FR2775736A1 - Dispositif d'injection de combustible pour moteurs diesel - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'injection de combustible pour moteurs Diesel permettant d'améliorer la performance de combustion desdits moteurs en contrôlant l'injection. Il comporte un dispositif de contrôle (20) de la fermeture et de l'ouverture de l'aiguille d'injecteur (5). Ce dispositif de contrôle comporte un circuit de décharge (21) commandé par une électrovanne (25) et placé en dérivation entre la canalisation d'alimentation haute pression (7) et la canalisation retour basse pression (8). Il comporte également un circuit de décharge parallèle (21') commandé par une vanne de décharge (22) dont l'ouverture et la fermeture sont freinées par un orifice calibré (23) prévu sur le circuit (21). La vanne de décharge (22) placée en amont d'un orifice de décharge (27) prévu sur la canalisation retour (8) permet de dévier une partie du flux de combustible non injecté vers l'aiguille d'injecteur (5) pour exercer sur elle une pression de fermeture. Par conséquent, on obtient un meilleur contrôle de couverture et de la fermeture de l'aiguille d'injection (5). Un clapet taré (24) assure le maintien en pression du circuit de décharge (21) entre deux injections. Pendant le cycle d'injection, l'acheminement du combustible vers l'aiguille d'injecteur (5) n'est pas entravé par les composants du dispositif de contrôle (20). Application : Moteurs Diesel utilisant des pompes d'injection à débit pulsé.

Description

a.1 2775736

DISPOSITIF D'INJECTION DE COMBUSTIBLE POUR MOTEURS DIESEL

La présente invention concerne un dispositif d'injection de combustible pour moteurs Diesel équipés de pompes d'injection à débit pulsé, ce dispositif comportant, par piston, au moins un injecteur recevant une aiguille d'injecteur tarée agencée pour injecter des jets de combustible calibrés dans la chambre de combustion dudit piston, une canalisation d'alimentation haute pression du combustible et une canalisation retour basse pression du combustible. Dans les dispositifs d'injection connus, équipés de pompes d'injection à débit pulsé, individuelles, monoblocs ou distributrices, l'aiguille d'injecteur est contrôlée par un dispositif de rappel simple agissant directement sur l'aiguille et comportant un ou plusieurs ressorts. Ce dispositif de contrôle de l'aiguille d'injecteur présente de plus en plus de difficultés à répondre à révolution du cahier des charges de développement des moteurs Diesel La contrainte technique est principalement liée aux domaines de l'environnement et de réconomie tels que les émissions de polluants (oxydes d'azote, hydrocarbures, particules, etc.), le bruit émis par le moteur ou la consommation en combustible. Les besoins d'optimisation des systèmes de combustion pour prendre en compte ces évolutions de cahier des charges nécessitent un effort particulier sur le procédé d'injection. Les stratégies classiques habituellement utilisées sont par exemple: - l'augmentation du rapport volumétrique de compression, - la réduction de l'avance à l'injection,

- l'accroissement des pressions d'injection.

Ces stratégies visent à comprimer la période principale de combustion sur un intervalle de temps plus court et mieux localisé dans le début de la détente. Malgré tout, la performance de combustion reste très sensible aux détails de forme de la loi

3 0 d'introduction du combustible dans la chambre de combustion.

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Le but de la présente invention est d'apporter une solution efficace pour améliorer la performance du dispositif d'injection afin de satisfaire efficacement les exigences de plus

en plus sévères.

Ce but est atteint par un dispositif d'injection tel que défini en préambule et caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de contrôle de l'ouverture et de la fermeture de ladite aiguille piloté par une électrovanne, ce dispositif étant agencé pour créer une pression hydraulique de fermeture sur l'aiguille d'injecteur directement ou par l'intermédiaire d'un piston. Dans une forme de réalisation préférée, le dispositif de contrôle comporte un premier circuit de décharge disposé en dérivation entre les canalisations d'alimentation et retour du combustible, ce circuit étant contrôlé par ladite électrovanne et agencé pour commander rouverture et la fermeture d'un orifice de décharge relié à la canalisation

retour.

Ce dispositif de contrôle comporte, de préférence, sur le circuit de décharge et en amont

de 'électrovanne, un orifice calibré.

Ce dispositif de contrôle comporte, avantageusement, un second circuit de décharge parallèle au premier circuit de décharge, ce second circuit parallèle étant contrôlé par une vanne de décharge tarée, commandée par rélectrovanne et rorifice calibré, cette vanne étant disposée en amont de l'orifice de décharge et communiquant avec l'aiguille d'injecteur pour dévier vers elle une partie du flux de combustible non injecté générant

ladite pression hydraulique de fermeture.

D'une manière générale, les circuits de décharge sont dissociés du circuit d'injection haute pression du combustible pendant le cycle d'injection, la vanne de décharge et

l'électrovanne étant fermées.

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Dans une variante de réalisation, le dispositif de contrôle peut comporter un clapet taré disposé en amont ou en aval de l'électrovanne, ce clapet étant agencé pour maintenir le

dispositif d'injection à un niveau requis de pression entre deux injections.

Dans une autre variante de réalisation, le dispositif de contrôle peut comporter, sur le premier circuit de décharge, un orifice de retard disposé en aval de l'orifice calibré et agencé pour retarder rouverture de la vanne de décharge de manière à provoquer l'ouverture momentanée de l'aiguille d'injecteur pour effectuer une préinjection de combustible. Selon les formes de réalisation retenues, rorifice calibré peut être intégré à la vanne de décharge. De même, les orifices, vanne, clapet et électrovanne du dispositif de contrôle

peuvent être intégrés partiellement ou totalement dans l'ensemble portant l'injecteur.

