Procédé et dispositif d'injection d'un combustible liquide dans un moteur à combustion interne
La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'injection d'un combustible liquide dans un moteur à combustion interne avec régulation automatique du volume injecté en fonction inverse de la vitesse du moteur au-dessus d'une vitesse prédéterminée.
Jusqu'ici, les systèmes d'injection du combustible liquide dans les moteurs, notamment dans les moteurs
Diesel, comprenaient une pompe doseuse haute pression associée à un régulateur. Dans le type de pompe le plus connu, le piston présente une arête hélicoïdale découvrant plus ou moins la lumière d'aspiration suivant la position angulaire dudit piston, et cette position angulaire peut être modifiée au moyen d'une commande à crémaillère ou analogue. Le régulateur agit sur cette crémaillère pour ramener, en cas de variation de vitesse du moteur, la quantité de combustible injecté à la quantité correspondant à la vitesse prédéterminée choisie.
Ces ensembles connus pompe d'injection-régulateur sont des appareils coûteux et leur prix est proportionnellement d'autant plus important que la puissance du moteur est faible, ce qui contrarie le développement des moteurs
Diesel de faible puissance.
Le procédé d'injection, qui fait l'objet de l'invention, est caractérisé en ce que l'on freine statiquement le débit d'aspiration de la pompe d'injection dudit moteur entraînée par ledit moteur et en ce que l'on refoule vers l'injecteur dudit moteur une partie seulement du volume de combustible aspiré dans ladite pompe au-dessus de ladite vitesse prédéterminée.
L'invention vise également un dispositif d'injection autorégulateur pour la mise en oeuvre de ce procédé pour l'alimentation en combustible liquide d'un moteur à combustion interne, qui comprend une pompe à piston entraînée par ledit moteur, l'orifice d'aspiration de ladite pompe étant raccordé par une canalisation à un réservoir de combustible tandis que son orifice de refoulement, contrôlé par une soupape, est raccordé à l'injecteur d'un cylindre dudit moteur, ledit dispositif étant caractérisé en ce que la cylindrée de ladite pompe est largement supérieure au volume dudit combustible à envoyer dans ledit cylindre du moteur à chaque injection,
en ce que la canalisation d'aspiration de ladite pompe comporte un passage de section calibrée limitant le débit d'aspiration et en ce que ladite pompe comporte des moyens de mise en communication du cylindre de ladite pompe avec une zone à basse pression pendant la majeure partie du cycle de refoulement de ladite pompe, et au moins dans la partie voisine de la fin dudit cycle, lesdits moyens interrompant ladite communication pour le refoulement dudit combustible vers ledit injecteur, au moins pendant une partie intermédiaire réduite dudit cycle de la pompe.
Le dessin annexé représente à titre d'exemples plusieurs formes d'exécution et variantes du dispositif qui fait l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique en élévation et partiellement en coupe d'un dispositif autorégulateur d'injection de combustible liquide dans un moteur à combustion interne.
La fig. 2 représente en élévation une variante de came de commande de soupape.
La fig. 3 est une vue partielle d'un dispositif d'injection à pompe comportant une soupape commandée unique pour l'aspiration et le refoulement vers la zone basse pression.
La fig. 4 représente en élévation et partiellement en coupe une variante de pompe de dispositif d'injection dans laquelle le piston sert de tiroir distributeur.
La fig. 5 est une vue en coupe partielle du circuit d'aspiration d'une pompe de dispositif d'injection à système de mise au ralenti du moteur.
La fig. 6 est une vue en coupe d'une autre forme d'exécution dans laquelle deux pistons de pompe travaillent en parallèle.
La fig. 7 représente le profil développé des cames de la pompe de la fig. 6.
La tig. 8 est une variante de la forme d'exécution de la fig. 6 dans laquelle le piston de petit diamètre coulisse à linténeur même du piston de grand diamètre.
Dans la forme d'exécution schématiquement représentée sur la fig. 1, la pompe d'injection comprend un cylindre 2 dans lequel coulisse un piston 4 entraîné par une bielle 6 attelée à une manivelle 8 dont l'arbre 26 est lié à l'arbre du moteur. Le cylindre 2 est percé d'un orifice d'aspiration 10, d'un orifice 12 de refoulement vers l'injecteur et d'un orifice 14 de refoulement vers une zone à basse pression ou bâche. L'orifice 10 est raccordé, par l'intermédiaire d'une soupape d'aspiration 16, à un réservoir de combustible 18, tandis que l'orifice 12 est raccordé à l'injecteur 13 par l'intermédiaire d'une soupape de refoulement 20 dont le clapet est maintenu sur son siège par un ressort 22.
Le cylindre 2 est monté sur un carter 24 supportant les paliers de l'arbre 26 de la manivelle 8.
Conformément à l'invention, la cylindrée de la pompe est plusieurs fois supérieure, par exemple trois à dlx fols, au volume de combustible qui doit être envoyé dans le cylindre 15 du moteur 17 à chaque injection. D autre part, la canalisation d'aspiration est pourvue d'un étranglement 28 qui freine le débit du combustible à l'aspiration.
