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Perfectionements aux dispositifs d'alimentation en combustible-par pompes des moteurs à combustion interne,. à régime variable.
La présente demande est relative aux moteurs à combus- tion interne monocylindriques ou polycylindriques à régime va- riable, dont les cylindres reçoivent du combustible liquide dé- livré par une pompe d'injection.
Dans ces moteurs, les variations de charge et de régi sont obtenues en modifiant le débit de la pompe au moyen' d organe de commande. Cet organe de commande peut modifier le dé- bit par exemple en modifiant la longueur de course du piston ou des pistons de pompe, ou encore en modifiant la course utile de ces pistons par dérivation du combustible refoulé pend
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une fraction variable de la course de refoulement ou de toute autre manière connue.
Lorsque l'on déplace l'organe de commande de débit dans le sens des débits croissants, le moteur étant maintenu à un régime déterminé grâce à des variations de charge appropriées, on constate qu'à partir d'une certaine position de l'organe de commande, le moteur devient bruyant. Il donne des fumées à l'échappement et la consommation spécifique augmente exagéré- ment. C'est pourquoi dans les dispositions existantes, l'or- gane de commande dé débit de la pompe ne peut pas dépasser, dans le sens des débits croissants, une position limite fixe déter- minée par une butée appropriée.
Cette position limite est gé- néralement déterminée de manière qu'au régime maximum du moteur, on ne puisse atteindre la région où le moteur est bruyant et où des fumées se produisent à l'échappement et enfin où la consom- mation spécifique dépasse une valeur que le constructeur s'est fixée comme maximum.
La demanderesse a constaté que la position limite de l'organe de commande, pour laquelle apparaissent le bruit, les fumées et une consommation spécifique exagérée, est variable avec le régime, et généralement, si l'organe de commande est placé dans la position où apparaissent ces phénomènes nuisibles pour le régime maximum du moteur, on peut encore déplacer l'or- gane de commande d'une certaine quantité dans le sens des dé- bits croissants pour les valeurs inférieures du régime,et cela d'une quantité d'autant plus grande que le régime est plus fai- ble. On peut expliquer ce fait de la mànière suivante.
D'une part la pompe n'est généralement pas absolument étanche, et pour les bas régimes, dans les pompes usuelles, une haute pression, qui correspond à l'injection, est maintenue plus longtemps dans le cylindre de pompe puisque la pompe tourne moins vite. Les fuites sont alors plus grandes,\et pour une même position de
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l'organe de commande de débit, la quantité de combustible in- jectée à chaque coup de piston de la pompe est plus faible qu'à haut régime.
D'autre part, même si l'on considère les quanti- tés de combustible réellement injectées au moteur, on constate
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que la quantité qu'il faut injecter pour produire les phénomè- ryF, ..i nes nuisibles ci-dessus mentionnés est plus grande pour les ,';.'1 ) :-' faibles régimes que pour les hauts régimes, et il faut sans doute attribuer ce fait à l'allure de la combustion dans les
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'- \;.(' cylindres du moteur ou peut-être à la qualité de la pulvérisa-
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jazz tion.
Ces deux phénomènes, influence des fuites et influence
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".l% "!3 du débit réel injecté en fonction du régime, agissent dans le '* même sens ce qui concerne position limite que peut ât-
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même sens en ce qui concerne la position limite que peut ât- *'I teindre l'organe de commande de débit dans le sens des àébits croissants sans produire les phénomènes nuisibles décrits.
Dans les dispositions actuelles, où une butée fixe in-
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,>,'t; . 'J. terdit à l'organe de commande de débit de dépasser la positiqn, . -!l limite dans lisons des débits croissants qui correspond au .r1 y. .:.'.,1:"" gime maximum, on ne permet donc pas au moteur de développer.. jazz ; ,a3.5.= ^4w,i'a.'S, bas régime, la puissance la plus grande qu'il est S11sceptible. '
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de fournir sans conduire à des phénomènes nuisibles. <. 1
Selon la présente invention, la position limite de l'or- gane de commande de débit de la pompe dans le sens des débits
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'"'. r, -..;? croissants, au lieu d'être fixe, est variable en fonction du ré- gime moteur.
Généralement cette position limite est détermi-
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'1k\; née pour chaque régime de manière à permettre au moteur, à ce régime, de développer la puissance maximum que l'on peut at-
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,.5' teindre sans produire les phénomènes nuisibles décrits ci ¯, Aux bas régimes, le moteur pourra ainsi développer une puissance plus grande que lorsque l'organe de commande ne peut pas dépas0-
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ser une position limite fixe dans le sens des débits croissantes cette position limite étant déterminée par les conditions de:';;1 '
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marche au régime maximum du moteur.
Cette augmentation de la .:';',;-1:J; : ':1:}'ti
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puissance que peut développer le moteur aux bas régimes conduit à une amélioration notable de la souplesse du moteur et égale- ment à une amélioration notable des reprises. Bien qu'en géné- ral la position limite de l'organe de commande de débit dans le sens des débits croissants se déplacera dans le sens des débits croissants lorsque le régime baisse, on pourra être amené, avec certains moteurs de types particuliers ou avec certaines pompes de types particuliers, à prendre des dispositions inversesc'est- à-dire à déplacer, dans le sens des débits diminuants, la posi- tion limite de l'organe de commande de débit dans le sens des débits croissants lorsque le régime baisse,
Cela pourra dépen- dre notamment de la forme de la chambre de combustion du moteur et également du réglage de la pulvérisation. De plus, on pourra chercher, en plaçant la position limite de la commande sous le contrôle du régime, non pas à faire développer au moteur, pour chaque régime, la puissance maximum qu'il est susceptible de dé- velopper, mais à réaliser d'autres conditions dictées par les conditions d'exploitation du moteur. On pourra par exemple,pour certains régimes, permettre au moteur de développer sa puissanoe maximum sans tenir compte de la consommation et, au contraire, pour d'autres régimes, interdire au moteur de dépasser une con- sommation économique.