Dans un dispositif d'injection de combustible comportant plusieurs injecteurs pour un même moteur Diesel, les canalisations retour du combustible de chaque injecteur peuvent être avantageusement reliées entre elles à une galerie de retour commune. Cette galerie de retour commune peut être assujettie à un clapet de retour taré agencé pour maintenir

un niveau de pression requis dans lesdites canalisations retour de chaque injecteur.

no20 De même, les premiers circuits de décharge peuvent être reliés entre eux par une galerie de contrôle commune, pouvant également être assujettie à un clapet de contrôle taré agencé pour maintenir un niveau de pression requis dans lesdits circuits de décharge de

chaque injecteur.

Dans certaines formes de réalisation, la galerie de retour commune et la galerie de

contrôle commune peuvent être reliées entre elles par un clapet de contrôle taré.

La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de

3 0 différentes formes de réalisation, illustrée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels:

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- la figure 1 est un schéma fonctionnel de la configuration de base du dispositif d'injection selon rinvention, - les figures 2 à 7 représentent un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, dans lesquelles: À la figure 2 est une vue en coupe axiale selon l'axe 11-11 de la figure 4, À la figure 3 est une vue en coupe axiale selon l'axe II-miI de la figure 4, * la figure 4 est une vue en coupe radiale selon raxe IV-IV de la figure 3, * la figure 5 est une vue de détail en coupe selon l'axe V-V de la figure 4, 1 0 * la figure 6 est une vue de détail en coupe de la vanne de décharge, et * la figure 7 est une vue de détail en coupe du clapet taré, - la figure 8 est un schéma fonctionnel d'une première variante de configuration du dispositif d'injection de la figure 1, -la figure 9 est un schéma fonctionnel d'une seconde variante de configuration du dispositif d'injection de la figure 1, - la figure 10 est un schéma fonctionnel d'un perfectionnement apporté à la configuration du dispositif d'injection de la figure 1, permettant d'effectuer une preinjection, - la figure 11 est un schéma fonctionnel d'un autre perfectionnement apporté a la configuration du dispositif d'injection de la figure 1, permettant de régler simultanément plusieurs dispositifs d'injection d'un même moteur, les figures 12 à 15 sont des schémas fonctionnels de différentes variantes de configuration du dispositif de la figure 11, - les figures 16 à 19 représentent un exemple de réalisation du dispositif d'injection 3 0 illustré schématiquement dans la figure 14 et simplifié par l'absence du piston qui agit sur l'aiguille d'injecteur, dans lesquelles:

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* la figure 16 est une vue en coupe axiale selon l'axe XVI-XVI de la figure 18, À la figure 17 est une vue en coupe axiale selon l'axe XVIIXVII de la figure 18, la figure 18 est une vue en coupe radiale selon l'axe XVIII-XVIII de la figure 17, a la figure 19 est une vue de détail en coupe de la vanne de décharge et de l'orifice de retard, - les figures 20 et 21 représentent partiellement un second exemple de réalisation du dispositif d'injection illustré schématiquement dans la figure 14, dans lesquelles: 1 0 À la figure 20 est une vue en coupe axiale similaire à la figure 16, À la figure 21 est une vue en coupe axiale similaire à la figure 17, - et les figures 22 à 25 représentent des diagrammes d'injection correspondant à différentes configurations du dispositif d'injection, dans lesquelles: * la figure 22 correspond à un dispositif d'injection traditionnel ò la figure 23 correspond au dispositif d'injection de la figure 1, * la figure 24 correspond au dispositif d'injection de la figure 8,

* la figure 25 correspond au dispositif d'injection de la figure 10.

2 0 En référence à la figure 1, le dispositif d'injection 1 pour moteurs Diesel comporte, de manière connue, une canalisation basse pression 2 qui alimente en combustible une pompe 3 à débit pulsé. Cette pompe 3 alimente un injecteur 4 pourvu d'une aiguille d'injecteur 5 par un clapet anti-retour 6 et une canalisation haute pression 7. L'injecteur 4 est par ailleurs relié à une canalisation retour basse pression 8. Un clapet de contrôle 9 de

la décharge de la pompe 2 peut être monté en dérivation sur le clapet anti-retour 6.

L'aiguille d'injecteur 5 est soumise à l'action d'un ou de plusieurs ressorts de tarage 10 et permet de contrôler les jets de combustible 11 haute pression qui pénetrent dans la chambre de combustion (non représentée) d'un piston d'un moteur Diesel (non représenté). La cavité contenant le ou les ressorts de tarage 10, non reliée à la haute

pression, est en communication avec ladite canalisation retour basse pression 8.

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Le dispositif d'injection 1, conformément à la présente invention, comporte, du côté de rinjecteur 4, un dispositif de contrôle 20 agissant directement sur l'aiguille d'injecteur 5 pour améliorer son pilotage aussi bien à louverture qu'à la fermeture. Ce dispositif de contrôle 20 comporte un premier circuit de décharge 21 en dérivation entre les canalisations d'alimentation 7 et de retour 8 du combustible. Il comporte un orifice calibré 23, un clapet taré 24 et une électrovanne 25 commandée par un solénoïde 26. Le dispositif de contrôle 20 comporte également un second circuit de décharge 21' parallèle au premier et comportant une vanne de décharge tarée 22 et un orifice de décharge calibré 27 prévu sur la canalisation retour 8. Ce second circuit de décharge 21' est en communication avec l'aiguille d'injecteur 5 en amont de l'orifice de décharge 27. Chaque

injecteur 4 de moteur Diesel recevra le même dispositif de contrôle 20.

