Brevet FR2217564A1 — publié le 19740906

La présente invention concerne un dispositif d injection de carburant pour moteur à combustion interne, dans lequel la chambre de travail d'une pompe à piston alternatif entraînée électriquement est en communication avec la chambre de pression dçau moins un injecteur sollicité par ressort et actionné hydrauliquement et est reliée à une source de pression par l'intermédiaire dune soupape d'admission. Des dispositifs d'injection de carburant dans des moteurs diesel ou des moteurs à essence fonctionnent d'une manière complètement hydro-mécanique ou bien on utilise pour la commande de la pompe ou des injecteurs des-électroaimants supplémentaires. Ainsi on connaît, par exemple, des pompes à entraînement hydraulique commandé par des soupapes électro-magnétiques. On connaît cependant également des dispositifs d'injection de carburant du type précité dans lesquels l'organe de pompage d'une pompe à piston alternatif est entraîné directement par un électro-aimant pour ne pas faire intervenir d'entraînement hydraulique. Ces pompes ne sont cependant utilisables que pour de faibles pressions d'injection ou bien les électro-aimants ont des dimensions si importantes qu'on ne dispose pas du volume de montage nécessaire sur le moteur et qu'on ne peut pas contrôler les forces d'inertie de la pompe. L'invention a pour but d'améliorer le dispositif dJinjection de carburant du type précité et de fournir un dispositif qui remédie aux inconvénients des réalisations connues à entraînement électrique. L'invention concerne à cet effet un dispositif du type ci-dessus caractérisé en ce que l'organe de pompage mobile de la pompe à piston alternatif peut être entraîné par un moteur linéaire commandé électroniquement. Dans un mode particulier de réalisation du dispositif diinjection de carburant conforme à l'invention dans lequel la pompe à piston alternatif est réunie à l'injecteur en formant un ensemble pompe-injecteur, la pompe à piston alternatif comporte comme organe de pompage mobile un cylindre de pompage en forme de fourreau qui est disposé de façon à pouvoir coulisser longitudinalement autour dgun piston de pompage relié rigidement au corps de pompe et qui contient la chambre de travail de la pompe qui est reliée, par l'intermédiaire d'une partie du tuyau de refoulement agencé sous forme d'un trou longitudinal ménagé dans le piston de pompe ainsi que par un tuyau de refoulement ménagé dans l'injecteur, à la chambre de pression de ce dernier.On obtient ainsi de courts conduits de communication entre la pompe et l'injecteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moteur linéaire comporte une série de bobines d'entraînement logées dans le corps de pompe et séparées les unes des autres par des plaques polaires qui comportent des trous centraux dans lesquels peut coulisser longitudinalement une armature en fer doux qui porte intérieurement le cylindre de pompage agencé sous forme d'un manchon en acier. Pour amplifier les courants induits dans l'armature en fer doux, cette armature est entourée par un fourreau en cuivre. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est prévu sur l'axe longitudinal de l'organe de pompage se composant au moins du cylindre de pompe et de l'armature en fer doux des canaux longitudinaux disposés parallè lement à 19 alésage du cylindre et qui relient la chambre de travail de la pompe à la source de pression par l'intermédiaire de trous de distribution servant de soupape d'admission. En outre, il est avantageux que les canaux longitudinaux relient entre eux deux volumes adjacents aux deux extrémités de l'organe de pompage car on facilite ainsi le mouvement de va-et-vient de l'organe de pompage et on évite une formation de bulles de gaz sous l'effet de la dépression régnant dans les chambres de carburant. Du fait que la puissance électrique d'un moteur linéaire, qui est nécessaire pour obtenir des pressions d'injection élevées dans un système d'injection diesel ou bien dans un système d'injection directe d'un moteur à essence, ne peut pas être établie pendant une courte période, il est prévu, suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, que les trous de distribution présentent, dans une position limite du cylindre de pompage après la course d'aspiration, un écartement par rapport à un côté frontal du piston de pompage, constituant une arête de distribution de la soupape d'admission, qui soit tel qu'on obtienne une course à vide qui est égale à un multiple de la course de travail maximale. En conséquences la masse de 1 organe de pompage est accélérée avant le début de la course de pompage proprement dite par le moteur linéaire et énergie cinétique emmagasinée est utilisée pour augmenter la pression dans la chambre de travail de la pompe. