Brevet FR2538455A1 — publié le 19840629

2.538455 Installation d'injection de carburant pour moteur à combustion interne permettant un réglage étendu du rapport carburant-air " L'invention part d'une installation d'injection de carburant pour des moteurs à combustion interne à compres- sion de mélange et à allumage séparé, avec des soupapes de dosage disposées sur une canalisation d'alimentation en carburant pour le dosage d'une quantité de carburant se trouvant dans un rapport déterminé par rapport à la quanti- té d'air aspiré par le moteur à combustion interne, un ti- roir de commande étant prévu à cet effet, qui ouvre plus ou moins les orifices de dosage contre un effort de rappel et qui pénètre par l'une de ses extrémités dans une chambre de pression se trouvant en communication avec une canalisa- tion de commande de pression de rappel et par leintermédi- aire de celle-ci avec la canalisation d'alimentation en carburant, le dosage steffectuant pour une différence de pression constante, mais toutefois susceptible d'être modifié en fonction des grandeurs caractéristiques de fonc- tionnement du moteur à combustion interne, en ce que la partie mobile d'une soupape de réglage disposée en aval de chaque soupape de dosage et réglant la différence de pres- sion sur cette soupape de dosage, est susceptible d'être sollicitée par la pression de carburant en aval de la sou- pape de dosage considérée et de l'autre côté par la pres- sion régnant dans une canalisation de commande de pression différentielle, canalisation limitée d'un côté par une soupape de commande de pression différentielle et de l'autre côte par un premier étranglement, tandis que, comme soupape de commande de pression différentielle séparant la canali- sation de commande de pression différentielle de la canali- sation d'alimentation de carburant, il est prévu un premier convertisseur électrofluidique du type à buse et à plaque d'impact, susceptible d'être commandé en fonction de gran- deurs caractéristiques de fonctionnement du moteur à combustion interne Une installation d'injection de carburant est déjà connue, dans laquelle le mélange carburant-air peut être modifié au moyen d'un convertisseur électrofluidique par modification de la pression différentielle sur les soupapes de dosage de carburant, une régulation du mélange n'étant toutefois possible que-sur une étendue limitée. L'installation d'injection de carburant conforme à l'invention est caractérisée en ce que la pression de carburant dans la canalisation de commande de pression de rappel est susceptible d'être modifiée par un second convertisseur électrofluidique du type à buse et à plaque d'impact susceptible d'être commandé en fonction de grandeurs caractéristiques du moteur à combustion interne, et qui est disposé en amont d'un second étranglement limitant de l'autre côté la canalisation de commande de la pression de rappel. Cette installation, présente, par contre, l'avantage que le mélange carburant-air est susceptible d'être réglé sur une très grande étendue avec des coefficients d'air lambda allant d'environ 0 '4 jusqu'à 1,6. Les dispositions exposées plus loin permettent d'envisager d'autres formes avantageuses des améliorations de l'installation d'injection de carburant indiquée ci-dessus. Il est particulièrement avantageux de réduire, par l'étran- glement de découplage, la pression à laquelle doit fonction- ner le second convertisseur électrofluidique et de rendre cette pression, gràce à la soupape de régulation de pression, indépendante du débit. Un exemple de réalisation de l'invention est pré- senté de façon simplifié par le dessin joint et exposé plus en détail dans la description suivante. Dans le cas de l'exemple de réalisation d'une ins- tallation d'injection de carburant représenté, une soupape de dosage et de répartition des quantités est désignée par lune soupape de dosage étant associée à chacun des cylin- dres dvun moteur à combustion interne, non représenté, à compression de mélange et à allumage séparé, soupape dans laquelle est dosée une quantité de carburant se trouvant dans un rapport déterminé avec la quantité d'air aspiré par le moteur à combustion interne Lvinstallation deinjec- tion de carburant, représentée à titre d'ex&implee comporte quatre soupapes de dosage, et est ainsi prévue pour un moteur à combustion interne à quatre cylindres La section transversale des soupapes de dosage est, par exemple, susceptible d'être modifiée en commun par un tiroir de com- mande 2 en fonction de grandeurs caractéristiques de fonc- tionnement du moteur à combustion interne, par exemple, de façon connue, en fonction de la quantité d'air aspiré par un moteur à combustion interneo Les soupapes de dosage sont placées sur une canalisation d'alimentation en carburant 