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Procédé pour le fonctionnement de moteurs à combustion interne à injection de combustible.
La présente invention conoerne les moteurs à coin-- bustion interne qui fonctionnent avec injection de combustible comme en particulier les moteurs Diesel. Les moteurs à combustion interneconnus à injection de combustible fonction- nent avec injection directe du combustible dans le cylindre ou avec injection de combustible dans une avant=chambre placée avant le cylindre de travail. Dans les deux cas, le cent- bustible parvient dans le cylindre de travail sous une forme pulvérisée mais liquide. Ce mode d'injection du combustible présente des inconvénients qui rendent impossi.. ble l'emploi de semblables machines, en particulier de petites machines, pour les grands nombres de tours.
Ces inconvénients consistent principalement en ce que d'une
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part la pulvérisation et le réage des quantités de com- bustible à introduire sont difficilement réalisables, en particulier pour les petits moteurs à nombre de tours élevé, et d'autre part en ce qu'il se produit des retards à l'allumage.
Pour les hautes pressions et les grandes vitesses d'injection du combustible, qui sont nécessaires pour la pulvérisation du combustible, il gaut injecter le combustible dans le cylindre à travers de petites ouvertures ou trous; de semblables trous se bouchent très facilement et s'usent aussi très rapidement, ce qui provoque des dérangements. Les ¯retards à l'allumage ont leur cause dans le. fait qu'avant d'être brûlé le combustible doit passer de la forme liquide à la forme de vapeur et que la quantité de chaleur nécessaire à cet effet doit être empruntée à l'air fortement comprimé se trouvant dans le cylindre.
Il a été proposé déjà de mettre le combustible avant son entrée dans le cylindre sous une pression plus grande que celle régnant dans le cylindre et de l'échauffer ainsi à une température telle que par diminution de la pression il se vaporise complètement ou partiellement à son entrée dans le cylindre. On n'a pris toutefois aucune mesure pour atteindre le but poursuivi et pour empêcher en outre une vaporisation du combustible avant l'injection. Il est toute- fois de la plus grande importance d'empêcher la formation de vapeur avant l'injection car sinon le dosage précis du combustible est impossible.
Si l'on tient compte des tem- pératures relativement basses de vaporisation que possède le combustible employé dans de semblables moteurs même aux hautes pressions on ne peut produire aucun( avantage notable sans un réglage automatique de la température de réchauffage.
L'objet de la présente invention.est d'éviter de façon sure ces inconvénients et l'invention consiste en ce que réchauffement du combustible liquide mis sous pression sur
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le trajet vers le cylindre de travail', est effectué dans des circonstances telles que la température de chauffage se rapproche autant que possible de la température de vaporisation à la pression considérée mais ne peut toute- fois pas dépasser celle-ci, de sorte que l'échauffement aussi grand que possible du combustible est atteint sans danger d'une vaporiation avant l'injection.
Suivant la présente invention, ce résultat est obtenu par le fait que l'échauffement du combustible se fait sous pression par un chauffage avec réglage automa- tique sous la dépendance de la température de vaporisation correspondant à cette pression ou de la température cri- tique, que la température de vaporisation est à peu près atteinte mais n'est pas dépassée et qu'ainsi ce réchauffage aussi élevé que possible du combustible est atteint sans danger d'une vaporisation avant l'injection.
Il est possible par la présente invention d'introduire le combustible dans le cylindre sous une pression plus élevée et à une température plus élevée que ce qui corres- pond à la température critique'qui est atteinte le plus souvent déjà pour des pressions plus basses que celle correspondant à la pression d'injection et cela, suivant la présente invention, par le réglage automatique de l'effet de chauffage, de telle manière qu'une formation de vapeut ne peut se produire,, La présente invention fournit ainsi également un moyen d'employer avec succès, pour le fonc- tionnement de moteur à combustion interne à injection, des combustibles difficilement vaporisables par le fait que la quantité de chaleur nécessaire pour la formation de vapeur est apportée au combustible déjà avant l'injection.
Un semblable chauffage à principalement les avantages suivants : 1/ L'échauffement augmente le volume du liquide, de sorte
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que la pompe à combustible et également les trous des tuyères d'injection sont agrandis et le fonctionnement de- vient plus favorable aussi bien au point de vue du fono- tionnement précis de la pompe qu'au point de vue des obstructions des trous de tuyère.
2 Par le fait que lors de l'injection dans le cylindre une partie du combustible se vaporise par suite de la diminua tion de pression se produisant lors de l'injection, la pulvérisation est améliorée.
3/Par la formation de vapeur et également par la meilleure pulvérisation, la combustion est favorisée et la durée de la combustion est raccourcie.
Grâce à ce procédé on obtient également que les moteurs fonctionnant avec injection de combustible ( moteurs Diesel) peuvent être actionnés avec un nombre de tours plus élevé que sans réchauffage.
Les avantages mentionnés se fbnt sentir d'autant pkus que le liquide sous pression à injecter est plus fortement réchauffé. La limite du réchauffage est donnée par le fait que la pompe d'injection de combustible ne doit aspirer que du liquide car autrement lorsque :le la vapeur de combustible est aspirée également, le dosage devient incertain parce que la vapeur possède un volume beaucoup plus grand que le liquides
La formation de vapeut peut, suivant la présente invention, être évitée de façon sure par le fait que le chauffage du liquide combustible ne se fait pas directement mais à l'aide d'un liquide de chauffage.
Comme liquide de chauffage on peut employer soit le liquide combustible soit d'autres liquides dont les températures de vaporisation cor- respondant aux différentes pressions sont connues. Lorsqu' on utilise le liquide combustible même comme intermédiaire pour le chauffage et que ce dernier se trouve sous la même pression ou sous une pression plus petite que le combustible
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à chauffer, la vaporisation de ce dernier peut être évitée de façon sure par le fait que la vaporisation du liquide employé comme liquide de chauffage c'est-à-dire dans le cas présent du liquide identique au combustible - est utilisée pour le réglage du chauffage.