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels La figure 1 est une coupe transversale d'une pompe associée à un injecteur de façon à former un ensemble unitaire, - La figure 2 représente un schéma simplifié du circuit du moteur linéaire de l'ensemble pompe injecteur de la figure 1. Le dispositif d'injection de carburant de la figure 1 comporte au moins un ensemble pompe-injecteur 10 qui est relié par ltintermédiaire d'un tuyau d'admission 11 à une source de pression désignée par 12. Cette source de pression 12 comporte essentiellement une pompe de refoulement 13 dont la pression de refoulement est maintenue par une soupape de limitation 14 à une valeur d'admission désirée, par exemple de deuk bars, et qui aspire le carburant à refouler à partir d'un réservoir 15. Il es t. éventuellement prévu d'autres composants tels qu'un accumulateur de pression qui n'ont pas été représentés en détail du fait qu'ils sont bien connus. L'ensemble pompe-injecteur 10 comporte un corps 16 a' l'aide duquel un injecteur 17 sollicité par ressort, actionné hydrauliquement et de type connu ainsi qu'une pompe à piston alternatif 18 entraînée électriquement sont réunis de façon à former un ensemble désigné par 10. La pompe à piston alternatif 18 comporte comme organe de pompage mobile un cylindre de pompage 19 en forme de fourreau qui est disposé de manière à pouvoir coulisser longitudinalement autour d'un piston de pompage 21 relié rigidement au corps de pompe -16 et qui délimite une chambre de travail désignée par 22. La chambre de travail 22 de la pompe est reliée par I?intermédiaire dgun conduit 23, 24 à une chambre de pression 25 de l'injecteur 17. La partie du conduit 23, 249 qui est désignée par 23, est constituée par un trou longitudinal 23 ménagé dans le piston de pompage 21 tandis que l'autre partie du conduit 23, 24 constitue le tuyau de pression 24 de 19 injecteur 17.Le cylindre de pompage 19 servant d'organe mobile de pompage est fixé dans une armature en fer doux 26 qui est elle-meme entourée par un fourreau en cuivre 27. L'armature en fer doux 26, entourée par le fourreau en cuivre 27 et contenant le cylindre de pompage 19, constitue la partie mobile dgun moteur linéaire désigné par 28 et qui comporte une série de bobines d'entraînement 29, au nombre-de six dans l'exemple considéré, qui sont logées dans le corps de pompe 16 et qui sont séparées les unes des autres par des plaques polaires 31. Les plaques polaires 31 comportent en fonction de leur grosseur de six à douze fentes radiales 32 et elles sont pourvues en leur milieu de trous centraux 33 dans lesquels peut coulisser longitudinalement l'armature en fer doux 26 entourée par le fourreau en cuivre 27. Des courants sont engendrés par les bobines d'entraînement 29, excitées électroniquement, du moteur linéaire 28, dans le fourreau en cuivre 27 de l'armature en fer doux 26 de manière à produire un champ magnétique linéaire mobile du fait du branchement électrique particulier (figure 2) des bobines d'entraînement. Sur le pourtour de l'armature 26 sont usinés des canaux longitudinaux 34 qui sont orientés parallèlement à un alésage 35 du cylindre de pompage 19 et qui relient la chambre de travail 22 de la pompe à la source de pression 12 par l'intermédiaire de trous de distribution 36 servant de soupape d'admission. Les canaux longitudinaux 34 s'étendent sur toute la longueur de organe de pompage 19, 26, 27 et relient entre eux deux chambres 37, 38 situées à Itintérieur du corps de pompe 16, une des chambres 37 étant adjacente à une extrémité 19a, tournée