Brevet FR2041194A1 — publié le 19710129

La présente invention concerne les commandes d'injection de carburant à combustion interne pour moteurs à piston, notamment pour avions légers. Les avantages de l'injection directe de carburant sont 5 bien connus, mais ce système exige la réunion de plusieurs conditions. Il doit d'abord-assurer au mélange gazeux une richesse suffisante pour maintenir les têtes de cylindres à une température assez basse au cours des manoeuvres au sol aussi bien que pendant les décollages* c'est à dire à la puissance maxima du moteur. Il 10 doit en outre réduire la richesse du mélange gazeux en allure de croisière de 1*avion de façon à réduire au minimum la consommation du moteur en carburant pour un réglage donné de la puissance. Enfin, un tel système doit assurer une compensation des variations de consommation de carburant en fonction de 1*altitude et de la 15 température de l'atmosphère,.cë façon à maintenir une richesse donnée du mélange gazeux. A "ce jour, l'énsemble des conditions précédentes n'est pas assuré dans les systèmes d'injection existants. Selon ces derniers, la richesse du mélange est réglée manuellement par le 20 pilote lorsqu'il veut mettre le moteur en régime de croisière. Un tel réglage doit .être, bien entendu, modifié à chaque changement d'altitude ou de température de l'air ambiant, ce qui impose au pilote une tâche absorbante qui réduit sa liberté d'attention pour la conduite du vol de l'appareil. 25 Un appareillage de régulation automatique de l'alimentation d'un moteur d'avion léger en fonction des paramètres précités peut être réalisé par des moyens conventionnels utilisant des circuits de commande hydromécaniquesr des systèmes complexes de capteurs, des dispositifs logiques etc..# Le poids, l'encombrement, 30 la fiabilité et le prix d'un tel régulateur seraient prohibitifs pour l'application que l'on a en vue dans la présente invention. Par contre, l'évolution relativement récente des amplificateurs à- fluide, mettant sur le marché des amplificateurs sensibles et sûrs incluant des appareils oscillants, proportionnels 35 monostables et bistables, a permis de réaliser un système d'injection de carburant entièrement automatique sans aucun des inconvénients précités des systèmes classiques. L'invention part de la constation que la température d'échappement des gaz d'un moteur à combustion interne passe par un. maximum pour une valeur donnée, dites stoechiométrique, du rapport 40 70 14832 2 2041194 de carburant et d'air, c'est à dire de la richesse du mélange gazeux. Le fonctionnement du moteur à ce rapport stoechiométrique assure le maximum de puissance pour le minimum de consommation de carburant. - " 5 Afin de maintenir optim'a la valeur de ce rapport d'une ma nière automatique quelles que soient l'altitude et'la température, la présente invention a pour objet une commande d'injection de carburant pour moteur à combustion interne à piston, caractérisée en' ce qu'elle comprend un système d'amplificateurs à fluide produisant 10 un Signal de pression de fluide qui est fonction de la température des gaz d'échappement ainsi que de celle de l'air aspiré, et un système d'amplificateurs.à carburant alimentant le moteur en fonction dudit signal. Mais l'invention sera mieux comprise par la description d'une 15 de ses formes de réalisation qui va .être faite ci-après, à titre d'exemple et en ce référant au dessin annexé dans lequel i La Fig. 1 est une représentation schématique en blocs d'un système d'injection selon l'invention; La Fig. 2 reproduit de façon détaillée les circuits d'amp'li-20 ficateurs de la précédente y La Fig. 3 est un tableau de fonctionnement de certains amplificateurs de la Figure 2j Les Figs. "4, 5, 6 et 7 représentent différents types d'amplificateurs utilisés dans l'invention? et 25 La Fig. 8 est un diagramme de la richesse du mélange gazeux en fonction de la température des gaz d'échappement. En se référant à la Fig. 1, un moteur classique 20 à combustion interne est représenté avec son entrée d'air 30, sa valve de gaz 32 commandée par un levier 42, ses soupapes d'aspiration 24 30 et d'échappement 40, ses pistons 26 et sa tubulure d'échappement 38. Chacun des cylindres est pourvu d'un injecteur 28 disposé juste devant la sojjpape d'aspiration correspondant, dans la tubulure d'aspiration 22. Le système général d'injection comprend un premier ensemble 35 44 d'amplificateurs à carburant A^, alimentés par un réservoir de carburant 52, une pompe de soutirage 54 et une pompe de mise en pression 56, laquelle délivre du carburant maintenu à une pression au moyen d'un régulateur 60. L'ensemble 44 a- pour but de délivrer du carburant aux injecteurs 28'du moteur par l'entremise d'un 40 distributeur de débit 68, relié aux cylindres par des canalisations 70. 