Brevet FR2535400A1 — publié le 19840504

"Soupape d'injection de carburant adaptée à la marche à vide d'un moteur à combustion interne " L'invention concerne une soupape d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne avec un support de buse, avec un corps de buse comportant un orifice d'injection et avec une douille de guidage de gaz en forme de cuvette qui entoure axialement, au moins de façon partielle, avec-une partie cylindrique, le support de buse, et qui entoure radialement, au moins de façon partielle avec une partie de fond, le corps de buse, au moins un canal axial de guidage de gaz étant ménagé dans la partie cylindrique de cette douille de guidage de gaz, ce canal débouchant dans un canal annulaire de gaz ménagé entre le corps de buse et la partie de fond On connaît déjà une soupape d'injection de carburant dans laquelle il est prévu que l'air entoure le carburant injecté en aval de l'ouverture d'injection En raison des mesures d'économie d'énergie, les vitesses de rotation en marche à vide, de même que les puissances dissipées par frotte- ment du moteur à combustion interne, ont été abaissées. De ce fait, la quantité de mélange nécessaire en marche à vide des moteurs à combustion interne à injection s'est réduite et les soupapes d'injection connues jusqu'à main- tenant avec préparation d'air ont tendance, pour ces quan- tités de carburant en marche à vide extrêmement réduites, à former des gouttes, ce qui aboutit à une marche irré- gulière du moteur à combustion interne et à une proportion plus importante de composants toxiques dans les gaz d échappement- La soupape d'injection conforme à l'invention est une soupape caractérisée en ce que l'orifice d'injec- tion du corps de buse est prévu dans un collet de buse traversant un orifice de passage de la partie de fond, tandis qu'entre l'orifice de passage de la partie de fond et le collet de buse, est ménagée, au voisinage immédiat de l'orifice d'injection, une fente annulaire de laminage de gaz se trouvant en communication avec le canal annulaire de gaz Elle présente, par contre, l'avantage que, même de très petites quantités de carbu- rant injectées sont préparées de façon optimale et que le carburant injecté peut sortir sans empêchement, même sans enrobage d'air. D'autres dispositions indiquées plus loin per- mettent d'envisager d'autres formes avantageuses et des perfectionnements de la soupape selon l'invention Il est particulièrement avantageux d'adapter la fente annulaire des gaz aux exigences des cylindres individuels du moteur, par coulissement ou bien par courbure de la douille de guidage des gaz. Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés de façon simplifiée sur les dessins ci- joints, et exposés plus en détail dans la description qui va suivre. la figure 1 montre une installation d'injec- tion de carburant avec une soupape d'injection de carbu- rant, la figure 2 montre un premier exemple de réalisation d'une soupape d'injection de carburant réali- sée conformément à l'invention, la figure 3 montre un second exemple de réalisation d'une soupape d'injection de carburant réali- sée conformément à 1 linvention. Dans le 'cas de l'installation dinjection de carburant représentée à titre d'exemple en figure 1, l'air de combustion s'écoule dans la direction de la flèche par l'intermédiaire d'un tronçon 1 de la tubulure d'aspiration dans un tronçon conique 2, dans lequel est disposé un organe de mesure de l'air 3, et l'air de combustion s'écoule, en outre, par un tronçon 4 de la tubulure d&aspiration qui, par ailleurs, est limité par un clapet d'étranglement 5 susceptible d'être actionné à volonté, à une tubulure collectrice d'aspiration 6 et de là, par l'intermédiaire d'un tronçon 7 de la tubulure d'aspira- tion, à un ou plusieurs cylindres 8 d'un moteur à combus- tion interne à compression de mélange et à allumage séparé L'organe de mesure de l'air 3 est une plaque dis- posée transversalement par rapport à la direction d'écou- lement et qui se déplace dans le tronçon-conique 2 de la tubulure d'aspiration par exemple selon une fonction approximativement linéaire de la quantité d'air s'écoulant à travers la tubulure d'aspiration, auquel cas, pour un effort de rappel constant agissant sur l'organe de mesure d'air 3, ainsi que pour une pression d'air constante régnant en amont de cet organe de mesure de l'air, la pression régnant entre l'organe