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Moyens d'injection de combustible ou appareil pour moteurs à combustion interne à inflammation spontanée sous pression constante.
Cette invention a pour but un organe d'injection "sans air" ou "solide" ou un appareil pour moteurs à com- bustion interne à ignition spontanée, sous pression cons- tante, du type comprenant une pompe à combustible et des organes de manoeuvre directement accouplés à la pompe à combustible et pouvant être actionnés par le pression de compression dans un cylindre de moteur pour actionner la pompe à combustible pour injecter du combustible sous forme de charge ou volume "solide" réglable dans le cylindre du moteur.
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Un organe d'injection ou appareil du type indiqué ci-dessus fait l'objet de dépôts antérieurs de demandes de brevet n 124.414, 24666/45 & 1657/46 du déposant en Australie.
Dans l'organe d'injection ou appareil décrit et représenté dans le texte de ces demandes antérieures, le volume de combustible injecté à chaque manoeuvre de la pom- pe à combustible est réglé par la variation du point ou de l'endroit de la course de manoeuvre du mouton ou piston auquel le combustible cesse d'être injecté ou bien commen- ce à être injecté. de
Dans le but de régler/cette manière la quantité injectée, le mouton est disposé de manière à pouvoir tour- ner par rapport au piston de l'organe de manoeuvre et est muni d'une ouverture ou rainure ayant une face ou arête inclinée qui obture en avance ou en retard, suivant la posi- tion rotative du mouton, l'ouverture d'émission du combus- tible ou l'alimentation du combustible ou l'ouverture d'ad mission.
Ou bien, le volume de combustible injecté est réglé en obturant de façon réglable la communication entre le cylindre etles organes de manoeuvre et le cylindre du moteur, de manière que la manoeuvre des premiers se termine en avance ou en retard et que le volume de combustiblein- jecté soit de façon correspondante moindre ou pus élevée.
L'organe de contrôle auquel il est fait allusion brièvement bien que tout à fait efficace pour le but indi- qué, estquelque peu compliqué etcoûteux.
Le principal but de cette invention est en consé- quence la construction d'un organe d'injection ou appareil du type spécifié, qui soit en général de construction sim- plifiée et plus aisé à assembler et à démonter'que les formes
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mises au point jusqu'à présent, et qui, de plus, est effi- cace dans son fonctionnement et permet de régler la quanti- té de combustible injectée en fonction des variations de la charge du moteur.
La facilité avec laquelle l'organe d'injection ou l'appareil correspondant à cette invention peut être démon- té pour être examiné, nettoyé etréparé, etrapidement re- monté, a une importance notable au point de vde de l'entre- tien général et de la marche des moteurs.
Pour la réalisation du but principal défini ci-des- sus etdans la conception la plus large de l'invention, il estcréé un organe d'injection ou un appareil du type spécifié, possédant dans la pompe à combustible un piston de contrôle opposé et séparé du piston de manoeuvre par un espace comprenant la chambre à combustible, le piston de manoeuvre étant destiné à actionner les organes de manoeuvre du contrôle du remplissage ou du chargement etl'éjection du combustible de la chambre de combustible pour injection, etle piston de contrôle étant mobile de façon réglable par rapport au piston de manoeuvre pour faire varier la capa- cité de la chambre de combustible et par conséquent le vo- lume de combustible injecté.
D'autres but de l'invention sont de créer un mouve- ment libre du piston de contrôle qui ne soit pas influencé par la pression, de sorte qu'un registre puisse régler le piston de contrôle de manière à faire varier la quantité de combustible injectée en fonction de variations de la charge de moteur, de créer des moyens d'amortissement des chocs lorsque l'injection est complète, et d'incorposer dans les organes de manoeuvre un dispositif facilitant le démarrage du moteur et sa marche lente.
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Pour que le piston de contrôle puisse être mû li- brement par un registre, il est renfermé dans le corps ou cylindre de la pompe et est équilibré au point de vue de la pression, c'est-à-dire que les pressions sur les faces opposées sont égalisées en prévoyant une conduite ou un passage reliant la chambre de combustible sur une face du piston de contrôle à l'espace ou la partie du cylindre de la pompe sur l'autre face de ce piston.