( chauffage électriq# chauffage par lampes, etc) ce qui empêche une plus forte augmentation de la température et assure constamment la température de vaporisation du liquide de chauffage inter- médiaire et en même temps de ce fait la température un peu plus basse du liquide clombustible lorsque le chauffage donne suffisamment de chaleur, c'est-à-dire lo rsqu e le chauffage est établi pour la plus grande charge.
Le réglage du chauffage par la vaporisation du li- quide de chauffage peut se faire par l'emplpi de la vapeur même pour déplacer un dispositif de réglage ou bien de telle manière que la vapeur prenant naissance lors de la vaporisation du liquide intermédiaire est condensée. Par cette compensation de la formation de vapeut on peut empêcher également l'augmentation de la température et maintenir cobstamment la température de vaporisation. Comme la forma- tion de vapeur donne par suite de la grande Différence des volumes de vapeur et de liquide de grandes possibilités de mouvement Bette formation peut être emppyée pour le régage du chauffage.
Comme la formation de vapeur exige de grandes quantités de chaleur, on peut fixer par la con- densation de la vapeur formée par suite du surchauffage, de grandes quantités de chaleur de sorte que le réglage devient facilement réalisable.
Les avantages mentionnés peuvent toutefois être uti- lisés aussi, sans emploi d'un fluide de chauffage intermédiaire jusqu'à la limite extrême, par le fait que le réglage du réchauffage est produit par la pression de vapeur, la densité de vapeur ou par la température du combustible à injectee
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même ( liquide ou vapeur) et cela avec emploi de ces gran- deurs séparément ou combinées d'une manière quelconque.
L'utilisation de la vapeur de combustible, de la densité de vapeur ou de la température du combustible réchauffé a l'avantage que le réglage désiré peut être atteint égale- ment de façon sure avec des combustibles pour lesquels - comme cela s'présente le plus souvent efficacement en prati- que- les propriétés thermiques ( corrélation entre la pression de vapeur et la température, etc) sont inconnues.
Lorsque la pression de vapeut doit être employée pour le réglage le chauffage est effectué, suivant la présente invention, dételle façon que le liquide est plus chaud à la surface ou dans le voisinage de la surface qu'aux points plus profonds du liquide. La vapeur se formant dans la partie supérieure du liquide est alors employée pour le ré- glage du chauffage tandis que la pompe aspire le combustible à injecter dans la partie inférieure plus froide du liquide.
Comme pour le réglage du chauffage la formation de quantités de vapeur tout-à-fait minimes suffit et que par une conforma- tion appropriée du récipient de chauffage on peut atteindre de façon sûre que dans la partie inférieure du liquide il règne une température plus basse de quelques degrés que dans la surface à vaporiser, on peut obtenir d'une façon sûre que la pompe à combustible aspire un liquide à une température qui est située à quelques degrés en-dessous de la température de vapeur saturée qui correspond à la pression régnant dans le récipient de chauffage.
Le réchauffage du combustible peut également être effec- tué graduellement par le fait que le combustible est chauffé dans plusieurs récipients de chauffage successivement, toujours à la température située quelques degrés en,-dessous de la température de vapeur saturée correspondant à la pression dans le récipients ,
Le réglage du chauffage peut aussi se faire non pas par
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la pression de vapeur mais par la température du liquide ou par la densité de la vapeur. Un semblable réglage est avantageux lorsqu'on veut effectuer le chauffage du liquide combustible jusqu'au point critique.
Le chauffage jusqu'au point critique possède, outre les avantages mentionnés plus haut, cet avantage qu'à la température critique le volume du liquide atteint un maximum et qu'à cette température le liquide et la vapeur possèdent le même volume et que par conséquent le dosage correct de la pompe n'est pas influencé défavorablement par l'aspiration de vapeur et de liquide mélangés. Le réglage du chauffage, lorsque le point critique doit être atteint, peut être réalisé en se basant sur ce principe qu'à cette température la vapeur et le liquide ont le même volume ou la même densité, On peut employer par conséquent pour le réglage du chauffage n'importe quel dispositif automatique de réglage de niveau d'eau dans une chaudière.
L'effet de ces dispositifs est notam- ment basé en général sur le fait que la vapeur et le liquide ont des poids spécifiques différents ou influencent diffé- remment la conductibilité thermique ou la résistance électrique.
Chacun de ces dispositifs peut donc être utilisé pour régler le chauffage du récipient de chauffage de telle façon qu'il y règne approximativement la température critique.
Le procédé suivant la présente invention peut être réalisé de telle façon que le combustible chauffé sous pression eet vaporisé au moins partiellement par une diminution de pression primaire intercalée avant l'injection, est comprimé pa r l'in- termédiaire d'une pompe, d'un compresseur ou d'un organe équiva- lent, et est introduit alors dans le cylindre ;
la pompe ou l'organe analogue sert alors à soumettre le mélange de liquide et de vapeur à une compression et à produire par celle-ci d'une part une quantité de chaleur Suffisante pour la vaporisation ultérieure du combustible non encore vaporisé, de sorte que le combustible parvient dans le cylindre à l'état va-
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porisé complètement ou en plus grande part, et à assurer d'autre part par.1'injection du mélange de soufflettes de liquide et de vapeur déjà une fois pulvérisé lors de la dimi- nution de pressi&n ( de la seconde pulvérisation) à l'entrée dans le cylindre, une meilleure pulvérisation des gouttes de liquide existant encore après la première pulvérisation.
La compression du combustible déjà une fois pulvérisé peut aussi se faire après que le mélange avec l'air est effectué et alors la pulvérisation est favorisée lors de la diminution de pression dans le cylindre par la détente de l'air comprimé avec le combustible,, Cette forme de réalisation du procédé rend possible également une plus petite pression de liquide au refoulement de la pompe à combustible et un réchauffage moindre du combustible liquide ainsi que l'emploi de plus petites vitesses d'injection et de plus petites pressions pour l'injection du combustible dans le cylindre.