Enfin, l'orifice de refoulement 14 vers la bâche est muni d'une soupape commandée 30 mettant en communication la chambre de la pompe avec la bâche pendant la partie extrême III de la course de refoulement du piston tandis que pendant la partie réduite intermédiaire II de cette course de refoulement ainsi que pendant la course d'aspiration cette communication n'est pas établie.
Le clapet 40 de la soupape 30 est commandé par une came 32 entraînée en rotation par l'arbre 26 par l'intermédiaire d'un couple d'engrenage de rapport 1/1 34-36, cette came coopérant avec une tige 38 adaptée à soulever le clapet 40 à l'encontre d'un ressort 42.
La came comporte un bossage 44 produisant l'ouverture du clapet 40 dans la partie III de la course de refoulement du piston.
Le piston 4 comporte une gorge 46 qui se trouve toujours en regard d'un orifice 48 ménagé dans le cylindre et raccordé par une canalisation 50 au réservoir de combustible 18 de façon à établir autour du piston un joint annulaire liquide empêchant toute entrée d'air.
Le fonctionnement d'un tel système d'injection est le suivant: la section du passage calibré d'aspiration 28 est choisie de façon que, à la vitesse prédéterminée N1 du moteur, le volume V de combustible aspiré à chaque course complète d'aspiration du piston soit égal au volume engendré par le déplacement du piston dans les zones II et III de sa course définie précédemment, c'està-dire que le volume V est inférieur à la cylindrée de la pompe.
Au point mort bas du piston, le cylindre de la pompe se trouve donc en dépression. La première partie I de la course de refoulement sert seulement à ramener la pression dans le cylindre à une valeur voisine de la pression atmosphérique et surtout à donner une grande vitesse de translation au piston. Dans la zone II de sa course de refoulement, le piston fait monter la pression du combustible à la valeur nécessaire pour l'injection et injecte dans le moteur un volume v de combustible correspondant à la dose nécessaire à chaque cycle au régime fixé du moteur.
Puis la came 44 ouvre la soupape 30; le clapet de refoulement vers l'injecteur 20 retombe, ce qui mterrompt l'injection tandis que le volume de combustable excedentalre correspondant au volume engendré par le piston dans la zone III est refoulé vers la bâche par la canalisation 52 (qui fait de préférence retour au réservoir 18). Pour la vitesse N1 du moteur, chaque cylindre reçoit donc une dose constante v de combustible.
Si la vitesse du moteur augmente, le temps d'aspiration de la pompe est plus réduit et il ne pénetre dans le cylindre de la pompe qu'un volume V' < V si bien que lorsque le piston atteint la zone II pendant la course de refoulement, la pression ÉItmosphénque n'est pas encore rétablie dans le cylindre. Le piston utilise ainsi une partie de la zone Il de sa course pour rétablir d'abord cette pression et ne refoule vers l'injecteur à la pression d in- rection que pendant une partie de cette zone, c'est-à-dire que la dose refoulée dans ce cas vers l'injecteur est infé fleure à la dose précédente v et que le moteur ralentit.
Le volume introduit dans la pompe étant inversement proportionnel à la vitesse N du moteur, on voit que l'injection nulle est atteinte pour une vitesse N2 telle que:
N2 - N1 v Volume de la zone Il
N2 V Volume des zones Il + III
Si donc la partie active Il de la course de refoulement est le I des zones de refoulement Il et lll, l'injection sera nulle pour une vitesse supérieure de 10 /o à Ni.
Suivant le mode de réalisation qui vient d'être décrit on aura, inversement, une augmentation de la quantité de combustible injectée si le moteur ralentit au-dessous de la vitesse N1, la quantité maximale injectée pouvant correspondre au volume des zones I et 11. Cette possi bilité ne se présente qu'au démarrage ou en cas de surcharge du moteur et cette injection dépassant la dose normale peut présenter des inconvénients pour la longévité du moteur, aussi, pour certaines applications, il est avantageux que l'injection reste constante pour toutes les vitesses inférieures ou égales à la vitesse N1( ce qui supprime tout risque de surcharge du moteur) et que la régulation ne commence qu'au-delà de cette vitesse N1.
Ce résultat peut être obtenu, dans le mode de réalisation de la fig. 1, si la soupape 30 est commandée de façon à être ouverte également dans la zone I de la course de refoulement. On peut utiliser dans ce cas une came 32' (fig. 2) comportant un second bossage 44', si bien que le refoulement vers l'injecteur ne peut avoir lieu que dans la zone intermédiaire Il où le piston engendre le volume choisi v.