Une fonction importante accomplie par la manoeuvre du piston de manoeuvre est l'augmentation de l'espace volumétrique libre, qui diminue la pression de compression, c'est-à-dire diminue le rapport de compression. Une telle diminution du rapport de compression abaisse la température de compression en dessous de la température d'inflammation nécessaire, mais cet abaissement de température est compén- se par le chauffage du combustible provenant du choc subit exercé sur lui par le piston de la pompe et par le frotte- ment résultant de la grande vitesse du combustible à travers les jets de la tuyère et à travers l'air comprimé dense.
Le chauffage ainsi produit et la chaleur de compres- sion élèvent la température au point d'inflammation, nonobs- tant la diminution de la pression de compression. L'appa- reil d'injection correpondant à l'invention peut par consé- quent être utilisé effica-cement sur des moteurs de petites dimensions fonctionnant à des pressions de compression re- lativement basses, et de tels moteurs sont par conséquent actionnés sous un cycle d'inflammation spontanée à pression constante.
L'invention sera mieux comprise d'après la descrip- tion de l'appareil d'injection pratique représenté à titre d'exemple dans les dessins en annexe, dans lesquels:
La figure 1 est une coupe longitudinale de l'appa- reil d'injection.
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La figure 2 est une vue en plan suivant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une section longitudinale suivant la ligne III-III de la figure 2.
La figure 4 est une coupe partielle détaillée à échelle plus grande.
Sur ces figures, le chiffre 5 désigne une enveloppe cylindrique, dont la partie extérieure, représentée par 6, a des dimensions adaptées à s'introduire dans une ouverture d'admission de combustible 7 dans la tête de combustion 8 d'un cylindre 9 d'un moteur à combustion interne.
L'enveloppe cylindrique 5 est munie d'un élargis- sement 10 et est alésée suivant son axe. L'alésage a un diamètre maximum en 11 à l'intérieur de l'élargissemnt 10 et un diamètre minimum en 12 dans la partie 6 avec des dia- mètres d'intérieurs intermédiaires en 13 et 14.
A l'extrémité de l'alésage minimum 12 existe une bride intérieure 15 qui est forée suivant son axe et en retrait en 16 pour former unssiège 17 pour un coussinet à brides extérieures 18 ayant un orifice axial 19 qui est aplati ou de forme conique à chaque extrémité, le cène in- diqué en 20 comprenant un siège de soupape comme il est expliqué en ce moment.
Percée obliquement dans le coussinet,se trouve une ouverture ou passage 21 de diamètre relativement faible formant by-pass entre l'intérieur du cylindre du moteur et l'intérieur de l'alésage 12 de l'enveloppe 5 dans un but décrit dans ce qui suit.
Adapté de façon à pouvoir glisser dans la partie de l'alésage 12 à diamètre minimum, se trouve un piston 22 muni d'une saillie centrale ou matrice 23 de forme conique en 24 pour former une soupape s'engageant dans le siège de soupape de cônicité correspondante 20, figure 3.
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Formant saillie sur la matrice 23 se trouve une tubulure axiale 25, qui s'étend à travers l'orifice 19 et le ferme en partie, de aorte qu'un passage annulaire in- diqué en 26 soit formé entre la tubulure 25 et l'intérieur du coussinet 18.
Le passage annulaire 26 relie l'intérieur du cy- est lindre 9 à l'alésage 12 lorsque la soupape 24/déplacée de son siège 20, voir figure 1, mais est fermé par la sou- pape 24 lorsqu'elle s'engage sur son siège 20 comme il est représenté sur la figure 3.
L'alésage 11 de l'enveloppe 5 est muni Intérieure- ment d'un pas de vis qui reçoit une pièce de fermeture ayant un pas de vis correspondant ou pièce de corps 27, dont la surface extérieure a le même diamètre extérieur que l'élargissement 10, de sorte que le premier possède un épaulement 28 qui s'adapte à l'extrémité de ce dernier.
La pièce de corps 27 porte une partie sans pas de vis ou lisse 29 qui s'adapte dans la partie de l'alésage 13 etplace ainsi la pièce de corps en alignement coaxial précis avec l'enveloppe 5.
