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EP0995031A1 - Dispositif d'injection de combustible pour moteurs diesel - Google Patents

Dispositif d'injection de combustible pour moteurs diesel

Info

Publication number
EP0995031A1
EP0995031A1 EP98938739A EP98938739A EP0995031A1 EP 0995031 A1 EP0995031 A1 EP 0995031A1 EP 98938739 A EP98938739 A EP 98938739A EP 98938739 A EP98938739 A EP 98938739A EP 0995031 A1 EP0995031 A1 EP 0995031A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
injection
pressure
discharge
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP98938739A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0995031B1 (fr
Inventor
Jean-Louis Froment
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cummins Wartsila SA
Wartsila France SAS
Original Assignee
Cummins Wartsila SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR9709196A external-priority patent/FR2766238B1/fr
Priority claimed from FR9802938A external-priority patent/FR2775736B1/fr
Application filed by Cummins Wartsila SA filed Critical Cummins Wartsila SA
Publication of EP0995031A1 publication Critical patent/EP0995031A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0995031B1 publication Critical patent/EP0995031B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/025—Hydraulically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection device for diesel engines equipped with pulsed-flow injection pumps, this device comprising, by piston, at least one injector receiving a calibrated injector needle arranged for injecting calibrated fuel jets in the combustion chamber of said piston, a high pressure fuel supply line and a low pressure fuel return line.
  • the start of fuel introduction is carried out at low flow rate so as not to mix too much fuel with the air in the combustion chamber during the ignition delay.
  • the injected flow is constantly increasing so that combustion accompanies the start of expansion associated with the displacement of the piston in the engine cylinder.
  • the fuel pressure is important to obtain a good spraying and therefore a good performance of mixing the fuel with the air.
  • the injection pump In traditional injection devices using a pulsed flow pump, the injection pump, by discharging the fuel, gradually increases the pressure in the volumes of the pump, the pipes and the injector. This progressivity took place before and then during the injection period. After the pump discharge stops, the injection ends with the effect of depressurization of these same volumes, the injector needle being controlled only by a simple return device comprising one or more springs.
  • the advantage of these injection devices relates to the start of injection which is, in this case, relatively moderate and, therefore, favorable to the points 1 and 2 mentioned above, except if a injector opening pressure too high.
  • the major drawback is that the injector does not close until the pressure has become significantly lower than the opening pressure. As a result, the end of the injection is not efficient and generates combustion tails, inducing soot emissions and penalizing the yield.
  • an injection device as defined in the preamble and characterized in that it includes a device for controlling the opening and closing of the injector needle, this device comprising a discharge circuit. connecting the supply line and the return fuel line, this circuit being controlled by a solenoid valve and comprising, upstream of the solenoid valve. a discharge valve provided with a calibrated orifice, this valve being in communication both with said solenoid valve and a discharge orifice disposed on the return pipe and being arranged to ensure both the progressiveness of the start of injection and the speed of closure of this injection by deflection of the flow of uninjected fuel towards said discharge orifice which. by depressurizing the supply line, generates closing pressure on the injector needle.
  • control device may include a calibrated valve disposed upstream or downstream of the solenoid valve, this valve being arranged to maintain the injection device at a required level of pressure between two injections .
  • the discharge circuit is independent of the high pressure fuel injection circuit during the injection cycle, the discharge valve and the solenoid valve being closed.
  • the closing pressure can be applied directly to the injector needle or by means of a piston.
  • control device may include a delay orifice disposed downstream of the calibrated orifice and arranged to delay the opening of the discharge valve so as to cause the momentary opening of the needle. injector for pre-injecting fuel.
  • the calibrated orifice can be integrated into the relief valve.
  • the orifices, valve, flap and solenoid valve of the control device can be partially or totally integrated into the assembly carrying the injector.
  • the fuel return pipes of each injector can be advantageously connected to each other to a common return gallery.
  • This common return gallery can be subjected to a calibrated return valve arranged to maintain a level of pressure required in said return pipes of each injector.
  • first discharge circuits can be linked together by a common control gallery, which can also be subjected to a calibrated control valve arranged to maintain a level of pressure required in said discharge circuits of each injector.
  • the common return gallery and the common control gallery can be linked together by a calibrated check valve.
  • FIG. 1 is a functional diagram of the basic configuration of the injection device according to the invention
  • FIG. 2 is a view in axial section along the axis II-LT in FIG. 4.
  • FIG. 3 is a view in axial section along the axis IH-IH in FIG. 4,
  • FIG. 4 is a view in radial section along the axis IV-IV of FIG. 3,
  • FIG. 5 is a detail view in section along the axis V-V of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a detailed view in section of the discharge valve
  • FIG. 7 is a detailed view in section of the calibrated valve
  • FIG. 8 is a functional diagram of a first variant configuration of the injection device of FIG. 1.
  • FIG. 9 is a block diagram of a second variant configuration of the injection device of Figure 1.
  • FIG. 10 is a block diagram of an improvement made to the configuration of the injection device of Figure 1. for performing a pre-injection.
  • FIG. 11 is a block diagram of another improvement made to the configuration of the injection device of Figure 1, allowing to simultaneously adjust several injection devices of the same engine.
