Brevet FR2485099A1 — publié le 19811224

La présente invention se rapporte aux système d'in- jection de carburant à commande électronique et concerne plus particulièrement un appareil d'injection et de dosage pour de tels systèmes. Dans la plupart des automobiles construites actuelle- ment l'introduction de carburant est commandée soit au moyen d'un carburateur, soit au moyen d'un système d'injection de carburant. Le système décrit dans la présente invention est destiné à combiner les avantages des deux systèmes ainsi qu'à pallier un certain nombre de leurs inconvénients. Les systèmes utilisant un carburateur présentent de nombreux inconvénients bien que présentant l'avantage d'un coût réduit et ne nécessitant qu'une faible pression d'ali- mentation de carburant. Par exemple, le fonctionnement d'un carburateur nécessite un débit constant de carburant, la quan- tité de carburant étant déterminée par la position du papillon d'admission. On a toutefois constaté que le carburant n'est pas parfaitement pulvérisé et entraîné dans le flux d'air au travers de l'étranglement du carburateur. A cause de cette pulvérisation impar faite, la distribution de carburant aux divers cylindres est inégale, un cylindre pouvant recevoir un mélange riche et un autre cylindre un mélange pauvre. Dans ces conditions, on constate une augmentation du taux des gaz imbrû- lés à l'échappement des cylindres alimentés avec un mélange trop riche ou trop pauvre par rapport au mélange stoechiomé- trique. De plus les systèmes à carburateur, lorsque comparés aux systèmes à injection de carburant, présentent un manque de fiabilité quant au dosage du carburant, dont il résulte que tous les cylindres peuvent fonctionner dans des conditions différentes des conditions optimales. En outre, les systèmes à carburateur fonctionnent sui- vant un mode dit "à circuit ouvert". Dans ce mode de fonction- nement, on ne procède à aucun dosage des gaz d'échappement du moteur. qui permettrait de savoir si la combustion a été com- plète ou non. Dans ces conditions, il n'est pas possible de réaliser un mélange air/carburant optimal et il en résulte un accroissement des gaz imbrûlés à l'échappement. on a pu éliminer dans une certaine mesure les incon- vénients des systèmes à carburateur dans certains des sys- tèmes d'injection de carburant disponibles actuellement. Grâce aux systèmes d'injection de carburant, le dosage de ce dernier se fait avec une précision accrue, ce qui améliore le fonc- tionnement du moteur en évitant de brusques augmentations de puissance indésirables, en diminuant le taux de gaz imbrûlés à l'échappement, en facilitant les modifications de réglage du système et en permettant un mode de fonctionnement du sys- tème "à circuit fermé". Comme l'importance des systèmes d'injection de carbu- rant à commande électronique ne cesse d'augmenter du fait de leur aptitude à éviter le gaspillage, ainsi qu'à améliorer le dosage du carburant et la diminution du taux des gaz imbrûlés à l'échappement, ce sont les systèmes de valve ou les injec- teurs de carburant eux-mêmes, que l'on utilise dans de tels systèmes, qui en deviennent les éléments critiques en tant que facteurs de limitation du fonctionnement. Les systèmes de valves préférés pour les systèmes d'in- jection pour moteurs à combustion interne sont les valves dites solénoïdes, à déclenchement électro-magnétique. Ces valves solénoïdes sont à la fois précises et rapides tout en é- tant compatibles et facilement interconnectées avec des en- sembles de contrôle électronique du mélange air/carburant. La commande électronique de l'ouverture et de la fermeture des in- jecteurs procure une technique puissante pour adapter le do- sage air/carburant par rapport à un programme o un schéma pré-établi afin de contrôler les gaz d'échappement. Normale- ment, les injecteurs électromagnétiques sont calculés de ma- nière spécifique pour fonctionner soit dans des systèmes à point unique soit dans des systèmes multipoints. Dans le fonctionnement des systèmes à point unique, un seul injecteur est prévu pour délivrer du carburant à un point de distribution général, habituellement l'orifice d'admission d'air d'une valve papillon reliée à un système de tubulures d'admission. Dans un tel système, on a besoin d'une valve solé- noide très rapide et à haute capacité puisque l'injecteur doit fonctionner deux fois plus rapidement que dans un système multi-points tout en délivrant une quantité de carburant double pour un moteur à 8. cylindres. Un système