Le dessin représente à titre d'exemple plusieurs formes de réalisation du procédé suivant la présente invention,
La fig, 1 montre l'injection connue du combustible dans le cylindre de travail.
Les fig, 3-9 montrent différents exemples de réali- sation de l'invention,
Dans l'injection connue du combustible suivant la fig.1 le combustible liquide est aspiré au moyen de la pompe à combustible 1 à travers la soupape d'aspiration 2 et est injecté en passant par la soupape de refoulement 3 et la conduite 4, au moyen de l'ouverture 5 du pulvérisateur, dans le cylindre 6 dans lequel se meut le piston 7.
L'ouverture d'injection 5 est commandée par exemple par une soupape 9 qui, peut également former la soupape de refou- lement de la pompe, La soupape d'injection peut toutefois aussi ne pas.être commandée... La même disposition en substance est utilisable également dans le cas de l'injection , avant-chambra
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Dans 1'exemple de réalisation de la fig. 2, le tuyau 4 allant de la pompe 1 au cylindre et dans lequel le combustible est mis sous pression est chauffé au moyen d'un dispositif de chauffage par exemple par voie électrique au moyen d'une hélice 8 au point que lors d'une diminution de pression se pro- duisant par l'ouverture de la soupape d' injection 9 il se produit une vaporisation du combustible liquide,
vaporisation dépendant de la chute de pression et du réchauffage*
Le dispositif est avantageusement établi xde telle façon que la soupape de refoulement 3 de la pompe ferme la conduite 4 au point d'entrée et que l'ouverture d'injection est commandée par une soupape spéciale 9. On évite ainsi qu'en cas de trop fort échauffement du combustible liquide il en résulte des dérangements dans la pompe combustible..
Le dispositif de chauffage 8 est réglable pour qu'on puisse régler la température de réchauffage suivant les besoins. Ainsipar exemple - lorsqu'on emploie le chauffage électrique - l'intensité du chauffage peut être reliée au régulateur du moteur de manière que le chauffage soit moins efficace pour les positions élevées du régulateur, c'est-à- dire aux petites charges, que pour les positions plus basses du régulateur, c'est-à-dire pour la plus grande charge, vu que dans le premier cas il faut réchauffer moins de liquide combustible que dans le dernier cas,, Il. est également avan- tageux d'employer une pompe 1 dont la pressing est réglable à la main ou automatiquement.
Entre la pompe à combustible 1 et le cylindre 6 est disposée une pompe ( compresseur du organe équivalent dans lequel le combustible liquide réchauffé se trouvant sous,pression dans la conduite 4 entre par la soupape 10 à l'état de mélange et de liquide et de vapeur par le fait que par la diminution de pression, dans la position d'ouverture de la soupape 10, une partie du combustible est évaporée* Ce mélange de liquide et de vapeur est soumis par le piston de
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compresseur 12 à une compression par laquelle on apporte au mélangea liquide et de vapeur suffisamment de chaleur pour que le liquide encore contenu dans le mélahge de liquide et de vapeur sont vaporisés totalementou du moins en grande partie en cas de diminution de pression.
Le piston de compresseur
12 refoule le combustible dans le cylindre 10 par l'ouverture de la soupape 5 agissant comme ouverture de diminution de pression.
La fig. 3 montre un exemple de réalisation dans lequel la dompresion du liquide déjà partiellement vaporisé par le chauffage du liquide et la diminution de pression c'est-à-dire d'un mélange de liquide et de vapeur, se fait dans le com- presseur 13 par le piston 12 nin pas seul mais en mélange avec de l'air. L'air peut alors être emprunté à l'atmosphère par la soupape d'aspiration, automatique le ou bien, par la soupape
15, au cylindre, à l'état de compression préalable.
Dans cette forme de réalisation lors de la descente du piston .12 du compresseur, de l'air s'écoule par le tuyau 16 dans le cylindre et ensuite lorsque le pisto dégage le raccord aboutissant à la soupape 10, du mélange combustible de vapeur et de liquide pénètre mélange qui est ensuite comprime par le piston 12 et est refoulé par la soupape 17 et le raccord 11, par l'ouverture d'injection 5, dans le cylindre 6. La soupape 17 peut égale- ment disparaître ou être remplacée par la soupape 5 dans son fonctionnement comme soupape de refoulement du compresseur.
La fig. 4 montre un exemple de réalisation avec chauffage indirect du combustible par l'intermédiaire d'un liquide comme agent de chauffage intermédiaire.
Le chauffage électrique 8 agit ici non pas directement sur le liquide combustible - qui comme dans les exemples précé- dents doit 'être réchauffé sous haute pression en s'écoulant par le tuyau 4 vers l'ouverture d'injection 5 mais par l'in- termédiaire d'un liquide qui se trouve dans une chanbre 17 en-
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tourant le tàyau 4. Ce liquide peut avantageusement être le même liquide que le combustible employé.
Si l'on employait un autre liquide comme liquide de chauffage intermédiaire, il faudrait connaître les points d'ébullition de ce liquide qui correspondent aux différentes pressions,
La chambre 17 est fermée du haut par un piston 18 ou un autre organe mobile qui est placé sous l'action d'un ressort 18 a et actionne, par un levier 19 qui peut tourner autour du point 20, un dispositif de réglage 21 influençant l'intensité du chauffage 8.
Sur la chambre 17 est disposé à la partie inférieure un organe d'obturation 22 par lequel on peut remplacer le liquide de chauffage s'échappant éven- tuellement par les défauts d'étanchéité, Le piston 3 de la pompe à combustible est exécuté de telle manière que pen- dant la course d'aspiration il est actionné par la came dl du disque à cames 1c et par le levier 1b, tandis que pendant la course de refoulement il est placé sous l'influence du ressort la et que la pression de liquide produite est donc déterminée sans ambiguïté par ce ressort.
