Brevet FR2799240A1 — publié le 20010406

La présente invention concerne un dispositif bicéphale d'injection de carburant pour un moteur thermique à combustion interne, dont l'aiguille est pilotée par un micro-moteur. II existe aujourd'hui de nombreux types d'injecteurs et de pompes. Certains modèles regroupent dans le même dispositif l'injecteur et la pompe, Ils ont généralement pour point commun d'injecter le carburant par leur extrémite plongeant dans la chambre ou la préchambre de combustion. L'axe du porte-injecteur et de l'injecteur ce fait plus ou moins parallèle à l'axe de déplacement du piston. D'autre part l'injection se produit que la surpression du carburant, créée au moment voulu par la pompe, entraîne la levée de l'aiguille, laquelle libère le ou les trous d'injection, ce qui permet ainsi au carburant de s'introduire dans la chambre de combustion sous très haute pression. Pourtant malgré l'importance du différents modèles existants, aucun ne pouvait s'adapter au moteur à pistons gigognes croisés. Ce moteur qui n'a pas de bielles, possède un piston vertical(16) dans lequel coulisse un piston horizontal(15). maneton du vilebrequin traverse directement le centre de ces 2 pistons. Ce moteur exploite donc chambres pour chaque cycle lequel s'effectue sur 1 tour. En effet, sous le gros piston vertical(16) se trouve la chambre d'admissionlcompression. Dans ce même piston, devant le piston horizontal(15) se trouve chambre de surcompression/combustion/détente. Au-dessus du piston vertical se trouve la chambre surdétente. Les transferts s'effectuent automatiquement du fait du positionnement des lumières mettent les diverses chambres en communication avec des cheminées verticales de transfert qui traversent de part en part le gros piston vertical. La chambre de combustion étant interne à ce piston vertical mobile une troisième cheminée verticale est destinée à l'injection. Plutôt que de choisir d'installer un injecteur classique depuis le haut ou depuis le bas il parut plus intéressant de concevoir un nouveau type d'injecteur bicéphale utilisant ses deux extrémités alors que l'injection proprement dite s'effectuera en partie centrale par micro-jets dans la chambre de combustion. Ainsi, par une extrémité on effectuera l'alimentation et la mise en pression du carburant et par l'autre extrémité on commandera avec precision le moment précis de l'injection, son intensité et sa durée. L'avantage de cette dissociation fonctions étant très important, on s'aperçut que ce dispositif était parfaitement adaptable à tous les autres types de moteurs thermiques plus classiques... Ce dispositif d'injection à deux têtes sera donc installé sur les moteurs classiques, transversalement, au travers de la tête de culasse(11), entre les soupapes(13), c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe de déplacement du piston. Ce dispositif d'injection comporte donc un corps central(1) cylindrique dans l'axe duquel est usiné le canal d'alimentation(2) du carburant sous haute pression d'un côté, et de l'autre côté, le puits permettant le déplacement ou la rotation l'aiguille(3) dont l'extrémité commande (dégage) au moment voulu l'ouverture des trous d'injection(4). Ces trous d'injection sont usinés dans la paroi de ce corps(1) cylindrique au centre de celui-ci puisque cela correspond au centre de la chambre de combustion. La rotation de l'aiguille est donc pilotée par micro-moteur(22) connecté(21) en extrémité. Du côté alimentation en carburant le dispositif comporte la chambre de mise en pression dans laquelle coulisse le piston(6), son ressort (7) de rappel, son poussoir et sa liaison directe ou indirecte (culbuteur)(8) avec came. Suivant son positionnement le canal d'alimentation(9) peut comporter un clapet à bille(12) permettant l'aspiration du carburant au moment de la montée du piston(6) tout en évitant son reflux au moment de descente. Le réservoir tampon(20) à capacité variable est un alésage cylindrique dans lequel coulisse un piston(6) sous contrainte d'un ressort(7) de tarage (2000 bars). En effet, pour simplifier le fonctionnement le dispositif de mise en pression n'a aucun réglage quel que soit le régime du moteur. II doit simplement mettre à disposition le carburant sous 2000 bars et le maintenir pendant tout le temps de l'injection. II le fait donc avec l'avance maximum et le dosage fixe maximum. Cette quantité de carburant est attente dans le réservoir tampon(20). C'est la commande de l'aiguille(3) par le micro-moteur(22) qui libérera au moment voulu la quantité voulue. Après chaque injection la remontée du piston de mise en pression complétera simplement la quantité consommée. Toutefois le réservoir tampon(20) servant également de clapet classique, sera équipé d'un raccord de retour des fuites(10). La deuxième solution consiste à utiliser une pompe d'injection indépendante, plus