Brevet FR2478206A1 — publié le 19810918

Dispositif (i'injection de carburant pour un moteur à combustion interne La présente invention concerne un dispositif d'in- jection de carburant pour un moteur à combustion interne dans lequel du carburant sous pression constante provenant d'un accumulateur à haute pression peut etre 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 premier conduite sous pression à une chambre d'ali- mentation de l'aiguille d'injecteur, et qui comporte en outre un circuit hydraulique de commande avec une soupape asservie actionnée par un générateur commande en synchronisme avec le moteur, cette soupape asservie étant reliée par son orifice d'arrivée à une conduite d'alimentation conduisant un fluide sous pression constante, par son orifice de décharge à une conduite de retour ainsi que par un ori fice de sortie à une seconde conduite sous pression abou- tissant à une chambre sous pression du piston de commande, agissant dans le 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 carburant et qui comporte un piston de pression, ce dernier délimitant une chambre avant sous pression de commande et une chambre arrière sous pression de commande, cette dernière étant reliée par un canal sous pression de commande au second canal sous pression, de manière que le piston de pression et le piston de commande réagissent avec un décalage dans le temps et soient comman- dés par la soupape asservie pour l'action nement dans le sens d'ouverture de la conduite d'alimentation, mais pou- vant etre reliée par contre à la conduite de retour au retour en position de fermeture. Un dispositif d'injection de carburant de ce genre a été publié dans une demande de brevet allemand (N029 22 332). Les avantages de ce dispositif d'in jection de carburant résultent particulièrement de l'utilisation d'une soupape de sécurité intercalée par la quelle la conduite d'arrivée du 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 par la commande d'une soupape asservie. L'élément obturateur de la soupape de sécurité se ferme dans le sens de circulation du combus tible et s'ouvre contre la force du carburant qui ar rive.Cette solution répond donc 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 vi range de l'accumulateur à haute pression ainsi que l'in jection irroontralée de carburant dans la chambre de com bustion sont évitées et une arrivée de combustible même en présence de cette faute de foqctionnement n'est possi ble qu'à des instants d'injection commandés en synchronisme avec le moteur.Cette solution qui a fait ses preu ves et qui a été appliquée en pratique à des moteurs Diesel de grande puissance alimentés par de l.'huile lourde s'est avérée relativement coûteuse en ce qui concerne la soupape de sécurité en raison du developpement, de la fa brication et du montage des pièces détachées ainsi que du nombre des opérations techniques de fabrication dans le corps de la soupape d'injection, particulièrement dans le cas d'intro-duction de ces dispositifs d'injection de com bustible en production en série.Cet état de choses a fait naître le besoin de créer un dispositif d'injection de carburant du type mentionné ci-dessus, mais d'une réalisation telle que les prix des éléments constituants, de fabrication et de montage de la soupape de sécurité, puissent être réduits au minimum aussi bien en ce qui concerne leur fabrication que leur raccordement au circuit de commande hydraulique et qu'en outre, le montage du dispositif d'injection soit simplifié afin qu'il réponde aux conditions de prix pour son introduction dans une fabrication en série. Selon l'invention, ce résultat est obtenu grâce à un dispositif d'injection de carburant dans lequel la chambre avant sous pression de commande dela soupape de sécurité intercalée est reliée par un canal de pression de fermeture à une sortie de la soupape asservie, et, à la commande de cette dernière pendant le temps dans lequel le second canal sous pression, pour l'ouverture de la soupape de sécurité et de l'injecteur, est relié à la conduite d'alimentation, est branchée sur la conduite de retour et a pression est relacheen en pouvant être par contre reliée à la conduite d'alimentation pour la fermeture de la soupape de sécurité. 