<Desc/Clms Page number 1>
NATIONAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION, résidant à LONDRES.
SYSTEME D'INJECTION DE CARBURANT LIQUIDE POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.
La présente invention est relative aux systèmes d'injection de carburant liquide pour moteurs à combustion interne à allumage par compres- sion et en particulier aux dispositifs de commande pour les pompes à plongeur du type à impulsions.
Dans une forme connue de système pour l'injection de -carburant dans les cylindres de moteurs à allumage par compression, connue en anglais sous l'appellation "common-rail", une pompe est utilisée pour pomper le car- burant, sous une pression élevée (par exemple de 6000 livres anglaises par pouce carré) dans un réservoir relié à une tubulure, d'où le carburant est amené aux divers cylindres, le commencement et la fin de l'injection étant contrôlés par des soupapes commandées mécaniquement et montées dans les in- jecteurs.
Ce système présente notamment l'inconvénient de permettre l'entrée d'un excès de carburant dans le cylindre, si une des soupapes d'injection vient à ne pas se fermer, et de donner lieu à des fuites, dans le cas où l'é- tanchéité des soupapes est imparfaite.,
Dans un autre système connu, à savoir le système à pompe du type à impulsions, une pompe commandée mécaniquement est prévue pour chaque cylin- dre, l'injecteur comportant, dans ce cas, un ajutage muni d'une soupape char- gée par un ressort, ou un ajutage ouvert.
Ce système est plus simple, en ce sens que la période d'injection est commandée par la pompe elle-même Si la soupape de l'ajutage vient à ne pas se fermer, la quantité de carburant en- trant dans le cylindre par cycle n'est pas fortement affectée,
L'emploi du système à pompe du type à impulsions présente, toute- fois, certaines difficultés dans le cas où le moteur à allumage par compres- sion présente de grandes dimensions ou dans le cas où le moteur présente de
<Desc/Clms Page number 2>
plus petites dimensions, mais est chargé à des pressions efficaces moyennes de freinage élevées, par exemple supérieures à 200 livres anglaises par pou- ce carré.
Une limitation importante du système en question réside dans le fait que tout le travail requis pour la compression et la décharge du carbu- rant doit, à chaque cycle, provenir de l'arbre d'entraînement de la pompe, pendant un intervalle de temps qui est même plus court que la période réelle d'injection du carburant dans le cylindre du moteur et qui correspond norma- lement à 10 environ de rotation de l'arbre de la pompe. Toutes les pièces entraînant le plongeur de la pompe doivent, par conséquent, être agencées de manière à résister à une charge très élevée, pendant environ 10 de rota- tion de l'arbre (et, au surplus, à une charge qui est appliquée très soudai- nement), tandis que, pendant la majeure partie des 3500 restants de la ro- tation, le système, ne doit plus accomplir qu'un travail négligeable.
Ainsi, dans les types de moteurs auxquels il est fait référence ici, les dimensions de l'arbre à came de la pompe (et des cames, leviers, etc.. y associés), de l'accouplement, de l'atre d'entraînement et des chaînes ou engrenages d'en- traînement, deviennent excessivement grandes.Un autre inconvénient du sys- tème à pompe du type à impulsions réside dans le fait qu'environ un tiers seulement de la course totale du plongeur de la pompe peut être utilisé de manière satisfaisante pour le pompage de carburant, le premier tiers de cet- te course étant utilisé pour l'accélération et le dernier tiers pour la dé- célération du plongeur et des autres pièces à mouvement de va-et-vient.
La présente invention a, dès lors, pour objet un système, dans lequel les défauts du système à pompe du type à impulsions sont évités, tan- dis que sont maintenues les particularités souhaitables de ce système, no- tamment ses bonnes caractéristiques d'injection et sa facilité de commande, et dans lequel sont également évités les inconvénients du système connu men- tionné en premier lieu, à savoir la possibilité de fuites et l'injection d'un excès de carburant, dans le cas où la soupape de l'ajutage d'injection vient à ne pas se fermer.
L'invention concerne un système de commande pour pompe ou pompes d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne, caractérisé en ce que l'énergie requise pour actionner la pompe ou chaque pompe est appli- quée à un accumulateur et emmagasinée dans celui-ci, sur une période relati- vement longue de chaque cycle de fonctionnement du moteur, tandis que l'éner- gie accumulée est appliquée pour actionner la pompe ou chaque pompe, sur une période relativement courte de chaque cycle.
L'invention concerne également un système tel que défini ci-dessus, dans lequel l'accumulateur est un accumulateur pneumatique/hydraulique et dans lequel l'énergie est appliquée à cet accumulateur à l'aide d'une pompe d'alimentation entraînée par le moteur.
L'invention est également relative à un système tel que spécifié ci-dessus, dans lequel l'énergie potentielle emmagasinée dans l'accumulateur est convertie en travail dans la pompe d'injection ou dans chaque pompe d'in- jection, par un dispositif de commande associé à la pompe ou à chaque pompe.
L'invention est encore relative à un système tel que spécifié plus haut, dans lequel la longueur et la position de la période relativement cour- te du cycle du moteur, pendant laquelle la pompe est actionnée, sont contrô- lées par un dispositif à soupape prévu entre l'accumulateur susdit et le dis- positif de commande de la pompe d'injection ou-de chaque pompe d'injection.
L'invention concerne,au surplus, un système de commande pour une pompe ou des pompes à injection du type à plongeur pour moteurs à combustion interne, ce système étant caractérisé en ce que l'énergie requise pour action- ner la ou les pompes d'injection est appliquée par un dispositif commandé par un liquide sous pression.
La présente invention est aussi relative à un système, tel que pré- cisé ci-dessus, dans lequel le dispositif de commande de la ou des pompes,
<Desc/Clms Page number 3>
actionné par un liquide sous pression, est constitué par un piston travail- lant dans un cylindre, le piston présentant un diamètre supérieur à celui du plongeur de la pompe d'injection y associée.
