Brevet FR2392235A1 — publié le 19781222

L'invention concerne une installation pour régler le rapport des débits air/carburant mélange de fonctionnement à introduire dans les chambres de combustion dtun moteur a' combustion interne, comportant un appareil de mesure pour mesurer le débit d'air frais aspiré, un appareil de mesure pour mesurer le débit de carburant amené et un dispositif comparateur pour comparer les deux débits ainsi mesurés, dont l'un ou l'autre peut subir une modification correctrice au moyen d'un dispositif de réglage en fonction de l'écart que présente le résultat de la comparaison par rapport à une valeur prescrite. Dans une installation connue de ce genre, le débit d'air aspiré et le débit de carburant dosé sont mesurés chacun au moyen d'un appareil à dilatation thermique. Cet appareil fait partie d'un circuit de montage électrique en pont, dont la tension diagonale est captée par un amplificateur différentiel, et les écarts qui se présentent pour la tension moyenne des branches du pont sont, une fois amplifiés, amenés à un électro-aimant de réglage. Cet électro-aimant permet d'actionner un clapet d'étran- glement dans la tubulure d'aspiration du moteur a' combustion interne et de rectifier ainsi le débit de l'air d'admission. Cette installation est relativement compliquée et coûteuse et sujette à des perturbations aussi bien en ce qui concerne la mesure, que la précision de réglage. I1 est connu, en outre, de détecter le débit d'air aspiré à l'aide d'une pression différentielle sur un Venturi prévu dans la tubulure d'aspiration ainsi que le débit de carburant introduit, à l'aide de la baisse de pression survenant à l'endroit d'un étranglement de mesure, avec une pression d'injection de carburant commandée de façon constante, et de comparer l'une à l'autre les quatre valeurs de pression dans une soupape commune à pression différentielle à double effet. En fonction du résultat de la comparaison de la pression différentielle provenant de la baisse de pression du carburant avec la pression différentielle au Venturi, on regle un orifice de dosage prévu dans le conduit de circulation du carburant en amont de l'étranglement de mesure et l'on modifie ainsi le débit dosé de carburant. Cet agencement ne convient que pour une amenée de carburant sous basse pression dans la tubulure d'aspiration d'un moteur à combustion interne comprimant le mélange. L'agencement en question présente l'inconvénient qu'afin d'éviter des répercussions sur le fonctionnement de la soupape à pression différentielle et ainsi sur la précision du dosage, on est obligé de maintenir constante la pression du carburant aussi bien en amont de l'orifice de dosage, qu'en aval de l'étranglement de mesure. Cet inconvénient est particulièrement sérieux pour les répercussions de la pression de la tubulure d'admission sur la pression en aval de ltétranglement de mesure. Les fortes dépressions qui se produisent, en aval du clapet d'étranglement, dans la tubulure d'admission, peuvent influer sur l'action d'une simple soupape de manoeuvre sous pression et perturber ainsi également le fonctionnement de la soupape a pression différen- tielle.Afin dvéliminer de telles répercussions, il est nécessaire à cet effet de prévoir une soupape de commande sous pression très compliquée et comateuse. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients mentionnés précédemment et concerne à cet effet une installation du type cindessusn caractérisée en ce que dans la tubulure d'aspiration d'air aussi bien que dans le conduit d'amenée de carburant alimenté en carburant sous pression constante et menant & un dispositif de dosage du carburant, il est prévu un rétrécissement de diamètre et l'action des pressions différentielles qui s'y produisent s'exerce pour leur comparaison sur une soupape à pression différentielle, dont l'organe de réglage permet de commander un orifice de sortie d'un conduit de décharge partant d'une source de pression constant2 et dans lequel, en amont d'un étranglement d'évacuation, se forme une pression de commande, en fonction de laquelle le débit de carburant dosé ou le débit d'air frais aspiré peut etre modifié au moyen d'un dispositif de réglage. Une telle installation présente visuà-vis des solutions connues l'avantage dtun agencement plus simple et moins sujet aux perturbations, ainsi que lravantage de multiples possibilités d'application. Grace à la pression de commande obtenue, comme valeur de commande, sans répercussion sur le fonctionnement de