3, dans laquelle du carburant est refoulé à partie d'un reser- voir de carburant 6 par une pompe de carburant 5 entraînée par un moteur électrique 4 Dans la canalisation d'alimen- tation en carburant 3 est disposée une soupape de limitas tion de la pression 9 qui limite la pression de carburant régnant dans la canalisation d 9 alimentation en carburant 3 et qui, lorsque cette pression est dépassée, laisse le carburant s'écouler en retour dans le r 4 servoir de carbu- rant 6. En aval de chaque soupape de dosage, il est prévu une canalisation 11, par l'intermédiaire de laquelle le carburant ainsi dosé arrive dans une chambre de réglage 12 d'une soupape de réglage 13 séparément associée à chaque soupape de dosage La chambre de réglage 12 de la soupape de réglage 13 est séparée par une pièce de soupape mobile revêtant, par exemple, la forme dîune membrane 14, d'une chambre de commande 15 de la soupape de réglage 13 La membrane 14 de la soupape de réglage 13 coopère avec un siège de soupape 16 prévu dans la chambre de réglage 12, par l'intermédiaire duquel le carburant dosé peut s'écouler de la chambre de réglage 12 vers les différentes soupapes d'injection 10, dont une seule est représentée, dans la tubulure d'aspiration du moteur à combustion interne Dans la chambré de réglage 12, peut être disposé un ressort de compression différentielle 18 qui sollicité la membrane 14 dans le sens d'ouverture de la soupape de réglage 13 Dans la chambre de commande 15, peut également être disposé un ressort de fermeture 17 dont la force est supérieure à celle du ressort de compression différentielle 18, de sorte que lors de l'arrêt du moteur à combustion interne, la mem- brane 14 est maintenue sur le siège de soupape 16 et que lors d'un démarrage, elle n'effectue aucun déplacement en direction du siège de soupape 16. De la canalisation dvalimentation en carburant 3 dérive une canalisation 19 qui, par l'intermédiaire d'un premier convertisseur électrofluidique 20 du type à buse et à plaque d'impact, débouche dans la canalisation de commande à pression différentielle 210 En aval de ce pre- mier convertisseur électrofluidique 20, les chambres de commande 15 des soupapes de réglage 13 sont disposées sur la canalisation de commande à pression différentielle 21, tandis qu'en aval des chambres de commande 15 est disposé un premier étranglement 23 Par l'intermédiaire de ce pre- mier étranglement 23, le carburant peut s'écouler de la canalisation de commande à pression différentielle 21 dans une canalisation d'évacuation 24 Le premier convertisseur électrofluidique, du type à buse et à plaque d'impact, est connu en soi et ne sera en conséquence décrit ici que briè- vement en ce qui concerne sa fonction et son mode d'action. Ce premier convertisseur électrofluidique 20 com- prend une bascule 26 qui est sollicitée, par exemple élec- tromagnétiquement au moyen de bobines 27, 28, par un couple de déviation variable, si bien qu'elle reçoit une certaine déviation autour d'un axe de rotation 29 La canalisation 19 débouche sur une buse 30 dans ce premier convertissuer électrofluidique 20 en face d'une plaque d'impact 31 rap- portée sur la bascule 26 Pour un couple de déviation constant agissant sur la bascule 26, on obtient ainsi entre la buse 30 et la plaque d'impact 31, une chute de pression qui est d'une importance telle qu'il s'établit une diffé- rence de pression constante dépendant du couple de déviation entre la pression du carburant dans la canalisation 19 et la pression de carburant dans la canalisation de commande sous pression différentielle 21 La commande de ce premier convertisseur électrofluidique 20 est effectuée par l'inter- médiaire d'un appareil électronique de commande 32 en fonc- tion de l'introduction de grandeurs caractéristiques appro- priées du moteur à combustion interne, telles que la vitesse de rotation 33, la position 34 du clapet d'étranglement, la température 35, la composition des gaz d'échappement 36 (sonde à oxygène), etc La commande du premier convertis- seur électrofluidique 20 par l'appareil électronique de commande 32 peut alors 9 tre effectuée de façon analogique ou bien par impulsions Lorsque le premier convertisseur élec- trofluidique 20 n'est pas excité, il est possible, gràce à l'action de ressorts appropriés ou bien par des aimants permanents 37, de produire sur la bascule 26 un couple de base, prévu de façon telle qu'il s'établit une différence de pression garantissant, même dans le cas de défaillances de la commande électrique, un fonctionnement de secours du moteur à combustion interne. Lors de la présence de signaux de commande caracté- risant le fonctionnement en moteur frein du moteur a combustion interne, par exemple une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation en marche