de mesure de l'air 3 et le clapet d'étranglement 5, reste également constante. L'organe de mesure de l'air 3 commande une soupape de dosage et de répartition des quantités 10 Pour transmet- tre le déplacement de réglage de l'organe de mesure de l'air 3, on utilise un levier pivotant 11 relié à cet organe, qui est monté en même temps qu'un levier de cor- rection 12 en un point de rotation 13 et qui, lors de son déplacement de pivotement, actionne la partie mobile, revêtant la forme d'un tiroir de commande 14, de la partie de dosage et de répartition des quantités 10 Le mélange souhaité de carburant et d'air peut être réglé par une vis de régulation de mélange 15 La surface frontale 16, opposée au levier pivotant 11, du tiroir de commande 14 est sollicitée par le liquide sous pression, dont la pression sur la surface frontale 16, engendre l'effort de rappel sur I -organe de mesure de l'air 3. L'alimentation en carburant est effectuée par une pompe électrique à carburant 19, qui aspire le car- burant à partir d'un réservoir de carburant 20 et qui l'amène, par l'intermédiaire d'un accumulateur de carbu- rant 21, d'un filtre de carburant 22 et d'une canalisa- tion d'alimentation en carburant 23, à la soupape de dosage et de répartition des quantités 10 Un régulateur 24 de la pression du système maintient la pression du système constante dans la canalisation 23 d'alimentation en carburant. La canalisation 23 d'alimentation en carburant aboutit par l'intermédiaire de diverses dérivations aux chambres 26 de la soupape de dosage et de répartition des quantités 10, de sorte que l'une des faces d'une mem- brane 27 est sollicitée par la pression du carburant. Les chambres 26 sont également en communication avec une rainure annulaire 28 du tiroir de commande 14 Selon la position du tiroir de commande 14, la rainure annulaire 28 couvre plus ou moins les fentes de commande 29 abou- tissant chacune à une chambre 30 qui est séparée par la membrane 27 de la chambre 26 A partir des chambres 30, le carburant arrive par l'intermédiaire des sièges de soupapes 31 dans des canaux d'injection 33, vers les soupapes d'injection individuelles de carburant 34, les- quelles sont disposées au voisinage du cylindre 8 du moteur dans le tronçon 7 de la tubulure d'aspiration La membrane 27 sert de partie mobile à une soupape à siège plat qui est maintenue ouverte, lorsque l'installation d'injection de carburant ne fonctionne pas, par un res- sort 35 Les capsules à membranes formées chacune d'une chambre 26 et 30, font, qu'indépendamment du recouvrement existant entre la rainure annulaire 28 et les fentes de commande 29, donc indépendamment de la quantité de car- burant s'écoulant vers les soupapes d'injection de car- burant 34, la chute de pression à la soupape de dosage 28, 29, reste constante dans une large mesure On est ainsi assuré que la course de réglage du tiroir de commande 14 et la quantité de carburant dosée, sont proportionnelles. Lors d'un mouvement de pivotement du levier de commande 11, l'organe de mesure de l'air 3 est déplacé dans le tronçon conique 2 de sorte que la section trans- versale annulaire se modifiant entre l'organe de mesure de l'air et le cÈne, est, par exemple, approximativement proportionnelle à la course de réglage de l'organe de mesure de l'air 3. Le liquide sous pression engendrant l'effort de rappel constant sur le tiroir de commande 14, est le carburant A cet effet, une canalisation de commande sous pression 36 dérive de la canalisation d'alimentation en carburant 23, cette canalisation 36 étant séparée par un étranglement de découplage 37 de la canalisation d'ali- mentation en carburant 23 A la canalisation de commande sous pression 36 est reliée, par l'intermédiaire d'un étranglement d'amortissement 38, une chambre sous pres- sion 39 dans laquelle pénètre la face frontale 16 du tiroir de commande 14. Sur la canalisation de commande sous pression 36 est disposée une soupape de réglage de la pression 42, par l'intermédiaire de laquelle le liquide sous pres- sion peut arriver sans pression par une canalisation de retour 43 au réservoir de carburant 20 Une fonction de la soupape de réglage de pression 42 représentée, consiste à modifier, selon une fonction de la température et du temps, pendant la marche à chaud du moteur à combustion interne, la pression du liquide sous pression engendrant leffort de rappel La soupape de réglage