  • FIGS. 12 to 15 are functional diagrams of different variant configurations of the device of FIG. 11, - Figures 16 to 19 show an example of rehsation of the injection device illustrated schematically in Figure 14 and simplified by the absence of the piston which acts on the injector needle, in which: "Figure 16 is a sectional view axial along axis XVI-XVI of figure 18.
  • FIG. 17 is a view in axial section along the axis XVLI-XV ⁇ of FIG. 18.
  • FIG. 18 is a view in radial section along the axis X VT ⁇ -XVLL ⁇ of FIG. 17,
  • Figure 19 is a detailed sectional view of the discharge valve and the orifice c delay.
  • FIGS. 20 and 21 partially represent a second example of reahsation of the injection device illustrated diagrammatically in FIG. 14. in which:
  • FIG. 20 is an axial sectional view similar to FIG. 16.
  • FIG. 21 is an axial sectional view similar to FIG. 17,
  • FIGS. 22 to 25 represent injection diagrams corresponding to different configurations of the injection device, in which:
  • Figure 22 corresponds to a traditional injection device.
  • C “Figure 23 corresponds to the injection device of Figure 1.
  • FIG. 24 corresponds to the injection device of FIG. 8.
  • FIG. 25 corresponds to the injection device of FIG. 10.
  • the injection device 1 for diesel engines comprises, in a known manner, a low pressure pipe 2 which supplies fuel to a pump 3 with pulsed flow rate.
  • This pump 3 supplies an injector 4 provided with an injector needle 5 by a non-return valve 6 and a high pressure pipe 7.
  • the injector 4 is also connected to a low pressure return pipe 8.
  • a control valve 9 of the discharge of the pump 2 can be mounted as a bypass on the non-return valve 6.
  • the injector needle 5 is subjected to the action of one or more calibration springs 10 and allows controlling the high pressure fuel jets 1 1 which penetrate into the combustion chamber (not shown) of a piston of a diesel engine (not shown).
  • the cavity containing the calibration spring or springs 10, not connected to the high pressure is in communication with said low pressure return pipe 8.
  • the injection device 1. in accordance with the present invention, comprises, on the side of the injector 4, a control device 20 acting directly on the injector needle 5 to initiate its piloting both at opening and at closing.
  • This control device 20 comprises a first discharge circuit 21 in bypass between the supply lines 7 and return 8 of the fuel.
  • A comprises a cradled orifice 23, a calibrated valve 24 and a solenoid valve 25 controlled by a solenoid 26.
  • the control device 20 also comprises a second discharge circuit 21 'parallel to the first and comprising a calibrated discharge valve 22 and a orifice cahbrée discharge 27 provided on the return pipe 8. This second discharge circuit 21 'is in communication with the injector needle 5 upstream of the discharge orifice 27.
  • Each injector 4 of diesel engine will receive the same control device 20.
  • the injection device 1 is illustrated according to a preferred form of reaction of the invention in which the control device 20 is completely integrated in an injector assembly 40 containing the injector 4.
  • This injector 4 of standard shape carries the injector needle 5 whose tip 5a closes fuel injection nozzles 12 when the needle is in the low position.
  • This injector needle 5 is conventionally controlled by a calibration spring 10 which exerts pressure on its head 5b. the spring and the head being housed in a cavity 13 coaxial with a guide housing 14 receiving said needle.
  • the injector assembly is composed of several parts assembled one on the other to facilitate the integration of the control device 20. More particularly, from bottom to top, this injector assembly 40 comprises:
  • a part B which serves as a stop for the injector needle 5, in which the base of the cavity 13 receiving the head 5b of the needle and the continuation of the high pressure supply pipe 7 are formed,
  • a part D which constitutes the main block of the control device 20, in which the continuation of the circuit 21 ′ is arranged, the return line 8 of the fuel, the discharge valve 22 and its capped socket 23, the calibrated valve 24 and the discharge orifice 27,
  • the chambered orifice 23, also called a nozzle, is integrated in the discharge valve 22 (FIG. 6). this valve comprising a calibrated return spring 22 '.
  • the calibrated valve 24 includes a calibrated return spring 24 ′ and radial orifices 28 (FIG. 7).
  • the solenoid valve 25 includes a return spring 25 '.
  • the first discharge circuit 21 is bypassed with the high pressure supply line 7. crosses the cradled orifice 23. the calibrated valve 24 and the solenoid valve 25 towards the low pressure return pipe 8.
  • This first discharge circuit 21 is divided into a second parallel discharge circuit 21 'passing through the discharge valve 22 and the discharge orifice 27 towards the return pipe 8.
  • the cavity 13 of the calibration spring 10 is in communication with this second parallel discharge circuit 21 'upstream of the discharge orifice 27.
  • the latter delivers its flow through the non-return valve 6.
  • the pressure increases in the supply line 7 as well as in front of the discharge valve 22, in its baffled orifice 23 and in front of the calibrated valve 24.
  • the discharge valve 22 opens and lets flow through the second circuit of paraUAN discharge 21 'to the return pipe 8.
