Pompe d'injection de combustible pour moteurs permettant de réaliser deux injections
par cycle moteur
La présente invention concerne une pompe d'injection de combustible utilisée dans les moteurs à combustion interne, cette pompe étant du type décrit dans le brevet suisse No 399 828, intitulé Pompe d'injection de combustible à régulateur .
L'objet de l'invention est d'adapter la structure de la pompe du susdit brevet de manière à permettre la réalisation de deux injections par cycle dans chaque cylindre du moteur à savoir une injection principale et une injection secondaire, par exemple à un intervalle d'un demi-cycle l'une de l'autre, suivant le procédé de double injection décrite dans le brevet suisse No 403 394 ayant pour titre Procédé de fonctionnement d'un moteur à allumage par compression .
D'une manière plus particulière, la pompe selon l'invention est adaptée aux moteurs à injection directe qui ne sont pas thermiquement chargés, en vue de suivre la loi optimale de variation, en fonction de la charge totale, de la quantité de combustible délivrée par l'injection secondaire permettant d'obtenir les meilleurs résultats de la double injection par cycle en ce qui concerne la réduction et le contrôle du délai d'inflammation, se traduisant par une réduction du niveau du bruit, et la possibilité de faire fonctionner le moteur indifféremment au gas-oil ou à l'essence.
Pour les moteurs du type indiqué cette loi optimale correspond à une proportion sensiblement constante ou tout au plus faiblement croissante de la charge de combustible affectée à l'injection secondaire lorsque la charge totale augmente.
Une pompe d'injection de combustible pour moteur à combustion interne selon l'invention comporte un alésage muni d'orifices d'admission du combustible et d'orifices de décharge connectés aux canalisations d'alimentation du moteur, un piston distributeur rotatif disposé dans ledit alésage pouvant tourner autour de l'axe de cet alésage et se déplacer suivant cet axe, ledit piston étant muni sur sa surface cylindrique de rainures d'alimentation qui communiquent par intermittence avec les orifices d'admission dudit alésage pendant la rotation du piston distributeur et d'une rainure de décharge qui communique en permanence avec une rainure d'alimentation et de façon intermittente avec les orifices de décharge de l'alésage, le déplacement axial du piston distributeur en combinaison avec l'inclinaison des rainures d'alimentation permettant de régler la charge de combustible.
La surface cylindrique du piston-distributeur est munie d'une seconde rainure de décharge qui est en communication permanente avec une rainure d'alimentation dont l'inclinaison sur l'axe du piston-distributeur est opposée à celle de la rainure d'alimentation communiquant avec la première rainure de décharge.
Selon l'invention cette pompe est caractérisée en ce que l'un des bords amont et aval de ladite seconde rainure de décharge a une pente par rapport à l'axe du piston distributeur dont la valeur absolue est égale à
4
I tga(--1) I
n où a représente l'inclinaison, par rapport à l'axe du piston distributeur, des rainures d'alimentation associées respectivement à la première et à la seconde rainure de décharge et
2
n la proportion de la course d'injection du piston pendant laquelle s'effectue l'injection secondaire.
La fig. 1 est une vue d'ensemble d'une pompe selon l'invention;
La fig. 1A représente, sous forme développée,
L'alésage de la pompe muni d'orifices d'admission et de distribution et la surface cylindrique du piston muni.
des rainures d'admission et de deux rainures de distribution, la position relative de l'alésage et du piston correspondant au début d'injection pour une faible charge;
La fig. 1B illustre la position relative de l'alésage et du piston en fin d'injection pour une faible charge;
Les fig. 2A et 2B représentent sous forme développée l'alésage et le piston en position relative correspondant respectivement au début et à la fin d'injection pour une charge moyenne;
Les fig. 3A et 3B sont respectivement analogues aux fig. 2A et 2B, mais correspondent à la pleine charge;
Les fig. 4 et 5 illustrent en position de charge nulle des rainures assurant l'injection secondaire suivant diverses lois différentes de répartition de la charge entre les injections;
;
Les fig. 6A et 6B illustrent un mode de réalisation de la rainure assurant l'injection secondaire qui diffère de celle représentée aux figures précédentes en ce qu'elle assure un début d'injection simultané des injections principale et secondaire et, associée à la même rainure d'admission, une rainure assurant la remise à la basse pression de la canalisation d'injection ayant servi à l'injection secondaire, après la fin de l'injection principale.