14832 3 2041194 70. Le retour du carburant non débite par l'ensemble 44 est assuré par une canalisation de retour 64. La régulation du système dlnjection est obtenue par des ensembles 46, 48, 50 d'amplificateurs dont les entrées sont reliées, 5 d'une façon ou d'une autre à l'atmosphère au moyen de canalisations 72, 74 et 76, les sorties de ces amplificateurs étant reliées, par des canalisations 86, 88 et 90 à une source d'air en dépression ohtenue par une pompe 84 et son régulateur 91. L'une ou l'autre des deux entrées d'air des ensembles 48 et 50 peut être bloquée par un 10 distributeur à tiroir 78 actionné par un levier à la disposition du pilote ou relié à un régulateur de pas d'hélice» Les divers amplificateurs utilisés dans ce système (Figs» 4 à 7) sont classiques, mais pourvus à leurs- sorties d'étranglements 101, 103, 125,. 127, 149., -145, 165, 1 67,-et de canaux de prise de 15 pression 110, 112, 132, -1,36,.. 1 51 1 53, 1 71 , 173.. . . . • •" L'amplificateur de la Fig. 4 est du type monostable, celui de la Fig. .5 est un bistable, celui de la Fig, . 6 est à effet proportionnel. . . . . : -• • • • _ L'amplificateur ,.oe la.-Fig. 7 est-également d'un type bien 20 connu, celui des oscillateurs où l'on' reconnaît les canaux 166 et 170 devcpntre-réaction. Il;est;à noter que dans de tels oscillateurs, la fréquence des pulsations est fonction de la température,du fluide oscillant, ce qui permet d'utiliser cet appareil com e détecteur de température.- , . . . 25 En. seréférant a, la Fig. 2,.l'ensemble des amplificateurs 46 de la Fig. 1 comprend un oscillateur A-j , un amplificateur bistable A^ et un monostable Ag. L'oscillateur A^. a ses deux canaux de contre-réaction 174, 176 reliés aux entrées 175., 177 et aux entrées 182, 184 du bistable -A0. Les sorties de ce dernier alimentent les 30 entrées ,198, 200 du monostable A^ dont les sorties 204, 206, émettent un signal qui,- dans la. suite de la présente description, sera appelé le premier signal du système. - . . - La liaison entre le bistable A^ et le monostable A^ est assurée par une première -canalisation -1 94 dont une longueur L^ est 35 exposée à la. température- de l'air atmosphérique et une longueur Lg à la température des gaz d'échappement,■et.par une seconde canalisation. 1 96., .de. longueur L^ égale à. , soumise également à la température de 1.'.air. ambiant... ' Si les deux canalisations 194 et .196, avaient même longueur 40 et. étaient exposés à. la même température .de façon uniforme,- les 70 14832 4 2041194 signaux périodiques de pression de fluide transmis aux entrées 198, 200 du .monostable seraient déphasés de 180° dans le temps, et de valeurs égales et opposées. Par suite des différences de longueur et de température définies ci-dessus, la propagation des impulsions 5 de fluide émises aux sorties du bistable A2 se fait d'une manière différente dans les deux canalisations, et produit, clans la canalisation 194, un retard de phase qui est égal, eh degrés, à : L0 /ÏÂ © = 1 80° + 360° -4./_ ' L \ Tc 10 V E L étant la longueur totale des deux canaux de contre réaction de l'oscillateur A,j , ' " L2 la longueur de ïa canalisation 194 qui est exposée è la température des gaz d'échappement, 15 TE la température desdits gaz d'échappement' et celle de l'air ambianto. - " : Il en résulte que le premier signal du système se manifeste par une différence de pression entre les sorties 204 et 206 qui est proportionnelle au déphasage précité et qui, par conséquent est une 2o fonction directe du rapport Ta. Si l'on suppose que le pilote a branché le distributeur 78 vers la droite, comme représenté à la Fig. 1, on voit que les amplificateurs A4, Aj de l'ensemble 50 sont prêts à fonctionner alors 25 que les amplificateurs Ag à A^ du groupe 48 sont hors de circuit, leur entrée d'air étant bouchée par le piston 80. Cette position du distributeur 78'correspond au service de l'avion au sol ou au décollage. ' L'amplificateur A^ est du type proportionnel. L'une de ses 30 entrées 210 est brahchée à la sortie 206'du monostable A^ a travers un étranglement 212, par l'entremise d'une tubulure 208 sur laquelle une capacité ,de retard "214 est branchée en dérivation. L'entrée 