Suivant la forme d'exécution représentée partiellement sur la fig. 3, on peut combiner la soupape d'aspiration 16 et la soupape 30 de refoulement vers la zone basse pression en une seule soupape commandée 33 interposée
entre une lumière 10' du cylindre 2 et le réservoir 18. Le gicleur calibré 28 est alors disposé dans la canalisation
reliant le réservoir à la lumière 10'. Le clapet 35 de la soupape 33 est alors commandé, à l'encontre d'un res
sort 39, par une came 37 agencée de façon que cette soupape ne se ferme que pendant la partie active II de la
course de refoulement du piston 4. Pendant le reste de la course de refoulement, le combustible en excédent est renvoyé vers le réservoir 18 pour être à nouveau introduit
dans le cylindre de la pompe à la course d'aspiration
suivante (partie IV de la came 37).
Ceci présente l'avantage de supprimer l'une des soupapes et de faciliter le
problème des temps de fermeture des clapets.
Il peut être désirable, au moment du démarrage à froid, de pouvoir noyer le moteur, c'est-à-dire de pouvoir lui injecter une dose de combustible très supérieure à la dose normale v correspondant au volume engendré par le déplacement du piston dans la zone II. On peut, pour obtenir ce résultat, autoriser temporairement le refoulement vers l'injecteur de tout ou partie du volume de combustible contenu dans la zone III du cylindre au lieu de le refouler vers l'enceinte à basse pression. Il suffit de disposer sur la conduite 52 (fig. 1) une vanne à commande manuelle (non représentée) dont la fermeture temporaire, au moment du démarrage, annule l'ouverture commandée de la soupape 30.
Pour interrompre complètement l'injection, lorsqu'on veut arrêter le moteur, il suffit d'empêcher la soupape 30 (fig. 1) ou 33 (fig. 3) de se refermer, au moyen d'une fourchette 41 ou organe analogue commandé manuellement qui peut venir porter contre une butée 43 fixée à la tige de commande 38 de la soupape.
Dans la variante de la fig. 4 le piston est attelé à l'arbre d'entraînement 26 par un excentrique 54 et la mise en communication du cylindre 2 de la pompe avec la zone à basse pression (constitué par le réservoir 18) est établie, dans les zones I et III de la course de refoulement, par le piston 4' lui-même qui masque ou démasque la lumière d'aspiration 10.
Le piston 4' comporte également une gorge 46 établissant un anneau liquide d'étanchéité et en plus une gorge 56 ne laissant subsister qu'une tête de piston 58 de nauteur réduite qui peut masquer ou démasquer la lumière d'aspiration 10.
Une communication est établie entre la zone annulaire formée par la gorge 56 et la chambre 60 de la pompe, au moyen d'un double perçage axlal et radial 62 dans la tête de piston ou par des canaux ménagés dans le cylindre.
Le gicleur 28 est calibré pour que, à la fin de la course d'aspiration du piston 4' (positlon représentée sur la fig. 4) et à la vitesse Nt du moteur, le volume V de combustible introduit dans le cylindre de la pompe soit égal au volume engendré par le déplacement du piston dans les zones II et III.
La zone I de la course de refoulement est encore ici une course perdue ayant pour but de mettre le piston 4' en vitesse et de rétablir la pression atmosphérique dans la chambre 60. Lorsque la tête du piston atteint le bas de la zone II de refoulement vers l'injecteur, l'épaulement 58 du piston masque la lumière d'aspiration 10 si bien que la chambre 60 (ainsi que ie volume de la gorge annulaire forment un espace clos où la pression monte jusqu'à soulever le clapet de la soupape de refoulement 20 vers l'injecteur. La dose v de combustible est ainsi injectée sous pression pendant toute la partie II de la course de refoulement où la lumière d'aspiration est fermée.
Dès que le bord inférieur de l'épaulement 58 découvre la lumière 10, la communication est établie, par les canaux 62 et la gorge 56, entre la chambre 60 et le réservoir de combustible 18 à basse pression où l'excédent de combustible contenu dans la chambre 60 est refoulé au cours de la partie III de la course de refoulement du piston.
Si la vitesse du moteur augmente, le volume de combustible introduit dans la pompe devient inférieur au volume V précédent par suite du freinage du débit par le gicleur 28, si bien que le volume de combustible refoulé vers l'injecteur dans la partie active II de la course diminue également, mais dans une proportion beaucoup plus forte, ce qui ramène le moteur à sa vitesse prédéterminée N1.
L'injection demeure ainsi constante jusqu'à la vitesse
N1 puis décroît au-dessus de cette vitesse jusqu'à s'annuler pour une vitesse N3 telle que:
N2 - N1 - v Course II
N1 V Course Il + III
On dispose sur la canalisation 64 raccordant le réservoir 18 au cylindre 2 de la pompe un organe de réglage de débit, constitué ici par un robinet pointeau 66 (fig. 5), avec, en parallèle sur l'ensemble du pointeau 66 et du gicleur 28, une canalisation dérivée 68 pourvue d'un gicleur 70 plus fin que le gicleur 28 et qui sert de gicleur de ralenti. En marche normale à la vitesse N1, le pointeau 66 est ouvert si bien que le débit d'aspiration de la pompe est limité par les deux gicleurs en parallèle 28 et 70.