L'invention a pour objet, dans toute sa généralité, le principe du contrôle de la position limite de l'organe de com- mande de débit de la pompe dans le sens des débits croissants par le régime du moteur, quels que soient le but et les conditions dans lesquels ce contrôle est effectué.
L'invention a également pour objet divers modes de réa- lisation de ce contrôle. Dans un de ces modes de réalisation, l'organe de commande est déplacé par l'action combinée de l'or- gane de manoeuvre (pédale) placé à la disposition du pilote et d'un régulateur entraîné par le moteur. Dans un autre mode de
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réalisation, une pompe auxiliaire à air ou à liquide, entraînée par le moteur, crée dans un récipient muni d'un orifice de sor- tie une pression variable en fonction du régime. Cette pression variable est utilisée pour modifier, au moyen d'un dispositif - manométrique convenable, la position limite de l'organe de com-, mande dans le sens des débits croissants, cette position limite, étant ainsi fonction de la pression, et par conséquent fonction du régime.
Le dispositif manométrique provoquera par exemple les mouvements d'une butée limitant les déplacements dudit or- gane de commande, ou encore, ledit organe de commande sera dé- placé par l'action combinée dudit dispositif manométrique et de l'organe de manoeuvre (pédale) dont dispose le pilote. Enfin, dans un dernier mode de réalisation, un régulateur provoque les déplacements d'une butée au moyen d'une servocommande utilisant par exemple la pression d'huile du moteur.
La position limite de l'organe de commande de débit de . la pompe dans le sens des débits croissants ne sera pas néces- sairement variable sur toute l'étendue du régime, et elle pour--, ra être fixe pour une partie des régimes d'utilisation du mo- teur. Il arrive fréquemment que les commandes de débit des pompes soient des commandes assez dures, et, dans ces conditins un régulateur centrifuge qui serait susceptible de faire le ré- glage de la position limite sur toute l'étendue du régime, au- rait des dimensions démesurées inacceptables. Mais il est sou- vent suffisant de ne faire varier cette position limite que . pour une partie des régimes d'utilisation.
Par exemple, étant donné un moteur pouvant tourner entre 400 et 1.500 tours, la position limite de la commande de débit pourra être fixe entre 1.000 et 1.500 tours, et être variable entre 400 et 1.000 tours*.', ou même, dans une gamme de régime encore plus réduite, par exemple entre 700 et 1.000 tours. On peut ainsi augmenter la puissance maximum du moteur dans les bas régimes, ce qui est... , l'intérêt principal de l'invention, et on peut obtenir ce ré- sultat à l'aide d'un régulateur de dimensions acceptables.
On connaît des dispositions dites à régulateur de ma-
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ximum, dans lesquelles un régulateur réduit très rapidement le débit maximum de la pompe lorsque le moteur dépasse un certain régime, afin d'empêcher le moteur de dépasser son régime maxi- mum. Ces dispositions ne peuvent être confondues avec celles qui font l'objet de la présente demande. Elles n'interviennent en effet, pour limiter le débit, que pour des valeurs du régime moteur qui ne sont pas atteintes en marche normale. Selon l'in- vention, au contraire, la position limite de la commande de dé- bit de la pompe dans le sens des débits croissants est variable en fonction du régime moteur pour des valeurs du régime compri- ses dans une gamme de régimes appartenant aux régimes de marche normale.
Cependant, ce réglage de la position limite pour des régimes normaux pourra être avantageusement combiné avec un ré- glage interdisant au moteur de dépasser un certain régime. Par exemple sur un moteur dont le régime peut varier normalement entre 400 et 1.500 tours, la position limite de la commande de débit dans le sens des débits croissants pourra être commandée par le régime de manière à permettre au moteur de développer sa puissance maximum sans produire ni fumées, ni consommation exa- gérée entre 400 et 1.500 tours, tandis qu'entre 1.500 et 1.550 tours, cette position limite se déplacera rapidement vers les faibles débits jusqu'à un débit nul, ce qui interdira au moteur, à la manière connue, de dépasser sensiblement le régime maximum de 1.500 tours.
Les mêmes organes pourront être utilisés pour assurer, de 400 à 1.550 tours, le contrôle de la commande de débit par le régime moteur.
La production du bruit et des fumées à l'échappement et la consommation spécifique dépendent, à un régime déterminé, non seulement de la quantité de combustible liquide injectée, mais également de l'instant auquel a lieu l'injection dans le cycle.
Dans les moteurs usuels où la position limite de la commande de
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débit dans le sens des débits croissants est fixe, l'instant d'injection est réglé généralement de manière à permettre au moteur de développer sa puissance maximum au régime maximum, et l'on prévoit, le cas échéant, un dispositif permettant de corri- ger l'instant d'injection afin d'augmenter, aux bas régimes, la.?; puissance que le moteur peut développer. Lorsque, conformément à l'invention, la position limitede l'organe de commande de dé- bit dans le sens des débits croissants est variable en fonction du régime, il y a un gros intérêt à faire varier également l'ins- tant d'injection automatiquement en fonction du régime.
La dé- terminatinn appropriée de l'instant d'infection à un régime dé- terminé permet en effet d'augmenter encore le débit de la pompée pour lequel apparaissent à ce régime les phénomènes nuisibles (bruit, fumées, etc..:}. La combinaison d'un dispositif de va- riation de la position limite de l'organe de commande de débit et d'un dispositif de variation de l'instant d'injection en fonction du régime permet donc d'augmenter la puissance déve- loppée par le moteur aux bas régimes et améliore les résultats que permet d'obtenir l'invention. La variationle l'instant d'im- jection pourra être obtenue par tous procédés connus.