vers le conduit d'admission 11, de l'organe de pompage 19, 26, 27 et étant reliée directement au conduit d'admission 11 et par conséquent à la source de pression 12.L'autre chambre 38 est adjacente à l'autre extrémité 19b, tournée vers l'injecteur 17, de l'organe de pompage 19, 26, 27 et le carburant contenu dans cette chambre s'écoule, lors de la descente de l'organe de pompage 19, 26, 27, dans les canaux longitudinaux 34 de manière à parvenir dans la chambre 37 tournée vers le conduit d'ad mission 11. En conséquence, organe de pompage 19, 26, 27 se déplaçant vers le bas dans la course d'injection n'est pas entravé dans son mouvement. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 les trous de distribution 36 ménagés dans la paroi du cylindre de pompage 19 sont espacés, dans une des positions limites du cylindre de pompage succédant à la course d'aspiration, d'une distance telle d'un côté frontal 39 du piston de pompage 21 constituant une arête de distribution pour la soupape d'admission 26, dugon obtient une course à vide HL qui est égale à un multiple de la course de travail maximale HN.Grâce à la course à vide HL, on obtient en correspondance à la fourniture d'énergie au moteur linéaire et en fonction de l'énergie cinétique de la masse de l'organe. de pompage 19, 26, 27 jusqu'a l'obturation du trou de disposition 36 par le côté frontal 39 du piston de pompage 31, une force suffisamment grande pour que, pendant la course de travail HN commençant. après la fermeture du trou de distribution, une pression de carburant, à savoir dans ce cas une pression d'injection, qui soit bien supérieure à la pression d'admission fournie par la source 12. Dans la chambre 37, il est encore prévu une rondelle élastique 41 qui sert à récupérer une partie de l'énergie emmagasinée pendant la course d'aspiration. Une seconde rondelle élastique placée dans la chambre 38 assure la protection de organe de pompage et du corps 16 dans le cas où de l'air est aspiré avec le carburant-et où l'organe de pompage 19, 26, 27 rebondit vers le bas avec un grand balourd à la fin de la course de pompage.Les deux chambres 37 et 38, qui sont reliées entre elles par les canaux longitudinaux 34 ménagés dans l'organe de pompage 19, 26 27 sont en outre mises en communication par 1 intermédiaire des fentes 32 ménagées dans les plaques polaires -31 de sorte que 1 r échange de carburant entre les deux chambres est facilité lors du déplacement de l'organe de pompage 19, 26, 27. L'énergie électrique néces-saire pendant la course de liozgane de pompage 19, 26, 27 est maintenue à une valeur réduite dans ensemble pompe-injecteur 10 existant du fait qlo pour produire la pression d'injection nécessaire, on utilise énergie cinétique del:organe de pompage. Pour réduire dans une large mesure les oscillations perturbatrices de la colonne d:huile se trouvant dans le conduit de pression 23, 24 entre la chambre de travail 22 de la pompe et la chambre de pression 25 de l'injecteur 27, la pompe à piston alternatif 18 est réunie à l'injecteur 17 de façon à former l'ensemble 10 décrit ci-dessus. L'exemple représenté sur la figure I ne constitue qu'un mode de réalisation d'un ensemble pompeinjecteur 10 relié a' la source de pression 12 par l'intermédiaire du conduit d'admission 11 mais d'autres ensembles de pompe-injecteur correspondant aux autres cylindres du moteur sont reliés d'une manière connue et par l'intermédiaire d'autres conduits d'admission îîa, llb et llc à la même source de pression 12. Cela est valable pour un moteur à quatre cylindres et, pour d'autres nombres de cylindres, le nombre des ensembles pompe-injecteur 10 associés varie en correspondance. Le schéma simplifié de la figure 2, qui représente la commande électronique du moteur linéaire 28 de l'ensemble pompewinjecteur 10, comporte six bobines d'entraînement 29 qui sont reliées par groupes de trois bobines à deux amplificateurs de puissance 51 et 52. Les bobines d'entraînement 29 comportent des prises centrales, non repue sentées sur le dessin, ces prises étant reliées entre elles et étant également connectées, d'une manière non représentée en détail, un pôle de la source de tension