L'invention concerne également un système, tel que spécifié ci- dessus, dans lequel le liquide sous pression est fourni par un accumulateur pneumatique/hydraulique et dans lequel l'amenée de liquide au dispositif de commande de la ou des pompes d'injection est contrôlée par une soupape agen- cée pour être actionnée mécaniquement par le moteur.
L'invention vise également un système du type défini ci-avant, dans lequel la soupape de contrôle comporte un piston travaillant dans un cylindre et servant à découvrir et à obturer des orifices ménagés dans les parois de ce cylindre, de manière à mettre le dispositif de commande de la pompè d'injection alternativement en communication avec l'accumulateur et avec un tuyau d'échappement ou de décharge.
L'invention concerne aussi un système tel que défini ci-dessus, dans lequel un dashpot ou amortisseur est prévu pour amener le piston au re- pos à la fin de sa course.
L'invention concerne également un système tel que défini ci-des- sus, dans lequel le réglage de l'action du dashpot est modifiée en fonction des conditions de marche de la pompe d'injection.
L'invention est encore relative à un système du type spécifié ci-dessus, dans lequel le piston est attaché au plongeur de la pompe et dans lequel la rotation de l'ensemble formé par le piston et le plongeur contrôle la quantité de carburant injecté et le réglage de l'action du dashpot.
. Le système perfectionné suivant l'invention convient principale- ment pour être utilisé avec des pompes du type à impulsions et le type pré- féré de système est constitué par la pompe du type à impulsions communément utilisée, dans laquelle le contrôle de la quantité de carburant déchargé est réalisée par rotation du plongeur, qui présente un bord hélicoïdal asso- cié à un orifice. A l'exception du mécanisme très léger de commande de la soupape, aucun arbre à came ou suiveur de came de type quelconque n'est em- ployé, tandis que la came normale et le piston de guidage normal sont rempla- cés par un simple piston, qui peut présenter sensiblement les mêmes dimensions que le piston de guidage normal et qui peut occuper la même position par rap- port au plongeur de la pompe d'injection.
Un dashpot ou amortisseur est pré- vu pour amener rapidement le piston au repos, sans que se produise de choc à la fin de sa course efficace. Le plongeur de la pompe est actionné par l'ad- mission d'un fluide dans la chambre cylindrique où est logé le piston. La course de pompage et de retour du plongeur peut se faire par l'admission d'un fluide alternativement des deux côtés du piston ou bien l'admission de ce fluide peut n'être permise que d'un côté du piston, afin d'effectuer la cour- se de pompage, un ressort commandant la course de retour du piston.
Le fluide, qui sera désigné dans la suite du présent mémoire sous l'appellation de "liquide de commande" et qui peut être constitué par du fuel- oil ou par un liquide convenant spécialement à cette fin, est amené dans la chambre du piston, sous une pression qui constitue une fraction de la pres- sion maximum requise dans le tuyau d'injection. Ainsi, si la pression d'in- jection maximum requise est de 8000 livres anglaises par pouce carré, la pres- sion du liquide de commande peut être, par exemple, de 1000 livres anglaises par pouce carré, la surface du piston étant, dans ce cas, approximativement égale à 8 fois celle du plongeur de la pompe.
L'admission du liquide de commande dans la chambre du piston et son évacuation subséquente de cette chambre sont contrôlées par une légère soupape actionnée mécaniquement et s'ouvrant à une vitesse telle que le pis- ton et avec lui le plongeur de la pompe soient accélérés rapidement, mais sans à-coups. Dans une forme d'exécution préférée, on fait usage d'une sou-
<Desc/Clms Page number 4>
pape du type à piston, équilibrée par la pression et dont le piston est ani- mé d'un mouvement axial grâce à une came agissant à l'encontre de l'action d'un léger ressort de rappel, de façon que la chambre du piston soit mise en communication, par l'intermédiaire d'orifices, d'abord avec le système d'a- limentation en liquide de commande et ensuite avec un tuyau de retour du li- quide de commande.
Le liquide de commande est comprimé et amené sous pression à un accumulateur, par une pompe d'alimentation, qui absorbe de l'énergie de ma- nière continue ou sensiblement continue. La pompe peut être montée dans n'im- porte quelle position convenable, la longueur du tuyau reliant la pompe d'a- limentation au réservoir étant sans importance.
Il sera fréquemment très a- vantageux d'entraîner une petite pompe à grande vitesse par un pignon fai- sant partie du système d'engrenage communément utilisé pour entraîner les pompes à eau, les pompes à huile lubrifiante et l'arbre à came actionnant les soupapes d'admission et d'échappement,
L'accumulateur, qui reçoit du liquide de la pompe d'alimentation et l'amène aux diverses chambres des pistons, est, de préférence, du type dans lequel une certaine quantité de gaz, soumise à la pression du liquide de commande, est emprisonnée dans une chambre séparée de celle dans laquelle passe le liquide de commande par un piston ou par un diaphragme.
La compres- sion et la détente du gaz s'adaptent aux changements brusques dans le volu- me de liquide de commande contenu dans le réservoir, sans provoquer de chan- gements important;. dans la pression
La pompe d'alimentation en liquide de commande peut être du ty- pe à débit variable et peut être commandée de manière à n'avoir qu'un faible débit, lorsque le moteur marche à charge partielle et seule la première par- tie du mouvement du plongeur de la pompe d'injection est efficace. En com- binaison avec ceci, le mouvement du piston ou du diaphragme dans l'accumula- teur de liquide de commande peut être limité, de façon qu'à chaque cycle le réservoir ne décharge que la quantité de fluide fournie par la pompe pendant la période correspondante et la pression de gaz ne tombe qu'à une valeur pré- déterminée.
