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BREVET D'INVENTION PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES D'ALIMENTATION POUR MOTEURS
A COMBUSTION INTERNE.
La présente invention a trait à des dispositifs d'alimentation en combustible pour moteurs à combustion interne, en particulier du type à injection solide et à allumage par étincelles,
Dans les moteurs de ce type, on rencontre de grandes difficultés à coordonner le débit de combustible et celui de l'air pour des régimes et des charges variables. D'autres difficultés viennent encore s'ajouter aux précédentes quand le moteur fonctionne à des altitudes variables, par exemple quand il est monté sur un aéronef.
Un objet de la présente invention est de réaliser un dispositif de réglage utilisable sur les moteurs du type à injection, qui permette de doser correctement le mélange d'air et de combustible quels que soient le régime et la charge du moteur.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un
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dispositif de réglage du mélange combustible utilisable sur les moteurs à combustion interne du type à injection solide, qui délivre automatiquement un mélange combustible/air correctement dosé pour les conditions variables de pression atmosphérique et de température.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif de commande utilisable sur les moteurs à combustion interne du type à injection tel que le débit d'air admis au moteur soit commandé à la main et que le débit de combustible soit contrôlé en fonction de la masse d'air admise au moteur.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif de commande utilisable sur les moteurs à combustion interne du type à injection tel que le débit du combustible soit contrôlé à la main et que le débit d'air soit réglé en fonction du débit de combustible délivré au moteur.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif de commande utilisable sur les moteurs à combustion interne du type à injection, tel que le pilote puisse faire varier aisément, entre des limites déterminées, la richesse du mélange que le dispositif de commande doit automatiquement maintenir à un taux constant.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un système perfectionné d'alimentation en combustible destiné aux moteurs à combustion interne du type à injection et à allumage par étincelles.
Dautres objets et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement de la description détaillée qui suit et des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une représentation en élévation dtun moteur à combustion interne comportant une application de
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la présente invention;
La figure 2 est une vue schématique en coupe d'une modification de l'invention où le papillon réglant l'admission d'air est actionne par le pilote et où le débit de combustible se trouve contrôlé automatiquement; et
La figure 3 est une vue schématique en coupe d'une autre variante où le pilote contrôle directement le débit de combustible et où le papillon réglant l'admission d'air est manoeuvré automatiquement.
Sur la figure 1, à laquelle on se reportera tout d'abord, est représenté un moteur à combustion interne 10, auquel est appliquée la variante de la présente invention représentés sur la figure 2. L'air qui est admis dans le moteur par l'intermédiaire de la buse il, du compresseur 12 entraîné par le moteur etde la tubulure d'admission 15 a son débit réglé par un papillon 14 actionné par le pilote au moyen de la tringlerie 15 etdu levier 16 .
Le combustible est injecté dans chacun des cylindres par l'intermédiaire de conduits 17, par une pompe d'injection la entraînée par le moteur en synchronisme avec lui de la .Façon habituelle. Le combustible est envoyé à la pompe 18 par l'intermédiaire du conduit 19, du dispositif de commande 2@, et du conduit 21. La pompe 18 peut être d'un type approprié quelconque à débit variable, ce débit étant contrôlé par une tige 22, de telle sorte qu'il croisse quand la tige se déplace vers la droite et décroisse quand la tige se déplace vers la gauche, quand on regarde la figure.
Un levier 23 qui pivote sur un organe fixe 24 constitue une liaison unilatérale avec la tige de commande 22 et est actionnée par le pilote au moyen d'une tringle 25 afin d'accroître le débit de la pompe
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d'injection pendant l'opération de démarrage. La tige de commande 22 est reliée à l'une des extrémités d'une tige 28 à laquelle est fixé un piston 29 comme représenté sur la figure 2, ce piston étant 'susceptible d'un mouvement alternatif dans un cylindre 30 et sollicité vers la gauche par un ressort de compression 31. Un évent 32 est prévu à l'extrémité droite 30 du cylindre et peut être calibré pour contrôler l'effet d'amortissement de l'air par rapport au piston 29.
Le piston 29, et par suite la tige 22 , sont commandés par un dispositif de contrôle qui comporte un système doseur 33 et un servo-moteur 34, l'élément commandé étant le piston 29 comme on L'expliquera ultérieurement.
Comme représenté sur la figure 2, un Venturi.35 est prévu dans la buse 11 en amont du papillon et une chambre annulaire 36 est ménagée à la périphérie de ce.Venturi et communique, par les tubes 37, avec l'entrée d'air 38, de sorte qu'iL y règne la pression de l'air entrant. Un Venturi primaire 40 est monté dans le conduit d'air concentriquement au Venturi 35 et une chambre annulaire 41 y est ménagée en communication avec le col du Venturi.
Le système doseur 33 est divisé en quatre chambres de pression 43, 44, 45 et 46 par trois petits diaphragmes d'étanchéité 48, 49,50 et deux grands diaphragmes de commande 53, 54, chacun de ces diaphragmes étant fixé à sa périphérie dans le boîtier de l'ensemble et à son centre à une tige 55.
Une rainure annulaire est ménagée sur chacun de ces diaphragmes pour permettre à la tige 55 de se déplacer longitudinalement avec une liberté relative. La chambre 43 communique par le conduit 57 avec la chambre annulaire 36 ménagée autour du Venturi 35 et il y règne de ce fait la pression de l'air entrant.
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La cinabre 44 communique par le conduit 58 avec la chambre anulaire -il menacée autour du Venturi 40 etil y règne de ce fait IL- dépression eu col du Venturi, Le conduit 57 est contrôlé par un pointeau 60 fixé à une capsule étanche ou anéroïde 61 qui en détermine la position, cette capsule est soumise à la pression de l'air entrant et est montée de façon à dégager le conduit 57 pour les pressions barométriques élevées (.par exemple au niveau du sol) et à l'obturer partiellement aux basses pressions (hautes altitudes par exemple).
La capsule GC contient do préférence de l'air ou un autre gaz de façon à être sensible aux variations de températures aussi bien qu'à celles de pressions et peut être partiellement remplie d'huile ou autre liquide pour amortir les vibrations.
