FR2752268A1 - Dispositif d'amelioration de la dynamique d'injection de combustible pour les moteurs diesel equipes de pompes d'injection a debit pulse - Google Patents
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Abstract
Le dispositif selon l'invention comporte une vanne (21) avec ressort, actionnée par le retard de décroissance de la pression d'un accumulateur (28), alimenté par un orifice (29), par rapport à la pression de la canalisation (14, 15) d'entrée dans le porte-injecteur. L'ouverture de la vanne (21) commande la fermeture rapide de l'injecteur (2) en utilisant l'énergie encore emmagasinée dans la canalisation (14, 15) pour pousser l'aiguille (5) . Un orifice de retour (30) assure la décharge du combustible non injecté. Le dispositif selon l' invention est particulièrement destiné aux moteurs Diesel utilisant des pompes d'injection à débit pulsé.
Description
La présente invention concerne un dispositif d'amélioration de la dynamique d'injection de combustible par freinage de l'ouverture et anticipation de la fermeture de l'injecteur, intégrable dans les porteinjecteurs de moteurs Diesel équipés de pompes d'injection à débit pulsé.
Par "dynamique d'injection", on entend ici la loi d'introduction du combustible en fonction du temps, qui est une condition de pilotage de la combustion dans le moteur.
Les dispositifs d'injection traditionnels, constitués par un rappel simple de l'aiguille d'injecteur par un ou plusieurs ressorts, présentent de plus en plus de difficultés à répondre à l'évolution du cahier des charges de développement des moteurs Diesel. Cet effet contraignant est principalement lié aux domaines de l'environnement et de l'économie tels que les émissions de polluants (oxydes d'azote, hydrocarbures, particules...), le bruit émis par le moteur ou la consommation en combustible.
Le fonctionnement des systèmes d'injection traditionnels est essentiellement conditionné par l'ajustement de:
- L'effort du ressort de tarage d'injecteur, qui doit être suffisant pour que les ondes de pression dans la canalisation haute pression circulant après l'injection ne risquent pas de provoquer des réouvertures non contrôlées de l'injecteur et que la pression de la canalisation haute pression ne décroisse pas en dessous de la pression des gaz dans la chambre de combustion pendant le trajet de fermeture de l'aiguille d'injecteur.
- L'effort du ressort de tarage d'injecteur, qui doit être suffisant pour que les ondes de pression dans la canalisation haute pression circulant après l'injection ne risquent pas de provoquer des réouvertures non contrôlées de l'injecteur et que la pression de la canalisation haute pression ne décroisse pas en dessous de la pression des gaz dans la chambre de combustion pendant le trajet de fermeture de l'aiguille d'injecteur.
- La rapidité de la décharge de la canalisation haute pression réglée par les caractéristiques de la canalisation (diamètre intérieur, longueur) ainsi que des clapets de non-retour ou de décharge de la pompe d'injection.
Les principaux inconvénients des systèmes d'injection traditionnels sont les suivants
- Le début de l'injection se produisant lorsque la pression dans la canalisation haute pression devient suffisante pour provoquer l'ouverture de l'injecteur, le début d'injection est souvent brusque. Cet effet est encore plus grave si l'effort du ressort de tarage d'injecteur est important.
- Le début de l'injection se produisant lorsque la pression dans la canalisation haute pression devient suffisante pour provoquer l'ouverture de l'injecteur, le début d'injection est souvent brusque. Cet effet est encore plus grave si l'effort du ressort de tarage d'injecteur est important.
- La fermeture de l'aiguille d'injecteur ne pouvant s'effectuer que si la pression dans la canalisation haute pression est suffisamment faible, il en résulte que le combustible introduit en fin de période d'injection n'est pas introduit dans de bonnes conditions.
La solution la plus classique pour obtenir un fonctionnement correct des systèmes d'injection traditionnels consiste à choisir l'effort du ressort de tarage d'injecteur suffisant pour stabiliser le système d'injection et se contenter de la performance médiocre de la fin d'injection.
Le besoin d'optimisation des systèmes de combustion adaptés à la fois à la dépollution, à la réduction du bruit et au rendement du moteur nécessite un effort particulier sur le procédé d'injection. Il peut être caractérisé par:
- Une introduction de combustible à faible débit en début de processus d'injection afin d'éviter une trop grande accumulation de combustible dans la chambre de combustion pendant le délai nécessaire à l'auto-allumage de ce combustible. Le résultat attendu est principalement la réduction du bruit de combustion et des sollicitations vibratoires des composants du moteur.
- Une introduction de combustible à faible débit en début de processus d'injection afin d'éviter une trop grande accumulation de combustible dans la chambre de combustion pendant le délai nécessaire à l'auto-allumage de ce combustible. Le résultat attendu est principalement la réduction du bruit de combustion et des sollicitations vibratoires des composants du moteur.
- Une pression et un débit de combustible de plus en plus importants au fur et à mesure que la combustion se poursuit dans la chambre de combustion. Le résultat attendu est principalement la bonne adaptation au besoin énergétique associé au travail fourni au piston du moteur en début de détente.