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 lt.accumulateur à haute pression et la chambre d'alimentation de l'aigiiîlle de l'injecteur, le dispositif d'injection de carburant selon l'invention remplit la meme fonction de sécurité qu'avec 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'injec tion de carburant selon l'invention sont en outre rebustes et sont réalisées particulièrement pour l'utilisation d'huile lourde de sorte que leur fonctionnement est assuré même dans l'utilisation sur des moteurs Diesel de marine. D'autres caractéristiques et avantages de 1 'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel : La Figure unique est une coupe d'un mode de réalisation de l'invention. La Figure 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 représente l'un de ces dispositifs d'injection de carburant 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 obturateur 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 11 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 même que l'aiguille d'injecteur 6, il est mobile axialement, dans des alésages agencés en conséquence dans le corps 5.La première partie de piston 12 délimite avec sa face frontale extérieure et conjointement avec des parties de paroi de son alésage 14 une première chambre 15 sous pression tandis que la deuxième partie de piston 13 délimite avec sa surface frontale voisine de l'aiguille d'injecteur 6 et conjointement avec des parties de paroi de son alésage 16 une seconde chambre 17 sous pression. La première chambre sous pression 15 est reliée par une premiere 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, agissant 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 piston 13 du piston de commande 7 agissant dans le sens de l'ouverture de l'invecteur. A partir de la premiere conduite sous pression 18, part à l'intérieur du corps 5, un canal de carburant i9 esui débouche dans une chambre d'aliwentation 20 au niveau de l'aiguille d'injecteur 6.Le canal de carburant 19 et par conséquent le passage du carburant de l'accumulateur à haute pression, par la première conduite sous pression 18 vers la chambre d'alimentation 20 del'aiguil- le d'injecteur 6, peut etre fermé ou ouvert par une soupape de sécurité 21 intercaléeB 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 repre- senté, l'élément obturateur 22 consiste en un cône de soupape 23 qui coopère avec un siège 24 de surface conique agencee en conséquence et formée sur le canal 19, ce cône étant prévu à l'extrémité extérieure 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 carburant, un circuit de commande hydraulique, représenté partiellement seulement sur la figure, avec une soupape asservie 31 actionnée par un générateur 30 commandé en svnchronisiiie avec lb moteu La soupape asservie est reliée par son orifice d'alixntation à une conduite d'alimentation 32 amenant un liquide sous pression constante et par son orifice de d62xuà une conduite de retour 33, et elle comporte deux sorties 34, 35 qui peuvent être reliées alternativement,par une inversion interne,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-prpcesseur 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 sortie 34 de la soupape asservie 31 est reliée à un deuxième 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.La deuxième sortie 35 de la soupape asservie 31 est aussi reliée à un canal 39 de pression de fermeture, disposé également à l'intérieur du corps 5, et débouchant dans une chambre 40 de pression de commande servant à l'application d'une pression au piston de pression 26, dans le sens de la fermeture de la soupape de sé curité 21 intercalée et qui est délimitée par une surface frontale 41 du piston de pression 26 ainsi que par les parties de paroi de sachambre 29.En plus de la chambre avant 40 de pression de commande est prévue, à l'autre extrémité du piston de pression 26, une chambre arrière 42 de pression de commande qui sert à appliquer au piston de pression 26 une pression dans le sens de l'ouverture de la soupape de sécurité 21, qui est délimitée par une surface frontale 43 du piston de pression et par des parties de paroi de sa chambre 29 et qui, pour la distribution de pression, est reliée au deuxième canal sous pression 38, par un canal 44, sous pression de commande.La position 45 du branchement du canal 44 de pression de commande sur le second canal sous pression 38 se trouve près de la position dans laquelle ce dernier débouche dans la seconde chambre sous pression 17 de sorte que le canal 44 sous pression de commande, mesuré depuis la position 45 de branchement jusqu'àson ouverture dans la chambre arrière 42 sous pression de commande est nettement plus long que le tronçon 46 du second canal sous pression mesuré depuis la position de branchement 45 jeu9, qu'à sa position d'ouverture dans la seconde chambre sous pression 17, au piston de commande 7. GrSce à ces longueurs différentes de trajet de transmission de pression, mesurées à partir de la position de branchement 45, un actionnement décalé dans le temps du piston de pression 26 et du piston de commande 7 est réalisable dans le cas où le second canal pression 38 du côté de la soupape asservie est relié S la conduite d'alimentation 32, de manière que d'abord le piston de commande .7 de l'injecteur 4 subisse la pression dans le sens d'ouverture par la seconde chambre sous pression 17, ouvrant ainsi l'injecteur, et qu'ensuite après un décalage de temps, le piston de pression 26 de la soupape de sécurité 21 soit actionné dans le sens d'ouverturepour liberer le