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Moyens d'injection de combustible ou appareil pour moteurs à combustion interne à inflammation spontanée sous pression constante.
Cette invention a pour but un organe d'injection "sans air" ou "solide" ou un appareil pour moteurs à com- bustion interne à ignition spontanée, sous pression cons- tante, du type comprenant une pompe à combustible et des organes de manoeuvre directement accouplés à la pompe à combustible et pouvant être actionnés par le pression de compression dans un cylindre de moteur pour actionner la pompe à combustible pour injecter du combustible sous forme de charge ou volume "solide" réglable dans le cylindre du moteur.
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Un organe d'injection ou appareil du type indiqué ci-dessus fait l'objet de dépôts antérieurs de demandes de brevet n 124.414, 24666/45 & 1657/46 du déposant en Australie.
Dans l'organe d'injection ou appareil décrit et représenté dans le texte de ces demandes antérieures, le volume de combustible injecté à chaque manoeuvre de la pom- pe à combustible est réglé par la variation du point ou de l'endroit de la course de manoeuvre du mouton ou piston auquel le combustible cesse d'être injecté ou bien commen- ce à être injecté. de
Dans le but de régler/cette manière la quantité injectée, le mouton est disposé de manière à pouvoir tour- ner par rapport au piston de l'organe de manoeuvre et est muni d'une ouverture ou rainure ayant une face ou arête inclinée qui obture en avance ou en retard, suivant la posi- tion rotative du mouton, l'ouverture d'émission du combus- tible ou l'alimentation du combustible ou l'ouverture d'ad mission.
Ou bien, le volume de combustible injecté est réglé en obturant de façon réglable la communication entre le cylindre etles organes de manoeuvre et le cylindre du moteur, de manière que la manoeuvre des premiers se termine en avance ou en retard et que le volume de combustiblein- jecté soit de façon correspondante moindre ou pus élevée.
L'organe de contrôle auquel il est fait allusion brièvement bien que tout à fait efficace pour le but indi- qué, estquelque peu compliqué etcoûteux.
Le principal but de cette invention est en consé- quence la construction d'un organe d'injection ou appareil du type spécifié, qui soit en général de construction sim- plifiée et plus aisé à assembler et à démonter'que les formes
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mises au point jusqu'à présent, et qui, de plus, est effi- cace dans son fonctionnement et permet de régler la quanti- té de combustible injectée en fonction des variations de la charge du moteur.
La facilité avec laquelle l'organe d'injection ou l'appareil correspondant à cette invention peut être démon- té pour être examiné, nettoyé etréparé, etrapidement re- monté, a une importance notable au point de vde de l'entre- tien général et de la marche des moteurs.
Pour la réalisation du but principal défini ci-des- sus etdans la conception la plus large de l'invention, il estcréé un organe d'injection ou un appareil du type spécifié, possédant dans la pompe à combustible un piston de contrôle opposé et séparé du piston de manoeuvre par un espace comprenant la chambre à combustible, le piston de manoeuvre étant destiné à actionner les organes de manoeuvre du contrôle du remplissage ou du chargement etl'éjection du combustible de la chambre de combustible pour injection, etle piston de contrôle étant mobile de façon réglable par rapport au piston de manoeuvre pour faire varier la capa- cité de la chambre de combustible et par conséquent le vo- lume de combustible injecté.
D'autres but de l'invention sont de créer un mouve- ment libre du piston de contrôle qui ne soit pas influencé par la pression, de sorte qu'un registre puisse régler le piston de contrôle de manière à faire varier la quantité de combustible injectée en fonction de variations de la charge de moteur, de créer des moyens d'amortissement des chocs lorsque l'injection est complète, et d'incorposer dans les organes de manoeuvre un dispositif facilitant le démarrage du moteur et sa marche lente.
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Pour que le piston de contrôle puisse être mû li- brement par un registre, il est renfermé dans le corps ou cylindre de la pompe et est équilibré au point de vue de la pression, c'est-à-dire que les pressions sur les faces opposées sont égalisées en prévoyant une conduite ou un passage reliant la chambre de combustible sur une face du piston de contrôle à l'espace ou la partie du cylindre de la pompe sur l'autre face de ce piston.
Une fonction importante accomplie par la manoeuvre du piston de manoeuvre est l'augmentation de l'espace volumétrique libre, qui diminue la pression de compression, c'est-à-dire diminue le rapport de compression. Une telle diminution du rapport de compression abaisse la température de compression en dessous de la température d'inflammation nécessaire, mais cet abaissement de température est compén- se par le chauffage du combustible provenant du choc subit exercé sur lui par le piston de la pompe et par le frotte- ment résultant de la grande vitesse du combustible à travers les jets de la tuyère et à travers l'air comprimé dense.
Le chauffage ainsi produit et la chaleur de compres- sion élèvent la température au point d'inflammation, nonobs- tant la diminution de la pression de compression. L'appa- reil d'injection correpondant à l'invention peut par consé- quent être utilisé effica-cement sur des moteurs de petites dimensions fonctionnant à des pressions de compression re- lativement basses, et de tels moteurs sont par conséquent actionnés sous un cycle d'inflammation spontanée à pression constante.
L'invention sera mieux comprise d'après la descrip- tion de l'appareil d'injection pratique représenté à titre d'exemple dans les dessins en annexe, dans lesquels:
La figure 1 est une coupe longitudinale de l'appa- reil d'injection.