- Une clôture la plus nette possible en fin d'injection pour éviter qu'une quantité non négligeable de combustible ne soit introduite tardivement dans des conditions médiocres par rapport au besoin de mélange rapide à l'air, de plus en plus rare, contenu dans la chambre de combustion. Le résultat attendu est principalement la réduction des émissions de suies et une plus grande souplesse sur le compromis à établir entre la consommation en combustible et les émissions de polluants, dont les oxydes d'azote.
Les dispositions pratiques retenues, conduisant au dispositif selon l'invention, sont choisies pour:
- Laisser s'ouvrir l'injecteur pour de faibles niveaux de la pression d'injection, éventuellement modulés en fonction de la charge demandée au moteur.
- Laisser s'ouvrir l'injecteur pour de faibles niveaux de la pression d'injection, éventuellement modulés en fonction de la charge demandée au moteur.
- Amortir l'ouverture de l'injecteur afin de limiter au mieux la croissance du débit de combustible au début de la phase d'injection.
- Fermer l'injecteur avant que l'injection ne se fasse à de trop faibles pressions. Ceci implique de ne pas se contenter de la poussée du ressort de tarage d'injecteur pour assurer la fermeture. Un avantage significatif est qu'à partir du fait que l'injecteur peut être maintenu fermé, il est possible d'organiser la décharge du dispositif d'injection sur une plus longue période et donc d'amortir sérieusement le bruit émis par le matériel d'injection.
- Compléter la décharge, soit par les clapets de la pompe d'injection, soit par un autre dispositif, afin que le supplément de combustible comprimé mais non introduit dans la chambre de combustion puisse être évacué et que la pression dans la canalisation revienne à la situation de repos.
Observant que pendant la partie de la période d'injection pour laquelle la pompe d'injection fournit du débit, la pression dans le système d'injection est, à quelques dizaines de bars près, toujours croissante, le choix de principe consiste à utiliser la détection du début de la chute de pression dans la canalisation haute pression à l'entrée du porte-injecteur pour pousser l'aiguille d'injecteur en exploitant l'énergie encore emmagasinée dans le système d'injection, plus particulièrement dans la canalisation haute pression.
La clôture volontaire de la fin d'injection, peu performante dans le cas de l'injection traditionnelle, oblige a décharger l'excédent de combustible présent dans la canalisation haute pression. Il est donc nécessaire d'accroître légèrement la quantité refoulée par la pompe d'injection pour introduire dans le moteur la même quantité de combustible qu'avec un système d'injection traditionnel.
Le dispositif selon l'invention permet d'améliorer la performance du système d'injection afin de satisfaire efficacement les exigences de plus en plus sévères, exposées ci-dessus.
Il comporte, à cet effet, une vanne de commande qui, ramenée en position de fermeture par un ressort et actionnée par la pression du combustible présent dans un volume utilisé comme accumulateur de détection en communication avec la canalisation haute pression par un orifice ou un capillaire provoquant un retard sur la pression par effet de filtrage hydraulique, commande la fermeture de l'injecteur par action hydraulique sur l'aiguille d'injecteur en exploitant l'énergie encore emmagasinée dans la canalisation haute pression du système d'injection dès le début de la chute de pression de la canalisation haute pression. Cette action s'effectue soit directement, soit par l'intermédiaire d'un piston de commande comme précisé ci-après.
Une autre caractéristique consiste dans le fait qu'un orifice ou capillaire installé sur le retour peut assurer la décharge du combustible en excès dans la canalisation haute pression, et libérer l'action hydraulique de fermeture appliquée à l'aiguille d'injecteur pendant l'intervalle entre deux injections.
Dans le cas où l'action hydraulique n'est pas appliquée directement à l'aiguille d'injecteur, mais l'est par l'intermédiaire d'un piston de commande, l'invention prévoit que le diamètre du piston de commande est supérieur ou égal à celui du guidage de l'aiguille d'injecteur. Ce piston, permettant d'appliquer indirectement l'action hydraulique sur ladite aiguille, est intercalé dans le but de réduire les volumes soumis à des variations brusques de pression.
Selon une caractéristique complémentaire, un clapet de piston, rappelé par un ressort indépendant ou commun à celui du piston de commande, est installé en amont dudit piston de commande afin de limiter le volume à comprimer lors de l'ouverture de l'aiguille d'injecteur; cette disposition rend plus efficace l'effet de l'orifice ou du capillaire de retour dans le ralentissement de l'ouverture de l'aiguille d'injecteur.
Une autre caractéristique avantageuse consiste dans le fait que deux orifices ou capillaires puissent assurer séparément les fonctions de freinage de l'ouverture de l'injecteur et de décharge du système d'injection, l'orifice ou capillaire de freinage d'ouverture déchargeant le très petit volume situé entre le clapet de piston et le piston de commande, l'orifice ou capillaire de retour déchargeant le volume situé entre la vanne de commande et le clapet de piston
Une autre caractéristique consiste dans le fait qu'un clapet de vanne puisse alimenter l'accumulateur de détection afin de rendre plus rapide la montée en pression et allonger le temps de maintien de cette pression dans l'accumulateur par diminution de la section de l'orifice de filtrage de pression
Encore une autre caractéristique consiste dans le fait que la vanne de commande, de diamètre supérieur à celui du piston de commande, puisse être installée directement en contact avec ce piston qui, au repos, poussé par le ressort de tarage d'injecteur, n'est pas en contact avec le poussoir d'aiguille d'injecteur, même à pleine ouverture. De préférence, un ressort, dont la poussée est inférieure à celle du ressort de tarage d'injecteur, est intercalé entre la vanne de commande et le piston de commande, et assure leur séparation dès que l'ensemble a quitté sa position de repos.
