Brevet FR2579680A1 — publié le 19861003

" Dispositif d'injection de carburant pour moteurs à combus tion interne". L'invention part d'un dispositif d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne avec un piston de pompe, avec une chambre de travail de la pompe délimitée par ce piston et avec une chambre de prélèvement de carburant susceptible d'être reliée avec la chambre de travail de la pompe par l'intermédiaire d'une soupape commandée électriquement, cette chambre de prélèvement de carburant comportant une paroi susceptible d'être déplacée d'une quantité réglable contre l'action d'un ressort de rappel. Dans un dispositif d'injection de carburant de ce type, connu par le document DE-OS 30 08 070, la soupape commandée électriquement est une soupape de retenue sollicitée par un ressort, s'ouvrant vers l'intérieur de la chambre de travail de la pompe et qui peut entre refoulé lée par l'armature d'un électro-aimant. L'organe de fermeture de cette soupape de retenue est pressé sur son siège par la pression dans la chambre de travail de la pompe, de sorte qu'il ne peut plus entre ouvert après le début de la course de refoulement de la pompe.Pour le prélèvement d'une partie du carburant refoulé par le piston de la pompe, la soupape doit, en conséquence,être ouverte lors du début de la course de refoulement du piston de la pompe, mais elle peut être fermée après une course partielle susceptible d'être déterminée du piston de la pompe par mise hors circuit de l'électro-aimant et soulagement de l'organe de la soupape. Cette soupape est placée au début d'une très longue canalisation aboutissant à une chambre de prélèvement de carburant, et qui vient s'ajouter en tant que volume d'absorption au volume de prélèvement fourni par le déplacement par évitement de la paroi mobile de la chambre de prélèvement.La fraction minimale de prélèvement en carburant est ainsi déterminée par la compressibilité de ce volume et ne peut pas être réduite. De plus, en dehors de la soupape électromagnétique, une chambre de prélèvement de carburant délimitée par un piston, est nécessaire en supplément, ce qui rend le dispositif très coûteux. L'invention a pour butée remédier à ces inconvénients et concernewà cet effets un dispositif d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne, caractérisé en ce que la paroi susceptible d'être déplacée, revêt la forme d'un organe de fermeture de la soupape commandée électriquement, organe commandant la communication entre la chambre de travail de la pompe et la chambre de prélèvement de carburant, et qui est sollicité dans le sens de la fermeture par le ressort de rappel. Le dispositif d'injection de carburant con- forme à l'invention défini ci-dessus présent; par contre, l'avantage que les moyens pour prélever d'une façon contrôlée du carburant pendant la course de refoulement du piston de la pompe, sont d'une construction beaucoup plus simple. Il est particulièrement avantageux que l'organe de fermeture de la soupape soit équilibré en pression dans la position de fermeture.Il est ainsi possible de déclencher le processus de prélèvement même pendant la course de refoulement du piston de la pompe, de façon que par exemple, mdme après le début d'un refoulement du carburant dans la chambre de combustion considérée du moteur à combustion interne, ce refoulement puisse dtre réduit en peu de temps de façon importante ou même interrompu par commande de la chambre de prélèvement de carbu ranz, A cette phase fait suite, après remplissage du volume de la chambre de prélèvement de carburant, la partie restante du refoulement du carburant vers les chambres de combustion du moteur à combustion interne. La quantité totale de carburant injecté est alors, indépendamment de cela, commandée par d'autres moyens, qui peuvent être différents selon le type de pompe.Le dispositif d'injection de carburant conforme à l'invention peut Entre utilisé pour des pompes d'injection de carburant quelconques0 Le déroulement de l'injection peut entre adapté auz besoins du moteur à combustion interne avec une grande latitude de variations, uniquement par modification de l'instant auquel la soupape commandée électriquement est