Brevet FR2496771A1 — publié le 19820625

La présente invention concerne un appareil d'in jeton directe de carburant pour moteur à combustion interne à allumage par bougie et comprenant plusieurs injecteurs de carburant qui, lors de l'utilisation, sont montés sur le moteur afin qu'ils dirigent du carburant dans les espaces de combustion du moteur. On connaît déjà la projection de carburant dans un espace de combustion d'un moteur à allumage par bougie en une seule fois, le carburant étant atomisé au cours du processus d'injection et la période d'injection étant courte. Lorsque le moteur fonctionne dans une plage de vitesses moyennes et élevées, le tourbillon d'air formé dans l'espace de combustion convient au mélange poussé du carburant atomisé avec l'air. Lorsque le moteur fonctionne dans sa plage de vitesses inférieures, l'importance du tourbillon est plus faible si bien que le mélange de l'air et du carburant peut être insuffisant, surtout compte tenu du fait que la période d'injection est plus courte. La période d'injection peut être prolongée par introduction du carburant avec un débit réduit, mais au risque d'une moins bonne atomisation du carburant.Ce dernier peut être introduit plus tt au cours du cycle du moteur, et le mélange du carburant et d'air peut être ainsi amélioré. Un autre problème se pose cependant dans le cas des moteurs à allumage par bougie, ce problème concernant l'aptitude du moteur à fonctionner par consommation d'un mélange pauvre. Un problème rencontré lorsqu'on essaie d'accrottre le rapport air/carburant, c'està-dire d'utiliser un mélange pauvre, est que l'inflammation du mélange est plus difficile. On a proposé l'introduction du carburant dans l'espace de combustion d'un moteur à allumage par bougie mettant en oeuvre un carburateur, puis l'injection dans l'espace de combustion d'une petite quantité de carburant destinée à faciliter l'allumage du mélange précédemment comprimé.La petite quantité de carburant est introduite près de la bougie d'allumage afin qu'elle forme un mélange plus riche pouvant s'enflammer plus facilement près de la bougie. Le processus de combustion s'étend au reste du mélange et l'effet global est que les mélanges relativement pauvres peuvent être enflammés de façon satisfaisante, avec le résultat avantageux de la possibilité du fonctionnement du moteur de façon plus économique. L'invention concerne un appareil d'injection de carburant du type décrit précédemment mais ayant une forme simple et commode. Plus précisément, l'invention concerne un appareil d'injection directe de carburant du type considéré, comprenant plusieurs pompes à commande électromagnétique, destinées à transmettre du carburant aux injecteurs, et un circuit de commande du fonctionnement des pompes afin que le carburant soit transmis à chaque espace de combustion en au moins deux doses et en synchronisme avec le fonctionnement du moteur associé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris b la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe en élévation d'un ensemble combiné formant pompe de carburant et injecteur;et la figure 2 est un diagramme synoptique du circuit de commande électrique de l'injecteur. Sur la figure 1, l'ensemble formant pompe et injecteur porte la référence générale 10 et comporte un corps cylindrique creux 11 ayant plusieurs diamètres différents et dont l'extrémité la plus étroite porte une soupape d'injection 12. Lors de l'utilisation, l'ensemble formant pompe et injecteur est fixé au moteur de manière que le bout de la soupape de l'injecteur se trouve dans un espace de combustion du moteur, l'appareil comprenant autant d'appareils formant pompe et injecteur qu'il y a d'espaces de combustion dans le moteur. La soupape ou injecteur 12 comprend un corps 13 qui a un épaulement à une première extrémité, permettantun positionnement dans le corps 11, les deux corps étant fixés, dans l'exemple considéré, par soudure par bombardement d'un faisceau électronique. Un alésage est formé dans le corps 13 et contient un obturateur 14 qui a une tête 15 destinée à coopérer avec un siège formé à l'extrémité externe du corps 13. LTobtura- teur 14 est cannelé ou a d'autres cavités permettant au carburant de circuler dans l'alésage et dans la chambre associée de combustion du moteur lorsque la tête 15 s'est soulevée du siège. L'obturateur dépasse de l'extrémité de l'alésage qui est éloignée du siège et porte une butée 16 avec laquelle coopère une extrémité d'un ressort hélicot- dal 