Le volume du gaz contenu dans la capsule et sa pression, absolue sont tels que la capsule soit sensible directement aux variations de densité de l'air entrant dans le conduit d'induc- tion, que ces variations de densité résultent de changements de température ou de pression de l'air entrant. Dans Les cap- sules à amortissement par l'huile, on a jugé préférable d'utiliser un gaz inerte tel que l'azote plutôt que de l'air, car l'oxygène de l'air se combine lentement à l'huile et de ce fait le réglage se trouve altéré.
Un. conduit 62 comportant un orifice calibré 63 reliele conduit 58 au conduit 57 en un point compris entre le pointeau 68 et la chambre 43. L'orifice calibré 65 est de section roletivement faible et l'écoulement d'air à travers cet crifice au cours du fonctionnement ne modifie que de façon @égligeable les pressions régnant dans les chambres 43 et 44 quand le :'oint;
eau 60 se trouve dans la position d'ouverture tendis qu'il prend une valeur relative de plus en plus impor-
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tante et tend à réduire la différence des pressions régnant dans les deux chambres quand le pointeau se ferme progressivement pour les raisons qui seront indiquées par la suite.
Un réservoir de combustible 66 alimente par le conduit 67 une pompe à basse pression 68 d'un type connu quelconque; celle, qui a été. représentée est du type à palettes coulissantes et comporte un by-pass 69 commandé par une soupape de retenue 70 qui maintient sensiblement constante la pression du combustible débité.
Le conduit 18 relie la pompe 68 au dispositif de contrôle 20 du débit de combustible et peut comporter une chambre d'évacuation d'air ou de vapeur 73 d'où part un conduit de retour 74 qui est commandé par un flotteur et aboutit au réservoir de combustible. comme le combustible utilisé dans la plupart des moteurs à injection possède géréralement des caractéristiques de volatilité plus basses que celles des combustibles employés dans les moteurs à carburateurs, le combustible peut ne pas avoir tendance à donner des vapeurs aux températures et aux pressions rencontrées à bord des aéronefs. Dans ce cas, on peut supprimer la chambre 73.
On voit également que la pompe basse pression 68 peut être supprimée dans certains cas, par exemple dans les installations où le réservoir se trouve au-dessus du niveau de le. pompe d'injection la. Le système de contrôle 20, comme il est représenté sur la figure 2, comporte trois orifices calibrés 76, 77, et 78 disposés en parallèle et qui relient les conduits 19 et 21.
L'orifice calibré 76 a une section fixe et détermine le débit minimum de combustible, c'est-à-dire le réglage pauvre comme il sera exposé par la suite. L'orifice 77 est contrôlé par une valve 79 présentant une partie conique 80 et une partie cylindrique 81; cette valve est actionnée par le pilote par l'intermédiaire du levier de commande 82, de la tringle 83
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et du levier 84.
L'orifice 77 est obturé par la valve 79 quand le levier 82 se trouve à lu position droite ou de mélange pauvre etestouverte @u maximum (maximum que détermine la différence
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des diiluiètres de l'orifice 77 et de la partie cylindrique 81 de la valve; quand le levier se trouve à la position gauche ou de Plonge riche. 11 est évident que l'orifice fixe 76 et l'orifi-
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coi.
YDri8.blo 77 pourraient être replacés facilement par un ori- fice unique que l'on utiliserait conjointement avec une tige de dosage à stases pour varier entre un maximum et un minimum. la section d'écoulement offerte au combustible.
L'orifice 78 est commandé par un pointeau 86 fixé
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à U-'-C dL,l;IT, <:;::18 37 7 et sollicite normalement dans le sens correspondant à 1'.- fermeture de l'orifice 78 par un ressort de COl1l- ¯7..s io¯a xr, L;' 5=ci supérieure du diaphragme 87 est soumise à la r3ssiOl,- (lu, cordjuctible èLé.,:lS le conduit 81 et la face inf'é- :;::L:n.T8 à Ir p1.'0,-:.:,.1.0:1 d'j. cor-bustible dans le conduit 19. La différence des pi ei=1?ns r]liCu68s sur les faces opposées du dia- ¯,= .n.=j=i> . i> '.;:::;i CillC (rie à la pé1rte de charGe à travers les orisi,ces calibres ci: è 38 désignée normalement sous le nom de pres- :::;:c: cli.2f,;rQúticlle :le (lo:J::;,[}3 de combustible.
Le ressort 88 4, choisi l3 1;0110 scrtc par rapport à la surfs.ce du diaphragme 7 cu'11 cède et ou\'T3 la soupape 26 quand la pression différenti-llj 'le dos c c,tcint une valeur donnée afin dtaccroître la sectio;i offerte a1= combustible.
Le conduit 90 fait communiquer la OE1albre 46 du j,1 spositif ,le c1o.;-.<,:o 33 avec le conduit 19 (en amont des orifi- ces calibres) et de même le conduit 91 fait communiquer la cham- bre 45 avac le conduit de combustible 21 (en aval des orifices calibres). Des valves 92 sont prévues dans les chambres
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45 et 46 pour éliminer l'air et permettre le remplissage des chambres par le combustible.
La tige 55 du dispositif de dosage est connectée par des joints à rotule à la soupape de commande 93 d'un servo-moteur 34 qui peut être d'un genre quelconque propre à actionner la tige 22 de la pompe d'injection 18; celui qui a été représenté, et qui est du type à fluide moteur, est alimenté par le conduit 94, le conduit 95 assurant le retour du fluid.e. La soupape 93 est un organe cylindrique ou tiroir présentant une partie centrale décolletée 96; les extrémités de la soupape 95 en dégageant l'admission 94 de fluide obture simultanément le retour 95 quand la soupape se déplace vers la. droite. Un conduit 97 relie la partie du servo-moteur comprise entre les extrémités de la valve, à l'extrémité gauche du cylindre de commande 30.
On voit aisément qu'au fur et à mesure du mouvement du tiroir 93 vers la droite, la pression du fluide sur le piston 29 augmente et provoque le déplacement vers la droite du piston 29 et de la tige 22 de la pompe, en antagonisme avec le ressort 51.