Des oreilles 30 et 31 formant corps avec la pièce de corps 27 sont munies d'ouvertures 32 opposées l'une à l'autre à des distances égales de l'axe commun de l'enve- loppe 5 et de la pièce de corps, et des goujons ou boulons (non représentés) traversent les ouvertures 32 et,fixés à la tête de combustion 8, serrent fortement l'enveloppe 5 et la pièce de corps contre cette dernière.
Formant corps avec la pièce de corps 27 existe une tubulure 33 qui s'étend axialement à l'intérieur de la partie 14 de l'alésage et est alésée intérieurement en 34 pour recevoir une tubulure axiale 35 du piston 22.
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Les tubulures 38 et 35 comprennent respectivement le corps de pompe et le piston de la pompe d'injection du combustible, décrite avec plus de détails dans la suite.
S'adaptant de façon à pouvoir glisser dans la partie de l'alésage 14 se trouve un manchon cylindrique 36 ayant une bride intérieure 37 sur laquelle repose une extrémité d'un ressort en hélice 38, dont l'autre bout s'appuie sur le piston 22 et produit l'engagement de la soupape 24 sur son siège 20 pour fermer la communication entre le cylindre 9 et l'intérieur de l'alésage 12.
S'étendait coaxialement à l'alésage 34 à l'extrémi- té de la pièce de corps 27 se trouve un alésage 39 de dia- mètre quelque peu plus grand dans lequel s'adapte une gar- niture 40 qui comprend une tubulure du corps de pompe 33 et s'avance à partir de l'extrémité de la pièce de corps et est munie d'un pas de vis qui s'engage dans un écrou réglable à la main 41. Une bride formant corps 40a et des vis 40b fixeht la garniture 40 à la pièce de corps 27.
Au contact avec l'écrou 41 se trouve un collier 42 pouvant se mouvoir axialement sur la garniture 40 et fixé aux barres dé butée 43 qui s'étendent à travers des orifi- ces longitudinaux 44 existant dans la pièce de corps 27 au contact du manchon 36.
On remarquera que par réglage de l'écrou 41, les barres de butée 43 peuvent être déplacées par glissement dans les trous 44 de manière à régler l'effort de compres- sion ou normal du ressort 37 de manière à faire varier la pression de fermeture de la soupape 24 sur le siège 20, et par conséquent à déterminer la pression de compression dans le cylindre du moteur pour laquelle la soupape 24 s'ouvre, comme il est décrit dans la suite. Le blocage de l'écrou 41 après réglage est effectué par une broche gou-
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pille 45 s'engageant dans une ou plusieurs encoches 46 dans le collier 42.
Passant à travers le piston 35, le piston 22 et la tubulure 25, se trouve un alésage axial 47 qui se termine à l'extrémité fermée 48 de la tubulure 25, et dans l'alé- sage 47 s'adapte de façon étroite un tube capillaire 49 ayant un fin alésage 50.
L'extrémité du tube capillaire 49 a un diamètre réduit en 51 de manière à former un espace annulaire 52 et le coté intérieur de l'extrémité fermée 48 est séparé de l'extrémité du tube capillaire par un espace ou vide in- diqué en 53.
La tubulure 25 est conique en 54 et à travers cette partie conique est foré un nombre multiple de petites ou- vertures de pulvérisation 55 à travers lesquelles du combus- tible est pulvérisé dans le cylindre du moteur 9, la tubu- lure 25 comprenant de façon correspondante la tuyère d'in- jection de combustible.
Adapté dans la garniture 40 de façon à pouvoir y glisser se trouve un piston de réglage 56 animé d'un mouve- ment alternatif dans le premier possédant un canal axial 57 qui s'étend entre ses extrémités opposées.
Pour que le piston de contrôle 56 puisse être animé d'un mouvement alternatif dans la garniture 40, le premier porte à son milieu ou au voisinage du milieu une fente pé- riphérique 58 dans laquelle s'engage une languette 59 sur une crosse 60 fixée par une vis 61 à une barre de glisse- ment 62 pouvant glisser dans une ouverture de guidage exia- tant dans la pièce de corps 27.
