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Procédé et dispositif d'injection du combustible dans les moteurs à combustion interne.
La présente invention a pour objet un procédé et le dispo- sitif relatif d'injection du combustible dans les moteurs à combustion interne. Le procédé suivant l'invention consiste es- sentiellement en ce que le combustible est introduit dans le mo- teur à travers des moyens injecteurs à commande électromagnétique, dans lesquels le combustible est sous pression, de façon que la. différence entre la pression du combustible et celle du milieu dans lequel il est injecté soit pratiquement constante.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé se carac- térise principalement par le fait qu'il comporte des moyens d'in- jection à commande électromagnétique et des moyens pour trans - mettre au combustible, présent dans les moyens d'injections, une pression telle qu'il puisse pénétrer dans le moteur dès que l'on couvre les moyens d'injections, en vertu d'une différence de pres-
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sion pratiquement constante.
Selon l'invention, il est possible de déterminer la durée de l'injection et sa place dans la phase du cycle et sa varia- tion. Ces caractéristiques et d'autres de l'invention seront maintenant expliquées en se référant aux dessins annexés, qui sont donnés seulement à titre d'exemple indicatif et non limita- tif de l'invention.
La figure 1 est une vue schématique du dispositif qui peut être utilisé pour de faibles pressions.
La figure 2 montre une forme d'exécution du dispositif avec quelques organes en coupe.
La figure 3 montre une variante avec piston différentiel, spécialement utilisable pour hautes pressions.
Les figures 4 à 6 sont autant de variantes du mécanisme de commande électromagnétique.
La figure 7 est une autre variante à piston différentiel.
La figure 8 montre une application à un moteur à quatre temps.
La figure 9 est une coupe suivant la ligne 9-9 de la fig.8.
La figure 10 montre, développée en plan, une lumière trian- gulaire réglable d'admission d'air.
Les figures 11-12 montrent, en coupes longitudinale et transversale respectivement, une forme d'application à un moteur à deux temps.
La figure 13 est un diagramme qui explique la façon de se comporter du mécanisme de régulation à capsule manométrique montré dans la fig.14.
Les figures 15 et 16 montrent, dans l'application à un mo- teur à deux cylindres, un type d'interrupteur utilisable suivant l'invention.
Les figures 17 et 18 montrent une autre variante appliquée à un cylindre de moteur à quatre temps avec soupapes latérales.
Les figures 19 et 20 montrent une autre variante se référant
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à un cylindre de moteur à quatre temps avec soupapes en tête.
La figure 21 montre une autre variante avec dispositif interrupteur actionné par les variations de pressions dans la conduite d'alimentation.
La figure 22 montre une autre variante avec interrupteur actionné par les organes de commande de la soupape d'alimenta- tion.
En se référant à la figure 1, le dispositif est constitué : par l'injecteur proprement dit à commande électromagnétique de type unique pour tous les genres de moteurs, et qui se répète pour chaque cylindre d'un même moteur ; par le distributeur de courant pour la commande des différents injecteurs existant sur le moteur, qui varie dans les détails suivant le nombre d'injec- teurs qu'il doit desservir ; par l'appareil d'alimentation de combustible, sous pression, des divers injecteurs, lequel varie suivant que l'injection est effectuée à faible pression dans les conduites d'alimentation d'air du moteur (moteur avec allumage séparé) ou à haute pression dans la chambre même de compression du moteur (moteurs avec allumage spontané par compression).
L'injecteur 1 du combustible est fixé sur le cylindre 2 du moteur dans le point le plus opportun (sur la conduite d'alimen- tation ou sur la chambre de compression, suivant le cas comme il a été dit). Cet injecteur est normalement fermé par une soupa- pe interne, laquelle peut l'ouvrir instantanément par l'attrae- tion exercée par un solénolde quand ce dernier reçoit du courant fourni par la batterie 3, par effet de l'interrupteur électri- que 4 commandé par le moteur, et peut le fermer aussi instanta- nément par effet d'un ressort quand le courant cessé.
L'injecteur est continuellement alimenté de combustible sous pression par un ensemble 5, lequel peut être un réservoir accumulateur de combus- tible à pression constante dans le cas de moteurs à explosion, ou bien un dispositif spécial, qui sera décrit par la suite, dans le cas de moteurs à combustion. Le combustible étant toujours prêt à sortir de l'injecteur par effet de la dite pression à la-
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quelle il est soumis, la commande électromagnétique assure que l'ouverture et la fermeture de l'injecteur soient instantanées, et que la durée, variation et mise en phase de l'injection soient extrêmement précises à tous les régimes.
Pour ce qui con- cerne la pression effective pendant l'injection (différence en- tre les pressions absolues du liquide qui doit être injecté et de l'air dans lequel il est injecté), elle est constante par na- ture si elle est exécutée sous pression constante avec l'appareil 5 dans le premier cas (moteurs à explosion) et elle est automa- tiquement rendue constante si elle est exécutée avec l'appareil 5a spécial dans le deuxième cas (moteurs à combustion).
Les avantages offerts par le système d'injection décrit ci-dessus ont une très grande importance pratique puisqu'ils permettent de supprimer ou fortement réduire les défauts des systèmes aujourd'hui en usage :c'est-à-dire ils permettent une notable augmentation de la rapidité de combustion et par consé- quent du rendement thermique et de la vitesse po-ssible du mo- teur ; un dosage assez précis du combustible spécialement dans les moteurs polycylindriques, et par conséquent une marche régu- lière avec une faible consommation ; une grande variation de dosage jusqu'à des volumes extraordinairement petits et par con- séquent une grande élasticité de fonctionnement et une marche à vide à vitesse assez réduite ; une réduction de l'excès d'air et par conséquent de la cylindrée effective spécifique et du poids.
L'injecteur électromagnétique proprement dit est représen- té en détail dans la fig.2.
Dans le corps 6 glisse librement avec jeu la tige 7, dont le déplacement longitudinal est limité à une extrémité par le siège 8 dans lequel se trouve le trou d'injection 9, et à l'au- tre extrémité par le pivot central 10 d'une cloche 11 vissée au corps 6 ; entrele pivot 10 et la tige 7 est intercalé un ressort 12 qui pousse constamment la tige contre le siège. Le corps 6, la tige 7 et la cloche 11 sont formés d'une matière magnétique
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le pivot 10 et la tige 7 (le premier fixe et la seconde mobile) forment le noyau d'un solénolde 13, dont le circuit magnétique est interrompu seulement par le jeu qui existe entre le pivot 10 et la tige 7.
Quand un courant parcourt le solénoïde 13, ce der- nier attire instantanément la tige 7, et quand le courant cesse, la tige retombe instantanément par l'effet du ressort 12.
Moyennant une conformation convenable de la tige 7 (par exemple les trous 14, les chambres annulaires 16-17 et les rai- nures 18), le combustible qui parvient sous pression par le tuyau 19 et par le trou 14 peut arriver librement à la chambre 17 et être prêt à en sortir par le petit trou d'injection 9 quand la tige 7 le découvre en se soulevant.
L'interrupteur destiné à contrôler le passage du courant dans le solénoïde est représenté par exemple par la même figure 2 dans le cas d'un moteur monocylindrique. Un tambour 21 en ma- tière isolante porte un petit arbre 22 tournant dans le support 23 fixé au carter du moteur 24 et est entraîné par ce dernier à la même vitesse s'il s'agit d'un mûteur à deux temps ou à une vitesse réduite de moitié s'il s'agit d'un moteur à quatre temps.
Sur la surface cylindrique du tambour 21 est enchâssée une petite lame métallique 25 de forme trapézoïdale, en communica- tion électrique avec un bouton central 26 fixé au tambour 21.
Un manchon 27 en matière isolante peut glisser longitudinalement sur le support 23 et supporte deux brosses ; la première 28 est en contact constant avec le bouton 26, et la seconde 29 est en contact constant avec la surface cylindrique du tambour 21. Aux deux brosses aboutissent les conducteurs du circuit électrique dans lequel sont compris le solénoïde 13 de l'injecteur et la batterie 3'.
Quand le moteur tourne, et avec lui l'interrupteur, la du- rée de l'injection est évidemment égale à la durée du contact entre la pièce trapézoïdale 25 et la brosse 29 ; si le tambour de l'interrupteur tourne dans le sens de la flèche, déplaçant axialement le manchon 27, la durée du contact (et par conséquent
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de l'injection) varie suivant le moment où commence le déplace- ment, la fin de ce déplacement restant invariable.
Dans le cas des moteurs polycylindriques, le seul interrup- teur électrique qui contrôle le passage du courant dans les dif- férents injecteurs est analogue à celui décrit ci-dessus, duquel il diffère seulement du fait qu'il y a autant de brosses équi- distantes(telles que 29), qu'il y a de cylindres, chaque brosse étant électriquement reliée avec un injecteur ; la pièce trapé- zoidale étant unique, la durée de l'injection et sa variation est identique pour tous les cylindres.
L'appareil d'alimentation du combustible, dans le cas d'in- jection à faible pression dans les conduites d'alimentation de l'air (soit à deux ou à quatre temps), peut être constitué par un réservoir dans lequel le combustible est accumulé à pression constante par une pompe quelconque autorégulatrice à membrane ou d'un autre type connu ; ou bien il peut être constitué, dans certains cas, comme par exemple quand on se sert de l'acétylène liquide, d'une bonbonne ordinaire pourvue d'un détendeur ; de toute façon, les pressions absolues de l'air dans la conduite d'alimentation et du combustible dans l'injecteur étant constan- tes, la pression effective d'injection est aussi constante.
