Dispositif d'injection de liquide, notamment de combustible, dans au moins une chambre pressurisée d'une machine à fonctionnement périodique telle que moteur à combustion interne et moteur de ce type équipé de ce disposi t i f .

Selon l'un de ses aspects, l'invention concerne un dispositif d'injection de liquide dans au moins une chambre pressurisée par un gaz et faisant partie d'une machine à fonctionnement périodique, telle qu'un moteur à combustion interne, dispositif qui comporte un organe de mise en pression du liquide à injecter, constitué par une première cavité de volume variable délimitée par un piston animé d'un mouvement alternatif à l'intérieur d'un cylindre, laquelle première cavité communique d'une part avec des moyens de réserve de liquide sous basse pression par l'intermédiaire d'un organe de commande établissant cycliquement une telle communication en synchronisme avec le fonctionnement périodique de ladite machine et d'autre part par un passage ouvert en permanence, sous réserve de la présence d'un clapet de réaspiration ou organe analogue, avec un injecteur constitué d'une buse et d'une aiguille

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mobile, de révolution, laquelle buse comporte une deuxième cavité, reliée au susdit passage et délimitée latéralement par une paroi cylindrique de directrice circulaire et axialement par une paroi partiellement conique formant siège et coaxiale à ladite paroi cylindrique, et au moins un orifice d'injection débouchant dans la susdite chambre pressurisée, laquelle aiguille comporte une partie cylindrique formant piston et capable de coulisser avec un jeu de fonctionnement minimal à l'intérieur de la susdite paroi cylindrique de la buse et une partie conique coopérant avec le susdit siège, laquelle aiguille est agencée d'une part de façon à être maintenue, au repos, en appui sur ce siège par des moyens de rappel de façon à interrompre la communication entre la deuxième cavité et le ou les orifices d'injection et d'autre part de façon que sa section d'appui sur le siège, projetée sur un plan perpendiculaire à l'axe de l'aiguille, soit inférieure à la section transversale de la partie cylindrique formant piston de l'aiguille, la face libre de la partie cylindrique de l'aiguille formant piston délimitant une troisième cavité de volume variable qui communique avec un accumulateur sous pression dudit liquide en constituant ainsi les susdits moyens de rappel. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, les dispositifs d'injection de combustible liquide pour moteurs à combustion interne, la susdite chambre pressurisée étant alors constituée par la ou chaque chambre de travail ou de combustion du moteur. un dispositif d'injection du type défini ci-dessus est décrit dans le FR-A-2.326.588. Dans ce cas, le piston de l'organe de mise en pression reçoit son mouvement

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alternatif d'un piston libre dont l'une des faces transversales est soumise en permanence à la pression atmosphérique tandis que son autre face transversale est alternativement soumise, par intervention de deux soupapes, à la pression de liquide de l'accumulateur et à la pression atmosphérique. Sans modifier le fonctionnement du dispositif connu, le piston susvisé pourrait d'ailleurs recevoir son mouvement alternatif d'un système à came rotative et à moyens de rappel élastiques. Quelle que soit la façon dont est mû le piston de l'organe de mise en pression, la susdite aiguille est alternativement soulevée de son siège par la pression de liquide établie dans la susdite deuxième cavité et agissant sur la section différentielle de l'aiguille, contre l'action de la pression du liquide de l'accumulateur agissant dans la troisième cavité et sur la totalité de la section de l'aiguille, puis rappelée contre son siège par cette dernière pression après réduction de la pression de liquide dans la deuxième cavité. Les mouvements alternatifs de l'aiguille en fonctionnement sont donc provoqués exclusivement par voie hydraulique.

Dans ce dispositif connu, la quantité de combustible injectée à chaque cycle est déterminée par la longueur de la course de retour du piston libre lors du cycle précédent, cette longueur étant déterminée par le moment où les susdites soupapes s'ouvrent et se ferment. On ignore cependant dans quelles conditions sont actionnées ces soupapes. Il est en outre à noter que le dispositif connu nécessite, outre une décharge de liquide à la pression atmosphérique, trois sources de liquide de pressions différentes, à savoir le susdit organe de mise en pression (600 bars), une source de liquide à haute pression (300

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bars) pour alimenter l'accumulateur et une source liquide à pression relativement basse (10 bars) à fonctio multiples.

