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(11) | EP 0 077 716 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Dispositif d'injection pression-temps à prédosage |
| (57) O Dispositif d'injection pression-temps à prédosage à commande électromagnétique
utilisant une haute pression d'injection et une basse pression de gavage, caractérisé
par le fait qu'il comporte
- une source (5-6) de moyenne pression (MP) intermédiaire entre lesdites haute et basse pressions, - un distributeur rotatif à deux étages distribuant la haute et la basse pression cycliquement dans des canalisations (C, à C4) uniques pour chaque cylindre, - sur chaque porte-injecteur (30) un piston de dosage (8) dont la chambre de refoulement (21) est en communication avec ladite canalisation unique, et - un piston (11) de commande de l'injecteur dont la chambre de commande (31) est réunie par une électrovanne à trois voies (9), par une voie à la moyenne pression, pour le début d'injection, et par l'autre voie à la chambre d'injection (22) pour le début du dosage. |
[0001] L'invention concerne l'injection directe de combustible dans les moteurs à combustion interne, notamment les moteurs Diesel.
[0002] On sait que, pour une combustion complète et un bon rendement des moteurs Diesel, il est nécessaire que l'injection du combustible soit faite à une pression constante et élevée. Pour résoudre ce problème on connaît déjà des dispositifs d'injection du type à pression temps à commande électromagnétique, mais qui ne sont pas sans présenter des inconvénients. En effet, étant donné les forts taux d'injection demandés par les moteurs modernes en raison des taux élevés de suralimentation pour les moteurs de véhicules industriels ou des régimes de rotation élevés pour les moteurs de voiture particulière, le temps alloué pour injecter les quanttés de combustible correspondant aux régimes de faible charge ou de ralenti est très faible et reste de l'ordre de grandeur du temps de réponse des actuateurs électromagnétiques utilisés pour faire fonctionner l'injecteur.
[0003] Pour éviter cette difficulté, il est connu d'utiliser pour chaque injecteur deux électrovannes ou servovalves électromagnétiques, l'une étant réservée pour le pilotage du début \ de l'injection et l'autre ayant pour rôle d'assurer la fin d'injection. Ces deux oτga-es de commande réalisent parfaitement la fonction d'injection mais présentent alors d'autres inconvénients : premièrement le porte-injecteur présente un encombrement relativement important rendant son montage difficile dans les culasses de moteur, principalement sur les moteurs de voiture particulière; deuxièmement, la dispersion inévitable des temps de réponse entraîne des irrégularités entre les porte-injecteurs; enfin la conception même des électrovannes ou servo-valves électromagnétiques qui doivent avoir un très faible temps de réponse conduit inévitablement à des fuites non aux sièges mais par les jeux cylindres-piston, fuites qui ont une très grande influence sur la quantité inéjectée pour un même temps de commande.
[0004] Pour éviter ces dernières difficultés, il est connu également de réaliser des sortes de centrales hydrauliques liées à un distributeur, dans lesquelles la partie pilotage de l'injecteur (électroservovalves) est commune à plusieurs injecteurs, les fonctions d'injection étant distribuées aux porte-injecteurs. Si cette conception assure une homogénéité de fonctionnement entre plusieurs injecteurs, elle présente par contre l'inconvénient de donner naissance à des phénomènes hydrauliques nuisibles dans les conduites reliant l'organe de commande du pilotage de l'injection aux porte-injecteurs. En outre, du fait que la haute pression d'injection règne en permanence autour des aiguilles d'injecteur, toute défaillance de la commande entraîne le risque très important de noyer le moteur, ce qui conduit alors à rajouter dans le dispositif des organes limiteurs de débit.
[0005] Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents en réalisant un dispositif d'injection pression-temps à prédosage qui isole la haute pression de la pompe de la pression d'injection, en permettant un prédosage de la quantité injectée, en évitant la majeure partie des phénomènes hydrauliques nuisibles sur la haute pression et sur la commande, et enfin en n'utilisant qu'un seul élément électromagnétique par cylindre, le circuit hydraulique étant conçu de telle façon que les inévitables fuites de cet élément électromagnétique n'entachent pas la quantité injectée.
[0006] L'invention consiste à prévoir, outre la haute pression d'injection et la basse pression de gavage habituelles, une moyenne pression intermédiaire entre les deux précédentes; à utiliser un distributeur tournant double entraîné en synchronisme avec l'arbre à cames et distribuant alternativement la haute pression et la basse pression dans une canalisation unique pour chaque injecteur; à prévoir sur chaque porte-injecteur un piston de dosage se déplaçant entre une chambre de refoulement en liaison avec ladite canalisation unique et une chambre de dosage en liaison avec la capacité de l'aiguille d'injecteur, avec, d'une manière connue, des passages de décharge de cette capacité d'aiguillle et de la chambre de commande de l'aiguille en fin de course du piston; enfin à réunir cette chambre de commande par un clapet anti-retour à la moyenne pression d'alimentation et par une électrovanne à trois voies alternativement à la moyenne pression lors du début d'injection et à la chambre de dosage lors du début du dosage, l'instant de la fin du dosage étant déterminé par la fin de la distribution de la basse pression par le distributeur, et la fin de l'injection étant déterminée par la fin de course du piston de dosage.