L'appareil d'alimentation du combustible doit par contre constituer un dispositif spécial dans le cas d'injection à haute pression (moteurs à combustion), soit parce qu'il doit fournir une pression d'injection constante quand la pression de l'air dans la chambre de compression est variable, soit parce qu'il n'est pas facile d'accumuler le combustible à fortes pressions.
Il faut par conséquent que, moyennant cet appareil, la pression absolue d'injection aille en augmentant exactement comme la pression absolue régnant dans la chambre de compression, de façon que leur différence reste constante. Cela est obtenu par chaque injecteur moyennant un piston différentiel actionné automatiquement par la pression de la chambre de combustion sur
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la paroi de grand diamètre, et qui agit à son tour sur le com- bustible contenu dans l'injecteur avec la paroi de petit diamè- tre .
L'ensemble est représenté par la figure 3 dans laquelle l'appareil d'alimentation du combustible est indiqué comme étant partie intégrante de l'injecteur dans le but d'éliminer des tuyaux extérieurs sous pression. L'injecteur électromagnétique 'est identique à celui décrit plus haut, sauf en ce qui concerne l'arrivée du combustible. Au corps 6' de l'injecteur est fixé latéralement le corps 30 dans lequel glisse un petit piston à deux diamètres 31-32. Un. ressort 33 pousse constamment ce pis- ton dans la direction du plus grand diamètre ; de ce côté, il est en communication constante avec la chambre de compression 34 du moteur au moyen du trou 35, et du côté du plus petit dia- mètre il est en communication constante avec la chambre annulai- re 16' de l'injecteur au moyen du trou 36.
Un trou 37 qui est découvert par le piston 32. à fin de course, met en communica- tion la chambre 38 avec le réservoir 39 du combustible et un trou 40, toujours ouvert, sert à décharger dans le même réser- voir 39, ou autre part, les pertes qui se présentent dans les deux petits pistons de la chambre 41. Les surfaces des deux pis- tons 31-32. sont entre elles dans le rapport que 1'on veut obte- nir entre les pressions absolues du combustible et du comburant.
Dans un moteur à quatre temps, le fonctionnement est le suivant : pendant la course d'aspiration du moteur le piston différentiel 31-32. reste, à fin de course, poussé par le ressort 33 et soumis à la succion causée par la dépression dans la chambre 34 ; pen- dant la course de compression, la pression dans la chambre 34, en augmentant, l'emporte sur le ressort 33, le piston 31-32 en se déplaçant refoule un peu de combustible à travers 37 vers le réservoir 39, et à partir de l'instant où le piston 32 referme le trou 37, en 38-36-16' s'établit une pression dont la valeur est, à celle existante dans la chambre 34, dans le même rapport que celui qui existe entre les surfaces des petits pistons 31 et
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32.
Au moment voulu, l'interrupteur commandé par le moteur (ana- logue à celui décrit plus haut) fait ouvrir électromagnétiquement l'injecteur et l'injection commence. La pression absolue du com- bustible augmente automatiquement comme celle de la chambre 34 et ensuite l'injection s'effectue à pression effective constan- te ; l'injection cesse avec le courant. Le petit piston 31-32 s'arrête dans la position où il se trouve en ce moment jusqu'à la fin de la décharge du moteur, quand, la pression en 34 s'an- nulant, il est poussé en arrière par le ressort 33 et découvre le trou 37, créant une dépression dans la chambre 38, laquelle s'alimente à nouveau de combustible pour le cycle suivant.
La pression commence ainsi à agir sur le combustible long- temps avant l'ouverture de l'interrupteur, et finit longtemps après sa fermeture, de façon qu'il existe une très grande liber- té de déplacement de la période d'injection.
Dans un moteur à deux temps, le fonctionnement est absolu- ment analogue.
La pompe automatique à pression effective constante décri- te ci-dessus, n'a ni tuyauteries soumises à pressions élevées, ni soupapes, ni commandes mécaniques ; l'usure du piston n'a pas d'effet sur la précision de l'injection, puisque cette der- niàre dépend uniquement de la commande électrique de l'injecteur, et les fuites sont compensées par l'augmentation des cylindrées du petit piston 32.
Dans les figures 4 à 6 sont illustrées des variantes con- cernant : la disposition du ressort de rappel qui agit sur la tige de l'obturateur ; ou la suppression du ressort même en pro- voquant aussi bien l'ouverture que la fermeture de la soupape par action électromagnétique et la variation de la portée du gicleur à chaque ouverture, obtenue en rendant variable la lu- mière de l'injection ou en variant la pression du liquide à in- jecter au lieu de varier la durée de l'injection.
Tandis que suivant les formes précédentes la tige de l'ob- turateur de l'injecteur était normalement poussée par un seul
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ressort contre le siège interne du corps de l'injecteur même qu'elle ouvrait par attraction du solénoïde ; suivant la présen- te variante, on procède en sens inverse (fig.4), c'est-à-dire que la petite soupape Sa (externe, de forme différente suivant les caractéristiques demandées par le jet du combustible) nor- malement tirée contre son propre siège sur le corps 6a par le ressort 12a, ouvre le gicleur annulaire 9a, quand elle est pous- sée en dehors par l'attraction du solénoïde 13a sur le noyau 42 fixé à la tige 7a de la petite soupape 8a.
Suivant une autre variante (fig.5), la commande de la tige, ou soupape obturatrice, peut avoir lieu par action électromagné- tique aussi bien à l'ouverture qu'à la fermeture sans l'inter- vention du ressort, en prévoyant deux solénoides 43 et 44 dont l'un a un noyau fixe 45 et l'autre agit sur le noyau mobile 46 relié à la tige ou petite soupape obturatrice 47. Dans un des solénoïdes, le courant passe toujours dans le même sens, tandis que dans l'autre, il est inversé alternativement de façon que, la polarité réciproque des deux solénoides changeant de sens, les deux noyaux s'attirent ou se repoussent réciproquement en provoquant l'ouverture ou la fermeture de la petite soupape ou vice-versa.
Dans ce cas, l'organe qui doit contrôler le passage du courant dans les solénoides est constitué par un interrupteur qui commande le solénoïde à polarité invariable, et par un com- mutateur ou inverseur qui commande celui à polarité variable.
Dans les formes précédentes, la variation de la quantité de combustible introduite par chacun des injecteurs était obtenue en variant la durée de l'injection, c'est-à-dire la durée du contact électrique de l'interrupteur tournant. Mais cette varia- tion peut être aussi obtenue en -triant la section effective du gicleur de l'injecteur, comme le représente l'exemple de la fig.6. Dans ce cas, l'injecteur est dans son ensemble analogue à celui précédemment décrit, sauf que 1a conduite d'amenée 14b . du combustible est latérale et que la tige 7b se termine avec un cône 8b plus pointu, sa course étant variable moyennant le
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déplacement de l'axe d'arrêt 10b, qui peut être vissé plus ou moins à fond dans la cloche llb.
Il est évident qu'en variant la course d'ouverture de la tige 7b, on varie la section de pas- sage du combustible entre le cône 8b de la tige et son propre siège.
L'axe lOb est muni d'un presse-étoupe 48 ou d'un autre ar- tifice quelconque apte à empêcher les fuites du combustible sous pression contenu dans l'injecteur, et porte à l'extérieur un levier de commande 49.
Une troisième manière de varier la quantité du liquide in- jecté peut aussi consister à modifier la pression dans le réservoir d'alimentation.
Enfin, la variation de la quantité de liquide injectée peut être obtenue avec les combinaisons diverses de deux ou des trois systèmes indiqués ci-dessus (variation de la durée, de la sec- tion, de la pression) suivant les exigences pratiques.
La variante suivant la fig. 7 concerne un autre système d'a- limentation de l'injecteur, qui consiste en une pompe à piston différentiel analogue à celle indiquée, mais actionnée par la dépression créée par l'aspiration, ou bien par la différence de pression qui se produit dans les espaces de la conduite d'alimea- tation avant et après le papillon de régulation de l'air.
Dans cette figure, 51 est le cylindre du moteur, 52 la sou- pape d'alimentation, 53-53' la conduite correspondante avec le papillon 54 de régulation de l'air commandé par le levier 55.
La conduite peut s'ouvrir à l'air libre ou bien être reliée au compresseur, et sur elle est fixé l'injecteur électromagnétique 56 qui, avec l'interrupteur 57, est inséré dans le circuit de la batterie 58 et masse M.