Ce ressort est accordé avec le ressort 18 a du piston 18 de telle manière que la température d'ébullition correspondant à la pression régnante pour le combustible est la même ou est plus grande qu e la température d'ébullition du liquide de chauffage, corres- pondant à la pression régnant dans la chambre 17,
Lorsque la chaleur cédée par le chauffage au liquide de chauffage est plus grande que celle qui est absorbée par le liquide combustible circulant vers le cylindre par le tuyau 4, lors de réchauffement jusqu'à une température voisine du point d'ébullition,11 se forme dans la chambre 17, pour la pression de liquide déterminée par la pression du ressort 18a,
de la vapeu r qui déplace le piston 18 et diminue l'intensité de chauffage jusqu'à ce que la temporaire du liquide de chauf- fage intermédiaire dans la chambre 17 soit maintenue constamment à la hauteur de la température de vaporisations Cette
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température est donc sonstamment maintenue dans la chambre 17 indépendamment de la question de savoir s'il s'écoule plus ou moins de combustible par le tuyau 4 vers le cylindre.
Ce combustible est donc toujours chauffé jusqu'à la tempéra- ture qui correspond à la température de vaporisation du liquide de chauffage ( éventuellement du combustible) sous la pression régnant dans la chambre 17.
La fig. 5-montre un exemple de réalisation dans lequel un surchauffage du combustible ou une vaporisation de celui-ci est évité par le fait que la chaleur transmise par un chauffage excessif au liquide de chauffage intermédiaire produit de la vapeur qui est condensée contre une surface refoidie 23a. e chauffage 8 est ici supposé effectué électriquement et par le liquide de chauffage dans la chambre '17, la chaleur est transmise au liquide combustible circulant dans le tuyau
4. La pression dans la chambre 17 est réglée par le piston 18 et le ressort 18a, comme dans l'exemple précédent et elle est accordée avec le ressort la.
La chaleur transmise par suri.. chauffage au liquide de chauffage intermédiaire est ici évacuée par le fait que la vapeur résulta du surchauffage parvient par le tuyau 18a dans un récipient de refroidissement 23 où la vapeur est condensée,. II, régnera donc toujours dans la chambre 17 la température d'ébullition qui correspond au liquide de chauffage à la pression régnant dans la chambre 17 pourvu que le chauffage 8 soit réglé en concordance avec la charge maxima. En conséquence, le combustible est chauffé dans le tuyau 8, également tout à fait indépendamment de la charge, toujours à une seule et même température.
La fige 6 montre un exemple de réalisation dans lequel en cas d'emploi du combustible même comme liquide de chauffage, la pression dans la chambre 17 est reliée à celle dans le tuyau 4..par l'intermédiaire. du piston .3.8 .de telle manière que d'un ' côté du piston 18 agit la pression dans la chambre 4 et de
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l'autre côté du piston agissent la pression dans la chambre 17 et le ressortcl8a, de sorte que la pression dans la chambre 17 est maintenue plus élevée que celle dans le tuyau 4.
La fige 7 montre une solution dans laquelle on établit dans la chambre 17 et dans la chambre 4 la m-ême pression par ine liaison entre les deut chambres, par le fait que la pompe refoule dans une chambre 24 sur laquelle sont branchés les tuyaux , 17b, .et 23a. La vapeur prenant naissance dans la chambre 17 est ici con densé e dans les tuyaux 17 a et 23, Dans ce cas, la pompe 1 peut aussi être actionnée de force pendant la course de refoulement au lieu d'être actionnée par un ressort*
A la fig,, 8 on a représenté comme exemple de réalistion un chauffage graduel du combustible qui est réglé par la pression de vapeur.
La pompe 30 aspire du combustible du réservoir 31 et refoule le liquide combustible dans le premier récipient de chauffage 32. Ce récipient est chauffé par un dispositifde chauffage électrique 33 sur la paroi périphérique cylindri- Que. Le réglage du chauffage se fait par un piston 34 coopé- rant avec le récipient 32 et actionnant au moyen d'un levier 36 placé sous l'action d'un ressort 35 un dispositif de réglage électrique 37.
Au récipient 32 est raccordée à la partie inférieure la conduite d'aspiration d'une pompe 38 qui aspire le combusti- ble à la partie inférieure du récipient 32 et le refoule dans le récipient de chauffage 39, qui est chauffé par un dispo- sitif de chauffage électrique 40, ce chauffage étant réglé par un piston 41 au moyen d'un levier 43 placé sous l'action d'un ressort 42 et au moyen d'un dispositif de réglage électrique 44
Au récipient 39 est raccordée du bas la conduite d'aspi- ration d'une pompe 45 quinaspire le combustible à la partie inférieure du récipient 39 et le refoule directemnet ou par
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11 intermédiaire d'une soupape commandée 46 dans le cylindre 47 du moteur.
Dans le premier cas, c'est-à-dire en cas de refoulement direct, la soupape 46 disparaît et la pompe 45 refoule le combustible par une tuyère ouverte 48 dans le cy- lindre, mais alors la soupape de refoulement de la pompe est commandée.
Le fonctionnement du réglage du chauffage se fait comme suit :
Dès que par le chauffage dans le récipient de chauffage 32 on dépasse la température qui correspond à la pression de vapeur qui est déterminée par la pression du ressort et le diamètre du piston 34, il se produit à la surface du liquide chauffé un peu de vapeur qui soulève le piston 34 contre l'action du ressort et diminue de ce fait le chauffage jusqu'à ce que la température correspondant dans le récipient à la pression dé- terminée par la force du ressort reste maintenue.