à point unique particulièrement adapté pour un ensemble de tubulures d'ad- mission double est décrit dans la demande de brevet française No 78 07602. Dans un système multi-points, l'injection s'effectue en plusieurs points, de manière localisée: par exemple, au ni- veau de chacun des cylindres d'un moteur à plusieurs cylindres. Une tubulure de distribution de carburant est nécessaire pour alimenter ces systèmes avec du carburant sous une pression re- lativement élevée. Ce carburant sous pression pénètre à l'une des extrémités de l'injecteur et traverse un passage de faible diamètre, dans lequel il est introduit en quantité déterminée depuis un orifice de sortie, jusqu'au voisinage de la valve d'admission du cylindre. Un système d'injection de carburant multi-points de ce type est représenté dans le brevet US No 3 788 287. Dans un système multi-points, on rencontre des pro- blêmes lors du démarrage du moteur "à chaud", déls au fait que les injecteurs sont positionnés à proximité de parties du mo- teur portées à haute température, comme le sont également les tubulures de carburant alimentant des injecteurs. Ceci en- traîne une vaporisation du carburant ayant pour effet de di- minuer la quantité de carburant injectée à chaque injection et d'alimenter les cylindres avec un mélange pauvre. De plus, les systèmes d'injection de carburant multi-points nécessitent un système d'alimentation de carburant sous haute pression avec les problèmes d'étanchéité inhérents à de tels systèmes et le handicap représenté par le coût élevé d'une pompe à haute pression. L'un des buts de la présente invention est de réaliser un agencement perfectionné pour le traitement du carburant chaud dans les systèmes d'injection de carburant des moteurs à combustion interne. L'invention concerne un dispositif de traitement de carburant chaud pour injecter du carburant dans un moteur à combustion interne à un point d'injection, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier d'injecteur formée indépendamment disposé au point d'injection ayant un passage d'arrivée de carburant pour recevoir du carburant sous pression et pour transporter ce carburant jusqu'à une chambre d'accumulation délimitée par une paroi interne du bottier d'injecteur, le bottier d'injecteur comportant éga- lement un passage d'évacuation de carburant raccordé directe- ment à la chambre d'accumulation pour évacuer le carburant de la chambre d'accumulationle passage d'arrivée formant un tra- jet de circulation avec le passage d'évacuationpour maintenir un déplacement constant de carburant à partir du passaed'arri- vée à travers la chambre d'accumulation jusqu'à l'extérieur par le passage d'évacuation, cette circulation provoquant le déplacement dela vapeur et des bulles entraînées qui existent à l'intérieur du circuit vers le passage d'évacuation, le pas- sage d'évacuationétant surélevé par rapport au passage d'arrivée pour favoriser l'écoulement de la vapeur et des bulles entraî- nées vers le passage d'évacuation. L'invention est particulièrement appropriée pour être utilisée dans les systèmes d'injection de carburant qui font l'objet de la demande de brevet français No 79 03141 dont la présente demande constitue une division et qui concerne un système d'injection à point d'injection unique et dela pre- mière demande divisionnaire de cette demande de brevet No 79 03141 déposée le même jour que la présente demande sous le titre "Ensemble d'injection pour système de distribution de carburant" et qui a trait plus particulièrement à un en- semble d'injection qui comporte une valve d'injection rempla- gable rapidement conçue pour être utilisée aussi bien dans les systèmes d'injection à un point unique que dans les sys- tèmes multi-points. L'invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de dessus d'un système d'injec- tion de carburant à point unique pour moteur à combustion in- terne équipé d'une double tubulure d'admission d'air et muni d'injecteurs de carburant selon l'invention; La figure 2 est une vue latérale du système d'injec- tion à point unique représenté sur la figure 1; La figure 3 est une vue latérale opposée du système d'injection de carburant représenté à la figure 1; et La figure 4 est une vue en coupe longitudinale du système d'injection représenté à la figure 1, prise suivant la ligne 4-4 de cette même figure. La figure 1 représente une. vue de dessus illustrant le montage d'injecteurs à remplacement rapide 8 et 10 dans un corps de valve papillon 12, pour système à