Brevet FR2683858A1 — publié le 19930521

DISPOSITIF DE COMMANDE DU VERIN LIMITEUR D'INJECTION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le démarrage des moteurs à combustion interne de grosses dimensions, par exemple les moteurs Diesel à seize ou vingt cylindres, tels que ceux utilisés pour entraîner les groupes électrogènes de secours dans certaines centrales nucleaires. De tels moteurs sont généralement démarres à l'aide d'une source d'air comprimé. L'invention concerne plus particulièrement la limitation de l'injection du carburant au moment de ce démarrage. ART ANTERIEUR ET PROBLEME POSE Dans l'industrie, on utilise de nombreux moteurs Diesel de grosses cylindrees, notamment comme sources motrices des locomotives Diesel de chemin de fer. On utilise ce type de moteurs également pour entraîner des groupes electrogènes de secours destinés à fournir de l'énergie électrique pendant une durée determinee. Ainsi, sont équipées certaines centrales nucléaires françaises fonctionnant avec un réacteur à eau pressurisée. En effet, la centrale nucléaire et en particulier le réacteur doivent pouvoir utiliser constamment des équipements permettant l'arrêt immédiat du réacteur ou une intervention immédiate d'un dispositif de securite de l'installation.Or, en cas de perte de l'alimentation électrique externe de la centrale et de ses installations annexes, il est nécessaire de pouvoir disposer d'une source d'électricité indépendante, propre à la centrale. Ainsi, on équipe ce type de centrales de groupes électrogènes de secours. On comprend facilement que ce type de groupes électrogènes Diesel doit pouvoir démarrer à la seconde près pour des raisons de rapidité d'intervention sur le réacteur ou ses dispositifs annexes. Les études d'accidents ont démontré que le démarrage doit avoir lieu en moins de 10 secondes. I1 n'est donc pas acceptable de supporter des "ratés" lors du démarrage du groupe électrogène de secours ainsi équipé. Dans le but d'éviter une telle éventualité, on utilise en particulier une source d'air comprimé pour mettre en route le moteur Diesel, par injection ordonnée d'air comprimé dans les cylindres. Afin de contrôler leur bonne disponibilité, de tels groupes électrogènes Diesel doivent être démarrés pour essai périodiquement. Or, par conception, les démarrages ont lieu sous plein débit de gazole et leur grande fréquence fatigue les segments des pistons et l'embiellage du moteur.En effet, au début du démarrage, l'inertie de ces derniers ne permet pas à la chambre de combustion de s'agrandir rapidement alors que l'explosion a lieu. I1 s'ensuit dans la chambre de combustion des pressions très importantes qui ont tendance à forcer sur certains organes du moteur, tels que les segments. On éprouve donc le besoin de réduire le débit de gazole pendant la durée du démarrage. Or, cette réduction du débit s'accompagne d'un allongement du temps de démarrage, au delà des 10 secondes réglementaires. Par conséquent, le débit d'injection n'est réduit que lors des démarrages pour essais périodiques. Bien entendu, lors d'un démarrage de secours, le plein débit de gazole est rétabli. Certains moteurs sont ainsi équipés d'un limiteur d'injection utilise lors du démarrage en essai de ce moteur. La figure 1 représente un moteur Diesel 1 ainsi équipé d'un dispositif limiteur d'injection. On a également schématisé les deux rangées de cylindres du moteur par leurs pompes d'injection de gazole 2. Chacune des deux rangées de cylindres est reliée à une source d'air comprimé 3A ou 3B. Lorsque les cylindres sont installés en vé, il est plus commode de disposer de deux sources d'air comprimé comprenant chacune une électrovanne d'alimentation 4. Cette redondance des sources permet en outre d'augmenter les chances de démarrage du moteur. Pour limiter le débit des pompes à injection pendant le démarrage du moteur, on utilise un vérin 5 dont la tige 6 agit, par l'intermédiaire d'un levier 7, sur une barre de commande 8. Cette dernière agit directement sur la crémaillère 9 de chacune des pompes 2. Pour actionner la tige 6 du vérin 5, on utilise une source d'air comprimé pilotée par un circuit de contrôle de commande 10 agissant sur une électrovanne spécifique 11. La source d'air comprimé peut être la même que celle utilisée pour le lancement du moteur. Dans ce cas, une dérivation 12 est reliée aux