La forme du récipient ( constitution élevée en forme de cylindre verticale et la disposition du chauffage dans la paroi cylindrique ont pour conséquence que le liquide sera plus chaud de quelques degrés dans le voisinage de la surface que dans la partie inférieure. La formation de vapeur se li- mitera donc à la partie supérieure du liquide tandis que de la partie inférieure ou du point le plus bas, c' est du liquide qui est aspiré par la pompe 38.
La pression dans le récipient 32 et dans le récipient 39 peut être réglée à volonté par la conformation des ressorts 35 et 42.
La pompe 45 aspire le liquide du récipient 39 sous une pressionplus basse que celle à laquelle l'injection doit se produire@, Il va de soi que l'on peut employer aussi bien l'injection directe que Il injection à avant-chambre,,
Le nombre de tours de la pompe.¯98.est déterminé par le
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nombre de tours du moteur 47 et par lenbmbre de temps de celui-ci, tandis que les pompes 38 et 30 peuvent être actionnées avec un nombre de tourâ quelconque.
L'échauffement du combustible peut également être réalisé en un seul étage à l'aide d'un seul récipient de chauffage ; dans ce cas la pompe 30 et le récipient de chauffage 32 avec son équipement disparaissent et la, pompe 38 aspire directementdans le réservoir à combustible 31.
Dans le cas où le réglage du chauffage du combustible ne se fait pas par la pression de vapeur mais par la densité de vapeur, en vue d'obtenir un réchauffage s'approchant de la température critique du combustible, le réglage du chauffage peut être atteint avec un appareil de sûreté de niveau d'eau de chaudière.
La fig. 9 du dessin montre, comme exemple, de réalisation un dispositif qui fonctionne par voie électrique. Dans le récipient de chauffage 50 dans lequel le niveau du liquide est assuré par une conduite d'écoulement 51 on a disposé dans la chambre du liquide un conducteur électrique ou une résistance électrique 52 et dans la chambre de vapeur du récipient une seconde résistance électrique53. Les deux résistances sont faites en une matiète par suite de laquelle elles présentent une résistance électrique différente suivant la nature ( la densité) du fluide dans lequel elles sont plongées, les deux résistances sont Intercalées dans un pont de Wheatson qui est formé par les résistances 52, 53, 54,5'5 et le pont 56.
Aussi longtemps que les densités de la vapeur et du liquide différent, il prend naissance dans la ligne de pont 56 un courant qui par l'intermédiaire du relais 57 ferme le contact 58 de sorte que le courant fourni par la source de courant 59 s'écoule par le conducteur de chauffage 60 du récipient 50.
D-ès que l'état dans le récipient de chauffage a atteint le point critique du combustible, les résistance. 52 et 53 sont
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égales le pont 56 devient sans courant et le relais 57 laisse retomber le levier de contact 61 de sorte que le contact 58 est ouvert et de ce fait le courant de chauffage est coupé.
Revendications.
1/ Procédé pour le fonctionnement de moteurs à combustion interne à injection du combustible, en particulier les moteurs
Diesel, dans lesquels le combustible liquide est soumis à un chauffage sous pression pendant le trajet vers le cylindre de travail, caractérisé et en ce que le chauffage du combustible se fait sous pression par un chauffage avec réglage automatique sous la dépendance de la température de vaporisation corres- pondant à cette pression ou de la température critique, de telle manière qu'on s'approche autant que possible de la tempé- rature de vaporisation mais sans la dépasser et qu'on produit ainsi ce chauffage aussi élevé que possible du combustible, sans danger d'une vaporisation avant l'injection.
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Method for the operation of internal combustion engines with fuel injection.
The present invention relates to internal wedge engines which operate with fuel injection, such as diesel engines in particular. Internally recognized combustion engines with fuel injection work with direct fuel injection into the cylinder or with fuel injection into a front = chamber placed before the working cylinder. In both cases, the fuel enters the working cylinder in a pulverized but liquid form. This fuel injection method has drawbacks which make it impossible to use such machines, in particular small machines, for large numbers of revolutions.
These disadvantages consist mainly in that of a
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on the one hand it is difficult to spray and adjust the quantities of fuel to be introduced, in particular for small engines with a high number of revolutions, and on the other hand in that ignition delays occur.
For the high pressures and high fuel injection speeds, which are necessary for atomizing fuel, it is necessary to inject fuel into the cylinder through small openings or holes; similar holes plug up very easily and also wear out very quickly, causing disturbances. Ignition delays have their cause in the. fact that before being burned the fuel must pass from the liquid form to the form of vapor and that the quantity of heat necessary for this purpose must be borrowed from the strongly compressed air in the cylinder.
It has already been proposed to put the fuel before it enters the cylinder under a pressure greater than that prevailing in the cylinder and thus to heat it to a temperature such that, by reducing the pressure, it vaporizes completely or partially at its. entry into the cylinder. However, no measures have been taken to achieve the desired objective and to further prevent vaporization of the fuel before injection. It is of the utmost importance, however, to prevent vapor build-up before injection, otherwise precise metering of fuel is not possible.
If one takes into account the relatively low vaporization temperatures possessed by the fuel used in such engines, even at high pressures, none can be produced (a significant advantage without automatic control of the reheat temperature.
The object of the present invention is to reliably avoid these drawbacks and the invention consists in that heating of the liquid fuel pressurized on
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the journey to the working cylinder ', is effected under circumstances such that the heating temperature approaches as much as possible to the vaporization temperature at the pressure in question, but cannot, however, exceed this, so that l As great as possible heating of the fuel is achieved without danger of vaporization before injection.
According to the present invention, this result is obtained by the fact that the heating of the fuel takes place under pressure by heating with automatic adjustment depending on the vaporization temperature corresponding to this pressure or on the critical temperature, that the vaporization temperature is approximately reached but not exceeded and that thus this heating as high as possible of the fuel is achieved without danger of vaporization before injection.