dDalimentation. Un des amplificateurs de puissance 51 est relié à un oscillateur 53 qui produit une tension de sortie approximativement hélicoidale et d'une fréquence d'environ 300 à 500 Hz. Pour produire la tension alternative déphasée qui est nécessaire pour engendrer le champ mobile dans le moteur linéaire 28, il est prévu deux déphaseurs 54 et 55 reliés en parallèle à l'oscillateur 53, cette tension alternative étant appliquée par 1 f intermédiaire d'un commutateur de phase 56, 57 et d'un transformateur intercalaire 58 à l'amplificateur de puissance 52. A l'aide du déphaseur 54 et du commutateur de phase 56, la course d'avance ou de refoulement de l'organe de pompage 19, 26, 27 (figure 1) est commandée en synchronisme à la vitesse de rotation de l'arbre à cames tandis qu'a' l'aide du déphaseur 55 et du comnutateur de phase 57 la course de ietour ou dlaspiration de lorgane de pompage 19, 26, 27 est commandée également en synchronisme à la vitesse de rotation de l'arbre à cames cet organe de pompage servant d'induit dans le moteur linéaire 28.Les impulsions de cadences nécessaires sont fournies, dans le cas d un moteur à plusieurs cylindres par plusieurs générateurs inductifs d'impulsions 59 entraînés par l:arbre à cames 60, à un étage basculant mono stable 61 (multivibrateur monostable), auxquels sont reliés en série deux autres étages basculants monostables 62 et 63, le signal de sortie S1 du premier étage basculant étant appliqué comme signal d'entrée au second étage basculant 62 tandis que le signal de sortie 52 du second étage basculant 62 est appliqué comme signal d'entrée au troisième étage basculant 63. Le signal de sortie S2 actionne simultanément le commu tateur de phase 57 commandant la course de retour ou d'aspe ration de l'organe de pompage 26, 27. Le signal de sortie 53 du troisième étage basculant 63 actionne le commutateur de phase 56 en vue de la commande de la course d'avance ou de refoulement de l'organe de pompage 19, 26, 27. La durée des signaux de sortie S1, 52, S3 des trois étages basculants 61, 62, 63 est commandée en fonction-de la charge par leintermédiaire des entrées addi tionnelles 64, 65 et 66 et, pour régler la vitesse de ralenti, une seconde entrée additionnelle 67 du premier étage basculant 61 est reliée à un circuit de réglage de ralenti 68, et à - chaque fois une seconde entrée additionnelle 69 ou 71 du second étage basculant 72 du troisième étage basculant 63 est reliée à un circuit de réglage de vitesse limite 72. Les durées d'impulsions des deux étages basculants 62 et 63 déterminent la durée de l'impulsion d'avance ou de retour et par conséquent la grandeur de l:énergie emmagasinée par le mouvement de l'organe de pompage. Lorsque cette énergie est consommée par l'injection, on atteint alors la fin de la durée d'injection. Les entrées additionnelles 64, 65, 66 des trois étages basculants monostables 61, 62 et 63 peuvent être commandées en fonction de la charge dans l'exemple de réalisation de la figure 2 dlun circuit pour le dispositif d'inJection de carburant de l'invention et elles coopèrent pour cette raison avec une pédale d'accélérateur 74, comme indiqué par une ligne en tirets. Un capteur de vitesse désigné par 75 est entraîné comme le générateur dwimpulsions 59 par l'arbre à cames 60 du moteur et est relié par l'intermédiaire d'un étage basculant monostable 76 et d'un filtre passe-bas 77, aux circuits de réglage de ralenti et de vitesse limite 68 et 72, auquel cas le capteur de vitesse 75, 1 D étage basculant 76 et le filtre passe-bas 77 servant d'organes de mesure de vitesse fournissent les signaux de vitesse nécessaires pour la régulation des périodes d'injection. On va décrire dans la suite un processus de travail du dispositif d'injection de carburant suivant l'invention coopérant avec l'ensemble pompe-injecteur 10 pendant un temps de travail du moteur à l'aide des figures 1 et 2. Sur la figure 1, l'organe de pompage 19, 26, 27 est placé dans sa position de point mort haut après terminaison de la course d'admission et avant le début de la course de refoulement. La course de refoulement commence lorsque le commutateur de phase 56 est enfermé (figure 2), les