Une autre caractéristique consiste dans le fait qu'un clapet de vanne puisse alimenter l'accumulateur de détection afin de rendre plus rapide la montée en pression et allonger le temps de maintien de cette pression dans l'accumulateur par diminution de la section de l'orifice de filtrage de pression
Encore une autre caractéristique consiste dans le fait que la vanne de commande, de diamètre supérieur à celui du piston de commande, puisse être installée directement en contact avec ce piston qui, au repos, poussé par le ressort de tarage d'injecteur, n'est pas en contact avec le poussoir d'aiguille d'injecteur, même à pleine ouverture. De préférence, un ressort, dont la poussée est inférieure à celle du ressort de tarage d'injecteur, est intercalé entre la vanne de commande et le piston de commande, et assure leur séparation dès que l'ensemble a quitté sa position de repos.
Une autre caractéristique consiste dans le fait que le poussoir d'aiguille puisse, au lieu d'être centré sur le téton de l'aiguille d'injecteur, être guidé dans la butée d'aiguille, ce qui permet d'utiliser le très petit volume, situé entre l'aiguille d'injecteur et sa butée, pour assurer le freinage d'ouverture de l'injecteur, l'orifice de freinage étant ainsi placé dans la butée d'aiguille.
Une dernière caractéristique consiste dans le fait qu'une vanne de réglage de la pression de retour, individuelle ou commune à plusieurs injecteurs, puisse être installée sur le circuit de retour afin d'ajuster la pression d'ouverture du ou des injecteurs.
Par ailleurs, l'on notera que l'acheminement du combustible vers l'injecteur n'est pas entravé par les composants du dispositif selon l'invention.
Chacun des porte-injecteurs du moteur recevra le même dispositif, seule la vanne de réglage de la pression de retour pourrait être commune à plusieurs porteinjecteurs, voire unique pour le moteur.
L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, des formes de réalisation de ce dispositif d'amélioration de la dynamique d'injection de combustible
- La figure 1 est un schéma de principe en coupe, d'un porte-injecteur avec système d'injection traditionnel.
- La figure 1 est un schéma de principe en coupe, d'un porte-injecteur avec système d'injection traditionnel.
- La figure 2 représente un exemple d'intégration dans un porte-injecteur, vu en coupe suivant II-II de figure 3, de la solution de base du dispositif selon l'invention.
- La figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de figure 2.
- La figure 4 représente un schéma d'ensemble d'un système d'injection traditionnel.
- La figure 5 représente un schéma d'ensemble d'un système d'injection équipé de la solution de base du dispositif selon l'invention.
- La figure 6 représente un schéma partiel d'une variante du dispositif sans orifice de retour.
- La figure 7 représente un schéma d'une variante du dispositif équipée d'une vanne de réglage de la pression de retour.
- La figure 8 représente un schéma d'une variante du dispositif avec piston de commande.
- La figure 9 représente un schéma d'une variante du dispositif avec piston de commande, équipée d'une vanne de réglage de la pression de retour.
- La figure 10 représente un schéma d'une variante du dispositif avec piston de commande et clapet de piston.
- La figure 11 représente un schéma d'une variante du dispositif avec piston de commande et clapet de piston équipé d'une vanne de réglage de la pression de retour.
- La figure 12 représente un schéma d'une variante du dispositif avec piston de commande, clapet de piston et orifices de freinage et de retour séparés.
- La figure 13 représente un schéma d'une variante du dispositif avec piston de commande, clapet de piston et orifices de freinage et de retour séparés, équipée d'une vanne de réglage de la pression de retour.
- La figure 14 représente un schéma d'une variante du dispositif avec piston de commande, clapet de piston, clapet de vanne et orifices de freinage et de retour séparés.
- La figure 15 représente un schéma d'une variante du dispositif avec piston de commande, clapet de piston, clapet de vanne et orifices de freinage et de retour séparés, équipée d'une vanne de réglage de la pression de retour.
- La figure 16 représente un schéma d'une variante du dispositif avec piston de commande, clapet de piston, clapet de vanne et orifices de freinage et de retour en cascade.
- La figure 17 représente un schéma d'une variante du dispositif avec piston de commande, clapet de piston, clapet de vanne et orifices de freinage et de retour en cascade, équipée d'une vanne de réglage de la pression de retour.
- La figure 18 représente un exemple de construction du dispositif avec piston de commande et orifice de retour incorporé au piston de commande selon les schémas des figures 8 et 9, vu en coupe suivant XVIII
XVIII de figure 19.
XVIII de figure 19.
- La figure 19 est une vue en coupe suivant XIX
XIX de figure 18.
XIX de figure 18.