17 de compression dont l'autre extrémité est au contact du corps 13. La tête est repoussée élastiquement en coopération avec le siège et elle en est écartée par la- pression du carburant, créée dans une chambre 18 de pompage à l'intérieur de la partie étroite du corps 11. Le volume de la chambre de pompage varie sous la commande d'un plongeur 19 qui peut coulisser dans un alésage formé dans un manchon épaulé 20 fixé contre un gradin délimité à la surface interne de la partie étroite du corps 11. Le plongeur 19 est repoussé élastiquement vers l'exté- rieur, c'est-à-dire dans le sens qui provoque une augmentation du volume de la chambre de pompage, par un ressort hélicoïdal 21 de compression. En outre, une tête 22 est formée sur le plongeur, et le manchon est retenu en position par déformation convenable du corps 11. Le plongeur 19 forme des passages comprenant un clapet 23 de retenue et le carburant peut s'écouler par ce clapet dans la chambre de pompage lorsque le plongeur se déplace vers l'extérieur sous la commande du ressort 21. Un dispositif électromagnétique portant la référence générale 24 est destiné à assurer le déplacement du plongeur 19 vers l'intérieur, et il est logd dans la partie relativement large du corps 11. Le dispositif électromagnétique a une armature cylindrique creuse 25 placée près de la surface interne de la partie relativement large du corps et est formé d'une matière aimantable. La partie d'ex trémité de l'armature qui est la plus proche de la partie droite du corps est montée sur un organe 26 qui peut coulisser dans un support central 27.L'organe 26 a aussi un prolongement creux 28 muni de fentes destiné à coopérer avec la tête 22 du plongeur L'organe 27 de support porte aussi, à son extrémité inférieure, un support ?8A assurant le positionnement de l'organe de support dans le corps 11. La surface interne de l'armature a un filetage hélicoldal double formant deux nervures hélicordales 29. En outre, le support central précité forme un étrier aimantable et il a aussi deux nervures hélicoldales 30. Les surfaces présentées par les nervures 29 et 30 sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal de l'appareil de pompage et d'injection et sont séparées les unes des autres lorsque le dispositif électronagnétique'n'est pas excité (comme représenté). L'organe central de support porte deux rigoies hélicoldales formées entre les nervures 30, un enroulement électrique 31 avantageusement formé par enroulement d'un tronçon de fil dans une rigole, à partir d'une première extrémité de l'organe de support, et revenant vers cette première extrémité de cet organe dans l'autre rigole.L'enroulement peut avoir le nombre nécessaire de spires et, lorsqu'il est alimenté, les deux nervures 30 prennent des polarités magnétiques opposées, les trajets des flux comprenant des entrefers formés par les nervures 29 et 30. En conséquence, l'armature est déplacée par les forces ma gnétiques, dans un sens qui réduit la réluctance de l'entrefer et ainsi, elle provoque le déplacement vers l'intérieur du plongeur 19 ainsi qu'une augmentation de la pression du carburant présent dans la chambre de pompage. Lorsque l'augmentation de pression suffit au soulèvement de la tête 15 de l'obturateur par rapport à son siège, le carburant est transmis sous forme atomisée à la chambre associée de combustion. Lorsque l'enroulement est désexcité, le plongeur et l'armature reviennent dans la position représentée, avec une vitesse déterminée par le débit de circulation du carburant dans la chambre sous l'action du ressort 21. L'organe central 27 de support est porté lui même par un dispositif 32 de fermeture d'extrémité qui est retenu sur le corps 11 par un écrou 33 de retenue. Le dispositif de fermeture a une entrée 34 de carburant qui communique avec l'intérieur de la partie relativement large du corps, par un passage 36. Une borne électrique 35 est montée sur l'organe de fermeture, en étant isolée par rapport à celui-ci, et elle est reliée à une première extrémité de l'enroulement 31 dont l'autre extrémité est reliée au dispositif de fermeture. Un transducteur est incorporé à l'appareil de pompage et d'injection afin qu'il donne une indication de la position de l'armature, et il comporte un noyau 37 placé autour de l'organe 27 de support et a une gorge circonférentielle dans laquelle se loge un enroulement 38. L'armature porte une bague 39 d'une matière conductrice de l'électricité, et, lors du déplacement de l'armature, l'inductance