[0007] D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel :
la fig. 1 est un schéma général du dispositif;
la fig. 2 est un schéma détaillé d'un injecteur et du porte-injecteur; et
les fig. 3 à 8 sont des schémas partiels illustrant les diverses phases du fonctionnement.
[0008] Le dispositif pris comme exemple correspond à un moteur à quatre cylindres, et il comporte un ensemble de pompe distributrice unique correspondant à l'encadré de gauche sur la-fig. 1 désigné par la référence EPD, cet ensemble étant réuni par quatre-canalisations C1, C2, C3, C4 à quatre ensembles porte-injecteurs EPI, dont un seul est représenté sur la fig. 1, et correspondant chacun à un des cylindres.
[0009] L'ensemble de pompe distributrice EPD comporte deux pompes 2 et 4 tournant de façon synchrone en étant entraîné par le moteur, soit à la vitesse du moteur, soit à la vitesse moitié comme l'arbre à cames. Le combustible est aspiré dans le réservoir par l'intermédiaire d'un filtre 1 par la pompe de gavage 2. La pression de refoulement de cette pompe de gavage, ou pression BP (5 à 10 bars) est régulée par le régulateur 3. Le combustible est alors porté à la haute pression HP (par exemple jusqu'à 1000 bars) par la pompe 4, cette haute pression HP étant régulée par le régulateur 5. Enfin, entre la sortie du régulateur 5 et le retour au réservoir est intercalé un troisième régulateur 6 donnant naissance à une moyenne pression MP de l'ordre de 30 à 40 bars.
[0010] Le stator 40 de la pompe distributrice comporte un alésage dans lequel peut tourner un rotor 41 à la vitesse moitié du moteur pour un moteur à quatre temps ou à la vitesse du moteur pour un moteur à deux temps. Ce rotor comporte deux étages, à savoir un étage A à haute pression et un étage B à basse pression. Le combustible à haute pression HP pénètre axialement dans l'étage A et il est conduit par un perçage radial 32 dans une lumière 33 de 15 à 20° d'arc. Le stator 40 est percé de conduits 36, 37, 38 et 39 reliés à la canalisation C1, les conduits 38 et 37 correspondant respectivement aux étages A et B. Il existe naturellement trois autres séries de perçages analogues correspondant aux trois autres canalisations de liaison C2' C3 et C4 et réparties cycliquement dans le stator 40 dans l'ordre d'alimentation habituel "1-3-4-2".
[0011] L'alésage central de l'étage B est relié à la basse pression BP et des conduits radiaux 34 distribuent cette pression dans une grande lumière occultée sur environ 20° par le bossage circulaire 35. La lumière 33 et le bossage 35 sont déterminés et calés sur le rotor 41 de telle manière que, lorsque les conduits 38, 39 et 36 sont en communication avec la HP celle-ci ne puisse passer à la BP par le conduit 37, et que lorsque les conduits 36 et 37 sont en communication avec la BP, le conduit 38 ne puisse recevoir la HP.
[0012] L'ensemble porte-injecteur EPI comporte l'injecteur 15 et le porte-injecteur 30, représentés plus en détail sur la fig. 2. Il est agencé de manière à recevoir :
- dans un alésage 18 un piston 8 dont la face supérieure forme avec l'alésage 18 une chambre de refoulement 21 qui est reliée à l'arrivée haute pression par un conduit 29, correspondant à C1, C2, C3 ou C4 selon le cas, tandis que sa face inférieure forme une chambre de dosage et d'injection 22. Par ailleurs, le piston 8 est percé par des conduits 20a et 20b qui permettent, lorsque le piston est en position basse, c'est-à-dire pour le volume minimum de la chambre d'injection 22, de mettre respectivement la chambre 22 en communication avec un conduit 19 et le conduit 23 avec la moyenne pression 26 par les conduits 43 et 42.
- Dans un alésage 17, un piston de commande 11 dont la face supérieure forme avec cet alésage une chambre de commande 31, la face inférieure du piston de commande 11 étant en appui sur un poussoir 13 dont l'autre extrémité s'appuie sur l'aiguille 14 de l'injecteur; la buse 15 et la cale de course 16 de cet injecteur sont fixées par des moyens connus au corps 30. L'injecteur 15 ainsi que son ressort 12 sont de type classique.