Une pompe du type considéré comprend (fig. 1) un corps fixe 1 dans lequel se trouve ménagé un alésage cylindrique 2 où le piston distributeur 3 est entraîné en rotation par l'arbre 21 accouplé à l'arbre du moteur.
Deux pistons de pompage opposés 10 sont disposés de manière à pouvoir coulisser dans un alésage 9 du corps fixe 1, d'axe perpendiculaire à l'axe commun de l'arbre 21 et du piston distributeur 3, sous l'action d'une came annulaire 11 solidaire de l'arbre 21 qui l'entraîne en rotation.
Cette came comporte autant de bossages intérieurs que le moteur comporte de cylindres à alimenter successivement (fig. 1A).
Le déplacement des pistons de pompage 10 dans l'alésage 9 sous l'action de la came 11 est réalisé par l'intermédiaire des galets 12 et des poussoirs 13 contre l'action de ressorts de rappel.
Le circuit d'alimentation de l'alésage de pompage 9 en huile sous pression comporte une pompe d'alimentation 22 par exemple à engrenages entraînée par l'arbre 21 et dont le refoulement communique en permanence avec des orifices d'alimentation 4a, 4b, 4c, 4d (Fig. 1 et 1A) régulièrement répartis à la périphérie de l'alésage 2 dans un même plan de section droite de cet alésage et réunis par une gorge annulaire d'alimentation 23.
Des orifices d'alimentation (4a, 4b, 4c, 4d) débouchent dans l'alésage 2 à un niveau tel de celui-ci qu'ils puissent entrer successivement en communication avec les rainures longitudinales d'alimentation (Sa, 5b, 5c) ménagées sur la périphérie dudit piston et inclinées d'un angle a par rapport à l'axe de celui-ci (fig. la).
Ces rainures d'alimentation communiquent en permanence avec une gorge annulaire 8 dans laquelle s'ouvre
L'alésage de pompage 9. L'une de ces rainures longitudinales (5b) communique avec une seconde rainure longitudinale 6 (fig. 1A) constituant une rainure de décharge parallèle à l'axe du piston distributeur et qui prolonge la rainure 5b jusqu'à un niveau tel que cette seconde rainure 6 puisse communiquer successivement pendant la rotation du piston, avec des orifices (7a, 7b, 7c, 7d représentés en pointillé sur la fig. 1B) des canalisations d'alimentation des différents injecteurs telles que la canalisation 24 (fig. 1).
La gorge annulaire 8 se trouve alimentée en combustible chaque fois qu'une des rainures 5a, 5b, 5c, entre en communication avec un orifice d'alimentation 4a, 4b, 4c ou 4d.
Dès que toute communication cesse entre les rainures 5 et les orifices 4, le combustible se trouve emprisonné dans lesdites rainures et la gorge annulaire 8.
Celle-ci se trouve en communication avec les alésages de pompage 9 dans lesquels se déplacent les pistons 10 sous l'action de la came annulaire 11, par l'intermédiaire des galets 12 et des poussoirs 13, contre l'action de ressorts de rappel non représentés sur la fig. 1A. Le combustible comprimé par ces pistons est refoulé sous forte pression par les orifices 7 chaque fois qu'un de ceux-ci (7a, 7b, 7c ou 7d) entre en communication avec la rainure 6 et que simultanément aucune des rainures 5 ne communique avec l'un des orifices d'alimentation 4.
L'injection est interrompue dès qu'une rainure d'alimentation 5 est remise en communication avec un orifice d'alimentation 4 par la rotation du piston 3.
La pompe comporte (fig. 1) un système de régulation propre à faire varier en fonction de la vitesse de rotation du moteur, contre l'action de moyens de rappel indiqués par la notation générale 25 et pouvant être analogues à ceux décrits dans le brevet suisse No.
399 828, la position angulaire et longitudinale du piston distributeur 3 par rapport à l'arbre d'entraînement 21.
La variation de position angulaire relative du piston 3 par rapport à l'arbre d'entraînement 21 permet de modifier l'instant du cycle auquel s'effectue la mise en communication de la rainure de décharge 6 avec les orifices 7a, 7b, 7c, 7d des canalisations d'alimentation des différents injecteurs et par conséquent d'ajuster l'avance à l'injection à la valeur désirée, tandis que la variation de position longitudinale relative du piston distributeur 3 dans l'alésage 2 se traduit, par suite de l'inclinaison a donnée aux rai nures 5 sur l'axe de ce piston, par une variation de la durée d'injection, donc du débit de combustible ou charge faisant l'objet de chaque injection.