classique, mais qui aura la particularité de ne pas avoir de système sophistiqué de réglage de débit ni d'avance. En effet cette pompe puissante (2000 bars) sera très simple puisqu'elle aura toujours le débit de complément maximum de carburant et l'avance maximum, comme le système intégré. A l'autre extrémité se trouve le dispositif de commande de l'injection sous gestion électronique. C'est lui qui gère le déplacement ou la rotation de l'aiguille(3). En effet la tête de cette aiguille en pivotant par exemple, va dégager orifices d'injection(4) usinés latéralement dans la paroi du corps(1) cylindrique. Cette tête d'aiguille etre cylindrique et comporter des rainures ou bien être usinée en biseau ou bien encore avec des facettes obliques. Son rôle est seulement d'ouvrir ou de fermer les orifices d'injection. Au moment voulu elle dégage 3 ou 4 trous voire plus, et ce pendant une durée déterminée. Malgré les 2000 bars la rotation de cette aiguille ne nécessite pas de puissance importante ce qui permet une très grande précision du système d'injection. L'électroaimant ou micro-moteur(22) est piloté par la carte électronique n'assure que la rotation précise de l'aiguille. Une bague(19) à l'extrémité de l'aiguille permet de compenser la pression exercée sur sa tête par le carburant sous très haute pression contenu dans le conduit d'alimentation(2). A partir de principe de dissociation des fonctions, les variantes sont presque aussi nombreuses qu'il en existe déjà pour les dispositifs classiques n. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente en coupe le dispositif selon l'invention avec son piston de mise en pression intégré et le réservoir tampon d'un côté et de l'autre, l'aiguille et son micro-moteur. Ce dispositif est installé transversalement dans une tête de culasse de moteur classique (dessinée à une échelle plus réduite). La figure 2 représente en coupe perpendiculaire à la précédente, le dispositif en place dans la tète de culasse d'un moteur classique donc, entre les soupapes(13). La figure 3 représente une coupe longitudinale du dispositif en place dans moteur à a pistons gigognes croisés , suivant un plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin(14). La figure 4 représente une coupe perpendiculaire du même dispositif place dans son puits de coulissement, au travers du gros piston(16) d'un moteur à pistons gigognes croisés. En référence à ces dessins le dispositif comporte un corps central( parfaitement cylindrique avec selon son axe central un alésage central servant de canal(2) d'arrivée du carburant sous pression d'un côté et de puits permettant le débattement ou la rotation de l'aiguille(3) de l'autre. Du côté alimentation en carburant se trouve le cylindre de mise en pression avec son piston(6), son ressort(7) de rappel, son poussoir. En parallèle à celui-ci, le réservoir tampon(20), à capacité variable est constitué d'une chambre cylindrique dans laquelle coulisse un piston(6) parfaitement ajusté. Ce piston est mis sous contrainte d'un ressort(7) de tarage réglé de façon classique par vis de réglage(18) du tarage (2000bars). Au-delà de la capacité correspondant à un dosage maximum à pleine charge du moteur, le cylindre possède latéralement un canal de décharge rejoignant le raccord de retour des fuites(10). Le canal d'alimentation du carburant sous pression peut comporter un clapet à bille(12) évitant les systèmes à rainures des pistons classiques. Ce clapet permet ainsi l'introduction du complément de carburant lors de la remontée du piston après que le piston du réservoir tampon(20) soit venu en butée basse ce qui fait instantanément chuter la pression et permet l'aspiration du volume de carburant manquant, c'est à dire consommé par l'injection précédante. A l'autre extrémité du corps(1) cylindrique se trouve la commande de l'injection proprement dite. La carte électronique détermine le moment opportun et la quantité exacte de carburant injecter. Elle pilote le micro- moteur(22) qui actionne l'aiguille(3) avec précision et sans effort malgré I haute pression. L'angle de rotation de l'aiguille ouvrira alors 1, 2, 3 ou 4 trous et ce, pendant une durée précise. Les micro-trous(4) sont usinés dans la paroi latérale du corps(1) central de manière à obtenir en direction de la chambre de combustion plusieurs microjets(5) de particules de carburant L'aiguille possède une bague(19) de contre- butée destinée à compenser la pression importante exercée sur sa tête par le carburant et ainsi éviter un effort inutile au micromoteur. Dans le cas du moteur à pistons gigognes croisés, le corps central cylindrique peut être insérer dans une double gaine dont l'extérieur sera plus spécialement étudié pour correspondre aux exigences du coulissement dans le piston vertical. Seule une ouverture centrale permettra le passage des micro-jets(5) dans la chambre de combustion. A