actionnée0 Avec une conception appropriée, il est possible d'obtenir une injection pilote qui précède l'injection principale. On obtient de cette façon, notamment dans la zone de fonctionnement en marche à vide du moteur à combustion interneS une combustion sans à-coups. Une réalisation avantageuse consiste à prévoir que la soupape commandée électriquement est une soupape électromagnétique, dont 11 armature comporte un piston constituant l'organe de fermeture de la soupape, guidé de façon étanche dans un alésage et dont l'extrémité plonge dans une chambre qui est reliée à la chambre de travail de la pompe et dont le c6té frontal est constitué par une surface d'étanchement de la soupape entourant notamment sa périphérie externe et qui coopère avec un siège de soupape correspondant, cette disposition permettant également de relier étroitement la chambre de travail de la pompe à la chambre dans laquelle plonge l'organe de fermeture de la soupape.Grâce à cette réalisation, l'ouverture de la soupape et simulta- nément le déplacement de prélèvement de l'organe de fermeture de la soupape revêtant la forme d'un piston, s'effectuent très rapidement après le premier soulèvement de ce piston. En prévoyant que le siège de soupape sépare la chambre d'un évidement qui s'y raccorde et qui est relié à une chambre de délestage par l'intermédiaire d'un perçage dans le piston, perçage susceptible d'être fermé par le déplacement d'ouverture du piston, on obtient notamment une répartition rapide de la pression de la pompe régnant dans la chambre de travail de la pompe sur la surface frontale totale du piston, dès que celui-ci s'est soulevé de son siège périphérique. Grâce à la liaison entre l'évidement et la chambre dé délestage, on obtient > de façon avantageuse, un délestage du volume délimite dans la position de fermeture du piston, ce qui facilite la fermeture de la soupape comman d ée électriquement. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur les dessins ci-joints et va être décrit plus en détail ci-après - la figure 1 montre cet exemple de réalisation mis en oeuvre dans le cas d'une pompe d'injection répartitrice représentée schématiquement, - la figure 2 montre différentes courbes de déroulement de l'injection en fonction du point de commande de la soupape commandée électriquement, Dans un boitier 1 d'une pompe d'injection de carburant, il est prévu un cylindre de pompe 2 fermé à une extrémité, et qui débouchera son autré extrémité, dans une chambre d'aspiration 3 de la pompe. Dans ce cylindre de pompe est disposé un piston de pompe 4 auquel est communiqué , par des moyens non représentés plus en détail, un déplacement d'aller et retour et en même temps,un déplacement en rotation. Le piston 4 de la pompe délimite dans le cylindre de la pompe, une chambre de travail 5 de la pompe qui, par l'intermédiaire d'une rainure de remplissage 6 dans la surface enveloppe du piston de la pompe, est reliée pendant la course d 'aspiration de ce piston, avec une canalisation 8 d'alimentation en carburant débouchant latéralement dans le cylindre 2 de la pompe contre le piston de la pompe. Cette canalisation dérive de la chambre d'aspiration de la pompe qui est remplie de carburant jusqu'à un niveau contrôlé par des moyens non représentés plus en détail. Dans le piston de la pompe s'étend un canal de délestage 10 dont part un perçage radial 9 qui débouche dans une gorge de répartition 12. Cette gorge, au cours du déplacement de fonctionnement du piston de la pompe est mise en communication, pendant chacune des courses de refoulement du piston de la pompeyavec l'une des multiples canalisations de refoulement de carburant 14, qui partent du cylindre de la pompe dans un plan tout autour du piston de la pompe, de façon correspondante au nombre et à la répartition des cylindres du moteur à combustion interne associé qui doivent étre alimentés par la pompe d'injection de carburant. Dans une partie du piston de la pompe plongeant dans la chambre d'aspiration 3, le canal de délestage 10 se poursuit par un perçage transversal 1 5 dont le débouché sur la surface enveloppe du piston de la pompe est commandé par un tiroir annulaire 16 susceptible