- Une vanne 9 à trois voies à commande électromagnétique dont la voie commune est reliée par 24 à la chambre de commande 31, la première voie étant reliée par 28 :
- d'une part à la chambre d'injection 22, un clapet anti-retour 50 étant interposé sur la ligne de telle façon que le combustible ne puisse se diriger de la chambre d'injection 22 vers la première voie 28,
- d'autre part à la chambre de refoulement 21, un clapet anti-retour 51 étant interposé sur la ligne de telle façon que le combustible ne puisse se diriger que de la chambre de refoulement 21 vers la première voie 28, un ajutage 52 étant par ailleurs placé en aval du clapet anti-retour 51, tandis que la deuxième voie, qui correspond à la position excitée de l'électrovanne, est reliée à l'arrivée 26 de la moyenne pression.
- Un clapet anti-retour 10 permettant par les conduits 26, 25 puis 27 de remplir la chambre de commande 31 par le combustible à moyenne pression MP.
- Enfin, le conduit 23 relie la chambre d'injection 22 à la capacité d'aiguille 7 tandis que le conduit 19 précité est relié à la chambre de commande 31 de telle manière que la fin de course d'injection du piston d'injection 8 produise la décharge de la capacité d'aiguille 7 vers la moyenne pression et de la décharge de la capacité d'injection 22 vers la chambre de commande 31 afin d'assurer une refermeture rapide de l'aiguille.
[0013] Si l'on désigne par Sc la section de la chambre de commande 31 et Pc la pression de commande, et d'autre part Sa la section d'aiguille, Ss la section de son siège, Pi la pression d'injection, et R la poussée du ressort 12, les mouvements de l'ensemble de l'aiguille 14, de son poussoir 13 et du piston de commande 11 font intervenir d'une part une force de levée hydraulique de l'aiguille, de valeur Pi. (Sa-Ss) dirigée vers le haut, et une poussée de commande Pc.Sc + R qui est dirigée vers le bas.
[0014] Les divers paramètres ci-dessus sont déterminés de telle manière que la poussée de commande soit très supérieure à la force de levée hydraulique lorsque Pc = Pi = HP, et que cette poussée de commande soit très inférieure à la force de levée hydraulique lorsque Pc = MP et que Pi = HP.
[0015] Grâce à la grande différence existant entre HP et MP, cette condition peut être satisfaite très facilement avec de grands coefficients de sécurité et avec les dimensions usuelles, avec les valeurs de pression indiquées plus haut.
[0016] Le fonctionnement de l'ensemble, qui est évidemment cyclique, comporte périodiquement des phases d'injection, et des phases de prédosage intercalées avec les précédentes.
[0017] A la fin du dosage, l'arête X du bossage 35 de l'étage basse pression B du distributeur obture le conduit 37, puis l'arête Z du côté haute pression A découvre le conduit 38, permettant à la haute pression HP par les conduits 39 et 36 de pénétrer dans la chambre de refoulement 21, ce qui, d'une part, par l'intermédiaire du piston d'injection 8, met sous une pression identique la chambre d'injection 22 le combustible ne pouvant aller de la chambre 22 à la chambre de commande 31 du fait du clapet anti-retour 50, et d'autre part met sous la même pression la chambre de commande 31 par le conduit 53 et l'électrovanne 9 qui est en position de repos et autorise la communication entre'28 et 24 (fig. 2). Selon ce schéma de principe, on voit que les fuites internes de l'électrovanne 9 ne modifient pas la quantité prédosée dans la chambre d'injection 22 sous haute pression puisque le clapet anti-retour 50 est étanche et que la source de combustible qui établit la haute pression dans la chambre de commande 31 est directement la pompe tlP 4 par l'intermédiaire des conduits 38, 39, 36, 29 et 53. Un étranglement 52 est judicieusement placé sur la ligne 53 en aval du clapet anti-retour 51 de telle façon que la pression qui règne en amont de l'entrée 28 de l'électrovanne trois voies 9 soit toujours inférieure à la pression qui règne dans la chambre d'injection 22 ce qui conduit le clapet anti-retour 50 a toujours être fermé dès la mise sous pression de 21. Le clapet anti-retour 10 empêche cette haute pression de se décharger dans la moyenne pression, et la conduite 23 transmet également cette haute pression à la capacité d'aiguille 7. On se trouve donc dans le cas exposé plus haut où les pressions en 22, 31 et 7 sont égales à la haute pression et, comme on l'a vu, la poussée de commande, très supérieure à la force de levée hydraulique de l'aiguille, maintient celle-ci en appui sur son siège. Ceci est illustré par le schéma de la fig. 3.