L'invention a pour but d'agencer le disposit d'injection de façon telle que la quantité de liqui débitée à chaque cycle puisse être réglée de façon simpl

Elle a en outre pour but de simplifier la constructi connue en n'ayant recours qu'à une seule source de liqui sous pression, tout en conservant l'avantage de cet construction dû à l'absence de ressort de rappel alternat de l'aiguille et par conséquent des inconvénients liés à tel ressort. Elle a également de préférence pour but permettre d'ajuster, au cours du fonctionnement périodiq de la machine, la pression d'injection régnant dans deuxième cavité, en fonction de la pression régnant dans chambre pressurisée, de façon à maintenir des conditio optimales de pénétration et de pulvérisation du liqui injecté.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositi d'injection, du type défini en préambule, qui es essentiellement caractérisé en ce que la première cavit communique avec la troisième cavité par l'intermédiai d'un orifice calibré et d'un clapet uni-directionnel monté en série et en ce que le susdit accumulateur communiqu avec les susdits moyens de réserve de liquide à bass pression par l'intermédiaire d'un orifice de fuite, section de passage variable, équipé de moyens de réglag agencés de manière à maintenir la pression du liquide dan l'accumulateur à une valeur sensiblement constante, pou chaque régime de fonctionnement donné, au cours d fonctionnement périodique de la machine. Selon un mode d réalisation avantageux, les susdits moyens de réglage d

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l'orifice de fuite sont sensibles à au moins un paramètre de fonctionnement de la machine et agencés de façon à asservir à ce paramètre de fonctionnement la pression sensiblement constante régnant dans l'accumulateur. On obtient ainsi un dispositif d'injection atteignant bien les buts assignés à l'invention puisque, d'une part, son réglage se fait par action sur l'orifice de fuite et que, d'autre part, l'organe de mise en pression défini ci-dessus constitue sa seule source de liquide sous pression.

Dans le cas où le dispositif conforme à l'invention est utilisé pour alimenter en combustible liquide les chambres de travail de volume variable d'un moteur à combustion interne comprenant au moins deux chambres de travail (dont chacune constitue alors une chambre pressurisée, selon la définition donnée ci-dessus), il est avantageux que la troisième cavité propre à 1 ' injecteur de chacune des chambres de travail communique avec un accumulateur unique de liquide sous pression, lequel communique avec les moyens de réserve de liquide sous basse pression par l'intermédiaire d'un unique orifice de fuite à section de passage variable, et que les passages et communications entre la première cavité propre à chaque injecteur d'une part et, respectivement, l' injecteur, l'organe de commande établissant une communication cyclique avec les moyens de réserve de liquide sous basse pression, l'orifice calibré et son clapet uni-directionnel vers l'accumulateur unique d'autre part soient aussi identiques que possible d'un injecteur à l'autre. II est ainsi possible, à l'aide d'un accumulateur unique, de régler à la fois l'alimentation des diverses chambres de travail sans introduire de déséquilibre entre

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cel les-ci .

Il est à noter que le FR-A-2.437.495 décrit un dispositif d'injection analogue à celui du susdit FR-A-2.326.588 mais dépourvu d'accumulateur. Selon un autre de ses aspects, l'invention a pour objet un moteur à combustion interne, à au moins une chambre de travail de volume variable et à injection directe de combustible liquide dans la ou chaque chambre de travail, qui est caractérisé en ce que son dispositif d'injection est établi conformément à l'invention.