- La figure 20 représente un exemple de construction du dispositif avec piston de commande, clapet de piston et orifice de retour incorporé au piston de commande selon les schémas des figures 10 et 11, vu en coupe.
- La figure 21 représente un exemple de construction du dispositif avec piston de commande, clapet de piston, orifice de freinage d'ouverture incorporé au piston de commande et orifice de retour séparés selon les schémas figures 12 et 13, vu en coupe.
- La figure 22 représente un exemple de vanne de commande avec orifice de filtrage de pression intégré selon les schémas des figures 5 à 13.
- La figure 23 représente un exemple de vanne de commande avec capillaire de filtrage de pression intégré utilisable en lieu et place de la vanne de commande représentée sur la figure 22.
- La figure 24 représente un exemple de vanne de commande avec clapet de vanne à orifice de filtrage de pression intégré selon les schémas des figures 14 à 17.
- La figure 25 représente un exemple de piston de commande avec clapet de piston et orifice de retour incorporé au piston de commande selon les schémas des figures 10 et 11.
- La figure 26 représente un exemple de piston de commande avec clapet de piston, orifice de freinage d'ouverture incorporé au piston de commande et orifice de retour séparé à flux parallèle selon les schémas des figures 12 à 15.
- La figure 27 représente un exemple de piston de commande avec clapet de piston, orifice de freinage d'ouverture incorporé au clapet de piston et orifice de retour séparé, installés en cascade selon les schémas des figures 16 et 17.
- La figure 28 représente un schéma d'une variante du dispositif avec vanne de commande et piston de commande empilés.
- La figure 29 représente un schéma d'une autre variante du dispositif avec vanne de commande et piston de commande empilés, équipée d'une vanne de réglage de la pression de retour.
- La figure 30 représente en coupe un exemple d'intégration dans un porte-injecteur du dispositif avec vanne de commande et piston de commande empilés selon les schémas des figures 28 et 29.
- La figure 31 représente un diagramme de fonctionnement correspondant à un dispositif d'injection traditionnel.
- La figure 32 représente un diagramme de fonctionnement correspondant à un dispositif d'injection selon les schémas des figures 16 et 17, avec les détails tels que représentés aux figures 24 et 27.
- La figure 33 représente un diagramme de fonctionnement correspondant à un dispositif d'injection selon les schémas des figures 28 ou 29, avec les détails tels que représentés sur la figure 30.
D'une façon générale, en référence à ces figures, on considère un ensemble comprenant un porte-injecteur 1 et un injecteur proprement dit 2. Le porte-injecteur 1 se compose d'un corps de porte-injecteur 3 et éventuellement d'un couvercle de porte-injecteur 4. L'injecteur 2 comprend une aiguille d'injecteur 5, logée et guidée en translation dans un corps d'injecteur 6. Une butée d'aiguille 7 est intercalée entre le corps de porteinjecteur 3 et le corps d'injecteur 6. L'aiguille 5 vient coopérer avec un siège d'aiguille 8, pour contrôler l'alimentation de trous d'injecteur 9. Le système d'injection comprend aussi, de façon traditionnelle, un circuit d'alimentation en combustible, avec un ensemble pompe d'injection 10.
Le système d'injection traditionnel, représenté aux figures 1 et 4, comprend encore
- une alimentation basse pression 11,
- une pompe d'injection 12 proprement dite, à débit pulsé,
- un clapet de non-retour 13,
- une canalisation haute pression 14, extérieure au porte-injecteur 1,
- à la suite de cette canalisation 14, une partie de canalisation haute pression 15 intérieure au porteinjecteur 1, permettant de créer des jets de combustible 16, partant des trous 9 et se propageant dans la chambre de combustion,
- un ressort de tarage d'injecteur 17,
- un retour basse pression 18,
- un clapet de décharge de pompe d'injection 19, optionnel, et
- un poussoir d'aiguille d'injecteur 20, par l'intermédiaire duquel le ressort 17 agit sur l'aiguille d'injecteur 5.
- une alimentation basse pression 11,
- une pompe d'injection 12 proprement dite, à débit pulsé,
- un clapet de non-retour 13,
- une canalisation haute pression 14, extérieure au porte-injecteur 1,
- à la suite de cette canalisation 14, une partie de canalisation haute pression 15 intérieure au porteinjecteur 1, permettant de créer des jets de combustible 16, partant des trous 9 et se propageant dans la chambre de combustion,
- un ressort de tarage d'injecteur 17,
- un retour basse pression 18,
- un clapet de décharge de pompe d'injection 19, optionnel, et
- un poussoir d'aiguille d'injecteur 20, par l'intermédiaire duquel le ressort 17 agit sur l'aiguille d'injecteur 5.
Le dispositif selon l'invention comprend des éléments additionnels indispensables, qui sont
- une vanne de commande 21, avec ressort (non repéré),
- un accumulateur de détection 28, et
- un orifice de filtrage de pression 29, ces éléments étant associés sur le plan constructif et fonctionnel.
- une vanne de commande 21, avec ressort (non repéré),
- un accumulateur de détection 28, et
- un orifice de filtrage de pression 29, ces éléments étant associés sur le plan constructif et fonctionnel.
