EP0585171A1 - Liquid fuel injection device for an internal combustion engine and engine provided with such a device - Google Patents

Liquid fuel injection device for an internal combustion engine and engine provided with such a device Download PDF

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Publication number
EP0585171A1
EP0585171A1 EP93402079A EP93402079A EP0585171A1 EP 0585171 A1 EP0585171 A1 EP 0585171A1 EP 93402079 A EP93402079 A EP 93402079A EP 93402079 A EP93402079 A EP 93402079A EP 0585171 A1 EP0585171 A1 EP 0585171A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cavity
needle
liquid fuel
seat
injection
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP93402079A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jean Frédéric Melchior
Thierry Andre-Talamon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0585171A1 publication Critical patent/EP0585171A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/06—Other fuel injectors peculiar thereto

Definitions

  • the invention relates to a device for injecting liquid fuel into at least one pressurized combustion chamber forming part of an internal combustion engine, device which comprises a member for pressurizing the liquid fuel to be injected, consisting of a first cavity, of variable volume, delimited by a first animated of an alternating volume inside a cylinder, which first cavity communicates on the one hand with liquid fuel reserve means at low pressure via a control member establishing cyclically such communication in synchronism with the periodic operation of said engine and on the other hand by through a passage with an injector consisting of a nozzle and a movable needle, of revolution, which nozzle has a second cavity, connected to the aforesaid passage and delimited laterally by a cylindrical wall of circular director and axially by a partially conical wall forming a seat and coaxial with said cylindrical wall, and at least one injection orifice opening into the chamber combustion, a space of small volume or "bag” being disposed between the above-mentioned seat and the injection orifice (s), which
  • the object of the invention is to arrange the injection device defined above in such a way that the decompression of the first cavity does not propagate in the second cavity by causing "injection tails" at low pressure, generating exhaust fumes and soot. It also aims to arrange this injection device in such a way that the needle drops back onto its seat as gently as possible at the end of each injection period while preserving the pressure level of liquid fuel which is necessary for spraying and penetration of fuel droplets into the combustion chamber, in particular towards the end of each injection period.
  • the injection device according to the invention is essentially characterized in that the first cavity is separated from the second cavity by a uni-directional valve, preferably with very low volume displacement and with very low inertia, oriented so as to allow the flow of liquid fuel from the first cavity to the second cavity and to prevent flow in the opposite direction and arranged in such a way that its closure, caused by the decompression of the first cavity, does not cause a substantial drop in pressure in the second cavity.
  • the above means of substantially constant pressurization of the accumulator are constituted by a supply of pressurized fuel and by communication with the above means for reserving low-pressure liquid fuel via a leakage orifice, with a variable passage section, equipped adjustment means arranged so as to maintain the liquid fuel in the accumulator at the above substantially constant pressure.
  • the aforesaid supply of pressurized fuel consists of a communication which is established between the first cavity and the third cavity and on which are interposed a uni-directlonnel valve and a calibrated orifice connected in series.
  • the above-mentioned supply of pressurized fuel consists of a communication between the second cavity and the third cavity and on which a calibrated orifice is interposed.
  • FIG. 1 of these drawings schematically represents the preferred embodiment of the prior art and as described in the above-mentioned French patent application No. 91 02208 of February 25, 1991.
  • Figures 2, 3 and 4 are diagrams illustrating the operation and the drawbacks of an injection device of known type.
  • FIG. 5 shows a detail of one of the uni-directional valves of FIGS. 1 and 9.
  • FIGS. 6, 7 and 8 are diagrams illustrating the operation and the advantages of the injection device according to the invention and corresponding respectively to those of FIGS. 2, 3 and 4.
  • FIGS 9 and 10 schematically each represent a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 11 illustrates, on a larger scale, a variant of the needle of FIGS. 9 and 10.
  • the injection device is intended to inject liquid fuel into a pressurized combustion chamber 1 of an internal combustion engine 2, the number of chambers 1 can be determined at will.
  • the injection device comprises a member for pressurizing the liquid fuel to be injected which is constituted by a first cavity 3, of variable volume, delimited by a piston 4 driven by an alternating movement inside a cylinder 5.
  • the first cavity 3 communicates on the one hand with low pressure liquid fuel reserve means (or tank) 6 via a control member (such as a rotary distributor) 7 establishing such communication in synchronism with the operation of the motor 2 and, on the other hand, via a passage 8, with an injector 9 consisting of a nozzle 10 and a movable needle 11 having a shape of revolution.
  • This nozzle 10 comprises a second cavity 12 connected to the passage 8 and delimited laterally by a cylindrical wall 13, of circular director, and axially by a partially conical wall 14 forming a seat and coaxial with the cylindrical wall 13.
  • the nozzle 10 also comprises at least an injection orifice 17 opening into the combustion chamber 1.
  • a space of small volume or "bag” 28 is disposed between the seat 14 and the injection orifice (s) 17.
  • the needle 11 comprises a cylindrical part 15 forming a piston and capable of sliding, with minimal operating clearance, inside the cylindrical wall 13 of the nozzle 10 and a conical part 16 cooperating with the seat 14.
  • the needle 11 is arranged so as to be maintained, at rest, in abutment on the seat 14 by return means which will be described below, so as to interrupt the communication between the second cavity 12 and the orifice (s) injection 17.
  • the needle 11 is further aqenced in the manner of a differential piston so that its bearing section on the seat 14, projected on a plane perpendicular to the axis XX of the needle 11, either less than the cross section of the cylindrical part 15, forming the piston, of the needle 11.
  • the pump piston 4 can receive its reciprocating movement either, as shown diagrammatically in FIG. 1, by a rotary cam 21 driven in synchronism with the motor 2, against the action of a return spring 22, or by hydraulic means an example of which is described in document FR-A-2,326,588, or any other equivalent means.
  • the cam 21 can act on the piston 4 either directly (as shown diagrammatically in FIG. 1), or more generally by means of a rocker arm (not shown).
  • the first cavity 3 communicates with the third cavity 19 by means of a calibrated orifice 41 and of a uni-directional (or non-return) valve 30 mounted in series and the aforementioned accumulator 20 communicates with the above-mentioned reserve means of low pressure liquid fuel 6 via a leakage orifice 25, with a variable passage section, equipped with adjustment means 26 arranged so as to maintain the pressure of the liquid fuel in the accumulator 20 at a value substantially constant, for each operating speed of the engine 2. As shown in FIG.
  • the unidirectional valve 30 can consist of a ball subjected to the action of a return spring 27 and is in any case arranged to allow the liquid fuel discharged by the piston 4 to reach the third cavity 19 and the accumulator 20 and to prevent it from returning in the opposite direction.
  • External pressurization means 43 supplied by the low pressure tank 6 can communicate through the conduit 42 with the above-mentioned accumulator 20.
  • the return means of the needle 11 on its seat 14 preferably further include a mechanical spring 29 sized to allow the device to operate when the engine 2 is started, while the pressure of the liquid fuel is not still established in the accumulator 20.
  • the adjustment means 26 are preferably sensitive to at least one operating parameter Pr of the motor 2 and arranged so as to control the substantially constant pressure prevailing in the accumulator 20 for this operating parameter.
  • the second cavity 12 communicates directly with the first cavity 3, the calibrated orifice 41 and the unidirectional valve 30 not being interposed on the conduit 8 connecting the first cavity 3 to the second cavity 12 but on a conduit 35 derived at 34 from passage 8 and leading to accumulator 20 which it also connects to the third cavity 19.
  • the needle 11 When the needle 11 is in abutment on its seat 14, it is subjected, in the closing direction, to the pressure prevailing in the third cavity 19 and acting on the entire section of its cylindrical part 15 and, in the direction of opening, at the pressure prevailing in the second cavity 12, on the difference between the section of the cylindrical part 15 and its section supporting on the seat 14.
  • the discharge port 46 of the pump 3, 4 is closed by the rotary distributor 7 and the pressure transmitted by the passage 8 in the second cavity 12 increases until its action on the needle 11 becomes predominant and the needle 11 moves away from its seat 14, which allows part of the pressurized liquid fuel admitted into the second cavity 12 to reach the orifice (s) 17 through the bag 28 and to be injected into the combustion chamber 1.
  • the differential effect of needle 11 brings this in full opening stop.
  • the control member 7 re-establishes the communication between the first cavity 3 and the low pressure liquid fuel reserve means 6, the pressure prevailing in the second cavity 12 drops and allows the pressure prevailing in the third cavity 19 to return the needle 11 to its seat 14. More precisely, when the injection pressure falls below the closing pressure of the needle 11 (this closing pressure being lower than the opening pressure, due to the differential effect, the needle 11 begins to fall back. The injection stops when the needle 11 falls back onto its seat 14 , the differential effect avoiding to some extent the rebound of the needle.
  • the unidirectional valve 30 maintains the pressure in the accumulator 20 during the suction stroke of the piston 4 (or when the first cavity 3 is put into discharge by the control member 7) and then prevents the accumulator 20 to empty through the passage 8 and thus interfere with the operation described above of the needle 11.
  • the constant value P RH at which the pressure is maintained in the accumulator 20 can be adapted to the operating conditions of the engine 2.
  • combustion is carried out in a non-homogeneous manner.
  • the droplets of finely pulverized liquid fuel are mixed in the combustion chamber with the air which is heated there by adiabatic compression, either directly (plurality of fuel jets in a calm environment: non-turbulent chamber), or indirectly (limited number of jets in an environment animated by intense movements: turbulent chamber).
  • the vaporized fuel ignites spontaneously as soon as the required pressure and temperature conditions are reached.
  • the reaction develops very quickly, causing intense local heating and causing the pulverized fuel to decompose, until cracking leads to the formation of soot.
  • Most of the soot thus produced during the first part of the combustion period is gradually burned and therefore does not (or only slightly) alter the composition of the exhaust gases.
  • the soot particles produced at the end of the combustion period are much more troublesome because the time available for their re-combustion is obviously shorter.
  • the thermodynamic conditions (pressure and temperature) in the combustion chamber are then less favorable for the continuation of the reaction. From this point of view, it is clear that the end of the injection period is much more critical than the start of this same period.
  • the needle 11 once removed from its seat 14, the injection pressure is established over the entire lower surface of the needle 11 (that is ie its surface located on the right of FIG. 1), upstream from the injection orifice (s) 17.
  • the injection process ends with the drop of the needle 11 on its seat 14, caused by the setting in communication of the cylinder (or first cavity) 3 of the injection pump 3, 4 with the reserve means 6 at low pressure, via the discharge orifice 46.
  • the curves in solid lines correspond to a slow needle 11 (damped or with high inertia), the major part of the fall of the needle being effected with a very low injection pressure (generally less than 200 bars), hence smoke and unburnt gas and reflux of gas, from chamber 1 to the injector.
  • the broken line curves correspond to a fast needle (light, with low inertia, or not damped), the closure of the needle being effected with a high injection pressure (generally greater than 200 bars) , hence impact on the seat 14 and embrittlement.
  • the first cavity 3 (that is to say the cavity delimited by the piston 4 of the pressurizing member) is separated from the second cavity 12 (that is to say the cavity located in the nozzle 10 upstream of the seat 14 of the needle 11) by the aforesaid one-way valve or non-return valve 30, preferably with very low volume displacement and very low inertia, oriented so as to allow the flow of liquid fuel from the first cavity 3 to the second cavity 12, and to prevent flow in the opposite direction.
  • the uni-directional valve 30 is shown in FIG. 9 as being of the same type as in FIG. 1, it is more advantageously constituted, as shown in FIG.
  • the volume displaced by the valve between its fully open position and its closed position that is to say the product of the unidirectional valve 30, means "volume displacement".
  • the conduit 35 is not derived from the passage 8, unlike Figure 1, but leaves the third cavity 19, which highlights the change of place of the one-way valve 30.
  • the calibrated orifice 41 communicating the first cavity 3 with the third cavity 19 is located downstream of the unidirectional valve 30 and interposed on a passage 40 communicating the second cavity 12 and the third cavity 19. According to the embodiment of FIG. 9, the passage 40 and the calibrated orifice 41 pass through the cylindrical part 15 of the needle 11.
  • valve 30 When the needle 11 is opened, the operation is the same as that described above, the valve 30 opening with practically no resistance to the flow of liquid fuel. On closing, the position, chosen in accordance with the invention, of the valve 30 modifies the operation in an original and unexpected manner, as will be explained.
  • the second cavity 12 communicates with the third cavity 19 through the passage 40 on which the calibrated orifice 41 is interposed.
  • This passage can be arranged in the body of the needle as shown in FIG. 9. It can be arranged both in the body of the nozzle 10.
  • the calibrated orifice can even be confused with the needle clearance existing between the outside diameter of the cylindrical part 15 of the needle 11 and the inside diameter of the cylindrical wall 13 of the nozzle 10 as will be explained below in look at Figure 11.
  • the calibrated orifice 41 merges with the passage 40.
  • the tolerance of the needle 11 can therefore be less tight, which will avoid the pairing of the needle 11 with its nozzle 10 and will reduce the cost of injection equipment.
  • a second communication is established in parallel between the first cavity 3 and the second cavity 19, a second calibrated orifice 44 being arranged in series with a second unidirectional valve 45 on a duct 35 derived in 34 from passage 8, as in the case of FIG. 1.
  • the calibrated orifice 41 can merge with the play existing between the outside diameter of the cylindrical part 15 of the needle 11 and the inside diameter of the cylindrical wall 13 of the nozzle 10.
  • the communication between the second cavity 12 and the third cavity 19 on the circuit of which the calibrated orifice 41 is interposed also comprises shutter means capable of interrupting this communication when the needle 11 is in abutment on its seat 14 and of re-establishing this communication when said needle 11 is moved away from its seat 14.
  • the cylindrical part 15 of the needle 11 is advantageously provided with at least one longitudinal groove 23 which can go, on one side, to the conical part 16 of the needle 11 but stopped, on the other side, by a shoulder 24.
  • the shoulder 24 isolates the cavities 12 and 19 from one another while, when the needle 11 begins to move away from its seat 14, the groove or grooves 23 make the cavities 12 and 19 communicate with each other.
  • the presence of communication between the second cavity 12 and the third cavity 19 can prevent the pressure in the second cavity 12 from rising above the value of the pressure allowing the opening of the needle 11 (and greater than the pressure in the third cavity 19; due to the differential effect of the needle 11 bearing on its seat 14). It is therefore preferable, thanks to the groove 23, not to establish this communication between the second cavity 12 and the third cavity 19 only when the needle 11 is raised from its seat 14.
  • the invention has been described in its application to a single-cylinder engine, it goes without saying that it can be applied with as much interest to an engine having at least two cylinders or combustion chambers 1.
  • the accumulator 20 may preferably be unique and communicate with the third cavities specific to each injector. More precisely in this case, each working chamber 1 is equipped with a fuel injection device according to the invention, but the accumulator 20 is common to all the injection devices.

