Brevet FR2139615A1 — publié le 19730112

La présente invention concerne un procédé et une machine électronique pour le calcul des systèmes d'injection des moteurs thermiques à injection sonique du combustible, basés sur la conversion des éléments mécaniques en éléments soniques de circuit, ce qui permet le calcul rapide d'un système dtinjection tenant compte de tous les paramètres influençant le processus d'injeetion. On connaît des procédés de calcul des systèmes d'injection destinés aux moteurs thermiques qui consiste à effectuer des tâtonnements tant dans le calcul qu'en ce qui concerne le choix de la forme constructive des divers éléments des systèmes d'injection, jusqu'à ce que l'on obtienne une injection optimale pour le fonctionnement du moteur. Ces procédés présentent l'inconvénient d'une consommation élevée en matériaux et en temps et d'un prix de revient élevé, sans pour autant fournir des solutions optimales Un procédé selon l'invention remédie à ces inconvénients en mettant en oeuvre, en vue d'un calcul rapide drun système d'injection sonique d'une strncture quelconque, un schéma sonique transposé sur un modèle analogique constitué d'une chaîne de quadripôles qui sont des équivalents soniques de circuit d'un système d'injection comportant une pompe, une soupape, une conduite à haute pression et un injecteur, quadripôles dont les caractéristiques peuvent etre modifiées facilement, de manière qu'ils correspondent à un système optimal d'injection. Un mode d'exécution de l'invention est décrit ci-dessous à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma-bloc d'un système dtinjection sonique; - la figure 2 est un schéma de principe d'un système d'injection en ligne à piston actionné par came et taquet; - la figure 3 est un schéma de principe d'un système d'injection en ligne, à piston actionné par électro-aimant; - la figure 4 est un schéma de principe d'un système d'injection à distributeur rotatif; - la figure 5 est un schéma sonique de principe d'un système d'injection; et, - la figure 6 est un schéma de principe d'une machine à calculer du type analogique-répétitif, correspondant à un schéma sonique de principe d'un système d'injection. Selon l'invention, le calcul part d'un système d'injection sous la forme la plus générale (figure 1), constitué d'une pompe d'injection A1, d'une soupape de refoulement B1, d'une conduite à haute pression C1 et d'un injecteur D1. En fonction de leur destination, les systèmes d'injection ont un nombre variable de sous-enseibles constitutifa; par exemptes le système dfinJectòn en ligne peut avoir une pompe d'injectòn actionnée par une came et un taquet A2 (figure 2), ou par un électro-aimant As (figure 3); le système d'injection à distributeur rotatif (figure 4) peut ne pas comprendre la soupape de refoule- ment, et d'autres systèmes peuvent aussi être privés de la conduite à haute pression. Etant donné que les systèmes d'injection sont des systèmes soniques de transmission d'une force mécanique du générateur (pompe) à la charge (injecteur) en utilisant les formules de conversion d'un élément mécanique en un élément sonique et en tenant compte également des phénomènes physiques, à chaque sousensemble de ce système (pompe, soupape, conduite, injecteur) est associé le quadripôle sonique équivalent, ce qui permet d'obtenir un réseau sonique (figure 5) constitué d'éléments dissipatifs (résistances, diodes soniques) et d'inertie (inductances, capacités soniques) qui forment une chaîne de quatre quadripôles A5, B5, C5, D5 équivalents du point de vue fonctionnel aux éléments mécaniques du système d'injection. Le premier quadripôle A5 correspondant à la pompe d'injection, est constitué, du point de vue sonique, d'un générateur G d'impulsions trapézoidalesy ayant en série une impédance sonique Z1; le deuxième quadripôle B5, correspondant à la soupape de pression (refoulement) est constitué d'une diode sonique dl en parallèle avec un circuit oscillant série 1 1c1 amorti par une résistance de perte r2; le troisième quadripôle C5 est constitué d'une ligne de retard sonique; et le quatrième quadripole D5 correspondant à l'injecteur est constitué d'un circuit oscillant série 12c2, amorti par la résistance r3 avec en parallèle une diode série d2 et une résistance r4 qui ensemble constituent la charge utile pour le débit sonique du générateur. Le schéma sonique ci-dessus fournit le schéma de principe de la machine à calculer du type analogique-répétitif pour le calcul du système d'injection (figure 6) constitué de quatre quadripôles A6, B6, C6, D6 équivalent fonctionnellement aux quadripôles A5, B5, C D5 du schéma sonique du système d'injection. Le premier quadripôle A6 équivalent