Un petit ressort de compression 98, logé entre l'extrémité gauche de ,la tige 55 du système de dosage et un support élastique réglable 99 sollicite vers la droite la tige 55 et le tiroir 93 qui lui est fixé. Le ressort 98, bien que n'exerçant qu'un faible effort sur la tige de commande 55, produit un effet d'enrichissement pendant le ralenti, comme il sera exposé par la suite. quand le moteur fonctionne, l'air est aspiré par la buse 11 et les Venturis 35 et 40, et il s'établit une différence entre la pression dans la manche à air 38 et la pression au col du venturi 40 ;
cette différence est proportionnelle
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au produit du carré de la vitesse de l'air par la densité de l'c.ir. Corne la vitesse de l'air qui passe dans le conduit d'air est proportionnelle au quotient de la nasse de l'air par
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la densité, on voit feLcîlci.ienL, due la différence de pression créée par le Venturi est proportionnelle au carré de le. masse de l'air admis divisé par lc, densité.
Si la densité est supposée constante afin de faciliter les explications, la différence de pression créée par le
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Venturi est directement proportionnelle au carré de la masse d'air qui passe. Dans ces conditions de densité constante, on voit que la pression de l'air entrant, transmise par les tuhes
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37, la chambre annule ire 36 et le conduit 57 à la chaire 45, e la pression au col du Venburi transmise par la chambre annu- laire 41 et le conduit. 58 à la chambre 44, vont s'exercer sur
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le dial'hregi.ie 53 qui sera soumis à leur différence et appliquera 1 tiez de co:::rJ.C'.l1de 55 une force dirigée vers la droite et ù.:rectc:'.O,1t proportionnelle au carré de la masse de l'air.
Quand la densité varie, la relation précédemment établie entre la dépression créée par le Venturi, la masse d'air et la densité montre que la dépression augmente quand la densité décroît, si le masse d'air est maintenue constante en augmentant loa vitesse (le l'air. Toutefois, quand la densité décroît par suite des variations de la pression ou de la tempé-
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rature, le. cepsulo Gl es dilate e le pointeau 60 obture parti'3llo:.'.it le conduit 57, de façon à rendre le rôle du conduit 62 plus office ce et réduire la. différence de pression appliquée 'U Q.:..:.'l1r3.[L1e 53.
Un rende-nb la capsule 61 sensible aux vari=.tàons de 1; densité de l'eir, que ces variations résultent des variations de pressions ou de températures, comme il a été
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exposé ci-dessus, et en profilant convenablement l'extrêmité
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du pointeau 60, la différence de pression appliquée au dia- phragme 53 , et par suite la force qui en résulte, est main- @ tenue directement proportionnelle au carré de la masse d'air admise dans le moteur, indépendamment de la densité de l'air.
L'effort déterminé sur la tige de commande 55, par l'écoulement de l'air, s'il n'était pas contrebalancé, déplacerait la tige et la soupape 93 qui lui est fixée vers l'extrême droite. Toutefois, quand la soupape se déplace vers la droite, l'orifice d'admission 94 est découvert et la pression du fluide moteur agit par l'intermédiaire du conduit 97 sur le piston 29 qui se déplace, entraînant vers la droite la '.tige de commande 22 de la pompe d'injection qui lui est fixée et déterminant l'accroissement du débit de la pompe à combustible. Les orifices 77 et 78 étant fermés, tout le combustible qui est reçu par la pompe d'injection 18 passe à travers l'orifice 76, ce qui provoque une perte de charge à travers celui-ci.
Comme la densité du combustible'reste sensiblement constante, quelles que soient les conditions ren- contrées, la perte de charge est directement proportionnelle au carré de la masse de combustible qui s'écoule.
Les pressions du combustible en amont et en aval de l'orifice 76 sont transmises aux chambres 46 et 45 par les conduits 90 et 91 respectivement. La différence de pression qui s'exerce ainsi sur le diaphragme 54 détermine l'application à la tige de commande 55 d'un effort agissant vers la gauche et proportionnel au carré de la masse de combustible délivré au moteur.
La tige de commande 55 se déplace donc vers la droite sous l'action de la force créée par l'écoulement de l'air jusqu'à'ce que le débit du combustible augmente au point
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que la force qu'il détermine et qui agit sur la tige de
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cc¯¯"1<<le équilibre exactement la force due à l'air. Comme les forces dues à l'écoulement de l'air et du combustible sont proportionnelles respectivement aux carrés des niasses d'air etde combustible, on voit que le rapport air/combustible sera
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mcinbenu consbant il Moins que l'équilibre des forces ne soit détruit par des facteurs extérieurs tels que le ressort de
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r,lcnt;i 98.
La force du ressort de ralenti agissant vers la droite, en c'ajoubant à l'effort résultant de l'écoulement de l'cir, d6tcr;..inc. un accroissement du débit de combustible, et ],-Î conséquent 1 formation d'un mélange plus riche que celui ,¯:.:-L 1'6.:.;;.11 tc1'e-i \; de la seule action de la force due à l' écoulemcnb d3 l'air, Pour les faibles débits d'air, la force du ressort 98 représente un pourcentase relativement Erand de l'effortdû à l'écoulement de l'air et détermine par suite un
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enrichissement relativement Gron-d. Au contraire, quand le djjit l'air r.u:,eîlte, l'action imputable au ressort devient do moins en moins Importante par rapport à 11 action imputable à l'air, ce qui réduit l'enrichissement.
Un tel montage détermine la formation d'un mélange riche pour la marche au ralenti; comme il est nécessaire de l'avoir.
Pour démarrer le moteur, le pilote ouvre le papillon 14 et fait tourner le moteur;la différence de pression résultant du passage de l'air déplace la tige de commande 55 vers la droite en dégageant l'orifice 94. Si l'on dispose à ce moment de fluide moteur sous pression, la tige de commande 2 de la pompe viendra prendre une position d'ouverture partielle et le moteur démarrera. Toutefois, si la pompe qui délivre le fluide moteur est entraînée par le moteur, l'on ne disposera vraisemblablement au cours de l'entraînement que
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d'une pression insuffisante pour vaincre la force du ressort 31 qui tend à déplacer la tige de commande 22 dans le sens correspondant à la diminution du débit.
Pour cette raison, il est prévu une tringle 25 et un levier 23 fixé à cette tringle, pour permettre au pilote d'augmenter à la nain le débit de la pompe d'injection afin qu'il corresponde à la quantité d'air aspiré par le moteur durant l'entraînement et que le démarrage du moteur soit possible.