En référence aux figures 2 à 7, le dispositif d'injection 1 est illustré selon une forme de réalisation préférée de rinvention dans laquelle le dispositif de contrôle 20 est totalement intégré dans un ensemble injecteur 40 contenant l'injecteur 4. Cet injecteur 4 de forme standard porte l'aiguille d'injecteur 5 dont la pointe 5a ferme des buses d'injection 12 du combustible quand l'aiguille est en position basse. Cette aiguille d'injecteur 5 est contrôlée de manière classique par un ressort de tarage 10 qui exerce une pression sur sa tête 5b, le ressort et la tête étant logés dans une cavité 13 coaxiale à un logement de guidage 14 recevant ladite aiguille. L'ensemble injecteur est composé de plusieurs pièces assemblées l'une sur l'autre pour faciliter rintégration du dispositif de contrôle 20. Plus particulièrement, de bas en haut, cet ensemble injecteur 40 comporte: 2 5 une pièce A, qui constitue rinjecteur 4 proprement dit, dans laquelle sont ménagés le logement de guidage 14 pour l'aiguille d'injecteur 5, l'arrivée de la canalisation d'alimentation 7 haute pression de combustible dans une chambre annulaire 15, suivie d'une chambre tubulaire 15a, les deux chambres étant disposées autour de raiguille, un siège conique 12a recevant la pointe 5a de l'aiguille, et les buses d'injection 12,

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une pièce B, qui sert de butée à l'aiguille d'injecteur 5, dans laquelle sont ménagées la base de la cavité 13 recevant la tête 5b de raiguille et la suite de la canalisation d'alimentation 7 haute pression, 5. une pièce C, qui constitue le corps du porte-injecteur, dans laquelle sont ménagés le reste de la cavité 13 recevant le ressort de tarage 10, le reste de la canalisation d'alimentation 7 haute pression, le début du circuit de décharge 21 et une partie du second circuit de décharge 21' en communication avec ladite cavité 13, 0. une pièce D, qui constitue le bloc principal du dispositif de contrôle 20, dans laquelle sont ménagés la suite du circuit 21', la canalisation retour 8 du combustible, la vanne de décharge 22 et son orifice calibré 23, le clapet taré 24 et l'orifice de décharge 27, une pièce E, qui constitue rensemble électrovanne, dans laquelle est ménagée

l'électrovanne 25 avec son solénoide de commande 26.

Dans cette réalisation, rorifice calibré 23, appelé aussi ajutage, est intégré dans la vanne de décharge 22 (figure 6), cette vanne comportant un ressort de rappel taré 22'. Le clapet

taré 24 comporte un ressort de rappel taré 24' et des orifices radiaux 28 (figure 7).

L'électrovanne 25 comporte un ressort de rappel 25'. L'orifice de décharge 27, appelé aussi ajutage, relie le second circuit de décharge 21' à la canalisation retour 8 basse pression entre les pièces C et D. Le premier circuit de décharge 21 est en dérivation avec la canalisation d'alimentation haute pression 7, traverse l'orifice calibré 23, le clapet taré 24 et l'électrovanne 25 vers la canalisation retour basse pression 8. Ce premier circuit de décharge 21 se départage en un second circuit de décharge parallèle 21' traversant la vanne de décharge 22 et l'orifice de décharge 27 vers la canalisation retour 8. La cavité 13 du ressort de tarage 10 est en communication avec ce second circuit de décharge

parallèle 21' en amont de l'orifice de décharge 27.

Le fonctionnement du dispositif d'injection 1 selon l'invention est décrit comme suit.

8a 2775736 - Au repos, l'électrovanne 25 est ouverte. Toutes les autres vannes ou clapets 22, 24 sont

fermés sous l'effet des ressorts 22', 24'. Aucun débit ne traverse le dispositif d'injection 1.

La pression résiduelle dans ce circuit est maintenue à un niveau requis par le clapet taré

24.

- Au début du refoulement et après la fermeture des orifices de remplissage de la pompe 3, celle-ci délivre son débit au travers du clapet anti-retour 6. La pression croît dans la canalisation d'alimentation 7 ainsi que devant la vanne de décharge 22, dans son orifice calibré 23 et devant le clapet taré 24. Lorsque le débit qui traverse l'orifice calibré 23 et le clapet taré 24 est suffisant, la vanne de décharge 22 s'ouvre et laisse passer le débit dans le second circuit de décharge parallèle 21' vers la canalisation retour 8. Une partie de ce débit est déviée vers la cavité 13 du ressort de tarage 10 qui est en amont de rorifice de décharge 27. Ce débit crée dans la cavité 13 une pression, appelée pression de fermeture, qui assure, par sa poussée sur raiguille d'injecteur 5, le maintien en position

fermée de l'injecteur 4.