Grâce à ces moyens, l'énergie absorbée par le liquide de comman- de aux charges partielles du moteur est réduite. Par ailleurs, en vue de mi- nimiser l'énergie requise, la quantité de gaz emprisonnée dans l'accumulateur peut être limitée, de façon que la pression tombe autant que possible, sans affecter de façon préjudiciable les conditions d'injection.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple seulement, une forme d'exécution de l'invention, dans laquelle : - la figure 1 montre un agencement général du système; - la figure 2 est une coupe verticale d'un des dispositifs de la figure 1; - la figure 2a est une coupe d'un type normal de soupape convenant pour être utilisée avec le dispositif selon la figure 2; .- la figure 3 est une coupe horizontale suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ; - les figures 4 et 5 sont des vues en perspective de parties for- mant un dashpot ou amortisseur ; - la figure 6 est un graphique montrant le mouvement de la soupa- pe de commande, par rapport à la rotation de l'arbre à came; - la figure 7 est une coupe longitudinale d'une structure de sou- pape selon l'invention, pour produire une injection pilote;
- la figure 8 est une coupe longitudinale d'une autre soupape a- gencée pour produire une injection pilote et pourvue d'un dashpot'-- se déchar- geant dans un passage de section réduite ménagé dans la tête de la soupape ;
<Desc/Clms Page number 5>
gure- la figure 9 montre une variante du dispositif illustré à la fi- gure 8; - la figure 10 est une coupe longitudinale d'une autre soupape en- core, agencée pour produire une injection pilote et dans laquelle la déchar- ge du dashpot se fait par un passage communiquant avec le coté dirigé vers la pompe de la soupape; - la figure 11 est une coupe longitudinale d'une soupape produi- sant une injection pilote et dans laquelle la décharge du dashpot se fait grâce à des plats formés le long de la partie de déchargement de la soupape;
- la figure 12 est une coupe transversale de l'élément e de la figure 11; - la figure 13 est une coupe longitudinale d'une soupape produi- sant une injection pilote et dans laquelle la soupape est pourvue d'une sou- pape à bille, et - la figure 14 est une coupe longitudinale d'une soupape produi- sant une injection pilote et dans laquelle est prévu un passage communiquant, à travers le corps de la soupape, avec la chambre de la pompe.
A la figure 1, du liquide de commande est extrait d'un réservoir
1 par une pompe 2 du type à engrenage, entraînée, de manière continue, par le moteur. Ce liquide est amené, sous une pression de l'ordre de 1.000 li- vres anglaises par pouce carré, par l'intermédiaire d'une soupape de retenue 3 et d'un filtre 4, à une soupape de sûreté 5, qui limite la pression à la valeur choisie, le liquide en excès étant ramené au réservoir-par le tuyau 6. Le restant du liquide de commande est amené, par le tuyau 7, aux divers dispositifs de commande des pompes d'injection; trois de ces dispositifs 8, 9 et 10 sont représentés à titre d'exemple.
Le liquide de commande déchargé après usage est ramené au réservoir par le tuyau 11.Le liquide de commande est refroidi par un échangeur de chaleur 12, qui est avantageusement monté dans le réservoir et est alimenté à l'aide d'eau de refroidissement. Une pom- pe 13, commandée à la main est prévue pour pomper le liquide de commande du réservoir dans le système par les tuyaux 14 et 15, pour amorcer le système et vérifier le fonctionnement des pompes. Lorsque cette pompe 13 est utili- sée, la soupape de retenue 3 empêche le retour du liquide au réservoir, par la pompe à engrenage 2.
A la figure 2, le liquide de commande entre par un raccord 16 et s'écoule, pendant une grande partie du cycle, par le passage annulaire 17 (figures 2 et 3), le passage 18 (figure 2) et la soupape 19, dans l'espace 20 de l'accumulateur, en comprimant de l'air dans l'espace 21, le liquide de commande et l'air étant séparés par le diaphragme flexible 22, qui peut être en caoutchouc synthétique. L'espace 21 prévu sous le diaphragme est i- nitialement chargé au moyen d'air ou d'un autre gaz approprié, par l'inter- médiaire de la soupape 23, jusqu'à une pression quelque peu inférieure à la pression moyenne choisie du liquide de commande (par exemple, jusqu'à une pression de 850 livres anglaises par pouce-carré, lorsque la pression moyen- ne en question est de 1000 livres anglaises par pouce carré).
Lorsque le sys- tème est au repos, la soupape 19 est fermée et le diaphragme 22 repose con- tre la surface continue et lisse formée par la paroi de la chambre 20 et la tête de la soupape. Lorsque la pompe à engrenage fonctionne, la soupape 19 s'ouvre et du liquide de commande pénètre dans l'espace 20, ce qui a pour effet d'amener la pression de l'air à la valeur de la pression du liquide de commande. Pendant la marche du moteur, la demande cyclique de liquide de commande en provenance de l'espace d'accumulation 20 et le rechargement sub- séquent de cet espace provoquent un déplacement du diaphragme 22 de part et d'autre de la position représentée.
La soupape 24 commandée mécaniquement (figure 3), qui contrôle l'é- coulement de liquide de commande, comporte trois parties cylindriques formant pistons 25,26 et 27 reliées entre elles par deux parties cylindriques 28
<Desc/Clms Page number 6>
et 29 de plus petit diamètre. Cette soupape est déplacée dans une direction par une came 30 portée par un arbre 31, qui est mécaniquement entraîné par le moteur, le mouvement de retour de la soupape s'effectuant à l'interven- tion d'un ressort 32.
La soupape se meut dans un manchon 33 présentant trois séries d'orifices, notamment des orifices centraux 34, communiquant par l'es- pace annulaire 35 avec l'espace 36 (figure 2) prévu en dessous du piston actionnant le plongeur, des orifices extérieurs 37 communiquant avec l'espa- ce d'accumulation 20,et des orifices extérieures 38 communiquant avec le raccord 39 du tuyau de décharge.