la soupape à pression différentielle et sur la pression différentielle à l'endroit du rétrécissement de diamètre prévu dans le conduit d'amenée du carburant, on obtient les possibilités les plus diverses d'une intervention pour corriger une grandeur perturbatrice qui se présenterait arbitrairement. En particulier, on peut réaliser des fonctions de commande sans répercussion en ne faisant qu'rappel à volonté à des forces de réglage, éventuellement à l'aide d'appareils d'amplification. De ce fait, l'installation convient particuliè- rement aussi pour son utilisation aux fins de commande et de réglage des proportions de débits des matières de fonctionnement, telles que carburant, air ou retours de gaz d'échappement intervenant dans le mélange dé fonctionnement pour moteurs Diesel. Une telle installation permet toujours d'obtenir un rapport déterminé entre carburant et agent d'oxydation (air), afin que, à titre d'exemple entre autres, la limite de production de fumée dans un moteur Diesel ne se trouve pas dépassée. Des moyens qui seront exposés plus loin permettent une amélioration et un mode d'agencement avantageux de l'installation telle que définie ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés représentant deux exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 montre un premier exemple de réalisation avec réglage à volonté du débit de carburant et correction du débit d'injection maximal de carburant à l'aide d'un dispositif de réglage monté sur la pompe d'injection - la figure 2 montre l'allure des courbes caractéristiques qui s'obtiennent avec l'installation de la figure 1 - la figure 3 montre un second exemple de réalisation avec réglage à volonté du débit d'injection de carburant et des quantités ajoutées d'air ou de gaz d'échappement en retour. Dans l'installation de réglage de la figure 1, on a représenté de façon simplifiée un moteur a' combustion interne 1 pourvu d'une tubulure collectrice des gaz d'échappement 2 et d'une tubulure d'aspiration de l'air 3, comportant un filtre 5 pour l'air d'admission. Sur le côté aspiration de ce filtre 5 est monté un tronçon de tube 6 pourvu d'un rétrécissement de Venturi 7. Le moteur à combustion interne est alimenté en carburant de façon usuelle par une pompe d'injection de carburant 9, entrainée en synchronisme à partir du moteur. Cette pompe comporte un régulateur 12 ainsi qu'un levier de réglage 10, servant à actionner un organe de réglage de débit 11, qui est la t-ige de réglage de la pompe d'injection en ligne représentée ici. La pompe d'injection de carburant est alimentée en carburant par une pompe de circulation 17, prenant le carburant à partir d'un réservoir 16, et par l'intermédiaire d'un conduit d'amenée 14. Afin de réaliser une pression de circulation cons- tante, on a prévus partant du coté refoulement de la pompe 17, par l'intermédiaire d'unie soupape de commande sous pression 18, un conduit de décharge. Conformément à un agencement particulier, on a prévu dans le conduit d'amenée du carburant 14 un rétrécissement de diamètre 20, c'est-a-dare un étranglement. En amont de cet étranglement, un conduit sous pression 21 mène à une première chambre 22 d'une soupape à pression différentielle 23. Dans le bottier de cette soupape, on a enserré étroitement trois membranes de réglage disposées parallelement l'une à l'autre et qui enferment entre elles et avec le bottier quatre chambres distinctes. La première chambre 22 est délimitée par le bottier et une premier membrane de réglage 25, présentant une surface d'action A. La deuxième chambre 26 contiguë à la première membrane de réglage 25 est délimitée en outre par le bottier et une deuxième membrane de réglage 27, qui présente la surface d'action B sensiblement plus importante. Sur l'autre face de la deuxième membrane 27 se situe la troisième chambre 28, délimitée sur son autre face par une troisième membrane de réglage 29, présentant la surface action A de meme dimension que celle présentée par la membrane 25. De l'autre côté de la membrane 29, la quatrième chambre 30 se trouve enfermée dans le bottier de la soupape 23. Les trois membranes de réglage sont reliées entre elles par un organe d'accouplement 32 qui, sur la face contiguë a' la première chambre 22, est soumis à l'action d'un ressort de compression 33 ayant son appui sur le bottier ; ce ressort 33 tend à pousser organe deaccouplement 32, par sa partie pénétrant dans la quatrième chambre 30, sur ltorifice d'évacuation 34 d'un conduit de décharge 35 partant de la