L'invention va être maintenant exposée plus en détail à l'aide des dessins schématiques annexés dont les figures 1 et 2 illustrent respectivement deux modes de réalisation différents de l'invention ; les figures 3 et 4 représentent un moteur à combustion interne établi conformément à l'invention, respec ivement par une coupe transversale passant par l'axe de l'un de ses cylindres et par une vue en élévation ,* les figures 5, 6 et 7 représentent, par des vues en coupe selon les lignes V-V, VI-VI et VII-VII de la figure 4, les positions occupées en même temps par des distributeurs tournants ; et la figure 8 représente, par une demi-vue en coupe axiale à plus grande échelle, un détail de 1 ' injecteur de la figure 3.

Tel qu'il est illustré à la figure 1, le dispositif auquel l'invention est relative est destiné à injecter du liquide dans une chambre 1, pressurisée par un gaz et faisant partie d'une machine à fonctionnement périodique 2. De préférence, cette machine est constituée par un moteur à combustion interne et en particulier par un moteur suralimenté par un groupe turbo-compresseur (non

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représenté) mû par les gaz d'échappement du moteur 2, auquel cas la chambre 1 constitue la ou l'une des chambres de travail ou de combustion de ce moteur 2.

Le dispositif d'injection comporte un organe de mise en pression du liquide à injecter qui est constitué par une première cavité 3, de volume variable, délimitée par un piston 4 animé d'un mouvement alternatif à l'intérieur d'un cylindre 5. La première cavité 3 communique d'une part avec des moyens de réserve de liquide sous basse pression (réservoir) 6 par l'intermédiaire d'un organe de commande 7 établissant une telle communication en synchronisme avec le fonctionnement périodique de la machine 2 et d'autre part, par un passage ouvert en permanence 8 (sous réserve de la présence sur ce passage d'un clapet de réaspiration de type connu, réalisé par exemple par la société allemande Robert BOSCH GmbH, de Stuttgart), avec un injecteur 9 constitué d'une buse 10 et d'une aiguille mobile 11 ayant une forme de révolution. Cette buse 10 comporte une deuxième cavité 12 reliée au passage 8 et délimitée latéralement par une paroi cylindrique 13, de directrice circulaire, et axialement par une paroi partiellement conique 14 formant siège et coaxiale à ladite paroi cylindrique 13. La buse 10 comporte aussi au moins un orifice d'injection 17 débouchant dans la chambre 1. L'aiguille 11 comporte une partie cylindrique 15 formant piston et capable de coulisser, avec un jeu de fonctionnement minimal, à l'intérieur de la paroi cylindrique 13 de la buse 10 et une partie conique 16 coopérant avec le siège 14. L'aiguille 11 est agencée de façon à être maintenue, au repos, en appui sur le siège 14 par des moyens de rappel de façon à interrompre la communication entre la deuxième

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cavité 12 et le ou les orifices d'injection 17. L'aiguille 11 est en outre agencée à la façon d'un piston différentiel de telle sorte que sa section d'appui sur le siège 14, projetée sur un plan perpendiculaire à l'axe X-X de l'aiguille 11, soit inférieure à la section transversale de la partie cylindrique 15, formant piston, de l'aiguille 11. Enfin, la face libre 18 de cette partie cylindrique 15, c'est-à-dire sa face éloignée de la partie conique 16, délimite une troisième cavité 19, de volume variable, qui communique avec un accumulateur sous pression 20 dudit liquide, en constituant ainsi lesdits moyens de rappel.

Le piston 4 peut recevoir son mouvement alternatif soit, comme le montre schématiquement la figure 1, d'une came rotative 21 entraînée en synchronisme avec la machine 2, contre l'action d'un ressort de rappel 22, soit de moyens hydrauliques dont un exemple est décrit dans le susdit FR-A-2.326.588, soit de tous autres moyens équivalents. La came 21 peut agir sur le piston 4 soit directement (figure 1), soit plus généralement par l'intermédiaire d'un culbuteur 40 (figure 3).