L'orifice 77 et la valve 79 sont prévus pour donner au pilote, dans certaines limites, un contrôle de la richesse effective du mélange délivré au moteur. En ouvrant la valve 79, la section totale offerte au combustible augmente et comme le système de dosage 33 établit un équilibre entre la différence de pression créée par l'écoulement de l'air et la différence de pression créée par l'écoulement du combustible, indépendamment de la quantité réelle de combustible qui s'écoule, une augmentation de la section offerte au combusti- ble sans modification de la pression différentielle de dosage aura pour effet l'apport de combustible supplémentaire et par suite la formation d'un mélange plus riche.
On sait que lorsque la puissance développée par un moteur dépasse une valeur déterminée, il est nécessaire de fournir un mélange plus riche. ceci est réalisé dans la présente invention au moyen du pointeau 86 qui contrôle l'orifice 78. Le débit d'air augmentant, la différence de pression créée par l'écoulement de l'air et par suite la différence de pression créée par l'écoulement du- combustible augmente comme exposé ci-dessus. Quand la différence de pressioncréée par l'écoulement du combustible agissant sur le diaphragme 87 atteint une valeur déterminée, le ressort 88 cède et permet.
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l'ouverture du pointeau 86.
Du fait de l'ouverture du pointeau et de 1'accroissement corrélatif de la section offerte au combustible, la différence de pression créée par l'écoulement du combustible tend à décroître et par suite la tige de commande 55 se déplace vers la droite, ce qui augmente le débit de la pompe d'injection 18 jusqu'à ce que la différence de pression créée par l'écoulement du combustible redevienne égale à la différence de pression créée par l'écoulement de l'air.
Il est à noter que, puisque la différence de pression créée par l'écoulement du combustible qui agit sur le diaphragme 87 de l'économiseur estmaintenue égale à la différence de pression agissant sur le diaphragme 53, le pointoau 86 s'ouvre quand la classe de l'air admise au moteur atteint une valeur déterminée indépendamment; de l'altitude etde la richesse du mélange délivré au moteur.
La variante représentée sur la figure 3 est analogue à beaucoup d'égards à la réalisation de la figure 2, mais en diffère en premier lieu en ce que le pilote commande directement le débit de la pompe d'injection au lieu du papillon d'air, ce dernior étant commandé par le système de dosage et le servo-moteur qui lui est associé.
Comme les deur réalisations présentent des points communs, les éléments correspondants portent les mêmes références augmentées de 100
Comme précédmment, le combustible venant d'un réservoir 166 est eduis dans la pompe d'injection 118 par l'latermédiaire d'un conduit 167, de la pompe à combustible 162, du conduit 119, de l'orifice calibré 176 et du conduit de combustible 121. La quentité de combustible injectée dans
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le moteur par les conduits 117 est contrôlée directement par le pilote au moyen de la tringle 220 fixée à la tige 122 de commande de la pompe.
La pression au col du Venturi 140 est transmise à la chambre 144 du dispositif de dosage 133 par le conduit
158 et la pression dans la manche à air 138'est transmise à la chambre 143 par les tubes 137, la chambre annulaire 136 et un conduit 157. La capsule 161 et le pointeau 160 qui lui est fixé contrôle le débit dans le conduit 157 et per suite, comme précédemment, fait varier l'efficacité du conduit ca.li- bré 162.
Le papillon 114 est commandé par le piston 129 ac- tionné par un servo-moteur par l'intermédiaire de la tige
128, du levier 221, de la tige 222 et du levier 116 rigide- ment lié au papillon. ' Une tringle 223 qui a une liaison uni- latérale avec le. levier 116 aboutit dans le poste de pilotage , et permet une ouverture partielle du papillon pendant I'opé- ration de démarrage,
Comme exposé précédemment, le combustible qui arrive 4 la pompe à combustible subit une perte de charge en passant par l'orifice calibré 176, une différence de pression s'exerce donc sur le diaphragme 154, de qui détermine l'ap- plication à la tige 155 d'un effort dirigé vers la gauche; cet effort est proportionnel à la quantité de combustible qui passe à travers l'orifice 176.
De même, l'air passant dans le conduit 111 crée une différence de pression qui s'exerce sur le diaphragme 153 et détermine l'application à la tige de commande 155 d'un effort dirigé vers la droite, cet effort étant proportionnel à la masse de l'air admis.
Au cours du fonctionnement, le pilote règle la quantité, de combustible délivrée au moteur au moyen de la tige 220. Le combustible reçu par la pompe crée une force
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qui agit sur la tige de commande 155 et la sollicite vers la gauche; cette tige entraîne avec elle le tiroir 193 du servo-moteur qui lui est fixé, ce qui a pour effet de découvrir l'orifice d'admission 194 du fluide moteur. La pression du fluide moteur transmise par le conduit 197 s'exerce sur le piston 129, et le sollicite vers la gauche pour ouvrir le papillon 114.
Si aucun effortne venait s'opposer à l'effort croc par le cornue bible sur le. tige de commande 155, celle-ci se dépl@cereit versla gauche et découvrirait complètement 1'admission 194 du fluide moteur, ce qui amènerait le papillon 114 dans le position de pleine ouverture. Toutefois, le débit d'air augmentunt, la force créée par le passage de l'air, qui agit sur la tige de commande 155 en antagonisme avec la force due à l'action du combustible, sugemente également.11 s'ensuit que le papillon 114 s'ouvre d'une quantité suffisante pour déterminer la création par l'air d'une force qui équilibre la force due au combustible.
On réalise donc un mélange de richesse constante.
Sur la figure 3, l'orifice 178 de l'économiseur est commandé par une soupape 225 sollicitée vers la droite par un ressort de compression 226 qui tend à l'appliquer sur son siège;son ouverture estcommandée par le levier 227 qui a une liaison unilatérale avec la tige de la soupape 225. Le levier 227 est actionné par la tige de commande 122 de la pompe pcr l'intermédiaire du levier 229 et de la tringle 230, et est monté de façon à ouvrir la soupape 225 quand la tige 122 de la pompe s'est déplacée d'une quantité déterminée dans le sens correspondant à l'augmentation du débit de la pompe.
Ce type d'économiseur enrichit le mélange quand la charge de combustible par course excède une quantité déterminée.