de l'enroulement 38 varie si bien que la position du plongeur peut être déterminée à partir de ce signal. Comme l'indique la figure 2, l'appareil de pompage et d'injection porte la référence 10 et un courant électrique est transmis à l'enroulement du dispositif électromagnétique 24 par un circuit 40 de pilotage. Celui-ci est commandé par un circuit 41 à impulsions qui reçoit à une entrée 42, un signal d'excitation de l'enroulement du dispositif électromagnétique. Le circuit à impulsions a une entrée supplémentaire 43 qui reçoit un signal d'arrêt d'un comparateur 44 de carburant. Lorsqu'un signal est transmis par le comparateur 44, le circuit de pilotage cesse de transmettre un courant à l'enroulement du dispositif électromagnétique. Le comparateur a une première et une seconde entrée 45 et 46, cette dernière étant reliée à la sortie d'un circuit 47 de décodage qui reçoit un signal du transducteur qui fait partie de l'appareil de pompage et d'injection. Le signal transmis à l'entrée 45 du comparateur représente une quantité voulue de carburant et, lors du fonctionnement, à partir de la position des divers éléments de l'appareil de pompage et d'injection représentés sur la figure 1, lorsqu'un signal est transmis à la borne 42 du circuit à impulsions, l'enroulement de l'appareil de pompage et d'injection est excité et déclenche la transmission de carburant au moteur. La quantité de carburant qui est transmise est contrôlée par le transducteur et, lorsque le signal transmis à l'entrée 46 du comparateur est égal au signal transmis à l'entrée 45 de celui-ci, un signal d'arrêt parvient au circuit à impulsions qui interrompt l'injection de carburant par désexcitation de l'enroulement de l'appareil de pompage et d'injection. Les diverses parties de cet appareil reviennent alors dans la position indiquée sur la figure 1.Le montage est tel que deux doses au moins de carburant sont transmises à l'espace de combustion, la première relativement t6t dans la course de compression du piston associé afin que le mélange de l'air et de carburant soit poussé, et la seconde juste avant l'apparition d'une étincelle au niveau de la bougie associée à cet espace de combustion. Il faut noter que chaque appareil de pompage et d'injection est associé à tous les éléments du circuit de commande décrits jusqu'd présent. Comme l'indique la figure 2, une information doit être transmise au circuit de commande afin que celui-ci termine l'instant convenable de distribution du carburant et la quantité de carburant fournie. Le moteur est donc associé à trois transducteurs dont le premier porte la référence 48 et est un transducteur qui donne un signal représentatif de la vitesse de rotation du moteur. Ce signal parvient à un circuit 49 de décodage. Les transducteurs 50 et 51 transmettent des signaux à des positions prédéterminées pendant la rotation du vilebrequin du moteur, le transducteur 50 donnant des signaux à chaque tour du vilebrequin en nombre égal à la moitié du nombre de cylindres du moteur dans le cas d'un moteur à quatre temps.Le transducteur 51 transmet un signal tous les deux tours du moteur et les signaux transmis par les transducteurs 50 et 51 parviennent à un circuit 52 de décodage. Un transducteur 53 est aussi associé à la pédale de commande du conducteur, et un transducteur supplémentaire 54 est sensible à la pression du collecteur d'admission d'air du moteur, mais il faut noter que le réglage de la pédale détermine aussi la position du papillon dans le collecteur d'admission du moteur Le signal du transducteur 53 et celui du circuit 42 de décodage parviennent à un circuit de détermination de quantité de carburant dont le signal de sortie est représentatif de la quantité de carburant qui doit être fournie au moteur pendant les courses de compression.Ce signal, en coopération avec le signal du circuit 49 de décodage, parvient à un circuit 56 qui a deux signaux de sortie dont l'un indique le nombre de doses de carburant à introduire pendant les courses de compression des pistons associés et l'autre est représentatif de la quantité de carburant qui doit former chaque dose. Le circuit 56 peut décider que deux doses de carburant suffisent. Il peut aussi décider que trois doses de carburant sont nécessaires, surtout lorsque les déplacements de l'appareil de pompage et d'injection sont relativement faibles. Le circuit 56 comporte un circuit électronique dans lequel l'information de synchronisation de la première dose de carburant et sa