215 qui est opposée à l'entrée 210 est reliée'à une canalisation 216 branchée entre l'arrivée d'air 76 et la dépression'90 par l'entre-35 mise de deux étranglements 218 et 220. La pression existant entre * ces étranglements est prise comme référence de température à comparer au premier signal transmis par la canalisation 208. Selon la valeur relative dudit premier signal et de la pression de référence définie ci-dessus, l'amplificateur proport:onnel A^ émet un signal 40 de pression par l'une du l'autre de ses sorties 222," 230' lesquelles, 70 14832 5 2041194 par des canalisations 224, 232 vont commander l'amplificateur proportionnel à carbGrant en agissant sur ses commandes 228, 236. Les sorties 238, 240 de l'amplificateur A^ commandent à leur tour les entrées 244, 248 de l'amplificateur proportionnel à carburant 5 A^, lequel délivre enfin, par sa sortie 250 la commande de carburant qui est imposée au distributeur 68 par l'entremise de la tubulure 254. Comme on le voit, l'amplificateur A^ a servi de relais pour délivrer, par. ses sorties 222, 230 un deuxième signal du système qui est allé commander l'ensemble 44 des amplificateurs 10 à carburant. -En association avec l'amplificateur A^ un amplificateur proportionnel Aj est branché dans un circuit monté entre l'atmosphère 76 et la dépression du moteur 270, ce circuit comprend deux branches en parallèle 266, 268 pourvues chacune de deux étranglements cali-15 brés dans un rapport donné. L'entrée 262 de l'amplificateur A^. est connectée un un point du passage 266 qui est situé entre ses deux étranglements 272 et 274, en relation avec une capacité de retard 280. La commande opposée 264 est branchée en un point du passage 268 situé entre ses deux étranglements 276, 278. L'une des sorties 20 260 de l'amplificateur A^. est connectée à une entrée supplémentaire 256 de l'amplificateur A^«- L'amplificateur A^ et son circuit associé permettent de tenir compte d'une ouverture brusque de la valve d'air 32 correspondant à la fois à une demande de puissance et à une dépression 25 diminuée à l'aspiration du moteur. Cette diminution d e la dépression se traduira plus rapidement à l'entrée 264 qu'à l'entrée 262 puisque cette dernière est reliée à la capacité retardatrice 280. Il en résulte une surpression en 264, envoyant uneimpulsion de fluide par la sortie 260 dans l'entrée 256 de l'amplificateur A^, lequel 30 va émetre un deuxième signal qui se traduira par une émission supplémentaire de carburant» Si le pilote décide de passer en régime de croisière, il commandera un déplacement vers la gauche du distributeur 78, mettant ainsi en service les amplificateurs Ag à A^? del'ensemble 48 et 35 hors service les amplificateurs A^, Aj de l'ensemble 50. Dans ce dernier ensemble 48, l'amplificateur bistable A^^ joue le rôle de détecteur de débit de carburant. A cet effet, il est asr-ocié à un circuit identique à celui de l'amplificateur A^ à savoir : deux passages parallèles 360 et 352 respectivement pour-40 vus d'étranglements 368, 370 et 364, 366. Un point du passage 360 70 14832 6 2041194 compris entre ses deux étranglements est relié à l'entrée 374 du bistable tout en étant en relation avec une capacité 372. Un point symétrique du passage 362, placé entre les deux étranglements de ce dernier, est relié à 1.'entrée 376 symétrique de l'entrée 374. 5 Les passages 360 et 362 sont branchés en parallèle entre la source ■ en dépression 90 et une entrée 356 de 1'amplificatèur à carburant A^. La sortie 378 du bistable A^^ est reliée aux entrées 382 et 386 de deux amplificateurs monostables A^q et A^. Un amplificateur bistable Ag est monté pareillement en association avec un .circuit 10 comprenant deux passages 290, 288 connectés respectivement aux entrées 304, 302 du bistable Ag, des étranglements 296, 298, 292, 294 et une cpapcité 300,- montés comme l'indique la Figure. Les passages 290 et 288 sont branchés en parallèle entre la sortie 204 du monostable A- et la source en dépression 190. La sortie 306 du 15 bistable Ag est reliée aux entrées 314 et 310 des monostables A » A . Les sorties, 328 et 318 de c^s derniers sont reliés respective-ment aux entrées 324 et 322 du monostable A^^, dont les sorties 330 et 332 sonr respectivement reliées aux entrées 352 et 356 de l'amplificateur proportionnel à carburant A^. Comme on le voit,'le 20 circuit du bistable Ag reçoit d'une autre façon sur le bistable A^, le premier signal du système par l'entremise de la canalisation 284, laquelle comporte