Brevet FR2478205A1 — publié le 19810918

Dispositif d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne La présente invention concerne un dispositif d'injection de carburant pour un moteur a combustion interne dans lequel du carburant sous pression constante te provenant d'un accumulateur à haute pression peut etre amené par une première conduite sus pression à une première chambre sous pressions agissant dans le sens de la fermeture d'un piston de commande actionnant l'aiguille d'un injecteur ainsi que par un canal de carburant branché sur la première conduite sous pression à une chambre d'alimentation de l'aiguille -d'injecteur, et qui comporte en outre un circuit hydraulique de commande avec une soupape asservie actionnee par un générateur commandé en synchronisme avec le motCr cette soupape asservie étant reliée par son orifice d'arrivée à une conduite d'ale mentation conduisant un fluide sous pression constante, par son orifice de décharge a une conduite de retour ainsi que par un orifics de sortie à une seconde conduite sous pression aboutissant à une chambre sous pression du piston de commandes agissant dans le sens d'ouverture de l'injec teur, la soupape asservie commandant en outre une soupape de sécurité intercalée qui pénètre avec un élément obtu rateur dans le canal de carburant pour y interrompre la circulation du carburant et qui comporte un piston sous pression, ce dernier délimitant, à l'intérieur d'une cham bre destinée à le recevoir, une chambre sous pression de commande qui peut être reliée par la soupape asservie à la conduite d'alimentation ou à la conduite de retour par un canal de pression de commande pour l'actionnement de la soupape de sécurité ainsi qu'également à la seconde chambre de pression du piston de commande pour l'ouverture ou la fermeture de l'injecteur. Un dispositif d'injection de carburant de ce genre a été décrit dans une demande de brevet allemande (N029 22 332). Les avantages de ce dispositif d'injection de carburant résultent particulièrement de l'utilisation de soupape de sécurite intercalée par laquelle la conduite de carburant provenant d'un accumulateur à haute pression et aboutissant à une chambre d'alimentation de l'aiguille d'un injecteur peut être ouverte ou fermée périodiquement à la commande d'une soupape asservie. L'élément obturateur de la soupape de sécurité se ferme dans le sens de la circulation du carburant et s'ouvre contre la force du carburant qui arrive. Cette solution répond en principe à toutes les exigences de sécurité car même dans le cas d'un blocage de l'aiguille d'injecteur en position d'ouverture, la vidange de l'accumulateur à haute pression ainsi que l'injection incontrôlée du carburant dans la chambre de combustion sont évités et une arrivée de carburant même en présence de cette faute de fonctionnement n'est possible qu'à des instants d'injection commandés en synchronisme avec le moteur.Cette solution qui a fait ses preuves et qui a été appliquée mn pra Selon l'invention, ce résultat est obtenu grâce à un dispositif d'injection de carburant dans lequel l'élément obturateur de la soupape de sécurité intercalée est disposée à l'extrémité extérieure d'une tige de liaison du piston de pression, cette tige traversant la première conduite sous pression et comportant une surface de pression sur laquelle le combustible qui se trouve dans cette conduite applique en permanence une pression qui sert à l'ouverture de la soupape de sécurite et qui agit après le raccordement à la conduite de retour de la chambre de pression qui se trouve à l'autre extrémité du piston de pression. D'autres caractéristiques avantageuses de cette solution apparaîtront par la suite. En ce qui concerne la fermeture et l'ouverture du canal de carburant entre l'accumulateur à haute pression et la chambre d'alimentation de l'aiguille de l'injecteur, le dispositif d'injection de carburant selon l'invention remplit la même fonction de sécurité que la solution mentionnée au début, mais avec une soupape de sécurité intercalée qui, par rapport à cette solution, est d'une réalisation essentiellement plus simple, plus facile à fabriquer et à monter et qui, en raison de sa réalisation spéciale, permet également une simplification des autres pièces du dispositif d'injection, surtout en ce qui concerne l'injecteur. Dans l'ensemble, il est donc possible d'obtenir une réduction considérable du prix de la fabrication de sorte que la mise en oeuvre de cette solution convient particulièrement