Brevet FR2456221A1 — publié le 19801205

La présente invention est relative aux systèmes d'injection de combustible pour moteurs à combustion interne de grande puissance celle elle concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, parmi ces systèmes, ceux destinés à l'injection de combustible dans des générateurs à pistons libres de grande puissance, notamment les générateurs à pistons libres dits "multitandem". On connait des systèmes d'injection de combustible à accumulation dans lesquels une pompe doseuse refoule, à chacune de ses courses de refoulement, du combustible dans un accumulateur sous pression d'ou le combustible accumulé arrive, au moment voulu, à un injecteur ou à des injecteurs. L'accumulateur permet d'injecter dans un cylindre ou des cylindres moteurs le volume de combustible nécessaire en une durée très brève à un instant bien déterminé, voisin de celui où le piston du cylindre passe au point mort interne. I1 est nécessaire de fixer de façon précise la quantité de combustible injectée sous pression très élevée tsupé- rieure à celle qui règne dans le cylindre moteur à l'instant de l'injection) en fonction de la charge et de la Vitesse du moteur. Dans les systèmes ci-dessus définis d'injection de combustible à accumulation, le volume de combustible refoulé vers 1 'injec- teur ou les injecteurs est fixé par la pompe doseuse qui envoie à l'accumulateur sous pression la quantité de combustible que l'accumulateur refoule ultérieurement vers l'injecteur ou les injecteurs. Cette solution donne des résultats satisfaisants dans le cas des moteurs Diesel, dans lesquels les cylindres sont successivement alimentés, et dans les générateurs à pistons libres de puissance modérée. Mais elle présente de graves inconvénients dans le cas des générateurs à pistons libres à très grande puissance, notamment multi-tandem, car il faut alimenter les injecteurs de plusieurs cylindres moteurs à la fois et donc accumuler un volume de combustible éleVé, Or, les pompes doseuses existantes ne permettent pas à chaque course de fournir le volume nécessaire et la construction de pompes plus largement dimensionnées se heurts à des difficultés importantes, I1 faut mettre en parallèle plusieurs pompes doseuses alimentant un meme accumulateur, La multiplication du nombre des pompes doseuses se traduit par une augmentation de prix très considérable de l'installation et il est LJVLL difficile de faire fonctionner des pompes doseuses en parfait synchronisme. Par ailleurs, un système d'injection à accumulation n'est pratiquement utilisable qu'avec du combustible de viscosité modérée, tel que le FOD (fuel domestique3. Or, une exploitation rentable de moteurs de grande puissance, et notamment de générateurs à pistons libres, impose l'utilisation de combustible économique, tel que le FO2 (fuel lourd nO 2) qui ne peut circuler dans des pompes volumétriques que lorsqu'il est porté à température élevée, supérieure à 1000C. La présente invention vise à fournir un système d'injection de combustible utilisable notamment dans un générateur à pistons libres de grande puissance, répondant mieux que les systèmes antérieurs aux exigences de la pratique, en particulier en rendant possible l'utilisation de combustible liquide lourd. Dans ce but, l'invention propose notamment une pompe d'injec tion de système d'injection de combustible pour moteur à combustion interne, qui comprend, dans un boitier, un piston moteur déplaçable d'une position de repos, ajustable pour régler la quantité de combustible injectée par cycle dans le moteur, à une position de refoulement maximum fixe, sous l'action de la pression d'un liquide hydraulique dans une chambre ménagée dans le boitier, le piston moteur provoquant, par ce déplacement, le refoulement de combustible d'une chambre de dosage,alimentée par une pompe, vers au moins un injecteur par l'intermédiaire d'un clapet de refoulement, et des moyens pour faire alterna tivement régner, dans la chambre de commande d'injection, une pression de liquide hydraulique supérieure à celle fournie par la pompe de combustible et une pression faible;; La pompe d'inJection peut être placée à proximité immédiate des injecteurs qu'elle alimente, ce qui élimine les problèmes liés à la viscosité des combustibles liquides lourds, L'alimentation de la pompe d'injection en combustible peut s'effectuer par des pompes