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Abstract

The device comprises a first cavity (3) forming part of a fuel-pressurising member (3, 4, 5), and a second cavity (12) made in an injector (9), in which the pressure tends to lift a movable needle (11) against the action of the pressure in an accumulator (20), transmitted by a pipe (35). The first cavity (3) is separated from the second cavity (12) by a one-way valve (30). <IMAGE>

Description

L'invention est relative à un dispositif d'injection de combustible liquide dans au moins une chambre de combustion pressurisée faisant partie d'un moteur à combustion interne, dispositif qui comporte un organe de mise en pression du combustible liquide à injecter, constitué par une première cavité, de volume variable, délimitée par une première animé d'un volume alternatif à l'intérieur d'un cylindre,
   laquelle première cavité communique d'une part avec des moyens de réserve de combustible liquide à basse pression par l'intermédiaire d'un organe de commande établissant cycliquement une telle communication en synchronisme avec le fonctionnement périodique dudit moteur et d'autre part par l'intermédiaire d'un passage avec un injecteur constitué d'une buse et d'une aiguille mobile, de révolution,
   laquelle buse comporte une deuxième cavité, reliée au susdit passage et délimitée latéralement par une paroi cylindrique de directrice circulaire et axialement par une paroi partiellement conique formant siège et coaxiale à ladite paroi cylindrique, et au moins un orifice d'injection débouchant dans la chambre de combustion, un espace de faible volume ou "sac" étant disposé entre le susdit siège et le ou les orifices d'injection,
   laquelle aiguille comporte une partie cylindrique formant piston et capable de coulisser avec un jeu de fonctionnement minimal à l'intérieur de la susdite paroi cylindrique de la buse et une partie conique coopérant avec le susdit siège,
   laquelle aiguille est agencée d'une part de façon à être maintenue, au repos, en appui sur son siège par des moyens de rappel de façon à interrompre la communication entre la deuxième cavité et le ou les orifices d'injection et d'autre part de façon que sa section d'appui sur le siège, projetée sur un plan perpendiculaire à l'axe de l'aiguille, soit inférieure à la section transversale de la partie cylindrique formant piston de l'aiguille, la face libre de cette partie cylindrique de l'aiguille délimitant une troisième cavité de volume variable qui communique avec un accumulateur sous pression dudit combustible en constituant ainsi les susdits moyens de rappel,
   le susdit accumulateur communiquant avec des moyens de mise sous pression sensiblement constante, pour chaque régime de fonctionnement du moteur.The invention relates to a device for injecting liquid fuel into at least one pressurized combustion chamber forming part of an internal combustion engine, device which comprises a member for pressurizing the liquid fuel to be injected, consisting of a first cavity, of variable volume, delimited by a first animated of an alternating volume inside a cylinder,
which first cavity communicates on the one hand with liquid fuel reserve means at low pressure via a control member establishing cyclically such communication in synchronism with the periodic operation of said engine and on the other hand by through a passage with an injector consisting of a nozzle and a movable needle, of revolution,
which nozzle has a second cavity, connected to the aforesaid passage and delimited laterally by a cylindrical wall of circular director and axially by a partially conical wall forming a seat and coaxial with said cylindrical wall, and at least one injection orifice opening into the chamber combustion, a space of small volume or "bag" being disposed between the above-mentioned seat and the injection orifice (s),
which needle comprises a cylindrical part forming a piston and capable of sliding with a minimum operating clearance inside the aforesaid cylindrical wall of the nozzle and a conical part cooperating with the aforesaid seat,
which needle is arranged on the one hand so as to be maintained, at rest, resting on its seat by return means so as to interrupt the communication between the second cavity and the injection orifice (s) and on the other hand so that its section of support on the seat, projected on a plane perpendicular to the axis of the needle, is less than the cross section of the cylindrical part forming the piston of the needle, the free face of this cylindrical part the needle delimiting a third cavity of variable volume which communicates with a pressurized accumulator of said fuel thereby constituting the aforesaid return means,
the above accumulator communicating with means of substantially constant pressurization, for each engine operating speed.