sources d'air comprimé 3A et 3B en amont des électrovannes de lancement et en aval du vérin limiteur d'injection 5. Les barres de commande 8 disposées pour chacune des deux rangées de cylindres étant accouplées mécaniquement, un seul limiteur d'injection est installé par moteur. Le temps de limitation d'injection est donc réglé par le circuit de contrôle de commande 10. Ainsi, l'action du vérin limiteur 5 est contrôlée, d'une part, dans le temps afin qu'elle soit inhibe lors des démarrages en secours et, d'autre part, dans sa durée afin qu'elle soit effectuée pendant tout le démarrage du moteur. En effet, le circuit de contrôle et de commande 10 relié aux différents automatismes de la tranche nucléaire maintient l'éîectrovanne 11 fermée lors des démarrages en secours et l'ouvre durant un laps de temps supérieur à celui du démarrage lors des démarrages en essais. Le but de l'invention est de simplifier le système de commande du vérin limiteur d'injection. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'objet principal de l'invention est un dispositif de commande du vérin limiteur d'injection d'un moteur à combustion interne démarré au moyen d'au moins une source d'air comprimé, la tige du vérin agissant sur la rotation d'une barre de commande de la crémaillère de chacune des pompes à injection du moteur et comprenant des moyens de commande du vérin. L'invention s'appuie sur les constatations que les pressions maximales de combustion dans les cylindres n'apparaissent que pendant les 5 à 6 premières secondes du démarrage. Par conséquent, l'action du limiteur n' est pas nécessaire pendant toute la durée du démarrage, mais seulement pendant les 5 à 6 premières secondes. Cette durée est peu supérieure à celle de 1 t ouverture des électrovannes de lancement (3 à 4 secondes). En conséquence, selon l'invention, les moyens de commande comprennent principalement une dérivation directe de la source d'air comprimé reliée au vérin et agissant sur celui-ci pour actionner le vérin pendant une durée supérieure ou égale à celle du démarrage du moteur assisté de l'air comprimé, le circuit de commande et de contrôle et la vanne qui lui est associée sont ainsi supprimés, et limiter l'injection de carburant dans le moteur uniquement pendant la première moitié du démarrage durant laquelle les pressions de combustion sont maximales. I1 s'avère préférable d'équiper le dispositif d'au moins un clapet pour maintenir la pression d'air sur le vérin du limiteur d'injection après la refermeture des électrovannes de lancement du moteur. La dérivation possède un orifice d'échappement réglable pour produire une fuite calibrée et constituer ainsi une temporisation réglable de l'ouverture du vérin, afin de prolonger la limitation de l'injection du carburant dans le moteur de quelques secondes au-delà du temps d'ouverture des électrovannes de lancement. Grâce à la réduction du temps de limitation (et en réduisant aussi légèrement, si nécessaire, l'amplitude de la limitation), le temps de démarrage du moteur est abaissé en-deçà des 10 secondes réglementaires. Le limiteur d'injection peut donc rester en service quel que soit le type de démarrage en secours et en essai périodique. LISTE DES FIGURES L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante accompagnée des deux figures représentant respectivement - figure 1, le dispositif de commande du vérin selon l'art antérieur - figure 2, le dispositif de commande du vérin selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION On retrouve sur la figure 2 le moteur 1 et deux séries de pompes à injection 2A et 2B alimentant respectivement les deux séries de cylindres du moteur 1. Les crémaillères de chaque série de pompes à injection 2A et 2B sont commandes par les barres de commande 8A et 8B. Ces barres étant accouplées mécaniquement, le moteur possède un seul vérin limiteur d'injection 5 monté indépendamment sur l'une ou l'autre rangée de cylindres. Le vérin agit sur le levier 7 de la barre de commande 8A sur les figures 1 et 2. La commande de ce vérin limiteur d'injection 5 se fait par une dérivation 15 des sources d'air comprimé 3A et 3B. Dans le cas de l'exemple de la figure 2, il y a deux sources d'air comprimé ; en conséquence, on utilise une double prise de dérivation 13A et 13B pour constituer la dérivation principale 15. Chaque prise de