Si on ferme le pointeau 66, tout écoulement de combustible par le gicleur 28 est arrêté et la régulation de l'aspiration est faite uniquement par le gicleur fin 70 calibré pour la marche du moteur, à une vitesse de ralenti n1.
Pour les positions intermédiaires entre la pleine ouverture et la fermeture complète du pointeau 66, on obtient toutes les vitesses du moteur comprises entre N1 et ng, avec régulation automatique de l'injection à chaque position du pointeau.
Dans ces formes d'exécution où la pompe ne comporte qu'un seul piston par injecteur à alimenter, ce piston unique doit avoir un rapport course/alésage élevé V dans le cas où l'on choisit un rapport grand (par
v exemple de l'ordre de 10) dans le but de passer de la pleine injection à l'injection nulle pour un accroissement de vitesse relativement faible (par exemple d'environ 10 /o).
Dans la forme d'exécution représentée sur la fig. 6, la pompe comporte deux pistons 74' et 82' dont les deux chambres 60' et 84' sont reliées en parallèle par une canalisation 100 et sont en communicatlon avec la canalisation 64 d'arrivée de combustible (par l'intermédiaire d'un orifice calibré 28) ainsi qu'avec la canalisation de refoulement 102 vers l'injecteur (par l'intermédiaire du clapet de refoulement 20).
Le cylindre de grand diamètre 102 dans lequel coulisse le piston 74' et le cylindre de petit diamètre 80' dans lequel coulisse le piston 82' sont percés côte à côte dans un même corps de pompe 104 qui est enveloppé par une culasse 106 fermant les fonds de cylindre, ces deux éléments étant assemblés l'un à l'autre de façon étanche au moyen de vis 108 et de joints 110. La surface latérale extérieure du corps de pompe 104 est creusée d'une gorge 112 qui communique avec l'arrivée de combustible 64 percée dans la culasse 106 ainsi qu'avec le gicleur 28 et les canalisations 48-48' qui alimentent respectivement les anneaux liquides d'étanchéité 46-46' des deux pistons 74' et 82'. Bien entendu, on peut prévoir sur l'un ou sur les deux pistons d'autres anneaux liquides d'étanchéité, notamment des anneaux liquides alimentés par de l'huile.
La partie supérieure du piston 82' est percée d'un canal 62 et est creusée d'une gorge 56' de façon à jouer un rôle obturateur, vis-à-vis du gicleur 28.
Le piston 74' est actionné, à l'encontre d'un ressort de rappel 114 prenant appui, d'une part, contre le corps de pompe et, d'autre part, contre un épaulement 116 du piston, par une came 118 qui coopère avec un galet 120 monté au pied du piston.
De même le piston 82' est actionné, à l'encontre d'un ressort de rappel 122, par une came 124 qui coopère avec un galet 126 monté au pied d'un poussoir 128. Ce poussoir 128 coulisse dans un alésage ménagé dans le corps de pompe 104 et pousse le piston 82' par l'inter médiaire d'une bille 130.
Les deux cames 118 et 124 sont portées par un arbre de pompe commun 132, mais le profil des deux cames est différent car le mouvement des deux pistons n'est pas synchronisé.
Le volume engendré par le déplacement du petit piston 82' dans la zone intermédiaire de sa course de refoulement (c'est-à-dire dans la zone où l'épaulement supérieur de ce piston masque le gicleur 28) est égal au volume de la dose de combustible injectée à pleine injection et le rôle du gros piston 74' consiste simplement à aspirer et refouler la majeure partie du volume V de combustible (variable en fonction de la vitesse) qui sert à effectuer la régulation grâce à la présence du limiteur de débit 28. Si les deux pistons ont des courses sensiblement égales, on peut donner au piston 74' un diamètre trois à quatre fois supérieur à celui du piston 82 si l'on désire que l'injection soit nulle pour une vitesse supérieure d'environ 10 O/o à la vitesse choisie.
Pendant la première partie du cycle de refoulement de la pompe, le grand piston est immobile au point bas tandis que le petit piston remonte sous l'effet de sa came.
Dés que le haut du petit piston masque le gicleur 28, le volume constitué par les chambres 60', 84' et par la canalisation 100 est complètement clos si bien que la pression soulève le clapet de la valve de refoulement 20 et que la dose de combustible v est refoulée à la pression voulue vers la canalisation 102 et l'injecteur. A la fin de l'injection, la gorge 56' du piston 82' vient en regard du gicleur 28, ce qui met à la basse pression le volume 60' 84'- 100 et fait retomber le clapet 22. Le piston 74' peut alors commencer sa course de refoulement et les deux pistons, jusqu'à leur point mort haut, chassent vers la zone à basse pression le réservoir relié à la canalisation 64, le volume de combustible excédentaire contenu dans le corps de pompe.