point unique. Chaque injecteur 8, 10 peut être commandé pour délivrer une quantité donnée de carburant dans un orifice d'admission d'air 14 et 16 respectivement. Le débit d'air au travers des ori- fices est commandé de manière conventionnelle par une paire de disques de papillon accouplés 18 et 20 qui pivotent pour ou- vrir un passage de dimension croissante pour le flux d'air en réponse aux mouvements d'un levier 22. Le carburant pénètre dans le corps de la. valve papil- lon grâce à un passage d'entrée 24, représenté en traits in- t.errompus, débouchant dans un orifice d'entrée de carburant 26 qui est relié à une source de carburant sous pression (non re- présentée). On choisira de préférence pour cette source une pompe de carburant à cames comme celles qui équipent un cer- tain nombre d'automobiles. La source délivre une pression de carburant relativement basse, de l'ordre de 0,6 à 1 bars puisque le système est prévu pour fonctionner à basse pres- sion. La source de carburant à haute pression généralement utilisée pour des systèmes d'injection de carburant à commande électronique n'est pas nédessaire dans ce système, ce qui per- met d'en réduire le colt. Depuis l'orifice d'entrée 26, le passage de carburant 24 se sépare en deux passages d'alimentation 27 et 28 qui dé- bouchent dans des chambres d'accumulation 30 et 32 représen- tées en traits interrompus. le carburant s'écoule ensuite de- puis les chambres d'accumulation 30 et 32, au travers des pas- sages 27 et 28, jusqu'à une chambre collectrice 34 d'un régula- teur de pression 37. Depuis la chambre collectrice 34, le car- burant traverse un orifice de régulation de pression 36 qui com- munique avec un passage de sortie du carburant 38 se termi- nant par un orifice de sortie 40 depuis lequel le carburant est renvoyé à un réservoir au moyen d'un conduit convention- nel. Le régulateur de pression 37 commande l'ouverture et la fermeture de l'orifice de régulation 36 pour maintenir un débitde carburant constamment recyclé et une pression pra- tiquement constante dans les chambres d'accumulation 30 et 32. Les injecteurs 8 et 10 ont pour rôle de délivrer une quan- tité donnée de carburant depuis les chambres d'accumulation 30 et 32 dans les orifices d'admission d'air 14 et 16 respective- ment en réponse à des signaux de commande électriques reçus au moyen des c&bles de commande 42 et 44 qui traversent une bague d'étoupe 46. Les cables de mise à la terre 41 et 43 des injecteurs 8 et 10 sont reliés au corps de la valve papillon 12 grâce à une borne 45. Les signaux de commande électriques sont générés grâce à un ensemble de commande électronique et ont pour rôle de déclencher l'ouverture et la fermeture de chaque valve d'in- jection 8 et 10 suivant une temporisation prédéterminée. Par- mi les nombreux ensembles de commande électronique connus, aptes à délivrer des signaux de commande sous forme d'impul- sions à durée variable aux valves d'injection, on choisira de préférence l'ensemble de commande électronique décrit dans la demande debrevet français déjà mentionnée et dont les élé- ments essentiels à la compréhension de la présente invention seront décrits en temps utile. Comme on le voit mieux à la figure 2, l'orifice d'en- trée de carburant 26 est situé au-dessous de l'orifice de sor- tie de carburant 40, ces deux orifices pouvant être reliés à des conduits de carburant grâce à des accouplements classiques 23 et 35 respectivement. Des taquets 11, 13, 15 et 17 font saillie à la périphérie du corps de valve 12 pour permettre le montage d'un filtre à air, de manière connue en soi. Le montage de l'un des injecteurs à remplacement ra- pide, par exemple l'injecteur 10 sera maintenant décrit en se référant aux figures 3 et 4. La chambre d'accumulation 32 est définie par la paroi intérieure d'un bottier d'injecteur 48 en forme de godet. Chaque boîtier d'injecteur 48 est supporté latéralement, de façon à être coaxial avec l'orifice d'admis- sion d'air qui lui est associé, grâce à une structure en forme de pont 53, comprenant une aile inférieure 52 et une aile supérieure 54, représentées en section longitudinale à la figure 4. Le passage d'alimentation de carburant 28 est formé par un perçage traversant l'aile inférieure 52 et l'aile supérieure 54. Le pont 53 tel que représenté à la figure 3 a une forme aérodynamique et positionne le boîtier d'injecteur 48 au-dessus du disque de papillon 16. La forme allongée de la valve d'injection 10 et du boîtier d'injecteur 48 permet au débit d'air