[0001] La présente invention a pour objet un dispositif d'injection de carburant pour moteur
à combustion interne en particulier pour moteur Diesel, permettant à la fois un prédosage
de la quantité de carburant injecté par cylindre et une amplification de la pression
d'injection. La commande du dispositif d'injection peut se faire de manière aisée
par des moyens électroniques.
[0002] L'injection de carburant à pression constante en particulier dans les moteurs Diesel,
nécessite la présence de carburant à haute pression autour de l'aiguille d'injection
afin de permettre l'obtention d'une haute pression d'injection dès l'ouverture de
l'aiguille. Cette haute pression autour de l'aiguille à la fermeture de l'injecteur
entraîne un risque d'injections parasites dues à des phénomènes de rebond de l'aiguille
de l'injecteur. Par ailleurs, dans les systèmes d'injection à pression constante,
on rencontre des difficultés pour la mise au point d'un organe unique de commande
de la pression d'asservissement de l'aiguille d'injection, qui soit suffisamment rapide
pour assurer une bonne régularité dans les mouvements de l'aiguille de l'injecteur
pour les faibles quantités de carburant injecté. Il est également nécessaire de prévoir,
dans les systèmes d'injection à pression constante, un organe limiteur de débit afin
d'éviter tout afflux de carburant dans la chambre de combustion en cas de défaillance
de l'injecteur.
[0003] Lorsque le système d'injection comprend des moyens de prédosage avec amplification
de pression au moyen d'un piston différentiel, on constate que la pression d'injection
est fonction, pour les faibles charges, de la quantité injectée, en raison du temps
de réponse des pistons de commande et de refoulement du carburant dans l'injecteur.
[0004] Le document DE-A-2 558 789 décrit un dispositif d'injection de carburant pour moteur
à combustion interne comprenant: une chambre d'injection obturée par une aiguille
soumise à l'action d'un ressort de fermeture et de la pression régnant dans une chambre
de décharge; un système de commande à deux pistons différentiels solidaires comprenant
un piston de refoulement délimitant une chambre de dosage en communication avec la
chambre d'injection et alimentée en carburant à une pression intermédiaire de gavage;
un piston de commande de section supérieure à celle du piston de refoulement délimitant
une chambre de commande pouvant être soumise à une haute pression de commande par
l'intermédiaire d'un système d'électrovanne; et des moyens de commande. Ces moyens
peuvent contrôler l'ouverture de l'aiguille précitée et la chambre de décharge est
soumise à la pression de commande.
[0005] Le document DE-A-2 759 187 décrit un dispositif d'injection de carburant similaire.
Ce dispositif comprend des moyens de commande pour décharger une chambre de décharge
lorsque le carburant dosé a été soumis à la pression d'injection. Ce dispositif est
construit de telle façon qu'avant l'injection, l'aiguille reste dans la position de
fermeture, lorsque la chambre d'injection est à la pression d'injection régnant dans
la chambre de dosage.
[0006] La présente invention a pour objet un dispositif d'injection de carburant qui réunissent
les avantages de l'injection à pression constante et de l'injection prédosée. Suivant
une particularité essentielle de l'invention, ce dispositif présente des moyens de
commande pour décharger une chambre de décharge qui comprennent un distributeur à
tiroir piloté par la haute pression de commande et par la pression régnant dans une
chambre de dosage; le tiroir du distributeur est soumis d'une part, à l'action de
la haute pression de commande régnant dans une première chambre de pilotage et d'autre
part, à l'action de la pression régnant dans une deuxième chambre de pilotage, celle-ci
communiquant avec un passage bas débouchant dans la chambre de dosage et pouvant être
obturé par un piston de refoulement et avec un passage haut communiquant avec la basse
pression d'un réservoir et pouvant être obturé par le piston de refoulement, l'un
des deux passages précités étant dégagé quelle que soit la position du piston de refoulement.
[0007] L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de
réalisation préféré faite à partir des dessins annexés, sur lesquels les figures 1
à 4 illustrent différentes phases de fonctionnement de ce mode de réalisation à partir
d'un schéma hydraulique.
