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"Dispositif et procédé destinés à l'injection de combustible dans des moteurs à combustion interne à grande vitesse".
Pour l'injection du combustible dans des moteurs à combus- tion interne à grande vitesse, on emploie surtout de nos jours ce que l'on appelle des tuyères fermées, qui utilisent une sou- pape à pointeau, dont l'organe de fermeture est prévu un peu en avant de l'embouchure de la tuyère. Le rôle principal de l'orga- ne de fermeture de la soupape consiste, même avec un nombre de tours réduit de la pompe, à obtenir, grâce à un arrêt du combus- tible devant la tuyère, des pressions d'injection suffisamment élevées que pour produire une bonne pulvérisation. Le pointeau de la soupape est commandé hydrauliquement par le combustible par l'intermédiaire de la pompe d'injection, l'étanchéité, lors @
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de la position fermée, étant assurée par un ressort.
La pression d'ouverture de la soupape d'injection est pour ce dispositif égale à la pression du ressort qui agit sur cette soupape, divi- sé par la différence de la surface de la section de celle-ci, cette surface étant diminuée de la surface du siège du pointeau.
En soulevant le pointeau sous l'influence de la pression d'ou- verture, le combustible vient se loger sous la surface du siège, qur quoi la pression du combustible vient agir sur toute la sur- face transversale du pointeau et effectue un soulèvement subit de celui-ci. Le commencement de l'injection est déterminé exacte- ment de cette manière, et la pulvérisation est également assurée pour des nombres de tours plus réduits. La pression de fermeture est, dans ces tuyères, toujours inférieure à la pression d'ouver- ture et,pour une épaisseur de pointeau donnée, le ressort de fermeture a toujours les mêmes dimensions.
Les injections à re- tardement toujours désagréables n'ont pu être évitées que par- tiellement pour ces tuyères, parce que le pointeau de soupape fermant dans la direction de circulation du combustible presse encore avec son siège, lors de la fermeture, le combustible qui se trouve devant lui, dans la chambre de combustion du moteur.
Pour éviter cet inconvénient, on a déjà proposé des tuyères dont l'organe de fermeture ferme à l'encontre de la direction de cir- culation du combustible, mais cette construction, et spéciale- ment la disposition du pointeau, étaient encore plus compliquées que pour les soupapes à pointeau agissant dans la direction de circulation du combustible. Les tuyères connues présentent en outre l'inconvénient de devoir guider avec précision le poin- teau de la soupape, ce qui provoque souvent,d'autre part, un blo- cage du pointeau dû à de petites impunies dans le combustible, et par suite aussi des pannes de service. En outre, le siège de la soupape à pointeau se trouve à l'endroit le plus chaud de la machine, ce qui entraine une usure rapide des surfaces de joint.
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Un inconvénient supplémentaire de ces tuyères consiste en ce que des conduites spéciales pour l'huile de fuite doivent être prévues pour faire retouner le combustible qui s'est échappé par le guidage du pointeau. Puisque pour des moteurs à plusieurs cylindres les quantités d'huile de fuite des différentes tuyères varient suivant le guidage du pointeau, les quantités de combus- tible amenées vers les chambres de compression sont également inégales, de sorte que les cylindres sont à des températures dif- férentes.
Tous ces inconvénients sont supprimés grâce au procédé et au dispositif suivant la présente invention. Suivant le nouveau procédé, qui emploie de façon connue un organe de fermeture agis- sant à l'encontre de la direction de circulation du combustible, au moment de la chute de pression entre l'organe de fermeture de la conduite d'admission du combustible et la tuyère d'échappe- ment, une diminution de pression est produite dans la conduite d'admission du combustible, qui est suffisante pour empêcher une injection à retardement du combustible dans la chambre de combustion.
Cette diminution de pression peut être obtenue en réglant de façon appropriée le volume compris entre l'organe de fermeture de la conduite d'admission du combustible et la tuyère d'échappement par rapport au volume de déplacement de la partie mobile de l'organe de fermeture fermant à l'encontre de la di- rection d'admission du combustible, de sorte qu'il peut se pro- duire,dans le volume compris entre l'organe de fermeture et la tuyère, une diminution de pression allant jusqu'à environ une atmosphère. Une injection à retardement ne peut donc plus avoir lieu par suite de cette diminution de pression.