- Le début de l'injection est piloté par le signal électrique sur le solénoïde 26 qui ferme l'électrovanne 25. Le débit au travers du clapet taré 24 s'interrompt. Le débit au travers de l'orifice calibré 23 de la vanne de décharge 22 combiné à l'effort fourni par le ressort 22' ferme progressivement la vanne de décharge 22. La pression de combustible appliquée à l'aiguille d'injecteur 5 dans la chambre 15 et appelée pression d'ouverture croit, tandis que la pression de fermeture appliquée du coté du ressort de tarage 10 décroît, jusqu'à ce que l'aiguille d'injecteur 5 s'ouvre. L'injection débute dès cette ouverture. La modulation du début de l'injection dépend principalement de la vitesse de

fermeture de la vanne de décharge 22.

- Lorsque l'injection est établie, les vannes ou clapets 22, 24, 25 sont fermés. La totalité du débit fourni par la pompe d'injection 3 est acheminée vers l'aiguille d'injecteur 5 sans 3 0 aucune restriction et génère des jets d'injection 11 avec toute la pression dont est capable

le dispositif d'injection 1.

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- La fin de l'injection est déclenchée quand le signal électrique sur le solénoïde 26 est interrompu. L'électrovanne 25 s'ouvre sous reffet de son ressort 25'. La pression de fermeture sur la vanne de décharge 22 est brusquement réduite. Cette vanne s'ouvre alors rapidement. La pression dans le circuit d'injection décroît légèrement du fait du faible débit de décharge acheminé vers l'orifice de décharge 27. En parallèle, la montée en

pression du côté du ressort de tarage 10 sur raiguille d'injecteur 5 assure sa fermeture.

L'aiguille d'injecteur 5 se fermant, l'injection s'interrompt brusquement, avant que la

chute de pression dans la canalisation d'alimentation 7 haute pression ne soit significative.

Le débit, encore fourni par la pompe d'injection 3 traverse la vanne de décharge 22 et les orifices 23 et 27 pour s'évacuer dans la canalisation retour 8. Les pressions de fermeture et d'ouverture, de part et d'autre de l'aiguille d'injecteur 5 étant voisines, l'aiguille reste fermée sous l'action de son ressort 10. La pression décroît progressivement par l'effet de

la décharge au travers de l'orifice de décharge 27 et de la canalisation retour 8.

- Lors de l'arrêt du refoulement de la pompe d'injection 3, provoqué par l'ouverture de ses orifices de décharge, la pression décroît fortement dans l'ensemble du dispositif d'injection 1. Dès que le débit traversant l'orifice calibré 23 est suffisamment faible, la vanne de décharge 22 se ferme sous l'effet de son ressort 22'. La pression de fermeture assurant le maintien en position fermée de l'aiguille d'injecteur 5 s'élimine progressivement. La pression résiduelle dans l'ensemble du circuit haute pression est alors contrôlée par le clapet taré 24 combiné éventuellement à l'action du clapet de

contrôle 9 de la pompe d'injection 3.

Selon les possibilités d'intégration, les choix de construction et les modes de fonctionnement du dispositif d'injection 1 selon l'invention, il est possible d'envisager

différentes variantes.

En référence à la figure 8, il est possible d'ajouter un piston 30 qui agit directement sur raiguille d'injecteur 5. Dans cette configuration, la pression hydraulique générée par le débit libéré par la vanne de décharge 22 traversant l'orifice de décharge calibré 27 agit indirectement sur raiguille d'injecteur 5 par l'intermédiaire d'un piston 30. Le volume

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mort est par conséquent plus restreint. De ce fait, la décharge fermant rinjecteur 4 nécessite une moindre chute de pression au niveau de la canalisation d'alimentation 7. La fin de rinjection s'en trouve améliorée. La section du piston 30 peut être égale ou supérieure à celle du logement 14 de l'aiguille 5 en vue d'accroître la poussée de fermeture. Comme on l'a vu dans l'exemple illustré en référence aux figures 2 à 7, il est possible d'incorporer dans l'ensemble injecteur 40 contenant l'injecteur 4, tout ou partie des éléments composant le dispositif de contrôle 20, à savoir la vanne de décharge 22, le clapet taré 24, l'rélectrovanne 25 et les orifices calibrés 23, 27. Il est encore possible de combiner l'orifice calibré 23 à la vanne de décharge 22 comme illustré ou de les réaliser séparément. De plus, le clapet taré 24 peut être placé en amont, comme dans les figures 1 à 8, ou en aval de rélectrovanne 25 en référence à la figure 9. Cette configuration a pour effet de limiter le volume clos entre rorifice calibré 23 et le siège de rélectrovanne 25. La précision de manoeuvre de la vanne de décharge 22 s'en trouve améliorée et la possibilité de mieux ralentir sa fermeture en utilisant un orifice calibré 23 plus petit devient possible

sans risque d'ouverture intempestive due aux pulsations de pression.

Il est à noter que les variantes de réalisation illustrées dans les figures 8 et 9 sont cumulables. Par ailleurs, il est possible d'utiliser une pompe d'injection 3 possédant un contrôle de la quantité injectée par des rampes sur le piston de pompe, ce qui permet, soit de limiter la quantité refoulée pour optimiser l'énergie nécessaire au pompage, soit de contrôler rinjection en mode secours. Ce mode secours est alors obtenu en laissant sous tension les solénoïides, ou en forçant mécaniquement, en vue de la fermeture permanente les électrovannes. l 2775736 Il est encore possible d'appliquer le dispositif de contrôle 20 à une ligne d'injection raccourcie, éventuellement jusqu'à suppression de la canalisation d'alimentation 7 haute

pression, y compris à un injecteur-pompe.