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La figure 2 est une vue en plan suivant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une section longitudinale suivant la ligne III-III de la figure 2.
La figure 4 est une coupe partielle détaillée à échelle plus grande.
Sur ces figures, le chiffre 5 désigne une enveloppe cylindrique, dont la partie extérieure, représentée par 6, a des dimensions adaptées à s'introduire dans une ouverture d'admission de combustible 7 dans la tête de combustion 8 d'un cylindre 9 d'un moteur à combustion interne.
L'enveloppe cylindrique 5 est munie d'un élargis- sement 10 et est alésée suivant son axe. L'alésage a un diamètre maximum en 11 à l'intérieur de l'élargissemnt 10 et un diamètre minimum en 12 dans la partie 6 avec des dia- mètres d'intérieurs intermédiaires en 13 et 14.
A l'extrémité de l'alésage minimum 12 existe une bride intérieure 15 qui est forée suivant son axe et en retrait en 16 pour former unssiège 17 pour un coussinet à brides extérieures 18 ayant un orifice axial 19 qui est aplati ou de forme conique à chaque extrémité, le cène in- diqué en 20 comprenant un siège de soupape comme il est expliqué en ce moment.
Percée obliquement dans le coussinet,se trouve une ouverture ou passage 21 de diamètre relativement faible formant by-pass entre l'intérieur du cylindre du moteur et l'intérieur de l'alésage 12 de l'enveloppe 5 dans un but décrit dans ce qui suit.
Adapté de façon à pouvoir glisser dans la partie de l'alésage 12 à diamètre minimum, se trouve un piston 22 muni d'une saillie centrale ou matrice 23 de forme conique en 24 pour former une soupape s'engageant dans le siège de soupape de cônicité correspondante 20, figure 3.
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Formant saillie sur la matrice 23 se trouve une tubulure axiale 25, qui s'étend à travers l'orifice 19 et le ferme en partie, de aorte qu'un passage annulaire in- diqué en 26 soit formé entre la tubulure 25 et l'intérieur du coussinet 18.
Le passage annulaire 26 relie l'intérieur du cy- est lindre 9 à l'alésage 12 lorsque la soupape 24/déplacée de son siège 20, voir figure 1, mais est fermé par la sou- pape 24 lorsqu'elle s'engage sur son siège 20 comme il est représenté sur la figure 3.
L'alésage 11 de l'enveloppe 5 est muni Intérieure- ment d'un pas de vis qui reçoit une pièce de fermeture ayant un pas de vis correspondant ou pièce de corps 27, dont la surface extérieure a le même diamètre extérieur que l'élargissement 10, de sorte que le premier possède un épaulement 28 qui s'adapte à l'extrémité de ce dernier.
La pièce de corps 27 porte une partie sans pas de vis ou lisse 29 qui s'adapte dans la partie de l'alésage 13 etplace ainsi la pièce de corps en alignement coaxial précis avec l'enveloppe 5.
Des oreilles 30 et 31 formant corps avec la pièce de corps 27 sont munies d'ouvertures 32 opposées l'une à l'autre à des distances égales de l'axe commun de l'enve- loppe 5 et de la pièce de corps, et des goujons ou boulons (non représentés) traversent les ouvertures 32 et,fixés à la tête de combustion 8, serrent fortement l'enveloppe 5 et la pièce de corps contre cette dernière.
Formant corps avec la pièce de corps 27 existe une tubulure 33 qui s'étend axialement à l'intérieur de la partie 14 de l'alésage et est alésée intérieurement en 34 pour recevoir une tubulure axiale 35 du piston 22.
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Les tubulures 38 et 35 comprennent respectivement le corps de pompe et le piston de la pompe d'injection du combustible, décrite avec plus de détails dans la suite.
S'adaptant de façon à pouvoir glisser dans la partie de l'alésage 14 se trouve un manchon cylindrique 36 ayant une bride intérieure 37 sur laquelle repose une extrémité d'un ressort en hélice 38, dont l'autre bout s'appuie sur le piston 22 et produit l'engagement de la soupape 24 sur son siège 20 pour fermer la communication entre le cylindre 9 et l'intérieur de l'alésage 12.
S'étendait coaxialement à l'alésage 34 à l'extrémi- té de la pièce de corps 27 se trouve un alésage 39 de dia- mètre quelque peu plus grand dans lequel s'adapte une gar- niture 40 qui comprend une tubulure du corps de pompe 33 et s'avance à partir de l'extrémité de la pièce de corps et est munie d'un pas de vis qui s'engage dans un écrou réglable à la main 41. Une bride formant corps 40a et des vis 40b fixeht la garniture 40 à la pièce de corps 27.
Au contact avec l'écrou 41 se trouve un collier 42 pouvant se mouvoir axialement sur la garniture 40 et fixé aux barres dé butée 43 qui s'étendent à travers des orifi- ces longitudinaux 44 existant dans la pièce de corps 27 au contact du manchon 36.