Les figures 2, 3 et 5 montrent la solution de base, n'utilisant pratiquement que ces éléments.
Les variantes de réalisation du dispositif peuvent nécessiter des éléments additionnels facultatifs tels que
- une butée de vanne 22,
- un piston de commande 24,
- un clapet de piston 25,
- un clapet de vanne 26,
- une vanne de réglage de la pression de retour 27,
- un orifice de retour 30 (présent dans le cas des figures 2 et 3),
- un orifice de freinage d'ouverture 31,
- ces éléments pouvant être utilisés seuls ou selon diverses combinaisons, les figures déjà définies ci dessus donnant une large illustration des nombreuses variantes envisageables. On notera que, dans le cas de la figure 6, donc pour une variante du dispositif sans orifice de retour, la décharge doit se faire exclusivement par les clapets de la pompe d'injection, pendant le temps où la vanne de commande 21 reste ouverte.
- une butée de vanne 22,
- un piston de commande 24,
- un clapet de piston 25,
- un clapet de vanne 26,
- une vanne de réglage de la pression de retour 27,
- un orifice de retour 30 (présent dans le cas des figures 2 et 3),
- un orifice de freinage d'ouverture 31,
- ces éléments pouvant être utilisés seuls ou selon diverses combinaisons, les figures déjà définies ci dessus donnant une large illustration des nombreuses variantes envisageables. On notera que, dans le cas de la figure 6, donc pour une variante du dispositif sans orifice de retour, la décharge doit se faire exclusivement par les clapets de la pompe d'injection, pendant le temps où la vanne de commande 21 reste ouverte.
Certains éléments ne sont que des caractéristiques fonctionnelles (concernant les figures 28 à 30) telles que
- la vanne relais 23 résultant de l'effet du contact de la vanne de commande 21 sur le piston de commande 24, ainsi que
- le jeu de commande 32, entre le piston de commande 24 et le poussoir d'aiguille d'injecteur 20.
- la vanne relais 23 résultant de l'effet du contact de la vanne de commande 21 sur le piston de commande 24, ainsi que
- le jeu de commande 32, entre le piston de commande 24 et le poussoir d'aiguille d'injecteur 20.
Les courbes figurant sur le diagramme de fonctionnement d'un système d'injection traditionnel (figure 31) représentent
- La pression de refoulement interne 33 de la pompe d'injection.
- La pression de refoulement interne 33 de la pompe d'injection.
- La pression 34 à l'entrée du porte-injecteur dans la canalisation principale haute pression.
- Le débit de combustible 35 effectivement injecté.
- Le déplacement 36 de l'aiguille d'injecteur.
Les courbes figurant sur le diagramme de fonctionnement du système d'injection équipé du dispositif selon l'invention (figure 32) représentent:
- La pression de refoulement interne 37 de la pompe d'injection.
- La pression de refoulement interne 37 de la pompe d'injection.
- La pression 38 à l'entrée du porte-injecteur, dans la canalisation principale haute pression.
- La pression 39 dans l'accumulateur de détection.
- La pression 40 appliquée au piston de commande.
- Le débit de combustible 41 effectivement injecté.
- Le déplacement 42 de l'aiguille d'injecteur et du piston de commande.
- Le déplacement 43 de la vanne de commande.
L'abscisse des diagrammes représentant le temps est, pour la partie représentée, limitée à 10 à 12 % de la période d'un cycle complet. La durée d'ouverture de l'injecteur ne représentant, dans ces exemples, que 4 à 4.5 % de cette même période. Ces courbes s'appliquent plus particulièrement aux schémas des figures 16 etl7.
Le fonctionnement d'un dispositif d'injection de type traditionnel, utilisé en tant que référence, peut être décrit comme suit:
- Au repos l'injecteur est fermé par l'effet du ressort de tarage d'injecteur 17.
- Au repos l'injecteur est fermé par l'effet du ressort de tarage d'injecteur 17.
- Au début du refoulement, lorsque la pompe d'injection 12 fournit du débit vers la canalisation haute pression 14 au travers du clapet de non-retour 13, la pression croît jusqu'à provoquer l'ouverture de l'injecteur par poussée sur l'aiguille d'injecteur 5.
- L'injection se poursuit, les jets de combustible 16 progressant dans la chambre de combustion. La pression continue de croître dans la canalisation haute pression 14.
- En fin de refoulement, lorsque la pompe d'injection 12 ne fournit plus de débit vers la canalisation haute pression 14, celle-ci se décharge au travers de l'injecteur 2 vers la chambre de combustion et du clapet de décharge de pompe d'injection 19 vers l'alimentation basse pression 11.
- La pression dans la canalisation haute pression 14 décroît jusqu'à un faible niveau qui ne suffit plus à maintenir l'aiguille d'injecteur 5 ouverte. La poussée du ressort de tarage d'injecteur 17 ferme alors l'injecteur alors que la pression dans la canalisation haute pression 14 est très faible. Les jets de combustible 16 sont interrompus.
- La fin de la décharge de la canalisation haute pression 14 au travers du clapet de décharge de pompe d'injection 19 ramène le système d'injection à sa position de repos, prêt pour une nouvelle injection.