à vide et un clapet d'étranglement fermé, le premier convertisseur électrofluidique 20 est susceptible d'être excité de sorte que dans la canalisation de commande 21 sous pression différentielle, la pression de carburant s'élève dans une mesure telle que les soupapes de réglage 13 se ferment et qu'ainsi une injection de carburant par l'intermédiaire des soupapes d'injection 10 est interrompue. La soupape de limitation de la pression 9 comporte une chambre de pression 40 du système, qui -est en communi- cation avec la canalisation d'alimentation en carburant 3, et qui est séparée par une membrane de soupape 41 d'une chambre de ressort 42, laquelle est en communication avec l'atmosphère et dans laquelle est disposé un ressort de compression 43 du système, qui sollicite la membrane de soupape 41 dans le sens de la fermeture de la soupape Dans la chambre de pression 40 du système, fait saillie un siège de soupape 44, coopérant avec la membrane de soupape 41 et qui est monté en étant susceptible de coulisser axia- lement dans un palier axial 45 L'extrémité du siège de soupape opposée a la membrane de soupape 41 fait saillie, d'autre part, hors du palier axial 45 dans une chambre col- lectrice 46 et revêt la forme d'un clapet de soupape 47 Le clapet de soupape 47 ouvre ou bien ferme un siège étanche 48 pouvant être constitué par un anneau de caoutchouc, par l'intermédiaire duquel le carburant peut s'écouler en retour dans une canalisation de retour 49 et de là vers le c 6 té aspiration de la pompe de carburant 5, par exemple le réservoir de carburant 6 Sur le clapet de soupape 47, prend appui un ressort de compression de fermeture 50 qui sollicite le clapet de soupape 47 dans le sens de l'ouver- ture et qui a tendance à déplacer le siège de soupape 44 contre la force agissant sur ce siège de soupape 44 par l'intermédiaire de la membrane de soupape 41 Dans le palier axial 45 du siège de soupape 44 entre le chambre de pression 40 du système de la chambre collectrice 46, il est prévu une fente d'étranglement 51 Dans la chambre collectrice 46, débouchent toutes les canalisations de carburant, par exemple la canalisation d'évacuation 24 par l'intermédiaire de laquelle le carburant peut revenir au réservoir de carburant 6 Il est prévu, dans le siège de soupape 44, un canal 52 par l'intermédiaire duquel, lorsque la membrane de soupape 41 est soulevée du siège de soupape 44, du carburant peut s'écouler dans la chambre collectrice 46 La section transversale, sollicitée par le carburant du clapet de soupape 47, est plus réduite que la -section transversale de la membrane de soupape 41, et le siège étanche élastique 48 est, à peu près, de la meme section transversale que le clapet de soupape 47. Le fonctionnement de la soupape de limitation de la pression 9-est le suivant: lorsque le moteur à combustion interne est à l'arrgt le clapet de soupape 47 repose sur le siège étanche 48 et ferme la canalisation de retour 49, tandis que la membrane de soupape 41 ferme le siège de sou- pape 44 Lors du démarrage du moteur à combustion interne, la pompe de carburant 5 refoule du carburant dans la cana- lisation d'alimentation en carburant 3 et donc également dans la chambre de pression 40 du système de la soupape de limitation de la pression 9 Si cette pression slélève au dessus d'une pression dfouverture-déterminée pour laquelle leeffort exercé par la pression du carburant sur la membrane de soupape 41 et l'action du ressort de compression de fermeture 50 sont supérieurs à I'action du ressort de com- pression 43 du système et un effort exercé par la pression du carburant sur le clapet de soupape 47, alors ce clapet de soupape 47 se soulève du siège étanche 48 et le-siège de soupape 44 se déplace en direction de la membrane de soupape 41 Ce mouvement de déplacement est limité par une butée 53 sur laquelle vient s'appliquer le clapet de soupape 47 Si, maintenant, une pression de carburant (pression du système) déterminée uniquement par l'action du ressort de compression 43 du système, est atteinte, alors la membrane de soupape 41 est soulevée du siège de soupape 44 et du carburant peut par l'intermédiaire du canal 52 s'évacuer dans la chambre collectrice 46 et de là dans la canalisation de retour 49 Lors de l'arrêt du moteur à combustion interne ou bien de linterruption du refoulement du carburant par la pompe de carburant 5, la membrane de soupape 41 ferme le siège de soupape 440 Les actions du ressort de compression 43 du système et du ressort de com- pression 50 de fermeture, ainsi que les sections transver- sales sollicitées par le carburant de la membrane de soupa- pe 41 et du clapet de soupape 47 sont accordées les unes aux autres de façon qu'à ce moment du carburant puisse tout d'abord s'écouler, en outre, par lvintermédiaire