On remarquera que par réglage de l'écrou 41, les barres de butée 43 peuvent être déplacées par glissement dans les trous 44 de manière à régler l'effort de compres- sion ou normal du ressort 37 de manière à faire varier la pression de fermeture de la soupape 24 sur le siège 20, et par conséquent à déterminer la pression de compression dans le cylindre du moteur pour laquelle la soupape 24 s'ouvre, comme il est décrit dans la suite. Le blocage de l'écrou 41 après réglage est effectué par une broche gou-
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pille 45 s'engageant dans une ou plusieurs encoches 46 dans le collier 42.
Passant à travers le piston 35, le piston 22 et la tubulure 25, se trouve un alésage axial 47 qui se termine à l'extrémité fermée 48 de la tubulure 25, et dans l'alé- sage 47 s'adapte de façon étroite un tube capillaire 49 ayant un fin alésage 50.
L'extrémité du tube capillaire 49 a un diamètre réduit en 51 de manière à former un espace annulaire 52 et le coté intérieur de l'extrémité fermée 48 est séparé de l'extrémité du tube capillaire par un espace ou vide in- diqué en 53.
La tubulure 25 est conique en 54 et à travers cette partie conique est foré un nombre multiple de petites ou- vertures de pulvérisation 55 à travers lesquelles du combus- tible est pulvérisé dans le cylindre du moteur 9, la tubu- lure 25 comprenant de façon correspondante la tuyère d'in- jection de combustible.
Adapté dans la garniture 40 de façon à pouvoir y glisser se trouve un piston de réglage 56 animé d'un mouve- ment alternatif dans le premier possédant un canal axial 57 qui s'étend entre ses extrémités opposées.
Pour que le piston de contrôle 56 puisse être animé d'un mouvement alternatif dans la garniture 40, le premier porte à son milieu ou au voisinage du milieu une fente pé- riphérique 58 dans laquelle s'engage une languette 59 sur une crosse 60 fixée par une vis 61 à une barre de glisse- ment 62 pouvant glisser dans une ouverture de guidage exia- tant dans la pièce de corps 27.
La crosse 60 est adaptée et mobile dans une fente 64 formée dans la pièce de corps 27, et une manivelle 65 Inde à la main ou par un régulateur est reliée à la vis 61,
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de manière à agir sur la crosse 60 et déplacer ainsi le piston de contrôle 56 dans la garniture 40 en fonction des variations de charge, comme il est décrit dans la suite.
L'espace entre les extrémités du piston de la pom- pe 39 et le piston de contrôle 56 comprend une chambre à combustible 66 dans laquelle s'étend un bloc de vanne 67 porté par le piston de contrôle 56.
Le bloc de vanne 67 porte une tige 68 qui s'adapte de façon à pouvoir glisser dans un élargissement 69 du ca- nal axial 57 et y est retenu par une goupille transversale 70 qui passe à travers une fente 71 dans la tige 68. Repo- sant sur l'extrémité de la tige 68 et placée sur l'extrémité du cahal élargi 69 se trouve un ressort 72 qui retient normalement l'extrémité intérieure de la fente 71 au con- tact de la goupille 70 et du bloc de soupape faisant corps avec le piston de contrôle 56. Dans la tige 68 existent des ouvertures 73-74 par lesquelles une communication est établie entre le canal axial 57 et la chambre à combustible 66.
L'extrémité du piston de pompe 35 est alésée et fi- letée pour recevoir un bouchon 75 ayant une ouverture cen- trale 76 pouvant être fermée par une vanne de contrôle 77 actionnée par un ressort placé dans un espace 78 formant continuation du canal capillaire 50.
S'étendant à travers une ouverture 79 disposée ver- ticalement dans l'oreille 31 se trouve un dispositif de filtre comprenant un piston cylindrique 80 ayant une tête filetée 81 à laquelle est reliée un tube d'alimentation de combustible (non représenté). Le piston 80 se prolonge du côté opposé de l'oreille 31 et est fileté pour recevoir un capuchon amovible 82 qui bouche un canal 84 par une palette de fermeture 83 s'étendant à travers le piston vers un
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rétrécissement 85 formant un épaulement 86 contre lequel un manchon filtrant 87 est normalement maintenu par un res- sort 88.
Le manchon 87 porte des extrémités 89 s'adaptant au canal 84 et entre les extrémités 89 existe une portion ré- duite 90 formant avec le canal qui l'entoure 84 un espace annulaire 91. Aux extrémités opposées du manchon 87 sont forés axialement des trous 92 qui sont reliés par des pe- tites ouvertures radiales 93 avec l'espace annulaire 91. fin passant à travers le manchon filtrant 87, des impuretés et toute quantité d'eau qu'il contient, sont extraites du com- bustible et tombent par gravité à l'extrémité du piston 80 pour tre éliminées lors de l'enlèvement du capuchon 82.
Un trou 94 percé dans le piston 80 est situé en alignement avec une ouverture 95 dans l'oreille 31 qui com- munique avec un passage longitudinal 96 dans la pièce de corps 27. Le passage 96 porte une ouverture terminale 97 qui communique avec le canal 34 du corps de pompe 33 et est ouvert par le piston 35 lorsque la soupape 24 se meut au contact du siège de soupape 20, voir figure 3.
Par l'ouverture terminale 97 ainsi ouverte, le com- bustible de la conduite à combustible qui est maintenue sous la pression de charge nécessaire, passe à travers la vanne à manchon 87 par les trous axiaux 92, les ouvertures radia- les 93, l'espace annulaire 91; le trou 94, l'ouverture 95 et le passage 96 vers et à travers la portion terminale 97 dans la chambre de combustible 66 qui est chargée de fagot correspondante de combustible liquide.