Par exem- ple elle pourra être obtenue en modifiant le calage angulaire. de l'arbre de la pompe par rapport à l'arbre du moteur, ou encore dans les pompes dont le piston forme tiroir par rapport à un orifice de décharge percé dans la paroi du cylindre, la variation de l'instant d'injection pourra être obtenue par variation de la longueur du piston ou par déplacement longitudinal du cylindre.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple fera bien comprendre la manière dont peut être réalisée l'invention.
La Fig. 1 représente, schématiquement, en élévation,une disposition de pompe dans laquelle un régulateur entraîné par le moteur déplace la butée de l'organe de commande de débit. \'
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La Fig. 2 représente, en élévation, une variante de réa- lisation dans laquelle l'organe de commande de débit est déplacé par l'action combinée du régulateur et de l'organe de manoeuvre placé à la disposition du pilote,
La Fig. 3représente, schématiquement, une déposition de butée actionnée par le régulateur entraîné par le moteur, par l'intermédiaire d'une servocommande utilisant la pression d'un fluide auxiliaire.
La Fig. 4 représente, schématiquement, en élévation par- tiellement coupée, une pompe munie d'une pompe auxiliaire dont la pression de refoulement est fonction du régime et est uti- lisée pour déplacer la butée de l'organe de commande.
La Fig. 5 représente une variante du dispositif repré- senté à la Fig. 1, réalisant la variation simultanée de la posi- tion limite de l'organe de commande de débit et de l'instant d'injection en fonction du régime.
Sur la Fig. l, 1 représente une pompe d'un type connu quelconque, comportant un ou plusieurs cylindres et entraînée par un arbre 2 auquel est transmis, d'une manière convenable, le mouvement du moteur. Le moteur entraîne également un régulateur 3 qui pourra être placé par exemple à l'une des extrémités de l'arbre 2. Le débit de la pompe peut être modifié au moyen d'un organe de commande de débit 4 relié à un organe de manoeuvre 5, qui est par exemple une pédale, au moyen d'une transmission mé- canique appropriée 6. La manoeuvre de l'organe de commande 4, dans le sens de la flèche 7, augmente le débit de la pompe.
L'or- gane de commande 4 comporte un ergot 8 susceptible de venir au contact d'une butée 9 lorsque l'organe de commande 4 se déplace dans le sens de la flèche 7. La butée 9 limite donc les mouve- ments de l'organe de commande 4.dans le sens des débits crois- sants. La butée 9 est mobile, et ses déplacements sont commandés par le régulateur 3 par l'intermédiaire d'un levier coudé 10
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articulé autour de l'axe 11. L'extrémité 12 de l'un des bras du levier 10 est reliée au régulateur, tandis que l'extrémité'¯,
13 de l'autre bras est engagée dans une boutonnière 14 portée par la butée 9. Les déplacements de la butée 9 sont convenable- ment guidés,par, exemple au moyen d'une glissière 15.
Lorsque le moteur tourne, à chaque valeur du régime Correspond une po- sition bien déterminée de la butée 9, et le profil 1 6 de la. surface de cette butée, contre laquelle vient s'appliquer l'er- got 8 à fond de course de l'organe de commande 4, est tracé, telle sorte que la position limite de cet organe de commande soit variable en fonction du régime suivant la loi que l'on dé- sire.
Le régulateur 3 pourra déplacer la butée 9 d'une manière;! continue sur toute l'étendue desrégimes du moteur, ou, au contrais re, pour des raisons d'encombrement, n'intervenir que pour une gamme de régimes comprise entre deux régimes déterminés, La bu- tée 9 reste alors fixe dans l'une de ces positions extrêmes lors-! que le régime a une valeur extérieure à la gamme d'action du ré- gulateur.
Enfin, si le régulateur intervient pour déplacer la butée 9 jusqu'au régime maximum du moteur, le profil 16 poura porter, dans la région contre laquelle vient s'appliquer l'er- , got 8 au voisinage du régime maximum, une partie fortement re- levée 17 qui réduira très rapidement le débit de la pompe lors- que le régime dépasse le régime maximum, le dispositif fonction- nant alors comme régulateur de maximum.
Dans le dispositif de la Fig. 1, il est possible que le régulateur 3 soit incapable de déplacer la butée 9,sous l'influ- ence des variations de régime,si le pilote maintient fortement' appliqué l'ergot 8 contre la butée 9 par une pression sur la pédale 5. Cet inconvénient est évité au dispositif de la Fig. 2.
Sur cette Figure, l'organe de commande de débit 4'de la pompe 1 est déplacé par l'action combinée du régulateur 3 et de
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l'organe de manoeuvre 5 (pédale). L'organe de commande 4 est relié,par un axe d'articulation 18, à un levier à deux bras 19.
L'extrémité 20 de l'un des bras du levier 19 est reliée au ré- gulateur 3, tandis que l'extrémité 21 de l'autre bras est re- liée, par une transmission mécanique convenable 22, à l'organe de manoeuvre 5 (pédale). Sur la Figure, la transmission 22 est constituée par une tige articulée respectivement en 21 et 23 sur le levier et sur la pédale.
Une butée 24, portée par la tige 22, limite à une position fixe les déplacements dans le sens des débits croissants de l'organe de commande 5 et de l'ex- trémité 21 du levier 19 lorsque cette butée 24 vient au contact de l'épaulement fixe 25, mais la position limite correspondante de l'organe de manoeuvre 4 est variable en fonction du régime moteur,puisque l'autre extrémité 20 du levier 19 se déplace sous l'influence du régulateur 3 et que ses déplacements sont trans- mis par le levier 19 à l'organe de commande 4.