trois bobines dgentralnement 29 reliées à l'amplificateur de puissance 52 reçoivent dans la période d'impulsions commandées par l'étage basculant monostable 63 l'énergie nécessaire pour l'entraînement de l'organe de pompage 19, 26, 27. La durée de la période de fourniture d'énergie aux bobines d'entraînement 29 est déterminée par la durée du signal de sortie S3 du troisième étage basculant monostable 63, cette durée étant commandée en fonction de la charge et de la vitesse par l'intermédiaire des deux entrées additionnelles 66 et 71. Dans la course de refoulement, l'organe de pompage 19, 26, 27 exécute d'abord une course à vide HL pendant laquelle la partie correspondante du carburant se trouvant dans la chambre de travail 23 de la pompe est refoulée par l'intermédiaire des trous de distribution 36 et des canaux longitudinaux 34 hors de ladite chambre de travail. Après que le côté frontal supérieur 39, servant d'arête de distribution, du piston de pompage 21 a obturé les orifices de distribution 36, la course utile HN commence, l'injection se déroulant pendant cette période, à savoir que le carburant qui vient d'hêtre refoulé est injecté par l'intermédiaire des conduits de pression 23 et 24 dans la chambre de pression 25 de linjecteur et soulève d'une manière connue organe d'obturation de lDinjecteur 17 afin que le carburant soit injecté dans la chambre de combustion du moteur. Du fait que la course à vide HL est égale à un multiple de la course de travail HNX le carburant refoulé vers l'injecteur est porté à la pression d'injection nécessaire par l'énergie cinétique emmagasinée par l'organe de pompage 19, 26s 27. L'injection est terminée lorsque, comme décrit ci-dessus, l'énergie qui, le commutateur de phase 56 étant fermé, a été fournie par l'intermédiaire de l'amplificateur de puissance 52 aux bobines d'entraînement 29 reliées à cet amplificateur, a été consommée. Avant le début de l'injection suivante, l'organe de pompage 199 26s 27 effectue la course d'aspiration ou de retour en ce que, sous effet du signal de sortie S2 du second étage basculant monostable 62, le commutateur de phase 57 est ferme, les trois bobines d'entraînement reliées à l'amplificateur de puissance 53 recevant leur énergie d'entraî- nement dans la direction inverse par l'intermédiaire du transformateur intercalaire 56. La durée de cette course d'admission est fonction de la charge et de la vitesse comme la course de compression et elle est commandée par l'inter- médiaire des entrées additionnelles 65 et 69 du second étage basculant monostable 62.La fin du signal de sortie S2 produit une réouverture du commutateur de phase 57 et actionne le troisième étage basculant monostable 63 > auquel cas la course de compression décrite ci-dessus commence en ce que le signal de sortie S3 ouvre le commutateur de phase 56. Du fait que les trois étages basculants monostables 61, 62, 63 sont branchés en série, l'étage monostable 61 détermine le début d'injection indirectement par la commande du début de la course d'admission à l'aide de son signal S1 qui excite l'étage basculant monostable 62. Bien entendu > l invention nrest pas limitée à exemple de réalisation ci-dessus décrit et repré senté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et autres modes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Dispositif d'injection de carburant pour moteur a' combustion interne, dans lequel la chambre de travail dgune pompe à piston alternatif entrainée électriquement est en communication avec la chambre de pression d'au moins un injecteur sollicité par ressort et actionné hydrauliquement et est reliée à une source de pression par l'intermédiaire d'une soupape d'admission, dispositif caractérisé en ce que l'organe de pompage mobile (19, 26, 27) de la pompe à piston alternatif (18) est entraîné par un moteur linéaire (28) à commande électronique. 