En outre, le combustible liquide passe par les ou- vertufes 74-75 dans la tige 68 dans et à travers le canal 57 et remplit la partie de la garniture 40 ou prolongement du corps de pompe au-dessus du piston de contrôle 56, la garniture 40 étant fermée par une vis 98 et la rondelle de bourrage 99.
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Lors de la marche, et en supposant que la chambre de combustible 66, le canal 57, et cette partie de la gar- niture 40 soient dLnsi remplis de combustible liquide, et que la soupape 24 obture le passage annulaire 26, le moteur est mis tout d'abord en rotation pour pousser le piston vers l'intérieur dans le cylindre à l'étage de compression du cycle des opérations.
Pendant la course de compression et de façon corres- pondant au cycle opératoire de moteurs à inflammation spon- tanée sous pression constante, de l'air est comprimé dans le cylindre du moteur, et lorsque la pression s'élève, de l'air comprimé passe à travers l'ouverture de by-pass 21 dans le cylindre 12 de sorte que la pression dans ce cylin- dre n'augmente qu'à une vitesse relativement faible par suite de la faible section du by-pass 21.
La pression de compression en augmentant s'exerce sur une surface du piston 22 équivalente à la section trans- versale totale de l'orifice axial 19 du coussinet 18, et lorsque le piston du moteur approche de la fin de sa course de compression, la pression de compression agissant sur cette surface, ainsi que la pression dans le cylindre 12 agissant sur la partie annulaire du piston 22 entourant la matrice 23, est suffisante pour déplacer la soupape 24 du siège 20 à l'encontre de la résistance du ressort 38. là-dessus, la pfession de compression agit sur la surface totale du piston 22 qui, en même temps que le pis- ton de la pompe 35, est déplacé rapidement et appuie contre le ressort 38 qui est comprimé de façon correspondante et tendu davantage.
Par son mouvement rapide dans le corps de pompe 33, le piston 35 ferme d'abord l'entrée du combustible 97 et
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puis éjecte la charge de combustible dans la chambre de com- bustible 66 par l'ouverture 76 derrière la soupape 77 dans le canal capillaire 50 et de là dans la tuyère d'injection 25 d'oû le combustible est pulvérisé à travers les ouver- tures 55 dans le cylindre du moteur, dans lequel le combus- tible est ehflammé spontanément et brûle dans l'air compri- mé pour imprimer au moteur son impulsion initiale.
La courte période d'injection se termine par l'en.- gagement de l'arête marginale de l'ouverture 76 dans le bloc de soupape 67, qui ferme l'admission de combustible dans le cylindre.
Lorsque l'injection dé combustible cesse comme il est décrit, le piston 22 et le piston 35 sont mis au repos sans choc par la contre pression engendrée dans le combus- tible demeurant dans la chambre de combustible 66, le canal 57 et la partie supérieure de la garniture 40. Lorsque l'arête marginale de l'ouverture ?6 du piston 35 qui s'élève extérieurement s'engage dans le bloc de soupape 67, ce der- nier est poussé vers le haut et retenu par la goupille trans- versale 70 dans la fente 71 de la tige 68, le ressort 72 etla pression du combustible restant dans les ouvertures 73-74, le canal 57 du piston de contrôle 56 et la partie supérieure de la garniture 40.
La contre-pression du com- bustible se produisant ainsi à la fin de l'injection et que le bloc de soupape 67 et ses pièces apparentées sont des- tinées à provoquer, a pour effet de porter le piston 22 et le piston 35 au repos sans produire de choc, par suite, d'après l'avis de l'inventeur, de la faible compressibilité du combustible, de la dilatation des parties métalliques et de la pression accrue du combustible qui équilibre la pression de compression.
Lors du démarrage du moteur comme il est décrit plus
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haut, et dans une certaine mesure au cours de sa marche lente, une partie de l'air soumis à la compression passe à travers l'ouverture de by-pass 21 et la pression de com- pression en augmentant agit sur la surface entière du pis- ton 22 qui est par conséquent actionné plus tôt pendant la course de compression que ce ne serait le cas si l'ouverture de by-pass n'existait pas et que la pression de compression du piston équivalente à la surface agissait uniquement sur la surface/de la section transver- sale du canal axial 19 du coussinet 18.
Par conséquent, on voit que lors du démarrage ou de la marche à des vitesses très' réduites, l'ouverture de by- pass 21 en admettant de l'air comprimé dans l'espace annu- laire entourant la matrice 23 évite l'action des factaurs réduisant la pression de compression et provenant des pertes de chaleur dues au faible degré de compression, ainsi que la plus longue période de temps de soufflage du piston, et les fuites à travers les soupapes d'admission et d'émission, qui toutes ensemble en cas d'action simultanée rendraient l'opération des organes de manoeuvre trop tardive, ou arrê- teraient même la marche du moteur, si la surface en dessous de la soupape 24 était seule exposée à la pression croissan- te de compression.
A mesure que le moteur accélère, l'ouverture de by- pass 21, par suite de sa surface de section réduite, devient de moins en moins efficace jusqu'à ce que, lorsque le moteur atteint sa vitesse de marche normale, l'ouverture de by- pass devienne pratiquement inefficace et que la pression de compression agisse seulement sur la surface du piston 22 équivalent à la surface du canal 19.