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La soupape 225 est de préférence d'un type à ouverture lente pour des raisons qui vont maintenant être exposées. Comme le débit du combustible est déterminé par la vitesse du moteur et la position de la tige de commande 122 de la pompe, une ouverture brusque de la valve 225 quand la tige de commande atteint une certaine position augmenterait la section offerte au combustible et réduirait par conséquent la pression différentielle du combustible. Une telle diminu- tion brusque de la pression différentielle de combustible transmise au système de dosage 135 déterminerait le mouvement vers la droite de la tige de commande 155, ce qui fermerait partiellement le papillon. L'enrichissement serait parsuite obtenu par une diminution du débit d'air et non par une augmentation du débit de combustible.
En prenant une soupape 225 à ouverture lente, le débit de la pompe croît suffisamment lors de l'ouverture de la soupape 225 pour produire une pression différentielle croissante du combustible et par conséquent une ouverture simultanée du papillon.
Il est évident que les types de montage de la soupape d'économiseur représentés sur les figures 2 et 3 sont interchangeables. En outre, bien qu'on n'ait pas repré- senté sur la figure 3 le dispositif de contrôle du mélange par le pilote, il est évident que le montage représenté en 77 sur la figure 2 est également applicable à la modification représentée sur la figure 3 . on sait que la masse de l'air consommée par un moteur à pleine ouverture est moindre, aux altitudes élevées, qu'aux altitudes moindres ou au sol.
Par conséquent, lorsque le pilote actionne vers la gauche la tige de commande de la pompe pour- augmenter le débit de combustible de la pompe aux
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hautes altitudes, le papillon s'ouvre en même temps et atteint la position de pleine ouverture avant que la tige de commande de la porape n'atteigne elle-même la position correspondant au débit maximum. Si l'on continuait à actionner dans ce sens la tige de commande du combustible, on augmenterait le débit de combustible sans augmenter le débit d'air de façon correspondante, et il s'ensuivrait que le mélange serait beaucoup plus riche, Afin qu'un tel enrichissement ne puisse se produire, on peut utiliser diverses dispositions.
On se propose d'utiliser la construction décrite ci-après qui indique au pilote que lc popillon a atteint sa position de pleine ou- verture.
La construction proposée comporte un circuit électrique comprenant une source d'énergie électrique 235, un interrupteur indiqué en 236, et une lampe-témoin ou instrument indicateur 237 monté sur le tableau de bord dans le. poste de pilotage. un levier 238 fixé rigidement à l'axe du. papillon 114 est disposé de façon à venir en contact avec le disque 240 de l'interrupteur qu'il enfonce pour établir le circuit entre les contacts 241 et 242 quand le papillon at- teint la position de pleine ouverture.
Un ressort de compression 245 sollicite normalement le disque 240 vers le haut pour interrompre le circuit. quand la lampe-témoin s'allume, le pilote saitdonc que le papillon a atteint la position de pleine ouverture et que le mouvemntultérieur de la tringle 220 vers la gauche ne fera que produire un enrichiscoment du mélange sens accroître le débit d'air.
Bieu que l'invention ait été décrite en ne se référ@nt qu'à doux variontes, elle ne leur est pas limitée.
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PATENT OF INVENTION IMPROVEMENTS TO POWER SUPPLY SYSTEMS FOR ENGINES
INTERNAL COMBUSTION.
The present invention relates to fuel supply devices for internal combustion engines, in particular of the solid injection and spark ignition type,
In engines of this type, great difficulty is encountered in coordinating the flow of fuel and that of air for varying speeds and loads. Other difficulties are added to the previous ones when the engine operates at varying altitudes, for example when it is mounted on an aircraft.
An object of the present invention is to provide an adjustment device which can be used on engines of the injection type, which makes it possible to correctly dose the mixture of air and fuel whatever the engine speed and load.
Another object of the invention is to achieve a
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device for adjusting the fuel mixture usable on internal combustion engines of the solid injection type, which automatically delivers a fuel / air mixture correctly dosed for varying conditions of atmospheric pressure and temperature.
Another object of the invention is to provide a control device which can be used on internal combustion engines of the injection type such that the flow of air admitted to the engine is controlled by hand and that the flow of fuel is controlled as a function. of the air mass admitted to the engine.
Another object of the invention is to provide a control device which can be used on internal combustion engines of the injection type, such that the fuel flow is controlled by hand and the air flow is adjusted as a function of the fuel flow. fuel delivered to the engine.
Another object of the invention is to provide a control device that can be used on internal combustion engines of the injection type, such that the pilot can easily vary, between determined limits, the richness of the mixture that the control device must. automatically maintain at a constant rate.
Another object of the invention is to provide an improved fuel supply system intended for internal combustion engines of the injection and spark ignition type.
Other objects and advantages of the invention will emerge more fully from the detailed description which follows and from the appended drawings in which:
Figure 1 is an elevational view of an internal combustion engine having an application of
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the present invention;
FIG. 2 is a schematic sectional view of a modification of the invention where the throttle regulating the air intake is actuated by the pilot and where the fuel flow is controlled automatically; and
Figure 3 is a schematic sectional view of another variant where the pilot directly controls the fuel flow and where the throttle regulating the air intake is operated automatically.
In Figure 1, to which reference will first be made, is shown an internal combustion engine 10, to which is applied the variant of the present invention shown in Figure 2. The air which is admitted into the engine by the 'via the nozzle 11, the compressor 12 driven by the engine and the intake manifold 15 at its flow rate regulated by a butterfly valve 14 actuated by the pilot by means of the linkage 15 and the lever 16.
The fuel is injected into each of the cylinders via conduits 17, by an injection pump driven by the engine in synchronism with it in the usual manner. The fuel is sent to the pump 18 via the conduit 19, the control device 2 @, and the conduit 21. The pump 18 may be of any suitable type with variable flow rate, this flow rate being controlled by a rod. 22, so that it grows when the rod moves to the right and decreases when the rod moves to the left, when looking at the figure.
A lever 23 which pivots on a fixed member 24 constitutes a unilateral connection with the control rod 22 and is actuated by the pilot by means of a rod 25 in order to increase the flow of the pump
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injection during the start-up operation. The control rod 22 is connected to one end of a rod 28 to which is fixed a piston 29 as shown in Figure 2, this piston being 'capable of reciprocating movement in a cylinder 30 and biased towards the left by a compression spring 31. A vent 32 is provided at the right end 30 of the cylinder and can be calibrated to control the damping effect of the air relative to the piston 29.