La crosse 60 est adaptée et mobile dans une fente 64 formée dans la pièce de corps 27, et une manivelle 65 Inde à la main ou par un régulateur est reliée à la vis 61,
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de manière à agir sur la crosse 60 et déplacer ainsi le piston de contrôle 56 dans la garniture 40 en fonction des variations de charge, comme il est décrit dans la suite.
L'espace entre les extrémités du piston de la pom- pe 39 et le piston de contrôle 56 comprend une chambre à combustible 66 dans laquelle s'étend un bloc de vanne 67 porté par le piston de contrôle 56.
Le bloc de vanne 67 porte une tige 68 qui s'adapte de façon à pouvoir glisser dans un élargissement 69 du ca- nal axial 57 et y est retenu par une goupille transversale 70 qui passe à travers une fente 71 dans la tige 68. Repo- sant sur l'extrémité de la tige 68 et placée sur l'extrémité du cahal élargi 69 se trouve un ressort 72 qui retient normalement l'extrémité intérieure de la fente 71 au con- tact de la goupille 70 et du bloc de soupape faisant corps avec le piston de contrôle 56. Dans la tige 68 existent des ouvertures 73-74 par lesquelles une communication est établie entre le canal axial 57 et la chambre à combustible 66.
L'extrémité du piston de pompe 35 est alésée et fi- letée pour recevoir un bouchon 75 ayant une ouverture cen- trale 76 pouvant être fermée par une vanne de contrôle 77 actionnée par un ressort placé dans un espace 78 formant continuation du canal capillaire 50.
S'étendant à travers une ouverture 79 disposée ver- ticalement dans l'oreille 31 se trouve un dispositif de filtre comprenant un piston cylindrique 80 ayant une tête filetée 81 à laquelle est reliée un tube d'alimentation de combustible (non représenté). Le piston 80 se prolonge du côté opposé de l'oreille 31 et est fileté pour recevoir un capuchon amovible 82 qui bouche un canal 84 par une palette de fermeture 83 s'étendant à travers le piston vers un
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rétrécissement 85 formant un épaulement 86 contre lequel un manchon filtrant 87 est normalement maintenu par un res- sort 88.
Le manchon 87 porte des extrémités 89 s'adaptant au canal 84 et entre les extrémités 89 existe une portion ré- duite 90 formant avec le canal qui l'entoure 84 un espace annulaire 91. Aux extrémités opposées du manchon 87 sont forés axialement des trous 92 qui sont reliés par des pe- tites ouvertures radiales 93 avec l'espace annulaire 91. fin passant à travers le manchon filtrant 87, des impuretés et toute quantité d'eau qu'il contient, sont extraites du com- bustible et tombent par gravité à l'extrémité du piston 80 pour tre éliminées lors de l'enlèvement du capuchon 82.
Un trou 94 percé dans le piston 80 est situé en alignement avec une ouverture 95 dans l'oreille 31 qui com- munique avec un passage longitudinal 96 dans la pièce de corps 27. Le passage 96 porte une ouverture terminale 97 qui communique avec le canal 34 du corps de pompe 33 et est ouvert par le piston 35 lorsque la soupape 24 se meut au contact du siège de soupape 20, voir figure 3.
Par l'ouverture terminale 97 ainsi ouverte, le com- bustible de la conduite à combustible qui est maintenue sous la pression de charge nécessaire, passe à travers la vanne à manchon 87 par les trous axiaux 92, les ouvertures radia- les 93, l'espace annulaire 91; le trou 94, l'ouverture 95 et le passage 96 vers et à travers la portion terminale 97 dans la chambre de combustible 66 qui est chargée de fagot correspondante de combustible liquide.
En outre, le combustible liquide passe par les ou- vertufes 74-75 dans la tige 68 dans et à travers le canal 57 et remplit la partie de la garniture 40 ou prolongement du corps de pompe au-dessus du piston de contrôle 56, la garniture 40 étant fermée par une vis 98 et la rondelle de bourrage 99.