classiques, à l'exclusion de toute pompe volumétrique qui tolèrerait royal du combustible de viscosité élevée. Le fonctionnement de plusieurs pompes d'injection peut être aisément synchronisé, un même dispositif de commande d'injection pouvant être associé à plusieurs pompes appartenant à un même système. Un tel système d'injection se prête bien à l'alimentation en combustible d'un générateur à pistons libres du type dit "multi-tandem" permettant d'atteindre une puissance élevée. On pourra se reporter à des brevets antérieurs du demandeur, par exemple au brevet américain nO 3 669 571 et au brevet français nO 78 19340 pour trouver des exemples de réalisation de tels générateurs. Par ailleurs, le système présente l'avantage que les circuits de circulation de combustible et de fluide hydraulique de commande sont complètement séparés. Les fuites à partir de l'un des circuits peuvent être collectées de façon qu'elles ne puissent atteindre l'autre -circuit et que le combustible ne puisse polluer le fluide hydraulique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un système qui en constitue un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 montre un schéma d'ensemble du dispositif, la pompe d'injection étant représentée en coupe suivant son axe, les pièces occupant la position de repos tc'est-à-dire en dehors des périodes d'injection) - la figure 2est une vue en coupe simplifiée, à grande échelle, du tiroir et de la chemise de commande d'injection de la pompe d'injection montrée en figure 1, le tiroir étant cette fois dans la position qu'il occupe au cours de l'injection. On supposera que le système est destiné à alimenter un générateur à pistons libres multi-tandem, comprenant par exemple huit moteurs dont les injecteurs (trois par cylindre par exemple) doivent recevoir en meme temps le volume de combustible nécessaire au cours d'un cycle de fonctionnement. Le système comportera alors plusieurs ensembles distincts ayant chacun la constitution montrée en figure 1. L'organe essentiel de cet ensemble est constitué par une pompe d'injection 10, qui alimente les injecteurs (dont un seul, 11, est représenté) de deux cylindres moteurs. La pompe d'injection 10 comporte un boitier épais, en plusieurs pièces assemblées, de forme allongée. On peut regarder la pompe comme constituée de trois étages qui seront successivement décrits; le premier est destiné à l'alimentation et au dosage du combustible, le second à la fourniture de puissance requise pour l'injection, le troisième au réglage de la quantité de combustible envoyée par cycle aux injecteurs. L'étage d'alimentation et de dosage est inséré dans le circuit de combustible qui comprend, à partir d' un réser- voir 12, une pompe d'alimentation à- moyenne pression 13 (20 bars par exemple), un filtre 14, un compartiment ménagé dans le boitier de la pompe et un conduit de retour vers le réservoir 12, muni d'un clapet de tarage de pression 16, Le compartiment 15, fermé à sa partie supérieure par un corps de distribution 17 fixé au boîtier, contient une chemise 16 dans laquelle coulisse un piston doseur 19. La fractien du compartiment 15 qui entoure la chemise 18 constitue une chambre de circulation 21 qui permet de chauffer la chemise 18, puis le piston doseur 19, en vue du fonctionnement au combustible lourd. Le piston doseur 19 et la chemise 18 délimitent une chambre de dosage 2Q qui communique, avec la partie haute de la chambre de circulation 21, par un clapet antieretour d'admission 22. Elle-communique également,avec des passages 23 ménagés dans le corps de distribution 17 et reliés aux injecteurs. par l'intermédiaire d'un clapet de refoulement 24 repoussé vers sa position de fermeture par un ressort de rappel maintenu par un bouchon 25 fixé par des moyens non représentés, L'étage de puissance, qui constitue l'étage médian de la pompe, est séparé de l'étage d'alimentation par une chambre 26 de récupération des fuites de combustible, limitée par le boîtier, la chemise 16 de piston doseur , et une chemise de piston moteur 27 en plusieurs pièces, appartenant à l'étage de puissance.Cet étage comporte encore un piston mateur 28 placé dans le prolongement du piston doseur 19 et monté dans la chemise 27 de façon à pouvoir coulisser vers le bas depuis une position de butée, dans laquelle la tête 29 du piston moteur s'appuie sur la chemise 27 L'étage de