[0008] Tel qu'il est illustré sur la fig. 1, le dispositif d'injection selon l'invention
comprend un injecteur 1 muni d'une aiguille d'injection 2 capable d'entrer en contact
avec son siège 3 afin d'obturer le passage (diamètre Ss) vers les orifices d'injection
4. Une chambre d'injection 5 entoure l'aiguille d'injection 2 et permet l'alimentation
du carburant à injecter. L'aiguille 2 de l'injecteur 1 est solidaire d'un poussoir
6 par l'intermédiaire d'une partie 7 de plus grand diamètre Sa. L'extrémité du poussoir
6 opposée à l'aiguille 2 agit sur un piston de pilotage 8 (diamètre Sd) délimitant
une chambre de décharge 9. Un ressort de compression 10 agit en outre par l'intermédiaire
de l'épaulement 11 sur l'aiguille 2 dans le sens tendant à fermer le passage vers
les orifices d'injection 4.
[0009] Un système de commande 12 à deux pistons différentiels solidaires l'un de l'autre
est monté sur le porte-injecteur non représenté sur la figure. Le système de commande
12 comprend un piston de refoulement 13 de section S
r délimitant une chambre de dosage 14. Le piston 13 est solidaire d'une tige 15 qui
agit à la partie inférieure d'un piston de commande 16 de section S
c supérieure à la section S
r du piston de refoulement 13. Le piston de commande 16 délimite une chambre de commande
17. Un distributeur à tiroir 18 comporte un tiroir muni de deux portions 19 et 20
de plus grand diamètre reliées par une tige 21 qui se déplace dans un corps présentant
trois chambres 22, 23 et 24 délimitées par des portées de l'alésage dudit corps. Par
ailleurs, deux chambres d'extrémité 25 et 26 peuvent être soumises à une pression
agissant sur l'une ou l'autre des extrémités du tiroir du distributeur 18. Un ressort
de compression 27 est monté dans la chambre d'extrémité 25.
[0010] Le carburant, par exemple du gas-oil dans le cas d'un moteur Diesel, se trouve à
la pression atmosphérique dans le réservoir 28. Il est aspiré par une pompe basse
pression 29 fournissant une pression maintenue constante par le régulateur 30 monté
entre la sortie de la pompe 29 et le retour au réservoir 28. Une pompe haute pression
31 est gavée par la pompe basse pression 29 et met le carburant à la haute pression
constante Pc qui peut atteindre 200 bars et qui est la pression de commande. La pression
de commande est maintenue constante par deux dispositifs régulateurs placés en série
32 et 33 entre la sortie de la pompe haute pression 31 et le retour au réservoir 28.
La pression constante apparaissant entre les deux régulateurs 32 et 33 est une pression
intermédiaire P
9 dite pression de gavage inférieure à la haute pression de commande P
c. Le carburant à la pression de gavage peut donc pénétrer par un ajutage d'amortissement
34 et un clapet antiretour 35 monté dans la canalisation 36 jusque dans la partie
basse de la chambre de dosage 14.
[0011] Le carburant à la haute-pression de commande P
c alimente par la canalisation 37 un accumulateur hydraulique 38, la chambre 22 du
distributeur à tiroir 18 ainsi que la chambre d'extrémité 26 du même distributeur
par l'intermédiaire d'une électrovanne à trois voies 39 montée dans la canalisation
de dérivation 40. Le carburant à haute pression peut passer de la chambre 22 dans
la chambre 23 selon la position du tiroir et alimenter par la canalisation 41, la
chambre de commande 17 du système de commande 12 à piston différentiel.
[0012] Le carburant à la haute pression de commande P
c est également amené par la canalisation 42 à un distributeur à tiroir 51.
[0013] La partie basse de la chambre de dosage 14 est reliée par la canalisation 45, 46
à la chambre d'injection 5.