La description ci-dessus démontre que l'invention atteint les buts mentionnés.

Notamment, ce dispositif d'injection permet: - de contrôler l'avance à l'injection, le début de rinjection dépendant quasi exclusivement du positionnement, dans le cycle, du début du signal électrique sur le solénoïde 26 de l'électrovanne 25, - de doser la quantité injectée, qui est principalement dépendante de la durée du signal électrique sur le solénoide 26 de l'rélectrovanne 25, en tenant compte de la loi de refoulement de la pompe d'injection 3, - d'assurer la sécurité de fonctionnement. Sans signal électrique, l'rélectrovanne 25 de commande reste ouverte et la vanne de décharge 22 laisse passer tout le débit de combustible vers le circuit de décharge 21 dans la canalisation retour 8. Dans le cas o les vannes 22, 25 resteraient bloquées en position fermée, la quantité maximale injectée est limitée à la quantité refoulée par la pompe d'injection. Cette quantité peut être ajustée

par le mode secours de la pompe dans le cas o la pompe d'injection est traditionnelle.

Ce dispositif d'injection 1 peut encore être optimisé par: - l'ajustement de la pression résiduelle obtenu par le clapet taré 24, ce qui évite la cavitation dans le dispositif d'injection 1, - la maîtrise du gradient de débit en début d'injection, calibrée par le diamètre de rorifice calibré 23 et la force du ressort 22' de la vanne de décharge 22,

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- la pression d'ouverture de l'aiguille d'injecteur 5, maîtrisée par le tarage du ressort 10 de ladite aiguille. La pression de fermeture ne dépend pas de la pression d'ouverture, ce qui évite de surdimensionner le ressort de tarage 10 de raiguille d'injecteur 5. La fermeture est provoquée par la pression générée par le débit acheminé dans les circuits de décharge 21, 21' vers la canalisation retour basse pression 8 au travers de rorifice de décharge 27. A cet effet la somme des sections des orifices calibré 23 et de décharge 27 doit être supérieure à la somme des sections des buses d'injection 12 alimentant les jets de

combustible 11.

Il est encore possible de perfectionner ce dispositif d'injection 1, notamment en prévoyant un organe de commande permettant d'effectuer une préinjection. Dans ce cas, Couverture de la vanne de décharge 22 est retardée pour laisser à raiguille d'injecteur 5 la possibilité de débuter son ouverture sous reffet d'une pression d'alimentation de combustible supérieure à sa pression de tarage. Elle est ensuite rapidement refermée avant rinjection principale. En référence à la figure 10, un orifice de retard 31 est interposé entre l'orifice calibré 23 et la canalisation retour 8, que ce soit en amont, en aval ou incorporé au clapet taré 24 ou à l'rélectrovanne commandée 25. Cet orifice de retard 31 peut donc s'ajouter à n'importe quelle configuration du dispositif d'injection 1

décrite précédemment.

Le fonctionnement de la séquence de préinjection est décrit comme suit: la pression de la canalisation d'alimentation haute pression 7 monte sous l'effet de la pompe d'injection 3, - une partie du débit refoulé s'échappe au travers des orifices calibré 23 et de retard 31, du clapet taré 24 et de l'électrovanne commandée 25, - la pression nécessaire à couverture de l'aiguille d'injecteur 5 est atteinte ce qui génère la preinjection, lorsque la pression continue de croître, le débit traversant l'orifice calibré 23 devient tel que la différence de pression provoque l'ouverture de la vanne de décharge 22,

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- sous reffet de la décharge dans le circuit 21' dont le débit est freiné par rorifice de décharge 27, la poussée assurant la fermeture de raiguille d'injecteur 5 interrompt alors la préinjection. Ensuite, les séquences opératoires sont les mêmes que celles déjà décrites en référence aux figures 1 à 7. En considérant à présent rensemble des injecteurs équipant un même moteur Diesel et compte tenu que le tarage des ressorts reste délicat à répéter à ridentique dans chaque dispositif de contrôle 20, on peut s'attendre à ce que le fonctionnement strictement à ridentique desdits injecteurs soit difficile à obtenir. Dans le but de mieux maîtriser réquilibrage du fonctionnement de ces injecteurs et de pouvoir éventuellement effectuer un réglage en commun desdits injecteurs, les dispositions suivantes peuvent être envisagées: * suppression éventuelle des clapets tarés 24 individuels, 15. collecte dans une galerie de retour commune des débits de décharge de rensemble des injecteurs du moteur, collecte dans une galerie de contrôle commune des débits de contrôle et de commande de l'ensemble des injecteurs du moteur, cette galerie pouvant être confondue à la précédente, o réglage de la pression dans la galerie de retour commune par un clapet de retour à tarage réglable ou à tarage fixe, ce réglage permettant de modifier la pression d'ouverture des injecteurs, réglage de la pression dans la galerie de contrôle commune par un clapet de contrôle à tarage réglable ou à tarage fixe, ce réglage permettant de modifier la dynamique 2 5 d'ouverture des vannes de décharge 22. Dans le cas de la préinjection, ce réglage agit particulièrement sur le dosage de la quantité préinjectée. Le mode de réglage peut être

soit indépendant, soit couplé suivant la méthode de raccordement.

Les figures 11 à 15 illustrent cinq variantes de réalisation permettant de contrôler de

3 0 manièere commune tous les injecteurs d'un même moteur.