Dans de dispo- sitif, lorsque la pédale 5 est poussée à fond, toute la pression qui s'exerce sur cette pédale est absorbée par l'épaulement fixe 25 contre lequel est alors appliquée la butée 24, et le régula- teur 3 peut,néanmoins,modifier librement la position de l'organe de commande 4.
Les dispositifs qui utilisent un régulateur centrifuge pour agir sur la commande de débit, ont l'inconvénient de con- duire à des appareils très volumineux si la commande de débit est dure.
Sur la fig. 3, un rûgulateur centrifuge 26 actionne une butée 27 par l'intermédiaire d'une servocommande utilisant la pression d'un fluide auxiliaire. La butée 27 limite le dépla- cement de l'organe de commande de débit de la pompe 4 dans le sens des débits croissants, c'est-à-dire dans le sens de la flè- che 7. La butée 27 pourra agir sur l'extrémité 28 de l'organe de commande 4, ou sur toute autre saillie disposée en un point
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convenable de l'organe de commande 4 ou des transmissionsméca- niques qui actionnent cet organe. Le régulateur 26 est entraîna par le moteur au moyen d'un arbre 29, Selon le régime, les mas- ses 30 s'écartent plus ou moins en comprimant le ressort 31, et déplacent ainsi la tête 32 du régulateur.
Les mouvements .de la.\ tête 32 sonttransmis par un levier coudé 33 articulé autour de l'axe 34, à une tige 35 traversant un guidage 36. Le levier 33 est relié, à l'une de ses extrémités 37, à la tête 32, tandis que son autre extrémité 38 est reliée à la tige 35. La tige,$5 ¯ est terminée par une crémaillère 39 qui est en prise avec une roue dentée 40 portée par la tige 41 terminée par la butée 27,,' La tige 41 est solidaire d'un piston 42 se déplaçant dans un cy- lindre 43. Le cylindre 43 reçoit un fluide sous pression (li- quide, gaz) par le conduit 44 comportant un orifice calibré 51.
Le conduit 44 sera relié, par exemple, au circuit de graissage, . sous pression du moteur. Un conduit de décharge 45 communique avec l'intérieur du cylindre par un orifice 46 pratiqué dans la paroi latérale dudit cylindre. Un ressort 47, comprimé entre., , un épaulement 48 porté par la tige 41 et une butée fixe 49, tend à ramener le piston vers la gauche eontre l'action de la pres- sion régnant dans le cylindre 43. Le piston 42 porte, à son ex- trémité,une rampe profilée 50. Lorsque le régime du moteur,va- rie, le déplacement de la tête 32 et du régulateur est transmis, par le levier 33 ,à la tige 35 et à la crémaillère 39 qui imprime à la tige 41 un mouvement de rotation par l'intermédiaire de la roue dentée 40.
Le piston lui-même subit un mouvement de,rota- tion, et ce piston se déplace longitudinalement jusqu'µ ce que la partie de la rampe 50, qui se trouve sur la génératricede l'orifice 46, vienne obturer partiellement cet orifice. Il se produit alors, du fait de l'écoulement qui a lieu par l'orifice 46, un équilibre entre la pression que le fluide qui se ,¯ dans le cylindre 43 excerce sur le piston 43 et la pressin du
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ressort 47. Si le piston se trouvait déplacé davantage vers la gauche, l'orifice 46 serait obturé, et la pression du fluide dans le cylindre 43 s'éléverait et surmonterait la pression du ressort 47, chassant ainsi le piston vers la droite.
Si, au contraire, le piston se trouvait déplacé davantage vers la droite, l'orifice 46 serait complètement découvert, la pression s'abais- serait dans le cylindre 43, et le ressort 47 devenant prépondé- rant, raménerait le piston 42 vers la gauche. La butée 27 subit les mêmes déplacements longitudinaux que le piston 42, et on con- çoit qu'en donnant à la rampe 50 un profil convenable, on pourra déplacer,suivant la loi que l'on désire en fonction du régime, la butée 27 qui limite les mouvements de l'organe de réglage de débit de la pompe dans le sens des débits croissants. De plus, en donnant une section suffisante au piston 42, on pourra tou- jours agir sur la butée 27 avec une force suffisante pour vain- cre la dureté de la commande 4 et éventuellement l'effort qu'exer- ce le pilote sur cette commande.
Sur la Fig. 4, l'arbre 2 de la pompe 1 entraîne le pis- ton 55 d'un compresseur d'air 52 au moyen d'un excentrique 53 et d'une bielle 54. Le piston 55 est animé d'un mouvement alterna- tif dans le cylindre 56. De 1,'.air est aspiré dans le cylindre par l'orifice 57,percé dans la paroi de celui-ci, lorsque le pis- ton, dans sa course descendante, découvre l'orifice 57. Lorsque le piston remonte, il masque tout d'abord l'orifice 57, puis com- prime l'air dans l'espace 58 situé au-dessus de lui dans le cy- lindre, et le refoule dans la chambre 59 par l'orifice 64, en soulevant le clapet de refoulement 60. Lorsque le piston redes- cend, ce clapet 60 interdit à l'air de la chambre 59 de s'échap- per dans le cylindre 58.