de la pression 42 revêt la forme d'une soupape à siège plat, avec un siège de soupape fixe 44 et une membrane 45 jouant le r 8 le de partie mobile de la soupape, et qui est sollicitée dans le sens de la fermeture de la soupape, par un ressort de pression 46 Le ressort de pression 46 agit par l'inter- médiaire d'une coupelle de ressort 47 et d'une broche de transmission 48, sur la membrane 45 Pour des tempé- ratures au-dessous de la température de fonctionnement du moteur, d environ 80 %C, un ressort bilame 49 agit con- tre l-action du ressort de pression 46, ressort bilame sur lequel est disposé un élément électrique chauffant dont l'échauffement après le démarrage aboutit à une réduction de l'action du ressort bilame 49 sur le res- sort de pression 46, grâce à quoi la pression de commande dans la canalisation de commande sous pression 36 aug- mente L'élément électrique 50 de chauffage du ressort bilame 49 est à cet effet placé dans un circuit 58 de la batterie 57 du véhicule, circuit qui est fermé par le commutateur d'allumage et de démarrage 59 Le ressort bilame 49 est bridé par son extrémité opposée au ressort de pression 46 sur un axe 51 et grâce à celui-ci, il est réglable dans sa position par rapport au ressort de pres- sion 46. Au-dessous d'une température de fonctionnement du moteur d'environ t 80 %C, il est nécessaire pendant la phase de marche à chaud du moteur à combustion interne, d'enrichir avec du carburant le mélange carburant-air. A cet effet, le ressort bilame est utilisé grâce auquel l'action du ressort de pression 46 sur la membrane 45 est susceptible d'être réduite Une réduction de l'effort de fermeture sui la membrane 45 a pour conséquence qu'une pression de commande plus réduite est réglée dans la canalisation de commande sous pression 36, de sorte que l'effort de rappel sur le tiroir de commande 14, et donc sur l'organe de mesure de l'air 3, est également diminué, grâce à quoi, pour une quantité d'air aspirée restante inchangée, le tiroir de commande 14 est déplacé davantage dans le sens d'ouverture des fentes de commande 29 et une quantité de carburant plus importante est dosée. Pour des températures de démarrage supérieures à environ + 800 C, le ressort bilame 49 s'est si fortement plié en direction de la membrane 45 qu'il vient hors de prise de la coupelle de ressort 47, de sorte que la pression de commande réglée par la soupape 42 de réglage de la pression dans la canalisation de commande sous pression 36, est déterminée exclusivement par l'action du ressort de pression 46. Dans de tels systèmes à basse pression, pour obtenir une bonne préparation du carburant à injecter, précisément dans le cas de très petites quantités de carburant à injecter en marche à vide et dans le cas de très faibles charges partielles, une pulvérisation au moyen d'un gaz, notamment de l'air ou des gaz d'échappe- ment, est nécessaire Comme source de gaz, on peut par. exemple utiliser de l'air comprimé ou bien, comme cela est représenté, de l'air atmosphérique, qui est par exem- ple dérivé en amont du clapet d'étranglement 5 à partir du tronçon 4 de la tubulure d'aspiration par l'intermé- diaire d'une canalisation d'air 61 et amené à la soupape d'injection de carburant 34 La canalisation d'air 61, dans la forme de réalisation représentée, est placée en parallèle par rapport à un canal de dérivation en marche à vide 62 en dérivation sur le clapet d'étranglement 5 et comportant une vis usuelle 63 de régulation de marche à vide Pour la régulation d'une vitesse constante en marche à vide, il peut être prévu, d'une façon non repré- sentée, une autre dérivation sur le clapet d'étranglement 5, et dont la section transversale est susceptible d'être réglée d'une façon connue par un système de réglage en marche à vide, en fonction de la vitesse de rotation en marche à vide et de la température Le canal de dérivation en marche à vide 62 peut également être prévu de façon qu'en aval de la vis de régulation en marche à vide 63, il ne débouche pas dans la tubulure d'aspiration mais dans une canalisation d'air 61 représentée en tirets, et qui aboutit aux différentes soupapes d'injection de carburant 34, de sorte que la quantité d'air s'écoulant par l'intermédiaire du canal de dérivation de marche à vide 62, sert à préparer le carburant à injecter sur les soupapes d'injection de carburant 34. La canalisation d'air 61 pourrait également, comme