Dans le volume formant une chambre du corps de la tuyère, on a prévu un orga- de ne/fermeture connu en soi, agissant à l'encontre de la direc- tion d'admission du combustible et supporté élastiquement du cô- té de l'embouchure de la tuyère qui produit la diminution de
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pression dans la chambre, lors de son mouvement de fermeture. Le siège de l'organe de fermeture pénètre librement dans le corps de tuyère et baigne dans le combustible, de sorte que la sur- face de joint de l'organe de fermeture est complètement sépa- rée des gaz chauds de la machine, est donc ménagée, et, par sui- te, sa durée en est augmentée. Dans la tuyère suivant la présente invention, contrairement aux tuyères avec soupape à pointeau,la pression de fermeture est toujours plus grande que la pression d'ouverture.
Ce phénomène est dû à ce que la pression maximum du combustible est déterminée par la pompe d'injection, c'est-à- dire qu'elle dépend de la quantité de combustible qui circule et du nombre de tours du moteur. La pression de fermeture dépend donc directement de la pression maximum qui règne dans la condui- te de combustible. Pour une charge plus élevée ou un nombre de tours plus grand de la machine, donc pour une plus grande quan- tité injectée ou pour une plus grande vitesse de déplacement, la pression maximum augmente dans la conduite d'admission et partant la pression de fermeture, ce qui abrège la durée d'injection.
Comme l'ont prouvé des essais avec la tuyère suivant la présente invention, il est préférable de travailler avec une pression d'injection faible, mais avec une pression de fermeture la plus forte possible, pour éviter une combustion à retardement. De cette manière, la tuyère suivant la présente invention a une sen- sibilité diminuée de 50% au commencement de la circulation du combustible par rapport aux soupapes à pointeau, de sorte qu'un régleur d'injection automatique devient inutile.
La présente invention se rapporte en outre à des formes de réalisation spéciales des organes de fermeture et de la disposi- tion de la tuyère, dans le but de pouvoir les adapter aux exigen- ces de la chambre de combustion. Les dessins représentent à titre d'exemple plusieurs formes de réalisation des dispositifs destinés à la mise en oeuvre du procédé.
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La figure 1 représente une coupe longitudinale à travers la disposition complète d'une tuyère à plusieurs ouvertures, et la figure 2 représente un détail à plus grande échelle.
La figure 3 représente une forme de réalisation modifiée, constituant une tuyère à une seule ouverture pour un jet allongé.
Les figures 4 et 5 représentent une tuyère à pivot avec fai- ble dispersion de jet, en coupes longitudinale et transversale, et les figures 6 et 7 en représentent des détails en coupe lon- gitudinale.
La figure 8 représente une forme de réalisation de la tuyère pour uh jet large fortement dispersé, et la figure 9 en représente un détail.
La figure 10 représente une forme de réalisation modifiée de la partie mobile de l'organe de fermeture suivant la présente invention.
A la figure 1, le chiffre de référence 1 désigne le support de tuyère qui est fixé comme d'habitude à la machine à combus- tion interne et dont l'alésage 2 est en liaison avec la pompe à combustible. A sa surface frontale s'applique la bride 3 d'un tube 4 constituant un corps de soupape, dont l'extrémité libre présente un siège de soupape ayant la forme d'une surface circu- laire conique. Les surfaces de contact du support de tuyère 1 et de la bride 3 se trouvent très rapprochées l'une de l'autre grâce à une rectification des surfaces planes et serrent dans des évidements centraux opposés, qui s'élargissent en forme de cône pour former les alésages 2 et 6, un filtre ou tamis 7.
A la face inférieure de la bride 3 est appliquée de façon étan- che une bride 8 d'un corps de tuyère 9. Un écrou à raccord 10 vissé sur le support de tuyère 1 applique fortement les brides 8 et 3 l'une sur l'autre et la bride 3 sur la surface frontale du support de tuyère 1, et empêche la fuite de combustible. Le
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corps de tuyère 9 ayant en substance une forme cylindrique creu- se, dépasse quelque peu l'écrou à raccord et porte sur le dessous, après un amincissement conique, une saillie creuse 11 en forme de pivot qui présente de minces alésages de tuyère disposées de façon à se croiser et débouchant latéralement.