Lorsque l'aiguille 11 est en appui sur son siège 14, elle est soumise, dans le sens de la fermeture, à la pression régnant dans la troisième cavité 19 et agissant sur la totalité de la section de sa partie cylindrique 15 et, dans le sens de l'ouverture, à la pression régnant dans la deuxième cavité 12, sur la différence entre la section de la partie cylindrique 15 et sa section d'appui sur le siège 14. Lors de chaque course de refoulement du piston 4, la pression transmise par le passage 8 dans la deuxième cavité 12 augmente jusqu'à ce que son action sur l'aiguille 11 devienne prépondérante et que l'aiguille 11 s'écarte de son siège 14, ce qui permet à une partie du liquide sous

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pression admis dans la deuxième cavité 12 d'atteindre les orifices 17 et d'être injectée dans la chambre 1. Lorsque l'organe de commande 7 établit la communication entre la première cavité 3 et les moyens de réserve de liquide sous basse pression 6, la pression régnant dans la deuxième cavité 12 chute et permet à la pression régnant dans la troisième cavité 19 de rappeler l'aiguille 11 sur son siège 14.

Cela étant, conformément à l'invention, la première cavité 3 communique avec la troisième cavité 19 par l'intermédiaire d'un orifice calibré 23 et d'un clapet uni-directionnel (ou anti-retour) 24 montés en série et le susdit accumulateur 20 communique avec les susdits moyens de réserve de liquide à basse pression 6 par l'intermédiaire d'un orifice de fuite 25, à section de passage variable, équipé de moyens de réglage 26 agencés de manière à maintenir la pression du liquide dans l'accumulateur 20 à une valeur sensiblement constante, pour chaque régime de fonctionnement donné, au cours du fonctionnement périodique de la machine 2. Comme le montre la figure 1, le clapet uni-directionnel 24 peut être constitué d'une bille soumise à l'action d'un ressort de rappel 27 et il est de toute façon agencé pour autoriser le liquide refoulé par le piston 4 à atteindre la troisième cavité 19 et l'accumulateur 20 et pour l'empêcher de revenir en sens inverse.

Le ou chaque orifice 17 assurant la communication entre la deuxième cavité 12 et la chambre pressurisée 1, lorsque l'aiguille 11 est séparée de son siège 14, est de préférence un orifice cylindrique percé dans la buse 10, en aval de ce siège 14, et, dans certains cas de réalisation, sur la paroi partiellement conique 14.

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Les moyens de rappel de l'aiguille 11 sur son siège 14 comportent de préférence en outre un ressort mécanique 49 dimensionné pour permettre le fonctionnement du dispositif lors de la mise en route de la machine 2, à faible fréquence, alors que la pression de liquide n'est pas encore établie dans l'accumulateur 20.

Les moyens de réglage 26 sont de préférence sensibles à au moins un paramètre de fonctionnement Pr de la machine 2 et agencés de façon à asservir à ce paramètre de fonctionnement la pression sensiblement constante régnant dans l'accumulateur 20. Ce paramètre de fonctionnement est avantageusement un paramètre dont dépend la valeur de la pression régnant dans la chambre 1 au moment de l'injection du liquide dans celle-ci. On obtient ainsi un dispositif dont la seule source de liquide sous pression est constitué par l'ensemble du piston 4 et du cylindre 5 et qui alimente en parallèle la deuxième cavité 12 et, par l'intermédiaire de l'orifice calibré 23 et du clapet uni-directionnel 24, la troisième cavité 19 et l'accumulateur 20. Le clapet uni-directionnel 24 maintient la pression dans l'accumulateur 20 lors de la course d'aspiration du piston 4 (ou de la mise de la première cavité 3 à la décharge par l'organe de commande 7) et empêche alors cette pression de se propager dans la deuxième cavité 12 par 1 ' intermédiaire du passage 8 et d'interférer ainsi avec le fonctionnement décrit ci-dessus de l'aiguille 11. Par la simple action des moyens de réglage 26, la valeur constante à laquelle est maintenue la pression dans l'accumulateur 20 peut être adaptée aux conditions de fonctionnement de la machine 2. En particulier, elle permet d'ajuster, pendant le fonctionnement de la machine, la valeur de la pression du

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liquide dans la deuxième cavité 12, en amont du ou des orifices 17, en fonction de la valeur de la pression de gaz régnant dans la chambre 1 en aval des susdits orifices 17, de façon à maintenir des conditions optimales de pulvérisation et de pénétration du liquide injecté dans la chambre 1.