Un tel dispositif d'injection est décrit dans la demande de brevet français n° 91 02208 du 25 février 1991, non publiée avant la date de dépôt de la présente demande.Such an injection device is described in French patent application No. 91 02208 of February 25, 1991, not published before the date of filing of this application.

L'invention a pour but d'agencer le dispositif d'injection défini ci-dessus de façon telle que la décompression de la première cavité ne se propage pas dans la deuxième cavité en provoquant des "queues d'injection" à basse pression, génératrices de fumées à l'échappement et de suie. Elle a également pour but d'agencer ce dispositif d'injection de façon telle que l'aiguille retombe sur son siège de façon aussi douce que possible à la fin de chaque période d'injection tout en préservant le niveau de pression de combustible liquide qui est nécessaire à la pulvérisation et à la pénétration des gouttelettes de combustible dans la chambre de combustion, en particulier vers la fin de chaque période d'injection.The object of the invention is to arrange the injection device defined above in such a way that the decompression of the first cavity does not propagate in the second cavity by causing "injection tails" at low pressure, generating exhaust fumes and soot. It also aims to arrange this injection device in such a way that the needle drops back onto its seat as gently as possible at the end of each injection period while preserving the pressure level of liquid fuel which is necessary for spraying and penetration of fuel droplets into the combustion chamber, in particular towards the end of each injection period.

A cet effet, le dispositif d'injection conforme à l'invention est essentiellement caractérisé en ce que la première cavité est séparée de la deuxième cavité par un clapet uni-directionnel, de préférence à très faible déplacement volumique et à très faible inertie, orienté de façon à permettre l'écoulement du combustible liquide de la première cavité à la deuxième cavité et à interdire l'écoulement en sens inverse et agencé de telle manière que sa fermeture, provoquée par la décompression de la première cavité, n'entraîne pas une chute substentielle de la pression régnant dans la deuxième cavité.To this end, the injection device according to the invention is essentially characterized in that the first cavity is separated from the second cavity by a uni-directional valve, preferably with very low volume displacement and with very low inertia, oriented so as to allow the flow of liquid fuel from the first cavity to the second cavity and to prevent flow in the opposite direction and arranged in such a way that its closure, caused by the decompression of the first cavity, does not cause a substantial drop in pressure in the second cavity.

Conformément à un mode de réalisation avantageux, les susdits moyens de mise sous pression sensiblement constante de l'accumulateur sont constitués par une alimentation en combustible sous pression et par une communication avec les susdits moyens de réserve de combustible liquide à basse pression par l'intermédiaire d'un orifice de fuite, à section de passage variable, équipé de moyens de réglage agencés de manière à maintenir le combustible liquide dans l'accumulateur à la susdite pression sensiblement constante. Selon une première solution, la susdite alimentation en combustible sous pression est constituée par une communication qui est établie entre la première cavité et la troisième cavité et sur laquelle sont interposés un clapet uni-directlonnel et un orifice calibré montés en série. Selon une deuxième solution, la susdite alimentation en combustible sous pression est constituée par une communication entre la deuxième cavité et la troisième cavité et sur laquelle est interposé un orifice calibré.According to an advantageous embodiment, the above means of substantially constant pressurization of the accumulator are constituted by a supply of pressurized fuel and by communication with the above means for reserving low-pressure liquid fuel via a leakage orifice, with a variable passage section, equipped adjustment means arranged so as to maintain the liquid fuel in the accumulator at the above substantially constant pressure. According to a first solution, the aforesaid supply of pressurized fuel consists of a communication which is established between the first cavity and the third cavity and on which are interposed a uni-directlonnel valve and a calibrated orifice connected in series. According to a second solution, the above-mentioned supply of pressurized fuel consists of a communication between the second cavity and the third cavity and on which a calibrated orifice is interposed.

On obtient ainsi un dispositif d'injection qui atteint bien le but défini ci-dessus, ainsi qu'il sera expliqué ci-après à l'aide des dessins annexés.An injection device is thus obtained which achieves the aim defined above, as will be explained below with the aid of the attached drawings.

La figure 1 de ces dessins représente schématiquement le mode de réalisation préféré de l'art antérieur et tel que décrit dans la susdite demande de brevet français n° 91 02208 du 25 février 1991.FIG. 1 of these drawings schematically represents the preferred embodiment of the prior art and as described in the above-mentioned French patent application No. 91 02208 of February 25, 1991.

Les figures 2, 3 et 4 sont des schémas illustrant le fonctionnement et les inconvénients d'un dispositif d'injection de type connu.Figures 2, 3 and 4 are diagrams illustrating the operation and the drawbacks of an injection device of known type.

La figure 5 montre un détail de l'un des clapets uni-directionnels des figures 1 et 9.FIG. 5 shows a detail of one of the uni-directional valves of FIGS. 1 and 9.

Les figures 6, 7 et 8 sont des schémas illustrant le fonctionnement et les avantages du dispositif d'injection conforme à l'invention et correspondant respectivement à ceux des figures 2, 3 et 4.FIGS. 6, 7 and 8 are diagrams illustrating the operation and the advantages of the injection device according to the invention and corresponding respectively to those of FIGS. 2, 3 and 4.

Les figures 9 et 10 représentent schématiquement chacune un mode de réalisation préféré de l'invention.Figures 9 and 10 schematically each represent a preferred embodiment of the invention.

La figure 11 illustre, à plus grande échelle, une variante de l'aiguille des figures 9 et 10.FIG. 11 illustrates, on a larger scale, a variant of the needle of FIGS. 9 and 10.

Tel qu'il est illustré à la figure 1, le dispositif d'injection est destiné à injecter du combustible liquide dans une chambre de combustion pressurisée 1 d'un moteur à combustion interne 2 dont le nombre de chambres 1 peut être déterminé à volonté.As illustrated in Figure 1, the injection device is intended to inject liquid fuel into a pressurized combustion chamber 1 of an internal combustion engine 2, the number of chambers 1 can be determined at will.