Le fonctionnement du dispositif selon l'invention, illustré par l'un des schémas des figures 5 à 17, peut être décrit comme suit:
- Au repos l'injecteur est fermé par l'effet du ressort de tarage d'injecteur 17. La vanne de commande 21 est fermée sous l'effet de son ressort de rappel.
- Au repos l'injecteur est fermé par l'effet du ressort de tarage d'injecteur 17. La vanne de commande 21 est fermée sous l'effet de son ressort de rappel.
L'ensemble est donc fermé comme pour un système d'injection traditionnel.
- Au début du refoulement, lorsque la pompe d'injection 12 fournit du débit vers la canalisation haute pression 14 au travers du clapet de non-retour 13, la pression croit jusqu'à provoquer l'ouverture de l'injecteur par poussée sur l'aiguille d'injecteur 5.
- L'ouverture de l'injecteur, freinée par l'orifice de retour 30 ou l'orifice de freinage d'ouverture 31, est progressive. Ceci a pour effet de limiter le débit en début d'injection et d'accroître la pression dans la canalisation haute pression 14.
- L'injection se poursuit, les jets de combustible 16 progressant dans la chambre de combustion. La pression continue de croître dans la canalisation haute pression 14. Le très petit débit passant par l'orifice de filtrage de pression 29 ou le clapet de vanne 26 alimente l'accumulateur de détection 28. La pression dans cet accumulateur 28 croît avec un léger retard par rapport à celle de la canalisation haute pression 14.
- En fin de refoulement, lorsque la pompe d'injection 12 ne fournit plus de débit vers la canalisation haute pression 14, celle-ci commence à se décharger partiellement au travers de l'injecteur 2 vers la chambre de combustion et du clapet de décharge de pompe d'injection 19 vers l'alimentation basse pression 11.
- La pression dans la canalisation haute pression 14 décroissant, celle-ci ne suffit plus à maintenir la vanne de commande 21 qui, poussée par la pression dans l'accumulateur de détection 28, s'ouvre brusquement. La pression dans la canalisation haute pression 14 est communiquée soit directement vers l'aiguille d'injecteur 5 soit sur le piston de commande 24, éventuellement au travers d'un clapet de piston 25. L'effet des poussées hydrauliques cumulé à celui du ressort de tarage d'injecteur 17 ferme rapidement l'injecteur alors que la pression n'a que peu décru dans la canalisation haute pression 14. Les jets de combustible 16 sont interrompus de façon très nette.
- Pendant la fin de la décharge de la canalisation haute pression 14 au travers du clapet de décharge de pompe d'injection 19 et/ou de l'orifice de retour 30, l'accumulateur de détection 28 se décharge très progressivement vers la canalisation haute pression 14 par l'orifice de filtrage de pression 29. La vanne de commande 21 est maintenue ouverte pendant un temps plus long que celui nécessaire à la complète décharge de la canalisation haute pression 14. L'injecteur 2 ne peut en aucun cas se rouvrir de façon incontrôlée. La pression de fin de décharge peut éventuellement être contrôlée par une vanne de réglage de la pression de retour 27 unique, placée sur le retour commun des injecteurs, lorsqu'il existe.
- Lorsque la différence de pression entre l'accumulateur de détection 28 et la canalisation haute pression 14 devient trop petite, le ressort de rappel referme la vanne de commande 21. Le dispositif, revenu à sa position de repos, est prêt pour une nouvelle injection.
Dans ce dispositif, plus particulièrement si l'on maintient longtemps la vanne de commande 21 ouverte après la période d'injection par l'effet de la combinaison d'un clapet de vanne 26 et d'un orifice de filtrage de pression 29 assez petit, la pression résiduelle de la canalisation haute pression 14 peut alors être contrôlée par la vanne de réglage de la pression de retour 27 au travers de l'orifice de retour 30, le clapet de décharge de pompe d'injection 19 n'a plus d'intérêt pour maîtriser cette pression. Il peut suffire d'utiliser un clapet de nonretour 13 présentant un volume de respiration, éventuellement petit, ou un simple clapet de non-retour.
Le fonctionnement de la variante du dispositif selon l'invention avec vanne de commande 21 et piston de commande 24 empilés, selon l'un des schémas des figures 28 ou 29, peut être décrit comme suit:
- Le début du fonctionnement est identique à celui du dispositif de base jusqu'à provoquer l'ouverture de l'injecteur. Au repos, sous la poussée du ressort de tarage d'injecteur 17, le piston de commande 24 est en appui sur la vanne de commande 21 et libère un jeu de commande 32 d'avec le poussoir d'aiguille d'injecteur 20, ce jeu devant être supérieur au trajet maximum de l'aiguille d'injecteur 5.
- Le début du fonctionnement est identique à celui du dispositif de base jusqu'à provoquer l'ouverture de l'injecteur. Au repos, sous la poussée du ressort de tarage d'injecteur 17, le piston de commande 24 est en appui sur la vanne de commande 21 et libère un jeu de commande 32 d'avec le poussoir d'aiguille d'injecteur 20, ce jeu devant être supérieur au trajet maximum de l'aiguille d'injecteur 5.