Dans la position illustrée à la figure 2, la soupape 24 place l'espace 36 prévu en dessous du piston actionnant le plongeur en communica- tion avec le tuyau de décharge, par l'intermédiaire des orifices 34 et 38 et l'ensemble du plongeur de la pompe est à l'extrémité inférieure de sa course. Lorsque la soupape 24 est repoussée par la came 30 de l'arbre à ca- me 31, la partie cylindrique centrale 26 passe sur l'orifice central 34, de manière à mettre l'espace 36, prévu sous le piston actionnant le plon- geur, en communication, par les orifices 34 et 37, avec l'espace d'accumu- lation 20 et le tuyau d'alimentation en liquide de commande.
La pression du liquide de commande agit sur le piston 40 actionnant le plongeur (figure 2), qui porte intérieurement le plongeur 41, qui est maintenu appliqué contre le piston 40 par le ressort de rappel 42.
Le piston actionnant le plongeur présente deux fentes verticales 43, dans lesquelles sont engagées des saillies intérieures 44 portée par une bague dentée 45. Les dents de cette bague sont en prise avec une crémaillè- re, de la manière habituelle. Le déplacement de la crémaillère a pour effet de faire tourner le piston 40 et avec lui le plongeur 41, une goupille 46 interdisant tout mouvement de rotation relatif de ces pièces. Le ressort 42 tourne également avec le piston et avec le plongeur, un palier de butée à billes 47 étant prévu,en vue de réduire le frottement.
Dans la position re- présentée, une saillie centrale 48 prévue au côté inférieur du piston ac- tionnant le plongeur prend appui sur la plaque 49 et agit comme pivot autour duquel le piston actionnant le plongeur peut tourner sans résistance sérieu- se. La plaque 49 sert à séparer les divers passages et chambres prévus dans l'ensemble et est munie de dispositifs d'étanchéité appropriés 50,51 et 52, qui peuvent affecter la forme d'anneaux en caoutchouc synthétique.
Une chambre de dashpot 53 est formée entre d'une part, un contre- alésage formé dans le cylindre 55,dans lequel travaille le piston 40 action- nant le plongeur, et, d'autre part, le piston 40, qui présente un rebord 56.
Un petit jeu est prévu entre ce rebord et le contre-alésage, de manière à permettre l'évacuation de liquide de commande, à une vitesse appropriée, hors du dashpot. Des orifices d'écoulement 57 et des passages de décharge 58 sont ménagés dans la paroi du piston 40, de manière à permettre l'évacuation li- bre du liquide de commande hors du dashpot, pendant la partie efficace de la course du plongeur.
Un des orifices d'écoulement 57 et ses passages de décharge 58 ménagés dans le piston 40 sont représentés également à la figure 4, tandis que le contre-alésage 54 prévu dans le cylindre 55 est également illustré à la figure 5.
Une surface de contrôle hélicoïdale ou autrement inclinée 59 (fi- gure 5) est prévue en deux endroits opposés du cylindre 55, au delà de l'ex- trémité du contre-alésage 54.
Les bords des orifices 57 (figure 4) ont une forme similaire, en sorte qu'en un certain point du trajet parcouru par le plongeur, les côtés inférieurs des orifices 57 coïncident avec les bords ou surfaces 59 prévus à l'extrémité du contre-alésage, après quoi le déchargement libre du dashpot est interrompu, en sorte que- celui-ci commence à agir efficacement. En rai- son de l'inclinaison des bords ou surfaces de contrôle, le point du trajet
<Desc/Clms Page number 7>
du plongeur, auquel se produisent les effets mentionnés ci-dessus, change lorsqu'on fait tourner, sous la commande du mouvement de la crémaillère, l'ensemble formé par le piston et le plongeur.
Les positions relatives des bords ou surfaces de contrôle et l'angle de l'hélice sont tels que les ori- fices d'écoulement du dashpot sont fermés, quel que eoit l'ajustement de la crémaillère, peu de temps après que le bord de contrôle du plongeur 41 a dé- couvert l'orifice d'écoulement (non représenté) de la pompe. Le plongeur parcourt, dès lors, la partie efficace de sa course à pleine vitesse et est ensuite amené lentement au repos.
Lorsque la soupape 24 met l'espace 36, prévu sous le piston ac- tionnant le plongeur, en communication avec le tuyau de décharge et lorsque le plongeur de la pompe accomplit sa course de retour, sous l'effet du res- sort de rappel, la chambre du dashpot est remplie à nouveau, vers la fin de la course de retour, de liquide de commande venant de l'espace 36, par les passages 58 et les orifices 57. La vitesse à laquelle le plongeur de la pom- pe accomplit sa course de retour est avantageusement limitée, en prévoyant un orifice de restriction du débit dans le raccord 39 (figure 3) relié au tuyau de décharge.
L'accélération du mouvement du plongeur, au début de son déplacement vers l'avant, est limitée, en limitant la vitesse à laquelle l'o- rifice 34 est découvert par la partie 26 de la soupape 24, le contour de la came 30 étant agencé pour produire le mouvement de la soupape illustré à la figure 6. Sur cette figure, A désigne le moment où l'orifice d'entrée commen- ce à s'ouvrir et B celui auquel cet orifice d'entrée est complètement ouvert.
On peut voir que, dans la forme d'exécution préférée de l'inven- tion, le système comporte, de manière générale, une pompe, chargée de maniè- re continue et fournissant un liquide de commande à pression modérée à un accumulateur comportant un matelas de gaz, qui, à son tour, amène le liquide de commande, par l'intermédiaire d'une soupape, à pression équilibrée et ac- tionnée par une came à l'encontre d'un léger ressort de rappel, à une cham- bre contenant un piston, sur lequel la pression du liquide de commande agit et qui entraîne, à son tour, le plongeur de la pompe d'injection, de manière à lui faire exécuter sa course de décharge, le piston étant arrêté à la fin de sa course efficace par un dashpot et étant ramené à sa position initiale par un ressort.