Avant de décrire l'invention, on va rappeler à l'aide de la figure 1 l'état de la technique tel qu'il ressort de la susdite demande de brevet français n° 91 02208. Dans ce cas, le dispositif d'injection comporte un organe de mise en pression du combustible liquide à injecter qui est constitué par une première cavité 3, de volume variable, délimitée par un piston 4 animé d'un mouvement alternatif à l'intérieur d'un cylindre 5. La premlère cavité 3 communique d'une part avec des moyens de réserve de combustible liquide à basse pression (ou réservoir) 6 par l'intermédiaire d'un organe de commande (tel qu'un distributeur tournant) 7 établissant une telle communication en synchronisme avec le fonctionnement du moteur 2 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'un passage 8, avec un injecteur 9 constitué d'une buse 10 et d'une aiguille mobile 11 ayant une forme de révolution. Cette buse 10 comporte une deuxième cavité 12 reliée au passage 8 et délimitée latéralement par une paroi cylindrique 13, de directrice circulaire, et axialement par une paroi partiellement conique 14 formant sièqe et coaxiale à ladlte paroi cylindrique 13. La buse 10 comporte aussi au moins un orifice d'injection 17 débouchant dans la chambre de combustlon 1. Un espace de faible volume ou "sac" 28 est disposé entre le siège 14 et le ou les orifices d'injection 17.Before describing the invention, we will recall with the aid of FIG. 1 the state of the art as shown in the above-mentioned French patent application No. 91 02208. In this case, the injection device comprises a member for pressurizing the liquid fuel to be injected which is constituted by a first cavity 3, of variable volume, delimited by a piston 4 driven by an alternating movement inside a cylinder 5. The first cavity 3 communicates on the one hand with low pressure liquid fuel reserve means (or tank) 6 via a control member (such as a rotary distributor) 7 establishing such communication in synchronism with the operation of the motor 2 and, on the other hand, via a passage 8, with an injector 9 consisting of a nozzle 10 and a movable needle 11 having a shape of revolution. This nozzle 10 comprises a second cavity 12 connected to the passage 8 and delimited laterally by a cylindrical wall 13, of circular director, and axially by a partially conical wall 14 forming a seat and coaxial with the cylindrical wall 13. The nozzle 10 also comprises at least an injection orifice 17 opening into the combustion chamber 1. A space of small volume or "bag" 28 is disposed between the seat 14 and the injection orifice (s) 17.

L'aiguille 11 comporte une partie cylindrique 15 formant piston et capable de coulisser, avec un jeu de fonctionnement minimal, à l'intérieur de la paroi cylindrique 13 de la buse 10 et une partie conique 16 coopérant avec le siège 14.The needle 11 comprises a cylindrical part 15 forming a piston and capable of sliding, with minimal operating clearance, inside the cylindrical wall 13 of the nozzle 10 and a conical part 16 cooperating with the seat 14.

L'aiguille 11 est agencée de façon à être maintenue, au repos, en appui sur le siège 14 par des moyens de rappel qui seront décrits ci-après, de façon à interrompre la communication entre la deuxlème cavité 12 et le ou les orifices d'injection 17. L'aiguille 11 est en outre aqencée à la façon d'un piston différentiel de telle sorte que sa section d'appui sur le siège 14, projetée sur un plan perpendiculaire à l'axe X-X de l'aiguille 11, soit inférleure à la section transversale de la partie cylindrique 15, formant piston, de l'aiguille 11. La face libre 18 de cette partie cylindrique 15, c'est-à-dire sa face éloignée de la partie conique 16, délimite une troisième cavité 19, de volume variable, qui communique avec un accumulateur sous pression 20 dudit combustible liquide, en constituant ainsi les susdits moyens de rappel.The needle 11 is arranged so as to be maintained, at rest, in abutment on the seat 14 by return means which will be described below, so as to interrupt the communication between the second cavity 12 and the orifice (s) injection 17. The needle 11 is further aqenced in the manner of a differential piston so that its bearing section on the seat 14, projected on a plane perpendicular to the axis XX of the needle 11, either less than the cross section of the cylindrical part 15, forming the piston, of the needle 11. The free face 18 of this cylindrical part 15, that is to say its face remote from the conical part 16, delimits a third cavity 19, of variable volume, which communicates with a pressurized accumulator 20 of said liquid fuel, thereby constituting the aforesaid return means.

Le piston de pompe 4 peut recevoir son mouvement alternatif soit, comme le montre schématiquement la figure 1, d'une came rotative 21 entraînée en synchronisme avec le moteur 2, contre l'action d'un ressort de rappel 22, soit de moyens hydrauliques dont un exemple est décrit dans le document FR-A-2.326.588, soit de tous autres moyens équivalents. La came 21 peut agir sur le piston 4 soit directement (comme représenté schématiquement à la figure 1), soit plus généralement par l'intermédiaire d'un culbuteur (non représenté).The pump piston 4 can receive its reciprocating movement either, as shown diagrammatically in FIG. 1, by a rotary cam 21 driven in synchronism with the motor 2, against the action of a return spring 22, or by hydraulic means an example of which is described in document FR-A-2,326,588, or any other equivalent means. The cam 21 can act on the piston 4 either directly (as shown diagrammatically in FIG. 1), or more generally by means of a rocker arm (not shown).

La première cavité 3 communique avec la troisième cavité 19 par l'intermédiaire d'un orifice calibré 41 et d'un clapet uni-directionnel (ou anti-retour) 30 montés en série et le susdit accumulateur 20 communique avec les susdits moyens de réserve de combustible liquide à basse pression 6 par l'intermédiaire d'un orifice de fuite 25, à section de passage variable, équipé de moyens de réglage 26 agencés de manière à maintenir la pression du combustible liquide dans l'accumulateur 20 à une valeur sensiblement constante, pour chaque régime de fonctionnement du moteur 2. Comme le montre la figure 9, le clapet uni-directionnel 30 peut être constitué d'une bille soumise à l'action d'un ressort de rappel 27 et il est de toute façon agencé pour autoriser le combustible liquide refoulé par le piston 4 à atteindre la troisième cavité 19 et l'accumulateur 20 et pour l'empêcher de revenir en sens inverse.The first cavity 3 communicates with the third cavity 19 by means of a calibrated orifice 41 and of a uni-directional (or non-return) valve 30 mounted in series and the aforementioned accumulator 20 communicates with the above-mentioned reserve means of low pressure liquid fuel 6 via a leakage orifice 25, with a variable passage section, equipped with adjustment means 26 arranged so as to maintain the pressure of the liquid fuel in the accumulator 20 at a value substantially constant, for each operating speed of the engine 2. As shown in FIG. 9, the unidirectional valve 30 can consist of a ball subjected to the action of a return spring 27 and is in any case arranged to allow the liquid fuel discharged by the piston 4 to reach the third cavity 19 and the accumulator 20 and to prevent it from returning in the opposite direction.

Des moyens de mise en pression externe 43 alimentés par le réservoir basse pression 6 peuvent communiquer grâce au conduit 42 avec le susdit accumulateur 20.External pressurization means 43 supplied by the low pressure tank 6 can communicate through the conduit 42 with the above-mentioned accumulator 20.

Les moyens de rappel de l'aiguille 11 sur son siège 14 comportent de préférence en outre un ressort mécanique 29 dimensionné pour permettre le fonctionnement du dispositif lors de la mise en marche du moteur 2, alors que la pression du combustible liquide n'est pas encore établie dans l'accumulateur 20.The return means of the needle 11 on its seat 14 preferably further include a mechanical spring 29 sized to allow the device to operate when the engine 2 is started, while the pressure of the liquid fuel is not still established in the accumulator 20.

Les moyens de réglaqe 26 sont de préférence sensibles à au moins un paramètre de fonctionnenment Pr du moteur 2 et agencés de façon à asservir à ce paramètre de fonctionnement la pression sensiblement constante régnant dans l'accumulateur 20.The adjustment means 26 are preferably sensitive to at least one operating parameter Pr of the motor 2 and arranged so as to control the substantially constant pressure prevailing in the accumulator 20 for this operating parameter.

Par ailleurs, la deuxième cavité 12 communique directement avec la première cavité 3, I'orifice calibré 41 et le clapet uni-directionnel 30 n'étant pas interposés sur le conduit 8 reliant la première cavité 3 à la deuxième cavité 12 mais sur un conduit 35 dérivé en 34 du passage 8 et aboutissant à l'accumulateur 20 qu'il relie en outre à la troisième cavité 19.Furthermore, the second cavity 12 communicates directly with the first cavity 3, the calibrated orifice 41 and the unidirectional valve 30 not being interposed on the conduit 8 connecting the first cavity 3 to the second cavity 12 but on a conduit 35 derived at 34 from passage 8 and leading to accumulator 20 which it also connects to the third cavity 19.

Le dispositif d'injection qui vient d'être décrit jusqu'ici est conforme à la susdite demande de brevet français n° 91 02208. On va en rappeler ci-après le fonctionnement.The injection device which has just been described so far is in accordance with the aforementioned French patent application No. 91 02208. We will recall its operation below.

