Pompe à piston à autorégulation de débit L'invention concerne une pompe à piston à auto régulation du débit, notamment une pompe destinée à assurer l'injection du combustible dans un moteur à combustion interne, l'expression moteur à com bustion interne désignant aussi bien un moteur à explosion qu'un moteur à combustion progressive (moteur Diesel et analogue).
La pompe à piston à autorégulation du débit selon l'invention est caractérisée en ce que son con duit d'alimentation est commandé par un organe à mouvements alternatifs, cet organe ouvrant le con duit d'alimentation dans l'une de ses positions extrê mes, et fermant ce conduit au moins pendant une partie de son mouvement l'amenant de ladite position extrême dans l'autre position extrême, cet organe de commande étant entraîné dans un sens qui corres pond à la course d'aller, à l'encontre d'une force de rappel, par un liquide sous pression amené à agir sur l'organe de commande dans le susdit sens,
pen dant la course de refoulement du piston de la pompe, tandis que l'organe de commande, pendant son dépla cement dans l'autre sens effectué sous l'effet de la force de rappel, refoule au moins une partie du li quide ayant provoqué sa course d'aller à travers un étranglement, ce qui provoque un freinage de ce der nier mouvement.
Les fig. 1 à 6 du dessin annexé représentent sché matiquement, à titre d'exemple, et en coupe axiale, les parties essentielles de six formes d'exécution de la pompe d'injection selon l'invention.
La fig. 7 montre une position particulière de l'organe mobile de commande prévu dans la forme d'exécution représentée par la fig. 6. Chacune de ces formes d'exécution comprend un ensemble constitué par un cylindre 1 dans lequel tra vaille un piston 2 entraîné par n'importe quel moyen approprié, par exemple par une came. Le piston 2 commande une lumière 3 par laquelle débouche, dans le cylindre 1, le conduit d'alimentation 4 de ce cylin dre.
En outre, la partie supérieure du cylindre 1 com munique avec un conduit de refoulement 5 dans lequel est monté un clapet de non-retour 6, ce con duit 5 amenant le combustible refoulé par la pompe vers l'injecteur ou les injecteurs du moteur sur lequel est montée la pompe en question.
De plus, pour assu rer un arrêt brusque de l'injection, il est ménagé, par exemple dans le piston 2, un canal 7 dont l'une des extrémités débouche dans la surface frontale du pis ton, tandis que l'autre extrémité débouche dans la surface latérale de ce piston, cette dernière extrémité étant disposée de façon telle qu'elle coïncide avec un conduit d'échappement 8 lorsque le piston 2 a atteint son point mort haut,
de sorte que l'espace mort du cylindre de la pompe se trouve ainsi mis en commu nication avec ledit conduit d'échappement 8. Le con duit d'échappement 8 reste fermé lorsque le piston 2 se trouve dans son point mort bas (voir la position représentée par les fig. 1 à 6). Par contre, pour cette dernière position, la lumière 3 du conduit d'alimenta tion 4 est ouverte.
Le conduit d'alimentation 4 est commandé, non seulement par le piston 2, mais encore par un organe de commande, ayant la forme d'un tiroir 9, suscep- tible d'être déplacé à l'intérieur d'un cylindre 10 entre deux positions extrêmes dont l'une (celle représentée par les figures) est déterminée par l'application du tiroir 9 contre un épaulement 11, tandis que l'autre est déterminée par l'application d'une butée 12,
soli- daire du tiroir 9, contre le fond 13 du cylindre 10 (fig. 1 à 5). On ménage, dans ce tiroir 9, un canal transversal ou une gorge 9a (voir les figures) à un tel endroit que ce canal ou cette gorge ouvre com plètement le conduit d'alimentation 4 lorsque le tiroir 9 est en contact avec l'épaulement 11.
Par contre, le canal 4 se trouve fermé lorsque la butée 12 du tiroir 9 est appliquée contre le fond 13 du cylindre 10, la course a (fig. 1 à 5), pour amener le tiroir 9 de sa première position à sa seconde étant supérieure à la hauteur h du canal 4, de sorte que le tiroir, lors qu'il se trouve dans cette dernière position, a été dé placé de la distance <I>a - h</I> au-delà de sa position pour laquelle il assure juste la fermeture du canal 4.