It is possible by the present invention to introduce the fuel into the cylinder under a higher pressure and at a higher temperature than what corresponds to the critical temperature which is most often already reached for pressures lower than. that corresponding to the injection pressure and that, according to the present invention, by the automatic adjustment of the heating effect, in such a way that vapor formation cannot occur, The present invention thus also provides a means to successfully use, for the operation of an internal combustion engine with injection, fuels which are difficult to vaporize because the quantity of heat necessary for the formation of vapor is supplied to the fuel already before the injection.
Such heating has mainly the following advantages: 1 / Heating increases the volume of the liquid, so
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that the fuel pump and also the holes of the injection nozzles are enlarged and the operation becomes more favorable both from the point of view of the precise operation of the pump and from the point of view of the obstructions of the nozzle holes .
2 By the fact that during injection into the cylinder a part of the fuel vaporizes as a result of the pressure reduction occurring during injection, the atomization is improved.
3 / By the formation of steam and also by the better atomization, combustion is favored and the duration of combustion is shortened.
Thanks to this process it is also obtained that the engines operating with fuel injection (diesel engines) can be operated with a higher number of revolutions than without heating.
The advantages mentioned are felt all the more the more strongly the pressurized liquid to be injected is heated. The limit of reheating is given by the fact that the fuel injection pump must only suck liquid because otherwise when: the fuel vapor is also sucked in, the dosage becomes uncertain because the vapor has a much larger volume than liquids
The formation of vapor can, according to the present invention, be avoided in a safe manner by the fact that the heating of the combustible liquid is not carried out directly but with the aid of a heating liquid.
As heating liquid, either the combustible liquid or other liquids can be used, the vaporization temperatures of which corresponding to the different pressures are known. When the combustible liquid itself is used as an intermediate for heating and the latter is at the same pressure or at a lower pressure than the fuel
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to be heated, the vaporization of the latter can be safely avoided by the fact that the vaporization of the liquid used as heating liquid, that is to say in the present case of the liquid identical to the fuel - is used for the regulation of the heater.
(electric heating # heating by lamps, etc.) which prevents a greater increase in temperature and constantly ensures the vaporization temperature of the intermediate heating liquid and at the same time therefore the slightly lower temperature of the combustible liquid when the heater gives sufficient heat, ie when the heater is turned on for the largest load.
The regulation of the heating by vaporization of the heating liquid can be effected by the use of the vapor itself to move an adjusting device or else in such a way that the vapor arising during vaporization of the intermediate liquid is condensed. By this compensation of the vapor formation it is also possible to prevent the temperature rise and to constantly maintain the vaporization temperature. As the formation of vapor gives, as a result of the great difference in the volumes of vapor and liquid, great possibilities of movement, this formation can be used for heating control.
Since the formation of steam requires large amounts of heat, large amounts of heat can be fixed by the condensation of the steam formed as a result of superheating, so that control becomes easily achievable.
The advantages mentioned can, however, also be utilized, without the use of an intermediate heating medium up to the extreme limit, in that the reheat control is produced by the vapor pressure, the vapor density or by the vapor. fuel temperature to be injected
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same (liquid or vapor) and that with the use of these quantities separately or combined in any way.
The use of fuel vapor, vapor density or temperature of the reheated fuel has the advantage that the desired setting can also be safely achieved with fuels for which - as shown in the more often effectively in practice - thermal properties (correlation between vapor pressure and temperature, etc.) are unknown.
When vapor pressure is to be employed for the control heating is effected, in accordance with the present invention, so that the liquid is hotter at the surface or in the vicinity of the surface than at deeper points of the liquid. The vapor forming in the upper part of the liquid is then used to regulate the heating while the pump sucks the fuel to be injected into the cooler lower part of the liquid.
As for the regulation of the heating, the formation of absolutely minimal quantities of vapor suffices and it is possible to safely achieve a lower temperature in the lower part of the liquid by suitable shaping of the heating vessel. a few degrees that in the surface to be vaporized, it is possible to obtain in a sure way that the fuel pump sucks a liquid at a temperature which is located a few degrees below the saturated vapor temperature which corresponds to the prevailing pressure in the heating vessel.
The heating of the fuel can also be effected gradually by the fact that the fuel is heated in several heating vessels successively, always to the temperature situated a few degrees below the saturated steam temperature corresponding to the pressure in the vessel. ,
The heating setting can also be done not by
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vapor pressure but by the temperature of the liquid or by the density of the vapor. Such a setting is advantageous when it is desired to heat the combustible liquid to the critical point.
Heating to the critical point has, in addition to the advantages mentioned above, this advantage that at the critical temperature the volume of the liquid reaches a maximum and that at this temperature the liquid and the vapor have the same volume and that consequently the correct dosage of the pump is not adversely affected by the suction of mixed vapor and liquid. The adjustment of the heating, when the critical point is to be reached, can be carried out based on the principle that at this temperature the vapor and the liquid have the same volume or the same density, it is therefore possible to use for the adjustment of the heating any automatic device for adjusting the water level in a boiler.
The effect of these devices is generally based in particular on whether the vapor and the liquid have different specific gravities or differently influence the thermal conductivity or the electrical resistance.
Each of these devices can therefore be used to regulate the heating of the heating vessel in such a way that there is approximately the critical temperature.
The process according to the present invention can be carried out in such a way that the fuel heated under pressure and vaporized at least partially by a decrease in primary pressure inserted before the injection, is compressed by means of a pump, d a compressor or equivalent member, and is then introduced into the cylinder;
the pump or the like device then serves to subject the mixture of liquid and vapor to compression and to produce by this, on the one hand, a sufficient quantity of heat for the subsequent vaporization of the fuel not yet vaporized, so that the fuel enters the cylinder in the va-
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porized completely or to a greater extent, and to ensure on the other hand by the injection of the mixture of liquid and vapor blowers already once sprayed during the reduction in pressure (from the second spraying) to the entry into the cylinder, better spraying of the drops of liquid still existing after the first spray.