Au cycle d'aspiration de la pompe, les deux pistons rappelés par leur ressort descendent en même temps et l'on voit que, si la vitesse de l'arbre à cames 132 dépasse la vitesse choisie et par conséquent si la durée du cycle d'aspiration est inférieure à la durée normale, le volume de combustible introduit dans la pompe sera inférieur au volume normal, ce qui fait que, au cycle de refoulement suivant, le petit piston ne commencera à refouler effectivement vers l'injecteur qu'un certain temps après la fermeture du gicleur 28. Le gros piston crée ainsi à l'aspiration un vide plus ou moins important, suivant la vitesse, dans la chambre de la pompe.
Les profils développés des deux cames 118 et 124 sont
représentés sur la fig. 7, le point mort bas correspondant à l'origine marquée O et la zone d'injection étant mar
quée II sur le profil de la came 124. De nombreux autres profils de cames pourraient être utilisés.
La forme d'exécution représentée sur la fig. 8 est une
variante de la fig. 6 dans laquelle le petit piston 82", au lieu de coulisser dans un cylindre ménagé dans le corps
de pompe, coulisse dans un alésage 134 percé dans le grand piston 74" lui-même. La chambre de compression
136 est ainsi commune aux deux étages de la pompe.
Le fonctionnement est absolument identique au précédent, mais le gicleur 28', qui est masqué et démasqué par le petit piston, est porté par le grand piston, et ce gicleur mobile doit être alimenté en combustible par des canalisations et joints coulissants tels que 64-112-138140-142.
La partie étranglée 28' elle-même peut être située en un point quelconque de ces canalisations, par exemple sur 138 ou 142, puisqu'il s'agit seulement de faire déboucher, à l'intérieur du cylindre 134, une lumière qui peut être masquée ou démasquée par le petit piston 82".
Le petit piston est actionné par un poussoir 128' à l'encontre d'un ressort de rappel 122', mais ce poussoir comporte un épaulement 144 qui vient coopérer, après une certaine partie de la course de refoulement, avec le pied 146 du grand piston 74" si bien que, dans la dernière partie du cycle de refoulement, les deux pistons se déplacent d'un bloc. Le poussoir 128' peut être actionné par une came, par un excentrique ou encore par l'intermédiaire d'un culbuteur 148 commandé de façon appropriée.
Dans le cas où le poussoir 128' lui-même, ou bien le culbuteur 148, est actionné par une came, on peut choisir le profil de cette dernière de façon à provoquer un ralentissement de la vitesse du poussoir, et par conséquent du petit piston, au moment où l'épaulement 144 vient en contact avec le pied 146 du grand piston, si bien que l'accouplement des deux pistons se fait sans choc.
Ces pompes autorégulatrices alimentent un seul injecteur, pour un moteur monocylindrique, plusieurs pompes identiques peuvent être associées pour alimenter en combustible les injecteurs d'un moteur à plusieurs cylindres.
Method and device for injecting liquid fuel into an internal combustion engine
The present invention relates to a method and a device for injecting a liquid fuel into an internal combustion engine with automatic regulation of the volume injected as an inverse function of the engine speed above a predetermined speed.
Until now, liquid fuel injection systems in engines, especially in engines
Diesel, included a high pressure metering pump associated with a regulator. In the most well-known type of pump, the piston has a helical ridge exposing more or less the suction port depending on the angular position of said piston, and this angular position can be modified by means of a rack control or the like. The regulator acts on this rack to bring, in the event of a variation in engine speed, the quantity of fuel injected to the quantity corresponding to the predetermined speed chosen.
These known injection pump-regulator assemblies are expensive devices and their price is proportionally all the more important as the engine power is low, which hinders the development of engines.
Low power diesel.
The injection process, which is the subject of the invention, is characterized in that the suction flow rate of the injection pump of said engine driven by said engine is statically braked and in that one delivers to the injector of said engine only part of the volume of fuel sucked into said pump above said predetermined speed.
The invention also relates to a self-regulating injection device for implementing this method for supplying liquid fuel to an internal combustion engine, which comprises a piston pump driven by said engine, the orifice of suction of said pump being connected by a pipe to a fuel tank while its discharge port, controlled by a valve, is connected to the injector of a cylinder of said engine, said device being characterized in that the displacement of said pump is much greater than the volume of said fuel to be sent to said engine cylinder on each injection,
in that the suction pipe of said pump comprises a passage of calibrated section limiting the suction flow rate and in that said pump comprises means for placing the cylinder of said pump in communication with a low pressure zone during the major part of the delivery cycle of said pump, and at least in the part close to the end of said cycle, said means interrupting said communication for the delivery of said fuel to said injector, at least during a reduced intermediate part of said pump cycle.
The appended drawing represents by way of examples several embodiments and variants of the device which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a schematic view in elevation and partially in section of a self-regulating device for injecting liquid fuel into an internal combustion engine.
Fig. 2 shows in elevation a variant of the valve control cam.
Fig. 3 is a partial view of a pump injection device comprising a single controlled valve for suction and delivery to the low pressure zone.
Fig. 4 shows in elevation and partially in section a variant of an injection device pump in which the piston serves as a distributor slide.