Le déplacement du tiroir 9, de la position pour laquelle il ouvre le canal 4 vers la position pour laquelle il ferme ce canal et au-delà de cette position, est provoqué dans les formes d'exécution des fig. 1 à 4 par la pression qui se produit à l'intérieur du cylin dre 1 dès que le piston 2 commence sa course ascen dante (course de refoulement).
A cet effet, on fait, selon la fig. 1, constamment communiquer la partie supérieure de l'intérieur du cylindre 1, par un canal 14 se divisant en deux branches 14a et 14b, avec l'extrémité supérieure du cylindre 10, et on monte, dans la branche 14a de ce canal, un clapet de non- retour 15, constitué par une bille, tandis qu'on pré voit, dans la branche 14b, un étranglement 16 régla ble à l'aide d'une vis-pointeau 17.
Le mouvement inverse du tiroir 9, c'est-à-dire le mouvement du tiroir de la position pour laquelle sa butée 12 est en contact avec le fond 13 du cylindre 10 vers la position où le tiroir 9 s'applique contre l'épaulement 11, est obtenu par des moyens de rappel constitués par un ressort 18.
Le fonctionnement du dispositif représenté par la fig. 1 est le suivant Lorsque le piston 2 de la pompe, partant de son point mort bas, ferme la lumière 3, le liquide qui est dans le cylindre 1 au-dessus du piston 2 ainsi que le liquide qui est dans le canal 14, se trouvent com- primés et le clapet de non-retour 15, dont le ressort est de préférence taré à une pression moindre que le ressort du clapet de non-retour 6 et en tous cas à une pression moindre que le ressort de l'injecteur non représenté, s'écarte de son siège.
Le liquide déplacé par le piston 2 pousse donc le tiroir 9 dans sa posi tion basse pour laquelle le conduit 4 est fermé. Le mouvement ultérieur du piston 2 vers le haut produit le refoulement du combustible à travers le conduit 5 vers l'injecteur. Ce refoulement continue jusqu'au moment<B>où</B> le canal 7 fait communiquer l'intérieur du cylindre 1 avec le conduit d'échappement 8.
A ce moment, la pression dans le cylindre 1 et dans le canal 14 tombe et le ressort 18 cherche à repousser le tiroir 9 vers la position pour laquelle ce tiroir ouvre le conduit d'alimentation 4.
La bille 15 du clapet de non-retour qui s'était déjà collée sur son siège dès que la butée 12 avait-touché le fond 13 (il n'y avait plus de courant pour la maintenir ouverte) s'oppose au passage du liquide refoulé par le tiroir 9 vers l'intérieur du cylindre 1, de sorte que ce liquide doit passer par l'étranglement 16 plus ou moins ou vert, ce qui temporise le mouvement de retour du tiroir.
Aussi longtemps que le moteur tourne relative ment lentement et que, par conséquent, les mouve ments du piston 2 de la pompe sont relativement lents, le temps que le piston 2 de la pompe met pour redescendre de sa position haute vers sa position où il commence à ouvrir la lumière d'alimentation 3 est supérieur ou au moins égal au temps que le tiroir 9 met pour ouvrir complètement le canal 4. Le tiroir ne réduit donc pas l'alimentation de la pompe.
Si la vitesse du moteur et, par conséquent, celle du piston 2 de la pompe augmentent, le piston 2 commence à ouvrir la lumière 3 à un moment où le tiroir 9 n'a pas encore ouvert complètement le canal 4. Le tiroir provoque donc une réduction de l'alimentation du cylindre de la pompe.
La vitesse du moteur aug mentant encore, il arrive un moment où le tiroir 9 n'a pas encore terminé sa course ascendante et n'a ouvert qu'incomplètement le conduit 4, lorsque le piston 2 commence à remonter dans le cylindre 1 et met sous pression le combustible. Le tiroir se trouve ainsi arrêté par la bute liquide qui se forme sur sa surface supérieure et est ensuite repoussé vers le fond 13 de son cylindre 10.
Si, enfin, la vitesse du moteur augmente suffisamment pour que le tiroir 9 ne commence pas encore à ouvrir le canal 4 au mo ment où le piston 2 de la pompe remonte, il n'y a aucune alimentation et le débit de la pompe vers les injecteurs cesse.
En d'autres termes, l'alimentation du cylindre de la pompe est interrompue lorsque la vitesse du moteur devient suffisamment grande pour que le temps de la descente du piston 2 et, éventuel lement de son arrêt dans sa position basse, soit infé rieur au temps que le tiroir 9 met pour parcourir la course a-h. La vitesse à laquelle s'opère cet arrêt de l'alimentation de la pompe correspond à une vi tesse plafond que le moteur ne peut pas dépasser.