[0014] La chambre d'extrémité 25 du distributeur 18 est reliée par la canalisation 47 à
la canalisation 48 de retour au réservoir 28. Il en est de même de la chambre 24 du
distributeur 18 par l'intermédiaire d'un gicleur d'amortissement 49. Le côté tige
du piston de commande 16 est également relié par la canalisation 48a, 48 au réservoir
28. Il en est de même du côté tige du piston de pilotage 8 de l'injecteur 1 par la
canalisation 8a ainsi que de la troisième voie de l'électrovanne à trois voies 39
par la canalisation 48.
[0015] L'alésage à l'intérieur duquel peut se déplacer le piston de refoulement 13 comporte
dans sa partie basse une ouverture communiquant avec la canalisation 45 et dans sa
partie haute une ouverture communiquant avec une canalisation 50. L'écartement de
ces deux ouvertures est tel qu'en position de repos, le piston de refoulement 13 découvre
l'ouverture de la canalisation 50 et obture l'ouverture de la canalisation 45. Les
deux canalisations 45 et 50 sont connectées à la chambre d'injection 5. En position
de repos, la canalisation 50 et de ce fait la chambre d'injection 5 se trouvent en
communication avec le côté tige du piston de commande 16 c'est-à-dire avec la basse
pression du réservoir de fluide 28 par l'intermédiaire de la canalisation de retour
48a, 48.
[0016] Le tiroir du distributeur 51 comporte deux portions de plus grand diamètre 52 et
53 reliées entre elles par une tige 54 et se déplace dans un alésage comportant trois
chambres 55, 56 et 57 délimitées par des portées ainsi que deux chambres de pilotage
58 et 59 pour le déplacement du tiroir. La première chambre de pilotage 58 est reliée
à la haute pression de commande par la canalisation 61 qui est elle-même connectée
à la canalisation 42. La canalisation 60 permet en outre de véhiculer le carburant
à la haute pression de commande P
c jusque dans la chambre 57.
[0017] La chambre 55 est reliée au réservoir 28 par l'intermédiaire de la canalisation 62
qui renferme un gicleur d'amortissement à restriction variable 63 et de la canalisation
43a. La canalisation 64 relie la chambre 56 à la chambre de décharge 9 de l'injecteur
1.
[0018] La deuxième chambre de pilotage 59 communique par la canalisation 65 avec un passage
bas 66 débouchant dans la chambre de dosage 14 et pouvant être obturé par le piston
de refoulement 13 lors de son mouvement vers le bas. La canalisation 65 communique
également avec un passage haut 67 qui communique avec le côté tige du piston de commande
16 et par la canalisation 48a et 48 avec le réservoir 28. Le passage 67 peut être
obturé par le piston de refoulement 13 dans son mouvement vers le haut. L'écartement
des passages haut et bas 66 et 67 ainsi que la hauteur du piston 13 sont choisis de
sorte que l'un des deux passages soit toujours dégagé quelle que soit la position
du piston de refoulement 13. Par ailleurs, les orifices des conduits 45 et 50 qui
relient la chambre d'injection 5 respectivement à la chambre de dosage 14 et au réservoir
par l'intermédiaire de la canalisation 48a, sont chacun décalés vers le bas par rapport
aux orifices das passages bas et haut 66 et 67. De cette manière, les orifices des
conduits 45 et 50 sont obturés par le piston de refoulement 13 dans son mouvement
soit le haut, soit vers le bas, après les passages bas et haut 66 et 67 respectifs.
C'est ainsi que dans son mouvement vers le bas, le piston de refoulement 13 obture
tout d'abord l'orifice communiquant avec la canalisation 66 du passage bas, puis lorsqu'il
poursuit son mouvement vers le bas, l'orifice communiquant avec la canalisation 45.
De la même manière, lorsque le piston de refoulement 13 se déplace vers le haut, il
obture tout d'abord l'orifice de la canalisation 50 puis l'orifice du passage haut
67.