Des essais effectués sur un système agencé conformément à la présente invention ont révélé que les effets désirés sont obtenus. Le plon- geur de la pompe subit une accélération rapide au début de sa course et su- bit une décélération rapide, lorsque le piston entre dans le dashpot à la fin de sa course. A cause de la vitesse élevée atteinte, la vitesse d'injec- tion est approximativement égale au double de celle pouvant être obtenue avec la came présentant la plus forte courbure qu'il est possible d'obtenir en pratique, dans une pompe actionnée mécaniquement et comportant un plongeur de même diamètre. Le débit de la pompe est grandement accru, grâce à l'allon- gement de la partie efficace de la course du plongeur.
Le dispositif de com- mande mécanique des cames actionnant la soupape de commande du type à piston et à pression équilibrée est extrêmement léger et peut être constitué par un dispositif de type connu pour faire varier le réglage de l'injection, bien que ces dispositifs se soient avérés peu satisfaisants, lorsque des couples importants et subissant des variations brusques doivent être transmis.
Il est bien connu que le cognement Diesel peut être éliminé en injectant une petite charge de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur, avant d'y injecter la charge principale. A cette fin, divers dispo- sitifs ont été utilisés pour amener la pompe d'injection à opérer deux déchar- ges séparées. Ainsi, deux pompes distinctes peuvent être utilisées pour cha- que cylindre du moteur, la première pompe fournissant la charge pilote et l'autre la charge principale, ou bien on peut faire usage d'une seule pompe entraînée par une came agencée de façon que la décharge se fasse en deux sta- des.
Les dispositifs décrits plus haut produisent une injection pilote satisfaisante, tant au point de vue quantité qu'au point de vue temps par
<Desc/Clms Page number 8>
rapport à la charge principale,mais la gamme des vitesses du moteur, dans laquelle une injection pilote satisfaisante peut être obtenue est très limi- tée. C'est pourquoi, la présente invention a encore pour objet un système d'injection de carburant, grâce auquel une injection pilote satisfaisante peut être obtenue dans'une gamme étendue de vitesses du moteur. La quantité de carburant injectée dans le cylindre d'un moteur, en vue de modifier la charge, c'est-à-dire la force moyenne du moteur, est contrôlée de manière connue et ne fait pas partie de la présente invention.
L'amélioration obte- nue par celle-ci concerne l'aptitude du moteur à fonctionner tranquillemeit à toutes les charges et à toutes les vitesses du moteur.
Dans les systèmes d'injection bien connus spécifiés plus haut, une modification de la vitesse du moteur produit un changement de la vitesse de décharge de la pompe et un changement dans l'intervalle de temps qui s'é- coule entre le début de la décharge pilote et le début de la décharge prin- cipale de la pompe, tandis que le changement de la vitesse de décharge de la pompe modifie l'amplitude de l'onde de pression engendrée dans le tuyau d'injection de carburant et modifie ainsi la quantité de charge pilote in- jectée. La modification de l'intervalle de temps s'écoulant entre les deux stades de la décharge de la pompe donne lieu à une modification correspon- dante de l'intervalle de temps s'écoulant entre les deux stades d'injection.
Lorsque la vitesse du moteur est réduite à une valeur inférieure à celle de la gamme limitée des vitesses, dans laquelle la marche du moteur est satisfaisante,la charge pilote devient trop faible et disparaît même si l'on réduit encore davantage la vitesse du moteur, parce que l'amplitude de l'onde de pression engendrée par la décharge pilote est insuffisante pour ouvrir la soupape d'injection chargée par ressort , Lorsque la vitesse du moteur est élevée jusqu'à une valeur supérieure à celle de la gamme limitée des vitesses, dans laquelle la marche du moteur est satisfaisante, la quan- tité de charge pilote injectée devient excessive, à cause de l'amplitude accrue de l'onde, due en partie à la vitesse accrue de l'élément de pompage,
mais en partie aussi à l'écoulement plus faible de carburant hors de la chambre de la pompe, étant donné que l'orifice d'entrée est fermé, et à l'é- coulement plus faible de carburant au delà de l'élément de pompage, pendant sa course efficace. Cette augmentation de la quantité de charge pilote ac- croit l'intervalle de temps requis pour l'injection de cette charge.
Lorsque la vitesse du moteur augmente, un intervalle de temps don- né, pendant lequel s'opère l'injection pilote, constitue une proportion plus importante de l'intervalle s'écoulant entre les débuts des deux stades d'in- jection. Cette particularité jointe au fait que l'intervalle de temps accru que prend l'injection pilote, donne lieu, lorsque le moteur fonctionne à des vitesses élevées, à un fusionnement ou chevauchement des deux stades -d'injec- tion, à tel point que la soupape reste d'abord en partie ouverte entre les deux stades et reste, lorsque la vitesse du moteur augmente encore davantage, enièrement ouverte, en sorte qu'une seule période d'injection est obtenue.
Ces inconvénients sont évités en employant un système de commande conforme à la présente invention, en combinaison avec un dispositif de modi- fication de l'injection de carburant, ce dispositif étant agencé de façon que la décharge de carburant par l'injecteur se fasse en deux stades.
Bien que l'on puisse faire usage de n'importe quel dispositif approprié, pour produire deux décharges séparées par l'injecteur dans la com- binaison proposée, il est préférable de faire usage du système d'injection de carburant liquide décrit et revendiqué dans les demandes de brevet bri- tanniques n 28.192/50 et 3.793/51, lequel système peut être agencé pour pro- duire deux décharges séparées. Avec cette combinaison, les vitesses de dé- charge de la pompe, tant pour l'injection pilote que pour l'injection prin- cipale, sont fortement indépendantes de la vitesse du moteur.