Il est encore à noter que l'autorégulation de la pompe est rendue encore plus efficace si la pompe de transfert qui amène le combustible à travers le con duit 4 vers la pompe en question est une pompe dont la pression est constante quelle que soit la vitesse du moteur ou dont la pression décroit même lorsque la vitesse du moteur augmente. Dans ce cas, la réduc tion de l'alimentation du cylindre de la pompe pour des vitesses croissantes du moteur est provoquée par l'effet combiné de la réduction de la section libre du canal 4 par le tiroir 9 et de la réduction du temps pendant lequel le piston 2 démasque la lu mière 3.
La forme d'exécution représentée par la fig. 2 se distingue principalement de celle représentée à la fig. 1 par le fait que le canal 142 comportant l'étran glement 16 est commandé par le piston 2 de la pompe et, de préférence, est masqué et démasqué par ce piston de la même façon que la lumière 3a par laquelle le conduit d'alimentation 4 débouche dans le cylindre 1 de la pompe. De préférence, le canal 142, au lieu de communiquer directement avec l'intérieur du cylindre 1, est branché sur le tronçon de conduit 4a par lequel le conduit 4 est raccordé au cylindre 1.
Avantageusement, on donne à la lu mière 3a une hauteur A-B supérieure à la hauteur du conduit 4. De préférence, on intercale, entre le tronçon 4a et le tiroir 9, un clapet anti-retour 19 qui ne s'ouvre que dans la direction allant du tiroir 9 vers le cylindre 1.
Pour ce qui est du canal 141 qui comporte le clapet de non-retour 15 et par lequel arrive le com bustible qui pousse le tiroir 9 dans sa position de fermeture, il est tout à fait séparé du canal 14. et il est branché directement sur le cylindre 2, de pré férence à un endroit où il n'est jamais masqué par la piston 2.
Les différences qui existent entre les deux dispo sitifs représentés respectivement par les fi-. 1 et 2 entraînent une différence importante de fonctionne ment. En effet, dans le dispositif de la fig. 2, le tiroir 9 ne peut commencer son mouvement ascen dant en vue de l'ouverture du canal 4 qu'au moment où le piston 2 commence à démasquer la lumière 3a. Cependant, l'alimentation du cylindre 1 par le canal 4 ne peut pas commencer immédiatement à ce même moment. En effet, vu le freinage du mouve ment ascendant du tiroir 9 par l'étranglement 16 et par suite du fait que la distance a est plus grande que la hauteur h du canal, le tiroir doit d'abord parcourir un trajet dont la longueur est égale à la différence<I>a - h</I> avant de commencer à ouvrir le con duit 4.
L'alimentation du cylindre 2 ne peut se faire que dans l'intervalle entre le moment où le tiroir 9 a commencé à ouvrir le canal 4 et le moment où le tiroir s'arrête et redescend pour refermer le canal 4 sous l'effet d'une nouvelle augmentation de la pres sion du combustible, augmentation qui se produit lorsque le piston 2 recommence à remonter à partir de sa position la plus basse B. Quand le piston 2, lors de sa course ascendante, revient au niveau du point A, la butée 12 du tiroir se trouve déjà de nou veau appliquée contre le fond 13 du cylindre 10 et le refoulement du combustible à travers le conduit de refoulement 5 a pratiquement déjà commencé.
Le refoulement par le conduit 5 cesse lorsque l'intérieur du cylindre 1 est mis en communication, par le canal 7, avec le conduit d'échappement 8. Ensuite, le pis ton 2 descend de nouveau et lorsqu'il commence à démasquer l'ouverture 3a, le cycle recommence.
On voit par ce qui précède que le parcours de bas en haut, c'est-à-dire le mouvement d'ouverture du tiroir 9 doit s'accomplir entièrement pendant que le piston 2 descend de A à B et reste éventuellement arrêté un moment en B. Le parcours du tiroir de bas en haut se compose de deux temps: un premier temps mort pendant lequel la fermeture du canal 4 est maintenue et qui correspond à la première partie de la course ascendante du tiroir 9, cette première partie ayant une longueur égale à la différence <I>a - h,</I> et un second temps pendant lequel le tiroir 9 ouvre plus ou moins le conduit d'alimentation 4.