- L'ouverture de l'injecteur, freinée par l'orifice de retour 30 ou l'orifice de freinage d'ouverture 31 qui accroît la pression dans le logement du ressort de tarage d'injecteur 17, ou entre l'aiguille 5 et sa butée 7, est progressive.
- L'injection se poursuit, les jets de combustible 16 progressant dans la chambre de combustion. La pression continue de croître dans la canalisation haute pression 14
Le très petit débit passant par l'orifice de filtrage de pression 29 alimente l'accumulateur de détection 28. La pression dans cet accumulateur croit avec un léger retard par rapport à celle de la canalisation haute pression 14.
Le très petit débit passant par l'orifice de filtrage de pression 29 alimente l'accumulateur de détection 28. La pression dans cet accumulateur croit avec un léger retard par rapport à celle de la canalisation haute pression 14.
- En fin de refoulement, lorsque la pompe d'injection 12 ne fournit plus de débit vers la canalisation haute pression 14, celle-ci commence à se décharger partiellement au travers de l'injecteur 2 vers la chambre de combustion et du clapet de décharge de pompe d'injection 19 vers l'alimentation basse pression 11.
- La pression dans la canalisation haute pression 14 décroissant, ne suffit plus à maintenir la vanne de commande 21, qui, poussée par la pression dans l'accumulateur de détection 28, quitte la butée de vanne 22, déplace d'autant le piston de commande 24, comble le jeu de commande 32, et met en contact le piston de commande 24 et le poussoir d'aiguille d'injecteur 20. La pression de l'accumulateur de détection 28 ayant diminué, la vanne de commande 21, sous l'effet du ressort, se sépare du piston de commande 24 et revient en contact avec la butée de vanne 22. La pression de la canalisation haute pression 14 est communiquée au piston de commande 24 au travers de la vanne relais 23, fictive, réalisée par le jeu entre le piston de commande 24 et la vanne de commande 21. L'effet des poussées hydrauliques ferme rapidement l'injecteur alors que la pression n'a que peu décru dans la canalisation haute pression 14. Les jets de combustible 16 sont interrompus de façon très nette.
- Pendant la fin de la décharge de la canalisation haute pression 14 au travers du clapet de décharge de pompe d'injection 19 et/ou de l'orifice de retour 30, l'accumulateur de détection 28 se décharge rapidement vers la canalisation haute pression 14 et vers le volume de poussée du piston de commande 24. Le piston de commande 24 maintient l'injecteur 2 fermé tant que la pression de la canalisation haute pression 14 reste supérieure à une fraction de la pression d'ouverture de l'injecteur. Cette fraction dépend des diamètres de guidage et du siège 8 de l'aiguille d'injecteur 5, du diamètre du piston de commande 24 et du rapport entre les forces des ressorts placés de part et d'autre dudit piston 24.
- Lorsque la pression dans la canalisation haute pression 14 a suffisamment diminué, le ressort de tarage d'injecteur 17 ramène le piston d de la vanne de commande 21. Le dispositif, revenu à sa position de repos, est prêt pour une nouvelle injection.
Le diagramme de la figure 33 illustre le fonctionnement du système d'injection selon les variantes des figures 28 ou 29, les courbes figurant sur ce diagramme représentant
- La pression de refoulement interne 44 de la pompe d'injection.
- La pression de refoulement interne 44 de la pompe d'injection.
- La pression 45 à l'entrée du porte-injecteur,
dans la canalisation principale haute pression.
dans la canalisation principale haute pression.
- La pression 46 dans l'accumulateur de détection.
- La pression 47 appliquée au piston de commande.
- La pression 48 observée dans le volume de
freinage (dans ce cas : logement du ressort de
tarage).
freinage (dans ce cas : logement du ressort de
tarage).
- Le débit de combustible 49 effectivement
injecté.
injecté.
- Le déplacement 50 de l'aiguille d'injecteur.
- Le déplacement 51 du piston de commande.
- Le déplacement 52 de la vanne de commande.
On notera que, malgré l'allure complexe des schémas, les variantes selon les schémas des figures 28 et 29, et la réalisation correspondante de la figure 30, sont les plus compactes. La section de passage de la vanne de commande 21 est ici l'intervalle entre le corps de la vanne et la butée de vanne 22, alors que la vanne relais 23, fictive, est l'intervalle entre le piston de commande 24 et la vanne de commande 21.
Selon les possibilités d'intégration, les choix de construction ou les modes de fonctionnement il est possible
- D'installer ou non le piston de commande 24 permettant de pousser sur l'aiguille d'injecteur 5 de façon moins compressible que par la pressurisation de la cavité servant à loger le ressort de tarage d'injecteur 17. Dans ce cas, la section du piston de commande 24 peut être supérieure à celle du guidage de l'aiguille d'injecteur 5 en vue d'accroître la poussée de fermeture.
- D'installer ou non le piston de commande 24 permettant de pousser sur l'aiguille d'injecteur 5 de façon moins compressible que par la pressurisation de la cavité servant à loger le ressort de tarage d'injecteur 17. Dans ce cas, la section du piston de commande 24 peut être supérieure à celle du guidage de l'aiguille d'injecteur 5 en vue d'accroître la poussée de fermeture.