un étranglement 286 et une capacité retardatrice 292. Les deux bistables Ag et A^^ sont donc exictés à travers leur circuits respectifs à retardement, l'un par ledit premier signal 25 du système,, l'autre par un signal, exprimant le débit de carburant au moteur» Sous l'effet d'une variation dans l'un ou l'autre de ces deux' signaux, les1 sorties 306 et 378 vont agir sur les commandes des monostables A^q et Ag, dont les sorties 328 et 318 vont exciter à leur tour différentiellement les entrées du monostable A^. Ce 30 dernier débitera, enfin, en fonction'du signal de commande qu'il reçoit, dans l'une ou l'autre de ces deux sorties 330, 332, qui sont reliées l'une et l'autre à la source en dépression 90 à travers, respectivement'des passages 334, 336 pourvus d'étranglements 338, 340, 342, 344 et de capacité 346, 348. Des prises de pression 35 de fluide 'situés entre chacun d.es deux groupes précités d'étranglements sont reliés aux commandes 352, 356 de l'amplificateur A,. par l'entremise de canalisations 350, 354, ces canalisations transmettant ainsi, dans le cas présent qui est celui de la marche en croisière, le deuxième signal du système aux amplificateurs de 40 carburant. COPY 70 14832 7 2041194 Coime on peyt le constater, la régulation de dabit du carburant s'opère par référence au premier signal qui est émis par 1 monostable A^» ce dernier intégrant la régulation relative à la température'd'échappement qui est obtenue par Jes liaisons entre 5 les amplificateurs A0 et A et les régulations relatives à la température ambiante aussi bien qu'à l'altitude, ces dernières étant obtenues par le fonctionnement meme.de l'oscillateur A,j « 70 14832 8 2041194 REVENDICATIONS 1. Commande d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne à piston ayant une entrée d'air réglable et une canalisation d'échappement, caractérisée en ce qu'élle comprend un 5 système d'amplificateurs à fluide produisant un signal de pression de fluide qui est fonction de latempérature des ga2 d'échappement et de la température de l'air aspiré, et des amplificateurs à carburant délivrant du carburant au moteur en fonction dudit signal» 2. Commande selon 1, caractérisée en ce que ledit systè-10 me d'amplificateurs à fluide comprend un premier groupe'd'amplificateurs produisant un premier signal de pression de fluide qui est fonction de la température des' gaz d'échappement et de celle de 1' air aspiré, et un second groupe d'amplificateurs à fluide produisant un second signal de fluide qui est fonction du premier, les 1 5 amplificateurs de ces deux groupes ayantleurs entrées de commande branchées pour être reliées à d'atmosphère, leur sorties étant reliéês -à une source d'air en dépression»' 3. Commande selon 2,, caractérisée en ce que le premier groupe d'amplificateurs inclut un oscillateur à fluide produisant .20 deux séries d'impulsions de fréquence déterminée, uh amplificateur bistable ayant deux entrées opposées pour recevoir les deux séries d'impulsions et produisant une troisième et une quatrième série d'impulsions de même fréquence, un amplificateur à fluide monostable ayant une troisième et uhe quatrième entrée de.commande, un 25 premier passage exposé, sur une partie de sa longueur, à la température des gaz d'échappement et, sur le restant de sa longueur, à la température"de l'àir-ambiant, ce premier passage étant branché pour transmettre ladite troisième série d'impulsions 'dudit amplificateur "bistable à ladite troisième entrée de commande,et un second passage 30 d'une longueur égale à la portion du 'premier qui est exposée à l'air, • ce second passage étant lui-même exposé à l'air ambiant et transmettant ladite,quatrième série d'impulsions de l'amplificateur bistable à ladite quatrième entrée de commande. 4. Commande selon 3, caractérisée en ce que ledit premier 35 signa-l est' dérivé de l'amplificateur monostable et varie en fonction du déphasage existant entre- lai troisième et la quatrième-série d'impulsions, ce déphasage étant égal, en degrés, à 1'expression L9 T„ . ■ 1 8C° + 360° — dans laquelle LP représente, la longueur du L TV E Ar\ h . « \ OCPY 70 14832 9 2041194 passage de l'amplificateur monostable qui est exposé aux gaz d'échappement, L es't la longueur totale des deux conduits de contre-réaction de l'oscillateur, Tg est la température des gaz d'échappement et celle de l'air ambiant. 