cela n'est pas représenté, dériver du tronçon 1 de la tubulure d'aspiration en amont de l'organe de mesure de l'air 3, grâce à quoi une chute de pression plus im- portante par rapport à la pression dans la tubulure d'as- piration est disponible aux emplacements d'injection de carburant D'une manière également non représentée, la canalisation d'air 61 pourrait être raccordée au système d'échappement du moteur à combustion interne, de sorte que, pour la préparation du carburant à injecter, on utilise des gaz d'échappement, grâce à quoi, même dans la zone de pleine charge du moteur à combustion interne, une pression de transport suffisamment élevée est dis- ponible. Les figures 2 et 3 montrent des exemples de réalisation de la soupape d'injection de carburant 34 en ce qui concerne la préparation du carburant à injecter avec un gaz, notamment avec de l'air. L'exemple de réalisation d'une soupape d'injec- tion de carburant 34, représentée seulement partiellement en coupe en figure 2, comporte un support de buse 66, à l'une des extrémités duquel est disposé et fixé un corps de buse 67 Le corps de buse 67 comporte un orifice'médian :2535400 68 qui débouche vers l extérieur dans un orifice d'in- jection 69 servant également de siège de soupape Par l'intermédiaire d'une collerette 70, le corps de buse 67 est bridé sur le support de buse 66 et fait saillie avec une réduction du guidage 71 dans une chambre de pression 72 ménagée dans le support de buse 66 et qui est en com- munication avec le canal d'injection 33 vers l'alimenta- tion en carburant La fixation du corps de buse 67 sur le support de buse 66 peut être effectué grâce à un bord serti 73 enserrant partiellement la collerette 70 Un ressort de fermeture 76, entourant la réduction de gui- dage 71 prend appui sur la collerette 70, éventuellement avec interposition d'une rondelle 74 Ce ressort de fer- meture 76 fait saillie dans la chambre de pression 72 et son autre extrémité agit sur une coupelle de ressort 77 Cette coupelle de ressort 77 comporte une zone médiane 78 de forme sphérique, à laquelle est suspendu un corps de fermeture 79 avec une tête 80 comportant une partie sphérique Le corps de fermeture 79 comporte à son extrémité tournée vers le corps de buse 67, une tête de fermeture 81 en forme de demi-sphère, réalisée à l'extrémité du corps de fermeture 79 traversant l'ori- fice médian 68 du corps de buse 67, et qui, en coopéra- tion avec l'orifice d'injection 69 constitue la soupape proprement dite Ce corps de fermeture 79 est ainsi disposé en étant suspendu de façon pendulaire et en tra- versant le corps de buse 67 A l'opposé de la chambre de. pression 72, un collet de buse 82 est formé sur le corps de buse 67, collet à l'extrémité duquel est ménagé l'ori- fice d'injection 69 En allant dans la direction de l'orifice d'injection 69, le collet de buse 82 est muni d'une surface oblique 83 inclinée, de forme annulaire, de sorte que le collet de buse 82 se termine en pointe vers l'orifice d'injection 69 Le collet de buse 82 dans le cas de l'exemple de réalisation de la soupape d'injec- tion de carburant 34 selon la figure 2, est si court qu'il se termine à l'intérieur d'un évidement 44 du corps de buse 67 et ne fait donc pas saillie au-delà de la face frontale, opposée à la chambre de pression 72, de la collerette 70. Pour la préparation du carburant à injecter, il est prévu une douille 87 de guidage des gaz en forme de cuvette, qui avec une partie cylindrique 88 enveloppe axialement, au moins de façon partielle, le support de buse 66, et qui, avec une partie de fond 89 enveloppe radialement, au moins de façon partielle, le corps de buse 67 Dans la partie cylindrique 88, est ménagé au moins, un canal axial de guidage de gaz 90, qui peut, par ailleurs, être limité par la périphérie du support de buse 66 et qui est en communication, d'une part, avec la canalisation d'air 61, 61 ' et débouche, d'autre part, dans un canal annulaire de gaz 91, ménagé entre l'évide- ment 84 ou bien la face frontale 85 de la collerette 70 et la partie de fond 89 enserrant cette collerette La partie de fond 89 est réalisée de façon telle qu'un orifice central de passage 92 de cette partie de fond 89, est traversée par le collet de buse 82 Entre la paroi de l'orifice de passage 92 ouvert en direction du canal annulaire de gaz 91 et la surface oblique 83 sur le collet de buse 82, une fente annulaire de