à la pompe d'injection contient, pour le cas du système d'injection en ligne à actionnement par came et taquet ou par électro-aimant, un générateur d'impulsions trapézoidales 1, une impédance 2, dépendant du niveau de l'impulsion, commandée par un élément de réaction 3, et d'un condensateur variable c, dont la valeur est dictée par le volume d'accumulation de la pompe.Le deuxième quadripôle B6 équivalent à la soupape de refoulement, comprend une inductance L1, une capacité C1 et une résistance Rpl, des discriminateurs de niveau 4, 5, un amplificateur opérationnel 6 et un sommateur7. Au lieu du quadripôle correspondant à la soupape de refoulement, on introduit l'élément 16 qui modèle l'écoulement du liquide de la pompe vers la conduite grâce à l'orifice 9 dimensions variables dans le temps. Le troi sièse quadripôle 6 équivalent à la conduite de haute pression est constitué d'une ligne de retard formée de cellules du type "m" ou "K".Le quatrième quadripôle D6 est constitué d'une impédance électronique 8 dont la valeur dépend du niveau da'l'impulsion commandée par l'élément de réaction 9,un circuit résonnant série L2C2, des discriminateurs de niveau 10, 11, et des 2 2' amplificateurs opérationnels à éléments non linéaires dans la boucle de réaction 12, 13. En vue d'expliquer le fonctionnement, on considère une impulsion de forme trapezotdale å fronts parallèles fournie par le générateur 1. Tous les boutons de réglage sont considérés comme étant fixes. A l'apparition de l'impulsion aux bornes de sortie du générateur 1, l'impédance de l'élément 15 devient infinie (éventuellement, la variation de cette impédance entre zéro et l'infini peut simuler l'effet de striction de l'admission dans la pompe), une partie du signal s'écoule à la masse par l'impédance 2 qui dépend du niveau de l'impulsion et est commandée par l'élément de réaction 3 et C, donné par la valeur du volume d'accumulation de la pompe. Pcur les systèmes d'injection a soupape de refoulement, les commutateurs K1, K2, K3 se trouvent dans la position "a".On sait que la soupape de refoulement ne réalise pas en une seule fois la communication directe entre le volume d'accumulation de la pompe et la conduite de haute pression. L'impulsion se propage au commencement par les éléments passifs L1, C1 et Rpl, par le discriminateur 4, le sommateur 7 et entre dans la ligne de retard. Dans le cas des systèmes d'injection à injecteur fermé, les commutateurs K4, K5 se trouvent dans la position "a". Au début, l'injecteur n'est pas ouvert, la ligne de retard se termine à l'impédance 8 avec une valeur qui dépend du niveau du signal par l'intermédiaire de l'élément de réaction 9. Comme l'impédance 8 est grande, le signal initial étant petit, l'impulsion est réfléchie à l'autre extrémité; la ligne ayant là encore une grande impédance, le signal se réfléchit de nouveau, et ainsi de suite. Plus l'amplitude croît et plus la soupape se soulève de son siège, ce qui permet la communication directe entre la pompe et la conduite. Dans ce cas, le signal ne passe pas par la voie LlCl, étant donné que le discriminateur 4 ne le permet plus. La voie suivie par l'impulsion est constituée par le discriminateur d'amplitude 5, l'amplificateur opérationnel 6 ayant en réaction un élément non linéaire pour la modulation de l'écoulement par l'orifice de la soupape et ayant de plus la possibilité de régler la transmission à la sortie correspondante à une section plus grande ou plus petite de l'orifice de la soupape, le sommateur 7 avec une grande impédance à la sortie et la ligne de retard depuis l'extrémité de laquelle elle se reflète totalement jusqu'à ce que l'injecteur commence à s'ouvrir.Etant donné que le niveau de l'impulsion s'est accru pendant que l'aiguille de l'injecteur à commencé à se lever, l'impulsion passe d'une part par le discriminateur-fenêtre 10, par L2 et C2 à la masse, et d'autre part, par le discriminateur 11 et les amplifica 2 teurs opérationnels 12 et 13, qui permettent la modulation de l'écoulement par l'orifice de l'injecteur avec la possibilité de modification de leur section. Quand l'aiguille arrive sur le limitateur, le signal ne passe plus par L2 et C2, à cause du discriminateur 10, mais seulement par le discriminateur 11, et les amplificateurs 12 et 13. Quand l'impulsion est terminée à la sortie du générateur, l'impédance de l'élément 15 devient presque nulle et le condensateur est court-circuité à la masse; l'élément 14 synchronisé avec l'impulsion donnée par le générateur couple le circuit L1 C1 Rpl à la ligne de retard en permettant la détermination précise du vide apparu dans la conduite de haute pression, dû à la décharge de la conduite par la soupape. Aux bornes