de se déplacer de façon étanche sur le piston de la pompe. Par l'intermédiaire d'un régulateur, dont seule l'extrémité 18 du levier de régulateur est représentée ici sur le dessin, le tiroir annulaire est déplacé de façon connue en position axiale pour modifier le point de la course du piston de la pompe où se termine le refoulement de carburant sous la pression d'injection par commande du canal de délestage. De la chambre de travail 5 de la pompe dérive un canal de prélèvement 20 qui débouche dans unie chambre 21. Cette chambre 21 entoure annulairement un piston 24 guidé de façon étanche dans un alésage 23 qui se raccorde à cette chambre, lorsque ce piston 24 s'applique par une sur face d'étanchement 25 en forme de cane à son extrémité frontale sur un siège de soupape correspondant 26. Ce siège de soupape 26 sépare la chambre 21 d'un trou borgne 27 qui est co-axial à l'alésage 23. L'extrémité du piston opposée au siège de soupape fait saillie hors de l'alésage 23 et est reliée à une plaque d'armature 28 qui fait partie d'une soupape électromagnétique 29. Cette soupape électromagnétique comporte un bottier 31 en forme de cuvette dans lequel est monté le noyau magnétique 32 d'une bobine magnétique 33.Ce noyau magnétique constitue une chambre cylindrique de ressort 34, placée co-axialement par rapport au bot- tier 31, fermée de façon étanche par rapport au boîtier de la pompe, et dans laquelle pénètre, i partir du boftier de la pompe l'extrémité du piston 24 tandis qu'à partir du fond 35 du boîtier 31 en forme de cuvette pénètre une butée réglable 36. Cette butée est une vis susceptible d'entre fixée et qui est entourée d'un ressort de rappel 38. Ce ressort est comprimé entre le fond 35 du boftier en forme de cuvette et la plaque d'armature 28 et il sollicite cette plaque d'armature solidaire du piston 24 de façon que la surface d'étanchement 25 du piston soit pressée sur le siège de soupape 26.La butée peut éventuellement être également couplée avec un dispositif de réglage commandé pour faire varier la course du piston 24. De noyai magnétique 32 comporte une partie interne annulaire 40 et une partie externe annulaire 41 qui sont reliées ensemble du côté fond par l'intermédiaire d'une culasse 42. La partie annulaire interne 40 se termine en recouvrement axial avec le bord externe de la plaque d'armature 28. Une culasse 44 se raccorde radialement de façon contre à la plaque d'armature, cette culasse fermant le circuit magnétique vers la partie annulaire externe 41 du noyau. La chambre de ressort 34 est reliée par l'intermédiaire d'une canalisation de carburant 45, à la ca- nalisation 8 d'alimentation en carburant ou bien à la chambre d'aspiration 3. Dans le piston 24,il est prévu un perçage axial 47 qui est en communication,par l'intermédiaire d'un étranglement 48 avec le trou borgne 27 et qui, du côté chambre de ressort, s'élargit pour former un siège conique 49 avec lequel coopère un organe de fermeture en forme de bille 50 d'une soupape de délestage 51 s'ouvrant vers la chambre de ressort. Cet organe de ferme- ture de la soupape en forme de bille sert en même temps de butée pour le piston 24 sur la butée réglable 36. Lorsque la bobine magnétique 33 n'est pas e2citée? le piston 24 se trouve dans la position de ferme ture représentée. Le trou borgne 27 est alors relié,par l'intermédiaire du perçage axial 47 à la chambre de ressort 34 ou bien à la chambre d'aspiration 3..Ainsi, seule l'action du ressort de rappel 38 s'exerce sur le piston en direction axiale car même lorsqu'une pression d'injection règne dans la chambre 212 il n'y a pas pour cette pression de surfaces d'attaque axiales.Cela est obtenu du fait que la surface d'étanchement conique 25 vient notamment seapK pl1.uer sur le siège de soupape par son diamètre externe eorteespolldant au diamètre du piston0 Le piston peut également avoir, par exemple, une surface dsétanchement à siège plat annulaire qui coopère re avec un siège de soupape plan. L'évidement doit alors entre prévu sur la face frontale du piston. Le piston 24 est ainsi libéré de la pression.Si, pendant la course de refoulement du piston 4 de la pompe, alors que dans la chambre 21 règne la