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 décrit dans le brevet suisse no 403 394 ayant pour titre Procédé de fonctionnement d'un moteur à allumage par compression .
L'un des moyens les plus connus pour réaliser deux injections par cycle dans les moteurs à combustion interne consiste à munir l'arbre à cames de la pompe d'injection de cames à double bossage, chaque bossage réalisant une injection.
Cependant un tel système ne fonctionne pas avec une régularité satisfaisante et de plus nécessite des transformations de structure importantes.
Au contraire l'auteur de la présente invention a découvert qu'il est possible, par des aménagements simples et faciles à mettre en oeuvre, d'adapter à la réalisation d'une double injection par cycle les pompes à piston distributeur du type de celles décrites dans le brevet suisse 399 828.
Une pompe d'injection de combustible pour moteurs 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.
Selon l'invention, cette pompe est caractérisée en ce que 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.
L'inclinaison sur l'axe du piston distributeur de cette seconde rainure de décharge sera celle adaptée à fournir la loi optimale de variation de la quantité de combustible délivrée par l'injection secondaire en fonction de la charge totale de combustible, 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.
Cette loi optimale dépendra du type de moteur.
Par exemple dans le cas des moteurs à préchambre, dont la préchambre débouche dans la chambre de combustion principale par un passage de section étroite, ou dans les moteurs à préchambre plus ouverte qui sont thermiquement chargés (moteurs fonctionnant à hauts régimes ou moteurs suralimentés par exemple), I'efficacité maximale de la double injection par cycle n'est obtenue quelle que soit la charge qu'en diminuant la quantité de combustible faisant l'objet de l'injection secondaire à mesure que la charge augmente.
L'invention sera plus spécialement décrite ci-après, à titre d'exemple, dans son application au type de moteur indiqué cidessus, en se référant aux figures annexées où:
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 représente une vue en coupe de l'alésage de la pompe et du piston au niveau des orifices d'admission à laquelle correspond la coupe suivant X'X de la fig. 1A;
;
les fig. IC et 1D analogues respectivement aux fig. 1A et 1B illustrent 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. 4A et 4B illustrent des positions de faible charge et pleine charge correspondant à l'application d'une loi différente de répartition entre les injections du cycle.
les fig. 5A, 5B, 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 (5a, 5b, 5c) ménagées sur la périphérie dudit piston et inclinées d'un angle a par rapport à l'axe de celui-ci (fig. 1A). 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 (Sb) 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, Sc, 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 rainures S 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 ménagée 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 produit 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 no 403 394 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. n 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 line fin d'injection fixe, il peut
être 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.
I1 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. 5A, SE, 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. 1 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 commence simultanément à travers les
rainures 6 et 14 et les orifices correspondants 7b et 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. 2).
Dans un tel cas, la fraction de la charge faisant l'objet de l'injection secondaire sera égale à celle faisant l'objet de l'injection principale puisque les orifices 7b et 7d restent respectivement en communication avec les canalisations 6 et 14 jusqu'à la fin d'injection (position représentée aux fig. 1C et 1D).
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 plus avec l'orifice 7d. Il en résulte que seule l'injection principale se produit à travers les rainures 5b et 6 et l'orifice 7b. L'injection secondaire ne se produira que peu de temps avant la fin de l'injection principale (position illustrée par la fig. 2B). On voit sur cette figure 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 proportion beaucoup plus faible de la charge totale que cette dernière.
Enfin, comme on le voit par l'examen des figures 3A et 3B qui illustrent la position relative des rainures du piston par rapport aux orifices de l'alésage dans le cas d'une alimentation à forte charge, on peut même arriver à supprimer complètement l'injection secondaire aux fortes charges en ne faisant communiquer l'orifice 7d avec la rainure 14 qu'au moment où les rainures 5a et 5b entrent en communication avec les orifices d'alimentation 4b et 4c (position illustrée à la fig. 3B) ou après ce moment.
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.
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 5b, 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 5a et 5b viennent communiquer simultanément avec les orifices 4b et 4c respectivement.
Mais dans cette position, illustrée à la fig. 3B, on voit que la rainure 14 n'est pas encore entrée en communication avec l'orifice 7d. Or, au moment où cette communication s'établira, les rainures 5a et 5b communiqueront avec les orifices 4b et 4c, de sorte qu'il ne se produira aucune injection par l'orifice 7d.
A pleine charge, il n'y aura donc pas d'injection secondaire.
On voit qu'avec l'inclinaison de la rainure 14 représentés aux différentes figures 1A, 1C, 2A, 2B, 3A et 3B, on peut faire varier la proportion de l'injection secondaire en sens inverse de la charge, ce qui correspond pour les moteurs à préchambre peu ouverte ou pour les moteurs thermiquement chargés aux conditions les meilleures d'utilisation de la méthode de double injection.
Il est aisé de comprendre qu'en augmentant l'inclinaison de la rainure 14 par rapport à l'axe du piston, le niveau de charge pour lequel il y aura suppression de l'injection secondaire, sera moins élevé. Inversement une pente plus faible de la rainure 14 pourra permettre, par exemple, de maintenir une injection secondaire même à pleine charge, ainsi que l'illustrent les fig. 4A et 4B.
On voit sur la fig. 4B qu'à pleine charge l'injection
secondaire se produit sur une course de rotation du piston distributeur de E. En outre la fig. 4A illustre le cas où, à faible charge, l'injection secondaire ne commence qu'après un certain intervalle f de rotation du piston distributeur à partir du début de l'injection principale (qui commence au moment où la rainure 5c est tangente à l'orifice 4d).