Si le pis ton 2 commence sa remontée à partir de B avant que le tiroir 9 soit arrivé à la fin de sa course ascen dante, il se forme une butée liquide au-dessus du tiroir 9 qui arrête immédiatement son mouvement ascendant. Ensuite, le combustible refoulé par le piston 2 repousse le tiroir 9 vers sa position basse pour laquelle le tiroir 9 ferme le conduit d'alimenta tion 4. Comme déjà dit, la fin de l'alimentation inter vient donc même avant que la lumière 3a soit refer mée.
Si on désigne par T la durée du temps mort, c'est-à-dire la durée que le tiroir 9 met pour par courir la première partie de sa course ascendante égale à la différence a-h, et si on désigne par a le temps que met le piston 2 pour parcourir, lors de sa descente, la distance A-B plus le temps de l'arrêt éventuel du piston 2 dans sa position basse, la durée de l'alimentation du cylindre 1 est égale à @ - T. Lorsque la vitesse du moteur varie, î# varie propor tionnellement.
Si on part d'un régime de marche où T est égal 0,9 @, la durée d'alimentation du cylindre 2 sera<B>:</B> ,a - 0,9 & = 1/1o @. Si la vitesse du moteur augmente de façon que diminue de 1/1o, l'alimen tation du cylindre 2 sera coupée. Si, par contre, la vitesse du moteur baisse de façon que & augmente de 1/1o, l'alimentation sera doublée. On obtient donc ainsi un régulateur toutes vitesses avec plafond pour chaque gamme de vitesses du moteur.
Chacune de ces gammes avec sa vitesse plafond peut être ob tenue par un réglage de l'étranglement 16 à l'aide de la vis-pointeau 17.
Au lieu d'augmenter la hauteur de la lumière 3a, on peut faire déboucher le conduit 4 dans le cylindre 1 à un endroit situé au-dessus du niveau où se trouve la face frontale du piston 2 lorsque ce dernier est à son point mort bas. Le temps<B>Ï & </B> s'étend alors du mo ment où le piston, pendant son mouvement descen dant, commence à ouvrir la lumière 3a jusqu'au mo ment où il commence son mouvement ascendant con- sécutif.
On peut même supprimer la commande du con duit d'alimentation 4 par le piston 2 de la pompe et assurer cette commande par le tiroir 9 seul. Une telle forme d'exécution est représentée par la fig. 3 selon laquelle le conduit 4, prolongé par des tron çons 4b et 4c, débouche dans le cylindre 2 par une lumière 3b située à un endroit où elle n'est jamais masquée par le piston 2. Les conduits 141 et 14I, comportant respectivement le clapet anti-retour 15 et l'étranglement 16, sont alors branchés sur les tron çons 4b et 4c du conduit 4. Un clapet anti-retour 19 est intercalé entre le tronçon 4c et le tiroir 9.
Dans ce mode d'exécution de l'invention, le temps & est égal à la durée totale de la course descendante du piston 2 plus, éventuellement, le temps d'arrêt de ce piston dans son point mort bas. Selon une variante des formes d'exécution repré sentées aux fig. 2 et 3, le clapet anti-retour 19 se trouve non pas en aval du tiroir 9 mais en amont de ce tiroir, c'est-à-dire dans le conduit 4 à droite dudit tiroir de façon à être protégé par ce tiroir contre les pressions qui règnent dans le cylindre 1 pendant la phase de compression (voir fig. 4).
Dans une autre forme d'exécution, l'armement de l'organe de commande (tiroir 9) est assuré par une masse de fluide distincte de celle mise sous pression dans le cylindre de la pompe par le piston de celle- ci et dont l'action sur l'organe de commande, pen dant la course de refoulement de ce piston, ou bien est commandée par celui-ci, ou bien est provoquée par un élément auxiliaire, par exemple le piston d'une pompe auxiliaire, lequel élément étant entraîné de façon telle que ses points morts coïncident dans le temps avec ceux du piston de la pompe.
C'est ainsi que selon la fig. 5, l'armement du tiroir 9, c'est-à-dire le mouvement de ce tiroir à l'en contre de l'action du ressort 18, est obtenu à l'aide d'un liquide mis sous pression lors du mouvement ascendant d'un piston 20 dans un cylindre 21 après la fermeture par ce piston 20 de la lumière d7admis- sion 22 par laquelle est admis audit cylindre un liquide quelconque approprié dont la nature peut être différente de celle du liquide refoulé par le piston principal 2 ou égale à celle du liquide refoulé par ce
dernier piston.