Le tube 4 du corps de tuyère pénètre avec un jeu minime, comme on le voit par la représenta@tion agrandie suivant la figure 2, dans l'es- pace creux cylindrique de la tuyère 9 et forme sous le siège de soupape 5, conjointement avec ce dernier, une chambre 13, dont le fond circulaire supporte un ressort 14, qui applique une bille 15 sur le siège de soupape 5. La bille constitue donc la partie mobile d'un organe de fermeture de la conduite d'admission du combustible.
A la figure 2, la surface circulaire par laquelle la bille 15 est appliquée sur le siège de soupape 5 est désignée par fo (cm2) et sa plus grande section est désignée par f (cm2). Po (kg) est la tension de ressort à l'état fermé de l'organe de fermeture 5,15 tandis que P15 (kg) désigne la force du combusti- ble qui agit sur la surface fo de l'organe de fermeture, Pz est la pression dans la chambre de combustion de la machine.
La pres- sion d'ouverture p (kg/cm2) de la soupape d'injection, pour laquelle la bille se soulève de son siège sous l'influence de la force P10 du combustible, est par suite à déterminer de la fa- çon suivante: P10 = Po + Pz. fo = Po.fo et donc Po = Po + Pz.fo = Po + p (kg/cm) f3 fo où l'expression Po exprime la tension du ressort en atmosphè- fo res.
La pression de fermeture de l'organe de fermeture, c'est-à- dire la pression P1 (kg cm2) qui est tout juste capable de main -
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tenir ouverte une soupape qui est déjà ouverte, peut être cal- culée de la façon suivante: Si P2 (kg) désigne la pression du combustible dans la chambre 13 pendant le processus d'injection, on a
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Pis ' Po + P2 ' Po'f + P2'f - Pls.f et par suite
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Puisque l'expression po (tension du ressort en atmosphres) est f une valeur constante pour une soupape donnée, on voit que la pression de fermeture pour la tuyère suivant la présente invention est toujours plus élevée que la pression d'ouverture p, puisque P2 pendant le processus d'injection est toujours plus grand que Pz.
La pression P2 dans la chambre 13 dépend surtout de la pres- sion maximum dans la conduite d'admission du combustible, qui est déterminée par la pompe à combustible, c'est-à-dire avec une charge plus élevée de la machine, donc.,pour une circulation de combustible plus grande, la pression augmente dans la conduite d'injection (alésage 6) et, par suite, pendant le phénomène de circulation, la pression augmente aussi dans la chambre 13, et finalement la pression de fermeture augmentera également.
Donc, si la machine est soumise à une charge plus élevée, c'est- à-dire si l'on admet plus de combustible, la soupape de fermeture va s'ouvrir pour une pression déterminée toujours égale, mais elle se fermera plus tôt suivant la valeur de la pression de cir- culation Pls et, par suite, l'étendue d'injection par rapport à la position de point mort supérieure du piston est avancée, ce qui supprime la combustion à retardement généralement à crainde avec des soupapes à pointeau ordinaires. Comme l'ont prouvé des essais avec la nouvelle tuyère, la pression d'ouverture Po est environ égale à 100 atmosphères, tandis que les soupapes à poin-
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teau ordinaires avec injection à jet direct s'ouvrent à environ 200 atmosphères.
Mais cela ne présente pas de conséquences dé- sagréables, parce que le combustible pénétrant au début avec une pression moindre dans la chambre de combustion a suffisam- ment de temps pour de comprimer. La pression de fermeture pour la tuyère suivant la présente invention est d'environ 350 at- mosphères, tandis qu'avec une tuyère à pointeau il se produit une pression de fermeture de 130 atmosphères.
Lors de la fermeture de la soupape de fermeture, il se pro- duit simultanément dans la chambre 13 une chute de pression al- lant jusqu'à environ 1 atmosphère. Si l'on désigne le volume dans la chambre 13 par V (cm3), le module d'élasticité du combus- tible par E (kg/cm2), le volume de décharge par Vo(cm3) et la pression dans la charge 13 par p (kg/cm2) on a
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p vo.E par suite Voee par suite E Pour la tuyère suivant la présente inventionon a constaté des pressions d'injection maxima de 400 atmosphères, de sorte que pour un volume de chambre de, par exemple, 0,06 cm3, on obtient un volume de décharge de 400 x 0.06 Vo = 20.000 = 0,0012 cm3 c'est-à-dire 1,2 mm3,
en admettant un module d'élasticité du combustible de 2.104 vu que'pour des pression de 100 à 500 atmosphères, il acomme on le dait, cette valeur. Ce volume de déplacement est donc suffisant pour détendre la pression de 400 atmosphères lors de la fermeture de la bille dans la chambre à la pression atmosphérique. On prouve que cet effet est aussi obtenu complètement avec la tuyère décrite, car la tuyère pendant son travail sous les pressions indiquées ne pré- sente même lors de l'échappement dans l'atmosphère libre aucun effet d'écoulement à retardement.
