'échapper vers l'espace 6 que par le canal étroit 10.
Ce canal est tellement étroit qu'une résistance considérable au mouvement ascendant du pointeau est créée .
Il en résulte que la soupape à pointeau 4 est soulevée très graduellement,en sorte que le volume de l'espace 2 n'augmente que graduellement et que l'apparition de l'interférence de dérangement susmentionnée avec l'onde de pression dans le système d'alimentation en carburant est entièrement ou pour une grande part empêchée .
Pour la fermeture du pointeau, la pleine pression p est disponible, étant donné que le liquide de chargement peut s'écouler,de l'espace 6 à l'espace de chargement 5, sans devoir surmonter une résistance appréciable . En conséquence, le pointeau 4 peut se fermer rapidement.
Dans une forme de réalisation pratique de soupape suivant l'invention, le diamètre du pointeau au-dessus de sa partie étroite est de 4 mm, le degré de soulèvement du pointeau est de 0,2 mm, tandis que la pression p s'élève à 200 atmosphères. La quantité de liquide de charge-
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ment, qui doit passer de l'espace 5 à l'espace 6 par le canal étroit 10, lorsque le pointeau s'élève,est alors d'environ 2,5 mm3. Si la vitesse du moteur est de 2000 tours par minute et'si l'ouverture doit être effectuée en 6 degrés de course de la manivelle, c'est-à-dire en 0,5 x 10-3 secondes, la vitesse de déplacement sera de 5000 mm3 par seconde .
Si on donne au canal étroit 10 un diamètre d'environ 0,26 mm et si on utilise de l'huile comme liquide de chargement, on obtient un accroissement de pression d'en- viron 50 atmosphères, ce qui constitue une considérable résistance vis-à-vis d'une ouverture trop rapide du pointeau . Cette résistance est atteinte suivant la présente invention en utilisant des dispositifs de cons- truction contrôlable
L'invention peut être également appliquée à des injecteurs, dans lesquels le pointeau est amené en posi- tion de fermeture ou maintenu dans cette position à l'aide de la pression exercée par un ressort. Dans ce cas le liquide de chargement de l'espace 10 ne doit pas être maintenu sous pression.
Toutefois, l'application d'une pression de liquide offre l'avantage selon lequel les par- de ties mobiles de l'injecteur peuvent être/construction plus légère et le pointeau ne peut pas être soumis à une charge latérale, en sorte qu'il se meut librement dans ses guides. La pression p peut être obtenue en prélevant un peu d'huile du système d'injection de carburant. Cette pression p peut être réglée très aisément, par exemple en fonction du nombre de tours par minute du moteur.
Au lieu de donner au canal étroit la forme d'un pas- sage ménagé dans la soupape de contre-pression 8, une ouverture de fuite peut être ménagée dans la tête de la soupape ou dans l'embouchure du passage 7, qui forme le
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siège de la soupape.
L'injecteur peut évidemment être constitué d'un nombre plus ou moins grand de parties, sans que l'on s'écarte de l'esprit et de la portée de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Tuyère d'injection pour moteurs à combustion interne équipée d'une soupape à pointeau pour l'injection de carburant , laquelle soupape est soulevée par la pression du carburant fournie par un espace rempli de liquide, qui agit sur au moins une partie de la soupape à pointeau, de manière à solliciter celle-ci, lorsqu'elle est sous pression, vers sa position de fermeture, un canal de circulation comparativement large étant relié à l'espace précité et étant agencé de façon à permettre une circulation sensiblement libre de liquide vers cet espace mais de façon à en empêcher tout écoulement,un canal de circulation comparativement étroit étant prévu pour permettre un écoulement restreint,de liquide hors de l'espace précité.