[0018] Au moment voulu pour l'injection, et selon un synchronisme électronique déterminé avec précision en accord avec la position du moteur, l'électrovanne 9 est mise sous tension ce qui met en communication les conduits 24 et 26, permettant à la haute pression qui règne dans la chambre de commande 31 de chuter jusqu'au niveau de la moyenne pression. Ce nouvel état est illustré par la fig. 4. On se trouve donc dans le cas exposé plus haut où règne la moyenne pression en 31, et la haute pression en 7, et où, comme on l'a vu, la poussée de commande devient très inférieure à la force de levée hydraulique, cette dernière soulevant alors l'aiguille pour permettre au combustible d'être injecté.
[0019] La quantité de combustible préalablement prédosée dans la chambre d'injection 22 est alors refoulé sous la haute pression HP par le piston 8. Simultanément, ou avec des décalages appropriés, d'une part l'arête inférieure du piston 8 vient obturer le conduit 23 tandis que le percement 20b met en communication le conduit 43 avec la moyenne pression, et d'autre part le combustible restant dans la chambre 22 peut se décharger dans la chambre de commande 31 par le conduit 19 grâce au percement 20a, ce qui a pour effet d'assurer une bonne fermeture rapide de l'injecteur sous l'effet combiné de son ressort 12, de la chute de pression en 7 et de l'accroissement de pression en 31, et en même temps d'éviter tout rebond de l'aiguille grâce à cette recharge de la chambre de commande 31. Cette phase est illustrée par la fig. 5.
[0020] Lorsque l'injection est terminée, l'électrovanne 9 restant sous tension, l'arête W de l'étage haute pression A du distributeur vient obturer le conduit 38, puis l'arête Y de l'étage basse pression B vient dégager le conduit 37, permettant à la basse pression de régner sur la face supérieure du piston 8 correspondant. Cet état est illustré par la fig. 6.
[0021] Dans les conditions précédemment définies, si l'on coupe l'alimentation de l'électrovanne 9, celle-ci revient en position de repos comme illustré sur la fig. 7 en mettant en communication les conduits 24 et 28; la moyenne pression pénètre alors dans la chambre de commande 31 par le clapet anti-retour 10, puis de là par l'électrovanne 9 dans la chambre d'injection 22 par le clapet anti-retour 50 d'un étranglement 44 et refoule le piston 8 vers le haut puisque la face supérieure de ce piston est à la basse pression BP; la moyenne pression ne pouvant s'écouler vers la basse pression du fait du clapet anti-retour 51.
[0022] Grâce à l'étrangleur 44, mais surtout à la faible valeur relative de la différence de pression entre MP et BP, le temps pendant lequel doit avoir lieu ce dosage conserve une valeur relativement importante, même pour les régimes de faible charge, ce qui permet de le régler avec précision par le calculateur électronique qui pilote l'injection.
[0023] D'autre part si c'est l'électrovanne 9 qui déclenche le début d'injection, c'est l'étage B du distributeur qui détermine la fin de l'injection à l'instant précis où l'arête X vient obturer le conduit 37, comme illustré sur la fig. 8, ce qui interrompt le mouvement ascendant du piston 8, donc termine le dosage dans la chambre d'injection 22. Le calculateur électronique, qui est synchronisé avec le cycle du moteur, connaît exactement l'instant de la fermeture du conduit 37 et peut donc calculer avec précision le temps de dosage.
[0024] L'invention permet ainsi une injection sous une très haute pression, parfaitement constante et régulée, et un prédosage précis tout en utilisant pour chaque cylindre qu'une seule électrovanne, qui ne s'ouvre et se ferme qu'une fois par cycle, en servant tout à la fois pour déclencher le début d'injection et le début de dosage.
- une source (5-6) de moyenne pression (MP) intermédiaire entre lesdites haute et basse pressions,
- un distributeur rotatif à deux étages distribuant la haute et la basse pression cycliquement en fonction du nombre de cylindres dans des canalisations (C1 à C4) uniques pour chaque cylindre, sans recouvrement des temps de communication haute et basse pression,
- sur chaque porte-injecteur (30) un piston de dosage (8) dont la chambre de refoulement (21) est en communication avec ladite canalisation unique (29) (C1) du cylindre correspondant et dont la chambre d'injection (22) est reliée à la capacité d'aiguille (7) de l'injecteur (15) correspondant,
- un piston (11) de commande de l'injecteur dont la chambre de commande (31) est réunie d'une part à la moyenne pression par un clapet anti-retour (10) disposé dans le sens qui permet l'alimentation de cette chambre, et d'autre part, par l'intermédiaire d'une électrovanne à trois voies (9), par une voie à la moyenne pression, pour le début d'injection, et par l'autre voie à la chambre d'injection (22) pour le début du dosage,
- enfin, un dispositif électronique synchronisé avec la rotation du distributeur et du moteur pour déclencher par l'intermédiaire de l'électrovanne (9) le début d'injection et le début du dosage.