laminage de gaz 93, est formée, dans laquelle s'effectue le dosage de l'air, c'est-àdire la conversion de la pression en vitesse Grâce à la surface oblique 83, située dans la zone de l'orifice de passage 92 de la partie de fond 89, du collet de buse 82, la section transversale de la fente annulaire de gaz 93 peut être modifiée soit par déplace- ment axial de la douille de guidage de gaz 87, soit par une courbure correspondante de la partie de fond 89 La fente annulaire de gaz 93 doit être ménagée à un voisi- nage aussi immédiat que possible de l'orifice d'injection 69, c est-à-dire à moins d'un dixième de millimètre au- dessus du carburant sortant de l'orifice d'injection 69. Ainsi, le carburant éjecté par l'orifice d'injection 69, immédiatement après sa sortie de l'orifice d'injection, est enveloppé de tous côtés et préparé par de l'air à haute vitesse d'écoulement La surface opposée au corps de buse 67 de la partie de fond 89 est en forme d'enton- noir, de sorte que même en cas d'absence de préparation par leair, le carburant sortant de l'orifice d'injection 69 ne peut pas mouiller cette surface. La soupape d'injection 34 peut être entourée d'une douille isolante 95 qui empêche, dans une mesure aussi large que possible, une transmission de chaleur à la soupape d'injection 34 Comme cela est indiqué par les flèches 96, un espace annulaire 97 peut être ménagé entre *le support de buse 66 et la douille isolante 95. Cet espace annulaire est, d'une part, en communication avec la canalisation d'air 61, 61 ', et, d'autre part, les canaux de guidage de gaz 90 débouchent dans cet espace. L'exemple de réalisation d'une soupape d'in- jection de carburant 34 avec préparation de carburant par un gaz représenté en figure 3, est différent de l'exemple de réalisation selon la figure 2, uniquement en ce que le collet de buse 82 est d'une longueur telle, qu'en faisant saillie au-delà de la bride 70 du corps de buse 67, il arrive jusque dans le plan de la partie de fond 89, presque plane, de la douille de guidage de gaz 87 Grâce à cette disposition, la conformation en forme d'entonnoir prononcée de la partie de fond 89-, devient inutile, les modalités de la préparation du carburant à injecter par l'orifice d'injection 69 restant toutefois les mêmes. R E V E N D I C A T I O N S ) Soupape d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne avec un support de buse, avec un corps de buse comportant un orifice dlinjection et avec une douille de guidage de gaz en forme de cuvette qui entoure axialement, au moins de façon partielle, avec une partie cylindrique, le support de buse, et qui en- toure radialement, au moins de façon partielle avec une partie de fond, le corps de buse, au moins un canal axial de guidage de gaz étant ménagé dans la partie cylin- drique de cette douille de guidage de gaz, ce canal débou- chant dans un canal annulaire de gaz ménagé entre le corps de buse et la partie de fond, soupape caractérisée en ce que l'orifice d'injection ( 69) du corps de buse ( 67 ' est prévu dans un collet de buse ( 82) traversant un orifice de passage ( 92) de la partie de fond ( 89), tandis qu'entre l'orifice de passage ( 92) de la partie de fond ( 89) et le collet de buse ( 82), est ménagée, au voisinage immédiat de l'orifice d'injection ( 69), une fente annulaire de laminage de gaz ( 93) se trouvant en communication avec le canal annulaire de gaz ( 91). 2 ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le collet de buse ( 82) a une surface oblique ( 83) partant de l'orifice d'injection ( 69) et s'étendant de façon inclinée en regard de l'orifice de passage ( 92) de la partie de fond ( 89), la fente annulaire de gaz ( 93) étant ménagée entre cette surface oblique ( 83) et 1 ' orifice de passage ( 92). ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que la section trans- versale de la fente annulaire de gaz ( 93) est susceptible d'être modifiée par déplacement axial de la partie de fond ( 89). ) Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2 caractérisée en ce que la section trans- versale de la fente annulaire de gaz ( 93) est susceptible d'être modifiée par déformation axiale de la partie de fond ( 89). ) Soupape d'injection de carburant selon 1 ' une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'air ou bien des-gaz d'échappement du moteur à combustion interne, peuvent être amené,s à la fente annu- laire de gaz ( 93).