The piston 29, and consequently the rod 22, are controlled by a control device which comprises a metering system 33 and a servomotor 34, the controlled element being the piston 29 as will be explained later.
As shown in Figure 2, a Venturi. 35 is provided in the nozzle 11 upstream of the butterfly valve and an annular chamber 36 is formed at the periphery of this Venturi and communicates, through the tubes 37, with the air inlet. 38, so that the pressure of the incoming air reigns there. A primary Venturi 40 is mounted in the air duct concentrically with the Venturi 35 and an annular chamber 41 is provided therein in communication with the neck of the Venturi.
The metering system 33 is divided into four pressure chambers 43, 44, 45 and 46 by three small sealing diaphragms 48, 49,50 and two large control diaphragms 53, 54, each of these diaphragms being fixed at its periphery in the housing of the assembly and at its center to a rod 55.
An annular groove is provided on each of these diaphragms to allow the rod 55 to move longitudinally with relative freedom. The chamber 43 communicates via the duct 57 with the annular chamber 36 formed around the Venturi 35 and there is therefore the pressure of the incoming air.
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The cinnabar 44 communicates through the duct 58 with the anular chamber - it is threatened around the Venturi 40 and there is therefore IL - depression at the neck of the Venturi, The duct 57 is controlled by a needle 60 fixed to a sealed or aneroid capsule 61 which determines its position, this capsule is subjected to the pressure of the incoming air and is mounted so as to release the duct 57 for high barometric pressures (for example at ground level) and to partially block it at low pressures (high altitudes for example).
The GC capsule preferably contains air or other gas so as to be sensitive to variations in temperature as well as pressure and may be partially filled with oil or other liquid to damp vibrations.
The volume of gas contained in the capsule and its absolute pressure are such that the capsule is directly sensitive to variations in the density of the air entering the induction duct, whether these variations in density result from changes in temperature or incoming air pressure. In oil-damped capsules, it has been found preferable to use an inert gas such as nitrogen rather than air, since the oxygen in the air combines slowly with the oil and therefore the setting is altered.
A duct 62 comprising a calibrated orifice 63 connecting the duct 58 to the duct 57 at a point between the needle 68 and the chamber 43. The calibrated orifice 65 is of roletively small section and the air flow through this hole at the bottom. during operation only modifies the pressures in chambers 43 and 44 only significantly when the: 'anointed;
water 60 is in the open position so that it takes on an increasingly important relative value.
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aunt and tends to reduce the difference in the pressures prevailing in the two chambers when the needle gradually closes for the reasons which will be indicated below.
A fuel tank 66 feeds through line 67 a low pressure pump 68 of any known type; the one, which was. shown is of the sliding vane type and comprises a bypass 69 controlled by a check valve 70 which maintains the pressure of the fuel delivered substantially constant.
The pipe 18 connects the pump 68 to the device 20 for controlling the fuel flow and may include an air or vapor discharge chamber 73 from which a return pipe 74 leaves which is controlled by a float and terminates in the tank. of fuel. As the fuel used in most injection engines generally has lower volatility characteristics than those used in carbureted engines, the fuel may not have a tendency to give off vapors at the temperatures and pressures encountered on board the fuel. aircraft. In this case, room 73 can be deleted.
It can also be seen that the low pressure pump 68 can be omitted in certain cases, for example in installations where the tank is located above the level of the. injection pump la. The control system 20, as shown in Figure 2, has three calibrated orifices 76, 77, and 78 arranged in parallel and which connect the conduits 19 and 21.
The calibrated orifice 76 has a fixed section and determines the minimum fuel flow, that is to say the lean setting as will be explained later. The orifice 77 is controlled by a valve 79 having a conical part 80 and a cylindrical part 81; this valve is actuated by the pilot by means of the control lever 82, of the rod 83
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and lever 84.
The orifice 77 is closed by the valve 79 when the lever 82 is in the straight or lean-mixture position and is open to the maximum (maximum determined by the difference.
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diiluiètres of the orifice 77 and of the cylindrical part 81 of the valve; when the lever is in the left or Rich Dive position. It is evident that the fixed orifice 76 and the orifice
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coi.
YDri8.blo 77 could easily be replaced by a single port which would be used in conjunction with a stasis dosing rod to vary between a maximum and a minimum. the flow section offered to the fuel.
The orifice 78 is controlled by a needle 86 fixed
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at U -'- C dL, l; IT, <:; :: 18 37 7 and normally requests in the direction corresponding to 1 '.- closing of the orifice 78 by a COl1l- ¯7..s io spring ¯a xr, L; ' 5 = upper part of diaphragm 87 is subjected to r3ssiOl, - (lu, cordjuctible èLé.,: LS duct 81 and the lower face:; :: L: n.T8 to Ir p1.'0, - :.:,. 1.0: 1 d'j. Cor-bustible in duct 19. The difference of the pi ei = 1? Ns r] liCu68s on the opposite faces of the dia- ¯, = .n. = J = i> . i> '.; :::; i CillC (rie to the charge down through the orisi, these calibers ci: è 38 normally referred to as pres- :::;: c: cli.2f ,; rQúticlle: the (lo: J ::;, [} 3 of fuel.
The spring 88 4, chosen 13 1; 0110 scrtc with respect to the surface area of the diaphragm 7 cu'11 gives way and or \ 'T3 the valve 26 when the pressure differenti-llj the back cc, tcint a given value in order to increase the sectio; i offered a1 = fuel.
The conduit 90 communicates the OE1albre 46 of the positive j, 1, the c1o.; -. <,: o 33 with the conduit 19 (upstream of the calibrated ports) and likewise the conduit 91 communicates the chamber 45 with the fuel pipe 21 (downstream of the calibrated orifices). 92 valves are provided in the chambers
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45 and 46 to eliminate the air and allow the filling of the chambers with fuel.
The rod 55 of the metering device is connected by ball joints to the control valve 93 of a servomotor 34 which may be of any kind suitable for actuating the rod 22 of the injection pump 18; that which has been shown, and which is of the motive fluid type, is supplied by the conduit 94, the conduit 95 ensuring the return of the fluid.e. The valve 93 is a cylindrical or slide member having a low-cut central part 96; the ends of the valve 95 by releasing the fluid inlet 94 simultaneously closes the return 95 as the valve moves towards the. right. A conduit 97 connects the part of the servomotor between the ends of the valve, to the left end of the control cylinder 30.