quatrième chambre 30. Cette quatrième chambre 30 est reliée, par l'inter médiaire d'un conduit sous pression 37s au conduit d'amenée de carburant 14 en aval de lgétranglement 20. La deuxième chambre 26 est reliée, par un conduit sous pression 38, à l'air soumis à la pression atmosphérique en amont du Venturi 7s tandis que la troisième chambre 28 est reliée, par un conduit sous pression 39, à la section transversal la plus étroite du Venturi. Le conduit de décharge 35 mène, en passant par un étranglement d'évacuation 41, au réservoir de carburant 16 et est relié, en amont de cet étranglement 41, à un conduit de liaison 43 menant lui-meme a la chambre due travail 44 d'un dispos sitif de réglage 45 monté sur la pompe d'injection 9.Ce dispositif de réglage est représenté par un servomoteur hydraulique, dont la chambre de travail 44 est formée par une membrane de réglage 46 enserrée de façon fixe ; cette membrane peut se depla- cer contre l'action d'un ressort de compression 48 et, dans cette direction, agit sur la tige de réglage 11 dans le sens d'une diminution du débit de la pompe d'injection, L'installation ainsi décrite permet alors d'amener le débit de carburant injecté dans une proportion désirée par rapport au débit de l'air aspiré. Avec une pompe d'injection sans balayage, le débit de carburant introduit par le conduit d'amenée 14, dans la pompe d'injection correspond au débit de carburant injecté effectivement.La baisse de pression à l'endroit de l'étranglement 20, à partir d'une pression de circulation cons- tante, constitue une mesure pour le débit de carburant qui y passe. De la meme façon, comme on le sait, la différence de pression entre la pression atmosphérique et la pression régnant dans la portion la plus étroite dun Venturi constitue une mesure pour le débit d'air qui y circule. Ces pressions sont alors amenées à la soupape à pression différentielle 23 et, chaque ois, sont formées ainsi les différences. A partir des pressions régnant dans la première chambre 22 et dans la quatrième chambre 30, il se produit une force résultante qui s'oppose à la force du ressort de compression 33. En revanche, il s'établit sur la deuxième membrane de réglage 27 une force résultante agissant en sens inverse pour une marche normale du moteur à combustion interne. Grâce au choix du rapport des surfaces d'action A et B l'une par rapport à l'autre, on peut obtenir un rapport désiré (x) entre le débit d'air aspiré et le débit de carburant injecté, lorsque l'organe de liaison des membranes stappliquant aux trois membranes de réglage 25, 27 et 29 est dans une position moyenne correspondant â l'équilibre des forces. Un écart par rapport à cette position moyenne a pour effet de modifier l'ouverture de sortie 34, ce qui à son tour entraine une modification du débit de carburant sortant. En fonction du flux de carburant ainsi modifié, il s'établit en amont de l'étranglement 41 une pression de commande variable, qui agit, par lintemédiaire du conduit de liaison 43, dans la chambre de travail 44.Cette pression de commande provoque une déviation de la membrane de réglage 46 jusqutà ce que s'établisse un équilibre des forces avec le ressort de compression 48. il s'ensuit que dans le cas d'un excès en carburant inJecté, la tige de réglage 11 se trouve déplacée dans le sens d'un débit moindre jusqu ce que, sous l'effet du débit de carburant ainsi diminué circulant dans le conduit d'amenée 14 pour aller a la pompe d'injection, la pression différentielle se soit modifiée a l'eiidroit de l'étranglement 20, suffisamment pour que l'organe d'accouplement 32 zeliant les membranes reprenne sa position moyenne et que, par suite, l'ouverture de sortie 34 se trouve diminuée dtautant. Dans cette position, il s'établit en amont de l'étranglement 41, c'est-à-dire dans la chambre de travail 44, une pression de commande correspondant à la moyenne. Le ressort de compression 33 prévu dans la première chambre 22 - dans l'exemple de réalisation représenté - permet d'obtenir une allure du genre hyperbolique de la courbe caractéristique à pleine charges c'est-à-dire de la courbe caractéristique de A , par rapport au débit d'air comme aussi bien de carburant. Suivant que le ressort de compression est monté dans la première chambre ou bien dans la quatrième chambre 30, le rapport à établir air/carburant ( A ) augmente ou diminue lorsque le débit s'accroit. Sur la figure 2 on a représenté par la ligne caractéristique a l'allure de A par rapport au débit dans le cas de l'absence du