à une fabrication en série.Les quelques pièces mobiles du dispositif d'in jection de carburant selon l'invention sont en outre robustes et sont réalisées particulièrement pour l'utili sat.ion d'huile lourde de sorte que leur fonctionnement est assuré meme dans l'utilisation sur des moteurs Diesel de marine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se re- férant au dessin annexé sur lequel La Figure 1 est une coupe schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'injection de carburant selon l'invention, la Figure 2 représente des éléments d'un second mode de réalisation d'un dispositif d'injection de carburant du type de la Figure 1, et la Figure 3 représente des éléments d'un troi sième mode de réalisation d'un dispositif d'injection de carburant du type illustré par la Figure 2, Sur les Figures, les memes pièces ou éléments sont désignés par les mêmes référenees, La figure 1 représente donc un dispositif d'injection de . carburant de moteur à combustion interne dans lequel du carburant est amené sous pression contrôlée depuis un réservoir de carburant 1, au moyen d'une pompe de refoulement 2, à un accumulateur à haute pression 3, à partir duquel les dispositifs d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne, non représenté, sont alimentés en carburant sous pression constante. La figure I représente l'un de ces dispositifs d'injection de combustible qui sont tous réalisés de façon identique. Ce dispositif comporte un injecteur 4 constitué par un corps 5, une aiguille d'injecteur 6 sur laquelle agit un piston de commande 7. L'aiguille d'injecteur 6 est mobile axialement à l'intérieur du corps 5, dans un alésage 8 et elle comporte à son extrémité avant un élément obtu rateur 9 de forme conique qui coopère avec un siège 10 agencé en conséquence dans le corps 5 de manière à interrompre l'arrivée de carburant ou à laisser passer ce dernier pour l'injecter par des gicleurs il dans une chambre de combustion Le piston de commande 7 est constitué par une partie de piston 12 et une partie de piston 13 de plus grand diamètre et, de Meme que aiguille d'injecteur 6, il est mobile axialement dans un alésage agence en conséquence dans le corps 5 La première partie de pis ton 12 délame avec sa face frontale extérieure et conjointement avec des parties de parois de son alésage 14, une première chambre 15 sous pression tandis que la deu- xième partie de piston 13 délimite avec sa surface fron- tale voisine de l'aiguille injecteur 6, et conjointement avec des parties de parois de son alésage 16, une se- conte chambre 17 sous pression. La première chambre sous pression 15 est reliée par une première conduite sous pression 18 à l'accumulateur à haute pression 3, et elle reçoit en permanence de ce dernier du carburant sous pression constante de sorte que, dans la chambre sous pression 15, est établie en permanence une pression déterminée, agis- sant dans le sens de la fermeture de l'injecteur. Néanmoins, la surface de la partie de piston 12 agissant dans le sens de la fermeture est plus petite que la surface de la partie de pluton 13 du piston de commande 7 agissant dans le sens de l'ouverture de l'injecteur.A partir de la première conduite sous pression 18. part à l'intérieur du corps 5 un canal Se carburant 19 qui débouche dans une chambre d'alimentation 20de l'aiguille d'injecteur 6. Le canal de carburant 19 et par conséquent le passage de carburant de l'accumulateur à haute pression par la première conduite sous pression 18 vers la chambre d'alimentation 20 de l'aiguille d'injecteur 6 peut être fermé ou ouvert par une soupape de sécurité 21 intercalée. La soupape de sécurité 21 pénètre avec un élément obturateur 22 dans le canal de carburant 19 interrompant la circulation de carburant dans ce dernier.Dans le mode de réalisation représenté l'élément obturateur 22 consiste en un cone de soupape 23 qui coopère avec un siège 24 de surface conique agencée en conséquence et formée sur le canal 19, ce cône étant prévu à l'extrémité intérieure d'une tige de liaison 25 aboutissant à un piston de pression 26. La tige de liaison 25 croise à l'intérieur du corps 5 la première conduite sous pression 18 qui, dans la région du croisement, comporte une chambre élargie 27 de laquelle part le canal de carburant 19 avec le tronçon 28 qui comporte le siège de soupape 24. Le piston de pression 26 de la soupape de sécurité 21 se trouve également à l'intérieur du corps 5 dans lequel il peut se déplacer axialement dans une