La pompe qui pourvoit à l'alimentation en combustible de l'injecteur, est constituée par un piston à deux diamètres 59-60 glissant dans son corps fixe 61-62 de façon à former les deux chambres 63-64. La chambre 63 est en communication constante avec la partie 53 de la conduite d'alimentation en aval du papillon 54
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au moyen du tuyau 65 et de la prise statique 66 ; le dos du pis- ton 59 est en communication constante avec l'atmosphère par le trou 67, si le moteur est alimenté par aspiration et par le tuyau 68 et la prise dynamique 69 avec la partie 53' de la conduite en amont du papillon 54 si le moteur est alimenté au moyen d'un com- presseur ;
la chambre 64 est en communication constante avec l'intérieur de l'injeeteur 56, au moyen du tuyau 70 et est mise en communication avec le réservoir 71 de combustible au moyen du tuyau 72 quant l'ouverture 73 est démasquée par le piston 60 à fin de course. Un ressort 74 pousse continuellement le piston 59-60 dans la position inférieure en comprimant un deuxième res- sort 75 plus faible que le premier et qui peut être réglé en tour- nant la vis 76 au moyen du levier 77.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
La soupape d'alimentation 52 s'ouvrant, il se forme dans la partie 53 de la conduite une dépression si le moteur fonctionne par aspiration ; ou bien une pression absolue plus petite que dans la partie 53' si le moteur est alimenté par un compresseur ; dans tous les cas, le piston 59-60 est sollicité à se déplacer vers le haut en détendant le ressort 75 et en comprimant dans l'injecteur le combustible contenu dans la chambre 64, dès que l'orifice 73 est fermé ; au moment opportun, l'interrupteur 57 ferme le circuit, ouvre l'injecteur et l'injection commence ; au moment opportun aussi l'interrupteur 57 rouvre le circuit, ferme l'injecteur et l'injection cesse, le piston 59-60 s'arrête et un instant après la soupape d'alimentation 52 se ferme aussi.
La dépression dans la conduite 53 ou la différence de pression entre 53 et 53' cesse alors, le piston 59-60 est renvoyé en bas par le ressort 74 créant une dépression dans la chambre 70 de façon que,l'orifice 73 se découvrant, une aspiration du combusti- ble a lieu du réservoir 71 par le tuyau 72.
On doit considérer que la pompe a seulement le but de prép rer et maintenir sous pression dans l'injecteur le combustible seulement pendant la période d'injection, mais que cette période
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est déterminée uniquement par la commande électrique.
La pression donnée au combustible par la pompe susdite va- rie suivant le régime du moteur et le degré d'ouverture du pa- pillon de l'air. Si la vitesse diminue par augmentation de la résistance extérieure, le papillon de l'air restant complètement ouvert, la pression de l'injection diminue, comme il convient qu'il soit ; si la vitesse diminue par l'étranglement de l'air, la pression d'injection augmente, et il est nécessaire de la diminuer : cette correction est obtenue en dévissant la vis 76, laquelle en détendant le ressort 75, renforce le ressort 74. Le levier 77 de la vis 76 peut être commandé à la main ou automati- quement.
Dans les fig.8 à 12 est représentée la combinaison de la méthode d'injection suivant l'invention avec un moteur à explo- sion à quatre et à deux temps. Il y est considéré en particulier la position relative de l'injecteur du combustible et de l'orga- ne régulateur de l'alimentation de l'air, la direction et les caractéristiques des jets de combustible et d'air eu égard au. meilleur mélange et la régulation des deux jets eu égard au meilleur dosage aux différents régimes du moteur et aux diverses conditions atmosphériques.
L'injecteur injecte le combustible dans la conduite d'ali- mentation, oblique par rapport au cylindre, en directions pres- que radiales par rapport à la conduite même, de façon à donner lieu à une série de jets spiralaires du combustible qui sont frappés par les jets d'air d'alimentation, lesquels sortent en sens opposé par les fentes d'injection de l'air, périphériques et coaxiales avec l'injecteur du combustible.
Ces fentes sont réglables elles-mêmes suivant l'invention de façon que les deux ordres de jets (combustible et air) puis- sent être réglés et dosés réciproquement.
Ceci pour le moteur à quatre temps ; pour le moteur à deux temps, l'invention concerne une position particulière de l'injec- teur par rapport au cylindre et par rapport aux fentes de lavage
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et d'injection d'air.
Comme le montrent les fig.8, 9 et 10, le cylindre 81 d'un moteur à quatre temps porte en tête la soupape 82 d'aspiration et la soupape 83 d'échappement.
La conduite 84 de la soupape d'aspiration est très courte et à son embouchure circulaire est fixé un manchon 85, portant au centre l'injecteur 86. Dans la paroi du manchon se trouvent des fentes 87 en direction tangentielle (fig. 9) et de forme triangulaire et trapézoidale (fig.10) ; ces fentes qui servent pour l'admission de l'air peuvent être ouvertes ou fermées par le déplacement angulaire de l'anneau obturateur 88. Avec l'obtu- rateur plus ou moins ouvert, l'air d'alimentation entre dans le manchon directement par l'extérieur,aspiré par le moteur ; si ce dernier est suralimenté, l'air est forcé par le compresseur le long de la conduite supplémentaire 89 en spirale. L'anneau obturateur 88, au lieu de tourner sur le manchon, peut glisser longitudinalement si cela est plus commode ; dans ce cas, la forme des fentes varie en conséquence.
Pendant le temps d'ouverture de la soupape d'alimentation, le combustible sort pulvérisé en très petits jets tangentiels de tout le pourtour de la tête de l'injecteur, suivant les flè- ches a, en correspondance de l'embouchure de la conduite ;ce tourbillon de combustible pulvérisé est complètement frappé et entraîné par l'air qui entre dans le manchon à travers les fentes tangentielles et se dirige vers la soupape suivant un rapide mou- vement hélicoidal (suivant les flèches b) en tournant en sens inverse de la direction du combustible ; il en résulte un mélan- ge intime du combustible avec l'air.
Le mélange ainsi formé étant amené en contact avec la sou- pape et son siège à température élevée, la vaporisation du com- bustible s'accomplit au moment même de son entrée dans le cylin- dre, et toute possibilité d- condensation ultérieure est exclue car il est immédiatement utilisé.
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La loi de variation de la quantité du combustible injecté suivant le régime du moteur, est mise en relation avec celle de la quantité d'air injecté de façon que le mélange ait toujours un très bon dosage.
A cet effet l'injecteur du combustible peut être celui ré- glable montré dans la figure 6 et le côté incliné des fentes 87 de l'air peut avoir un profil droit ou courbé le plus apte à sui- vre la loi de variation désirée.
Le cas d'un moteur à deux temps est représenté d'une façon générale dans les fig.ll et 12. Le cylindre 90 a les fentes 91 de lavage et d'alimentation, et l'échappement s'accomplit par d'autres lumières et une soupape qui n'ont pas été représentées car elles n'intéressent pas l'invention. L'injection se fait au moyen de l'injecteur 92 fixé à la conduite 93, qui sert de col- lecteur de l'air de lavage, d'alimentation et de suralimentation; le jet du combustible est en éventail et se produit le plus près possible du bord d'une fente, du côté de la fermeture, dans le but de prolonger l'injection jusqu'à la dernière minute avant que le piston 94 ne la referme dans sa course de retour ; le jet est aussi incliné sur l'axe du cylindre pour empêcher que le fond du piston, généralement convexe, vienne le frapper avant son mélange complet avec l'air.
Si les fentes de lavage et d'a- limentation sont tangentielles, le mouvement hélicoidal de l'air qui entre dans le cylindre favorisera davantage son mélange avec le combustible. L'injection est très brève et s'accomplit à la fin de l'alimentation d'air ; s'il s'agit d'un moteur dans lequel les lumières de lavage se ferment après l'échappement (moteur suralimenté) l'injection s'accomplit dans l'intervalle entre deux fermetures.
Aussi bien dans les moteurs à quatre temps que dans ceux à deux temps chaque cylindre peut avoir deux ou plusieurs injec- teurs. Par exemple dans un moteur à quatre temps avec deux sou- papes d'aspiration, chaque soupape peut avoir son propre injec- teur, et chacun être alimenté avec un combustible différent, ou
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bien un peut être alimenté avec du combustible et l'autre avec de l'air.
L'injecteur électromagnétique peut avoir une portée varia- ble pendant le fonctionnement du moteur au moyen de la variation de la course de la petite soupape.
Avec cet injecteur, une fois que les deux leviers qui com- mandent la variation de la portée de l'injecteur et la variation de l'entrée de l'air sont convenablement reliés entre eux, lais- sant constantes la pression du combustible et la durée angulai- re de l'injection, on peut obtenir par la manoeuvre de ces le- viers ce qu'on appelle la " courbe d'utilisation U " à laquelle. correspond une courbe des consommations spécifiques minima - u - représentées dans la fig.13 du dessin annexé.
Si par contre on laisse les leviers dans la position cor- respondant à la puissance maximum (point M) et si l'on augmente graduellement la résistance pour diminuer la vitesse du moteur, on obtient ce qu'on appelle la courbe de puissance P " à la- quelle correspond une courbe des consommations spécifiques p ; ces consommations augmentent graduellement avec la diminution de la vitesse par le fait que, tandis que le remplissage d'air du cylindre est à peu près constant la durée absolue de l'injec- tion augmente ; et cette augmentation est assez plus forte si l'on marche suivant la courbe de puissance, car dans ce cas, l'injection, se faisant dans un milieu où la pression absolue est plus petite, s'effectue sous une pression absolue plus grande.
L'inconvénient peut être complètement éliminé de façon à. réduire la consommation au minimum théorique pour chaque condi- tion de fonctionnement, en diminuant, avec la vitesse du moteur, la durée ou la pression d'injection ou les deux ensemble ; mais cela ne peut être obtenu automatiquement . Il est possible au contraire de réduire de beaucoup le défaut automatiquement de deux façons : la première consiste à réduire la consommation au minimum théorique dans le cas qui intéresse le plus, c'est-à- dire quand le moteur marche de préférence ou suivant la courbe
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de puissance ou suivant celle d'utilisation (le choix dépendant de l'usage auquel est destiné le moteur) ; la seconde consiste à réduire la consommation dans les deux cas mais en proportions plus petites.