pression de refoulement ou pression d'injection, la bobine 43 est parcourue par le courant, la plaque d'armature 28 est alors attirée contre l'action du ressort 380 La pression d'injection trouve alors instantanément dans la chambre 21 une surface d'attaque axiale sur la surface d'étanchement 25, de sorte que le piston 24 est très rapidement déplacé jusqu'à ce que organe de fermeture en forme de bille 50 vienne en butée sur la butée 36 et ferme alors également de façon sdre le perçage axial 47. La course h alors parcourue, multipliée par la section transversale du piston 24, détermine le volume dont la chambre de travail 5 de la pompe est délestée pendant la course de refoulement du piston de la pompe. Après la fin de la course de refoulement de la pompe, l'alimentation du courant à la bobine 33 est interrompue, de sorte que le piston 24 peut revenir sur son siège de soupape 26o Le carburant alors refoulé peut s'écouler par l'intermédiaire de l'étranglement 48 et du canal axial 47 vers la chambre d'aspiration 3 de la pompe d'injection de carburant, de sorte que le pistpn 24 atteint de façon certaine sa position de départ asSu- rant 1' étanchement. Grecs à un dispositif de commande, non représenté plus en détail, la soupape électromagnétique 29 est commandée de façon que, notamment pour la marche à vide ou bien le fonctionnement à charge réduite du moteur à combustion interne, on obtienne un déroulement de l'injection qui assure la marche sans à-coups souhaitée. Comme le point de commande du piston 24 n'agit pas sur la quantité totale d'injection, on peut dans ce cas, faire varier avantageusement le déroulement de lginjection en l'adaptant à des points de fonctionnement déterminés. Sur la figure 2 est représenté un diagramme sur lequel on peut > relever l'effet de différents points de commande de la soupape électromagnétique. Dans la partie supérieure est reportée, avec la courbe 53, la quantité de refoulement du carburant croissant avec la progression de l'angle de rotation des cames ou de la course de refoulement du piston de la pompe. En partant de la ligne PB, le début du refoulement du piston de la pompe, la soupape électromagnétique 29 peut être alors ouverte jusqu'à un inter valle angulaire plus précoce ou plus tardif D i . Dans le diagramme se situant au-dessous de. la courbe 53 sont indiqués un premier déroulement 5V1 de l'injection et un second déroulement 5V2 de l'injection.Dans le cas de la courbe SV le piston 24 est soulevé après un angle de rotation?(1par excitation de la bobine 33, de sorte que le refoulement de carburant vers la canalisation de refoulement 14 est abaissé du volume de prélèvement. On arrive ainsi à une interruption du refoulement du carburant qui n'est alors à nouveau repris qu'à partir de l'angle de rotation &alpha;3 avec le carburant résiduel refoulé par le piston de pompe 4.Si le soulèvement du piston 24 ne s'effectue que pour un angle de rotation plus tardif selon l'allure de la courbe SV2 lors de l'angle de rotation 2, alors la partie de carburant précédemment injectée est plus importante et l'injection principale ne s'effectue que pour un angle i 4 se situant après 3. La fraction de l'injection principale est ré- duite de la partie augmentée de l'injection préalable. Dans le diagramme figurant tout à fait en bas, on peut voir l'allure des courbes SV1, et SV2, résultant effectivement du tracé théorique des courbes représentées au-dessus. Dans le diagramme supérieur, VE désigne le volume de prélèvement déterminé par construction qui détermine la mise en oeuvre de l'injection principale à la suite de l'injection préalable. Dans le présent exemple de réalisation, l'objet de l'invention est décrit en se référant à une pompe d'injection répartitrice du type de construction à pistons alternatifs. Mais le dispositif de marche sans à-coups ici décrit par prélèvement de carburant pendant la course de refoulement du piston de la pompe, peut être également mis en oeuvre pour d'autres pompes d'injection de carburant quelconques. Un équilibrage en pression du piston 24 dans la position de fermeture peut également être obtenu en ce que, au lieu du siège conique, on choisit un siège plat. Dans