La surface ou le diamètre de l'ouverture de by-pass 21,pour lesquels un démarrage optimum et une marche lente sont réalisés, sont fixés par des essais..
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Le réglage de la vitesse du moteur en fonction des variations de charge est réalisé par le piston de contrôle 56 qui, par l'intermédiaire de la manivelle 65, la vis 61 et la tête de crosse 60 se meut axialement dans la garni- ture 40 sous l'action du régulateur du moteur pour faire varier la capacité effective de la chambre de combustible 66 de sorte qu'une quantité plus ou moins grande de combus- tible soit injectée de façon correspondante aux nécessités de la charge.
Lorsque les pressions aux extrémités du piston de contrôle 56 sont équilibrées, comme conséquence de l'exis- tence du canal axial 57 à travers leqqel le combustible est libre de s'écouler dans l'une ou l'autre direction, la ré- sistance s'opposant au mouvement du régulateur est faible de sorte qu'un réglage sensible du moteur est obtenu.
Lorsque le piston 22 fonctionne pendant la course de compression du moteur comme il est décrit, le volume de l'espace libre du cylindre du moteur est augmenté par commu- nication avec l'intérieur du cylindre de manoeuvre 12.
Par conséquent, le rapport de compression est di- minué et la pression de compression est diminuée de façon correspondante, de sorte que la température de l'air compri- mé dans le cylindre du moteur seraitninferieure au minimum nécessaire à l'inflammation, c'est-à-dire à 538 C (1000 F), s'il n'existait pas d'autres facteurs empêchant la chute de la température.
Les facteurs contribuant à accroître la température au point d'inflammation,selon les vues du déposant, sont le \, choc subit du piston de la pompe sur le combustible ,qui. en- gendre de la chaleur dans ce dernier, et le frottement provenant de la grande vitesse du combustible lors de son passage à travers les ouvertures de pulvérisation et à tra-
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vers l'air comprimé dense, qui sont estimés produire de la chaleur dans le combustible.
La chaleur accumulée provenant de ces causes de de la compression du moteur a été trouvée élever la tempé- rature au point d'inflammation, de sorte que l'appareil décrit ici peut être utilisé efficacement sur des moteurs de petites dimensions fonctionnant à des pressions de com- pression relativement faibles, aussi bien au démarrage qu'en marche normale, et permet à ces moteurs de fonction- ner sur un cycle à inflammation spontanée sous pression cons- tante.
Bien que l'appareil d'injection perfectionné ait été décrit en se rapportant particulièrement à des moteurs à pression constante fonctionnant sur des combustibles re- lativement lourds, tels que l'huile de Diesel, il est évi- dent que l'appareil peut être employé avec les mêmes avan- tages sur des moteurs à volume constant fonctionnant sur des combustibles liquides légers et volatils ou des alcools, tels que pétrole, benzine, alcool, kérosène, etc...
Dans le but de vaincre les difficultés de lubrifi- cation pouvant se rencontrer dans l'appareil d'injection lorsque de tels combustibles légers sont utilisés, la gar- niture 40 peut être faite en matière ayant des caractéris- tiques auto-lubrifiantes telles qu'unematière plastique appropriée, des métaux imprégnée d'huile ou de graphite, des métaux en poudre, etc.., et les pièces opérantes telles que le piston et le corps de pompe, et le piston de contrô- le peuvent être recouvertes de ces substances.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Fuel injection means or apparatus for internal combustion engines with spontaneous ignition under constant pressure.
The object of this invention is an "airless" or "solid" injection member or an apparatus for internal combustion engines with spontaneous ignition, under constant pressure, of the type comprising a fuel pump and actuators. directly coupled to the fuel pump and operable by compression pressure in an engine cylinder to actuate the fuel pump to inject fuel as an adjustable "solid" charge or volume into the engine cylinder.
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An injection member or apparatus of the type indicated above is the subject of previous filings of patent applications Nos. 124.414, 24666/45 & 1657/46 by the applicant in Australia.
In the injection member or apparatus described and represented in the text of these previous applications, the volume of fuel injected at each operation of the fuel pump is regulated by varying the point or location of the stroke. operating the ram or piston to which fuel ceases to be injected or else begins to be injected. of
In order to regulate / in this way the injected quantity, the ram is arranged so as to be able to turn relative to the piston of the actuator and is provided with an opening or groove having an inclined face or edge which closes early or late, depending on the rotary position of the ram, the fuel emission opening or the fuel supply or the inlet opening.
Or, the volume of injected fuel is adjusted by closing in an adjustable manner the communication between the cylinder and the operating members and the cylinder of the engine, so that the operation of the former ends early or late and the fuel volume - ejected either correspondingly lower or higher.
The supervisory body briefly alluded to, although quite effective for the stated purpose, is somewhat complicated and expensive.
The main object of this invention is therefore the construction of an injection member or apparatus of the type specified, which is in general of simpler construction and easier to assemble and disassemble than the forms.
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developed until now, and which, moreover, is efficient in its operation and makes it possible to adjust the quantity of fuel injected as a function of variations in the engine load.
The ease with which the injection member or apparatus corresponding to this invention can be disassembled for examination, cleaned and repaired, and quickly reassembled, is of notable importance to the point of general maintenance. and the running of the engines.