Dans la forme de réalisation de l'organe de fermeture 15', représentée par la figure 10, le volume de déplacement peut
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aussi être augmenté, s'il le faut, en le réglant à l'aide d'un piston 16 dans l'alésage 6 du siège de la soupape. Le piston présente à sa périphérie plusieurs rainures longitudinales 17, qui s'étendent jusqu'à,la surface opposée 18 coopérant avec le siège de soupape 5.
Le siège 5 se transforme par étagement en une surface cylindrique 19, qui forme à son extrémité une arête de guidage 20, coupant, avant que le corps de soupape 15' n'ait atteint sa position terminale, l'ouverture de la soupape, de sorte que la quantité de combustible se trouvant entre les sur- faces de joint 5 et 18, doit retourner dans l'alésage 6 et que le volume de déplacement de la chambre 13 peut donc être augmen- té de façon considérable. La disposition de la bille en tant qu'organe de fermeture présente d'autre part l'avantage que la tuyère peut être fabriquée et montée de manière particulièrement simple.
Dans la forme de réalisation suivant la figure 3, on a prévu, au lieu de la tuyère à plusieurs ouvertures dans le fond de la chambre 13, une ouverture centrale de tuyère 21, qui est utili- sée pour une chambre de combustion qui exige un jet de tuyère ayant une grande force de percée. Suivant la forme de réalisation de la figure 4, la bille 15 est posée sur un organe de guidage 23 dont l'enveloppe présente des rainures 22, et qui porte à sa face inférieure un pivot 24, qui forme avec l'embouchure de la tuyère une étroite fente annulaire 25. Sir le fond de la chambre est posé un anneau d'insertion 26, présentant des côtes longitu- dinales 27 qui s'étendent jusqu'au pivot 24. De cette manière, le combustible est injecté de façon serrée et sans dispersion de jet dans la chambre de combustion.
Si les côtes 28 de l'an- neau d'insertion 26 sont en forme d'hélice (figure 7), le combus- tible pénètre dans la chambre de combustion avec un jet dispersé.
La figure 8 représente une tuyère à une seule ouverture, dans laquelle on a prévu,au-dessus de l'embouchure de la tuyère, un
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élément d'insertion 29 sur le fond de la chambre 13 sur laquelle vient s'appuyer le ressort 14, et qui présente à sa périphérie des rainures 30 pour l'admission du combustible vers l'embouchu- re de la tuyère,et, dans ce but, il présente à sa surface d'ap- pui sur le fond de la chambre 14 des rainures 31,qui sont dispo- sées tangentiellement par rapport à l'alésage 32 de la tuyère (figure 9). Dans cette forme de réalisation, le combustible pé- nètre dans la chambre de combustion avec un jet fortement disper- sé.
Les formes de réalisation de tuyères décrites peuvent aussi être employées pour la disposition d'un autre organe de fermetu- re, comme on le voit, par exemple, à la figure 10. Grâce au dis- positif décrit, il est maintenant complètement superflu de pré- voir une conduite pour l'huile de fuite, ce qui présente en outre l'avantage d'avoir des quantités égales de combustible livrées par la pompe aux chambres de combustion d'une machine à plusieurs cylindres, permettant ainsi une marche régulière et une améliora- tion du rendement de la machine. De plus, les pannes d,e service dues au blocage du pointeau de soupape sont complètement évitées et les soins et la précision nécessaires pour la fabrication de ces soupapes sont superflus, de sorte que les tuyères peuvent être obtenues à meilleur marché.
Un réglage d'injection spécial de la tuyère d'après la charge et le nombre de tours de la machi- ne devient inutile, et l'écoulement à retardement de la tuyère et la combustion à retardement qui l'accompagne, sont complète- ment éliminés.