Dans le mode de réalisation illustré les susdits moyens de régulation comportent deux masselottes 26, 27 qui sont articulées autour d'axes 28, 29 portés par l'arbre d'entraînement 21.
Ces masselottes s'écartent de l'axe de cet arbre sous l'effet de la force centrifuge lorsque le régime du moteur augmente et, par l'intermédiaire de doigts 30, 31 dont elles sont solidaires repoussent vers la droite de la fig. 1 par coulissement dans l'alésage 33 une douille 32 comportant une gorge annulaire dans laquelle les extrémités des doigts 30 et 31 sont engagées.
Cette douille 32 repousse alors une bague 34 pouvant coulisser axialement sans tourner dans l'alésage 33 et qui porte un ergot 35 se déplaçant dans une gorge hélicoïdale 36 monagée sur le piston distributeur 3.
Avec un tel régulateur les positions axiales et angulaires du piston distributeur 3 par rapport à l'arbre d'entraînement 21 seront fonction du régime du moteur alimenté par la pompe.
En vue de réaliser deux injections par cycle dans chaque cylindre du moteur alimenté en combustible par la pompe on prévoit en plus de la rainure de décharge 6 qui communique en permanence avec la rainure d'alimentation 5b une seconde rainure de décharge 14 qui communique en permanence avec la rainure d'alimentation 5c d'inclinaison opposée à celle de la rainure 5b par rapport à l'axe du piston.
Cet aménagement permet, en même temps que se produise l'injection principale dans un des cylindres du moteur, par exemple le cylindre alimenté par le canal de distribution débouchant dans l'alésage de la pompe par l'orifice 7b, cylindre que nous désignerons par cylindre b, d'effectuer également une autre injection dite secondaire dans un autre cylindre d (dans le cas de mise en oeuvre du procédé décrit dans le brevet suisse.
Ce cylindre sera celui dans lequel le piston se trouve à un intervalle d'un demi-cycle moteur par rapport au piston du cylindre b) à travers la canalisation de distribution débouchant dans l'alésage par l'orifice 7d, au moyen d'une rainure supplémentaire 14.
La position et l'inclinaison du bord amont de la rainure 14 par rapport à l'axe du piston distributeur (par bord amont, on entend le bord de la rainure qui rencontrera le premier une génératrice fixe de l'alésage lors de la rotation du piston assurant les injections) sont déterminées de manière à ajuster la quantité de combustible faisant l'objet de l'injection secondaire en fonction notamment de la charge totale.
Le sens de cette inclinaison déterminera le calage de l'injection secondaire par rapport à l'injection principale.
En effet, à une inclinaison négative par rapport au sens de rotation du piston distributeur correspondra une même fin d'injection fixe pour l'injection principale et l'injection secondaire et un début d'injection secondaire variable avec la charge, tandis qu'une inclinaison positive de la rainure 14 par rapport au sens de rotation du piston distributeur correspondra au contraire à un même début d'injection fixe pour l'injection principale et l'injection secondaire et à une fin d'injection secondaire variable avec la charge.
Une fin d'injection fixe est en général préférable, car elle est réalisée par la mise en communication des rainures 5a et 5b avec les orifices d'alimentation à basse pression 4b et 4c, ce qui permet (grâce à l'inclinaison négative de la rainure 14) de maintenir l'orifice 7d de la canalisation par laquelle s'effectue l'injection secondaire en communication avec la rainure 14 après la fin d'injection. Il en résulte une remise rapide à la basse pression du combustible contenu dans ladite canalisation ce qui évite tout risque d'injections parasites incontrôlées que pourraient provoquer les ondes de pression dans ladite canalisation si l'orifice 7d était obstrué.
Toutefois, lorsqu'on réalise une fin d'injection fixe, il peut cotre plus difficile de régler avec précision la quantité de combustible faisant l'objet de l'injection secondaire, car, au moment où celle-ci commence, c'est-à-dire lorsque la rainure 14 découvre l'orifice 7d, la pression régnant dans la pompe se transmet à la canalisation d'injection secondaire, ce qui, suivant la rapidité de cette mise en communication, peut se traduire par des ondes de pression élevées, qui maintiendront l'ouverture de l'injecteur sur une plus longue période.
En pratique cependant, l'orifice 7d n'étant découvert que progressivement, de telles ondes de pression n'apportent pas de modifications sensibles à la répartition de la charge entre les deux injections.