ressort de compression 33. On obtient la courbe b avec un A devenant moindre au fur et à mesure d'un accroissement de débit lorsque le ressort 33 est monté dans la quatrième chambre, tandis qu'on obtient la courbe c lorsqu'on monte le ressort dans la première chambre 22. La valeur de commande produite à l'aide de la soupape à pression différentielle 23 peut servir en principe, avec une adaptation appropriée, à toute forme de réglage correctif. En outreS le déplacement de réglage de Organe d'accou plement 32 pourrait être transformé directement en une valeur de réglage électrique actionnant, avec une amplification appropriée, un servomoteur, La disposition représentée ici permet avantageusement de moduler la pression de circulation du carburant, qui existe déjà dans une installation d'injection, sous la forme d'une pression de commande servant à assurer le réglage correctif. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 3 montre une autre possibilité d'effectuer un réglage correctif à l'aide de la pression de commande obtenue. Cette forme de réalisation est, pour l'essentiel, agencée de la même manière que l'exemple de réalisation de la figure 1. Ce qui lten diffe- rencie, c'est qu'il est prévu, à partir de la tubulure collectrice des gaz dçéchappement 2 du moteur à combustion interne 1, un conduit de retour 50 pour les gaz d'échappement débouchant en amont du moteur perpendiculairement dans la tubulure d1aspi- ration d'air 3.Celle-ci, munie également d'un Venturi 7 et d'un filtre à air 5, comporte en aval de ce filtre 5 un clapet d'étranglement 52, dont la partie située en aval, pour une position entièrement ouverte du clapet 52, vient obturer l'embouchure 53 pénétrant jusqu'au milieu de la tubulure d'aspiration 3 - du conduit de retour 50 des gaz d'échappement. Ltaxe 54 du clapet d'étranglement 52 est relié par une tringle 55 au piston de travail 56 d'un servomoteur hydraulique 57. Le piston 56 est sollicité d'un cgté par un ressort de compression 58 et délimite de l'autre côté une chambre de travail 60. Dans cette chambre 60 débouche, comme dans le premier exemple de réalisation, le conduit de liaison 43, grâce auquei la pression de commande qui se forme en amont de lsétranglement dtévacuation 41 est conduite dans la chambre 60. La soupape à pression différentielle 23 présente le même agencement que dans exemple de la figure 1, de sorte qu'il suffit de se référer à ce sujet à la description donnée plus haut. Le moteur à combustion interne est, ici aussi, alimenté en carburant par la pompe d'injection 9, dont le levier de réglage 10 peut être actionné à l'aide d'une pédale 62s le carburant étant introduit dans cette pompe par le conduit d'amenée 14.Comme aussi dans le premier exemple de réalisation, il s1 agit pour cette pompe d'un type pour lequel il nty a pas de débit de balayage de carburant qui soit amené par la pompe. Par suite, la quantité de carburant introduit par le conduit d'amenée 14 est exactement la même que celle qui est injectée dans les chambres de combustion du moteur L'installation fonctionne comme suit partant d'une position d'équilibre, sous l'effet d'une montée de la pression de commande qui est à attribuer a' une diminution relative du débit d'air aspiré, le piston de travail 56 se trouve déplacé contre l'action du ressort 58, ce qui provoque un pivotement du clapet d'étranglement dans le sens de l'ouverture. il s'ensuit qu'il se produit alors un accroissement d'air frais et une quan tité moindre de gaz d'échappement en retour pour ltaspiratlon. En conséquence, sous l'effet des rapports de pression qui se modifient au Venturi, la soupape a' pression différentielle 23 se trouve ramenée dans sa position préférentielle. Cette instal lation permet avantageusement, outre qu'elle assure un ?k désiré, d'amener encore aussi un débit de retour de gaz d'échappement au moteur a' combustion interne. Ainsi, lors de la marche à pleine charge, le retour de gaz d'échappement se trouve complètement interrompu du fait que l'embouchure 53 est alors fermée. Alors que dans le premier exemple de réalisation le débit d'injection a été d'abord réglé à volonté et a été corrigé à nouveau lors d'un écart par rapport à un h désiré, dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la correction s'effectue par adaptation du débir d'air. En principe, avec un agencement approprié, on a la possibilité de procéder à des corrections aussi bien avec la valeur introduite qu'avec la valeur réglée à volonté. REVENDICATICNS 1) installation