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Lors de la marche, et en supposant que la chambre de combustible 66, le canal 57, et cette partie de la gar- niture 40 soient dLnsi remplis de combustible liquide, et que la soupape 24 obture le passage annulaire 26, le moteur est mis tout d'abord en rotation pour pousser le piston vers l'intérieur dans le cylindre à l'étage de compression du cycle des opérations.
Pendant la course de compression et de façon corres- pondant au cycle opératoire de moteurs à inflammation spon- tanée sous pression constante, de l'air est comprimé dans le cylindre du moteur, et lorsque la pression s'élève, de l'air comprimé passe à travers l'ouverture de by-pass 21 dans le cylindre 12 de sorte que la pression dans ce cylin- dre n'augmente qu'à une vitesse relativement faible par suite de la faible section du by-pass 21.
La pression de compression en augmentant s'exerce sur une surface du piston 22 équivalente à la section trans- versale totale de l'orifice axial 19 du coussinet 18, et lorsque le piston du moteur approche de la fin de sa course de compression, la pression de compression agissant sur cette surface, ainsi que la pression dans le cylindre 12 agissant sur la partie annulaire du piston 22 entourant la matrice 23, est suffisante pour déplacer la soupape 24 du siège 20 à l'encontre de la résistance du ressort 38. là-dessus, la pfession de compression agit sur la surface totale du piston 22 qui, en même temps que le pis- ton de la pompe 35, est déplacé rapidement et appuie contre le ressort 38 qui est comprimé de façon correspondante et tendu davantage.
Par son mouvement rapide dans le corps de pompe 33, le piston 35 ferme d'abord l'entrée du combustible 97 et
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puis éjecte la charge de combustible dans la chambre de com- bustible 66 par l'ouverture 76 derrière la soupape 77 dans le canal capillaire 50 et de là dans la tuyère d'injection 25 d'oû le combustible est pulvérisé à travers les ouver- tures 55 dans le cylindre du moteur, dans lequel le combus- tible est ehflammé spontanément et brûle dans l'air compri- mé pour imprimer au moteur son impulsion initiale.
La courte période d'injection se termine par l'en.- gagement de l'arête marginale de l'ouverture 76 dans le bloc de soupape 67, qui ferme l'admission de combustible dans le cylindre.
Lorsque l'injection dé combustible cesse comme il est décrit, le piston 22 et le piston 35 sont mis au repos sans choc par la contre pression engendrée dans le combus- tible demeurant dans la chambre de combustible 66, le canal 57 et la partie supérieure de la garniture 40. Lorsque l'arête marginale de l'ouverture ?6 du piston 35 qui s'élève extérieurement s'engage dans le bloc de soupape 67, ce der- nier est poussé vers le haut et retenu par la goupille trans- versale 70 dans la fente 71 de la tige 68, le ressort 72 etla pression du combustible restant dans les ouvertures 73-74, le canal 57 du piston de contrôle 56 et la partie supérieure de la garniture 40.
La contre-pression du com- bustible se produisant ainsi à la fin de l'injection et que le bloc de soupape 67 et ses pièces apparentées sont des- tinées à provoquer, a pour effet de porter le piston 22 et le piston 35 au repos sans produire de choc, par suite, d'après l'avis de l'inventeur, de la faible compressibilité du combustible, de la dilatation des parties métalliques et de la pression accrue du combustible qui équilibre la pression de compression.
Lors du démarrage du moteur comme il est décrit plus
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haut, et dans une certaine mesure au cours de sa marche lente, une partie de l'air soumis à la compression passe à travers l'ouverture de by-pass 21 et la pression de com- pression en augmentant agit sur la surface entière du pis- ton 22 qui est par conséquent actionné plus tôt pendant la course de compression que ce ne serait le cas si l'ouverture de by-pass n'existait pas et que la pression de compression du piston équivalente à la surface agissait uniquement sur la surface/de la section transver- sale du canal axial 19 du coussinet 18.