For the achievement of the main object defined above and in the broadest conception of the invention, there is created an injection member or an apparatus of the type specified, having in the fuel pump an opposite and separate control piston. of the maneuvering piston through a space comprising the fuel chamber, the maneuvering piston being intended to actuate the maneuvering members for the control of filling or loading and the ejection of fuel from the fuel chamber for injection, and the control piston being movable in an adjustable manner with respect to the operating piston to vary the capacity of the fuel chamber and consequently the volume of fuel injected.
Other objects of the invention are to create free movement of the control piston which is not influenced by pressure, so that a damper can adjust the control piston so as to vary the amount of fuel. injected as a function of variations in the engine load, to create shock absorbing means when the injection is complete, and to incorporate in the actuators a device facilitating the starting of the engine and its slow running.
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In order that the control piston can be moved freely by a register, it is enclosed in the body or cylinder of the pump and is pressure-balanced, i.e. the pressures on the opposite faces are equalized by providing a pipe or passage connecting the fuel chamber on one face of the control piston to the space or part of the pump cylinder on the other face of this piston.
An important function performed by the maneuvering of the maneuvering piston is the increase of the free volumetric space, which decreases the compression pressure, i.e. decreases the compression ratio. Such a decrease in the compression ratio lowers the compression temperature below the necessary ignition temperature, but this lowering of temperature is compensated by the heating of the fuel resulting from the shock exerted on it by the pump piston and by the friction resulting from the high velocity of the fuel through the nozzle jets and through the dense compressed air.
The heating thus produced and the heat of compression raise the temperature to the ignition point, notwithstanding the decrease in the compression pressure. The injection apparatus corresponding to the invention can therefore be used effectively on small-sized engines operating at relatively low compression pressures, and such engines are therefore operated under a high pressure. constant pressure self-ignition cycle.
The invention will be better understood from the description of the practical injection apparatus shown by way of example in the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 is a longitudinal section of the injection device.
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Figure 2 is a plan view taken along the line II-II of Figure 1.
Figure 3 is a longitudinal section along the line III-III of Figure 2.
Figure 4 is a detailed partial section on a larger scale.
In these figures, the number 5 denotes a cylindrical casing, the outer part of which, represented by 6, has dimensions adapted to fit into a fuel inlet opening 7 in the combustion head 8 of a cylinder 9 d 'an internal combustion engine.
The cylindrical casing 5 is provided with an enlargement 10 and is bored along its axis. The bore has a maximum diameter at 11 inside the widening 10 and a minimum diameter at 12 in part 6 with intermediate inside diameters at 13 and 14.
At the end of the minimum bore 12 there is an inner flange 15 which is drilled along its axis and recessed at 16 to form a seat 17 for an outer flanged bushing 18 having an axial orifice 19 which is flattened or conically shaped. at each end, the indicated supper comprising a valve seat as explained at this point.
Drilled obliquely in the bearing, there is an opening or passage 21 of relatively small diameter forming a bypass between the interior of the engine cylinder and the interior of the bore 12 of the casing 5 for a purpose described in what follows.
Adapted so as to be able to slide in the portion of the bore 12 at minimum diameter, there is a piston 22 provided with a central projection or die 23 of conical shape at 24 to form a valve which engages in the valve seat of the valve. corresponding conicity 20, figure 3.
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Protruding from the die 23 is an axial tubing 25, which extends through the orifice 19 and partially closes it, so that an annular passage indicated at 26 is formed between the tubing 25 and the port. inside of pad 18.
Annular passage 26 connects the interior of cylinder 9 to bore 12 when valve 24 / is moved from its seat 20, see Figure 1, but is closed by valve 24 when it engages. its seat 20 as shown in Figure 3.
The bore 11 of the casing 5 is internally provided with a thread which accommodates a closure piece having a corresponding thread or body piece 27, the exterior surface of which has the same exterior diameter as the widening 10, so that the former has a shoulder 28 which matches the end of the latter.
The body piece 27 carries a screwless or smooth portion 29 which fits into the portion of the bore 13 and thereby places the body piece in precise coaxial alignment with the shell 5.
Lugs 30 and 31 integral with the body piece 27 are provided with openings 32 opposed to each other at equal distances from the common axis of the casing 5 and the body piece, and studs or bolts (not shown) pass through the openings 32 and, attached to the combustion head 8, strongly clamp the casing 5 and the body part against the latter.
Forming a body with the body piece 27 is a tubing 33 which extends axially inside the portion 14 of the bore and is internally bored at 34 to receive an axial tubing 35 of the piston 22.
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The pipes 38 and 35 respectively comprise the pump body and the piston of the fuel injection pump, described in more detail below.
Adapting so as to be able to slide into the part of the bore 14 is a cylindrical sleeve 36 having an inner flange 37 on which rests one end of a helical spring 38, the other end of which rests on the piston 22 and produces the engagement of the valve 24 on its seat 20 to close the communication between the cylinder 9 and the interior of the bore 12.
Extending coaxially with bore 34 at the end of body piece 27 is a somewhat larger diameter bore 39 into which fits a packing 40 which includes a body tubing. pump 33 and advances from the end of the body piece and is provided with a thread which engages a manually adjustable nut 41. A body flange 40a and screws 40b fixht the gasket 40 to the body part 27.