Il a été dit ci-dessus que la seule source de liquide sous pression était constituée par l'ensemble du piston 4 et du cylindre 5. Ceci n'exclut pas la présence d'une pompe auxiliaire, dite "pompe de gavage", telle que celle désignée par 28 à la figure 2, qui est destinée à aspirer du liquide dans un réservoir 29 et à le mettre en charge à l'aspiration du cylindre 5, sous une pression qui est limitée par un organe de tarage 30 et qui n'a d'ailleurs aucune influence sur le fonctionnement du dispositif d'injection. Son rôle est en effet de limiter les risques de cavitation et de formation de bulles dans le circuit de liquide sous pression.

Les figures 2 à 4 représentent une application préférée du dispositif d'injection conforme à l'invention. Ce dispositif est destiné à injecter du combustible liquide dans les chambres de travail 1 de volume variable d'un moteur à combustion interne 2 comprenant au moins deux telles chambres de travail. A titre d'exemple, les fiqures 2 et 4 représentent un moteur 2 comprenant trois chambres de travail désignées respectivement par 1, la et lb, qui sont limitées chacune à l'intérieur de cylindres 32, 32a, 32b par un piston tel que 33, et par une culasse 34 et alimentées respectivement par des injecteurs 9, 9a et 9b. Dans ce cas, la troisième cavité 19, 19a, 19b propre à l' injecteur 9, 9a, 9b de chacune des chambres de travail 1, la, lb communique avec un accumulateur unique 20 de liquide

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sous pression, lequel communique par un canal 31 avec les moyens de réserve à basse pression 6 (ou de préférence avec le réservoir 29 de ceux-ci) à travers un unique orifice de fuite 25 à section de passage variable. Les passages et communications entre la première cavité 3, 3a, 3b propre à chaque injecteur 9, 9a, 9b d'une part et respectivement cet injecteur, l'organe de commande 7, 7a, 7b établissant la communication cyclique avec les moyens de réserve à basse pression 6 et l'orifice calibré 23, 23a, 23b et son clapet uni-directionnel 24, 24a, 24b vers 1 'acccumulateur unique

20 d'autre part sont aussi identiques que possible d'un injecteur 9, 9a, 9b à l'autre.

Dans ce cas, le paramètre de fonctionnement auquel sont sensibles les susdits moyens de réglage 26 est avantageusement constitué par la pression Pr régnant dans le collecteur d'admission 35 du moteur 2, notamment lorsque celui-ci est un moteur suralimenté par un groupe turbo-compresseur mû par les gaz d'échappement du moteur.

Bien que la figure 2 représente des moyens de réglage 26 à commande manuelle (vis 36), il est préférable d'avoir recours, comme le montre la figure 4, à une commande automatique constituée par exemple par un soufflet 37 soumis, sur sa face extérieure, à la pression Pr régnant dans le collecteur d'admission 35 et actionnant un organe de réglage de fuite 38.

Le ou les susdits organes de commande 7, 7a, 7b établissant la communication cyclique entre la ou les premières cavités 3, 3a, 3b et les moyens de réserve à basse pression de combustible 6 sont de préférence réalisés à l'aide d'un distributeur tournant 39 (figures 3 et 4) constitué par un fourreau cylindrique creux 41, communiquant avec les susdits moyens de réserve à basse

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pression de combustible 6, et dans lequel débouchent la ou les communications propres a la ou chacune des premières cavités 3, 3a, 3b et à l'intérieur duquel tourne, en synchronisme avec l'arbre principal 42 du moteur 2, un arbre 43 comportant des paliers et des évidements ainsi que des portions de surface cylindrique circulaire 44, de diamètre extérieur égal, au jeu de fonctionnement près, au diamètre intérieur du fourreau 41 et coopérant avec les débouchés 46, 46a, 46b des susdites communications de façon à interrompre celles-ci cycliquement, pendant une durée angulaire identique pour chaque injecteur 9, 9a, 9b et déphasée en fonction de l'ordre d'allumage des cylindres 32, 32a, 32b du moteur 2. Par l'intermédiaire d'un train d'engrenage 45, l'arbre 43 est entraîné par l'arbre principal 42 à la même vitesse angulaire que celui-ci lorsque le moteur 2 est du type à deux temps ou à la moitié de cette vitesse lorsqu'il s'agit d'un moteur du type à quatre temps.