Lorsque l'aiguille 11 est en appui sur son siège 14, elle est soumise, dans le sens de la fermeture, à la pression régnant dans la troisième cavité 19 et agissant sur la totalité de la section de sa partie cylindrique 15 et, dans le sens de l'ouverture, à la pression régnant dans la deuxième cavité 12, sur la différence entre la section de la partie cylindrique 15 et sa section d'appui sur le siège 14. Lors de chaque course de refoulement du piston 4, l'orifice de décharge 46 de la pompe 3, 4 est fermé par le distributeur tournant 7 et la pression transmise par le passage 8 dans la deuxième cavité 12 augmente jusqu'à ce que son action sur l'aiguille 11 devienne prépondérante et que l'aiguille 11 s'écarte de son siège 14, ce qui permet à une partie du combustible liquide sous pression admis dans la deuxième cavité 12 d'atteindre par le sac 28 le ou les orifices 17 et d'être injectée dans la chambre de combustion 1. L'effet différentiel de l'aiguille 11 amène celle-ci en butée de pleine ouverture. Lorsque l'organe de commande 7 rétablit la communication entre la premlère cavité 3 et les moyens de réserve de combustible liquide à basse pression 6, la pression régnant dans la deuxième cavité 12 chute et permet à la pression régnant dans la troisième cavité 19 de rappeler l'aiguille 11 sur son siège 14. Plus précisément, lorsque la pression d'injection tombe au-dessous de la pression de fermeture de l'aiguille 11 (cette pression de fermeture étant inférieure à la pression d'ouverture, en raison de l'effet différentiell , l'aiguille 11 amorce sa retombée. L'injection s'arrête lorsque l'aiguille 11 retombe sur son siège 14, l'effet différentiel évitant dans une certaine mesure le rebondissement de l'aiguille.When the needle 11 is in abutment on its seat 14, it is subjected, in the closing direction, to the pressure prevailing in the third cavity 19 and acting on the entire section of its cylindrical part 15 and, in the direction of opening, at the pressure prevailing in the second cavity 12, on the difference between the section of the cylindrical part 15 and its section supporting on the seat 14. During each delivery stroke of the piston 4, the discharge port 46 of the pump 3, 4 is closed by the rotary distributor 7 and the pressure transmitted by the passage 8 in the second cavity 12 increases until its action on the needle 11 becomes predominant and the needle 11 moves away from its seat 14, which allows part of the pressurized liquid fuel admitted into the second cavity 12 to reach the orifice (s) 17 through the bag 28 and to be injected into the combustion chamber 1. The differential effect of needle 11 brings this in full opening stop. When the control member 7 re-establishes the communication between the first cavity 3 and the low pressure liquid fuel reserve means 6, the pressure prevailing in the second cavity 12 drops and allows the pressure prevailing in the third cavity 19 to return the needle 11 to its seat 14. More precisely, when the injection pressure falls below the closing pressure of the needle 11 (this closing pressure being lower than the opening pressure, due to the differential effect, the needle 11 begins to fall back. The injection stops when the needle 11 falls back onto its seat 14 , the differential effect avoiding to some extent the rebound of the needle.

Le clapet uni-directionnel 30 maintient la pression dans l'accumulateur 20 lors de la course d'aspiration du piston 4 (ou lors de la mise de la première cavité 3 à la décharge par l'organe de commande 7) et empêche alors l'accumulateur 20 de se vider par intermédiaire du passage 8 et d'interférer ainsi avec le fonctionnement décrit ci-dessus de l'aiguille 11. Par la simple action des moyens de réglage 26, la valeur constante PRH à laquelle est maintenue la pression dans l'accumulateur 20 peut être adaptée aux conditions de fonctionnement du moteur 2. En particulier, elle permet d'ajuster automatiquement, pendant le fonctionnement du moteur 2, la valeur de la pression du combustible liquide dans la deuxième cavité 12, en amont du ou des orifices d'injection 17, en fonction de la valeur de la pression gazeuse, régnant dans la chambre de combustion 1 en aval dudit ou desdits orifices 17, de façon à maintenir des conditions optimales de pulvérisation et de pénétration du combustible liquide injecté dans la chambre de combustion 1, tout au moins pendant la majeure partie de la course de l'aiguille 11.The unidirectional valve 30 maintains the pressure in the accumulator 20 during the suction stroke of the piston 4 (or when the first cavity 3 is put into discharge by the control member 7) and then prevents the accumulator 20 to empty through the passage 8 and thus interfere with the operation described above of the needle 11. By the simple action of the adjusting means 26, the constant value P RH at which the pressure is maintained in the accumulator 20 can be adapted to the operating conditions of the engine 2. In particular, it makes it possible to automatically adjust, during the operation of the engine 2, the value of the pressure of the liquid fuel in the second cavity 12, upstream of the or injection orifices 17, as a function of the value of the gas pressure, prevailing in the combustion chamber 1 downstream of said one or more orifices 17, so as to maintain optimal spraying and penetration conditions liquid fuel injected into the combustion chamber 1, at least during most of the travel of the needle 11.

La réglementation sur les émissions de polluants à l'échappement des moteurs Diesel devient de plus en plus sévère, en particulier pour ce qui concerne les émissions de fumées, de particules et d'hydrocarbures imbrûlés.The regulations on pollutant emissions to Diesel engine exhaust is becoming more and more severe, in particular with regard to emissions of smoke, particles and unburnt hydrocarbons.

Dans un moteur Diesel, la combustion est réalisée de façon non homogène. En effet, les gouttelettes de combustible liquide finement pulvérisé sont mélangées dans la chambre de combustion à l'air qui y est échauffé par compression adiabatique, soit directement (pluralité de jets de combustible dans un milieu calme : chambre non turbulente) , soit indirectement (nombre limité de jets dans un milieu animé de mouvements intenses : chambre turbulente).In a diesel engine, combustion is carried out in a non-homogeneous manner. In fact, the droplets of finely pulverized liquid fuel are mixed in the combustion chamber with the air which is heated there by adiabatic compression, either directly (plurality of fuel jets in a calm environment: non-turbulent chamber), or indirectly ( limited number of jets in an environment animated by intense movements: turbulent chamber).

Le combustible vaporisé s'enflamme spontanément dès que les conditions requises de pression et de température sont atteintes. La réaction se développe de façon très rapide en provoquant des échauffements locaux intenses et en faisant se décomposer le combustible pulvérisé, jusqu'au cracking entraînant la formation de suies. La plupart des suies ainsi produites pendant la première partie de la période de combustlon sont progressivement brûlées et elles n'altèrent donc pas (ou peu) la composition des gaz d'échappement. En revanche, les particules de suies produites à la fin de la période de combustion sont beaucoup plus gênantes car le temps disponible pour leur recombustion est évidemment plus court. De plus, en raison de la course descendante du piston, les conditions thermodynamiques (pression et température) dans la chambre de combustion sont alors moins favorables à la poursuite de la réaction. De ce point de vue, il est clair que la fin de la période d'injection est beaucoup plus critique que le début de cette même période.The vaporized fuel ignites spontaneously as soon as the required pressure and temperature conditions are reached. The reaction develops very quickly, causing intense local heating and causing the pulverized fuel to decompose, until cracking leads to the formation of soot. Most of the soot thus produced during the first part of the combustion period is gradually burned and therefore does not (or only slightly) alter the composition of the exhaust gases. On the other hand, the soot particles produced at the end of the combustion period are much more troublesome because the time available for their re-combustion is obviously shorter. In addition, due to the downward stroke of the piston, the thermodynamic conditions (pressure and temperature) in the combustion chamber are then less favorable for the continuation of the reaction. From this point of view, it is clear that the end of the injection period is much more critical than the start of this same period.

Par ailleurs, en raison de l'effet différentiel créé comme il a été rappelé ci-dessus, par l'appui de l'aiquille 11 sur son siège 14, l'ouverture de l'aiguille 11 se produit à pression élevée et ne pose donc pas de problème particulier en ce qui concerne la qualité de la pulvérisation, L'aiguille 11 une fois écartée de son siège 14, la pression d'injection s'établit sur toute la surface inférieure de l'aiguille 11 (c'est-à-dire sa surface située à droite de la figure 1), en amont du ou des orifices d'injection 17. Le processus d'injection se termine par la retombée de l'aiguille 11 sur son siège 14, provoquée par la mise en communication du cylindre (ou première cavité) 3 de la pompe d'injection 3, 4 avec les moyens de réserve 6 à basse pression, par l'intermédiaire de l'orifice de décharge 46.Furthermore, due to the differential effect created as it was recalled above, by pressing the needle 11 on its seat 14, the opening of the needle 11 occurs at high pressure and does not pose therefore no particular problem as regards the quality of the spraying, the needle 11 once removed from its seat 14, the injection pressure is established over the entire lower surface of the needle 11 (that is ie its surface located on the right of FIG. 1), upstream from the injection orifice (s) 17. The injection process ends with the drop of the needle 11 on its seat 14, caused by the setting in communication of the cylinder (or first cavity) 3 of the injection pump 3, 4 with the reserve means 6 at low pressure, via the discharge orifice 46.