La première façon peut s'avantager du fait qu'en diminuant la vitesse d'un moteur, pendant la course d'alimentation, la différence entre les pressions absolues existantes dans la con- duite d'alimentation avant et après le papillon de réglage obéit aux lois suivantes : elle croît si l'on marche suivant la cour- be d'utilisation (ligne C) et diminue si l'on marche suivant la courbe de puissance (ligne D) mais elle ae maintient toujours du même signe, c'est-à-dire que la pression absolue entre le pa- pillon et le moteur est toujours inférieure à celle qui existe entre le papillon et l'atmosphère ou entre le papillon et le compresseur. Le dispositif peut être réalisé par exemple comme indiqué dans la fig.14 du dessin annexé.
Une capsule manométri- que 101 est renfermée dans une boîte 102 et elle est fixée d'un côté au fond de la boîte ; l'autre côté, libre, porte une tige 103 qui sort du fond de la boîte et moyennant la tringle 104 est reliée au levier 105 qui commande la variation de la durée du contact dans l'interrupteur destiné à fournir les courants à l'injecteur électromagnétique, ou bien le dispositif de varia- tion de la pression du combustible.
L'intérieur de la capsule 101 est en communication constante avec 'la conduite d'alimentation d'air 106 au moyen du tuyau 107 et de la prise statique 108 qui y débouche entre le papillon régulateur 109 et le moteur ; l'in- térieur de la boîte 102 est en communication constante avec cette même conduite 106 au moyen du tuyau 110 et la prise dyna- mique 111 qui y débouche toutefois entre la papillon et l'atmos- phère et entre le papillon et le compresseur. Le levier 105 est disposé de façon que la diminution de la durée ou de la pression d'injection corresponde à l'allongement de la capsule, et vice- versa. Une vis 112 sert d'arrêt au levier 105 dans le sens de limiter le raccourcissement de la capsule.
Le fonctionnement du
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dispositif est le suivant : admettons que le papillon 109 soit tout ouvert et que le moteur tourne au régime maximum et à plei- ne puissance (point M des courbes P et U) avec consommation mi- nimum ; la tringle 104 étant réglée pour la position la plus op- portune du levier 105 en relation aux caractéristiques élasti- ques de la capsule 101 et à la différence des pressions agissant sur la capsule même et que dans ces conditions la vis soit réglée de façon qu'elle touche à peine le levier 105.
Si l'on diminue la vitesse du moteur sans varier la position du papillon 109 , c'est-à-dire en augmentant la résistance extérieure (courbe de puissance P), la différence entre les pressions agissant sur la capsule diminue (ligne D) et la capsule s'allonge, diminuant la durée ou la pression d'injection et par conséquent la consomma- tion ; si par contre on diminue la vitesse du moteur en étran- glant l'alimentation par le papillon 109 (courbe d'utilisation U), la différence entre les pressions agissant sur la capsule augmente (ligne C) mais la capsule ne peut se raccourcir par effet de l'arrêt 112, et il n'y a pas de correction dans l'ali- mentation du combustible, laquelle restera celle déterminée par la liaison entre les leviers du papillon d'air et de l'injecteur.
Dans le cas où l'on préférerait de réduire la consommation au minimum dans la courbe d'utilisation au lieu de le faire dans celle de puissance, la prise dynamique III. devra agir à l'inté- rieur de la capsule et la prise statique 108 devra agir à l'ex- térieur de la dite capsule,tout le restant du dispositif étant inchangé.
La deuxième façon consiste à relier le levier qui commande la variation de la durée ou de la pression d'injection, avec un régulateur à force centrifuge commandé par le moteur de manière que, au régime maximum, (point M des courbes) le dit levier soit dans la position correspondante à la consommation spécifique minimum, et que, le moteur ralentissant, la durée ou la pression d'injection soit diminuée. Naturellement de cette façon si l'apau- vrissement du mélange est exactement celui voulu par la courbe
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d'utilisation, il sera un peu faible dans la courbe de puissance et si c'est celui voulu par la courbe de puissance, il sera un peu excessif dans la courbe d'utilisation ; le résultat sera toutefois pratiquement efficace.
Un type d'interrupteur comportant un contact fixe et un mo- bile, commandé par une came, est représenté dans les fig.l5 et 16. Les petits leviers 121 (en nombre égal à celui des cylindres du moteur et situés à égale distance angulaire autour de la came centrale) s'appuient par leur extrémité interne sur la came 122, qui tourne à demi vitesse du moteur, si ce dernier est à quatre temps, et à même vitesse si le moteur est à deux temps. Les pe- tits leviers 121 fabriqués en matière isolante oscillent autour des axes 123 ; les ressorts 124 tendent à les maintenir appuyés sur la came, comme il a été dit ; à l'autre extrémité, ils por- tent les contacts 125 qui sont en communication électrique au moyen des ressorts 124 avec les bornes 126, fixées à la carcasse 127 de l'appareil.
Les contacts réglables 128 se trouvent en face des contacts 125 et, contre eux, s'arrêtent les petits le- viers 121 quand la came 122 leur présente la partie rentrante de son profil. Les contacts 128 sont fixés à un anneau 129 qui peut être tourné d'un petit angle autour du support 130 de façon quelconque, par exemple moyennant un excentrique 131 commandé par un levier 132. Quand une couple de contacts 125-128 se touche, le courant de la batterie 133 entre dans l'appareil par la masse M, et par le ressort 124 et la borne 126, traverse l'injecteur 134, pour revenir à la batterie 133. Les différents injecteurs du moteur sont naturellement reliés aux bornes de l'interrupteur dans un ordre cyclique convenable.
La durée angulaire du passage du courant dans chaque injecteur dépend du profil de la came et du jeu laissé entre les contacts 125 et 128 ; pour cela, en faisant tourner d'un très petit angle l'anneau qui porte le con- tact 129, on peut varier le jeu susdit et par conséquent la durée angulaire des courants lancés aux injecteurs. La rotation de l'an-
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neau 129 peut être obtenue, comme il a été dit, en déplaçant à la main le levier 132 , mais aussi automatiquement en reliant ce levier avec une capsule manométrique suivant la fig.14.
Dans les variantes suivant les fig.17 à 20, il est repré - sente une autre façon d'application de l'injecteur, suivant la- quelle l'injection du combustible est faite pendant l'alimenta- tion de l'air, mais directement dans le cylindre après la sou- pape au lieu de le faire dans la conduite qui la précède.
Dans l'exemple des fig.17 et 18, la tête 141 du cylindre 142 est du type dit "turbulent" et forme la conduite 143 de passage de l'air provenant de la soupape 144 et dirigé suivant les flèches 145 au cylindre 142.
L'injecteur 146 est situé en tête du cylindre au-dessus des soupapes, et son extrémité est façonnée de manière à produi- re un jet de combustible en éventail 147 dirigé vers le cylindre obliquement à travers la conduite 143 ; de cette façon, ce jet 147 de combustible et celui 145 de l'air sont obligés de se ren- contrer et de se traverser pendant la course d'alimentation, principalement dans la zone étranglée qui constitue la conduite 143, et ainsi à se mélanger intimement ; le tourbillon qui se produit pendant la compression successive par la présence de la conduite 143 complète le brassage.
Dans l'exemple d'exécution des fig.19 et 20 , l'injecteur 148 est situé d'un côté de la chambre de combustion 149 du cy- lindre, et a son extrémité conformée de façon à produire un jet de combustible 150 en éventail au-dessous de la soupape 151 di- visant en deux parties la chambre 149 même ; de cette façon ce j et de combustible 150 et celui 152 de l'air provenant de la sou- pape sont obligés de s'entre-croiser et se mélanger intimement ; même dans ce deuxième cas le brassage se complète pendant la compression successive.
Dans les fig.21 et 22, on a montré deux autres types d'in- terrupteurs destinés à lancer des courants aux injecteurs à fonctionnement électromagnétique.
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Le premier est actionné par les variations de pression qui se produisent dans la partie de la conduite d'alimentation de chaque cylindre comprise entre ce dernier et l'obturateur de l'air, relativement à la pression existante dans la partie de conduite au-delà de l'obturateur, soit qu'elle débouche dans l'atmosphère (cas de moteurs alimentés par simple aspiration) soit qu'elle soit reliée avec le compresseur (cas de moteurs suralimentés). Le deuxième type est actionné par les organes de commande de la soupape d'alimentation.
Dans le dispositif du premier type, fig.21, l'alimenta- tion d'air du cylindre 161 se fait à travers la soupape 162 par le conduit 163-163' dans lequel est intercalé le papillon régulateur 164 commandé par le levier 165 ; le conduit,dans sa partie 163', est de préférence de section plus grande que dans la partie 163 et peut déboucher à l'atmosphère ou être relié. au compresseur. L'injecteur électromagnétique 166, semblable à celui décrit précédemment, reçoit le combustible sous pression par le tuyau 167.
L'interrupteur est constitué par une membrane métallique élastique 168 serrée par son bord extérieur entre deux demi- boites 169 et 170, de façon à former deux chambres séparées ; la chambre 171 est en communication constante avec la partie 163 du conduit d'alimentation au moyen du tuyau 172, et de la prise statique 173, tandis que la chambre 174 est en communica- tion constante avec la partie 163' du conduit au moyen du tuyau 175 et de la prise dynamique 176. La membrane 168 est isolée dans la boite et fait partie du circuit électrique ; au centre, elle porte d'un côté un contact 177 qui correspond à un autre contact 178 fixé et isolé à la demi-boite 169, et de l'autre côté, elle porte une butée isolante 179 qui s'appuie à la demi- boîte 170 par effet de sa propre élasticité.