canal de carburant 19 et permettre ainsi une injection de carburant.La course du piston de pression 26 dans le sens de fermeture et par conséquent le volume minimal de la chambre arrière 42 sous pression de commande est déterminée par la longueur dela tige de liaison 25 tandis que la course du piston de pression 26 dans le sens d'ouverture de la soupape de sécurité 21 intercalée, et par conséquent le volume minimal de la chambre avant 40 sous pression de commande est déterminée parla lon gueur d'une tige de butée 47 disposée sur le piston de pression 26, à l'extrémité opposée à la tige de liaison 25. il est avantageux que le piston de pression 26 soit réalisé en une seule pièce avec la tige de butée 47, la tige de liaison 25 et l'élément obturateur 22.La surface de la soupape de sécurité 21 intercalée, agissant dans le sens de la fermeture, et qui est constituéepar la surface frontale 41-du piston de pression 26 et une surface de butée 48 sur la tige de butée 47 est plus grande que la surface agissant dans le sens d'ouverture limitée à la chambre arrière 42 de pression de commande sur le piston de pression, d'oR il résulte que sous l'effet de l'application de la pression dans le sens de la fermeture après une décharge de pression précédente de la chambre 42 de pression de commande, la soupape de sécurité 21 se ferme avant l'injecteur et par conséquent, le canal de carburant 19 après son blocage peut décharger la pression par une éjection partielle vers la chambre de combustion du carburant qui reste. Le fonctionnement de ce dispositif d'injection de carburant sera décrit ci-après en partant des positions représentées des pièces mobiles. Dans cette position initiale, l'injecteur 4 et la soupape de sécurité 21 intercalée sont fermés. La soupape asservie se trouve dans une position dans laquelle la chambre avant 40 sous pression de commande est reliée à la conduite d'alimentation 32 par le canal 39 de pression de fermeture alors que par contre la chambre arrière 42 sous pression de commande de la soupape de sécurité 21 ainsi que la seconde chambre sous pression 17 de l'injecteur 4 libèrent leur pression vers la conduite de retour 33 par le second canal sous pression 38. L'injecteur 4 est donc maintenu en position de fermeture par la pression du combustible présente dans la premiere chambre sous pression 15 du piston de commande 7. Si maintenant un signal pour une opération d'injection provenant du générateur 30 est reçu dans la soupape asservie 31 cette dernière change intérieurement de position de sorte que: a) le canal 39 de pression de fermeture est isolez de la conduite d'alimentation et est relié à la conduite de retour 33 , d'od il résulte une décharge de pression de la chambre avant 40 sous pression de commande de la soupape de sécurité 21, et b) le second canal sous pression 38 est isolé de la conduite de retour 33 pour entre relie a la con duite d'alimentation 32, d'otv il résulte que, en raison des longueurs différentes de trajet de transmission de pression, une pression est d'abord établie dans la seconde chambre sous pression 17 pour ouvrir l'injecteur 4 et ensuite dans la chambre arrière 42 sous pression de commande pour ouvrir la soupape de sécurité intercalée. Après l'ouverture de la soupape de sécurité 21, le canal de carburant l9 est relié à la source de carburent de sorte qu'une opération d'injection peut avoir lieu. Dès que la soupape asservie 31 reçoit du générateur la commande de fin d'opération d'injection, elle revient dans sa position initiale de sorte que le canal 39 de pression de fermeture est à nouveau relié à la conduite d'alimentation 32, et le second canal sous pres sion 38 est à nouveau relié à la conduite de retour 33. Ces changements alternatifs de liaison des deux canaux sous pression 38 et 39 se font simultanément et entrainent pour les éléments associés les effets particuliers suivants. Tout d'abord, une pression est établie dans la chambre avant 40 sous pression de commande par le canal 39 de pression de fermeture, supérieure à la pression établie dans la chambre arrière 42, de sorte que la soupape de sécurité 21 se ferme et que le canal de carburant 19 est verrouillé. Il en est ainsi car le canal 39 sous pression de fermeture est essentiellement plus court que le second canal sous pression 38 et aussi parce que la décharge de pression dans la seconde chambre sous pression 17 est décalée dans le temps. En raison de cette décharge de pression décalée dans le temps de la seconde chambre sous pression 17 il se produit par rapport à la fermeture de la soupape de sécurité, une fermeture differée de l'injecteur 4, avec l'effet souhaité que le canal de carburant 19 peut se décharger de sa pression, jusqu'à une certaine pression résiduelle par l'éjection partielle du reste du carburant. Cette disposition particulière du dispositif d'injection de carburant évite de prendre toute autre mesure pour la décharge de pression du carburant qui se trouve dans le canal de carburant 19 verrouillé. Cette élimination du carburant qui se trouve dans le canal de carburant 19 verrouillé à une pression résiduelle déterminée permettant en outre d'éviter que des dommages soient apporté s au canal de carburant 19 par des effets de cavitation. 