Le piston 20 est commandé de façon telle qu'il soit à ses points morts bas et haut aux mêmes, mo ments que le piston principal. De préférence, il ferme aussi la lumière 22 au même moment que le piston principal ferme la lumière par laquelle le conduit 4 débouche dans le cylindre principal 1.
Le canal 14 communique, selon la fig. 5, avec le cylindre 21. De plus, il est prévu, sur le cylindre 21 ou sur le canal 14 ou sur le tronçon commun des branches 14a et 14b, un conduit de décharge 23 comportant une soupape de sécurité 24 maintenue sur son siège par un ressort 25 à une pression su périeure à celle du tarage du ressort 18 et qui s'ouvre vers l'extérieur lorsque le tiroir aura buté contre le fond 13 de son cylindre 10. Le fonctionnement de la pompe selon la fig. 5 est pareil à celui de la pompe représentée par la fig. 1.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 6, le piston 20a et le cylindre 21a constituant la pompe auxiliaire sont coaxiaux au piston 2 et au cylindre 1 de la pompe principale et les pistons 2 et 20a sont solidaires l'un de l'autre et constituent un seul piston étagé. Un tel agencement a le grand avantage que les deux pistons sont commandés en synchronisme par une seule et même came c et qu'un seul et même ressort antagoniste 26 suffit pour les deux pistons ainsi réunis.
La pompe représentée par les fig. 6 et 7 pré sente encore un certain nombre d'autres particularités qui seront décrites ci-après et qui, bien entendu, peu vent également être appliquées aux autres formes d'exécution de l'invention.
C'est ainsi qu'une telle autre particularité consiste en ce que le liquide re foulé par le tiroir 9 pendant son mouvement de retour ne retourne pas dans le cylindre où il a été mis sous pression pour l'armement du tiroir 9 mais s'échappe à l'extérieur, par exemple à travers un canal 27 com portant l'étranglement 16, ce canal 27 étant branché sur le canal 14 en aval d'un clapet de non-retour 28 intercalé dans ce canal et empêchant le retour du fluide d'armement dans le cylindre 21a lors de la course de retour du tiroir 9.
En outre, dans la pompe représentée par la fig. 6, le fonctionnement de la soupape de sécurité qui, dans la forme d'exécution de la fig. 5, est représentée par la bille 24 et le ressort 25, est exercé par le tiroir 9 lui-même qui, à cet effet, à la fin de sa course d'ar mement, c'est-à-dire à un moment où la lumière 3 est fermée par le piston principal 2, fait communiquer le canal 14 avec le conduit d'alimentation 4 (voir la position du tiroir 9 représentée par la fig. 7).
Dans ce cas, le tiroir 9, lors de sa course d'armement, accomplit une course al qui est encore supérieure à la course a dont il a été question ci-dessus. De cette façon, le surplus de liquide refoulé par le piston auxi liaire 20a, après l'arrivée du tiroir 9 dans sa posi tion d'armement, peut être évacué vers l'extérieur à la fois par le canal 27, muni de l'étranglement 16, et par le canal d'alimentation 4.
La butée qui arrête le tiroir 9 dans sa position armée devient superflue, le tiroir s'arrêtant tout seul après avoir ouvert le canal 4 d'une certaine quantité.
Quant au fonctionnement du tiroir 9, dans la forme d'exécution des fig. 6 et 7, en tant qu'organe de régulation de débit, il est à noter que ce fonction nement est tout à fait analogue au fonctionnement du tiroir 9 dans les dispositifs représentés par les fig. 1 à 5 et n'a pas besoin d'être exposé une nou velle fois.
Les particularités d'agencement qui sont repré sentées par les fig. 5 à 7 peuvent évidemment égale ment être appliquées aux formes d'exécution des fig. 1 à4.
Lorsque le liquide de commande du tiroir 9 pro vient d'une source fournissant un liquide sous pres sion non pulsée, cette source pouvant être par exem ple la pompe de transfert qui alimente également le cylindre 1, on commande ce liquide, dans son action sur le tiroir 9 et ainsi que cela a déjà été indiqué ci-dessus, par le piston principal 2 de la pompe ou par un organe mis en mouvement avec ce piston.