Il est également possible de réaliser un début d'injection commun aux injections principale et secondaire avec une fin d'injection variable de l'injection secondaire sans risque d'injections parasites incontrôlées, en remplaçant la rainure 14 par deux rainures dont l'une commande l'injection secondaire jusqu'au moment où elle cesse de communiquer avec l'orifice 7d et où l'autre remet cet orifice en communication avec les orifices d'admission à basse pression dès que l'injection principale est terminée. Un tel système à double rainure est représenté à titre d'exemple aux fig. 6A et 6B.
Le fonctionnement de la pompe d'injection selon l'invention sera décrit plus en détail en se plaçant dans le cas précité où l'injection secondaire est effectuée sensiblement à un demi-cycle d'intervalle par rapport à l'injection principale.
La fig. 1A illustre à titre d'exemple la position relative de la rainure 14 par rapport à l'orifice 7d du canal de distribution pour une charge faible, en début d'injection. La communication venant juste de cesser entre la rainure 5c et l'orifice 4d, l'injection principale commence à travers la rainure 6 et l'orifice correspondant 7b.
L'injection secondaire ne se produit qu'ultérieurement, lorsque le bord amont de la rainure 14 découvre l'orifice 7d.
Ces deux injections se termineront simultanément lorsque les rainures 5a et 5b entreront en communication respectivement avec les orifices 4b et 4c d'alimentation à basse pression (position représentée à la fig. 1B).
La fig. 2A illustre la position relative des rainures par rapport aux orifices, à charge moyenne en début d'injection.
L'injection commence dès que la rainure 5c cesse de communiquer avec l'orifice 4d. Mais le décalage vers le bas du piston distributeur, grâce auquel on fait varier la charge, fait que la rainure 14 ne communique avec l'orifice 7d qu'après une course de rotation du piston supérieure à la course correspondante en cas de faible charge. On voit sur la fig. 2B (position de fin d'injection) que l'injection principale est stoppée par la mise en communication des rainures 5a et 5b avec les orifices d'admission 4b et 4c respectivement. L'injection secondaire se terminera en même temps que l'injection principale et correspondra donc à une plus faible proportion de la charge totale que cette dernière.
Les positions relatives des rainures du piston et des orifices de l'alésage dans les fig. 3A et 3B se déduisent des figures précédentes par un simple décalage vertical correspondant à un déplacement du piston distributeur parallèlement à son axe de rotation, dans l'alésage, ce qui a pour effet d'augmenter la charge totale (déplacement maximum drn représenté aux fig. lA et 3A).
La fig. 3A illustre la position de début d'injection, laquelle se produit dès que la rainure 5c cesse de communiquer avec l'orifice d'alimentation 4d. L'injection principale se produit alors à travers les rainures Sb, 6 et l'orifice 7b, aucune des rainures 5 ne communiquant avec les orifices d'alimentation.
Cette injection principale se poursuit jusqu'au moment où les rainures Sa et 5b viennent communiquer simultanément avec les orifices 4b et 4c respectivement (position illustrée à la fig. 3B).
Dans le cas où l'on désire réaliser une fin d'injection commune de l'injection principale et de l'injection secondaire, la proportion de la charge affectée à cette dernière sera déterminée par la pente du bord amont de la rainure 14.
Si l'on désigne par t
n la proportion de la charge totale affectée à l'injection secondaire, proportion que l'on désire maintenir constante quel que soit le niveau de la charge totale, la fraction de la course d'injection du piston distributeur correspondant à l'injection secondaire sera sensiblement de
2
n puisque, pendant cette course, le combustible délivré par la pompe est réparti sensiblement par moitié entre les deux injections.
En pratique cependant, il n'y a pas une répartition rigoureusement égale du combustible entre les deux injections pendant la course
2
n du fait qu'il se produit des ondes de pression qui, ainsi qu'il a été dit plus haut, tendent généralement à accroître l'injection secondaire au détriment de l'injection principale. Le calcul qui suit sur la détermination de la pente du bord amont de la rainure 14 reste néanmoins valable comme s'appliquant à la proportion de la charge faisant l'objet de l'injection secondaire, qui correspond à une course de rotation du piston égale à
2
n parties de la course totale d'injection.
Il en résulte que la fraction de la course de rotation du piston, pendant laquelle seule l'injection principale intervient, sera de
2
1
n
Le point de départ de l'injection principale varie avec la charge de - d tg a, puisque le déplacement d du piston parallèlement à son axe, à partir de la position qu'il occupe pour une injection nulle, s'accompagne d'une rotation de celui-ci, dans une direction opposée à son sens de rotation normal, et d'une amplitude telle que la position angulaire de la rainure 5 c par rapport à l'orifice 4 d ne soit pas modifiée, c'est-àdire d'une rotation de - d tg a, où a représente en valeur absolue l'angle d'inclinaison des rainures 5 b et 5 c par rapport à l'axe du piston distributeur.