La chambre 59 communique avec l'atmos- phère par un orifice 61 et un orifice 62. La section de l'ori- fice 61 est réglée au moyen du pointeau 63. La quantité d'air refoulée par le compresseur 52 dans la chambre 59, pendant un
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temps donné, est variable avec le régime de l'arbre 2, c'est- à-dire avec le régime de la pompe ou du moteur. Comme cette quantité d'air ne peut s'échapper que par l'orifice 61, il s'établit, dans la chambre 59, pour chaque régime, une pression';' d'équilibre sous laquelle l'orifice 61 laisse échapper une quan- tité d'air égale à celle que reçoit la chambre 59 par l'orifice
64. La chambre 59 comporte une partie cylindrique 65 dans la- quelle se déplace un piston 66 chargé par un ressort 67.
Le piston 66 se stabilise, pour chaque régime, dans la position où la poussée du ressort 67 équilibre la pression qu'exerce sur le piston l'air sous pression contenu dans la chambre 59. La position du piston 66 est donc fonction du régime. Ce piston est relié par une tige 68 à la butée 9 qui limita les dépolame- ments de l'organe de commande de débit de la pompe 4, exactement de la même manière que la butée 9 de la Fig. 1, grâce à un pro- fil 16 contre lequel est susceptible de venir buter un ergot 8 porté par l'organe 4. ...J
Le compresseur d'air 52 pourrait être remplacé par une pompe à liquide, le liquide étant aspiré par l'orifice 57 et re- tournant au réservoir par l'orifice 62.
Il serait alors néces- saire de prévoir, dans la chambre 59, une capacité d'air ou de gaz, afin d'amortir les pulsations de la pompe.
L'un quelconque des dispositifs représentés aux Figures précédentes peut être facilement modifiée de manière à faire va- rier automatiquement l'instant d'injection en fonction du ré- gime moteur en même temps que la position limite de la commander de débit. Tous ces dispositifs comportent en effet un organe qui se déplace en fonction du régime. Il suffit de relier cet organe d'une manière appropriée à un dispositif de commande de variation de l'instant d'injection comporté par la pompe,, commande de variation de l'instant d'injection étant d'aill réalisée d'une manière quelconque connue en soi. réalisée d'une manière quelconque
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La Fig. 5 représente le dispositif de la Fig. 1, auquel on a adjoint un dispositif de variation automatique de l'instant d'injection.
Sur cette figure, la pompe 1 comporte un organe de commande 69 permettant de faire varier l'instant d'injection d'une manière connue en soi. L'organe de commande de l'instant d'injection 69 porte, à l'une de ses extrémités, un galet 70 qui s'appuie sur une came 71 portée par la butée mobile 9. Un res- sort de rappel 72, agissant sur l'extrémité opposée 73 de l'or- gane de commande 69, maintient toujours le galet 70 au contact de la came 71. Lorsque le régime du moteur varie, le régulateur 3 déplace la butée 9 par l'intermédiaire du levier 10, et modifie ainsi simultanément la position limite de la commande de débit 4 grâce au profil 16 contre lequel vient buter l'ergot 8, et l'ins- tant d'injection grâce à la came 71 agissant sur l'organe de commande 69 par l'intermédiaire du galet 70.
R E V E N D I C A T 1 0 N S 1 - Un moteur à combustion interne à régime variable alimenté en combustible liquide au moyen d'une pompe d'injection comportant un organe de commande de débit, caractérisé par un dispositif mo- difiant en fonction du régime moteur la position limite de l'or- gane de commande de débit de la pompe dans le sens des débits croissants lorsque le régime est compris dans une gamme de régimes comprenant au moins une partie des régimes normaux de fonction- nement.
2 - Un moteur à combustion interne caractérisé par la combinai- son d'un dispositif comme spécifié sous 1 et d'une commande au- tomatique de variation de l'instant d'injection en fonction du régime.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Improvements to fuel supply devices - by pumps of internal combustion engines ,. variable speed.
The present application relates to single-cylinder or poly-cylinder internal combustion engines with variable speed, the cylinders of which receive liquid fuel delivered by an injection pump.
In these motors, the load and speed variations are obtained by modifying the flow rate of the pump by means of a control member. This control member can modify the flow rate, for example by modifying the stroke length of the piston or the pump pistons, or by modifying the useful stroke of these pistons by bypassing the fuel delivered during this period.
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a variable fraction of the delivery stroke or in any other known manner.
When the flow control member is moved in the direction of increasing flow rates, the engine being maintained at a determined speed by means of appropriate load variations, it is observed that from a certain position of the member control, the motor becomes noisy. It gives off smoke to the exhaust and specific consumption increases excessively. This is why in the existing arrangements, the pump flow control member cannot exceed, in the direction of increasing flow rates, a fixed limit position determined by a suitable stop.
This limit position is generally determined so that, at maximum engine speed, it is not possible to reach the region where the engine is noisy and where fumes are produced at the exhaust and finally where the specific consumption exceeds a value. that the manufacturer has set as the maximum.
The Applicant has observed that the limit position of the control member, for which noise, smoke and exaggerated specific consumption appear, is variable with the speed, and generally, if the control member is placed in the position where appear these harmful phenomena for the maximum speed of the engine, it is still possible to move the control member by a certain quantity in the direction of increasing rates for the lower values of the speed, and that by a quantity of the greater the weaker the speed. We can explain this fact in the following way.
On the one hand, the pump is generally not absolutely sealed, and for low speeds, in conventional pumps, a high pressure, which corresponds to the injection, is maintained longer in the pump cylinder since the pump turns less. quickly. The leaks are then greater, \ and for the same position of
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the flow control member, the quantity of fuel injected at each stroke of the pump piston is lower than at high speed.
On the other hand, even if we consider the quantities of fuel actually injected into the engine, we see
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that the quantity which must be injected to produce the above-mentioned harmful phenomena is greater for the, ';.' 1): - 'low speeds than for high speeds, and it is necessary probably attribute this fact to the rate of combustion in the
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'- \ ;. (' engine cylinders or perhaps to the quality of the spray-
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jazz tion.
These two phenomena, influence of leaks and influence
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".l%"! 3 of the actual injected flow as a function of the speed, act in the same direction as regards the limit position that can be
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same sense with regard to the limit position which can be tinted by the flow control member in the direction of increasing flow rates without producing the harmful phenomena described.