chambre 29. Pour la commande de la soupape de sécurité 21 intercalée et de l'injecteur 4, il est prévu comme autre élément du dispositif d'injection de carbu rant, un circuit de commande hydraulique représenté partiellement seulement sur la Figurel,avec une soupape asservie 31 actionnée par un générateur 30 commandé en synchronisme avec le moteur. La soupape asservie est reliée par sa face d'entrée à une conduite d'alimentation 32 amenant un liquide sous pression constante, ainsi qu'à une conduite de retour 33, et elle comprend deux sorties 34, 35 qui peuvent être reliées alternativement à la conduite d'alimentation 32 ou à la conduite de retour 33. L 'étage électrique de commande de la soupape asservie 31 est relié par un canal de commande électrique 36 au générateur 30 consistant de préférence en un micro-processeur qui fonctionne d'après des critères programmés en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne qu'il reçoit par un canal 37, et qui délivre les ordres qui en résultent à la soupape asservie. La sortieji de la soupape asservie 31 est reliée à un canal sous pressions appelé ci-après second canal sous pression 38, disposé à l'intérieur du corps 5. et qui débouche dans la seconde chambre sous pression 17 agissant dans le sens de l'ouverture de l'aiguille d'injecteur 6. Par ailleurs, la sortie 35 de la soupape asservie 31 est reliée à un canal 39 de pression de fermeture qui débouche dans une chambre 40 de pression de commande se trouvant à l'arrière do piston de pression 26 de la soupape de sécurité 21 intercalée, à l'autre extrémité due 3a tige de liaison 25, et qui est délimitée par des parties de parois de la chambre 29 du piston de pression 26 ainsi que par la face avant 41 de se dernier.En raison du raccordement du canal 39 sous pression de commande sur la conduite d'alimentation 32 > une pression est établie dans la chambre 40 sous pression de commande, s'exerçant sur le piston de pression 26 de la soupape de sécurité 21 dans le sens de sa fermeture. En outre, la tige de liaison 25 comporte une surface de pression 42 qui est soumise en permanence à la pression du combustible présent dans la première conduite sous pression 18 et qui sert à l'ouverture de la soupape de sécurité 21, de sorte que cette pression d'ouverture intervient quand la chambre 40 sous pression de commande,à l'autre extrémité du piston de pression 26s est reliée par le canal 39 de pression de commande à la conduite de retour 33s par le changement de position de la soupape asservie 31. Pour obtenir cette surface de pression 42, la tige de liaison 25 est constituée par deux tronçons de diamètresdifférents, le tron çon 43 de plus petit diamètre portant à son extrémité extérieure l'élément obturateur 22 de la soupape de sécurité 21 tandis que le tronçon 44 de plus grand diamètre est relié au piston de pression 26 et à la surface de pression 42 par une surface annulaire de transition entre les deux tronçons. En plus de la tige de liaison 25, le piston de pression 26 comporte à son autre extrémité une tige de butée 45 déterminant par sa longueur la course du piston de pression 26 dans le sens de l'ouverture et, par conséquent, le volume minimal de la chambre 40 sous pression de commande. Le fonctionnement de ce dispositif d'injection de combustible sera maintenant décrit, en partant des positions des élEnents mobiles représentées sur la figure lr la soupape asservie se trouvant dans une position de fermeture dans lamelle la chambre 40 sous pression de commande est reliée à la conduite d'alimentation 32 par le canal 39 de pression de commande, de sorte que le piston de poussée 26 de la soupape de sécurité 21 intercalée est soumis à une pression et que le canal de carburant 19 est fermé par l'élément obturateur 22; en outre, la seconde chambre sous pression 17 du piston de commande 7 de l'injecteur est reliée à la conduite de retour 33 par le second canal sous pression 38, toute la pression s'exerçant dans la première chambre de pression 15 du piston de commande 7 et l'aiguille d'injecteur 6 se trouvant en position de fermeture. Si maintenant la soupape asservie 31 reçoit un ordre du générateur 30, pour une opération d'injection, elle change intérieurement de position. Sous l'effet de cette commande, le canal 39 de pression de fermeture est d'abord relié à la conduite de retour 33, de sorte que la pression est relâchée dans la chambre 40 sous pression de commande, et que la pression du combustible s'exerçant sur la surface de pression 