de U fente d'étranglement 51 dans la chambre collectrice 46, et à partir de cette chambre collectrice 46, par l'intermédiaire du siège étanche 48 dans la canalisation de retour 49, jusqu'à ce que la pression de carburant dans l'installation d'injection de carburant soit inférieure à la pression de carburant nécessaire pour l'ouverture des soupapes d'in- jection 10 Ce n'est qu'au dessous de la pression de carburant nécessaire pour ltouverture des soupapes drin- jection 10, que le clapet de soup:ape 40 est déplacé contre l'taction du ressort de compression de fermeture dans une mesure telle quail vient s'appliquer sur le siège étanche 48 en fermant la canalisation de retour 49. Du fait de la pression de carburant régnant dans la chambre collectrice 46, le clapet de soupape 47 est en outre pressé sur le siège étanche 48 Ainsi, une fuite de carburant à partir de l'installation d'injection de carburant se trouve empochée, de sorte que lors d'un nouveau démarrage du moteur à combustion interne, l'installation d'injection de carburant est prête à fonctionner en un temps très court. Si, maintenant, le moteur à combustion interne est démarré à nouveau, la pression d'ouverture nécessaire pour le clapet de soupape 47 se soulève du siège étanche 48 est supérieure à la pression nécessaire pour la fermeture, car sur le clapet de soupape 47, lorsqu'il est fermé, il n'y a pas de compensation des efforts résultant de la pression de carburant dans la chambre collectrice 46 Une pression d'ouverture plus élevée que la pression de fermeture est toutefois souhaitable pour garantir une fermeture sure, même si, après l'arrêt du moteur à combustion interne, la pression de carburant dans l'installation d'injection de carburant augmente du fait de l'échauffement du carburant qui y est enfermé. La soupape de dosage et de répartition des quantités 1 comporte une douille de dosage 55 dans laquelle, le tiroir de commande 2 est monté coulissant axialement dans un alésage de glissement 56 Ce tiroir de commande 2 comporte une rainure de commande 57 limitée d'un c 8 té par une arête de commande 58 Lors d'un déplacement vers le haut, l'arête de commande 58 ouvre plus ou moins des orifices de commande 59, par exemple des fentes de commande, par lvintermédiaire desquelles le carburant dosé peut s'écouler dans les cana- lisations 11 * Ltarete de commande 58 du tiroir de commande 2 constitue, avec chacun des orifices de commande 59, une soupape de dosage dont les deux passages se situant dans le plan du dessin sont représentés, tandis que les deux autres ne se situant pas dans le plan du dessin sont décalés de 900 par rapport aux deux soupapes de dosage représentéeso Sur le c 8 té d'actionnement du tiroir de commande 2, un organe de mesure de l'air, non représenté, peut, par exemple, venir en prise de façon connue sur une extrémité d'actionnement 60 et déplacer le tiroir de commande 2 en fonction de la quantité d'air aspiré par le moteur à combustion interne Un épaulement 61 est ménagé à la transition vers l'extrémité d'actionnement 60 de plus petite section transversale Une paroi radiale 62 entoure l'extrémité d'actionnement 60 et ferme ainsi l'alésage de glissement 56 vers le bas Sur cette paroi radiale 62 un anneau d'étanchement élastique 63 est disposé sur lequel vient s'appliquer l'épaulement 61 dans la position de repos du tiroir de commande 2 en assurant ainsi l'étanche- ment vers l'extérieur Dans la position de fonctionnement du tiroir de commande 2, est formée, entre l'épaulement 61 et la paroi radiale 62, une chambre de suite 64 qui capte le carburant fuyant de la rainure de commande 57 par l'intermédiaire de la périphérie externe du tiroir de com- mande 2, tandis qu'à partir de cette chambre, une canalisa- tion de fuite 55 aboutit à la chambre collectrice 46 de la soupape de limitation de la pression 9 L'effort de rappel agissant sur le tiroir de commande 2, en opposition à l'effort d'actionnement agissant sur ltextrémité d'action- nement 60, est produit par le carburant A cet effet, le tiroir de commande 2 pénètre par une surface frontale 70 ménagée à l'extrémité du tiroir de commande 2 opposée à l'extrémité d'actionnement 60, dans une chambre de pression 69 qui est reliée à une canalisation de commande 71 de pres- sion de rappel, par l'intermédiaire d'un étranglement d'amor- tissement 68 La canalisation de commande 71 de pression de rappel est limitée d'un c 8 té par un second étranglement 72 par l'intermédiaire duquel le carburant peut seévacuer de la canalisation de commande 71 de pression de rappel, par exemple dans la canalisation d'évacuation 24 De l'autre c Sté, la canalisation de commande 71 de pression de rappel est limitée par un second convertisseur électrofluidique 74 du type à buse et à plaque d'impact, dont