20) Dispositif d'injection de carburant suivant la revendication 1, dans lequel la pompe à piston alternatif est associée à l'injecteur de façon à former un ensemble pompe-injecteur, dispositif caractérisé en ce que la pompe (18) comporte comme organe de pompage mobile un cylindre de pompage (19) en forme de fourreau qui est disposé de manière à coulisser longitudinalement autour d'un piston de pompage (21) relié rigidement au corps de pompe (16) et contient la chambre de travail (22) de la pompe qui est reliée par l'intermédiaire d'une partie du conduit de pression (23, 24) agencé sous forme d'un alésage longitudinal (23) du corps de pompe (21) et d'un conduit de pression (24) ménagé dans l'injecteur (17) à la chambre de pression (25) de l'injecteur (17). 30) Dispositif d'injection de carburant suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le moteur linéaire (28) comporte une série de bobines d'entraînement (29) logées dans le corps de pompe (16) et qui sont séparées l'une de l'autre par des plaques polaires (31) qui comportent des trous centraux (33) dans lesquels est montée une armature en fer doux (26) de manière à pouvoir coulisser longitudinalement, cette armature portant à l'intérieur le cylindre de pompage (19) agencé sous forme d'un fourreau en acier. 40) Dispositif d'injection de carburant suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'armature en fer doux (26) est entourée par un fourreau en cuivre (27). 50) Dispositif d'injection de carburant suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques polaires (31) comportent des fentes radiales (32). 60) Dispositif d'injection de carburant suivant 9 une quelconque des revendications 3 à 55 caractérisé en ce qu il est prévu suivant laxe longitudinal de l'organe de pompage se composant d-au moins un cylindre de pompage (19) et une armature en fer doux (26) des canaux longItudinaux (34) orientés parallèlement â l alésage de cylindre (35) et qui relient la chambre de travail (22) de la pompe à la source de pression (12) par l!intermédiaire de trous de distribution (36) servant de soupape deadmission et prévus dans la paroi du cylindre de pompage (19). 70) Dispositif dDinjection de carburant suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les canaux longitudinaux (34) relient entre eux deux volumes (37, 38) adjacents aux deux extrémités (19a, 19b) de l'organe de pompage (19, 26, 27). 80) Dispositif d'injection de carburant suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les trous de distribution (36) présentent, dans lsune des positions limites du cylindre de pompage (19) après la course d'admission une distance par rapport à un côté frontal (39), formant une arête de distribution pour la soupape d'admission (36), du piston de pompage (21), qui est telle queon obtient une course à vide (HL) qui est égale à un multiple de la course de travail maximale (HN). 90) Dispositif dfinjection de carburant suivant lqune.quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'une moitié des bobines d'entraînement (29) du moteur linéaire (28) sont reliées par l'intermédiaire d'un amplificateur de puissance (51) à un oscillateur (53) tandis que l'autre moitié des bobines d'entraînement (29) reçoivent, par 15intermédiaire deun second amplificateur de puissance (52) et d'un transformateur intercalaire (58)y leur énergie dentraî- nement produite par lioscillateur (53) dans le cas d'une course de compression ou diaspiration par l'intermédiaire d'un premier déphaseur (54j et d'un premier commutateur de phase (56) ou bien par 1 intermédiaire dun second déphaseur (55) et d'un second commutateur de phase (57), en ce que le premier interrupteur de phase (56) reçoit son impulsion de commande à partir dgun des signaux de sortie (53) de trois étages basculants monostables (61, 629 63) branchés en série9 en ce que le second commutateur de phase (57) reçoit pour la course d'admission son impulsion de commande à partir du signal de sortie (S2) du second étage basculant monostable (62)l en ce que le premier étage basculant monostable (61) est relié à un générateur d'impulsions (59) et en ce que les trois étages basculants monostables (61, 62, 63) comportent des entrées additionnelles (64, 65, 66) commandées en fonction de la charge par une pédale d'accélérateur (74) et les entrées additionnelles (67, 69S 71) commandées en fonction de la vitesse par l'intermédiaire d'un circuit de réglage de vitesse de ralenti et de vitesse limite (68, 72).