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Dans la figure 11, les canalisations retour 8 basse pression sont reliées entre elles à une galerie de retour commune 32 comportant un clapet de retour 33 permettant la pressurisation des canalisations 8 et de ce fait le réglage de la pression d'ouverture des aiguilles d'injecteur 5. Dans ce cas, le réglage commun et externe de la contrepression appliquée aux dispositifs de contrôle 20 n'est pas prévu. La configuration de la figure 12 est similaire à celle de la figure 11 à la seule différence que le clapet taré 24 a été supprimé pour éviter tout écart de comportement des clapets

tarés 24 individuels.

Dans la figure 13, les dispositifs de contrôle 20 ne comportent pas de clapet taré 24 et sont reliés entre eux, à la sortie des électrovannes commandées 25, à une galerie de contrôle commune 34. Cette galerie de contrôle commune 34 est reliée à la galerie de retour commune 32 par un clapet de contrôle 35 permettant la pressurisation des dispositifs de contrôle 20 ainsi que le réglage du dosage de la préinjection. Dans ce cas, le réglage commun et externe de la pression d'ouverture des aiguilles d'injecteur n'est pas

prévu.

Dans la figure 14, les galeries de contrôle commune 34 et de retour 32 sont séparées et chacune reliée à son clapet 35 et 33. I est donc possible de régler de manière commune et externe la pression des dispositifs de contrôle 20, la pression d'ouverture des aiguilles d'injecteur 5 ainsi que le dosage de la préinjection.

La configuration de la figure 15 est similaire à celle de la figure 13 à la seule différence que la galerie de retour commune 32 est complétée par son clapet de retour 33. Il est donc possible de régler de manière commune et externe la pression des dispositifs de contrôle 20 en modulant la différence de pression entre les galeries de contrôle 34 et de retour 32, la pression d'ouverture des aiguilles d'injecteur 5 ainsi que le dosage de la

préinjection.

Bien entendu, ces différentes configurations de galeries de retour 32 et de contrôle 34 communes à l'ensemble des injecteurs, pressurisées ensemble ou séparément, peuvent

être conjuguées aux variantes de réalisation décrites en référence aux figures 1 à 10.

Les figures 16 à 19 sont similaires aux figures 2, 3, 4 et 6 et illustrent une forme de réalisation préférée d'un dispositif d'injection correspondant sensiblement à la figure 14 et

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simplifié par l'absence du piston agissant sur l'aiguille d'injecteur. Le dispositif de contrôle 20 est totalement intégré dans un ensemble injecteur 40 contenant l'injecteur 4 et composé des pièces A à E. Les différences résident dans le fait que les circuits de retour et de contrôle sont séparés. La pièce C reçoit la canalisation retour 8 qui communique directement avec la cavité 13 du ressort de tarage 10 de l'aiguille d'injecteur par l'orifice de décharge 27. Cette canalisation retour 8 est destinée à être reliée à la galerie de retour commune et extérieure 32. Dans la pièce D, la canalisation 36 est destinée à être reliée à la galerie de contrôle commune et extérieure 34. La pièce E est complétée par rorifice de retard 31 et un conduit 37 mettant en communication cet

orifice de retard 31 avec l'électrovanne commandée 25.

Dans cette réalisation, l'orifice calibré 23 est également intégré à la vanne de décharge 22 (figure 19) et l'orifice de retard 31 est disposé coaxialement à cette vanne de décharge 22

et à son orifice calibré 23. Le clapet taré 24 a été supprimé.

Le fonctionnement du dispositif d'injection, en référence aux figures 16 à 19, est décrit

comme suit.

- Au repos, l'électrovanne 25 est ouverte et la vanne de décharge 22 est fermée sous r'effet de son ressort 22'. Aucun débit ne traverse l'ensemble injecteur 40. La pression résiduelle dans ce circuit est maintenue à un niveau requis par la galerie de contrôle

commune 34 et son clapet de contrôle 35 non représenté.

- Au début du refoulement et après la fermeture des orifices de remplissage de la pompe 3, celle-ci délivre son débit au travers du clapet anti-retour 6. La pression croit dans la canalisation d'alimentation 7 ainsi que devant la vanne de décharge 22 et dans son orifice calibré 23. Mais le débit est freiné par l'orifice de retard 31 qui engendre une augmentation de la pression dans la chambre 15 située autour de l'aiguille d'injecteur 5 de

manière suffisante pour provoquer son ouverture et réaliser ainsi une préinjection.

- Lorsque le débit qui traverse l'orifice calibré 23 et l'orifice de retard 31 est suffisant, la vanne de décharge 22 s'ouvre et laisse passer le débit dans le circuit de décharge parallèle

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21' vers la cavité 13 du ressort de tarage 10. Ce délestage entraîne une chute de pression dans la chambre 15 de l'aiguille d'injecteur 5 et une augmentation de la pression dans la cavité 13 qui pousse sur l'aiguille d'injecteur 5 pour la fermer et interrompre la préinjection. La pressurisation de la cavité 13 est assurée par l'orifice de décharge 27 et par la galerie de retour commune et extérieure 32 combinée à son clapet de retour 33

non représenté.

- Le début de l'injection est piloté par le signal électrique sur le solénoïde 26 qui ferme l'électrovanne 25. La diminution du débit au travers de rorifice calibré 23 et de la vanne de décharge 22 combinée à l'effort fourni par le ressort 22' ferme progressivement la vanne de décharge 22. La pression de combustible appliquée à l'aiguille d'injecteur 5 dans la chambre 15 croît, tandis que la pression de fermeture appliquée du coté du ressort de tarage 10 décroît, jusqu'à ce que l'aiguille d'injecteur 5 s'ouvre. L'injection débute dès

cette ouverture.