pour régler le rapport des débits air/carburant du mélange de fonctionnement à introduire dans les chambres de combustion dgun moteur combustion interne, comportant un appareil de mesure pour mesurer le débit d'air frais aspiré, un appareil de mesure pour mesurer le débit. de carburant amené et un dispositif comparateur pour comparer les deux débits ainsi mesurés, dont l'un ou l'autre peut subir une modification correctrice au moyen d'un dispositif de réglage en fonction de l'écart que présente le résultat de la comparaison par rapport à une valeur prescrite, installation caractérisée en ce que, dans la tubulure d'aspiration d'air (3, 6) aussi bien que dans le conduit amenée de carburant (14) alimenté en carburant sous pression constante et menant à un dispositif de dosage du carburant (9) > il est prévu un rétrécissement de diamètre (7, 20) et l'action des pressions différentielles qui s'y produisent s'exerce pour leur comparaison sur une soupape à pression différentielle (23) > dont l'organe de réglage (32) permet de commander un orifice de sortie (34) d'un conduit de décharge (35) partant d'une source de pression constante et dans lequel, en amont d'un étranglement d'évacuation (41), se forme une pression de commande, en fonction de laquelle le débit de carburant dosé ou le débit d'air frais aspiré peut être modifié au moyen d'un dispositif de réglage (45 > 57). 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que, sous l'effet des pressions s'exerçant sur les rétrécissements de diamètre (7, 20) peut être sollicitée chacune des chambres (22, 26, 28, 30) d'une soupape a' pression différentielle (23) à quatre chambres fonctionnant à double effet, les organes de réglage (25, 279 29) de cette soupape étant reliés ensemble au moyen d'un organe d'accouplement (32). 3) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le conduit de décharge (35) part de la quatrième chambre (30) de la soupape à pression différentielle, qui est reliée au conduit d'amenée (14) du carburant en amont du rétrécissement de diamètre (20), le conduit de décharge (35) étant relié, en amont de l'étranglement d'évacuation (41), à une chambre de travail (44, 60) du dispositif de réglage (45, 57). 4) Installation selon l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la soupape à pression différentielle comporte ur organe de réglage constitué par trois membranes de réglage (25, 27, 29) disposées parallèlement l'une à l'autre et enfermant entre elles et le boîtier de la soupape (23) quatre chambres (22, 26 28, 30), ces trois membranes de réglage pouvant subir ensemble en sens contraire l'effet des pressions différentielles qui se présentent chaque fois à l'endroit des rétrécissements de diamètre et l'une des membranes se situant à lfextérieur (25 ou 29) étant soumise à l'action d'un ressort (33). 5) Installation selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisée en ce qu'il est prévu, dans la tubulure dvaspiration d'airs comme rétrécissement ae diamètre, un Venturi (7) et les chambres correspondant l'une à l'autre (26, 28) de la soupape a pression difwérentïelle sont reliées à la tubulure d'aspiration en amont du Venturi (7) et à la section transversale la plus étroite du Venturi. 6) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le rétrécissement de diamètre (20) dans le conduit d'amenée (14) du carburant est constitué par un organe détranglement réglable. 7) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 a' 6, caractérisée en ce que le dispositif de réglage est constitué par un servomoteur hydraulique (45, 57), dont l'organe de réglage (46, 56) agit, contre l'action d'un ressort (48, 58) sur un organe de réglage de débit (11, 52). 8) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le dispositif de réglage est constitué par un servomoteur hydraulique (57), dont organe de réglage (56) agiT, contre action d'un ressort (58), sur un dispositif permettant de régler un clapet d'étranglement (52) monté dans la tubulure dsaspiratlon (3). 9) Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que, en aval du clapet d'étranglement prévu dans la tubulure d'aspiration, pénètre dans celle-ci un conduit de retour des gaz d'échappement, dont l'embouchure (53) peut etre complètement obturée par le clapet d'étranglement dans la position toute ouverte de celu-ci. 108 Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le Venturi (7) est monté sous forme de tronçon de tube (68 sur la tubulure d'aspiration (3) en amont du filtre à air d'aspiration (5).