Il en résulte que le bord amont de la rainure 14 doit après une rotation de:
2 4 -dtga + (1 ) 2dtga = dtga(l )
n n se retrouver tangent à l'orifice 7 d.
Il en résulte qu'il doit correspondre, sur le piston distributeur, à la tangente menée à l'orifice 7 d du côté amont de celui avec une pente, par rapport à l'axe du piston de:
EMI4.1
lorsque le piston est en position d'injection nulle, c'està-dire quand le bord amont de la rainure 5 b est tangent à l'orifice 4 c du côté amont de celui-ci (le côté amont d'un orifice de l'alésage étant défini comme celui qui est le premier rencontré par une génératrice fixe du cylindre lors de la rotation de celui-ci dans son sens normal de rotation) et que simultanément le bord aval de la rainure 5 c est tangent à l'orifice 4 d du côté aval de celui-ci (position illustrée aux fig. 4 et 5).
Sur les fig. 1A, 1B, 2A, 2B, 3A et 3B, le bord amont de la rainure 14 est parallèle à l'axe du piston, ce qui correspond à tg ss = 0, soit n = 4. L'injection secondaire doit alors correspondre sensiblement au quart de la charge totale, quel que soit le niveau de celle-ci.
La fig. 4 illustre une pente de la rainure 14 qui assure une répartition par moitié de la charge entre les deux injections. On a n =2 et la formule précédente donne tg ss = tg a. Le bord amont 16 de la rainure 14 correspond donc à une tangente au bord amont 17 de l'orifice 7 d menée parallèlement à la rainure 5 c.
Une telle répartition entre les deux injections pourrait être obtenue également par une rainure 14, d'inclinaison différente, mais suffisamment large pour reste en communication constante avec l'orifice 7 d pendant toute la course d'injection.
La fig. 5 illustre le cas où la rainure 14 a pour pente celle donnée par la formule préédente, avec n =3, soit
tgp= tga
3
Cette pente correspond théoriquement (c'est-à-dire sans tenir compte du jeu des ondes de pression, qui d'ailleurs est variable suivant la longueur des tuyauteries d'injection) à une répartition de la charge à raison de tis pour l'injection secondaire et 2/3 pour l'injection principale.
Les fig. 6A et 6B illustrent une position de la rainure 14 par rapport à l'orifice 7 d, qui assure un début d'injection simultanée pour l'injection principale et l'injection secondaire. Dans ce cas, l'injection secondaire se termine avant l'injection principale (sauf dans le cas particulier d'une répartition par moitié de la charge entre les deux injections), par suite de l'interruption de la communication entre la rainure 14 et l'orifice 7 d.
Comme on le voit sur la figure, dans un tel cas, le bord aval 18 de la rainure 14 correspond, sur le piston en position de fin d'injection secondaire, à la tangente menée à l'orifice 7 d du côté aval de celui-ci avec une pente égale à:
4
tgss = tga (1 )
n
En effet la fin d'injection secondaire se produit à un intervalle de
2
n fois la course totale à partir du début commun des injections, soit
2 2dtga
n
Comme le début d'injection s'effectue à un intervalle de - d tg a par rapport à la position correspondant à une course d'injection nulle, par rapport à cette dernière position, la fin de l'injection secondaire se trouve à un intervalle de:
4 dtga( -1)
n tandis que le piston s'est déplacé parallèlement à son axe vers le bas de d.
La pente du bord aval de la rainure 14 est donc bien:
EMI5.1
Afin de faciliter la décompression du combustible dans la tuyauterie d'injection alimentée par l'orifice 7 d, il pourra être avantageux de prévoir une seconde rainure 19 (fig. 6A et 6B) permettant la remise à la basse pression de la canalisation d'injection aboutissant à l'orifice 7d juste après la fin de l'injection principale.
Cette remise à la basse se fera lorsque le bord amont 20 de la rainure 19 dépassera sa position de tangence à l'orifice 7 d du côté amont de celui-ci (polio tion de tangence représentée à la fig. 6B) correspondant à la fin d'injection principale.
Le bord amont 20 de la rainure 19 correspondra à une droite menée de ce point de tangence ayant une pente de - tg a puisque la position du piston en fin d'injection principale sera décalée par rapport à la position d'injection nulle de:
-dtga + 2dtga = dtga