In contact with the nut 41 is a collar 42 able to move axially on the gasket 40 and fixed to the stop bars 43 which extend through longitudinal orifices 44 existing in the body part 27 in contact with the sleeve. 36.
It will be noted that by adjusting the nut 41, the stop bars 43 can be moved by sliding in the holes 44 so as to adjust the compressive or normal force of the spring 37 so as to vary the closing pressure. of the valve 24 on the seat 20, and therefore to determine the compression pressure in the engine cylinder for which the valve 24 opens, as will be described below. The locking of the nut 41 after adjustment is effected by a spindle
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pillar 45 engaging in one or more notches 46 in the collar 42.
Passing through piston 35, piston 22, and tubing 25 is an axial bore 47 which terminates at the closed end 48 of tubing 25, and in bore 47 a tight fit a capillary tube 49 having a fine bore 50.
The end of the capillary tube 49 has a reduced diameter at 51 so as to form an annular space 52 and the inner side of the closed end 48 is separated from the end of the capillary tube by a space or void indicated at 53. .
The tubing 25 is tapered at 54 and through this tapered portion is drilled a multiple number of small spray openings 55 through which fuel is sprayed into the engine cylinder 9, the tubing 25 comprising well. corresponding fuel injection nozzle.
Fitted in the liner 40 so as to be able to slide therein is an adjusting piston 56 driven by a reciprocating movement in the former having an axial channel 57 which extends between its opposite ends.
So that the control piston 56 can be given a reciprocating movement in the lining 40, the first carries in its middle or in the vicinity of the middle a peripheral slot 58 in which a tongue 59 engages on a stick 60 fixed. by a screw 61 to a sliding bar 62 slidable in a guide opening exiting in the body part 27.
The stick 60 is adapted and movable in a slot 64 formed in the body part 27, and a crank 65 India by hand or by a regulator is connected to the screw 61,
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so as to act on the butt 60 and thus move the control piston 56 in the lining 40 as a function of the load variations, as is described below.
The space between the ends of the pump piston 39 and the control piston 56 includes a fuel chamber 66 into which extends a valve block 67 carried by the control piston 56.
The valve block 67 carries a rod 68 which fits so as to be able to slide in an enlargement 69 of the axial channel 57 and is retained there by a transverse pin 70 which passes through a slot 71 in the rod 68. Repo - Sitting on the end of the rod 68 and placed on the end of the widened cap 69 is a spring 72 which normally retains the inner end of the slot 71 in contact with the pin 70 and the valve block forming body with the control piston 56. In the rod 68 there are openings 73-74 through which communication is established between the axial channel 57 and the fuel chamber 66.
The end of the pump piston 35 is bored and threaded to receive a plug 75 having a central opening 76 which can be closed by a spring-actuated control valve 77 placed in a space 78 forming a continuation of the capillary channel 50. .
Extending through an opening 79 disposed vertically in lug 31 is a filter device comprising a cylindrical piston 80 having a threaded head 81 to which is connected a fuel supply tube (not shown). The piston 80 extends on the opposite side of the lug 31 and is threaded to receive a removable cap 82 which blocks a channel 84 by a closure vane 83 extending through the piston to a.
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constriction 85 forming a shoulder 86 against which a filter sleeve 87 is normally held by a spring 88.
The sleeve 87 carries ends 89 which adapt to the channel 84 and between the ends 89 there is a reduced portion 90 forming with the channel which surrounds it 84 an annular space 91. At the opposite ends of the sleeve 87 are axially drilled holes. 92 which are connected by small radial openings 93 with the annular space 91. End passing through the filter sleeve 87, impurities and any quantity of water contained therein are drawn out of the fuel and fall through gravity at the end of the piston 80 to be eliminated when removing the cap 82.
A hole 94 drilled in the piston 80 is located in alignment with an opening 95 in the ear 31 which communicates with a longitudinal passage 96 in the body piece 27. The passage 96 carries a terminal opening 97 which communicates with the channel. 34 of the pump body 33 and is opened by the piston 35 when the valve 24 moves in contact with the valve seat 20, see figure 3.
Through the end opening 97 thus opened, the fuel of the fuel line which is maintained under the necessary charge pressure, passes through the pinch valve 87 through the axial holes 92, the radial openings 93, 1 'annular space 91; hole 94, opening 95 and passage 96 to and through end portion 97 in fuel chamber 66 which is loaded with the corresponding bundle of liquid fuel.
Further, liquid fuel passes through openings 74-75 in rod 68 into and through channel 57 and fills the portion of seal 40 or extension of the pump body above control piston 56, the gasket 40 being closed by a screw 98 and the stuffing washer 99.
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When running, and assuming that the fuel chamber 66, the channel 57, and that part of the gasket 40 are not filled with liquid fuel, and that the valve 24 closes the annular passage 26, the engine is turned on. firstly in rotation to push the piston inwardly into the cylinder at the compression stage of the cycle of operations.
During the compression stroke and corresponding to the duty cycle of spontaneous ignition engines under constant pressure, air is compressed in the engine cylinder, and when the pressure rises, compressed air passes through the bypass opening 21 in the cylinder 12 so that the pressure in this cylinder increases only at a relatively low rate due to the small cross section of the bypass 21.