de sortie de l'amplificateur 13, on obtient une impulsion dont la forme, abstraetion faite d'un facteur d'échelle, donne la loi d'injection.Dans le cas de l'injecteur ouvert, les commutateurs K4 et K5 se trouvent dans la position "b"; l'impulsion arrivant à l'extrémité de la ligne de retard est appliquée directement à l'entrée de l'amplificateur opérationnel 13, et à sa sortie on obtient la forme de la loi d'injection. Si le système d'injection n'est pas pourvu d'une soupape de refoulement comme le sont ceux qui utilisent une pompe, un distributeur rotatif et des pistons opposés, le quadripôle B6 équivalent à ce sousensemble sera remplacé par un élément non linéaire 16 qui module la variation en temps à la section de communication entre la conduite de haute pression et le volume d'accumulation de la pompe, auquel cas les commutateurs K1, K2, K3 sont dans la position "b". La présente invention offre les avantages suivants - elle assure l'établissement rapide et précis des dimensions géométriques des éléments des systèmes d'injection en cours de calcul, assurant ainsi une injection donnée; - elle permet de réduire la consommation de travail et de matériaux pour la réalisation des modèles expérimentaux; - elle favorise l'exploitation dans des conditions optimales d'un moteur thermique fonctionnant par injection sonique du combustible; - elle assure le calcul de l'influence de chaque élément constitutif sur la forme de l'injection; - elle assure la possibilité d'établir l'influence de l'usure des éléments sur l'injection et de déterminer l'usure critique jusqu'à laquelle le système peut encore fonctionner dans de bonnes conditions. ReVEXDICATIONS 1.- Procédé pour le calcul des systèmes d'injection des moteurs thermiques à injection sonique du combustible, caractérisé en ce qu'en vue du calcul rapide d'un système sonique de structure quelconque, on met en oeuvre un schéma sonique transposé sur un modèle analogique constitué d'une chaîne de quadri paLes (A6,B6,C6,D6) équivalents aux éléments d'un système d'injection constitue d"une pompe (A1), d'une soupape (B1), d'une conduite de haute pression (C1) et d'un injecteur (D1). 2.- erbine à calculer pour l'application du procédé selon la revendication I aux systèmes d'injection sonique comprenant des pompes d'injection à pistons actionnés par came ou disque ou électro-aimant, une soupape de refoule huent, une conduite de haute pression et un injecteur fermé, caractérisée en ce qu'elle comporte une chaîne de quadripôles (A6), (B6), (C6), (D6) équivalents aux quadripôles (A5), (B5), (cl)) (Ifg) du schéma analogique, dans laquelle - (A6) comprend un générateur (1) d'impulsions trapézoidales à parametres (nombre de tours, débit) dépendant du régime de travail du système d'injection à calculer, une impédance électronique (2) dont la valeur dépend du niveau de l'impulsion et est commandée par le dispositif de réaction (3) et un condensateur variable (c) dont la valeur dépend du volume d'accumulation de la pompe ; - (B6) comprend des éléments passifs (L1), (C1), (Rp1) à valeur dépendant des caractéristiques mécaniques de la soupape, des discriminateurs d'amplitude (4) et (5), un élément unidirectionnel (14) synchronisé avec la fin de l'impulsion donnée par le générateur, un amplificateur opérationnel (6) et un sowmateur (7) ayant la possibilité de modifier les parametres, ce qui permet la modulation précise de l'écoulement du liquide à travers la soupape - (C6) comprend une ligne de retard formée de cellules du type "nui" ou t\" dont les paramètres (L) et(C) sont donnés par la section et la longueur de la conduite de haute pression ; - (D6) comprend une impédance (8) dont la valeur dépend du niveau du signal, et qui est commandée par un élément de réaction (9), une inductance (L2) et une capacité (C2) dont la valeur dépend des caractéristiques mécaniques de l'élément mobile de l'injecteur, des discriminateurs de niveau (10) et (11), des amplificateurs opérationnels (12) et (13) à éléments non linéaires dans le circuit de réaction et des éléments réglables qui donnent la possibilité de moduler l'écoulement dans l'injecteur et de régler les dimensions des orifices d'écoulement. 3.- Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément (15) synchronisé avec le commencement et la fin de l'impulsion donnée par le générateur, cet élément court-circuitant et déconnectant le condensateur (C) de la masse, et en ce que sur les systèmes d'injection sans soupape de refoulement, au lieu du quadripôle correspondant à la soupape de refoulement, est introduit ltélément (16) qui module l'écoulement du liquide de la pompe dans la conduite par l'orifice à dimensions variables dans le temps.