A ce stade, il se produit un dilemme bien connu des spécialistes de l'injection :

  • Si la chute de la pression est plus rapide que la retombée de l'aiguille 11, les derniers instants de l'injection se produlront dans de très mauvaises conditions. En effet, la faible différence de pression entre l'amont et l'aval du ou des orifices d'injection 17 entraînera la formation de grosses gouttes dans la chambre 1, sans vitesse d'injection. La combustion incomplète de cette "queue d'injection" provoquera la formation de fumées, particules et imbrûlés.
  • On sera tenté de raccourcir la durée de la retombée de l'aiguille 11 sur son siège 14 pour minimiser cette production tardive de polluants, mais on sera alors confronté au problème de la durée de vie de l'injecteur, de l'intégrlté du contact entre l'aiguille 11 et le siège 14 et de la fragilisation du nez de l'injecteur (affaibli par la présence des orifices d'injection 17). Dans la susdlte demande de brevet français n° 91 02208, un dispositif amortisseur a été prévu pour atténuer les chocs de l'aiguille 11 sur son siège 14 mais, malgré ses avantages, cette solution a pour effet d'allonger la durée de la retombée de l'aiguille 11 et on retrouve alors l'inconvénient précédent.
At this stage, a dilemma well known to injection specialists occurs:
  • If the pressure drop is faster than the fall of the needle 11, the last moments of the injection will occur in very bad conditions. Indeed, the small pressure difference between the upstream and downstream of the injection orifice (s) 17 will cause the formation of large drops in the chamber 1, without injection speed. The incomplete combustion of this "injection tail" will cause the formation of smoke, particles and unburnt.
  • We will be tempted to shorten the duration of the fall of the needle 11 on its seat 14 to minimize this late production of pollutants, but we will then be faced with the problem of the life of the injector, of the integrity of the contact. between needle 11 and the seat 14 and weakening of the injector nose (weakened by the presence of the injection orifices 17). In the above French patent application n ° 91 02208, a damping device has been provided to attenuate the shocks of the needle 11 on its seat 14 but, despite its advantages, this solution has the effect of lengthening the duration of the fallout of the needle 11 and then we find the previous drawback.

Les schémas des figures 2 à 4 illustrent les phénomènes qui viennent d'être décrits. Sur la même échelle des temps t en abscisses :

  • la figure 2 montre l'évolution de la section de fuite SD de l'orifice de décharge 46 ;
  • la figure 3, l'évolution de la pression d'injection P (en bars), Po et Pf correspondant respectivement à la pression d'ouverture et à la pression de fermeture de l'aiguille 11 ;
  • la figure 4, la levée "1" de l'aiguille 11.
The diagrams of FIGS. 2 to 4 illustrate the phenomena which have just been described. On the same time scale t on the abscissa:
  • Figure 2 shows the evolution of the leakage section S D of the discharge orifice 46;
  • Figure 3, the evolution of the injection pressure P (in bars), Po and Pf respectively corresponding to the opening pressure and the closing pressure of the needle 11;
  • FIG. 4, the lifting "1" of the needle 11.

Aux figures 3 et 4, les courbes en trait plein correspondent à une aiguille 11 lente (amortie ou à forte inertie), la majeure partie de la retombée de l'aiguille s'effectuant avec une pression d'injection très faible (qénéralement inférieure à 200 bars), d'où fumées et imbrûlés et reflux de gaz, de la chambre 1 à l'injecteur. A ces mêmes figures, les courbes en trait interrompu correspondent à une aiguille rapide (légère, à faible inertie, ou non amortie), la fermeture de l'aiguille s'effectuant avec une pression d'injection élevée (généralement supérieure à 200 bars), d'où chocs sur le siège 14 et fragilisation.In FIGS. 3 and 4, the curves in solid lines correspond to a slow needle 11 (damped or with high inertia), the major part of the fall of the needle being effected with a very low injection pressure (generally less than 200 bars), hence smoke and unburnt gas and reflux of gas, from chamber 1 to the injector. In these same figures, the broken line curves correspond to a fast needle (light, with low inertia, or not damped), the closure of the needle being effected with a high injection pressure (generally greater than 200 bars) , hence impact on the seat 14 and embrittlement.

Cela étant, conformément à l'invention telle que représentée schématiquement sur la figure 9, la première cavité 3 (c'est-à-dire la cavité délimitée par le piston 4 de l'organe de mise en pression) est séparée de la deuxième cavité 12 (c'est-à-dire la cavité située dans la buse 10 en amont du siège 14 de l'aiguille 11) par le susdit clapet uni-directionnel ou clapet anti-retour 30, de préférence à très faible déplacement volumique et très faible inertie, orienté de façon à permettre l'écoulement du combustible liquide, de la première cavité 3 à la deuxième cavité 12, et à interdire l'écoulement en sens inverse. Alors que le clapet uni-directionnel 30 est représenté à la figure 9 comme étant du même type qu'à la figure 1, il est plus avantageusement constitué, comme montré à la figure 5, par un organe obturateur mobile 31, à tête tronconique, sollicité par un ressort 32. De toute façon, on appelle "déplacement volumique" du clapet uni-directionnel 30 le volume déplacé par le clapet entre sa position de pleine ouverture et sa position de fermeture, c'est-à-dlre le produit de la course du clapet par la section transversale de son siège 33.However, in accordance with the invention as shown diagrammatically in FIG. 9, the first cavity 3 (that is to say the cavity delimited by the piston 4 of the pressurizing member) is separated from the second cavity 12 (that is to say the cavity located in the nozzle 10 upstream of the seat 14 of the needle 11) by the aforesaid one-way valve or non-return valve 30, preferably with very low volume displacement and very low inertia, oriented so as to allow the flow of liquid fuel from the first cavity 3 to the second cavity 12, and to prevent flow in the opposite direction. While the uni-directional valve 30 is shown in FIG. 9 as being of the same type as in FIG. 1, it is more advantageously constituted, as shown in FIG. 5, by a movable shutter member 31, with a frustoconical head, biased by a spring 32. In any case, the volume displaced by the valve between its fully open position and its closed position, that is to say the product of the unidirectional valve 30, means "volume displacement". the stroke of the valve through the cross section of its seat 33.

On voit donc qu'à la figure 9, le conduit 35 n'est pas dérivé du passage 8, contrairement à la figure 1, mais part de la troisième cavité 19, ce qui fait bien ressortir le changement de place du clapet uni-directionnel 30. Par ailleurs, l'orifice calibré 41 faisant communiquer la première cavité 3 avec la troisième cavité 19 est situé en aval du clapet uni-directionnel 30 et interposé sur un passage 40 faisant communiquer la deuxième cavité 12 et la troisième cavité 19. Selon le mode de réalisation de la figure 9, le passage 40 et l'orifice calibré 41 traversent la partie cylindrique 15 de l'aiguille 11.We therefore see that in Figure 9, the conduit 35 is not derived from the passage 8, unlike Figure 1, but leaves the third cavity 19, which highlights the change of place of the one-way valve 30. Furthermore, the calibrated orifice 41 communicating the first cavity 3 with the third cavity 19 is located downstream of the unidirectional valve 30 and interposed on a passage 40 communicating the second cavity 12 and the third cavity 19. According to the embodiment of FIG. 9, the passage 40 and the calibrated orifice 41 pass through the cylindrical part 15 of the needle 11.

A l'ouverture de l'aiguille 11, le fonctionnement est le même que celui qui a été décrit ci-dessus, le clapet 30 s'ouvrant en n'opposant pratiquement pas de résistance à l'écoulement du combustible liquide. A la fermeture, la position, choisie conformément à l'invention, du clapet 30 modifie le fonctionnement d'une manière originale et imprévue, ainsi qu'il va être expliqué.When the needle 11 is opened, the operation is the same as that described above, the valve 30 opening with practically no resistance to the flow of liquid fuel. On closing, the position, chosen in accordance with the invention, of the valve 30 modifies the operation in an original and unexpected manner, as will be explained.

Lorsque le distributeur tournant 7 dégage l'orifice de décharge 46 de la pompe 3, 4 en mettant le cylindre 3 en communication avec le circuit de combustible liquide à basse pression 6, la présence du clapet 30 empêche la pression dans la cavité 12 de l'injecteur de chuter. La pression dans le sac 28 de l'injecteur (sous l'aiguille 11) va diminuer progressivement au rythme de l'injection qui continue tant que la pression dans le sac 28 est supérieure à la pression régnant dans la chambre de combustion 1. La différence de pression de part et d'autre de l'aiguille 11 va de ce fait augmenter progressivement, ce qui va accélérer l'aiguille 11 vers le siège 14. Lorsque l'aiguille 11 est proche du siège 14, le laminage du combustible liquide entre le siège 14 et la partie conique 16 de l'aiguille 11, fait chuter la pression dans le sac 28. En même temps, la pression régnant dans la cavité 12 va s'élever, du fait de l'inertie de l'aiguille 11, et va remonter jusqu'à rattraper l'effet différentiel (pression d'ouverture supérieure à la pression de fermeture).When the rotary distributor 7 releases the discharge orifice 46 of the pump 3, 4 by putting the cylinder 3 in communication with the low pressure liquid fuel circuit 6, the presence of the valve 30 prevents the pressure in the cavity 12 of the injector to drop. The pressure in the bag 28 of the injector (under the needle 11) will gradually decrease at the rate of the injection which continues as long as the pressure in the bag 28 is greater than the pressure prevailing in the combustion chamber 1. The pressure difference on either side of the needle 11 will therefore gradually increase, which will accelerate the needle 11 towards the seat 14. When the needle 11 is close to the seat 14, the rolling of the liquid fuel between the seat 14 and the conical part 16 of the needle 11, the pressure in the bag 28 drops. At the same time, the pressure prevailing in the cavity 12 will rise, due to the inertia of the needle 11, and will go up until catching the differential effect (opening pressure greater than closing pressure).