Une vis 180 comman- dée par le levier 181 peut comprimer plus ou moins le ressort 182 contre la membrane, de façon à varier les caractéristiques élastiques de cette dernière. Pendant la course d'alimentation
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du moteur, la pression absolue dans la partie 163 est toujours moindre que celle dans la partie 163' et cela d'autant plus que le moteur tourne plus vite ou que le papillon 164 étrangle le conduit davantage ; la différence de section du.conduit dans les deux parties peut servir à assurer que la différence de pression soit sensible même si le moteur tourne doucement ou si le pa - pillon est complètement ouvert, tandis que la présence des deux prises statique 173 et dynamique 176 sert à l'amplifier.
Cette différence entre les deux pressions agit sur la membrane 168, laquelle, en se déplaçant, réunit les deux contacts 177 et 178 qui ferment le circuit de la batterie 183 dans lequel est inséré l'injecteur 166, et l'injection du combustible a lieu. A la fin de la course d'alimentation, l'équilibre de pression dans les deux parties 163 et 163' du conduit se réta- blit, la membrane 168, par son élasticité, revient à la posi- tion normale, ouvre le circuit et l'injection cesse.
La diffé- rence de pression entre les deux parties du conduit varie de- puis zéro jusqu'à un maximum pendant chaque course d'alimenta- tion, tàndis que la valeur absolue de cette différence varie suivant le régime du moteur et la position du papillon obtura- teur de l'air ; il faut donc une régulation de la durée du con- tact de façon à obtenir dans chaque cas une durée de l'injection telle que la quantité du combustible injecté soit proportionnel- le à la quantité d'air admise. Cette régulation est obtenue moyennant le déplacement de la vis 180, laquelle, en comprimant plus ou moins le ressort 182 contre la membrane 168, rend celle- ci plus ou moins sensible à la différence entre les pressions agissant sur ses deux faces et par conséquent augmente ou dimi- nue la durée du contact, c'est-à-dire de l'injection.
Si le moteur ralentit, le papillon étant tout ouvert, à cause de l'augmentation de la résistance externe, la différence entre les pressions agissant sur le diaphragme diminue et diminue automatiquement aussi la durée de l'injection, sans qu'il soit nécessaire de faire intervenir la vis 180. Si le mo-
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teur ralentit par étranglement de l'air, la différence entre les pressions agissant sur le diaphragme augmente et augmente aussi la durée de l'injection ; il faut alors que la vis 180 intervienne pour la raccourcir. Cette intervention peut être ob- tenue à la main en agissant sur le levier 181, ou bien automati- quement en reliant ce levier à un dispositif quelconque. La fig.22 représente un exemple d'exécution du deuxième type d'in- terrupteur actionné par les organes de commande de la soupape d'alimentation.
Etant donné qu'à cet effet, on peut utiliser un quelconque des organes à mouvement alternatif qui commandent la soupape d'alimentation de chaque cylindre, dans l'exemple il a été sup- posé d'utiliser la pièce 184, laquelle moyennant la petite ba- gue 185 qui en est solidaire, fait osciller le petit levier 186 autour de son appui 187 de façon que quand la pièce 184 se sou- lève pour ouvrir la soupape 188, le levier 186 pousse l'organe intermédiaire élastique qui doit fermer le circuit électrique de l'injecteur. Cet organe peut être par exemple constitué des deux pièces 189 et 190 glissant l'une dans l'autre et maintenues à une longueur totale maximum préétablie par un ressort 191. Un deuxième ressort 192, plus faible que le précédent, maintient l'organe élastique 189-190-191 en contact avec le levier 186.
La pièce 190 porte à sa partie inférieure le contact 193 qui fait face à un autre contact 194 fixé à la vis 195 commandée par le levier 196. L'organe élastique 189-190-191 et la vis 195 sont maintenus dans les supports 197 et 198 isolés de la masse moyennant les épaisseurs 199 et, au moyen des bornes 200 et 201, ils sont intercalés dans le circuit de l'injecteur 202 et de la batterie 203.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
Au moment où la soupape 188 s'ouvre, le levier 186 fait glisser l'organe 189-190-191 écrasant le ressort 192 (qui est plus faible que 191) jusqu'à ce que le contact 193 vienne s'ap-
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puyer contre le contact 194 ; partir de ce moment le circuit se ferme et l'injection du combustible commence. La soupape continuant à s'ouvrir, l'organe élastique 189-190-191 se rac- courcit en écrasant le ressort 191, et au moment où la ferme- ture commence, il s'allonge jusqu'à ce que les deux bornes 193 et 194 se séparant , l'injection cesse.
En faisant tourner d'un certain angle la vis 195 on varie la distance entre les contacts 193 et 194 à soupape fermée, et ainsi on varie la durée du passage du courant par rapport à la durée d'ouverture de la soupape ; le levier 196 peut être commandé à la main ou automa- tiquement comme il a été dit pour l'interrupteur du type précé- dent.
Quoique de nombreuses variantes d'exécution et d'applica- tion aient été décrites, il est bien entendu que l'invention ne doit pas être limitée à ces formes , de nombreuses autres va- riantes pouvant être trouvées utilisant les mêmes principes et faisant partie par conséquent du domaine de la présente inven- tion.
REVENDICATIONS.
1. Procédé d'injection du combustible dans les moteurs à combustion interne consistant en ce que le combustible est introduit dans le moteur à travers des moyens injecteurs à com - mande électromagnétique dans lesquels le combustible est présent sous pression de façon que la différence entre la pression de sortie du combustible hors des moyens injecteurs et celle du milieu dans lequel il est injecté soit pratiquement constante.
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Method and device for injecting fuel into internal combustion engines.
The present invention relates to a method and the relative device for injecting fuel into internal combustion engines. The process according to the invention consists essentially in that the fuel is introduced into the engine through electromagnetically controlled injector means, in which the fuel is under pressure, so that the. the difference between the fuel pressure and that of the medium into which it is injected is practically constant.
The device for implementing this process is characterized mainly by the fact that it comprises electromagnetically controlled injection means and means for transmitting to the fuel, present in the injection means, pressure such that it can penetrate the engine as soon as the injection means are covered, by virtue of a pressure difference
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practically constant zion.
According to the invention, it is possible to determine the duration of the injection and its place in the phase of the cycle and its variation. These and other features of the invention will now be explained with reference to the accompanying drawings, which are given only by way of indicative and non-limiting example of the invention.
Figure 1 is a schematic view of the device which can be used for low pressures.
FIG. 2 shows an embodiment of the device with some members in section.
FIG. 3 shows a variant with a differential piston, especially usable for high pressures.
Figures 4 to 6 are all variants of the electromagnetic control mechanism.
FIG. 7 is another variant with a differential piston.
Figure 8 shows an application to a four-stroke engine.
Figure 9 is a section taken along line 9-9 of Fig.8.
Fig. 10 shows, developed in plan, an adjustable triangular air intake lumen.
Figures 11-12 show, in longitudinal and transverse sections respectively, a form of application to a two-stroke engine.
Fig. 13 is a diagram which explains the behavior of the pressure capsule regulating mechanism shown in Fig. 14.
Figures 15 and 16 show, in the application to a two-cylinder engine, a type of switch which can be used according to the invention.
Figures 17 and 18 show another variant applied to a four-stroke engine cylinder with side valves.
Figures 19 and 20 show another variant referring
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single cylinder four stroke engine with overhead valves.
FIG. 21 shows another variant with a switch device actuated by the pressure variations in the supply pipe.
FIG. 22 shows another variant with a switch actuated by the control members of the supply valve.
With reference to FIG. 1, the device is constituted by: the injector proper with electromagnetic control of a single type for all types of engines, and which is repeated for each cylinder of the same engine; by the current distributor for controlling the various injectors existing on the engine, which varies in detail according to the number of injectors it must serve; by the pressurized fuel feed unit to the various injectors, which varies depending on whether the injection is carried out at low pressure in the air supply lines of the engine (engine with separate ignition) or at high pressure in the engine compression chamber itself (engines with spontaneous compression ignition).
The fuel injector 1 is fixed on the cylinder 2 of the engine in the most opportune point (on the supply line or on the compression chamber, as the case may be, as has been said). This injector is normally closed by an internal valve, which can open it instantaneously by the engagement exerted by a solenoid when the latter receives current supplied by the battery 3, by the effect of the electric switch 4. controlled by the motor, and can also close it instantly by spring action when the current has ceased.
The injector is continuously supplied with pressurized fuel by an assembly 5, which can be a fuel accumulator tank at constant pressure in the case of internal combustion engines, or else a special device, which will be described later in the case of combustion engines. The fuel is always ready to leave the injector by the effect of said pressure at the-
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whatever it is subjected, the electromagnetic control ensures that the opening and closing of the injector are instantaneous, and that the duration, variation and phasing of the injection are extremely precise at all speeds.
As regards the effective pressure during injection (difference between the absolute pressures of the liquid to be injected and of the air into which it is injected), it is constant by nature if it is carried out. under constant pressure with the apparatus 5 in the first case (internal combustion engines) and it is automatically made constant if it is carried out with the special apparatus 5a in the second case (combustion engines).