ce cas, il peut Qtre prévu, pour qu'après l'ouverture, la pression d'injection agisse directement sur la totalité de la face frontale, un évidement sur cette face frontale du piston, évidement dans lequel le carburant peut arriver rapidement sans étranglement notable. Pour abaisser la pression superficielle entre la butée réglable 36 et l'or- gane de fermeture en forme de bille, celui-ci peut êtré aplati sur le côté tourné vers la butée 36. Le canal axial 24 ménagé dans l'exemple représenté, et qui est fermé côté chambre de ressort par une soupape, sous la forme d'un organe de fermeture en forme de bille 50, peut, en variante, être également commandé par un tiroir, du fait que le canal longitudinal, au lieu d'aboutir dans la chambre de ressort, aboutit à la surface enveloppe du piston 24 et que du per çage 23 dérive une canalisation de délestage reliée à la canalisation de carburant 45 avec laquelle le canal longitudinal n'est relié que dans la position de fermeture du piston 240 REVEND1CAT10S 1.- Dispositif d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne avec un piston de pompe (4), avec une hambre de travail de la pompe (5) délimitée par ce piston et avec une chambre de prélèvement de carburant susceptible d'être reliée avec la chambre de travail de la pompe par l'intermédiaire d'une soupape (29) commandée dlectriquement, cette chambre de prélèvement de carburant comportant une paroi (24) susceptible entre dé déplacée d'une quantité réglable (h) contre l'action d'un ressort de rappel (38) dispositif caractérisé en ce que la paroi susceptible d'être déplacée revêt la forme deun organe de fermeture (24) de la soupape commandée électriquement, organe commandant la communication entre la chambre de travail de la pompe (5) et la chambre de prélèvement de carburant; et qui est sollicité dans le sens de la fermeture par le ressort de rappel (38). 2.- Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de fermeture de la soupape est compensé en pression dans la position de fermeture. 30= Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 2 caractérisé en ce que la soupape commandée électriquement est une soupape électromagnétique9 dont l'armature (289 24) comporte un piston (24) constituaat leorgane de fermeture de la soupape9 guidé de façon étanche dans un alésage (23) et dont l'extrémité plonge dans une chambre (21) qui est reliée à la chambre de travail (5) de la pompe et dont le côté frontal est constitué par une surface d'étanchement de la soupape (25) entourant notamment sa périphérie externe et qui coopère avec un siège de soupape correspondant (26). 4.- Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que le siège de sou- pape (26) sépare la chambre (21) d'un évidement (27) qui s'y raccorde > et qui est relié à une chambre de délestage 434) par l'intermédiaire d'un perçage (47) dans le piston, per çage susceptible d'être fermé par le déplacement d'ouverture du piston (24). 5.- Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le perçage (47) dans le piston comporte une réduction de diamètre (48) jouant le rôle d'étranglement. 6.- Dispositif d'injection de carburant- selon la revendication 5, caractérisé en ce que le perçage (47) est un perçage axial traversant le piston (24) et qui est muni,à sa jonction avec la chambre (34) dans laquelle est logé le ressort de rappel (38) de la soupape électromagnétique (29), d'une soupape (51) s'ouvrant vers cette chambre de ressort (34)e 7.- Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 6, caractérisé en ce que la soupape (51) comporte un organe defermeture de soupape (50) en forme de bille qui, lorsque la bobine (33) de la soupape électromagnétique (29) est excitée, vient s'appliquer contre une délimitation de course (36) réglable du piston (24), et qui est pressée sur un siège de soupape (49) à la jonction entre le perçage axial (47) et la chambre de ressort (34). 8.- Dispositif d'injection de carburant selon une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce que la chambre de ressort (34), jouant le rôle de chambre de délestage, est reliée à la source de pression assurant l'alimentation en carburant de la chambre de travail de la pompe (5).