Ceci constitue une particularité avantageuse, étant donné que la courte période, pendant laquelle se fait l'injection principale, aux faibles vitesses du moteur, et
<Desc/Clms Page number 9>
la bonne atomisation résultant de la vitesse d'injection constante élevée conduisent à un rendement thermique élevé. L'emploi d'une courte période pour l'injection principale donnerait lieu, en particulier aux faibles vites- ses du moteur, à des augmentations excessives de la pression et produirait, par conséquent, des cognements. La mesure dans laquelle cette période peut être raccourcie est limitée par cette marche peu satisfaisante aux faibles vitesses.
Une injection pilote, qui ne varie pas fortement avec la vitesse du moteur, permet non seulement à un moteur de fonctionner de manière satis- faisante aux faibles vitesses avec une période d'injection aussi courte que celle donnant satisfaction aux vitesses élevées, mais permet également de raccourcir davantage cette période, tout en conservant une marche satisfai- sante à la fois aux vitesses élevées et aux vitesses faibles du moteur. Ain- si, on tire non seulement un meilleur profit de l'injection pilote, mais on bénéficie aussi de la particularité avantageuse du système de commande de la pompe à carburant, qui permet de lui conférer des vitesses de décharge extrêmement élevées ; ainsi, des périodes d'injection courtes peuvent être utilisées dans une mesure beaucoup plus grande.
Ces considérations présentent une grande importance dans le cas de moteurs Diesel chargés sous une pression élevée, dans lesquels des vites- ses d'injection très élevées sont nécessaires pour fournir la grande quanti- té de carburant requise à la chambre de combustion, pendant la période d'in- jection permise, et dans lesquels, sans que d'autres mesures doivent être prises,des accroissements excessivement élevés de la pression régnant dans le cylindre se manifestent. Ainsi, le moteur chargé sous pression élevée constitue une nouvelle application pour l'injection pilote, dont l'utilisa- tion a été jusqu'à présent confinée surtout à la suppression des bruits dé- sagréables produits par les moteurs de véhicules, lorsqu'ils tournent à vide et lorsque le véhicule démarre.
Le dispositif d'injection conforme à la pré- sente invention convient donc particulièrement bien pour être utilisé dans les moteurs chargés sous pression élevée, en particulier si.le dispositif employé pour la commande de la pompe ou des pompes évite non seulement de grandes variations de la vitesse de décharge en fonction des changements de la vitesse du moteur, mais fournit aussi, comme dans l'exemple cité plus haut, une vitesse d'injection élevée.
Le système d'injection de carburant liquide des demandes britan- niques n 28.192/50 et 3. 793/51 est constitué par une soupape de refoule- ment ou de décharge, comportant une partie de déchargement et un élément de commande qui, à chaque course de décharge de la pompe, se déplace, sur une partie de son trajet, dans une chambre d'où il émerge suffisamment pour ouvrir un passage permettant l'amenée de carburant de la pompe à l'ajutage d'injection, cette chambre étant agencée et dimensionnée, à la fois en fonc- tion des dimensions de l'élément de contrôle et du trajet parcouru par ce- lui-ci, de façon qu'après l'écoulement du carburant hors de la pompe et pen- dant le mouvement de fermeture de la soupape, l'ensemble forme, pendant la- dite partie de son trajet, un dashpot ou amortisseur,
dans lequel du carbu- rant est emprisonné et hors duquel ce carburant est déchargé. Les demandes britanniques précitées ont essentiellement pour objet d'empêcher les injec- tions secondaires, mais il y est spécifié que, si la tête de la soupape (é- lément de commande) est agencée de façon à s'adapter étroitement dans le dashpot et si le trajet de la tête de la soupape dans le dashpot est inférieur à celui de la partie de déchargement, il se produit, lorsque la tête de la soupape quitte le dashpot, un renversement de la circulation du carburant, pendant que le vide partiel se maintient dans le dashpot, après quoi le car- burant reprend son mouvement vers l'avant, lorsque le plongeur de la pompe continue à s'élevero Lorsque la pression de décharge de l'ajutage d'injection est appropriée, cette action donne lieu à une injection pilote,
même si l'on fait usage d'une came agencée pour ne donner lieu qu'à une injection normale en un seul stade. Un écoulement suffisant peut être permis entre la tête de la soupape et l'alésage du dashpot, pour permettre un effet d'amortissement
<Desc/Clms Page number 10>
pendant la course de fermeture de la soupape de décharge, tout en maintenant un effet d'injection pilote suffisant pendant la course d'ouverture de cette soupape. Par contre, si un effet d'injection pilote de degré plus élevé est nécessaire, on peut s'arranger pour que la tête de la soupape s'adapte plus étroitement encore dans le dashpot ou s'adapte même avec recouvrement, mais, dans ces case l'écoulement entre la tête de la soupape et l'alésage du dash- pot ne sera pas suffisant pour produire un effet d'amortissement, si un tel effet est requis.
Dans ces cas, les agencements décrits ci-après peuvent ê- tre employés. De cette manière, l'effet d'injection pilote et l'effet d'amor- tissement ou de dashpot peuvent être contrôlés ou commandés séparément.
Les figures 7 à 14 des dessins ci-annexés représentent, à titre d'exemple seulement, un certain nombre de soupapes agencées pour produire une injection pilote et pouvant être utilisées avec le système de commande décrit en référence aux figures précédentes. La soupape représentée à la figure 2, en place dans son support, est celle décrite en référence à la figure 13, mais cette soupape peut être remplacée par une soupape agencée de la manière représentée sur l'une ou l'autre des autres figures ou peut être remplacée par une soupape de type normal, comme montré à la figure 2a, si une inj ec- tion pilote n'est pas requise.