42-devient efficace, d'où il résulte que la soupape de sécurité 21 s'ouvre, ouvrant la conduite de carburant 19 et amenant du carburant dans la chambre d'alimentation 20 de l'aiguille d'injecteur 6.Peu de temps après lé raccordement du canal 39 sous pression de commande à la conduite de retour 33, le second canal sous pression 38 est isolé de la conduite de retour 33 et relié à la con duite d 'alir.lentation 32 de sorte que la seconde chambre sous pression 17 est mise sous pression et que l'aiguille d'injecteur sous l'effet de l'entraînement du piston de commande passe dans sa position d'ouverture dans laquelle du carburant qlli se trouve dans la chambre d'alimenta- tion 20 est injecté dans la chambre de combustion correspondante par les orifices d'injection 11.Après la signalisation par le générateur de la fin d'injection, la soupape asservie 31 revient danssa position initiale précitée. Ainsi, le canal 39 sous pression de commande est d'abord isolé de la conduite 33 d'évacuation de pression et relié à la conduite d'alimentation 32 de sorte que la chambre 40 de pression de commande est à nouveau mise sous pression et que la soupape de sécurité 21 est entrai- née dans le sens de la fermeture, d. rOt il résulte que la conduite de carburant 19 est à nouveau fermée.Ensuite, la soupape asservie isole le second canal sous pression 38 de la conduite d'alimentation 32 et le relie à la conduite 33 d'évacuation de pression de sorte que la pression est éliminée dans la seconde chambre sous pression 17 et que l'aiguille d'injecteur 6 revient dans sa position de fermeture par le piston de commande 7 sous l'effet de la pression du combustible s'exerçant dans la premiere chambre sous pression 15. Grace au léger décalage dans le temps entre la fermeture avancée de la conduite de carburant 19 par la soupape de sécurité et la ferme ture de l'aiguille d'injecteur 6, il est possible d'obtenir une décharge de volume et de pression dans la conduite de carburant 19 verrouillée. Il est bien entendu possible, sans sortir du cadre de l'invention, d'obtenir d'autres caractéristiques de commande en utilisant d'autres longueurs ou volumes de canaux sous pression ou une soupape asservie avec d'autres éléments internes de commande de circuits de pression ou de décharge, par exemple de sorte gue pair une opera- tion d'injection, l'aiguille d'injecteur 6 soit d'abord soulevée et qu'ensuite la soupape de sécurité 21 intercalée soit ouverte pour une alimentation de carburant tandis que pour la fin de l'inJection, l'aiguille d 'in- jecteur 6 revient d'abord dans sa position de fermeture puis la soupape de sécurité.Il est en outre possible, au moyen d'une conformation correspondante de la soupape asservie 31, de commander le déroulement dans le temps de manière que la soupape de sécurité intercalée et l1aiguille d'injecteur s'ouvrent simultanément et se ferment simultanément. Dans les cas des deux possibilités de réalisation mentionnées en dernier, il convient de prendre des précautions pour une décharge de la pression de la conduite 19 d'arrivée de carburant fermée. La Figure 2 illustre une disposition de ce genre à titre d'exemple de réalisation dont la disposïtion est par ailleurs identique à celle de la Figure 1, mais qui comporte un perçage étranglé 46 en dérivation sur la conduite 19 d'arrivée de carburant pour y décharger la pression à l'état de fermeture, ce trou étranglé débouchant dans un canal 47 de retour vers le réservoir de carburant 1. Dans le but d'éviter la cavitation et pour maintenir une pression résiduelle dans la conduite de carburant 19 fermée, il est également possible selon cette solution, et comme le montre l'exemple de réalisation de la figure 3, d-'intercaler un clapet de retenue 48 à la transition entre le per çage étranglé 46 et le canal de retour 47. Dans le cas le plus simple, ce clapet de retenue consiste en un ressort de compression et en une bille comme élément obturateur, la force de rappel du ressort étant déterminée en fonction de la pression résiduelle souhaitée dans la conduite 19 fermée. Par ailleurs, la disposition selon la Figure 3 correspond à celle de la Figure 1. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne dans lequel du carburant sous pression constante provenant d'un accumulateur à haute pression peut être amené par une première conduite sous pression à une première chambre sous pression, agissant dans le sens de la fermeture, d'un piston de commande actionnant l'aiguille d'un injecteur ainsi que par un canal de carburant branché sur la première conduite sous pression, à une chambre d'alimentation de l'aiguille d'injecteur,et qui comporte en outre un circuit hydraulique de commande avec une soupape asservie actionnée par un générateur commandé en synchronisme avec le moteur, cette soupape asservie étant reliée par son orifice d'entrée a une conduite d'alimentation conduisant un fluide sous pression constante, par son orifice de décharge a une conduite de retour ainsi que par un orifice de sortie a une seconde conduite sous pression aboutissant à une chambre sous pression du piston de commande, agissant dansle sens d'ouverture de l'injecteur, la soupape asservie commandant en outre une soupape de sécurité intercalée qui pénètre avec un élément obturateur dans le canal de carburant pour y interrompre la circulation de car burant et qui comporte un piston sous pression, ce dernier délimitant, à l'intérieur d'une chambre destinée à le recevoir, une chambre sous pression de commande qui peut être reliée par la soupape asservie à la conduite d'alimentation ou à la conduite de retour par un canal de pression de commande pour l'actionnement de la soupape de sécurité ainsi qu'également à la seconde chambre de pression du piston de commande pour l'ouverture ou la fermeture de l'injecteur, dispositif caractérisé en ce que l'élément obturateur (22) de la soupape de sécurité (21) intercalée est disposé à l'extrémité extérieure d'une tige de liaison (25;; 43, 44) du piston de commande (26), cette tige traversant la première conduite sous pression (18) et comportant une surface de pression (42) sur laquelle le carburant qui se trouve dans cette conduite applique en permanence une pression qui sert à l'ouverture de la soupape de sécurité (21) et qui agit après le raccordement à la conduite de retour (33) de la chambre de pression de commande (40) qui se trouve à l'autre extrémité du piston de pression (26). 2 - Dispositif d'injection de carburant selon la revendlcatlon l, caractérise i i1u ut turateur (22) de la soupape de sécurité (21) intercalée est constitué par un cône de soupape (23) qui coopère avec une surface de siège conique (24) adaptée en conséquence et forméedans la conduite (19) d'arrivée decar burant. 3 - Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige de liailiaison (25) est constituée par deux parties de diamètres différents, la partie de plus petit diamètre (43) portant à son extrémité extérieure l'élément obturateur (22) de la soupape de sécurité (21) intercalée, tandis que la partie de plus grand diamètre (44) aboutit au piston de pression (26), la surface de pression étant constituée par une surface de transition annulaire (42) entre lesdites deux parties (43, 44). 4 - Dispositif d'injection de carburant sélon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier canal sous pression (18) est élargi sous forme d'une chambre (27) dans la région où il est traversé par la tige de liaison (25) de la soupape de sécurité (21) intercalée, en formant ainsi une chambre sous pression et sur laquelle est branchée la conduite d'arrivée de combustible (l9) avec le tronçon (28) comportant le siège de soupape (24). 5 - Dispositif d'injection de carburant selon 'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que le piston de pression (26) de la soupape de sécurité (21) intercalée porte une tige de butée (45) à l'extrémité opposée à la tige de liaison (25), et dont la longueur détermine la course du piston de pression (26) dans le sens de l'ouverture et par conséquent le volume minimal de la chambre (40) sous pression de commande 6 - Dispositif d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le piston de pression (26) de la soupape de sécurité (21) intercalée avec la tige de butée (45), la tige de liaison (25) et l'élément obturateur (22) sont réalisés en une seule pièce. 7 - Dispositif d'injection de carburant selon la revendieation 1, caractérisé en ce que la région pouvaut être fermée de la conduite (19) d'arrivée de carburant est reliée à un perçage étranglé (46) qui sert à la décharge de pression de la conduite de carburant (19) fermée et qui débouche dans un canal de retour (47). 8 - Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 72 caractérisé en ce que, dans le but deéviter la cavitation et pour maintenir une pression résiduelle dans la conduite de carburant (19) fermée, un clapet de retenue (48) est intercalé à la transition entre le perçage etranglé(46) et le canal de retour (107).