Sans modifier l'inclinaison de la rainure 14, on pourra également modifier la loi de répartition de la charge entre l'injection principale et l'injection secondaire en déplaçant le bord amont 16 de la rainure 14 parallèlement à lui-même et en allongeant ou raccourcissant la rainure de raccordement 15. Si l'on déplace par exemple, le bord amont 16 de la rainure 14 parallèlement à lui-même dans un sens opposé au sens normal de rotation du piston (assurant la distribution), on réduira d'une quantité constante l'injection secondaire pour les différentes valeurs de la charge, ce qui pourra se traduire par une diminution de la valeur de la charge totale pour laquelle s'annule l'injection secondaire.
Inversement un déplacement du bord amont 16 de la rainure 14 dans le sens normal de rotation du piston se traduira par l'accroissement d'une quantité constante de l'injection secondaire aux différentes charges.
D'une manière générale on pourra déterminer la position et la pente du bord amont 16 de la rainure 14 permettant de réaliser une injection secondaire de valeurs déterminées Io à faible charge et Im à pleine charge en traçant sur le piston placé en position de faible charge et de début d'injection secondaire une droite tangente à l'extrémité amont 17 de l'orifice d'injection secondaire (définie comme celle qui serait rencontrée la première par une génératrice fixe du piston lorsque celui-ci tourne dans son sens normal de rotation) et dont la pente par rapport à la verticale au point de tangence sera donnée par la formule: t0 i3 = - (t3 CL + e- .
dm où ainsi qu'on peut le voir sur les fig. 4A, 4B et la fig. 1, a représente en valeur absolue l'angle d'inclinaison, par rapport à l'axe du piston, des rainures 5b et 5c, e représente la course de rotation du piston sur laquelle s'effectuent les injections principale et secondaire à faible charge, E la course de rotation du piston sur laquelle s'effectue l'injection secondaire L à pleine charge (fig. 4B, la valeur de E étant nulle dans le cas de la fig. 3B) et dm le déplacement du piston parallèlement à son axe qui correspond au passage de la faible charge à la pleine charge (fig. 1A et 3A).
En effet ce déplacement du piston s'accompagne, dans le type de pompe considéré, 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 5c par rapport à l'orifice 4d ne soit pas modifiée, c'est-à-dire d'une rotation de -dm tga. Ensuite les injections s'effectueront à pleine charge durant la rotation du piston sur une course correspondant à e, majorée de 2 dm tga. Le début de l'injection secondaire correspondra à une course de 2 dm tga+e-E par rapport au début de l'injection principale à pleine charge, soit à un déplacement de: drn d 6 - 2 d gQJ + e - E = d tz d + e - E
1:1 par rapport à la position de début d'injection à faible charge.
I1 en résulte que la pente du bord amont 16 de la rainure 14 doit être égale à:
EMI4.1
Cette valeur de tgp reste applicable même pour des valeurs négatives de e correspondant à l'annulation de l'injection secondaire ppur une charge inférieure à la pleine charge.
Bien entendu la position choisie de tangence du bord amont de la rainure 14 avec l'orifice 7d à faible charge ne correspond qu'au cas particulier d'une sensible égalité des injections principale et secondaire à faible charge. Une répartition différente entre les injections à faible charge est obtenue en menant la droite représentative du bord amont delta rainure 14 à partir d'un point situé à la même hauteur que ledit point de tangence à une distance f en amont de celui-ci.
Dans ce cas, la course de rotation du piston correspondant à l'injection secondaire à faible charge ne sera plus que de e - f (fig. 4A), et la pente du bord amont de la rainure 14 sera égale à:
-(tgi , e- f - ± j
A
ni
Dans le cas où les deux injections commencent simultanément (fig. 5A, 5B, 6A et 6B), la quantité de combustible faisant l'objet de l'injection secondaire est déterminée par le moment où se termine l'injection secondaire, du fait de l'interruption de la communication entre la rainure 14 et l'orifice 7d. C'est donc la position et la pente du bord aval 18 de la rainure 14 qui déterminera la loi de répartition de la charge entre les deux injections.
La fin de l'injection secondaire correspondra à faible charge (position représentée à la fig. 5A) à une course de rotation du piston de e-f (e et f sont représentés respectivement aux fig. 5A et 5B) par rapport au début commun des deux injections (position illustrée par la fig. 5A) et à pleine charge à une course de rotation du piston de E (voir fig. 6A) par rapport au début commun des deux injections, soit dm tga+ E par rapport au début commun des injections à faible charge. n en résulte que le bord aval 18 de la rainure 14 sera la droite menée sur la surface cylindrique du piston, en position de fin d'injection secondaire, tangente à l'orifice 7d du côté aval de celui-ci, avec une pente égale à: tg tg & e = te;
ci¯ + E df (voir figure 5B)
a
m
Afin de faciliter la décompression du combustible dans la tuyauterie d'injection alimentée par l'orifice 7d, il pourra être avantageux de prévoir une seconde rainure 19 (fig. 5A, 5B, 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 pression se fera lorsque le bord amont 20 de la rainure 19 dépassera sa position de tangence à l'orifice 7d du côté amont de celui-ci, (position de tangence représentée aux fig. 5B et 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 - tga puisque la fin de l'injection principale à pleine charge sera décalée de la fin de l'injection principale à faible charge de - dm tga+2 dm tga = dm tga.