[0019] Dans la position de repos représentée sur la fig. 1, la deuxième chambre de pilotage
59 du distributeur à tiroir 51 se trouve en communication avec la basse pression du
réservoir de fluide 18 par les canalisations 65 et 67 qui la font communiquer avec
les canalisations 48a et 48 et le réservoir 28. Dans cette position en effet, le piston
de refoulement 13 découvre l'orifice du passage haut 67. La haute pression de commande
P
ç régnant dans la première chambre de pilotage 58 entraîne un déplacement du tiroir
du distributeur 51 mettant en communication les chambres 56 et 57. La haute pression
de commande P
c provenant de la canalisation 60 règne donc par la canalisation 64 dans la chambre
de décharge 9. Il en résulte que l'aiguille 2 de l'injecteur 1 est en position fermée.
[0020] La fig. 2 illustre la phase de prédosage qui se fait par une action de commande sur
l'éctrovanne à trois voies 39.
[0021] L'ouverture de l'électrovanne 39 permet le déplacement du tiroir du distributeur
18 et le remplissage de la chambre de dosage 14 à la pression de gavage Pg, le piston
différentiel 12 se déplaçant vers le haut. Pendant cette phase, on notera que la deuxième
chambre de pilotage 59 se trouve soumise à la pression de gavage P
9 qui règne dans la chambre de dosage 14 par l'intermédiaire du passage bas 66 et de
la canalisation 65.
[0022] La quantité dosée se trouvant à la fin de cette étape dans la chambre de dosage 14
est proportionnelle au temps d'ouverture de l'électrovanne 39.
[0023] La fig. 3 illustre la phase d'injection. Dès que l'électrovanne 39 revient dans sa
position initiale ce qui entraîne également le retour en position de repos du tiroir
du distributeur 18, la haute pression de commande P
c s'établit dans la chambre de commande 17. La pression P
r qui règne dans la chambre de dosage 14 croît progressivement. Dès que cette pression
devient supérieure à la haute pression de commande P
c, le tiroir du distributeur 51 est amené à se déplacer sous l'action de la pression
supérieure régnant dans la deuxième chambre de pilotage 59. Ce mouvement illustré
sur la fig. 3 met en communication les chambres 55 et 56 du distributeur à tiroir
51. La pression régnant dans la chambre de décharge 9 peut donc chuter par l'intermédiaire
des canalisations 64 et 62 et l'ajutage variable 63.
[0024] Compte tenu des temps de retard des différents tiroirs mobiles du distributeur 51
et du distributeur 18, la pression d'injection P
; = P
c x S
c/S
r se trouve établie avant l'ouverture de l'aiguille 2 de l'injecteur qui se déplace
sous l'action de cette pression régnant dans la chambre d'injection 5.
[0025] La fig. 4 illustre la phase correspondant au début de la fin de l'injection. Dans
son mouvement vers le bas, le piston 13 découvre tout d'abord le passage haut 67.
En même temps il obture le passage bas 66. A ce moment l'ouverture de la canalisation
50 est encore obturée tandis que l'ouverture de la canalisation 45 est découverte
permettant la poursuite de l'injection. La haute pression de commande P
c régnant dans la première chambre de pilotage 58 devient donc à nouveau prépondérante
sur la pression régnant dans la deuxième chambre de pilotage 59 qui se trouve reliée
par les canalisations 48a et 48 au réservoir 28. Le tiroir du distributeur 51 se déplace
donc à nouveau vers sa position de repos mettant en communication les chambres 56
et 57 et permettant à la haute pression de commande P
c de pénétrer à nouveau dans la chambre de décharge 9. Il en résulte un effort complémentaire
à la fermeture de l'aiguille 2 de l'injecteur, effort qui est favorable à une fin
d'injection très nette. Lors de la poursuite de son mouvement vers le bas le piston
13 découvre ensuite l'ouverture de la canalisation 50 permettant la décharge de la
chambre d'injection 5 et le déplacement de l'aiguille 2 vers sa position de fermeture.
1. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne comprenant:
une chambre d'injection (5) obturée par une aiguille soumise à l'action d'un ressort
de fermeture et de la pression dans une chambre de décharge (9); un système de commande
à deux pistons différentiels solidaires (12) comprenant:
- un piston de refoulement (13) délimitant une chambre de dosage (14) en communication
avec la chambre d'injection (5) et alimenté en carburant à une pression intermédiaire
de gavage;
- un piston de commande (16) de section supérieure à celle du piston de refoulement
(13) délimitant une chambre de commande (17) pouvant être soumise à une haute pression
de commande par l'intermédiaire d'un système d'électrovanne à trois voies;
- et des moyens de commande pour décharger la chambre de décharge (9) lorsque la quantité
de carburant dosée a été soumise à la pression d'injection par l'action de la haute
pression de commande sur le piston de commande (16);
les dimensions de ladite chambre de décharge (9) ainsi que les caractéristiques de
l'injecteur (1) étant telles qu'avant l'injection, l'aiguille (2) reste en position
de fermeture, lorsque la chambre d'injection (5) est à la pression d'injection régnant
dans la chambre de dosage (14), la haute pression de commande s'exerçant sur le piston
de commande (16) et la chambre de décharge (9) étant soumise à la pression de commande;
la section (S
d) de la chambre de décharge (9) où s'exerce la pression de commande et le ressort
de fermeture (10) de l'injecteur étant telles que les forces qui en résultent tendant
à maintenir l'aiguille en position de fermeture soient supérieures à la force tendant
à ouvrir l'aiguille et résultant de l'action de la pression d'injection dans la chambre
de dosage (14), dispositif caractérisé par la fait que les moyens de commande pour
décharger la chambre de décharge (9) comprennent un distributeur à tiroir (51) piloté
par la haute pression de commande et par la pression régnant dans la chambre de dosage
(14), et que le tiroir du distributeur (51) est soumis d'une part à l'action de la
haute pression de commande régnant dans une première chambre de pilotage (58) et d'autre
part à l'action de la pression régnant dans une deuxième chambre de pilotage (59),
la deuxième chambre communiquant avec un passage bas (66) débouchant dans la chambre
de dosage (14) et pouvant être obturé par le piston de refoulement (13) et avec un
passage haut (67) communiquant avec la basse pression du réservoir et pouvant être
obturé par le piston de refoulement (13), l'un des deux passages précités étant dégagé
quelle que soit la position du piston de refoulement (13).
2. Dispositif d'injection selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les
orifices des conduits (45, 50) reliant la chambre d'injection respectivement à la
chambre de dosage (14) et à la décharge (28) sont obturés par le piston de refoulement
(13) respectivement après les passages haut et bas précités (67, 66).
1. A fuel injection arrangement for an internal combustion engine comprising: an injection
chamber (5) which is closed by a needle subjected to the force of a closure spring
and the pressure in a discharge chamber (9); a control system (12) having two differential
pistons which are fixed with respect to each other and comprising:
- a delivery piston (13) delimiting a metering chamber (14) communicating with the
injection chamber (5) and supplied with fuel at an intermediate feed pressure;
- a control piston (16) which is larger in section than the delivery piston (13),
delimiting a control chamber (17) which can be subjected to a high control pressure
by means of a three-way electrically operated valve system; and
- control means for discharging the discharge chamber (9) when the metered amount
of fuel has been subjected to the injection pressure by the action of the high control
pressure on the control piston (16);
the dimensions of said discharge chamber (9) and the characteristics of the injector
(1) being such that prior to injection the needle (2) remains in the closure position,
when the injection chamber (5) is at the injection pressure obtaining in the metering
chamber (14), the high control pressure being applied to the control piston (16) and
the discharge chamber (9) being subjected to the control pressure; the section (S
d) of the discharge chamber (9) where the control pressure occurs and the closure spring
(10) of the injector being such that the forces which result therefrom tending to
hold the needle in the closure position are greater thant the force tending to open
the needle and resulting from the action of the injection pressure in the metering
chamber (14), the arrangement being characterised in that the control means for discharging
the discharge chamber (9) comprise a sliding spool-type distributor (51) which is
pilot-' controlled by the high control pressure and by the pressure obtaining in the
metering chamber (14) and that the spool of the distributor (51) is subjected on the
one hand to the action of the high control pressure obtaining in a first pilot-control
chamber (58) and on the other hand to the action of the pressure obtaining in a second
pilot-control chamber (59), the second chamber communicating with a lower passage
(66) opening into the metering chamber (14) and being capable of being closed by the
delivery piston (13) and with an upper passage (67) communicating with the low pressure
of the tank and being capable of being closed by the delivery piston (13), on of the
said two passages being opened irrespective of the position of the delivery piston
(13).