- D'incorporer dans le porte-injecteur 1 tout ou partie des éléments ajoutés au système d'injection traditionnel qui constituent le dispositif, à l'exception de la vanne de réglage de la pression de retour 27 qui peut être commune.
- D'intégrer l'orifice de filtrage de pression 29 à la vanne de commande 21, au clapet de vanne 26 ou au corps 3 du porte-injecteur 1.
- D'intégrer l'orifice de retour 30 au piston de commande 24 ou au corps 3 du porte-injecteur 1.
- D'intégrer l'orifice de freinage d'ouverture 31 au piston de commande 24, au clapet de piston 25 ou au corps 3 du porte-injecteur 1.
- De réaliser chacun des orifices sous la forme d'un simple trou, d'un gicleur rapporté, ou d'un capillaire, les capillaires pouvant être une rainure hélicoïdale sur une partie cylindrique de guidage ou d'emmanchement, ou spirale sur une partie plane en contact avec une autre ou encore par l'effet de la fuite associée au jeu de guidage.
Le dispositif selon l'invention permet:
- La clôture nette de l'injection par fermeture forcée de l'injecteur. Ceci constitue la fonction principale du dispositif.
- La clôture nette de l'injection par fermeture forcée de l'injecteur. Ceci constitue la fonction principale du dispositif.
- L'ajustement de la pression d'ouverture de l'injecteur par l'effet de la vanne de réglage de la pression de retour 27, le niveau de base étant maîtrisé par le ressort de tarage d'injecteur 17 et les caractéristiques de l'aiguille d'injecteur 5. La pression de fermeture ne dépendant pas de la pression d'ouverture, le tarage de l'injecteur peut être plus modéré que celui des injecteurs traditionnels.
- L'ajustement éventuel de la pression résiduelle dans le dispositif d'injection par la vanne de réglage de la pression de retour 27, couplé au réglage de la pression d'ouverture de l'injecteur.
- La maîtrise du débit en début d'injection, par la section de l'orifice de freinage d'ouverture 31 ou de l'orifice de retour 30.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à compléter et améliorer les dispositifs d'injection des moteurs Diesel utilisant des pompes d'injection à débit pulsé.
Claims (10)
1- Dispositif permettant d'améliorer la dynamique de l'injection de combustible pour les moteurs Diesel équipés de pompes d'injection à débit pulsé, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne de commande (21) qui, ramenée à sa position de fermeture par un ressort et actionnée par la pression du combustible présent dans un volume utilisé comme accumulateur de détection (28) en communication avec la canalisation haute pression (14, 15) par un orifice ou un capillaire (29) provoquant un retard sur la pression par effet de filtrage hydraulique, commande la fermeture de l'injecteur (2) par action hydraulique sur l'aiguille d'injecteur (5) en exploitant l'énergie encore emmagasinée dans la canalisation haute pression (14, 15) du système d'injection dès le début de la chute de pression de la canalisation haute pression (14, 15).
2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un orifice ou un capillaire (30) installé sur le retour (18) assure la décharge du combustible en excès dans la canalisation haute pression (14, 15) et libère l'action hydraulique de fermeture appliquée à l'aiguille d'injecteur (5) pendant l'intervalle entre deux injections.
3- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par en ce que l'action hydraulique n'est pas appliquée directement à l'aiguille d'injecteur (5), mais par l'intermédiaire d'un piston de commande (24) dont le diamètre est supérieur ou égal à celui du guidage de l'aiguille d'injecteur (5).
4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un clapet de piston (25), rappelé par un ressort indépendant ou commun à celui du piston de commande (24), est installé en amont dudit piston de commande (24) afin de limiter le volume à comprimer lors de l'ouverture de l'aiguille d'injecteur (5).
5- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vanne de commande (21), de diamètre supérieur à celui du piston de commande (24), est directement en contact avec ce piston (24) qui, au repos, poussé par le ressort de tarage d'injecteur (17), n'est pas en contact avec le poussoir d'aiguille d'injecteur (20) , même à pleine ouverture.
6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un ressort, dont la poussée est inférieure à celle du ressort de tarage d'injecteur (17), est intercalé entre la vanne de commande (21) et le piston de commande (24) et assure leur séparation dès que l'ensemble a quitté sa position de repos.
7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que deux orifices ou capillaires (30, 31) assurent séparément les fonctions de freinage de l'ouverture de l'injecteur (2) et de décharge du système d'injection.
8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le poussoir d'aiguille (20) est guidé dans la butée d'aiguille (7), afin d'utiliser le volume situé entre l'aiguille d'injecteur (5) et sa butée (7) pour assurer le freinage d'ouverture de l'injecteur (2).
9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un clapet de vanne (26) assurant l'alimentation de l'accumulateur de détection (28) permet de raccourcir le retard de montée en pression tout en allongeant le temps de maintien de cette pression dans l'accumulateur (28).
10- Dispositif selon d'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'une vanne réglage de la pression de retour (27), individuelle ou commune à plusieurs injecteurs, est installée sur le circuit de retour (18) afin d'ajuster la pression d'ouverture du ou des injecteurs (2).
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1997
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