Par conséquent, on voit que lors du démarrage ou de la marche à des vitesses très' réduites, l'ouverture de by- pass 21 en admettant de l'air comprimé dans l'espace annu- laire entourant la matrice 23 évite l'action des factaurs réduisant la pression de compression et provenant des pertes de chaleur dues au faible degré de compression, ainsi que la plus longue période de temps de soufflage du piston, et les fuites à travers les soupapes d'admission et d'émission, qui toutes ensemble en cas d'action simultanée rendraient l'opération des organes de manoeuvre trop tardive, ou arrê- teraient même la marche du moteur, si la surface en dessous de la soupape 24 était seule exposée à la pression croissan- te de compression.
A mesure que le moteur accélère, l'ouverture de by- pass 21, par suite de sa surface de section réduite, devient de moins en moins efficace jusqu'à ce que, lorsque le moteur atteint sa vitesse de marche normale, l'ouverture de by- pass devienne pratiquement inefficace et que la pression de compression agisse seulement sur la surface du piston 22 équivalent à la surface du canal 19.
La surface ou le diamètre de l'ouverture de by-pass 21,pour lesquels un démarrage optimum et une marche lente sont réalisés, sont fixés par des essais..
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Le réglage de la vitesse du moteur en fonction des variations de charge est réalisé par le piston de contrôle 56 qui, par l'intermédiaire de la manivelle 65, la vis 61 et la tête de crosse 60 se meut axialement dans la garni- ture 40 sous l'action du régulateur du moteur pour faire varier la capacité effective de la chambre de combustible 66 de sorte qu'une quantité plus ou moins grande de combus- tible soit injectée de façon correspondante aux nécessités de la charge.
Lorsque les pressions aux extrémités du piston de contrôle 56 sont équilibrées, comme conséquence de l'exis- tence du canal axial 57 à travers leqqel le combustible est libre de s'écouler dans l'une ou l'autre direction, la ré- sistance s'opposant au mouvement du régulateur est faible de sorte qu'un réglage sensible du moteur est obtenu.
Lorsque le piston 22 fonctionne pendant la course de compression du moteur comme il est décrit, le volume de l'espace libre du cylindre du moteur est augmenté par commu- nication avec l'intérieur du cylindre de manoeuvre 12.
Par conséquent, le rapport de compression est di- minué et la pression de compression est diminuée de façon correspondante, de sorte que la température de l'air compri- mé dans le cylindre du moteur seraitninferieure au minimum nécessaire à l'inflammation, c'est-à-dire à 538 C (1000 F), s'il n'existait pas d'autres facteurs empêchant la chute de la température.
Les facteurs contribuant à accroître la température au point d'inflammation,selon les vues du déposant, sont le \, choc subit du piston de la pompe sur le combustible ,qui. en- gendre de la chaleur dans ce dernier, et le frottement provenant de la grande vitesse du combustible lors de son passage à travers les ouvertures de pulvérisation et à tra-
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vers l'air comprimé dense, qui sont estimés produire de la chaleur dans le combustible.
La chaleur accumulée provenant de ces causes de de la compression du moteur a été trouvée élever la tempé- rature au point d'inflammation, de sorte que l'appareil décrit ici peut être utilisé efficacement sur des moteurs de petites dimensions fonctionnant à des pressions de com- pression relativement faibles, aussi bien au démarrage qu'en marche normale, et permet à ces moteurs de fonction- ner sur un cycle à inflammation spontanée sous pression cons- tante.
Bien que l'appareil d'injection perfectionné ait été décrit en se rapportant particulièrement à des moteurs à pression constante fonctionnant sur des combustibles re- lativement lourds, tels que l'huile de Diesel, il est évi- dent que l'appareil peut être employé avec les mêmes avan- tages sur des moteurs à volume constant fonctionnant sur des combustibles liquides légers et volatils ou des alcools, tels que pétrole, benzine, alcool, kérosène, etc...
Dans le but de vaincre les difficultés de lubrifi- cation pouvant se rencontrer dans l'appareil d'injection lorsque de tels combustibles légers sont utilisés, la gar- niture 40 peut être faite en matière ayant des caractéris- tiques auto-lubrifiantes telles qu'unematière plastique appropriée, des métaux imprégnée d'huile ou de graphite, des métaux en poudre, etc.., et les pièces opérantes telles que le piston et le corps de pompe, et le piston de contrô- le peuvent être recouvertes de ces substances.
REVENDICATIONS.
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