En conséquence, l'atterrissage de l'aiguille 11 sur son siège 14 se fera en douceur alors qu'en même temps, la pression d'injection se maintient ou même s'élève dans la phase finale de l'atterrissage. En définitive, le but que l'on s'était fixé est bien atteint, comme le montrent les figures 6 à 8 qui sont relatives à la construction conforme à l'invention et qui correspondent respectivement aux figures 2 à 4. A la figure 7, les courbes A en pointillé, B en tirets et C en trait plein montrent les variations, en fonction du temps, de la pression dans l'injecteur (cavité 12), dans le sac 28 et dans la pompe 3, 4 respectivement, la pression dans la chambre 1 étant représentée par la droite D.Consequently, the landing of the needle 11 on its seat 14 will be smooth while at the same time, the injection pressure is maintained or even rises in the final phase of the landing. Ultimately, the goal that we had set is well achieved, as shown by the Figures 6 to 8 which relate to the construction according to the invention and which correspond respectively to Figures 2 to 4. In Figure 7, the curves A in dotted lines, B in dashes and C in solid lines show the variations, depending of time, of the pressure in the injector (cavity 12), in the bag 28 and in the pump 3, 4 respectively, the pressure in the chamber 1 being represented by the line D.

Dans le mode de réalisation préféré, tel que représenté schématiquement à la figure 9, la deuxième cavité 12 communique avec la troisième cavité 19 par le passage 40 sur lequel est interposé l'orifice calibré 41. Ce passage peut être aménagé dans le corps de l'aiguille tel que représenté à la figure 9. Il peut être aménagé aussi bien dans le corps de la buse 10.In the preferred embodiment, as shown diagrammatically in FIG. 9, the second cavity 12 communicates with the third cavity 19 through the passage 40 on which the calibrated orifice 41 is interposed. This passage can be arranged in the body of the needle as shown in FIG. 9. It can be arranged both in the body of the nozzle 10.

L'orifice calibré peut même se confondre avec le jeu d'aiguille existant entre le diamètre extérieur de la partie cylindrique 15 de l'aiguille 11 et le diamètre intérieur de la paroi cylindrique 13 de la buse 10 comme il sera expliqué ci-après en regard de la figure 11. Dans ce cas, l'orifice calibré 41 se confond avec le passage 40. La tolérance de l'aiguille 11 peut de ce fait être moins serrée, ce qui évitera l'apairage de l'aiguille 11 avec sa buse 10 et réduira le coût du matériel d'injection.The calibrated orifice can even be confused with the needle clearance existing between the outside diameter of the cylindrical part 15 of the needle 11 and the inside diameter of the cylindrical wall 13 of the nozzle 10 as will be explained below in look at Figure 11. In this case, the calibrated orifice 41 merges with the passage 40. The tolerance of the needle 11 can therefore be less tight, which will avoid the pairing of the needle 11 with its nozzle 10 and will reduce the cost of injection equipment.

Dans une solution telle que représentée à la figure 10, une seconde communication est établle en parallèle entre la première cavité 3 et la deuxième cavité 19, un deuxième orifice calibré 44 étant disposé en série avec un deuxième clapet uni-directionnel 45 sur un conduit 35 dérivé en 34 du passage 8, comme dans le cas de la figure 1.In a solution as shown in FIG. 10, a second communication is established in parallel between the first cavity 3 and the second cavity 19, a second calibrated orifice 44 being arranged in series with a second unidirectional valve 45 on a duct 35 derived in 34 from passage 8, as in the case of FIG. 1.

Ainsi qu'il a été exposé dans ce qui précède, l'orifice calibré 41, tel que représenté aux figures 9 et 10, peut se confondre avec le jeu existant entre le diamètre extérieur de la partie cylindrique 15 de l'aiguille 11 et le diamètre intérleur de la paroi cylindrique 13 de la buse 10. Dans ce cas notamment et comme représenté à la figure 11, la communication entre la deuxième cavlté 12 et la troisième cavité 19 sur le circuit de laquelle est interposé l'orifice calibré 41 comporte également des moyens obturateurs susceptibles d'interrompre cette communication lorsque l'aiguille 11 est en appui sur son siège 14 et de rétablir cette communication lorsque ladite aiguille 11 est écartée de son siège 14. A cet effet, la partie cylindrique 15 de l'aiguille 11 est avantageusement munie d'au moins une rainure longitudinale 23 pouvant aller, d'un coté, jusqu'à la partie conique 16 de l'aiguille 11 mais arretée, de l'autre côté, par un épaulement 24. Ainsi, lorsque l'aiguille 11 est sur son siège 14 (comme représenté à la figure 11), I'épaulement 24 isole les cavités 12 et 19 l'une de l'autre tandis que, lorsque l'aiguille 11 commence a s'écarter de son siège 14, la ou les rainures 23 font communiquer les cavités 12 et 19 l'une avec l'autre.As explained in the foregoing, the calibrated orifice 41, as shown in FIGS. 9 and 10, can merge with the play existing between the outside diameter of the cylindrical part 15 of the needle 11 and the inside diameter of the cylindrical wall 13 of the nozzle 10. In this case in particular and as shown in FIG. 11, the communication between the second cavity 12 and the third cavity 19 on the circuit of which the calibrated orifice 41 is interposed also comprises shutter means capable of interrupting this communication when the needle 11 is in abutment on its seat 14 and of re-establishing this communication when said needle 11 is moved away from its seat 14. For this purpose, the cylindrical part 15 of the needle 11 is advantageously provided with at least one longitudinal groove 23 which can go, on one side, to the conical part 16 of the needle 11 but stopped, on the other side, by a shoulder 24. Thus, when that the needle 11 is on its seat 14 (as shown in FIG. 11), the shoulder 24 isolates the cavities 12 and 19 from one another while, when the needle 11 begins to move away from its seat 14, the groove or grooves 23 make the cavities 12 and 19 communicate with each other.

Lorsque le moteur fonctionne à très faible vitesse (notamment lors du démarrage), le présence de la communication entre la deuxième cavité 12 et la troisième cavité 19 peut empêcher la pression dans la deuxième cavité 12 de s'élever au-dessus de la valeur de la pression permettant l'ouverture de l'aiguille 11 (et supérieure à la pression dans la troisième cavité 19; du fait de l'effet différentiel de l'aiguille 11 en appui sur son siège 14). Il est donc préférable, grâce à la rainure 23, de n'établir cette communication entre la deuxième cavité 12 et la troisième cavlté 19 que lorsque l'aiguille 11 est soulevée de son siège 14.When the engine is running at very low speed (especially when starting), the presence of communication between the second cavity 12 and the third cavity 19 can prevent the pressure in the second cavity 12 from rising above the value of the pressure allowing the opening of the needle 11 (and greater than the pressure in the third cavity 19; due to the differential effect of the needle 11 bearing on its seat 14). It is therefore preferable, thanks to the groove 23, not to establish this communication between the second cavity 12 and the third cavity 19 only when the needle 11 is raised from its seat 14.

Bien que l'invention ait été décrite dans son application à un moteur monocylindrique, il va de soi qu'elle peut être appliquée avec autant d'intérêt à un moteur possédant au moins deux cylindres ou chambres de combustion 1. Dans ce cas, il va de soi que, comme indiqué dans la susdite demande de brevet français n° 91 02208, l'accumulateur 20 pourra préférablement être unique et communiquer avec les troisièmes cavités propres à chaque injecteur. Plus précisément dans ce cas, chaque chambre de travail 1 est équipée d'un dispositif d'injection de combustible conforme à l'invention, mais l'accumulateur 20 est commun à tous les dispositifs d'injection.Although the invention has been described in its application to a single-cylinder engine, it goes without saying that it can be applied with as much interest to an engine having at least two cylinders or combustion chambers 1. In this case, it It goes without saying that, as indicated in the aforementioned French patent application No. 91 02208, the accumulator 20 may preferably be unique and communicate with the third cavities specific to each injector. More precisely in this case, each working chamber 1 is equipped with a fuel injection device according to the invention, but the accumulator 20 is common to all the injection devices.