In the current arrangements, where a fixed stopper
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,>, 't; . 'J. terdit the flow control member to exceed the positiqn,. -! l limit in read increasing flow rates which corresponds to .r1 y. .:. '., 1: "" maximum gime, so the engine is not allowed to develop .. jazz; , a3.5. = ^ 4w, i'a.'S, low speed, the greater power that is S11 perceivable. '
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to provide without leading to harmful phenomena. <. 1
According to the present invention, the limit position of the pump flow control member in the flow direction
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'"'. r, - ..;? increasing, instead of being fixed, is variable according to the engine speed.
Usually this limit position is determined.
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'1k \; designed for each speed in such a way as to allow the engine, at that speed, to develop the maximum power that can be achieved.
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, .5 'dyeing without producing the harmful phenomena described above ¯, At low speeds, the engine will thus be able to develop greater power than when the control member cannot exceed0-
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ser a fixed limit position in the direction of increasing flow rates this limit position being determined by the conditions of: ';; 1'
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running at maximum engine speed.
This increase in the.: ';',; - 1: J; : ': 1:}' ti
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the power that the engine can develop at low speeds leads to a noticeable improvement in engine flexibility and also to a noticeable improvement in pick-up. Although in general the limit position of the flow control member in the direction of increasing flow rates will move in the direction of increasing flow rates when the speed decreases, it may be necessary, with certain engines of particular types or with certain pumps of particular types, to take reverse arrangements, that is to say to move, in the direction of decreasing flow rates, the limit position of the flow control member in the direction of increasing flow rates when the speed drops ,
This may depend in particular on the shape of the combustion chamber of the engine and also on the spray setting. In addition, by placing the limit position of the command under speed control, it will be possible to seek not to make the engine develop, for each speed, the maximum power that it is likely to develop, but to achieve d. 'other conditions dictated by engine operating conditions. For example, it is possible, for certain speeds, to allow the engine to develop its maximum power without taking consumption into account and, on the contrary, for other speeds, to prevent the engine from exceeding economic consumption.
The object of the invention, in all its generality, is the principle of controlling the limit position of the flow control member of the pump in the direction of increasing flow rates by the engine speed, whatever the purpose. and the conditions under which this control is carried out.
The subject of the invention is also various embodiments of this control. In one of these embodiments, the control member is moved by the combined action of the maneuvering member (pedal) placed at the disposal of the pilot and of a regulator driven by the engine. In another way of
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embodiment, an auxiliary air or liquid pump, driven by the engine, creates in a receptacle provided with an outlet orifice a variable pressure as a function of the speed. This variable pressure is used to modify, by means of a suitable manometric device, the limit position of the control member in the direction of increasing flow rates, this limit position, thus being a function of the pressure, and by therefore depending on the diet.
The manometric device will for example cause the movements of a stop limiting the movements of said control member, or again, said control member will be moved by the combined action of said manometric device and the maneuvering member (pedal ) available to the pilot. Finally, in a last embodiment, a regulator causes the movements of a stop by means of a servo-control using for example the oil pressure of the engine.
The limit position of the flow control member. the pump in the direction of increasing flow rates will not necessarily be variable over the entire range of the speed, and it for -, will be fixed for part of the operating speeds of the engine. It often happens that the pump flow controls are quite hard controls, and in these conditions a centrifugal regulator which would be able to adjust the limit position over the entire range of the speed, would have dimensions disproportionate unacceptable. But it is often sufficient to vary this limit position only. for part of the usage regimes.
For example, given an engine that can turn between 400 and 1,500 revolutions, the limit position of the flow control could be fixed between 1,000 and 1,500 revolutions, and be variable between 400 and 1,000 revolutions *. ', Or even, in a range even lower speed, for example between 700 and 1,000 rpm. It is thus possible to increase the maximum power of the engine at low speeds, which is ... the main advantage of the invention, and this result can be obtained using a regulator of acceptable dimensions.
We know of the so-called ma-
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Maximum, in which a governor very quickly reduces the maximum output of the pump when the engine exceeds a certain speed, in order to prevent the engine from exceeding its maximum speed. These provisions cannot be confused with those which are the subject of the present application. In fact, in order to limit the flow, they only intervene for engine speed values which are not reached in normal operation. According to the invention, on the contrary, the limit position of the flow control of the pump in the direction of increasing flow rates is variable as a function of the engine speed for values of the speed included in a range of speeds belonging to at normal walking regimes.
However, this adjustment of the limit position for normal speeds could be advantageously combined with an adjustment preventing the engine from exceeding a certain speed. For example on an engine whose speed can vary normally between 400 and 1,500 revolutions, the limit position of the flow control in the direction of increasing flow rates can be controlled by the speed so as to allow the engine to develop its maximum power without producing neither smoke nor exaggerated consumption between 400 and 1,500 revolutions, while between 1,500 and 1,550 revolutions, this limit position will move rapidly towards low flow rates up to zero flow, which will prevent the motor, in the known manner , to significantly exceed the maximum speed of 1,500 rpm.
The same components can be used to ensure, from 400 to 1,550 revolutions, the control of the flow rate command by the engine speed.
The production of noise and smoke at the exhaust and the specific consumption depend, at a determined speed, not only on the quantity of liquid fuel injected, but also on the instant at which the injection takes place in the cycle.
In conventional engines where the limit position of the control
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flow in the direction of increasing flow rates is fixed, the injection instant is generally adjusted so as to allow the engine to develop its maximum power at maximum speed, and a device is provided, where appropriate, to correct manage the instant of injection in order to increase, at low speeds, the.?; power that the engine can develop. When, according to the invention, the limited position of the flow control member in the direction of increasing flow rates is variable as a function of the speed, there is a great advantage in also varying the instant of. injection automatically depending on the speed.