s'écoulant vers l'orifice 16 de s'écouler libre- -ment sur leur pourtour et présente peu d'aspérités susceptibles de créer des turbulences. Le pivotement des papillons est commandé par le levier 22, représenté à la figure 3, en réponse à des forces appli- quées aux tétons 29 et 31. Par exemple, un ressort peut-être relié au téton 31 pour exercer un couple de fermeture sur l'axe des papillons 33, la force du ressort étant dirigée vers la droite lorsque l'on considère la figure 3. Un câble commandé par un opérateur, relié au téton 29, exercera un couple d'ouverture sur l'axe 33 si la force transmise par ce câble est également dirigée vers la droite. Si l'on cinsidère la figure 4, on remarque que le pas- sage d'alimentation 28 est incliné de façon à présenter une pente montante depuis le passage d'entrée 24 jusqu'à la chambre collectrice 34. Dans un mode de réalisation préféren- tiel, cette pente sera de l'ordre de 15 à 200, permettant ain- si aux bulles d'air et à la vapeur de s'écouler directement vers la chambre collectrice 34 au lieu de stagner dans la chambre d'accumulation ou dans le passage. Il est important de noter que cet angle a été choisi de telle sorte que l'effet d'entratnement des bulles d'air ou de la vapeur subsiste même lorsque le véhicule est stationné de manière inclinée. On é- vite ainsi, en cas de démarrage "à chaud", la formation d'un bouchon de vapeur dans le passsage ou dans la chambre d'accu- mulation. Le bottier d'injecteur 48 a une ouverture de montage supérieure 56 et une ouverture de montage inférieure 58 dans lesquelles l'injecteur 10 vient se monter directement. Le bottier d'injecteur 48 est muni d'un épaulement 60 d'un dia- mètre légèrement supérieur à celui du corps de l'injecteur 10 qui forme support pour un anneau 62 solidaire de l'injec- teur 10. Un joint torique 64 assure l'étanchéité hydraulique entre l'épaulement 60 et l'anneau 62. Cette disposition pro- cure une étanchéité poussée sans qu'il soit besoin d'exercer une force d'écrasement importante sur le joint 64. Le maintien de l'injecteur 10 dans le boîtier 48 est assuré par un clip élastique 65 retenu par une vis 66. De la même manière, l'ouverture de montage inférieure 58 est pourvue d'un épaulement 61 contre lequel vient buter une bride 63 d'un capuchon d'extrémité d'injecteur 59. Le capuchon d'extrémité 59 comprend une seconde bride 57 de plus petit diamètre séparée de la bride 63 par une gorge qui reçoit un joint torique 68 destiné à assurer l'étanchéité entre l'é- paulement 61 et la bride 63. on aura compris à la lecture de ce qui p,écède que l'injecteur 10 peut être monté ou démonté du bottier 48 avec une certaine facilité. L'injecteur est dépourvu de tout rac- cordement aux tubulures de carburant provenant de la source de pression et se présente fonctionnellement comme une valve commandée électriquement pour laisser s'échapper une quantité donnée de carburant depuis la chambre d'accumulation 32. En cas de panne de l'un des injecteurs dans le système, il peut être remplacé sans démonter ni remonter les tuyauteries d'a- limentation de carburant. En outre, les passages d'alimenta- tion de carburant restent intacts lors du remplacement de l'injecteur et n'ont pas à être réglés de nouveau. La configu- ration étanche de la chambre d'accumulation 32 présente l'a- vantage de maintenir une alimentation de carburant sous pres- sion pratiquement constante à l'injecteur 10 et n'entraîne pas, même lors de nombreuses ouvertures rapides, de chute de pres- sion notable. La chambre d'accumulation 32 participe également à l'évacuation des bulles d'air ou de vapeur en coopération avec le passage incliné 28. La chambre 32 présente un volume dans lequel la vapeur ou les bulles se rassemblent en partie haute, d'o elles peuvent être évacuées grâce au passage 28 et à la chambre collectrice 34. Les orifices d'entrée de la valve d'injection sont placés au- dessous du passage d'ali- mentation 28 de façon à toujours être alimentés en carburant. Il est également important de noter que cette disposition per- met une purge aisée du système. A la figure 4 est illustrée la forme de la zone de pulvérisation des injecteurs 10, dans leur présente applica- tion aux systèmes d'injection à point unique. on choisira, pour cette application, une zone de pulvérisation ayant la forme d'un cône creux de préférence à une zone de pulvérisa- tion rectiligne lorsque l'injecteur 10 est monté concentri- quement à l'orifice d'admission d'air 16 et en amont du disque de papillon comme