Fig. 5 is a partial sectional view of the suction circuit of an injection device pump with an engine idling system.
Fig. 6 is a sectional view of another embodiment in which two pump pistons work in parallel.
Fig. 7 shows the developed profile of the cams of the pump of FIG. 6.
The tig. 8 is a variant of the embodiment of FIG. 6 in which the small diameter piston slides within the same interior of the large diameter piston.
In the embodiment shown schematically in FIG. 1, the injection pump comprises a cylinder 2 in which slides a piston 4 driven by a connecting rod 6 coupled to a crank 8 whose shaft 26 is linked to the motor shaft. The cylinder 2 is pierced with a suction orifice 10, an orifice 12 for delivery to the injector and an orifice 14 for delivery to a low pressure zone or tank. The port 10 is connected, via a suction valve 16, to a fuel tank 18, while the port 12 is connected to the injector 13 via a discharge valve 20, the valve of which is held on its seat by a spring 22.
The cylinder 2 is mounted on a housing 24 supporting the bearings of the shaft 26 of the crank 8.
According to the invention, the displacement of the pump is several times greater, for example three to dlx fols, than the volume of fuel which must be sent into the cylinder 15 of the engine 17 at each injection. On the other hand, the suction line is provided with a throttle 28 which slows down the flow of fuel on suction.
Finally, the delivery orifice 14 towards the tank is provided with a controlled valve 30 putting the pump chamber in communication with the tank during the end part III of the delivery stroke of the piston while during the reduced intermediate part II of this discharge stroke as well as during the suction stroke, this communication is not established.
The valve 40 of the valve 30 is controlled by a cam 32 driven in rotation by the shaft 26 by means of a gear pair of 1/1 ratio 34-36, this cam cooperating with a rod 38 adapted to lift the valve 40 against a spring 42.
The cam has a boss 44 producing the opening of the valve 40 in part III of the delivery stroke of the piston.
The piston 4 has a groove 46 which is always located opposite an orifice 48 formed in the cylinder and connected by a pipe 50 to the fuel tank 18 so as to establish around the piston a liquid annular seal preventing any entry of air. .
The operation of such an injection system is as follows: the section of the calibrated suction passage 28 is chosen so that, at the predetermined speed N1 of the engine, the volume V of fuel sucked at each complete suction stroke of the piston is equal to the volume generated by the movement of the piston in zones II and III of its previously defined stroke, that is to say that the volume V is less than the displacement of the pump.
At the bottom dead center of the piston, the pump cylinder is therefore in depression. The first part I of the delivery stroke serves only to bring the pressure in the cylinder to a value close to atmospheric pressure and above all to give a high speed of translation to the piston. In zone II of its delivery stroke, the piston raises the fuel pressure to the value necessary for injection and injects into the engine a volume v of fuel corresponding to the dose required for each cycle at the fixed engine speed.
Then the cam 44 opens the valve 30; the delivery valve towards the injector 20 drops back, which interrupts the injection while the excess volume of fuel corresponding to the volume generated by the piston in zone III is discharged towards the tank through the pipe 52 (which preferably returns to tank 18). For engine speed N1, each cylinder therefore receives a constant dose v of fuel.
If the speed of the motor increases, the suction time of the pump is shorter and only a volume V '<V enters the cylinder of the pump so that when the piston reaches zone II during the stroke of the pump. discharge, the Etmosphénque pressure is not yet reestablished in the cylinder. The piston thus uses a part of zone II of its stroke to first re-establish this pressure and only delivers towards the injector at the injection pressure during a part of this zone, that is to say that the dose delivered in this case to the injector is less than the previous dose v and the engine slows down.
The volume introduced into the pump being inversely proportional to the speed N of the engine, we see that zero injection is reached for a speed N2 such that:
N2 - N1 v Volume of zone II
N2 V Volume of zones Il + III
If therefore the active part II of the delivery stroke is the I of the delivery zones Il and III, the injection will be zero for a speed greater than 10 / o than Ni.
According to the embodiment which has just been described, there will be, conversely, an increase in the quantity of fuel injected if the engine slows down below speed N1, the maximum quantity injected possibly corresponding to the volume of zones I and 11. This possibility only arises when starting or in the event of an overload of the engine and this injection exceeding the normal dose can present drawbacks for the longevity of the engine, also, for certain applications, it is advantageous that the injection remains constant for all speeds less than or equal to speed N1 (which eliminates any risk of motor overload) and that regulation does not start until above this speed N1.
This result can be obtained, in the embodiment of FIG. 1, if the valve 30 is controlled so as to be open also in zone I of the discharge stroke. In this case, a cam 32 '(FIG. 2) comprising a second boss 44' can be used, so that the discharge towards the injector can only take place in the intermediate zone II where the piston generates the chosen volume v.