The compression of the fuel already once pulverized can also be done after the mixture with the air is carried out and then the pulverization is favored during the decrease of pressure in the cylinder by the expansion of the compressed air with the fuel ,, This embodiment of the method also makes possible a lower liquid pressure at the discharge of the fuel pump and less heating of the liquid fuel as well as the use of lower injection speeds and lower injection pressures. fuel in the cylinder.
The drawing shows by way of example several embodiments of the method according to the present invention,
Fig, 1 shows the known injection of fuel into the working cylinder.
Figs, 3-9 show various embodiments of the invention,
In the known fuel injection according to fig. 1 the liquid fuel is sucked by means of the fuel pump 1 through the suction valve 2 and is injected passing through the discharge valve 3 and the line 4, to the means of the opening 5 of the sprayer, in the cylinder 6 in which the piston 7 moves.
The injection opening 5 is controlled for example by a valve 9 which can also form the discharge valve of the pump. The injection valve can however also not be controlled. substance can also be used in the case of injection, before chambra
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In the exemplary embodiment of FIG. 2, the pipe 4 going from the pump 1 to the cylinder and in which the fuel is pressurized is heated by means of a heating device, for example electrically by means of a propeller 8 to the point that during a decrease in pressure produced by opening the injection valve 9, vaporization of the liquid fuel occurs,
vaporization dependent on pressure drop and heating *
The device is advantageously established xde such that the discharge valve 3 of the pump closes the line 4 at the entry point and that the injection opening is controlled by a special valve 9. This avoids that in the event of Too much heating of the liquid fuel, this results in faults in the fuel pump.
The heating device 8 is adjustable so that the reheating temperature can be adjusted as required. Thus, for example - when electric heating is used - the intensity of the heating can be connected to the motor regulator so that the heating is less efficient at high regulator positions, i.e. at small loads, than for the lower positions of the regulator, that is to say for the greatest load, since in the first case less combustible liquid must be heated than in the last case, II. It is also advantageous to use a pump 1, the pressure of which is adjustable by hand or automatically.
Between the fuel pump 1 and the cylinder 6 is arranged a pump (compressor of the equivalent unit in which the heated liquid fuel being under pressure in the pipe 4 enters through the valve 10 in the state of mixture and liquid and vapor by the fact that by the decrease in pressure, in the open position of valve 10, part of the fuel is evaporated * This mixture of liquid and vapor is subjected by the piston of
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compressor 12 to a compression by which sufficient heat is supplied to the liquid and vapor mixture so that the liquid still contained in the mixture of liquid and vapor are vaporized completely or at least largely in the event of a decrease in pressure.
Compressor piston
12 delivers the fuel into cylinder 10 through the opening of valve 5 acting as a pressure reducing opening.
Fig. 3 shows an exemplary embodiment in which the absorption of the liquid already partially vaporized by heating the liquid and reducing the pressure, that is to say a mixture of liquid and vapor, takes place in the compressor 13 by the piston 12 nin not alone but mixed with air. The air can then be taken from the atmosphere by the suction valve, automatic the or, by the valve
15, to the cylinder, in the state of prior compression.
In this embodiment during the descent of the piston .12 of the compressor, air flows through the pipe 16 into the cylinder and then when the pisto disengages the connection leading to the valve 10, of the combustible mixture of steam and of liquid enters the mixture which is then compressed by the piston 12 and is delivered through the valve 17 and the connection 11, through the injection opening 5, into the cylinder 6. The valve 17 can also disappear or be replaced by the valve 5 in its operation as a discharge valve of the compressor.
Fig. 4 shows an exemplary embodiment with indirect heating of the fuel by means of a liquid as intermediate heating agent.
The electric heater 8 acts here not directly on the combustible liquid - which as in the previous examples has to be heated under high pressure by flowing through the pipe 4 towards the injection opening 5 but through the injection. - intermediate of a liquid which is in a chanbre 17 in-
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turning the tàyau 4. This liquid can advantageously be the same liquid as the fuel used.
If another liquid were used as the intermediate heating liquid, it would be necessary to know the boiling points of this liquid which correspond to the different pressures,
The chamber 17 is closed from above by a piston 18 or another movable member which is placed under the action of a spring 18a and actuates, by a lever 19 which can turn around the point 20, an adjusting device 21 influencing heating intensity 8.
On the chamber 17 is disposed at the lower part a closure member 22 by which it is possible to replace the heating liquid possibly escaping through the leaks. The piston 3 of the fuel pump is executed in such a manner. so that during the suction stroke it is actuated by the cam dl of the cam disc 1c and by the lever 1b, while during the delivery stroke it is placed under the influence of the spring la and the pressure of liquid produced is therefore determined unambiguously by this spring.
This spring is matched with the spring 18a of the piston 18 in such a way that the boiling temperature corresponding to the prevailing pressure for the fuel is the same or is greater than the boiling temperature of the heating liquid, corresponding to giving rise to the pressure prevailing in chamber 17,
When the heat released by heating to the heating liquid is greater than that absorbed by the combustible liquid flowing to the cylinder through pipe 4, upon heating to a temperature close to the boiling point, 11 is formed in the chamber 17, for the liquid pressure determined by the pressure of the spring 18a,
vapor which moves the piston 18 and decreases the heating intensity until the temporary intermediate heating liquid in chamber 17 is constantly maintained at the height of the vaporization temperature This
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temperature is therefore constantly maintained in the chamber 17 regardless of whether more or less fuel flows through the pipe 4 to the cylinder.
This fuel is therefore always heated to the temperature which corresponds to the vaporization temperature of the heating liquid (possibly fuel) under the pressure prevailing in chamber 17.