5 5. Commade selon 2, caractérisée en ce que le second groupe d'amplificateurs à fluide comprend des moyens produisant une pression de fluide prise comme référence de température, une première série d'amplificateurs à fluide branchés pour être sensible audit premier signal et à ladite référence de température de façon à 10 produire, d'une première manière ledit second signal de pression de fluide des moyens produisant une pression de fluide exprimant le débit de carburant au moteur ,'et une seconde série d'amplificateurs branchée pour répondre à la fois au premier signal et à la pression exprimant le débit de carburant de façon à produire, d'une autre 15 manière,, ledit second signal, et des moyens de commande en relation avec les deux séries d'amplificateurs pour lettre l'une ou l'autre hors de service selon les conditions de fonctionnement demandées au moteur. 6. Commande selon 5, caractérisée en ce qu'elle comprend 20 en outre, un système amplificateur sensible à la dépression du moteur pour engendrer un troisième signal de pression qui est fonction du taux de variation de ladite dépression du moteur, ce troisième signal étant imposé -à la première série d'amplificateurs pour modifier le second signal en prévision d'un changement d'alimenta-25 tion en.carburant, • - .7. Commande selon 2, caractérisée en 'ce que lesdits amplificateurs à carburant comprennent deux amplificateurs proportionnels à fluide alimentés par.du carburant sous pression, le premier étant sensible au second signal de fluide et générant une pression 30 différentielle de carburant, laquelle commande le second qùidélivre à son tour au moteur un débit de carburant en fonction de son signal de commande. 8. Commande, selon 5, caractérisée en ce que les moyens i exprimant par un signal de pression le débit de carburant au moteur 35 et qui sont.associés à la deuxième série d'amplificateurs à fluide du second groupe, comprennent un premier, amplificateur bistable ayant une première et une seconde entrée de commande et une première ainsi qu'une second sortie, un premier et un second passage, lesquels sont connectés pour recevoir ledit second signal- et sont 40 reliés à une source d'air en dépression,chacun de ces deux passages 70 14832 10 2041194 ayant deux étranglements en série, les sections des étranglements de chaque passage étant dans un rapport prédéterminé, une capacité de volume défini, reliée audit premier passage entre ses deux étranglements, les dëux entrées de.commande dudit amplificateur bistable 5 étant reliées respectivement aux deux passages, pour chacun de ces derniers entre leurs étranglements respectifs, cet amplificateur produisant une pression de fluide différentielle qui est fonction de la vitesse de variation dutit signal de pression de fluide représentant le débit de carburant au moteur, la deuxième série d'ampli-10 ficatèurs incluant un deuxième amplificateur bistable ayant une troisième et une quatrième entrée de commande ainsi qu'une troisième et une quatrième sortie, un troisième et un quatrième passage de fluide connectés pour recevoir ledit premier signal de pression de fluide d'une, part, et d'autre part de l'air provenant d'une source 15 en dépression, les deux passages précités ayant également chacun deux étranglements dont les sectipns sont dans un rapport déterminé, une capacité de volume définie étant branchée entre les étranglements du troisième passage, les entrées de commande de ce deuxième amplificateur bistable étant connectées respectivement aux deux -20 passages en des points de ceux-ci situés pour chacun d'eux entre leurs étranglements respectifs de façon à rpoduire une pression de sortie différentielle, et une pluralité d'amplificateurs monostables à fluide, connectée audit premier et 'troisième passage de sortie afin d'engendrer ledit second signal de pression de.fluide. 25 '9. Commande selon 3, caractérisée en ce que ledit amplifi cateur-oscillateur à fluide est bistable et actionné par de l'air de façon à produire un jet principal pouvant être dévié alternativement entre ses deux sorties, une première et une seconde entrée de comnande en'opp&sition mutuelle et placée-perpendiculairement au 30 jet principal, un premier passage de contre-réaction reliant "la première sortie à la première entrée et un second passage de contre-réaction reliant ..la seconde sortie à la seconde entrée, ces passages de contre-réaction étant exposés à l'air atmosphérique ambiant et contribuant à transmettre les deux séries d'impulsions respecti-35 vement aux "deux erirées de commande, à .une fréquence qui est fonction de la température de l'atmosphère-.