Appropriate determination of the instant of infection at a defined rate in fact makes it possible to further increase the flow rate of the pumped unit for which harmful phenomena appear at this rate (noise, smoke, etc.:}. The combination of a device for varying the limit position of the flow control member and a device for varying the injection instant as a function of the speed therefore makes it possible to increase the power developed. by the engine at low speeds and improves the results which the invention makes it possible to obtain.The variation in the instant of injection can be obtained by any known process.
For example, it can be obtained by modifying the angular setting. of the pump shaft relative to the motor shaft, or even in pumps whose piston forms a slide relative to a discharge orifice drilled in the cylinder wall, the variation of the injection instant may be obtained by varying the length of the piston or by longitudinal displacement of the cylinder.
The description which will follow with regard to the appended drawing given by way of example will make it clear how the invention can be implemented.
Fig. 1 shows, schematically, in elevation, a pump arrangement in which a regulator driven by the motor moves the stop of the flow control member. \ '
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Fig. 2 shows, in elevation, an alternative embodiment in which the flow control member is moved by the combined action of the regulator and the maneuvering member placed at the disposal of the pilot,
Fig. 3 shows, schematically, a stop deposition actuated by the regulator driven by the motor, by means of a servo-control using the pressure of an auxiliary fluid.
Fig. 4 schematically shows, in partially cut away elevation, a pump fitted with an auxiliary pump, the discharge pressure of which is a function of the speed and is used to move the stop of the control member.
Fig. 5 shows a variant of the device shown in FIG. 1, realizing the simultaneous variation of the limit position of the flow control member and of the injection instant as a function of the speed.
In Fig. 1, 1 represents a pump of any known type, comprising one or more cylinders and driven by a shaft 2 to which the movement of the motor is transmitted in a suitable manner. The motor also drives a regulator 3 which can be placed for example at one of the ends of the shaft 2. The flow rate of the pump can be modified by means of a flow control member 4 connected to an actuator. 5, which is for example a pedal, by means of a suitable mechanical transmission 6. Maneuvering the control member 4 in the direction of arrow 7 increases the flow rate of the pump.
The control member 4 comprises a lug 8 capable of coming into contact with a stop 9 when the control member 4 moves in the direction of the arrow 7. The stop 9 therefore limits the movements of the. control unit 4.in the direction of increasing flow rates. The stop 9 is movable, and its movements are controlled by the regulator 3 via an angled lever 10
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articulated around the axis 11. The end 12 of one of the arms of the lever 10 is connected to the regulator, while the end '¯,
13 of the other arm is engaged in a buttonhole 14 carried by the stop 9. The movements of the stop 9 are suitably guided, for example by means of a slide 15.
When the engine is running, to each value of the speed corresponds a well-determined position of the stop 9, and the profile 1 6 of the. surface of this abutment, against which the stick 8 comes to rest at the end of the travel of the control member 4, is drawn, so that the limit position of this control member is variable as a function of the following speed the law you want.
The regulator 3 can move the stop 9 in a way ;! continuous over the entire range of engine speeds, or, on the contrary, for reasons of space, intervene only for a range of speeds included between two determined speeds. Stop 9 then remains fixed in one of these extreme positions when! that the speed has a value outside the range of action of the regulator.
Finally, if the regulator intervenes to move the stop 9 to the maximum engine speed, the profile 16 will carry, in the region against which the er-, got 8 is applied in the vicinity of the maximum speed, a strongly lift 17 which will very quickly reduce the pump output when the speed exceeds the maximum speed, the device then functioning as a maximum regulator.
In the device of FIG. 1, it is possible that the regulator 3 is unable to move the stop 9, under the influence of variations in speed, if the pilot keeps the lug 8 firmly applied against the stop 9 by pressing the pedal 5. This drawback is avoided with the device of FIG. 2.
In this Figure, the flow control member 4 'of pump 1 is moved by the combined action of regulator 3 and
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the actuator 5 (pedal). The control member 4 is connected, by a hinge pin 18, to a lever with two arms 19.
The end 20 of one of the arms of the lever 19 is connected to the regulator 3, while the end 21 of the other arm is connected, by a suitable mechanical transmission 22, to the operating member. 5 (pedal). In the figure, the transmission 22 is constituted by a rod articulated respectively at 21 and 23 on the lever and on the pedal.
A stop 24, carried by the rod 22, limits to a fixed position the movements in the direction of the increasing flow rates of the control member 5 and of the end 21 of the lever 19 when this stop 24 comes into contact with the 'fixed shoulder 25, but the corresponding limit position of the actuator 4 is variable as a function of the engine speed, since the other end 20 of the lever 19 moves under the influence of the regulator 3 and its movements are trans- put by lever 19 to the control unit 4.
In a device, when the pedal 5 is fully pushed, all the pressure exerted on this pedal is absorbed by the fixed shoulder 25 against which the stop 24 is then applied, and the regulator 3 can, however, freely modify the position of the control unit 4.
Devices which use a centrifugal regulator to act on the flow control have the disadvantage of leading to very large devices if the flow control is hard.
In fig. 3, a centrifugal regulator 26 actuates a stop 27 by means of a servo-control using the pressure of an auxiliary fluid. The stop 27 limits the movement of the pump flow control member 4 in the direction of increasing flow rates, that is to say in the direction of the arrow 7. The stop 27 can act on the end 28 of the control member 4, or on any other projection arranged at a point
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suitable of the control member 4 or of the mechanical transmissions which actuate this member. The regulator 26 is driven by the engine by means of a shaft 29. Depending on the speed, the masses 30 move apart more or less by compressing the spring 31, and thus move the head 32 of the regulator.