The advantages offered by the injection system described above are of very great practical importance since they make it possible to eliminate or greatly reduce the faults of the systems in use today: that is to say, they allow a significant increase the rapidity of combustion and consequently the thermal efficiency and the pos-sible speed of the engine; a fairly precise dosage of the fuel, especially in multi-cylinder engines, and consequently a smooth operation with low consumption; a large variation in dosage down to extraordinarily small volumes and consequently great operating elasticity and idling at fairly low speed; a reduction in excess air and consequently in specific effective displacement and weight.
The electromagnetic injector itself is shown in detail in fig.2.
Rod 7, the longitudinal movement of which is limited at one end by seat 8 in which the injection hole 9 is located, and at the other end by central pivot 10 d, slide freely in body 6 with play. a bell 11 screwed to the body 6; between the pivot 10 and the rod 7 is interposed a spring 12 which constantly pushes the rod against the seat. The body 6, the rod 7 and the bell 11 are formed of a magnetic material
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the pivot 10 and the rod 7 (the first fixed and the second mobile) form the core of a solenoid 13, the magnetic circuit of which is interrupted only by the play which exists between the pivot 10 and the rod 7.
When a current flows through the solenoid 13, the latter instantly attracts the rod 7, and when the current ceases, the rod instantly falls back by the effect of the spring 12.
With a suitable conformation of the rod 7 (for example the holes 14, the annular chambers 16-17 and the grooves 18), the fuel which arrives under pressure through the pipe 19 and the hole 14 can freely enter the chamber 17 and be ready to come out through the small injection hole 9 when the rod 7 uncovers it by lifting.
The switch intended to control the passage of current in the solenoid is represented for example by the same FIG. 2 in the case of a single-cylinder motor. A drum 21 of insulating material carries a small shaft 22 rotating in the support 23 fixed to the motor housing 24 and is driven by the latter at the same speed if it is a two-stroke or a single-stroke grinder. speed reduced by half in the case of a four-stroke engine.
On the cylindrical surface of the drum 21 is embedded a small metal blade 25 of trapezoidal shape, in electrical communication with a central button 26 fixed to the drum 21.
A sleeve 27 of insulating material can slide longitudinally on the support 23 and supports two brushes; the first 28 is in constant contact with the button 26, and the second 29 is in constant contact with the cylindrical surface of the drum 21. The two brushes lead the conductors of the electrical circuit in which are included the solenoid 13 of the injector and the battery 3 '.
When the engine is running, and with it the switch, the duration of the injection is obviously equal to the duration of the contact between the trapezoidal part 25 and the brush 29; if the switch drum rotates in the direction of the arrow, axially displacing the sleeve 27, the duration of the contact (and therefore
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injection) varies according to the moment when the displacement begins, the end of this displacement remaining invariable.
In the case of polycylindrical motors, the only electrical switch which controls the flow of current through the various injectors is analogous to that described above, from which it differs only in that there are so many brushes equi- distant (such as 29), that there are cylinders, each brush being electrically connected with an injector; the trapezoidal part being unique, the duration of the injection and its variation is identical for all the cylinders.
The fuel supply apparatus, in the case of low pressure injection into the air supply ducts (either two or four stroke), may consist of a tank in which the fuel is accumulated at constant pressure by any self-regulating diaphragm pump or other known type; or else it may consist, in certain cases, such as for example when liquid acetylene is used, of an ordinary cylinder provided with a pressure reducing valve; in any case, the absolute pressures of the air in the feed line and of the fuel in the injector being constant, the effective injection pressure is also constant.
The fuel supply device must, on the other hand, constitute a special device in the case of high pressure injection (combustion engines), either because it must provide a constant injection pressure when the air pressure in the compression chamber is variable, either because it is not easy to accumulate fuel at high pressures.
It is therefore necessary that, by means of this device, the absolute injection pressure increases exactly like the absolute pressure prevailing in the compression chamber, so that their difference remains constant. This is achieved by each injector by means of a differential piston actuated automatically by the pressure of the combustion chamber on
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the wall of large diameter, and which in turn acts on the fuel contained in the injector with the wall of small diameter.
The assembly is shown in Figure 3 in which the fuel supply apparatus is indicated as being an integral part of the injector for the purpose of eliminating external pressurized pipes. The electromagnetic injector 'is identical to that described above, except as regards the arrival of the fuel. To the body 6 'of the injector is laterally fixed the body 30 in which slides a small piston with two diameters 31-32. A spring 33 constantly pushes this piston in the direction of the larger diameter; on this side it is in constant communication with the compression chamber 34 of the engine by means of the hole 35, and on the side of the smaller diameter it is in constant communication with the annulus chamber 16 'of the injector at the end. through hole 36.
A hole 37 which is uncovered by the piston 32 at the end of its stroke puts the chamber 38 in communication with the fuel tank 39 and a hole 40, still open, serves to discharge into the same tank 39, or on the other hand, the losses which occur in the two small pistons of the chamber 41. The surfaces of the two pistons 31-32. are in relation to each other which one wishes to obtain between the absolute pressures of the fuel and of the oxidant.
In a four-stroke engine, the operation is as follows: during the engine suction stroke the differential piston 31-32. remains, at the end of the stroke, pushed by the spring 33 and subjected to the suction caused by the vacuum in the chamber 34; during the compression stroke, the pressure in the chamber 34, as it increases, prevails over the spring 33, the piston 31-32 as it moves pushes some fuel through 37 to the tank 39, and from from the moment when the piston 32 closes the hole 37, at 38-36-16 'a pressure is established, the value of which is, to that existing in the chamber 34, in the same ratio as that which exists between the surfaces of the small pistons 31 and
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32.
At the desired moment, the switch controlled by the engine (similar to that described above) causes the injector to open electromagnetically and injection begins. The absolute pressure of the fuel increases automatically as that of the chamber 34 and then the injection is carried out at constant effective pressure; the injection ceases with the current. The small piston 31-32 stops in the position where it is at the moment until the end of the unloading of the engine, when, the pressure in 34 vanishing, it is pushed back by the spring. 33 and uncovers the hole 37, creating a vacuum in the chamber 38, which is fed again with fuel for the next cycle.
The pressure thus begins to act on the fuel long before the switch is opened, and ends long after it is closed, so that there is a very great freedom of movement of the injection period.
In a two-stroke engine, the operation is absolutely similar.
The automatic constant effective pressure pump described above has no piping subjected to high pressure, no valves, or mechanical controls; The wear of the piston has no effect on the precision of the injection, since the latter depends only on the electrical control of the injector, and the leaks are compensated by the increase in the displacement of the small piston 32.
In Figures 4 to 6 are illustrated variants relating to: the arrangement of the return spring which acts on the shutter rod; or the elimination of the spring itself by causing both the opening and the closing of the valve by electromagnetic action and the variation of the throw of the nozzle at each opening, obtained by making the injection light variable or by varying the pressure of the liquid to be injected instead of varying the duration of the injection.
While in the previous forms the injector shutter rod was normally pushed by a single
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spring against the internal seat of the injector body itself which it opened by attraction of the solenoid; according to the present variant, we proceed in reverse order (fig. 4), that is to say that the small valve Sa (external, of different shape according to the characteristics required by the fuel jet) normally drawn against its own seat on the body 6a by the spring 12a, opens the annular nozzle 9a, when it is pushed out by the attraction of the solenoid 13a on the core 42 fixed to the rod 7a of the small valve 8a.
According to another variant (fig. 5), the control of the rod, or shutter valve, can take place by electromagnetic action both on opening and on closing without the intervention of the spring, by providing two solenoids 43 and 44, one of which has a fixed core 45 and the other acts on the movable core 46 connected to the rod or small shutter valve 47. In one of the solenoids, the current always passes in the same direction, while in the other, it is reversed alternately so that, the reciprocal polarity of the two solenoids changing direction, the two cores attract or repel each other causing the opening or closing of the small valve or vice versa.
In this case, the member which must control the passage of current in the solenoids is constituted by a switch which controls the solenoid with invariable polarity, and by a switch or inverter which controls the one with variable polarity.
In the previous forms, the variation in the quantity of fuel introduced by each of the injectors was obtained by varying the duration of the injection, that is to say the duration of the electrical contact of the rotary switch. But this variation can also be obtained by -sorting the effective section of the nozzle of the injector, as shown in the example of fig.6. In this case, the injector is generally similar to that described above, except that the supply line 14b. of the fuel is lateral and that the rod 7b ends with a more pointed cone 8b, its stroke being variable by means of the
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displacement of the stop pin 10b, which can be screwed more or less fully into the bell llb.
It is obvious that by varying the opening stroke of the rod 7b, the section of passage of the fuel between the cone 8b of the rod and its own seat is varied.
The axis 10b is provided with a stuffing box 48 or any other orifice capable of preventing leakage of the pressurized fuel contained in the injector, and carries a control lever 49 on the outside.
A third way of varying the amount of liquid injected can also consist of modifying the pressure in the supply tank.
Finally, the variation of the quantity of liquid injected can be obtained with the various combinations of two or of the three systems indicated above (variation of the duration, of the section, of the pressure) according to practical requirements.
The variant according to FIG. 7 relates to another system for feeding the injector, which consists of a differential piston pump similar to that shown, but actuated by the vacuum created by the suction, or by the pressure difference which occurs in the spaces in the supply line before and after the air control throttle.
In this figure, 51 is the engine cylinder, 52 the supply valve, 53-53 'the corresponding pipe with the air regulating butterfly 54 controlled by the lever 55.
The pipe can open to the air or be connected to the compressor, and on it is fixed the electromagnetic injector 56 which, with the switch 57, is inserted into the circuit of the battery 58 and mass M.