La figure 7 représente une soupape de décharge, comportant un siè- ge a ménagé dans le corps de la soupape, un alésage ou passage b de grand diamètre et un alésage ou passage principal prévu en dessous de l'alésage b dans le boîtier c de la soupape. La tige de la soupape présente une partie de déchargement cylindrique e, qui empêche sensiblement le retour de carbu- rant du tuyau de décharge à la pompe, dès que la soupape se ferme dans une mesure suffisante pour que la partiee pénètre dans l'alésage ou passage prin- cipal du boîtier de la soupape. La tête d de la soupape entre dans le contre- alésage cylindrique b, de façon à emprisonner le carburant dans la chambre f formée entre ladite tête, la partie e et les parois du grand alésage b.
Lorsque la tête de la soupape s'adapte étroitement dans le contre-alésage b, une vitesse initiale élevée de décharge de carburant dans le tuyau g condui- sant à l'ajutage d'injection est obtenue. Lorsque la tête de la soupape quitte le contre-alésage, il se produit un reflux de carburant, pendant que se maintient le vide partiel dans la chambre f, après quoi le carburant re- prend son mouvement vers l'avant, lorsque le plongeur de la pompe continue à s'élevero Lorsque la pression de décharge de l'ajutage d'injection est ap- propriée, on obtient une injection pilote, en faisant usage d'une came de forme normale (c'est-à-dire n'ayant pas pour effet de produire une injection en deux stades).
Un certain écoulement peut être permis entre la tête 51 de la sou- pape et le contre-alésage, comme montré à la figure 7, sans que l'effet d'in- jection pilote soit perdu.
En réglant, de manière appropriée, le jeu ménagé autour de la tê- te de la soupape., on peut obtenir un effet d'amortissement, qui procure le contrôle voulu de la vitesse à laquelle la soupape de décharge se rapproche de son siège, ainsi que de l'effet d'injection pilote, ce qui évite la pro- duction d'injections secondaires. En faisant en sorte que le trajet parcouru par la tête de la soupape dans le dashpot, formé par la chambre ménagée dans le contre-alésage, soit inférieur au trajet que parcourt la partie cylindri- que e de la tige de la soupape dans l'alésage principal, un déchargement nor- mal du système est obtenu,, jusqu'à ce que la tête de la soupape pénètre dans son alésage. Pendant le restant du déplacement de la soupape vers son siège a,le déchargement continue à vitesse réduite.
En faisant en sorte que le trajet parcouru par la tête de la soupape dans le dashpot soit plus long que le trajet de la partie cylindrique de la tige de la soupape dans son alésage, un déchargement à pleine vitesse se produit pendant la première partie du déplacement de la tête de la soupape dans son dashpot. Lorsque la partie cy- lindrique de la tige de la soupape pénètre dans l'alésage principal, le dé-
<Desc/Clms Page number 11>
chargement continue à vitesse réduite.
Dans toutes les formes d'exécution représentées aux figures 8 à
14, un jeu minimum est prévu entre la tête de la soupape d et le contre-alé- sage, afin d'obtenir un effet d'injection pilote maximum, mais un léger jeu peut être prévu, comme décrit en référence à la figure 7, ce jeu permettant une légère décharge du dashpot, en plus des autres dispositifs de décharge prévus.
A la figure 8, au lieu d'utiliser le jeu ménagé autour de la tête de la soupape, comme surface de décharge du dashpot, des trous sont ménagés transversalement en i et longitudinalement en j, dans la soupape, de manière à mettre la chambre f en communication avec le tuyau de décharge g.
La section de ces passages est telle que l'effet d'amortissement requis est obtenu. Pour les essais initiaux, une vis pointue.! peut être uti- lisée, comme montré à la figure 9, pour obtenir un orifice réglable, ce qui permet d'obtenir la meilleure section de décharge.
Les dimensions du passage au delà de la tête de la soupape à la figure 7 ou des trous 1 et 1 à la figure 8 sont critiques. Ainsi, si ces di- mensions sont trop élevées, l'effet d'injection pilote est perdu, étant don- né qu'il s'établit un trajet de circulation autour de la tête de la soupape.
D'un autre côté, si le jeu prévu à la figure 7 est trop petit, le retour de la tête de la soupape contre son siège est retardé trop longuement, ce qui produit un effet préjudiciable.
La figure 10 montre encore un autre agencement, dans lequel est prévu un trou longitudinal 1 communiquant avec la chambre m de la pompe.
Un autre procédé pour mettre le dashpot en communication, par des passages de section réduite, avec la chambre de la pompe consiste à usiner des plats appropriés n sur les côtés de la partie de déchargement cylindri- que de la soupape, comme montré à la figure 11 et à la figure 12 (en coupe transversale).
Avec l'agencement simple du dashpot, dans lequel la section de décharge, la capacité et la longueur sont agencées pour éliminer les fluctu- ations de pressions tendant à produire des injections secondaires, des modi- fications sont produites non seulement quant à la fin de l'injection, mais également quant au début de celle-ci. Comme expliqué précédemment, à propos du début de la décharge, la vitesse initiale de décharge de carburant dans le tuyau est supérieure à la vitesse normale, après quoi la circulation est renversée et la décharge continue ensuite de manière normale.
Lorsque la soupape s'adapte de manière très étroite, par exemple à recouvrement dans le contre-alésage, aucun effet d'amortissement efficace n'est obtenu à la fermeture de la soupape mais un compromis peut être obte- nu, en laissant subsister un petit jeu autour de la partie de la tête de la soupape éloignée de la chambre de la pompe (afin que la soupape puisse attein- dre son siège dans le temps disponible) et, en outre, en prévoyant un jeu un peu plus grand (convenant pour produire l'amortissement requis) sur la partie de la tête plus voisine de la chambre de la pompe. Toutefois, le meilleur effet total est obtenu, lorsque les conditions existant au commencement du processus d'injection et les conditions existant à la fin de celui-ci sont contrôlées indépendamment l'une de l'autre.