According to the embodiment shown partially in FIG. 3, it is possible to combine the suction valve 16 and the discharge valve 30 towards the low pressure zone in a single controlled valve 33 interposed
between a lumen 10 'of cylinder 2 and tank 18. The calibrated nozzle 28 is then placed in the pipe
connecting the tank to the light 10 '. The flap 35 of the valve 33 is then controlled, against a res
exits 39, by a cam 37 arranged so that this valve closes only during the active part II of the
delivery stroke of piston 4. During the remainder of the delivery stroke, excess fuel is returned to tank 18 to be introduced again
in the pump cylinder at the suction stroke
following (part IV of cam 37).
This has the advantage of eliminating one of the valves and facilitating the
problem of valve closing times.
It may be desirable, at the time of cold start, to be able to flood the engine, that is to say to be able to inject it with a dose of fuel much greater than the normal dose v corresponding to the volume generated by the displacement of the piston in zone II. To obtain this result, it is possible to temporarily authorize the delivery towards the injector of all or part of the volume of fuel contained in zone III of the cylinder instead of discharging it towards the low pressure enclosure. It suffices to place on the pipe 52 (fig. 1) a manually controlled valve (not shown), the temporary closure of which, at the time of start-up, cancels the controlled opening of the valve 30.
To stop the injection completely, when you want to stop the engine, it suffices to prevent the valve 30 (fig. 1) or 33 (fig. 3) from closing, by means of a fork 41 or similar controlled member. manually which can come to bear against a stop 43 fixed to the control rod 38 of the valve.
In the variant of FIG. 4 the piston is coupled to the drive shaft 26 by an eccentric 54 and the placing of the cylinder 2 of the pump in communication with the low pressure zone (formed by the reservoir 18) is established, in zones I and III of the delivery stroke, by the piston 4 'itself which masks or unmasks the suction port 10.
The piston 4 'also comprises a groove 46 establishing a liquid sealing ring and in addition a groove 56 leaving only a reduced nauteur piston head 58 which can mask or unmask the suction port 10.
Communication is established between the annular zone formed by the groove 56 and the chamber 60 of the pump, by means of a double axial and radial bore 62 in the piston head or by channels formed in the cylinder.
The nozzle 28 is calibrated so that, at the end of the suction stroke of piston 4 '(positlon shown in fig. 4) and at engine speed Nt, the volume V of fuel introduced into the cylinder of the pump or equal to the volume generated by the displacement of the piston in zones II and III.
The zone I of the discharge stroke is here again a lost stroke with the aim of bringing the piston 4 'into speed and restoring atmospheric pressure in the chamber 60. When the head of the piston reaches the bottom of the discharge zone II towards the injector, the shoulder 58 of the piston masks the suction port 10 so that the chamber 60 (as well as the volume of the annular groove form an enclosed space where the pressure rises until the valve plug is lifted. 20 to the injector The dose v of fuel is thus injected under pressure throughout part II of the delivery stroke where the suction port is closed.
As soon as the lower edge of the shoulder 58 uncovers the lumen 10, communication is established, through the channels 62 and the groove 56, between the chamber 60 and the fuel tank 18 at low pressure where the excess fuel contained in the chamber 60 is discharged during part III of the delivery stroke of the piston.
If the engine speed increases, the volume of fuel introduced into the pump becomes less than the previous volume V as a result of the flow braking by the nozzle 28, so that the volume of fuel delivered to the injector in the active part II of the stroke also decreases, but in a much greater proportion, which brings the engine back to its predetermined speed N1.
The injection thus remains constant up to the speed
N1 then decreases above this speed until it is canceled out for a speed N3 such as:
N2 - N1 - v Race II
N1 V Stroke Il + III
On the pipe 64 connecting the reservoir 18 to the cylinder 2 of the pump is placed a flow adjustment member, here constituted by a needle valve 66 (fig. 5), with, in parallel on the assembly of the needle 66 and the nozzle 28, a branch pipe 68 provided with a nozzle 70 thinner than the nozzle 28 and which serves as an idle nozzle. In normal operation at speed N1, the needle 66 is open so that the pump suction flow is limited by the two jets 28 and 70 in parallel.
If the needle 66 is closed, any flow of fuel through the nozzle 28 is stopped and the suction is regulated only by the fine nozzle 70 calibrated for running the engine, at an idling speed n1.
For the intermediate positions between the full opening and the complete closing of the needle 66, all engine speeds between N1 and ng are obtained, with automatic regulation of the injection at each position of the needle.
In these embodiments where the pump has only one piston per injector to be supplied, this single piston must have a high stroke / bore ratio V in the case where a large ratio is chosen (by
v example of the order of 10) with the aim of going from full injection to zero injection for a relatively low speed increase (for example of about 10 / o).
In the embodiment shown in FIG. 6, the pump has two pistons 74 'and 82', the two chambers 60 'and 84' of which are connected in parallel by a pipe 100 and are in communicatlon with the pipe 64 for the fuel supply (via a calibrated orifice 28) as well as with the delivery pipe 102 to the injector (via the delivery valve 20).