dérivation 13A et 13B possède un clapet 14A ou 14B dont on étudiera le fonctionnement ultérieurement. Cette dérivation s'effectue en aval des électrovannes d'alimentation 4A et 4B du moteur 1. En conséquence, la dérivation est alimentée en air comprimé lorsque le moteur 1 l'est également. L'air est alors envoyé directement dans le vérin limiteur d'injection 5. On comprend aisément que, si le moteur 1 est alimenté au démarrage par l'air comprimé issu des sources 3A et 3B, commandées par les électrovannes d'alimentation 4A et 4B, l'air comprimé sera également envoyé dans la dérivation 15 et dans le vérin limiteur d'injection 5. En conséquence, tant que le moteur 1 sera alimenté en air comprimé pendant sa période de lancement, par l'ouverture des électrovannes du lancement 4A et 4B, le vérin limiteur d'injection 5 limitera l'injection dans les pompes 2A et 2B. Afin de prolonger la limitation d'injection de quelques secondes au-delà de la refermeture des électrovannes de lancement, on installe sur la dérivation les clapets 14A et 14B. Leur but est d'empêcher le retour de l'air comprimé vers les sources d'air comprimé 3A et 3B afin de le garder enfermé dans la dérivation 15 et le vérin limiteur d'injection 5. En disposant d'un orifice d'échappement réglable, constitué d'une vanne à fuite calibrée 17 sur la dérivation 15, il est possible de régler le temps d'échappement de l'air comprimé enfermé et ainsi de régler également la chute de la pression dans le vérin limiteur d'injection 5. Par ce dispositif, on règle donc la durée d'action du limiteur d'injection. En réglant cette durée d'action à une valeur de l'ordre de 5 à 6 secondes, le temps de démarrage du moteur peut être raccourci en-deçà des 10 secondes réglementaires. Le limiteur d'injection peut ainsi être utilise à chaque démarrage, aussi bien en secours qu'en essai périodique. I1 en résulte que le dispositif selon la présente invention permet de supprimer l'électrovanne spécifique et son circuit de contrôle et de commande associé, référencés respectivement 11 et 10 sur la figure 1. Le système devient donc entièrement mécanique, ce qui permet de gagner en coût et en fiabilité. La chute des pressions maximales de combustion et des gradients de pression obtenue à l'aide de la présente invention est du même ordre de grandeur que dans l'art antérieur : respectivement de 150 à 100 bars (1,5.107 à 107 Pascals) et de 200 à 60 bars/microseconde (20.106 à 6.106 Pa/ms). A titre d'information, les sources d'air comprimé utilisées pour le lancement des moteurs Diesel des groupes électrogènes des centrales nucléaires à eau pressurisée ont une pression de 40 bars (4.106 Pascals). On peut noter que l'orifice d'échappement réglable 17 peut être confondu avec celui qui est déjà installé sur l'alimentation en air comprimé du "booster" du régulateur de vitesse. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande du vérin limiteur d'injection (5) d'un moteur à combustion interne (1) démarre au moyen d'au moins une source d'air comprimé (3A, 3B), la tige (6) du vérin (5) agissant sur la rotation d'une barre de commande (8) de la crémaillère (9) de chacune des pompes à injection (2A, 2B) du moteur (1) et comprenant des moyens de commande du vérin (5), caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent principalement une dérivation directe (15) de la source d'air comprimé (3A, 3B) reliée au vérin limiteur d'injection (5) pour actionner directement ce vérin pendant une durée supérieure ou égale à celle du temps d'ouverture des électrovannes de lancement (4A, 4B) du moteur (1) au moyen de l'air comprimé et limiter l'injection de carburant dans le moteur (1) uniquement pendant la première moitié du démarrage durant laquelle les pressions de combustion sont maximales. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un clapet (14A, 14B) pour maintenir la pression d'air sur le vérin limiteur d'injection (5) après la refermeture des électrovannes de lancement (4A, 4B) du moteur (1). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la dérivation (15) a un orifice d'échappement réglable (17) pour produire une fuite calibrée et constituer ainsi une temporisation réglable de l'ouverture du vérin (5) et prolonger autant que de besoin la limitation de l'injection de carburant au-delà du temps d'ouverture des électrovannes de lancement (4A, 4B).