The increasing compression pressure is exerted on an area of the piston 22 equivalent to the total cross section of the axial orifice 19 of the bearing 18, and as the engine piston approaches the end of its compression stroke, the Compressive pressure acting on this surface, as well as the pressure in cylinder 12 acting on the annular portion of piston 22 surrounding die 23, is sufficient to displace valve 24 from seat 20 against the resistance of spring 38. Thereupon, the compression force acts on the entire surface of the piston 22 which, together with the pump piston 35, is moved rapidly and presses against the spring 38 which is correspondingly compressed and further tensioned.
By its rapid movement in the pump body 33, the piston 35 first closes the fuel inlet 97 and
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then ejects the fuel charge into the fuel chamber 66 through the opening 76 behind the valve 77 into the capillary channel 50 and thence into the injection nozzle 25 where the fuel is sprayed through the openings. tures 55 in the engine cylinder, in which the fuel is spontaneously ignited and burns in compressed air to give the engine its initial impulse.
The short injection period ends with the engagement of the marginal ridge of the opening 76 in the valve block 67, which closes the fuel inlet to the cylinder.
When the fuel injection ceases as described, the piston 22 and the piston 35 are brought to rest without shock by the back pressure generated in the fuel remaining in the fuel chamber 66, the channel 57 and the upper part. gasket 40. When the marginal ridge of outwardly rising piston 35 opening 6 engages valve block 67, the latter is pushed upward and retained by the cross pin. versale 70 in the slot 71 of the rod 68, the spring 72 and the fuel pressure remaining in the openings 73-74, the channel 57 of the control piston 56 and the upper part of the gasket 40.
The fuel backpressure thus occurring at the end of injection and which the valve block 67 and its related parts are intended to cause, has the effect of bringing the piston 22 and piston 35 to rest. without producing shock, owing, in the opinion of the inventor, to the low compressibility of the fuel, the expansion of the metal parts and the increased pressure of the fuel which balances the compression pressure.
When starting the engine as described more
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up, and to a certain extent during its slow operation, part of the compressed air passes through the bypass opening 21 and the increasing compression pressure acts on the entire surface of the piston 22 which is therefore actuated earlier during the compression stroke than would be the case if the bypass opening did not exist and the surface equivalent piston compression pressure acted only on the piston. surface / of the cross section of the axial channel 19 of the bearing 18.
Consequently, it can be seen that when starting or running at very low speeds, the bypass opening 21 by admitting compressed air into the annular space surrounding the die 23 avoids the action. factors reducing compression pressure and resulting from heat loss due to the low degree of compression, as well as the longer period of piston blowing time, and leaks through the intake and outlet valves, which all together in the event of simultaneous action would render the operation of the actuators too late, or even stop the operation of the engine, if the surface below the valve 24 alone were exposed to the increasing compression pressure.
As the engine accelerates, the bypass opening 21, owing to its reduced cross-sectional area, becomes less and less effective until, when the engine reaches its normal running speed, the opening of bypass becomes practically ineffective and the compression pressure acts only on the surface of the piston 22 equivalent to the surface of the channel 19.
The area or diameter of the bypass opening 21, for which optimum start-up and slow operation are achieved, are determined by tests.
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The speed of the motor is adjusted according to the load variations by the control piston 56 which, via the crank 65, the screw 61 and the butt head 60 move axially in the lining 40. under the action of the engine governor to vary the effective capacity of the fuel chamber 66 so that a greater or less amount of fuel is injected correspondingly to the requirements of the load.
When the pressures at the ends of the control piston 56 are balanced, as a consequence of the existence of the axial channel 57 through which the fuel is free to flow in either direction, the resistance opposing the movement of the governor is small so that a sensitive adjustment of the motor is obtained.
When the piston 22 operates during the compression stroke of the engine as described, the volume of the free space of the engine cylinder is increased by communication with the interior of the operating cylinder 12.
Therefore, the compression ratio is decreased and the compression pressure is correspondingly decreased, so that the temperature of the air compressed in the engine cylinder would be lower than the minimum necessary for ignition, that is, that is, at 538 C (1000 F), if there were no other factors preventing the temperature from falling.
The factors contributing to increase the temperature at the ignition point, according to the views of the applicant, are the sudden impact of the pump piston on the fuel, which. generate heat therein, and the friction from the high velocity of the fuel as it passes through the spray openings and through-
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to dense compressed air, which are believed to produce heat in the fuel.
The heat accumulated from these causes of engine compression has been found to raise the temperature to the ignition point, so that the apparatus described herein can be used effectively on small-sized engines operating at pressures of. relatively low compression, both at start-up and in normal operation, and allows these engines to operate on a self-igniting cycle under constant pressure.
Although the improved injection apparatus has been described with particular reference to constant pressure engines running on relatively heavy fuels, such as diesel oil, it is evident that the apparatus can be used. used with the same advantages on constant volume engines running on light and volatile liquid fuels or alcohols, such as petroleum, benzine, alcohol, kerosene, etc ...
In order to overcome the lubrication difficulties which may be encountered in the injection apparatus when such light fuels are used, the packing 40 may be made of a material having self-lubricating characteristics such as. suitable plastic material, metals impregnated with oil or graphite, powdered metals, etc., and operating parts such as the piston and pump body, and the control piston may be coated with these substances .
CLAIMS.
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