The pump which provides the fuel supply to the injector consists of a piston with two diameters 59-60 sliding in its fixed body 61-62 so as to form the two chambers 63-64. The chamber 63 is in constant communication with the part 53 of the supply line downstream of the butterfly 54
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by means of the pipe 65 and the static outlet 66; the back of the piston 59 is in constant communication with the atmosphere through the hole 67, if the engine is supplied by suction and through the pipe 68 and the dynamic intake 69 with the part 53 'of the pipe upstream of the throttle 54 if the motor is supplied by means of a compressor;
the chamber 64 is in constant communication with the interior of the injector 56, by means of the pipe 70 and is placed in communication with the fuel tank 71 by means of the pipe 72 when the opening 73 is unmasked by the piston 60 to limit switch. A spring 74 continuously pushes the piston 59-60 into the lower position compressing a second spring 75 weaker than the first and which can be adjusted by turning the screw 76 by means of the lever 77.
The operation of the device is as follows:
When the supply valve 52 opens, a vacuum forms in the part 53 of the pipe if the engine is operated by suction; or else an absolute pressure smaller than in part 53 'if the engine is supplied by a compressor; in all cases, the piston 59-60 is urged to move upwards by relaxing the spring 75 and by compressing the fuel contained in the chamber 64 in the injector, as soon as the orifice 73 is closed; at the opportune moment, switch 57 closes the circuit, opens the injector and injection begins; at the opportune moment also the switch 57 reopens the circuit, closes the injector and the injection ceases, the piston 59-60 stops and a moment later the supply valve 52 also closes.
The depression in the pipe 53 or the pressure difference between 53 and 53 'then ceases, the piston 59-60 is returned to the bottom by the spring 74 creating a depression in the chamber 70 so that, the orifice 73 being exposed, the fuel is sucked from the tank 71 via the pipe 72.
It must be considered that the pump has only the purpose of preparing and maintaining the fuel under pressure in the injector only during the injection period, but that this period
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is determined only by the electric drive.
The pressure given to the fuel by the aforementioned pump varies according to the engine speed and the degree to which the throttle opens to the air. If the speed decreases by increasing the external resistance, with the air throttle remaining fully open, the injection pressure decreases, as it should be; if the speed decreases by the throttling of the air, the injection pressure increases, and it is necessary to decrease it: this correction is obtained by unscrewing the screw 76, which by relaxing the spring 75, strengthens the spring 74. The lever 77 of the screw 76 can be controlled by hand or automatically.
In Figs. 8 to 12, the combination of the injection method according to the invention with a four and two stroke combustion engine is shown. In particular, the relative position of the fuel injector and the air supply regulator, the direction and the characteristics of the fuel and air jets with respect to the. better mixing and regulation of the two jets with regard to the best dosage at different engine speeds and various atmospheric conditions.
The injector injects the fuel into the supply line, oblique with respect to the cylinder, in directions almost radial with respect to the line itself, so as to give rise to a series of spiral jets of the fuel which are struck. by the supply air jets, which exit in the opposite direction through the air injection slots, peripheral and coaxial with the fuel injector.
These slots are themselves adjustable according to the invention so that the two orders of jets (fuel and air) can be adjusted and metered reciprocally.
This for the four-stroke engine; for the two-stroke engine, the invention relates to a particular position of the injector with respect to the cylinder and with respect to the washing slots
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and air injection.
As shown in Figs. 8, 9 and 10, the cylinder 81 of a four-stroke engine is headed by the suction valve 82 and the exhaust valve 83.
The pipe 84 of the suction valve is very short and to its circular mouth is attached a sleeve 85, carrying the injector 86 in the center. In the wall of the sleeve there are slots 87 in the tangential direction (fig. 9) and triangular and trapezoidal in shape (fig. 10); these slits which serve for the admission of air can be opened or closed by the angular displacement of the shutter ring 88. With the shutter more or less open, the supply air enters the sleeve directly. from the outside, sucked in by the engine; if the latter is supercharged, air is forced by the compressor along the additional spiral line 89. The obturator ring 88, instead of rotating on the sleeve, can slide longitudinally if this is more convenient; in this case, the shape of the slits varies accordingly.
During the opening time of the supply valve, the fuel comes out sprayed in very small tangential jets from all around the injector head, following the arrows a, in correspondence with the mouth of the pipe. ; this vortex of pulverized fuel is completely struck and entrained by the air which enters the sleeve through the tangential slots and goes towards the valve in a rapid helical movement (following arrows b) while rotating in the opposite direction of the direction of the fuel; this results in an intimate mixture of the fuel with the air.
The mixture thus formed being brought into contact with the valve and its seat at high temperature, the vaporization of the fuel takes place at the very moment of its entry into the cylinder, and any possibility of subsequent condensation is excluded. because it is immediately used.
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The law of variation of the amount of fuel injected according to the engine speed is related to that of the amount of air injected so that the mixture always has a very good dosage.
For this purpose the fuel injector may be the adjustable one shown in FIG. 6 and the inclined side of the air slots 87 may have a straight or curved profile most suitable to follow the desired law of variation.
The case of a two-stroke engine is generally shown in Figs. 11 and 12. The cylinder 90 has the washing and feeding slots 91, and the exhaust is accomplished by other ports. and a valve which have not been shown because they are not relevant to the invention. The injection is effected by means of the injector 92 attached to the pipe 93, which serves as a collector for the washing, supply and supercharging air; the jet of fuel is fan-shaped and occurs as close as possible to the edge of a slot, on the closure side, with the aim of prolonging the injection until the last minute before the piston 94 closes it in its return run; the jet is also inclined on the axis of the cylinder to prevent the bottom of the piston, generally convex, from hitting it before it is completely mixed with the air.
If the wash and feed slots are tangential, the helical movement of the air entering the cylinder will further promote its mixing with the fuel. The injection is very brief and takes place at the end of the air supply; in the case of an engine in which the wash lights close after the exhaust (supercharged engine), the injection takes place in the interval between two closings.
In both four-stroke and two-stroke engines each cylinder may have two or more injectors. For example in a four-stroke engine with two suction valves, each valve may have its own injector, and each be supplied with a different fuel, or
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although one can be supplied with fuel and the other with air.
The electromagnetic injector can have a variable range during engine operation by varying the stroke of the small valve.
With this injector, once the two levers which control the variation of the reach of the injector and the variation of the air inlet are suitably linked together, leaving constant the fuel pressure and the angular duration of the injection, it is possible to obtain by the operation of these levers what is called the "duty cycle U" at which. corresponds a curve of minimum specific consumption - u - shown in fig. 13 of the appended drawing.
If, on the other hand, we leave the levers in the position corresponding to the maximum power (point M) and if we gradually increase the resistance to decrease the speed of the motor, we obtain what is called the power curve P " to which corresponds a curve of the specific consumptions p; these consumptions increase gradually with the decrease in speed by the fact that, while the air filling of the cylinder is approximately constant the absolute duration of the injection increases; and this increase is stronger enough if we walk according to the power curve, because in this case, the injection, being done in a medium where the absolute pressure is smaller, is carried out under an absolute pressure more big.
The disadvantage can be completely eliminated so as to. reduce consumption to the theoretical minimum for each operating condition, reducing, with engine speed, injection time or pressure or both together; but this cannot be obtained automatically. On the contrary, it is possible to greatly reduce the fault automatically in two ways: the first consists in reducing consumption to the theoretical minimum in the case which interests the most, that is to say when the engine is preferably running or according to the curve
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power or according to that of use (the choice depending on the use for which the engine is intended); the second is to reduce consumption in both cases but in smaller proportions.
The first way can benefit from the fact that by reducing the speed of an engine, during the feed stroke, the difference between the absolute pressures existing in the feed pipe before and after the throttle valve obeys. with the following laws: it increases if we walk according to the curve of use (line C) and decreases if we walk according to the power curve (line D) but it always maintains the same sign, c ' that is, the absolute pressure between the throttle and the engine is always lower than that between the throttle and the atmosphere or between the throttle and the compressor. The device can be produced, for example, as shown in fig.14 of the accompanying drawing.
A pressure capsule 101 is enclosed in a box 102 and is fixed on one side to the bottom of the box; the other side, free, carries a rod 103 which comes out of the bottom of the box and by means of the rod 104 is connected to the lever 105 which controls the variation of the duration of the contact in the switch intended to supply the currents to the injector electromagnetic, or the fuel pressure variation device.
The interior of the capsule 101 is in constant communication with the air supply line 106 by means of the pipe 107 and the static outlet 108 which opens there between the throttle valve 109 and the engine; the interior of the box 102 is in constant communication with this same pipe 106 by means of the pipe 110 and the dynamic connection 111 which however opens there between the butterfly and the atmosphere and between the butterfly and the compressor . The lever 105 is arranged so that the decrease in injection time or pressure corresponds to the elongation of the capsule, and vice versa. A screw 112 serves as a stop for the lever 105 in the direction of limiting the shortening of the capsule.
The operation of
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The device is as follows: let us assume that the throttle 109 is fully open and that the engine is running at maximum speed and full power (point M of curves P and U) with minimum consumption; the rod 104 being adjusted for the most opportune position of the lever 105 in relation to the elastic characteristics of the capsule 101 and to the difference in the pressures acting on the capsule itself and that under these conditions the screw is adjusted so that 'she barely touches lever 105.