2. An injection arrangement according to claim 1 characterised in that the orifices
of the conduits (45, 50) connecting the injection chamber respectively to the metering
chamber (14) and to the discharge (28) are closed by the delivery piston (13) respectively
after said upper and lower passages (67, 66).
1. Vorrichtung zur Brennstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor mit: einer Einspritzkammer
(5), die von einer Nadel verschlossen ist, welche unter der Wirkung einer Schliessfeder
und des Drucks in einer Auslasskammer (9) steht; einer Steueranordnung mit zwei miteinander
verbundenen Differentialkolben (12), die aufweist:
-einen Füllkolben (13), der eine Dosierkammer (14) begrenzt, die in Verbindung mit
der Einspritzkammer (5) steht und die mit Brennstoff bei einem mittleren Fülldruck
versorgt wird;
- einen Steuerkolben (16), dessen Querschnitt grösser als derjenige des Füllkolbens
(13) ist und der eine Steuerkammer (17) begrenzt, die mittels eines Dreiwege-Elektroventils
mit einem hohen Steuerdruck beaufschlagt werden kann; und
- mit einer Steueranordnung zum Entleeren der Auslasskammer (9), wenn die Menge des
dosierten Brennstoffs mit dem Einspritzdruck beaufschlagt ist mittels des hohen Steuerdrucks
auf den Steuerkolben (16);
wobei die Abmessungen der genannten Auslasskammer (9) sowie die Eigenschaften der
Einspritzdüse (1) derart sind, dass vor dem Einspritzen die Nadel (1) in Schliessstellung
verbleibt, wenn die Einspritzkammer (5) mit dem Einspritzdruck beaufschlagt ist, der
in der Dosierkammer (14) herrscht, wobei der hohe Steuerdruck den Steuerkolben (16)
beaufschlagt und der Steuerdruck in der Auslasskammer (9) herrscht; dass der Querschnitt
(Sd) der Auslasskammer (9), in der der Steuerdruck herrscht und die Schliessfeder
(10) des Einspritzventils derart sind, dass die daraus resultierenden Kräfte, die
dazu neigen, die Nadel in Schliessstellung zu halten, grösser als die Kraft sind,
die zum Öffnen der Nadel neigt und die auf der Wirkung des Einspritzdrucks in der
Dosierkammer (14) stammt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranordnung zum Entleeren
der Auslasskammer (9) einen Schiebeverteiler (51) aufweist, der vom hohen Steuerdruck
gesteuert ist sowie von dem in der Dosierkammer (14) herrschenden Druck und dass der
Schieber des Verteilers (51) einerseits unter der Wirkung des hohen Steuerdrucks steht,
der in einer ersten Steuerkammer (58) herrscht und andererseits unter der Wirkung
des in einer zweiten Steuerkammer (59) herrschenden Drucks steht, wobei die zweite
Kammer mit einem unteren Durchlass (66) in Verbindung steht, der in der Dosierkammer
(14) mündet und vom Füllkolben (13) verschlossen werden kann und mit einem oberen
Durchlass (67) in Verbindung steht, der mit dem Niederdruck des Behälters in Verbindung
steht und durch den Füllkolben (13) verschlossen werden kann, wobei einer der beiden
genannten Durchlässe frei bleibt bei beliebiger Stellung des Füllkolbens (13).
2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsöffnungen
(45, 50), welche die Einspritzkammer mit der Dosierkammer (14) bzw. dem Auslass (28)
verbinden, vom Füllkolben (13) verschlossen werden nach den genannten oberen bzw.
unteren Durchlässen (67, 66).