- Lorsque l'injection est établie, la vanne de décharge 22 et l'électrovanne commandée 25 sont fermées. La totalité du débit fourni par la pompe d'injection 3 est acheminée vers l'aiguille d'injecteur 5 sans aucune restriction et génère des jets d'injection 11 avec toute

la pression dont est capable le dispositif d'injection 1.

- La fin de l'injection est déclenchée quand le signal électrique sur le solénoïde 26 est interrompu. L'électrovanne 25 s'ouvre sous reffet de son ressort 25'. La pression de fermeture sur la vanne de décharge 22 est brusquement réduite. Cette vanne s'ouvre alors rapidement. La pression dans le circuit d'injection décroît légèrement du fait du faible débit de décharge acheminé vers la galerie de contrôle commune 34. En parallèle, la montée en pression du côté du ressort de tarage 10 sur raiguille d'injecteur 5 assure sa fermeture. L'aiguille d'injecteur 5 se fermant, l'injection s'interrompt brusquement, avant que la chute de pression dans la canalisation d'alimentation 7 haute pression ne soit significative. Le débit, encore fourni par la pompe d'injection 3 traverse la vanne de décharge 22 pour s'évacuer dans les galeries de retour 32 et de contrôle 34. Les pressions de fermeture et d'ouverture, de part et d'autre de l'aiguille d'injecteur 5 étant

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voisines, l'aiguille reste fermée sous l'action de son ressort 10. La pression décroît

progressivement par l'effet de la décharge au travers desdites galeries 32, 34.

- Lors de l'arrêt du refoulement de la pompe d'injection 3, provoqué par l'ouverture de ses orifices de décharge, la pression décroît fortement dans l'ensemble du dispositif d'injection 1. Dès que le débit traversant l'orifice calibré 23 est suffisamment faible, la vanne de décharge 22 se ferme sous reffet de son ressort 22'. La pression de fermeture assurant le maintien en position fermée de l'aiguille d'injecteur 5 s'élimine progressivement. La pression résiduelle dans l'ensemble du circuit haute pression est alors contrôlée par le clapet de contrôle 35 (non représenté) prévu sur la galerie de contrôle commune 34 combiné éventuellement à l'action du clapet de contrôle 9 de la

pompe d'injection 3.

Les figures 20 et 21 sont des vues similaires aux figures 16 et 17. Elles illustrent uniquement les pièces C et D de rensemble injecteur 40 pour montrer une variante de réalisation dans laquelle l'aiguille d'injecteur 5 est fermée par l'action d'un piston 30. Ce piston 30 est logé et guidé dans une cavité 38 disposée coaxialement et juste au dessus de la cavité 13. Cette cavité 38 est surmontée d'une chambre de compression 39 recevant la partie supérieure du piston 30 et étant en communication avec le circuit de décharge parallèle 21'. Ce piston 30 est maintenu en appui contre l'aiguille d'injecteur 5 par un ressort 41. Il comporte également un conduit intérieur remplaçant l'orifice de décharge 27 qui met en communication la chambre de compression 39 avec la canalisation retour 8. Dans cette réalisation, le fonctionnement est similaire à celui de la réalisation précédente. La seule différence réside dans le fait que l'addition du piston 30 permet de

réduire considérablement le volume à comprimer pour fermer l'aiguille d'injecteur 5.

Une remarque est à faire au sujet des orifices 23, 27, 31 prévus dans les différentes variantes de réalisation décrites ci-dessus. Ces orifices peuvent être du type "capillaire" pour lequel la perte de charge est proportionnelle au débit ou du type "gicleur" pour lequel la perte de charge croit proportionnellement au carré du débit. Il est alors possible de combiner ces différents types pour obtenir:

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À quatre configurations possibles dans le cas d'unm dispositif de contrôle comportant les orifices 23 et 27, * huit configurations possibles dans le cas d'un dispositif de contrôle permettant la

préinjection et comportant les orifices 23, 37 et 31.

Selon la combinaison utilisée, il est alors possible d'agir sur divers comportements du dispositif d'injection: À en modulant la rapidité d'ouverture de l'aiguille d'injecteur en combinaison avec le choix du volume à comprimer pour la pousser, a en faisant évoluer, en fonction du régime de rotation du moteur ou éventuellement de la quantité injectée, certaines caractéristiques comme par exemple le dosage de la preéinjection. Dans le cas d'utilisation de capillaires, ceux-ci peuvent être réalisés par exemple par usinage dune rainure soit hélicoïdale sur la partie cylindrique du guidage de la vanne, du clapet, du piston ou d'un pion emmanché de forme, soit en spirale sur une surface plane

en contact avec une autre surface.

A présent, les diagrammes d'injection correspondant à différentes formes de réalisation

2 0 du dispositif injecteur 1 sont décrits en référence aux figures 22 à 25.

Dans chaque diagramme sont représentées quatre courbes a à d correspondant de haut en bas à la levée de l'aiguille d'injecteur 5 (courbe a), au débit de combustible injecté par les buses 12 dans la chambre de combustion dun piston d'un moteur Diesel (courbe b), à la pression fournie par la pompe d'injection 3 (courbe C) et à la pression dans la canalisation 7 à l'entrée de rinjecteur 4 (courbe d). Ces courbes sont représentées en

fonction du temps pour une fraction du cycle.