puissance comporte encore une chemise de tiroir 30 fixée au boîtier et dans laquelle coulisse un tiroir 31 de commande d'injection, montré sur la figure 1 en position de repos. La chemise 30 du tiroir comporte plusieurs chambrages dont la mise en communication est commandée par les déplacements du tiroir 31. Un chambrage 32 d'admission de fluide moteur est ménagé à la partie basse de la chemise de façon à être obturé par un premier renflement 33 du tiroir lorsque celui-ci est en position de repos (figure 1) Il est relié en permanence, par une conduite 34, à une pompe haute pression 35, à 500 bars par exemple, dont la pression de refoulement est maintenue à une valeur constante par une soupape tarée 36. La pompe aspire un liquide hydraulique, de viscosité très inférieure à celle du combustible, dans un réservoir 37 Un accumulateur hydraupneumatique 36 branché sur la conduite 34 permet de disposer d'une réserve de puissance. Plusieurs accumulateurs peuvent d'ailleurs être répartis au long dela conduite. Un chambrage de commande d'injection 39 est ménagé dans la chemise 30 à un emplacement tel que, lorsque le tiroir 31 est en position de repos, il se trouve placé face à une gorge 40 ménagée dans le tiroir et reliée en permanence, par un trou percé dans le tiroir, à un compartiment terminal 41. Le chambrage 39 est relié à une tubulure d'un dispositif de commande d'injection 42 qui permet de le relier à la conduite 34 et de l'en séparer. Le compartiment 41 communique en permanence, par l'intermédiaire d'un orifice calibré 43, avec une conduite de retour 44. Un autre chambrage encore, 45, qu'on peut qualifier de chambrage de décharge, est relié en permanence, par une conduite 46,munie d'un accumulateur 47 destiné à amortir les coups de bélier, et par une soupape tarée 48, au réservoir de liquide hydraulique 37. Enfin, un dernier chambrage 61, relié à un compartiment 60 entourant la partie basse du piston moteur 28, communique avec le chambrage 45 lorsque le tiroir est en position de repos. Il en est séparé par une collerette 59 portée par le tiroir, lorsque celui-ci descend sous l'action du dispositif de commande [figure 2). L'étage de réglage comprend une tige poussoir 49 qui coulisse de façon étanche dans une douille 50 qui sépare les deux étages inférieurs. La tige 49 est solidaire d'un piston 51 de servo-moteur de réglage, qui joue un rôle analogue à celui de la crémaillère d'une pompe classique et coulisse dans un cylindre 52. La face inférieure du piston 51, la paroi latérale du cylindre 52 et un fond 53 délimitent un compartiment qu'un actuateur 54 permet de relier soit à une pompe 55 à moyenne pression (70 bars par exemple), soit à un conduit 56 de décharge au réservoir 37. Le fond 53 porte un capteur de position 57, par exemple électro-magnétique, fournissant un signal d'entrée à une élec tronique 56 commandant l'actuateur 54. Le capteur fournit une indication sur le réglage du "cran", ce mot étant utilisé par analogie avec une commande par crémaillère, Le fonctionnement du système est le suivant. Lors de la mise en route, on utilise du combustible léger, tel que du FOD, les pièces étant froides. Le combustible envoyé par la pompe 13 traverse la chambre de circulation 21 et pénètre dans la chambre de dosage 20. La pression du combus tible maintient les pistons 19 et 21 enfoncés et en butée contre la tige 49. La position de celle-ci est déterminée par le piston 51, réglé par l'actuateur 54, Celui-ci est commandé par l'électronique 58 qui reçoit, d'une part, un signal représentatif de la quantité de combustible à injecter par cycle, d'autre part, un signal représentant la position du piston 51 et du capteur 57. Lorsque les pistons moteurs des cylindres à alimenter arrivent en fin de course de compression (c'est-à-dire au point mort interne), un ordre est envoyé au dispositif de commande d'injection 42, Ce dispositif peut être constitué par une soupape qu'une liaison cinématique à roue dentée et crémaillère avec les équipages mobiles du générateur ouvre en fin de course de compression. Le dispositif 42 alimente alors en liquide hydraulique filtré sous haute pression (500 bars par exemple), le compartiment 41, par l'intermédiaire du chambrage 39 et de la gorge 40. Le tiroir 31 est repoussé vers le bas et vient dans la position montrée en figure 2. Le liquide hydraulique à haute pression peut alors