quantité est conservée aux différentes vitesse et charges du moteur, la charge étant représentée par le signal provenant du circuit 55. Les signaux transmis par le circuit 56 parviennent à un circuit 57 de séquence dont les signaux de sortie sont destinés aux entrées individuelles 42 et 45 des circuits 41 à impulsions et des comparateurs 44. Le signal de séquence reçoit aussi un signal d'un circuit 58 qui reçoit lui-même le signal de vitesse du circuit 49 de décodage ainsi que le signal de position du moteur provenant du circuit 52 de décodage. Le circuit 58 transmet au circuit 57 le signal de position de vitesse afin que la transmission de carburant ait lieu au moment convenable. Le signal transmis par le circuit 58 est un signal qui avance par rapport au moteur et le circuit de séquence comprend deux circuits à retard variable dont le premier concerne la synchronisation de la première dose de carburant et le second celle de la seconde dose, c'est-à-dire celle qui est introduite dans la chambre de combustion juste avant que l'étincelle soit formée par la bougie d'allumage. Si le circuit 56 a décidé qu'il fallait plus de deux doses de carburant, la synchronisation de la seconde dose est déterminée par le premier-circuit à retard. La synchronisation de l'introduction de la première dose de carburant dépend de la vitesse du moteur afin que le carburant soit convenablement mélangé et, lorsque la vitesse du moteur augmente, pour qu'il reste suffisamment de temps pour que le plongeur de la pompe revienne avant transmission de la dose suivante. Le signal du transducteur 54 et le signal de vitesse du circuit 49 de décodage parviennent à un circuit 59 conservant des valeurs de synchronisation. Ce circuit 59 détermine la synchronisation convenable de l'allumage du moteur et son signal est transmis à un circuit 60 de pilotage qui commande la transmission d'un courant électrique à la bobine 61 d'allumage du moteur. Le signal à haute tension de cette bobine est transmis par un distributeur normal 62 aux bougies d'allumage du moteur associé, une bougie étant représentée schématiquement par la rdfé- rence 63. L'appareil décrit présente un avantage suppldmen- taire car, comme la transmission du carburant est assurée en deux ou plusieurs doses, la dimension de l'appareil de pompage et d'injection peut être réduite par rapport au cas où tout le carburant est transmis en une seule dose. De cette manière, la puissance maximale nécessaire pour la commande de cet appareil est aussi réduite. Comme décrit précédemment, le plongeur 19 commence toujours sa course d'admission depuis sa position totalement en retrait si bien que la chambre 18 de pompage est toujours pleine de carburant. Le cas échéant, le plongeur peut cependant être commandé suivant un mode différent afin que le temps nécessaire au remplissage de la chambre 18 soit réduit. L'opération est réalisée par contrôle du retour du plongeur après l'admission de carburant, le plongeur ne revenant que de la distance nécessaire à la dose suivante de carburant. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVEND I CATI ONS 1. Appareil d'injection directe de carburant pour moteur à combustion interne à allumage par bougie, carac térisé en ce qu'il comprend plusieurs injecteurs (12) de carburant montés sur un moteur afin qu'ils projettent du carburant dans des espaces de combustion du moteur, plusieurs pompes électromagntiques (24) destinées à transmettre le carburant aux injecteurs, et un circuit de commande du fonc tionnement des pompes afin que le carburant soit fourni à chaque espace de combustion en au moins deux doses et en synchronisme avec le fonctionnement du moteur. 2, Appareil selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit comprend des circuits destinés à transmettre un courant électrique à des enroulements (31) de oomande des pompes, chaque circuit d'alimentation ayant une première entrée recevant un premier signal de commande de l'excitation de l'enroulement, et une seconde entrée recevant un second signal provoquant la désexcitation de l'enroulement, un comparateur (44) de carburant dont le signal de sortie est transmis à la seconde entrée, un transducteur (38) placé dans la pompe et destine à transmettre représentatif de la position d'un élément de pompage de la pompe, le signal transmis par le transducteur parvenant 9 une première entrée du comparateur, et un dispositif destiné à transmettre un signal de quantité de carburant à l'autre entrée du comparateur.