représenté à la figure 4. Lorsque le papil- lon pivote, l'air est introduit au travers d'une ouverture de section croissante. Cette ouverture est définie par la pa- roi de l'orifice d'admission d'air et par la périphérie du disque de papillon. Si le carburant est pulvérisé sous la forme dl1tn jet conique creux dirigé vers cette ouverture, la turbulence créée lors de l'accélération de l'air traversant la restriction entre le disque de papillon et la paroi de l'orifice d'admission d'air entratnera une bonne vaporisation du carburant et un mélange intime de ce dernier avec l'air. L'angle de pulvérisation ne doit être ni trop grand, sinon le carburant sera projeté contre la paroi de l'orifice d'admission d'air, ni trop petit, sinon il sera injecté en direction du papillon sur lequel le carburant se condensera. L'angle du cône de pulvérisation sera donc calculé en fonction de la distance de l'injecteur au papillon et du diamètre de l'orifice d' admission. Dans le mode de réalisation représen- té aux figures, la vaporisation de carburant et le mélange de ce dernier avec l'air induit seront optimaux lorsque l'angle de pulvérisation sera compris entre 60 et 800. Le corps de valve papillon est pourvu d'un orifice de détection de pression 74 qui débouche dans l'orifice d'admis- sion d'air 16 à proximité de la lame de papillon lorsque cette dernière est en position fermée. Comme le passage d'air pré- 1 0 sente une section restreinte entre le papillon de valve et la paroi intérieure de l'orifice 16, il se produit une dépres- sion. Cette dépression est intégrée dans une chambre de me- sure étanche 76 et communiquée à un capteur au moyen d'un con- duit 78. Comme on peut le voir à la figure 1, la dépression créée dans le second orifice d'admission d'air 14 est trans- mise au moyen d'un conduit similaire 80. Les deux conduits 78 et 80 sont interconnectés au moyen d'un conduit 81 o règne par conséquent une dépression moyenne qui est transmise au capteur de pression 83. 1 1 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de traitement de carburant chaud pour l'in- jection du carburant dans un moteur à combustion interne à un point d'injection, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un bottier d'injecteur (48, 50) formé indépen- damment disposé au point d'injection ayant un passage d'arri- vée de carburant pour recevoir du carburant sous pression et pour transporter ce carburant jusqu'à une chambre d'accumula- tion (30, 32) délimitée par une paroi interne du boîtier d'injecteur, le bottier d'injecteur comportant également un passage d'évacuation de carburant raccordé directement à la chambre d'accumulation pour évacuer le carburant de la chambre d'accumulationle passage d'arrivée formant un trajet de circu- lation (27, 28) avec le passagediévacuationpour maintenir un déplacement constant du carburant partir du passage d'arrivée à travers la chambre d'accumulation jusqu'à l'extérieur par le passage d'évacuation, cette circulation provoquant le dé- placement de la vapeur et des bulles entraînées qui existent à l'intérieur du circuit vers le passage d'évacuation, le passage d'évacuationétant surélevé par rapport au passage d'ar- rivée pour favoriser l'écoulement de la vapeur et des bulles entraînées vers le passage d'évacuation. 2 - Dispositif de traitement de carburant chaud selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend,en outre, une valve (8, 10) d'injection de carburant à commande électronique pour distribuer des quantités dosées de carburant provenant de la chambre d'accumulation (30, 32) au point d'injection et en ce que la valve d'injection de carburant comporte des orifices d'entrée de carburant qui sont situés au-dessous à la fois du passage d'arrivée et du passage d'évacuation pour améliorer encore davantage l'écoulement de la vapeur et des bulles en- traînées en direction dupassage d'évacuation. 3 - Dispositif de traitement de carburant chaud selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le carburant en circulation est maintenu sous une pression constante par le raccordement du passage d'arrivée à une source de carburant sous pression et le raccordement du passage d'évacuation à un régulateur de pression (37). 4 - Dispositif de traitement de carburant chaud selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surélévation du passage d'évacuation du carburant par rap- port au passage d'arrivée du carburant est produite par deux alésages alignés qui font un angle d'au moins 150 sur l'ho- rizontale.