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 etre amené par une première conduite sous pression à une première chambre de 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'alimenta- tion a une conduite d"alimeineation conduisant un fluide sous pression constante, par son orifice de dEcharvb S. une conduite de retour ainsi que par un oririce de 'sortie à une seconde conduite sous pression aboutissant à une chambre sous pression du piston de commande. agissant dans le sens d'ouverture de l'injecteur, la soupape asservie commande dant en outre une soupape de sécurité intercalée qui pé autre avec un élément obturateur dans le canal de carbu::- rant pour y interrompre la circulation de carburant et qui comporte un piston de pression, ce denier délimitant une chambre avant sous pression de commande et une chambre arrière sous pression de commande, cette dernière étant reliée par un canal sous pression de commande ausecond canal sous pression, de manière que le piston de pression et le piston de commande réagissent avec un décalage dans le temps et soient commandés par la soupape asservie pour l'actionnement dans le sens d'ouverture de la conduite d'alimentation, mais pouvant être reliée par contre à la conduite de retour au retour en position de fermeture, dispositif caractérisé en ce que la chambre avant (40) sous pression de commande de la soupape de sé curité (21) intercalée est reliée par un canal (39) de pression de fermeture à une sortie (35) de la soupape asservie (31), et, à la commande de cette dernière pendant le temps où le second canal sous pression (38), pour l'ouverture de la soupape de sécurité (21) et de l'injecteur (4) est relié à la conduite d'alimentation (32), est reliée à la conduite de retour (33) et sa pression est relachée, en pouvant etre par contre reliée à la conduite d'alimentation (32) pour la fermeture de la soupape de sécurité (21). 2 - Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal 139) de pression de fermeture est essentiellemeat plus court que le second canal sous pression (38) conduisant à la seconde chambre sous pression (17) du piston de commande (7), la surface (4 48) délimitant la chambre avant (4o) sous pression de commande de la soupape de sécurité (21) et agissant dans le sens de la fermeture étant en outre plus grande que la surface (43) délimitant la chambre år- rière (42) sous pression de commande, mesurée au piston de pression (26) et agissant dans le sens de l'ouverture, de manière que la soupape de sécurité (21) puisse se fermer avant l'injecteur (4) par l'application de la pression dans le sens de la fermeture, et que le relâchement de la pression dans le canal de carburant (19), après sa fermeture, puisse se faire par l'éjection partielle du reste de combustible dans la chambre de combustion. 3 - Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1' elé- ment obturateur (22) de la soupape de sécurité (21) intercalée est constitué par un cône de soupape (23) qui coopère avec une surface de siège (24) de forme conique adaptée en conséquence du canal à combustible (19). 4 - Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston de pression (26) de la soupape de sécurité (21) intercalée est mobile axialement dans le corps (5) de l'injec- teur (4), à l'intérieur d'une chambre (29) destinée à le recevoir, cette chambre étant délimitée par les parois des chambres avant et arrière (40, 42) sous pression de commande avec les surfaces correspondantes (41, 43, 48) du piston de pression (26). 5 - Dispositif d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément obturateur (22) de la soupape de sécurité (21) intercalée est disposé à lçextrémité avant d'une tige de liaison (25) du piston de pression (26) > la cburse de ce denier dans le sens de la fermeture et par consequent le volume minimal de la chambre arrière (42) sous pression de copimande étant limitée par la lon- gueur de cette tige : :ndis que la course du piston de commanda (26) dans le sens de l'ouverture de la soupape de sécurité (21) intercalée et par conséquent, le volume minimal de la chambre avant (40) sous pression de commande étant établie par la longueur d'une tige de butée (47) disposée sur le piston de pression (26) à l'extré- mité opposée à la tige de liaison (25). 6 - Dispositif d'injectisn de carburant selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé en ce que le piston de pression (26) de la soupape de sécurité (21) intercalée est réalisé en une seule pièce avec la tige de butée (47), la tige de liaison (25) et l'élément obturateur (22).