passer du chambrage 32, découvert par la partie renflée 33, à la chambre 60.Le fluide hydraulique refoule alors vers le haut le piston moteur 28 et le piston doseur 19 qui envoie le combustible contenu dans la chambre de dosage 20 vers les injecteurs à travers le clapet de refoulement 24. Lorsque la soupape du dispositif de commande d'injection 42 se referme, l'orifice calibré 43 de décharge permanente fait retomber la pression qui règne dans le compartiment 41. Le tiroir 31 remonte, obture l'admission de liquide hydraulique et décomprime la chambre 60, L'accumulateur 47 limite les à-coups lors du retour vers le réservoir d'huile, la chambre 60 et le circuit de retour étant maintenus à une pression résiduelle, par exemple de 5 bars, par la soupape 48, notamment pour permettre le graissage permanent de la chemise 27 du piston moteur. Le réglage de la position du piston 51 du servo-moteur s'effectue de façon classique. L'actuateur 54, alimenté en huile à moyenne pression, agit par addition ou soustraction d'huile dans le servo-moteur qui limite la course de l'ensemble des pistons 28 et 19. Une fois le fonctionnement commencé et les pièces échauffées à une température de l'edre de 1200C, on peut passer au fonctionnement au combustible lourd Inversement, avant d'arrêter le système, on le fait fonctionner de nouveau au combustible léger pour éviter le gel de combustible dans la pompe et en aval de celle-ci, Les injecteurs peuvent être de type classique, préyus pour fonctionner par exemple sous 195 harts. L'invention ne se limite évidemment pas au mode particulier de réalisation qui a été représenté à titre d'exemple et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences. Il doit par ailleurs être entendu que le présent brevet couvre non seulement le système considéré dans son ensemble, mais également ses composants originaux et, en particulier, la pompe d'injection REVENDICATIONS 1. Pompe d'injection de système d'injection de combustible pour moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comprend, dans un boitier, un piston moteur(28)déplaçable d'une position de repos, ajustable pour régler la quantité de combustible injectée par cycle dans le moteur, à une position de refoulement maximum fixe, sous l'action de la pression d'un liquide hydraulique dans une chambre (60) ménagée dans le boîtier, le piston moteur (26) provoquant, par ce déplacement, le refoulement de combustible d'une chambre de dosage (20) alimentée par une pompe (13) vers au moins un injecteur (11) par l'intermédiaire d'un clapet de refoulement (24), et des moyens pour faire alternativement régner, dans la chambre de commande d'injection (60), une pression de liquide hydraulique supérieure à celle fournie par la pompe de combustible et une pression faible. 2. Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ledit piston moteur est disposé dans un étage de puissance et coopère par butée avec un piston doseur distinct t193 placé dans un étage d'alimentation parcouru par le combustible. 3. Pompe suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la position de repos du piston moteur est fixée par une tige de commande associée à un servo-moteur dont l'organe mobile est muni d'un capteur de position. 4. Pompe suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le servo-moteur est associé à un actuateur permettant d'y régler la pression entre une valeur faible et une valeur maximum, inférieure à la haute pression qui peut être établie dans la chambre de commande d'injection, la surface d'action de la pression sur l'organe mobile du servo-moteur étant supérieure à la surface d'action sur le piston moteur. 5. Pompe suivant la revendication 2 ou l'une quelconque des revendications qui en dépendent, caractérisée en ce que l'étage d'alimentation comprend une chemise dans laquelle coulisse le piston doseur et délimitant avec lui la chambre de dosage C2n3. et en ce que la chambre de circulation de combustible est ménagée entre la chemise 18 et le boîtier, la chambre de circulation communiquant avec la pompe d'alimentation en combustible, avec une conduite de retour munie d'un clapet taré, et avec la chambre de dosage (20) par l'intermédiaire d'un clapet d'admission, 6. Système d'injection du combustible pour générateur à pistons libres multi-tandem. caractérisé en ce que la pompe alimente les injecteurs de plusieurs cylindres.