La durée angulaire de l'interruption desdites communications cycliques, qui est réglée en fonction de la largeur angulaire croissante, selon la direction axiale de l'arbre 43, des susdites portions de surface cylindrique 44, 44a, 44b, peut être modifiée pendant le fonctionnement du moteur en déplaçant axialement l'arbre 43 par rapport au fourreau 41. A la figure 4, il a été supposé que ce déplacement axial était provoqué par pivotement d'un levier 47, entre les deux positions représentées en trait plein et en trait interrompu. La phase de l'interruption desdites communications cycliques, par rapport à la position angulaire de l'arbre principal 42, peut être modifiée en fonctionnement grâce à un mécanisme d'entraînement en rotation de l'arbre 43 à calage variable connu en soi mais

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non représenté.

Les susdits moyens de réglage 26 sont de préférence agencés de façon à donner à la pression de liquide régnant dans l'accumulateur 20 une valeur telle que la pression de liquide dans la deuxième cavité 12, lorsque l'aiguille 11 est écartée de son siège, soit au moins égale à trois fois la pression régnant dans la chambre pressurisée 1 au moment de l'injection du liquide. De cette manière, la pénétration et la pulvérisation du liquide injecté dans la chambre pressurisée sont réalisées dans des conditions optimales.

En asservissant la pression de liquide régnant dans l'accumulateur 20 à la pression Pr de l'air régnant dans le collecteur d'admission 35 du moteur, on peut ainsi faire varier la pression de liquide dans la deuxième cavité 12, en amont du ou des orifices d'injection 17, dans le même sens que la pression régnant dans les chambres de travail 1 du moteur au moment de l'injection de combustible, étant entendu que cette dernière pression dépend de la pression d'admission Pr du moteur. Les moyens de rappel hydrauliques de l'aiguille 11 ainsi constituée sont extrêmement puissants et provoquent une retombée très rapide de cette aiguille lors de la décharge de la pression dans la première cavité 3. Cette fermeture extrêmement rapide est très favorable à la réduction ou l'élimination de produits imbrûlés, généralement rencontrés dans les moteurs au moment de la fermeture du ou des orifices d'injection. En revanche, cette forte accélération de l'aiguille peut entraîner un choc important de celle-ci sur son siège 14, avec le risque conséquent de détérioration ou de rupture de celui-ci. Pour remédier à cet inconvénient, il peut être avantageux de munir l'aiguille 11 d'un dispositif d'amortissement

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hydraulique. Comme représenté à la figure 8, ladite aiguille 11 peut comporter à cet effet, à sa partie supérieure, un épaulement 48 pouvant coopérer avec un dégagement correspondant aménagé à la partie supérieure de la paroi cylindrique 13 de la buse 10. La distance minimale entre 1 'épaulement 48 de l'aiguille 11 et le dégagement de la buse 10 sera positive et suffisamment petite pour entraîner le laminage du liquide interposé entre ceux-ci et amortir de ce fait la retombée de l'aiguille, avant qu'elle ne vienne au contact du siège. A titre d'exemple, une aiguille 11 ayant un diamètre de 10 mm sur sa partie cylindrique 15 sera avantageusement amortie par un épaulement 48 d'un diamètre de 20 mm, se rapprochant jusqu'à 0,02 mm du dégagement correspondant de la buse 10, lorsque l'aiguille 11 entre en contact avec le siège 14. L'amortisseur hydraulique décrit en référence à la figure 8 peut bien entendu être remplacé par un amortisseur hydraulique équivalent, de préférence agencé de façon que son fonctionnement soit indépendant du degré d'usure longitudinal de l'aiguille 11.