If the engine speed is reduced without varying the position of the throttle 109, i.e. by increasing the external resistance (power curve P), the difference between the pressures acting on the capsule decreases (line D) and the capsule lengthens, reducing the duration or the injection pressure and consequently the consumption; if, on the other hand, the engine speed is reduced by restricting the supply by the butterfly 109 (duty cycle U), the difference between the pressures acting on the capsule increases (line C) but the capsule cannot be shortened by effect of stop 112, and there is no correction in the fuel supply, which will remain that determined by the connection between the levers of the air throttle and the injector.
If it is preferable to reduce consumption to a minimum in the use curve instead of in the power curve, dynamic socket III. will have to act inside the capsule and the static plug 108 will have to act outside said capsule, all the remainder of the device being unchanged.
The second way consists in connecting the lever which controls the variation of the duration or of the injection pressure, with a centrifugal force regulator controlled by the engine so that, at maximum speed, (point M of the curves) the said lever either in the position corresponding to the minimum specific consumption, and that, with the engine slowing down, the duration or the injection pressure is reduced. Naturally in this way if the depletion of the mixture is exactly that desired by the curve
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of use, it will be a little weak in the power curve and if it is that desired by the power curve, it will be a little excessive in the use curve; however, the result will be practically effective.
A type of switch comprising a fixed contact and a movable, controlled by a cam, is shown in fig. 15 and 16. The small levers 121 (in number equal to that of the cylinders of the engine and situated at equal angular distance around the central cam) are supported by their internal end on the cam 122, which rotates at half engine speed, if the latter is four-stroke, and at the same speed if the engine is two-stroke. The small levers 121 made of insulating material oscillate around the axes 123; the springs 124 tend to keep them pressed on the cam, as has been said; at the other end, they carry the contacts 125 which are in electrical communication by means of the springs 124 with the terminals 126, fixed to the frame 127 of the apparatus.
The adjustable contacts 128 are located opposite the contacts 125 and, against them, the small levers 121 stop when the cam 122 presents to them the re-entrant part of its profile. The contacts 128 are attached to a ring 129 which can be rotated a small angle around the support 130 in any way, for example by means of an eccentric 131 controlled by a lever 132. When a pair of contacts 125-128 touch each other, the current from battery 133 enters the device through ground M, and through spring 124 and terminal 126, passes through injector 134, to return to battery 133. The various injectors of the engine are naturally connected to the terminals of the 'switch in a suitable cyclic order.
The angular duration of the passage of the current in each injector depends on the profile of the cam and the clearance left between the contacts 125 and 128; for this, by rotating the ring which carries the contact 129 by a very small angle, the aforesaid clearance and consequently the angular duration of the currents launched at the injectors can be varied. The rotation of the year
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neau 129 can be obtained, as has been said, by moving the lever 132 by hand, but also automatically by connecting this lever with a manometric capsule according to fig. 14.
In the variants according to Figs. 17 to 20, another way of applying the injector is shown, according to which the fuel injection is made while the air is being supplied, but directly into the cylinder after the valve instead of in the line preceding it.
In the example of FIGS. 17 and 18, the head 141 of the cylinder 142 is of the so-called "turbulent" type and forms the duct 143 for passage of the air coming from the valve 144 and directed along the arrows 145 to the cylinder 142.
Injector 146 is located at the head of the cylinder above the valves, and its end is shaped to produce a fan-shaped fuel jet 147 directed toward the cylinder obliquely through line 143; in this way, this jet 147 of fuel and that 145 of air are forced to meet and pass through during the supply stroke, mainly in the constricted zone which constitutes the pipe 143, and thus to mix intimately; the vortex which occurs during the successive compression by the presence of the pipe 143 completes the stirring.
In the exemplary embodiment of FIGS. 19 and 20, the injector 148 is located on one side of the combustion chamber 149 of the cylinder, and at its end shaped so as to produce a jet of fuel 150 in fan below the valve 151 dividing the chamber 149 itself into two parts; in this way this fuel 150 and that 152 of the air coming from the valve are forced to cross and mix intimately; even in this second case, the stirring is completed during the successive compression.
In Figs. 21 and 22, two other types of switches have been shown for sending currents to injectors with electromagnetic operation.
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The first is actuated by the pressure variations which occur in the part of the supply line of each cylinder between the latter and the air shutter, relative to the pressure existing in the part of the line beyond shutter, either that it opens into the atmosphere (in the case of motors supplied by simple suction) or that it is connected to the compressor (in the case of supercharged motors). The second type is actuated by the actuators of the supply valve.
In the device of the first type, FIG. 21, the air supply to the cylinder 161 is effected through the valve 162 via the duct 163-163 'in which the regulating butterfly 164 controlled by the lever 165 is interposed; the duct, in its part 163 ′, is preferably of larger section than in the part 163 and can open out to the atmosphere or be connected. to the compressor. The electromagnetic injector 166, similar to that described above, receives the fuel under pressure through the pipe 167.
The switch consists of an elastic metal membrane 168 clamped by its outer edge between two half-boxes 169 and 170, so as to form two separate chambers; the chamber 171 is in constant communication with the part 163 of the supply duct by means of the pipe 172, and the static plug 173, while the chamber 174 is in constant communication with the part 163 'of the duct by means of the pipe 175 and dynamic socket 176. The membrane 168 is insulated in the box and is part of the electrical circuit; in the center, it carries on one side a contact 177 which corresponds to another contact 178 fixed and isolated to the half-box 169, and on the other side, it carries an insulating stop 179 which rests on the half-box. box 170 by effect of its own elasticity.
A screw 180 controlled by the lever 181 can compress the spring 182 to a greater or lesser extent against the membrane, so as to vary the elastic characteristics of the latter. During the feed stroke
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of the engine, the absolute pressure in part 163 is always less than that in part 163 ′ and this all the more so as the engine turns faster or as the butterfly 164 throttles it more; the difference in section of the duct in the two parts can be used to ensure that the pressure difference is noticeable even if the engine is running slowly or if the valve is fully open, while the presence of the two static 173 and dynamic 176 taps serves to amplify it.
This difference between the two pressures acts on the membrane 168, which, by moving, brings together the two contacts 177 and 178 which close the circuit of the battery 183 in which the injector 166 is inserted, and the fuel injection takes place. . At the end of the supply stroke, the pressure equilibrium in the two parts 163 and 163 'of the duct is reestablished, the membrane 168, by its elasticity, returns to the normal position, opens the circuit and the injection stops.
The pressure difference between the two parts of the duct varies from zero to a maximum during each feed stroke, while the absolute value of this difference varies according to the engine speed and the throttle position. air shutter; it is therefore necessary to regulate the duration of the contact so as to obtain in each case an injection duration such that the quantity of fuel injected is proportional to the quantity of air admitted. This regulation is obtained by moving the screw 180, which, by compressing the spring 182 to a greater or lesser extent against the membrane 168, makes the latter more or less sensitive to the difference between the pressures acting on its two faces and consequently increases or decreases the duration of the contact, that is to say of the injection.
If the engine slows down with the throttle fully open, due to the increase in external resistance, the difference between the pressures acting on the diaphragm decreases and automatically also decreases the injection time, without the need to use the screw 180. If the
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As it slows down by restricting the air, the difference between the pressures acting on the diaphragm increases and also increases the duration of the injection; it is then necessary that the screw 180 intervenes to shorten it. This intervention can be obtained by hand by acting on the lever 181, or else automatically by connecting this lever to any device. Fig. 22 shows an exemplary embodiment of the second type of switch actuated by the control members of the supply valve.
Since any of the reciprocating members which control the supply valve of each cylinder can be used for this purpose, in the example it was assumed to use part 184, which by means of the small ring 185, which is integral with it, causes the small lever 186 to oscillate around its support 187 so that when the part 184 rises to open the valve 188, the lever 186 pushes the elastic intermediate member which must close the electrical circuit of the injector. This member may for example consist of two parts 189 and 190 sliding one inside the other and maintained at a maximum total length preestablished by a spring 191. A second spring 192, weaker than the previous one, maintains the elastic member. 189-190-191 in contact with lever 186.
The part 190 carries at its lower part the contact 193 which faces another contact 194 fixed to the screw 195 controlled by the lever 196. The elastic member 189-190-191 and the screw 195 are held in the supports 197 and 198 isolated from the mass by means of the thicknesses 199 and, by means of the terminals 200 and 201, they are interposed in the circuit of the injector 202 and of the battery 203.
The operation of the device is as follows:
As the valve 188 opens, the lever 186 slides the member 189-190-191 crushing the spring 192 (which is weaker than 191) until the contact 193 comes.
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press against contact 194; From this moment the circuit closes and fuel injection begins. As the valve continues to open, the elastic member 189-190-191 shortens by squeezing the spring 191, and as the closing begins it elongates until both terminals 193 and 194 separating, the injection ceases.
By rotating the screw 195 through a certain angle, the distance between the contacts 193 and 194 with the valve closed is varied, and thus the duration of the passage of the current is varied with respect to the duration of the opening of the valve; the lever 196 can be controlled by hand or automatically as described for the switch of the previous type.
Although many variations of execution and application have been described, it is understood that the invention should not be limited to these forms, many other variations which can be found using the same principles and forming part of the invention. therefore within the scope of the present invention.
CLAIMS.
1. A method of injecting fuel into internal combustion engines consisting in that the fuel is introduced into the engine through electromagnetically controlled injector means in which the fuel is present under pressure so that the difference between the outlet pressure of the fuel outside the injector means and that of the medium into which it is injected is practically constant.