l'entrée formée par la buse 30 est reliée par l'intermédiaire d'une cana- lisation 75 à une canalisation intermédiaire 76 Ce second convertisseur électrofluidique 74 est identique en ce qui concerne sa constitution et son fonctionnment au premier convertisseur électrofluidique 20, si bien qu'une nouvelle description n'est pas nécessaire La commande de ce second convertisseur électrofluidique 74 peut être effectuée par un appareil électrofluidique de commande 77 dans lequel sont introduites les grandeurs caractéristiques de fonctionne- ment 33, 34, 35, 36. Au lieu dître commandé, par l'appareil électronique de commande 77, le second convertissuer électrofluidique 74 peut également être commandé par lappareil électronique 32 La canalisation intermédiaire 76 est reliée par lein- termédiaire d'un étranglement de découplage 78 a la cana-. lisation d'alimentation en carburant 3 Du fait de l'étran- glement de découplage 78, un abaissement de pression souhaité se produit dans la canalisation intermédiaire 76, de sorte que le second convertisseur électrofluidique 74 peut fonctionner avec une pression plus réduite La pression dans la canalisation intermédiaire 76 est susceptible d'être réglée de façon indépendante du débit grâce à une soupape de réglage de la pression 79 Le carburant évacué par l'intermédiaire de la soupape de réglage de la pression 79 peut Ctre amené au moyen duune canalisation 80 à la canali- sation dt'évacuation 24. La commande de la pression différentielle sur les soupapes de dosage 58, 59 au moyen du premier convertisseur électrofluidique 20, ainsi que l'effort de rappel sur le tiroir de commande 2 en influençant la pression de carbu- rant dans la canalisation de commande 71 de pression de rappel, au moyen du second convertisseur électrofluidique 74, permettent une modification du rapport carburant-air sur une très grande étendue allant d'environ lambda = 0,4 jusqu'à lambda = 1,6. R E V E N D I C A T I O N S ) Installation deinjection de carburant pour des moteurs à combustion interne à compression de mélange et à allumage séparé, avec des soupapes de dosage disposées sur une canalisation d'alimentation en carburant pour le dosage d'une quantité de carburant se trouvant dans un rapport déterminé par rapport à la quantité d'air aspiré par le moteur à combustion interne, un tiroir de commande 1-0 étant prévu à cet effet, qui ouvre plus ou moins les ori- fices de dosage contre un effort de rappel et qui pénètre par l'une de ses extrémités dans une chambre de pression se trouvant en communication avec une canalisation de com- mande de pression de rappel et par leintermédiaire de celle ci avec la canalisation d'alimentation en carburant, le dosage s'effectuant pour une différence de pression cons- tante, mais toutefois susceptible d'être modifié en fonc- tion des grandeurs caractéristiques de fonctionnement du moteur àcombustion interne, en ce que la partie mobile d'une soupape de réglage disposée en aval de chaque sou- pape de dosage et réglant la différence de pression sur cette soupape de dosage, est susceptible d'?tre sollicitée par la pression de carburant en aval de la soupape de dosage considérée et de l'autre c 8 té par la pression régnant dans une canalisation de commande de pression différentielle, canalisation limitée deun c 6 té par une soupape de commande de pression différentielle et de l'autre côté par un premier étranglement, tandis que, comme soupa- pe dé commande de pression différentielle séparant la canalisation de commande de pression différentielle de la canalisation d'alimentation de carburant, il est prévu un premier convertisseur électrofluidique du type à buse et à plaque d'impact, susceptible d'9 tre commandé en fonction de grandeur caractéristiques de fonctionnement du moteur à combustion interne, installation caractérisée en ce que la pression de carburant dans la canalisation de commande de pression de rappel ( 71) est susceptible d'être modifiée par un second convertisseur électrofluidique ( 74) du type à buse et à plaque d'impact susceptible d'être commandé en fonction de grandeurs caractéristiques du moteur à combus- tion interne, et qui est disposé en amont d'un second étranglement ( 72) limitant de l'autre c 8 té la canalisation de commande ( 71) de la pression de rappel. 2 ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrée ( 30) du second convertisseur électrofluidique ( 74) est placée sur une canalisation intermédiaire ( 76) qui est en communica- tion d'un c 8 té avec la canalisation d'alimentation en cars burant ( 3) par l'intermédiaire d'un étranglement de décou- plage ( 78). 3 ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que la canalisation intermédiaire ( 76) est limitée de l'autre c 8 té par la soupape de réglage de la pression ( 79).