Fig. 5-shows an exemplary embodiment in which overheating of the fuel or vaporization thereof is avoided by the fact that the heat transmitted by excessive heating to the intermediate heating liquid produces vapor which is condensed against a cooled surface 23a . The heating 8 is here assumed to be carried out electrically and by the heating liquid in the chamber '17, the heat is transmitted to the combustible liquid circulating in the pipe
4. The pressure in the chamber 17 is regulated by the piston 18 and the spring 18a, as in the previous example and it is tuned with the spring 1a.
The heat transmitted by overheating to the intermediate heating liquid is here removed by the fact that the steam resulting from the superheating reaches through the pipe 18a in a cooling vessel 23 where the steam is condensed. II, will therefore always reign in the chamber 17 the boiling temperature which corresponds to the heating liquid at the pressure prevailing in the chamber 17 provided that the heating 8 is adjusted in accordance with the maximum load. As a result, the fuel is heated in pipe 8, also quite independently of the load, always at one and the same temperature.
Fig. 6 shows an exemplary embodiment in which, in the event of use of the fuel itself as heating liquid, the pressure in the chamber 17 is connected to that in the pipe 4 ... via the intermediary. of the piston .3.8. in such a way that on one side of the piston 18 acts the pressure in the chamber 4 and
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the other side of the piston acts the pressure in the chamber 17 and the spring cl8a, so that the pressure in the chamber 17 is kept higher than that in the pipe 4.
Fig. 7 shows a solution in which the same pressure is established in chamber 17 and in chamber 4 by ine connection between the two chambers, by the fact that the pump delivers into a chamber 24 to which the pipes are connected, 17b,. And 23a. The vapor originating in the chamber 17 is here condensed in the pipes 17 a and 23, In this case, the pump 1 can also be actuated by force during the discharge stroke instead of being actuated by a spring *
In fig ,, 8 there is shown as an example of realization a gradual heating of the fuel which is regulated by the vapor pressure.
The pump 30 sucks fuel from the tank 31 and delivers the combustible liquid into the first heating vessel 32. This vessel is heated by an electric heater 33 on the cylindrical peripheral wall. The heating is regulated by a piston 34 cooperating with the receptacle 32 and actuating by means of a lever 36 placed under the action of a spring 35 an electric adjustment device 37.
At the bottom of the vessel 32 is connected the suction line of a pump 38 which sucks the fuel from the lower part of the vessel 32 and delivers it to the heating vessel 39, which is heated by a device. electric heating 40, this heating being regulated by a piston 41 by means of a lever 43 placed under the action of a spring 42 and by means of an electrical adjustment device 44
To the container 39 is connected from the bottom the suction line of a pump 45 which sucks the fuel from the lower part of the container 39 and delivers it directly or by
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11 via a controlled valve 46 in the cylinder 47 of the engine.
In the first case, that is to say in the case of direct discharge, the valve 46 disappears and the pump 45 delivers the fuel through an open nozzle 48 into the cylinder, but then the pump discharge valve is ordered.
The operation of the heating control is as follows:
As soon as the heating in the heating vessel 32 exceeds the temperature which corresponds to the vapor pressure which is determined by the pressure of the spring and the diameter of the piston 34, a little vapor is produced on the surface of the heated liquid. which lifts the piston 34 against the action of the spring and thereby decreases the heating until the corresponding temperature in the container at the pressure determined by the force of the spring remains maintained.
The shape of the vessel (high constitution in the form of a vertical cylinder and the arrangement of the heater in the cylindrical wall results in the liquid being a few degrees hotter in the vicinity of the surface than in the lower part. Vapor formation takes place. This will limit the upper part of the liquid while from the lower part or the lowest point it is liquid which is sucked by the pump 38.
The pressure in the container 32 and in the container 39 can be adjusted as desired by the shaping of the springs 35 and 42.
The pump 45 sucks the liquid from the container 39 at a lower pressure than that at which the injection is to take place @. It goes without saying that both direct injection and fore-chamber injection can be used ,,
The number of pump revolutions ¯98. Is determined by the
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number of revolutions of engine 47 and per hour thereof, while pumps 38 and 30 can be operated with any number of revolutions.
The heating of the fuel can also be carried out in a single stage using a single heating vessel; in this case the pump 30 and the heating vessel 32 with its equipment disappear and the pump 38 sucks directly into the fuel tank 31.
In the event that the heating of the fuel is not regulated by the vapor pressure but by the vapor density, in order to obtain a reheating approaching the critical temperature of the fuel, the heating adjustment can be reached with a boiler water level safety device.
Fig. 9 of the drawing shows, as an example, a device which operates electrically. In the heating vessel 50 in which the level of the liquid is provided by a flow line 51, an electrical conductor or an electrical resistance 52 has been placed in the liquid chamber and in the vapor chamber of the container a second electrical resistance 53. The two resistors are made of a material as a result of which they have a different electrical resistance depending on the nature (the density) of the fluid in which they are immersed, the two resistors are inserted in a Wheatson bridge which is formed by the resistors 52 , 53, 54,5'5 and the bridge 56.
As long as the vapor and liquid densities differ, a current arises in the bridge line 56 which through the relay 57 closes the contact 58 so that the current supplied by the current source 59 s' flows through the heating conductor 60 of the container 50.
As soon as the condition in the heating vessel has reached the critical point of the fuel, the resistance. 52 and 53 are
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equal, the bridge 56 becomes currentless and the relay 57 lets the contact lever 61 drop so that the contact 58 is open and therefore the heating current is cut off.
Claims.
1 / Method for operating internal combustion engines with fuel injection, in particular engines
Diesel, in which the liquid fuel is subjected to heating under pressure during the journey to the working cylinder, characterized and in that the heating of the fuel is carried out under pressure by heating with automatic adjustment depending on the vaporization temperature corresponding to this pressure or the critical temperature, in such a way that the vaporization temperature is approached as closely as possible but without exceeding it and that this heating of the fuel is thus produced as high as possible, without danger of vaporization before injection.