La figure 22 représente le diagramme d'injection d'un dispositif d'injection classique et connu correspondant à l'art antérieur de l'invention. On observe nettement que la fin de

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l'injection est très peu performante ce qui est préjudiciable à la performance du moteur et

aux émissions de fumées.

La figure 23 représente le diagramme d'injection du dispositif d'injection de la figure 1, dans lequel la commande de la fermeture de l'aiguille d'injecteur 5 est réalisée par le dispositif de contrôle 20. On observe que la fin de l'injection est très nettement améliorée. Par contre, le début de l'injection reste brusque, ce qui peut générer des bruits

de combustion.

La figure 24 représente le diagramme d'injection du dispositif d'injection de la figure 8, dans lequel l'aiguille d'injecteur 5 est commandée par le piston 30. On observe que la fin d'injection est encore améliorée. Cette solution est donc très satisfaisante pour la

performance du moteur. Néanmoins, les bruits de combustion sont encore présents.

La figure 25 représente le diagramme d'injection du dispositif d'injection de la figure 10, dans lequel est prévu l'orifice de retard 31 qui permet de réaliser une préinjection avant l'injection principale. Cette solution apporte au début de rinjection la correction nécessaire à l'atténuation du bruit de combustion. Elle regroupe par conséquent tous les avantages. Il est entendu que le cycle de préinjection peut être accolé à celui de l'injection

principale en fonction de la synchronisation des commandes.

La présente invention s'étend à toutes modifications ou variantes évidentes pour un

2 o homme du métier découlant des différentes variantes décrites cidessus.

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Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'injection (1) de combustible pour moteurs Diesel équipés d'une pompe d'injection (3) à débit pulsé, ce dispositif comportant, par piston, au moins un injecteur (4) recevant une aiguille d'injecteur tarée (5) agencée pour injecter des jets de combustible (11) calibrés sous pression dans la chambre de combustion dudit piston, une canalisation d'alimentation (7) haute pression du combustible et une canalisation retour (8) basse pression du combustible, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de contrôle (20) de l'ouverture et de la fermeture de ladite aiguille (5) piloté par une électrovanne (25), ce dispositif étant agencé pour créer une pression hydraulique de

fermeture sur l'aiguille d'injecteur (5).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression hydraulique de

fermeture est appliquée directement sur l'aiguille d'injecteur (5).

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression hydraulique est

appliquée sur l'aiguille d'injecteur (5) par l'intermédiaire d'un piston (30).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que

le dispositif de contrôle (20) comporte un premier circuit de décharge (21) disposé en dérivation entre les canalisations d'alimentation (7) et retour (8) du combustible, ce circuit étant contrôlé par ladite électrovanne (25) et agencé pour commander louverture

et la fermeture d'un orifice de décharge (27) relié à la canalisation retour (8).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (20) comporte, sur le circuit de décharge (21) et en amont de l'électrovanne (25), un orifice

calibré (23).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (20) comporte un second circuit de décharge parallèle (21') au circuit de décharge (21), ce 3 0 circuit étant contrôlé par une vanne de décharge tarée (22) commandée indirectement par

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l'électrovanne (25) et l'orifice calibré (23), cette vanne étant disposée en amont de l'orifice de décharge (27) et communiquant avec raiguille d'injecteur (5) pour dévier vers elle une partie du flux de combustible non injecté générant ladite pression hydraulique de fermeture.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les circuits de décharge (21, 21') sont dissociés du circuit d'injection (7) haute pression du combustible pendant le

cycle d'injection, la vanne de décharge (22) et l'électrovanne (25) étant fermées.

1 0

8. Dispositif selon lme quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que

le dispositif de contrôle (20) comporte un clapet taré (24) disposé en amont ou en aval de l'électrovanne (25), ce clapet étant agencé pour maintenir le dispositif d'injection (1) à

un niveau requis de pression entre deux injections.

9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (20) comporte, sur le premier circuit de décharge (21), un orifice de retard (31) disposé en aval de l'orifice calibré (23) et agencé pour retarder l'ouverture de la vanne de décharge (22) de manière à provoquer l'ouverture momentanée de l'aiguille d'injecteur (5) pour

effectuer une préinjection de combustible.

10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'orifice calibré (23) est

intégré à la vanne de décharge (22).

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que les

orifices, vanne, clapet et électrovanne (22 - 25, 27, 31) du dispositif de contrôle (20)

sont intégrés partiellement ou totalement dans l'ensemble portant l'injecteur (4).

12. Dispositif d'injection (1) de combustible comportant plusieurs injecteurs pour un

même moteur Diesel, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé

en ce que les canalisations retour de combustible (8) de chaque injecteur (4) sont reliées

entre elles à une galerie de retour commune (32).

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13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la galerie de retour commune (32) est assujettie à un clapet de retour taré (33) agencé pour maintenir un

niveau de pression requis dans lesdites canalisations retour (8) de chaque injecteur.

14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les premiers circuits de

décharge (21) sont reliés entre eux par une galerie de contrôle commune (34).

15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la galerie de contrôle commune (34) est assujettie à un clapet de contrôle taré (35) agencé pour maintenir un

niveau de pression requis dans lesdits circuits de décharge (21) de chaque injecteur.

16. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la galerie de retour commune (32) et la galerie de contrôle commune (34) sont reliées entre elles par un

clapet de contrôle taré (35).