It can easily be seen that as the spool 93 moves to the right, the pressure of the fluid on the piston 29 increases and causes the piston 29 and the rod 22 of the pump to move to the right, in antagonism with spring 51.
A small compression spring 98, housed between the left end of the rod 55 of the metering system and an adjustable elastic support 99 urges the rod 55 and the slide 93 attached to it to the right. The spring 98, although exerting only a small force on the control rod 55, produces an enriching effect during idling, as will be explained later. when the engine is running, the air is sucked in through the nozzle 11 and the Venturis 35 and 40, and a difference is established between the pressure in the air sock 38 and the pressure at the neck of the venturi 40;
this difference is proportional
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to the product of the square of the air speed times the density of the air. Horn the speed of the air passing through the air duct is proportional to the quotient of the air trap by
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the density, we see feLcîlci.ienL, due to the pressure difference created by the Venturi is proportional to the square of the. mass of intake air divided by lc, density.
If the density is assumed constant in order to facilitate explanations, the pressure difference created by the
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Venturi is directly proportional to the square of the passing air mass. Under these conditions of constant density, we see that the pressure of the incoming air, transmitted by the tuhes
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37, the chamber cancels out ire 36 and leads 57 to the pulpit 45, and the pressure at the neck of the Venburi transmitted by the annular chamber 41 and the conduit. 58 to room 44, will practice on
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the dial'hregi.ie 53 which will be subject to their difference and will apply 1 tiez of co ::: rJ.C'.l1de 55 a force directed to the right and ù.: rectc: '. O, 1t proportional to the square of the mass of the air.
When the density varies, the relation previously established between the depression created by the Venturi, the air mass and the density shows that the depression increases when the density decreases, if the air mass is kept constant by increasing the speed (the air. However, when the density decreases as a result of changes in pressure or temperature
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crossed out, the. cepsulo Gl es dilates the needle 60 obturates parti'3llo:. '. it leads 57, so as to make the role of duct 62 more office this and reduce the. applied pressure difference 'U Q.:..:.'l1r3.▪L1e 53.
One makes the capsule 61 sensitive to vari = .tàons of 1; air density, whether these variations result from variations in pressure or temperature, as has been
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described above, and suitably profiling the end
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of the needle 60, the pressure difference applied to the diaphragm 53, and hence the resulting force, is maintained directly proportional to the square of the mass of air admitted into the engine, independently of the density of the air. 'air.
The force determined on the control rod 55, by the flow of air, if it were not counterbalanced, would move the rod and the valve 93 which is attached to it to the extreme right. However, when the valve moves to the right, the intake port 94 is uncovered and the pressure of the working fluid acts through the conduit 97 on the piston 29 which moves, causing the rod to the right. control 22 of the injection pump which is attached to it and determining the increase in the flow rate of the fuel pump. The orifices 77 and 78 being closed, all the fuel which is received by the injection pump 18 passes through the orifice 76, which causes a pressure drop therethrough.
Since the density of the fuel remains substantially constant regardless of the conditions encountered, the pressure drop is directly proportional to the square of the mass of fuel flowing.
The pressures of the fuel upstream and downstream of the orifice 76 are transmitted to the chambers 46 and 45 through the conduits 90 and 91 respectively. The pressure difference which is thus exerted on the diaphragm 54 determines the application to the control rod 55 of a force acting to the left and proportional to the square of the mass of fuel delivered to the engine.
The control rod 55 therefore moves to the right under the action of the force created by the flow of air until the fuel flow increases at the point
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that the force which it determines and which acts on the rod of
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cc¯¯ "1 << balances the force due to air exactly. Since the forces due to the flow of air and fuel are proportional to the squares of the masses of air and fuel, respectively, it is seen that the air / fuel ratio will be
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mcinbenu consbant il Less than the balance of forces is destroyed by external factors such as the
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r, lcnt; i 98.
The force of the idling spring acting to the right, adding to the force resulting from the flow of the iron, d6tcr; .. inc. an increase in fuel flow, and], - consequent formation of a richer mixture than, ¯:.: - L 1'6.:. ;;. 11 tc1'e-i \; of the sole action of the force due to the air flow, For low air flows, the force of the spring 98 represents a relatively Erand percentase of the force due to the air flow and determined by following one
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relatively Gron-d enrichment. On the contrary, when the djjit the air r.u:, eîlt, the action attributable to the spring becomes less and less important compared to the action attributable to the air, which reduces the enrichment.
Such an arrangement determines the formation of a rich mixture for idling; as it is necessary to have it.
To start the engine, the pilot opens the throttle 14 and turns the engine, the pressure difference resulting from the passage of air moves the control rod 55 to the right, releasing the orifice 94. If available at This moment of pressurized working fluid, the control rod 2 of the pump will take a partial open position and the engine will start. However, if the pump which delivers the working fluid is driven by the motor, it is likely that during the drive only
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insufficient pressure to overcome the force of the spring 31 which tends to move the control rod 22 in the direction corresponding to the decrease in flow.
For this reason, there is provided a rod 25 and a lever 23 fixed to this rod, to allow the pilot to dwarf the flow rate of the injection pump so that it corresponds to the quantity of air sucked by. the engine during the drive and that the engine can be started.
The orifice 77 and the valve 79 are provided to give the pilot, within certain limits, control of the effective richness of the mixture delivered to the engine. By opening the valve 79, the total section offered to the fuel increases and as the metering system 33 balances the pressure difference created by the air flow and the pressure difference created by the fuel flow, regardless of the actual amount of fuel flowing, an increase in the cross section offered to the fuel without modifying the metering differential pressure will result in the addition of additional fuel and consequently the formation of a richer mixture .
It is known that when the power developed by an engine exceeds a determined value, it is necessary to provide a richer mixture. this is achieved in the present invention by means of the needle 86 which controls the orifice 78. As the air flow increases, the pressure difference created by the air flow and hence the pressure difference created by the air flow. Fuel flow increases as discussed above. When the pressure difference created by the flow of fuel acting on the diaphragm 87 reaches a determined value, the spring 88 gives way and allows.