The large-diameter cylinder 102 in which the piston 74 'slides and the small-diameter cylinder 80' in which the piston 82 'slides are drilled side by side in the same pump body 104 which is surrounded by a cylinder head 106 closing the bottoms cylinder, these two elements being assembled to each other in a sealed manner by means of screws 108 and seals 110. The outer lateral surface of the pump body 104 is hollowed out by a groove 112 which communicates with the inlet fuel 64 pierced in the cylinder head 106 as well as with the nozzle 28 and the pipes 48-48 'which respectively supply the liquid sealing rings 46-46' of the two pistons 74 'and 82'. Of course, one or both pistons can be provided with other liquid sealing rings, in particular liquid rings supplied with oil.
The upper part of piston 82 'is pierced with a channel 62 and is hollowed out with a groove 56' so as to act as a shutter, vis-à-vis the nozzle 28.
The piston 74 'is actuated, against a return spring 114 bearing, on the one hand, against the pump body and, on the other hand, against a shoulder 116 of the piston, by a cam 118 which cooperates with a roller 120 mounted at the foot of the piston.
Likewise, the piston 82 'is actuated, against a return spring 122, by a cam 124 which cooperates with a roller 126 mounted at the foot of a pusher 128. This pusher 128 slides in a bore formed in the pump body 104 and pushes piston 82 'via a ball 130.
The two cams 118 and 124 are carried by a common pump shaft 132, but the profile of the two cams is different because the movement of the two pistons is not synchronized.
The volume generated by the movement of the small piston 82 'in the intermediate zone of its delivery stroke (that is to say in the zone where the upper shoulder of this piston hides the nozzle 28) is equal to the volume of the dose of fuel injected at full injection and the role of the large piston 74 'is simply to suck and discharge the major part of the volume V of fuel (variable depending on the speed) which is used to regulate thanks to the presence of the speed limiter flow rate 28. If the two pistons have substantially equal strokes, the piston 74 'can be given a diameter three to four times greater than that of the piston 82 if it is desired that the injection be zero for a higher speed of approximately 10 O / o at the chosen speed.
During the first part of the pump's discharge cycle, the large piston is stationary at the low point while the small piston rises under the effect of its cam.
As soon as the top of the small piston hides the nozzle 28, the volume formed by the chambers 60 ', 84' and by the pipe 100 is completely closed so that the pressure raises the valve of the discharge valve 20 and the dose of fuel v is delivered at the desired pressure to line 102 and the injector. At the end of the injection, the groove 56 'of the piston 82' comes opposite the nozzle 28, which puts the volume 60 '84'- 100 to low pressure and causes the valve to drop back 22. The piston 74' can drop. then start its delivery stroke and the two pistons, up to their top dead center, drive the tank connected to the pipe 64 towards the low pressure zone, the excess fuel volume contained in the pump body.
During the pump suction cycle, the two pistons returned by their spring go down at the same time and it can be seen that, if the speed of the camshaft 132 exceeds the selected speed and consequently if the duration of the cycle d suction is less than the normal duration, the volume of fuel introduced into the pump will be less than the normal volume, so that, in the following discharge cycle, the small piston will only start to deliver towards the injector effectively a certain time after the closure of the nozzle 28. The large piston thus creates a greater or lesser vacuum on suction, depending on the speed, in the pump chamber.
The developed profiles of the two cams 118 and 124 are
shown in fig. 7, the bottom dead center corresponding to the origin marked O and the injection zone being mar
quée II on the cam profile 124. Many other cam profiles could be used.
The embodiment shown in FIG. 8 is a
variant of fig. 6 in which the small piston 82 ", instead of sliding in a cylinder formed in the body
pump, slides in a bore 134 drilled in the large piston 74 "itself. The compression chamber
136 is thus common to the two stages of the pump.
The operation is absolutely identical to the previous one, but the nozzle 28 ', which is masked and unmasked by the small piston, is carried by the large piston, and this mobile nozzle must be supplied with fuel through pipes and sliding joints such as 64- 112-138140-142.
The constricted part 28 'itself can be located at any point of these pipes, for example on 138 or 142, since it is only a question of opening, inside the cylinder 134, a lumen which can be masked or unmasked by the small piston 82 ".
The small piston is actuated by a pusher 128 'against a return spring 122', but this pusher has a shoulder 144 which cooperates, after a certain part of the delivery stroke, with the foot 146 of the large one. piston 74 "so that, in the last part of the delivery cycle, the two pistons move in one block. The pusher 128 'can be actuated by a cam, by an eccentric or even by means of a rocker arm 148 commanded appropriately.
In the case where the pusher 128 ′ itself, or else the rocker arm 148, is actuated by a cam, the profile of the latter can be chosen so as to cause a slowdown in the speed of the pusher, and therefore of the small piston. , when the shoulder 144 comes into contact with the foot 146 of the large piston, so that the coupling of the two pistons takes place without shock.
These self-regulating pumps supply a single injector, for a single cylinder engine, several identical pumps can be combined to supply fuel to the injectors of a multi-cylinder engine.