A cette fin, une soupape de re- tenue t peut être avantageusement prévue dans la tête, s'adaptant étroite- ment dans son alésage, de la soupape de décharge, comme montré à la figure 13 (de même qu'à la figure 2a), cette soupape e étant fermée lorsque la sou- pape se déplace vers l'extérieur, mais s'ouvrant pendant le mouvement de retour de la soupape, en sorte qu'un écoulement de fluide s'opère du dash- pot, par l'intermédiaire d'un passage u de section appropriée pour fournir l'amortissement désiré, soit au tuyau (comme montré), soit à la chambre de la pompe, la soupape étant dans ce dernier cas disposée de manière appropriée.
<Desc/Clms Page number 12>
Au lieu d'utiliser une soupape de retenue pour permettre la dé- charge voulue de carburant du dashpot, lorsque la soupape de décharge re- vient s'appliquer sur son siège, un passage v1 peut être prévu entre le dash- pot et la chambre de la pompe, comme montré à la figure 14, l'extrémité de ce passage étant fermée par le plongueur de la pompe, avant le commencement de la course efficace de ce plongeur, et étant découverte par le bord d'é- coulement du plongeur%, lorsque la pompe débite. Le passage v1 présente une pièce intercalaire séparée v11, qui assure l'étranglement nécessaire pour produire la vitesse requise de décharge de fluide hors du dashpot.
Dans un autre agencement, une partie cylindrique additionnelle est prévue au-dessus de la partie de déchargement et en dessous du siège de la soupape, cette partie additionnelle (et la partie du corps de soupape dans laquelle elle travaille) étant d'un diamètre supérieur à celui de la partie de déchargement, en sorte qu'une chambre d'amortissement ou dashpot est formée entre les deux. Etant donné que le diamètre des parties de déchar- gement est normalement égal au diamètre intérieur du siège de la soupape, cet agencement nécessite l'emploi d'un siège de soupape de plus grand dia- mètre ou d'une partie de déchargement et d'un guide de plus faible diamètre, ou encore un petit changement des deux dimensions.
Un passage de décharge de section appropriée est fourni par un ou plusieurs des agencements décrits précédemment, de manière à laisser le fluide s'échapper du dashpot au tuyau de décharge ou à la chambre de la pompe. Dans ces cas également, le dashpot peut être formé autour de l'extrémité de la soupape la plus voisine de la chambre de la pompe, des passages étant prévus autour de la périphérie du dashpot pour livrer passage au fluide venant de la pompe. Ces agencements peuvent présenter les diverses particularités décrites dans le cas où un dashpot est disposé autour de la tête de la soupape.
Un dispositif de modification de l'injection suivant l'invention peut aussi être utilisé pour produire une injection pilote dans un système d'injection du type comportant un orifice de décharge non contrôlé au lieu d'une soupape chargée par un ressort, pour l'injection de carburant dans le cylindre du moteur. Dans ce type du système, il est de pratique courante d'employer des tuyaux courts entre la soupape de décharge de la pompe et l'injecteur, en sorte qu'un faible.déchargement ou aucun déchargement du tuyau n'est nécessaire. Dans ce cas, le retour à la pompe est faible et, lors de la fermeture de la soupape de décharge, il ne se produit qu'une petite onde dans la courte colonne de carburant.
Au surplus, toute décharge subsé- quente de l'injecteur se fait dès après la décharge principale, de sorte que cette décharge subséquente fait, en pratique, partie de la décharge princi- pale, à tel "point qu'une introduction tardive de carburant dans le cylindre ne se produit pas. Ainsi, un petit effet d'amortissement ou aucun effet de ce genre n'est nécessaire. Le déplacement de la partie de déchargement de la soupape et de la tête de la soupape, nécessaire pour produire, dans ce cas, une décharge pilote, sera faible et le degré de déchargement du tuyau peut être rendue faible. Ceci est souhaitable, car la cavitation du tuyau d'injection de carburant donnerait lieu à l'entrée de gaz du cylindre dans l'orifice ménagé dans le tuyau, Cet agencement peut être modifié pour s'adap- ter à la description donnée ci-dessus.
On comprendra qu'avec le système de commande décrit plus haut, la vitesse de décharge de carburant par la pompe ne varie pas fortement lors- que change la vitesse du moteur, étant donné que la vitesse du plongueur de la pompe reste sensiblement constante et, dès lors, lorsqu'un tel système est utilisé pour fournir le carburant à une soupape de décharge du type dé- crit plus haut, les désavantages précités, notamment celui selon lequel la charge pilote devient trop faible, ou nulle, lorsque la vitesse du moteur diminue, et celui selon lequel l'injection pilote chevauche avec l'injec- tion principale, lorsque la vitesse du moteur augmente, soit entièrement é- liminés.
<Desc/Clms Page number 13>
Etant donné que la pression d'injection ne varie pas fortement avec les changements de la vitesse du moteur, une vitesse élevée d'injection et, par conséquent, une bonne atomisation peuvent être obtenues à toutes les vitesses du moteur. Cette particularité est particulièrement avantageuse au démarrage et lorsque le moteur fonctionne à des vitesses faibles.
Il est évident que la description donnée plus haut de la soupape de décharge à injection pilote et du système de commande n'a été donnée qu'à titre d'exemple et que l'on peut faire usage, pour la mise en oeuvre de l'invention, de tous autres dispositifs appropriés, c'est-à-dire de disposi- tifs grâce auxquels la décharge de carburant se fait en deux stades, en com- binaison avec des dispositifs pour alimenter le dispositif d'injection, en carburant, le volume de chaque décharge opérée par ce dispositif ne variant pas fortement lorsque la vitesse du moteur change.
REVENDICATIONS.
1. Système de commande pour pompe ou pompes d'injection de carbu- rant pour moteurs à combustion interne, caractérisé en ce que l'énergie re- quise pour actionner la pompe ou chaque pompe est appliquée à un accumulateur et emmagasinée dans celui-ci, sur une période relativement longue de chaque cycle de fonctionnement du moteur, tandis que l'énergie accumulée est appli- quée pour actionner la pompe ou chaque pompe, sur une période relativement courte de chaque cycle.