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the opening of the needle 86.
Due to the opening of the needle and the corresponding increase in the section offered to the fuel, the pressure difference created by the flow of the fuel tends to decrease and consequently the control rod 55 moves to the right, this which increases the flow rate of the injection pump 18 until the pressure difference created by the flow of fuel once again equal to the pressure difference created by the flow of air.
It should be noted that, since the pressure difference created by the flow of fuel which acts on the diaphragm 87 of the economizer is kept equal to the pressure difference acting on the diaphragm 53, the point at 86 opens when the class air admitted to the engine reaches an independently determined value; the altitude and the richness of the mixture delivered to the engine.
The variant shown in Figure 3 is similar in many respects to the embodiment of Figure 2, but differs in the first place in that the pilot directly controls the flow of the injection pump instead of the air throttle , the latter being controlled by the metering system and the servomotor associated with it.
As the deur achievements have common points, the corresponding elements bear the same references increased by 100
As before, the fuel coming from a reservoir 166 is fed into the injection pump 118 via a duct 167, the fuel pump 162, the duct 119, the calibrated orifice 176 and the duct. of fuel 121. The quantity of fuel injected into
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the motor by the ducts 117 is controlled directly by the pilot by means of the rod 220 fixed to the rod 122 of the pump control.
The pressure at the neck of the Venturi 140 is transmitted to the chamber 144 of the metering device 133 via the duct
158 and the pressure in the air sock 138 ′ is transmitted to the chamber 143 by the tubes 137, the annular chamber 136 and a duct 157. The capsule 161 and the needle 160 which is attached to it controls the flow rate in the duct 157 and thereafter, as before, varies the efficiency of the ca.librated duct 162.
The butterfly 114 is controlled by the piston 129 actuated by a servo motor via the rod
128, lever 221, rod 222 and lever 116 rigidly connected to the butterfly. A rod 223 which has a unilateral connection with the. lever 116 ends in the cockpit, and allows partial opening of the throttle during the starting operation,
As explained previously, the fuel which arrives at the fuel pump undergoes a pressure drop passing through the calibrated orifice 176, a pressure difference is therefore exerted on the diaphragm 154, which determines the application to the fuel pump. rod 155 with a force directed to the left; this force is proportional to the quantity of fuel which passes through the orifice 176.
Likewise, the air passing through the duct 111 creates a pressure difference which is exerted on the diaphragm 153 and determines the application to the control rod 155 of a force directed to the right, this force being proportional to the pressure. mass of intake air.
During operation, the pilot regulates the amount of fuel supplied to the engine by means of the rod 220. The fuel received by the pump creates a force.
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which acts on the control rod 155 and urges it to the left; this rod drives with it the spool 193 of the servomotor which is fixed to it, which has the effect of discovering the inlet port 194 of the working fluid. The pressure of the working fluid transmitted by the conduit 197 is exerted on the piston 129, and urges it towards the left to open the butterfly 114.
If no effort came to oppose the effort hook by the bible retort on the. control rod 155, this would move to the left and would completely uncover the working fluid inlet 194, which would bring the throttle 114 to the fully open position. However, as the air flow increases, the force created by the passage of air, which acts on the control rod 155 in antagonism with the force due to the action of the fuel, also increases. butterfly 114 opens by a sufficient amount to determine the creation by the air of a force which balances the force due to the fuel.
We therefore achieve a mixture of constant richness.
In Figure 3, the orifice 178 of the economizer is controlled by a valve 225 biased to the right by a compression spring 226 which tends to apply it to its seat; its opening is controlled by the lever 227 which has a connection unilateral with the valve stem 225. The lever 227 is actuated by the control rod 122 of the pump pcr through the lever 229 and the rod 230, and is mounted so as to open the valve 225 when the rod 122 of the pump has moved by a determined amount in the direction corresponding to the increase in pump flow.
This type of economizer enriches the mixture when the fuel load per stroke exceeds a determined amount.
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The valve 225 is preferably of a slow opening type for reasons which will now be discussed. As the fuel flow rate is determined by the speed of the engine and the position of the pump control rod 122, abrupt opening of the valve 225 when the control rod reaches a certain position would increase the area offered to the fuel and reduce by hence the differential pressure of the fuel. Such a sharp decrease in the fuel differential pressure transmitted to metering system 135 would determine rightward movement of control rod 155, which would partially close the throttle. Enrichment would then be obtained by a decrease in the air flow and not by an increase in the fuel flow.
By taking a slowly opening valve 225, the pump flow rate increases sufficiently when opening the valve 225 to produce an increasing differential pressure of the fuel and therefore a simultaneous opening of the throttle.
It is evident that the mounting types of the economizer valve shown in Figures 2 and 3 are interchangeable. Further, although the pilot mixture control device has not been shown in Fig. 3, it is evident that the arrangement shown at 77 in Fig. 2 is also applicable to the modification shown in Fig. figure 3. we know that the mass of air consumed by a fully opened engine is less, at high altitudes, than at lower altitudes or on the ground.
Therefore, when the pilot moves the pump control rod to the left to increase the fuel flow from the pump to
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At high altitudes, the throttle opens at the same time and reaches the fully open position before the control rod of the porape itself reaches the position corresponding to the maximum flow. If the fuel control rod were continued to be actuated in this direction, the fuel flow rate would be increased without correspondingly increasing the air flow rate, and it would follow that the mixture would be much richer, so that such enrichment cannot occur, various arrangements can be used.
It is proposed to use the construction described below which indicates to the pilot that the popillon has reached its fully open position.
The proposed construction includes an electrical circuit comprising an electrical power source 235, a switch indicated at 236, and a pilot light or indicating instrument 237 mounted on the instrument panel in the. cockpit. a lever 238 rigidly fixed to the axis of the. butterfly 114 is arranged so as to come into contact with the disc 240 of the switch which it depresses to establish the circuit between the contacts 241 and 242 when the butterfly reaches the fully open position.
A compression spring 245 normally biases disk 240 upward to interrupt the circuit. when the warning light comes on, the pilot therefore knows that the throttle has reached the fully open position and that the subsequent movement of the rod 220 to the left will only produce an enrichment of the mixture to increase the air flow.
Although the invention has been described with reference only to mild varionts, it is not limited to them.