The movements of the head 32 are transmitted by an elbow lever 33 articulated around the axis 34 to a rod 35 passing through a guide 36. The lever 33 is connected at one of its ends 37 to the head. 32, while its other end 38 is connected to the rod 35. The rod, $ 5 ¯ is terminated by a rack 39 which is engaged with a toothed wheel 40 carried by the rod 41 terminated by the stop 27 ,, 'The rod 41 is integral with a piston 42 moving in a cylinder 43. The cylinder 43 receives a pressurized fluid (liquid, gas) through the conduit 44 comprising a calibrated orifice 51.
The duct 44 will be connected, for example, to the lubrication circuit,. under pressure from the engine. A discharge duct 45 communicates with the interior of the cylinder through an orifice 46 made in the side wall of said cylinder. A spring 47, compressed between., A shoulder 48 carried by the rod 41 and a fixed stop 49, tends to return the piston to the left against the action of the pressure prevailing in the cylinder 43. The piston 42 carries , at its end, a profiled ramp 50. When the engine speed varies, the displacement of the head 32 and of the governor is transmitted, by the lever 33, to the rod 35 and to the rack 39 which prints to the rod 41 a rotational movement via the toothed wheel 40.
The piston itself undergoes a rotational movement, and this piston moves longitudinally until the part of the ramp 50, which is located on the generatrix of the orifice 46, partially blocks this orifice. There is then produced, due to the flow which takes place through the orifice 46, a balance between the pressure that the fluid which is, ¯ in the cylinder 43 exerts on the piston 43 and the pressure of the
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spring 47. If the piston were to be moved further to the left, the orifice 46 would be plugged, and the fluid pressure in the cylinder 43 would rise and overcome the pressure of the spring 47, thus driving the piston to the right.
If, on the contrary, the piston were to be moved further to the right, the orifice 46 would be completely uncovered, the pressure would drop in the cylinder 43, and the spring 47, becoming predominant, would bring the piston 42 back to the right. left. The stop 27 undergoes the same longitudinal displacements as the piston 42, and it can be seen that by giving the ramp 50 a suitable profile, it is possible to move the stop 27, according to the law desired as a function of the speed. which limits the movements of the pump flow rate regulator in the direction of increasing flow rates. In addition, by giving a sufficient section to the piston 42, it is always possible to act on the stop 27 with a sufficient force to overcome the hardness of the control 4 and possibly the force exerted by the pilot on this. ordered.
In Fig. 4, the shaft 2 of the pump 1 drives the piston 55 of an air compressor 52 by means of an eccentric 53 and a connecting rod 54. The piston 55 is reciprocated. in the cylinder 56. From 1, air is sucked into the cylinder through the orifice 57, pierced in the wall thereof, when the piston, in its downward stroke, discovers the orifice 57. When the piston rises, it firstly masks the orifice 57, then compresses the air in the space 58 located above it in the cylinder, and pushes it back into the chamber 59 through the orifice 64 , by lifting the discharge valve 60. When the piston descends, this valve 60 prevents the air from the chamber 59 from escaping into the cylinder 58.
The chamber 59 communicates with the atmosphere through an orifice 61 and an orifice 62. The cross section of the orifice 61 is adjusted by means of the needle 63. The quantity of air delivered by the compressor 52 into the chamber 59 , during a
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given time, is variable with the speed of shaft 2, that is to say with the speed of the pump or engine. As this quantity of air can escape only through the orifice 61, it is established in the chamber 59, for each speed, a pressure ';' equilibrium under which the orifice 61 lets escape a quantity of air equal to that which the chamber 59 receives through the orifice
64. The chamber 59 comprises a cylindrical part 65 in which moves a piston 66 loaded by a spring 67.
The piston 66 stabilizes, for each speed, in the position where the thrust of the spring 67 balances the pressure exerted on the piston by the pressurized air contained in the chamber 59. The position of the piston 66 therefore depends on the speed. This piston is connected by a rod 68 to the stop 9 which limits the displacement of the flow control member of the pump 4, in exactly the same way as the stop 9 in FIG. 1, by virtue of a profile 16 against which a lug 8 carried by the member 4 is capable of abutting. ... J
The air compressor 52 could be replaced by a liquid pump, the liquid being sucked in through port 57 and returning to the reservoir through port 62.
It would then be necessary to provide, in chamber 59, an air or gas capacity, in order to damp the pulsations of the pump.
Any of the devices shown in the preceding Figures can be easily modified so as to automatically vary the injection instant as a function of the engine speed at the same time as the limit position of the flow control. All these devices in fact include an organ which moves according to the speed. It suffices to connect this member in an appropriate manner to a device for controlling the variation of the injection instant comprised by the pump, control of the variation of the injection instant being furthermore carried out in a manner. any known per se. carried out in any way
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Fig. 5 shows the device of FIG. 1, to which has been added a device for automatically varying the injection instant.
In this figure, the pump 1 comprises a control member 69 making it possible to vary the injection instant in a manner known per se. The injection instant control member 69 carries, at one of its ends, a roller 70 which rests on a cam 71 carried by the movable stop 9. A return spring 72, acting. on the opposite end 73 of the control member 69, always maintains the roller 70 in contact with the cam 71. When the engine speed varies, the regulator 3 moves the stop 9 by means of the lever 10, and thus simultaneously modifies the limit position of the flow control 4 thanks to the profile 16 against which the lug 8 abuts, and the injection instant thanks to the cam 71 acting on the control member 69 by the 'intermediate the roller 70.
CLAIM 1 0 NS 1 - An internal combustion engine with variable speed supplied with liquid fuel by means of an injection pump comprising a flow control member, characterized by a device which modifies the limit position as a function of the engine speed of the pump flow control member in the direction of increasing flow rates when the speed is within a range of speeds including at least part of the normal operating speeds.
2 - An internal combustion engine characterized by the combination of a device as specified under 1 and an automatic control of variation of the injection instant as a function of the speed.
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