partir de ces éléments et de ce principe il est évidemment très facile de concevoir un système mixte dans lequel le carburant arrive sous pression dans le même tube et du même côté que l'aiguille donc ressemblant plus aux dispositifs classiques tout en conservant sa différence fondamentale liée au fait qu'il n'y a plus de levée d'aiguille par surpression de carburant, mais un pilotage de l'aiguille(3) micro-moteur. La présente invention est particulièrement destinée à l'injection du carburant dans les moteurs à pistons gigognes croisés et dans les moteurs classiques compte tenu de avantages de simplicité et d'efficacité. REVENDICATIONS - 1) Dispositif d'Injection de carburant caractérisé en ce qu'il est constitué d'un corps(1 cylindrique bicéphale, traversant diamétralement la tète de culasse(11), comportant à une extrémité le système d'alimentation et de mise en pression du carburant et à l'autre extrémité le système de commande de l'injection par notation de l'aiguille, pour ce qui concerne le moment, la durée et l'intensité ouvrant un nombre déterminé d'orifices(4) d'injection usinés dans la paroi du corps cylindrique. - 2) Dispositif d'injection de carburant, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'alimentation et de mise en pression du carburant est le fait, soit d'une pompe indépendante réglage, ni d'avance, ni de débit, soit d'un système intégré à l'extrémité du dispositif mais toujours sans réglage. - 3) Dispositif d'injection de carburant, selon la revendication 1 et 2, caractérisé en que le système intégré d'alimentation et de mise en pression du carburant comporte un piston(6), clapet d'alimentation et un réservoir tampon(20) à volume variable, stockant la quantité fixe et maximum de carburant sous haute pression à injecter. - 4) Dispositif d'injection de carburant, selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que la mise en pression du carburant se fait sur une quantité fixe, correspondant à la dose maximum (moteur pleine charge), et à l'avance maximum, alors que l'injection proprement dite est commandée avec précision par l'aiguille(3) qui est manceuvrée par le micro-moteur(22) situé à l'autre extrémité, lui même piloté par la carte électronique et non plus par la classique levée d'aiguille provoquée par la surpression du carburant Ceci est rendu possible grâce au réservoir tampon(20) à capacité variable qui maintient la pression constante en attendant et pendant toute la durée de l'injection. - 5) Dispositif d'injection de carburant, selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réservoir tampon(20) à capacité variable est constitué d'une chambre cylindrique dans laquelle coulisse un piston(6) soumis à la pression constante d'un ressort(7) correspondant à la pression maximum d'injection ; son rôle étant de mettre à disposition du système d'injection proprement dit, la quantité de carburant nécessaire, au moment voulu. La capacité de ce réservoir correspond donc à la quantité maximum fixe de carburant à injecter (moteur pleine charge). - 6) Dispositif d'injection de carburant, selon la revendication let 2, caractérisé en ce que le système d'alimentation et de mise en pression, lorsqu'il est intégré à l'extrémité du dispositif, est constitué d'un piston(6) actionné par une came sans variations de calage, soit directement soit indirectement par l'intermédiaire d'un culbuteur(8). Le diamètre et la course de ce piston(6) font que le volume de la chambre correspond à la quantité maximum admissible du carburant. La pression maximum est maintenue depuis le moment correspondant à l'avance maximum du moteur à haut régime, et pendant tout temps de l'injection. La chute de pression occasionnée par l'injection est compensée par la réduction ' volume du réservoir tampon(20) à volume variable, du fait que son piston est maintenu sous pression constante par son ressort(7). - 7) Dispositif d'injection de carburant, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'injection est une aiguille(3) manoeuvrée par un micro-moteur, dont la rotation de tête dégage le nombre d'orifices d'injection(4) voulu, au moment voulu, et pendant la durée voulue et décidée par la carte électronique. - 8) Dispositif d'injection de carburant, selon la revendication 7, caractérisé ce que l'aiguille manoeuvrée par micro-moteur possède une tête constituée par des facettes obliques par des rainures qui ouvrent ou obturent, au moment voulu, un nombre déterminé d'orifices(4) d'injection, usinés dans la paroi du corps(1 cylindrique, perpendiculairement à l'axe central de ce dispositif d'injection bicéphale. - 9) Dispositif d'injection de carburant, selon la revendication 8, caractérisé ce que l'aiguille d'injection possède à son extrémité une bague(19) destinée à compenser la pression importante exercée sur sa tête par carburant et ainsi éviter un effort inutile au micro-moteur .