Claims (8)

Dispositif d'injection de combustible liquide dans au moins une chambre de combustion pressurisée (1) faisant partie d'un moteur à combustion interne (2), dispositif qui comporte un organe de mise en pression du combustible liquide à injecter, constitué par une première cavité (3), de volume variable, délimitée par un piston (4) animé d'un mouvement alternatif à l'intérieur d'un cylindre (5),
   laquelle première cavité (3) communique d'une part avec des moyens de réserve de combustible liquide à basse pression (6) par l'intermédiaire d'un organe de commande (7) établissant cycliquement une telle communication en synchronisme avec le fonctionnement périodique dudit moteur (2) et d'autre part par l'intermédiaire d'un passage (8) avec un injecteur (9) constitué d'une buse (10) et d'une aiguille mobile (11), de révolution,
   laquelle buse (10) comporte une deuxième cavité (12), reliée au susdit passage (8) et délimitée latéralement par une paroi cylindrique (13) de directrice circulaire et axialement par une paroi partiellement conique formant siège (14) et coaxiale à ladite paroi cylindrique (13), et au moins un orifice d'injection débouchant dans la chambre de combustion (1), un espace de faible volume ou "sac" (28) étant disposé entre le susdit siège (14) et le ou les orifices d'injection (17),
   laquelle aiguille (11) comporte une partie cylindrique (15) formant piston et capable de coulisser avec un jeu de fonctionnement minimal à l'intérieur de la susdite paroi cylindrique (13) de la buse (10) et une partie conique (16) coopérant avec le susdit siège (14),
   laquelle aiguille (11) est agencée d'une part de façon à être maintenue, au repos, en appui sur son siège (14) par des moyens de rappel de façon à interrompre la communication entre la deuxième cavité (12) et le ou les orifices d'injection (17) et d'autre part de façon que sa section d'appui sur le siège (14), projetée sur un plan perpendiculaire à l'axe (X-X) de l'aiguille (11), soit inférieure à la section transversale de la partie cylindrique (15) formant piston de l'aiguille (11), la face libre (18) de cette partie cylindrique (15) de l'aiguille (11) délimitant une troisième cavité (19) de volume variable qui communique avec un accumulateur sous pression (20) dudit combustible en constituant ainsi les susdits moyens de rappel,
   le susdit accumulateur (20) communiquant avec des moyens de mise sous pression sensiblement constante, pour chaque régime de fonctionnement du moteur,
   caractérisé en ce que la première cavité (3) est séparée de la deuxième cavité (12) par un clapet uni-directionnel (30), de préférence à très faible déplacement volumigue et à très faible inertie, orienté de façon à permettre l'écoulement du combustible liquide de la première cavité (3) à la deuxième cavité (12) et à interdire l'écoulement en sens inverse et agencé de telle manière que sa fermeture, provoquée par la décompression de la première cavité (3), n'entraîne pas une chute substantielle de la pression régnant dans la deuxième cavité (12).Device for injecting liquid fuel into at least one pressurized combustion chamber (1) forming part of an internal combustion engine (2), device which comprises a member for pressurizing the liquid fuel to be injected, consisting of a first cavity (3), of variable volume, delimited by a piston (4) driven by a reciprocating movement inside a cylinder (5),
which first cavity (3) communicates on the one hand with low pressure liquid fuel reserve means (6) via a control member (7) establishing such communication cyclically in synchronism with the periodic operation of said motor (2) and on the other hand via a passage (8) with an injector (9) consisting of a nozzle (10) and a movable needle (11), of revolution,
which nozzle (10) comprises a second cavity (12), connected to the aforesaid passage (8) and delimited laterally by a cylindrical wall (13) of circular director and axially by a partially conical wall forming a seat (14) and coaxial with said wall cylindrical (13), and at least one injection orifice opening into the combustion chamber (1), a space of small volume or "bag" (28) being disposed between the above-mentioned seat (14) and the orifice (s) 'injection (17),
which needle (11) has a cylindrical part (15) forming a piston and capable of sliding with a minimum operating clearance inside the abovementioned cylindrical wall (13) of the nozzle (10) and a conical part (16) cooperating with the above-mentioned seat (14),
which needle (11) is arranged on the one hand so as to be maintained, at rest, bearing on its seat (14) by return means so as to interrupt the communication between the second cavity (12) and the one or more injection holes (17) and on the other hand so that its bearing section on the seat (14), projected on a plane perpendicular to the axis (XX) of the needle (11), is less than the cross section of the cylindrical part (15) forming the needle piston (11), the free face (18) of this cylindrical part (15) of the needle (11) delimiting a third cavity (19) of variable volume which communicates with a pressurized accumulator (20) of said fuel thereby constituting the aforesaid return means,
the above accumulator (20) communicating with means of substantially constant pressurization, for each engine operating speed,
characterized in that the first cavity (3) is separated from the second cavity (12) by a uni-directional valve (30), preferably with very low volume displacement and very low inertia, oriented so as to allow the flow liquid fuel from the first cavity (3) to the second cavity (12) and to prevent flow in the opposite direction and arranged in such a way that its closure, caused by the decompression of the first cavity (3), does not cause not a substantial drop in pressure prevailing in the second cavity (12). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les susdlts moyens de mise sous pression sensiblement constante de l'accumulateur (20) sont constitués par une alimentation en combustible sous pression et par une communication avec les susdits moyens de réserve de combustible liquide à basse pression par l'intermédiaire d'un orifice de fuite, à section de passage variable, équipé de moyens de réglage agencés de manière à maintenir le combustible liquide dans l'accumulateur (20) à la susdite pression sensiblement constante.Device according to claim 1, characterized in that the above means of placing under substantially constant pressure of the accumulator (20) are constituted by a supply of pressurized fuel and by a communication with the aforesaid means for reserving liquid fuel at low pressure via a leakage orifice, with passage section variable, equipped with adjustment means arranged so as to maintain the liquid fuel in the accumulator (20) at the above substantially constant pressure. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la susdite alimentation en combustible sous pression est constituée par une communication qui est établie entre la première cavité (3) et la troisième cavité (19) et sur laquelle sont interposés un clapet uni-directionnel et un orifice calibré montés en série.Device according to Claim 2, characterized in that the said supply of pressurized fuel consists of a communication which is established between the first cavity (3) and the third cavity (19) and on which a one-way valve is interposed and a calibrated orifice mounted in series. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la susdite alimentation en combustible sous pression est constituée par une communication entre la deuxième cavité (12) et la troisième cavité (19) et sur laquelle est interposé un orifice calibré.Device according to claim 2, characterized in that the said supply of pressurized fuel consists of a communication between the second cavity (12) and the third cavity (19) and on which a calibrated orifice is interposed. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le susdit orifice calibré est constitué par le susdit jeu de fonctionnement entre le diamètre extérieur de la partie cylindrique (15) de l'aiguille (11) et le diamètre intérieur de la paroi cylindrique (13) de la buse (10).Device according to claim 4, characterized in that the aforesaid calibrated orifice is constituted by the aforesaid operating clearance between the outside diameter of the cylindrical part (15) of the needle (11) and the inside diameter of the cylindrical wall (13 ) from the nozzle (10). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la communication entre la deuxième cavité (12) et la troisième cavité (19) sur le circuit de laquelle est interposé l'orifice calibré (41) comporte également des moyens obturateurs (23,24) susceptibles d'interrompre cette communication lorsque l'aiguille (11) est en appui sur son siège (14) et de rétablir cette communication lorsque ladite aiguille (11) est écartée de son siège (14).Device according to claim 4, characterized in that the communication between the second cavity (12) and the third cavity (19) on the circuit of which the calibrated orifice (41) is interposed also comprises shutter means (23,24) susceptible to interrupt this communication when the needle (11) is resting on its seat (14) and to restore this communication when said needle (11) is moved away from its seat (14). Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif d'injection de combustible liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.Internal combustion engine, characterized in that it is equipped with a liquid fuel injection device according to any one of claims 1 to 6. Moteur à combustion interne comportant au moins deux chambres de combustion (1), caractérisé en ce que chacune de ces chambres de combustion (1) est équipée d'un dispositif d'injection de combustible liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et en ce que le susdit accumulateur (20) est commun à tous les dispositifs d'injection.Internal combustion engine comprising at least two combustion chambers (1), characterized in that each of these combustion chambers (1) is equipped with a liquid fuel injection device according to any one of claims 1 to 6 and in that the above accumulator (20) is common to all the injection devices.
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