  • the start of the injection is controlled by the electrical signal on the solenoid 26 which closes the solenoid valve 25.
  • the flow through the calibrated valve 24 is interrupted.
  • the flow through the cambered orifice 23 of the discharge valve 22 combined with the force supplied by the spring 22 'gradually closes the discharge valve 22.
  • the fuel pressure applied to the injector needle 5 in the chamber 15 and called opening pressure increases, while the closing pressure applied on the side of the calibration spring 10 decreases, until the injector needle 5 opens.
  • the injection begins as soon as it opens.
  • the modulation of the start of the injection depends mainly on the closing speed of the discharge valve 22.
  • valves 22. 25 are closed.
  • the entire flow supplied by the injection pump 3 is routed to the injector needle 5 without no restriction and generates injection jets 11 with all the pressure which the injection device 1 is capable of.
  • the end of the injection is triggered when the electrical signal on the solenoid 26 is interrupted.
  • the solenoid valve 25 opens under the effect of its spring 25 '.
  • the closing pressure on the discharge valve 22 is suddenly reduced. This valve then opens quickly.
  • the pressure in the injection circuit decreases slightly due to the low discharge flow routed to the discharge orifice 27.
  • the increase in pressure on the side of the calibration spring 10 on the injector needle 5 ensures its closing.
  • the injector needle 5 closing, the injection abruptly stops, before the pressure drop in the supply line 7 high pressure is significant.
  • the flow rate, still supplied by the injection pump 3, passes through the discharge valve 22 and the orifices 23 and 27 to evacuate in the return pipe 8.
  • the pressure gradually decreases by the effect of the discharge through the discharge orifice 27 and the return line 8 .
  • the construction choices and the operating modes of the injection device 1 according to the invention it is possible to envisage different variants.
  • a piston 30 which acts directly on the injector needle 5.
  • the hydraulic pressure generated by the flow received by the discharge valve 22 passing through the orifice Discharged discharge 27 acts indirectly on the injector needle 5 by means of a piston 30.
  • the dead volume is therefore more limited. Therefore, the discharge closing the injector 4 requires a lower pressure drop at the supply pipe 7.
  • the end of the injection is improved.
  • the section of the piston 30 can be equal to or greater than that of the housing 14 of the needle 5 in order to increase the closing thrust.
  • the calibrated valve 24 can be placed upstream, as in Figures 1 to 8. or downstream of the solenoid valve 25 with reference to Figure 9.
  • This configuration has the effect of limiting the volume closed between the orifice 23 and the seat of the solenoid valve 25.
  • the operating precision of the relief valve 22 is thereby improved and the possibility of better slowing its closing by using a smaller orifice 23 becomes possible without risk of inadvertent opening due to pressure pulsations.
  • an injection pump 3 having a control of the quantity injected by ramps on the pump piston, which makes it possible either to limit the quantity delivered to optimize the energy necessary for pumping, either to control the injection in emergency mode.
  • This backup mode is then obtained by leaving the solenoids, or by forcing mechanically, with a view to permanently closing the solenoid valves.
  • control device 20 it is also possible to attach the control device 20 to a shortened injection range, possibly until the high pressure supply pipe 7 is eliminated, including an injector-pump.
  • control solenoid valve 25 remains open and the discharge valve 22 lets all the fuel flow pass to the discharge circuit 21 in the return pipe 8.
  • the maximum quantity injected is limited to the quantity delivered by the injection pump. This quantity can be adjusted by the pump emergency mode in the case where the injection pump is traditional.
  • This injection device 1 can be further optimized by:
  • the closing pressure does not depend on the opening pressure, which avoids oversizing the calibration spring 10 of the injector needle 5.
  • the closing is caused by the pressure generated by the flow conveyed in the discharge circuits 21. 21 'to the low pressure return canahsation 8 through the discharge port 27. for this purpose the sum of the sections of cahbré orifices 23 and discharge 27 must be greater than the sum of the sections of the injection nozzles 12 feeding the fuel jets 11.
  • this injection device it is also possible to improve this injection device 1, in particular by providing a control member making it possible to perform a pre-injection.
  • the opening of the discharge valve 22 is delayed to leave the injector needle 5 the possibility of starting to open under the effect of a fuel supply pressure greater than its setting pressure. . It is then quickly closed before the main injection.
  • a delay orifice 31 is interposed between the chambered orifice 23 and the return pipe 8, whether upstream, downstream or incorporated in the calibrated valve 24 or in the controlled solenoid valve 25. This delay port 31 can therefore be added to any configuration of the injection device 1 described above.
  • FIGS. 11 to 15 iUustrate five variants of reahsation making it possible to jointly control all the injectors of the same engine.
  • the low pressure return ducts 8 are connected between them at a common return gallery 32 comprising a return valve 33 allowing the pressurization of the ducts 8 and therefore the adjustment of the opening pressure of the needle injector 5.
  • the common and external adjustment of the back pressure applied to the control devices 20 is not provided.
  • FIG. 12 The configuration of FIG. 12 is similar to that of FIG. 11 with the only difference that the calibrated valve 24 has been removed to avoid any difference in behavior of the individual calibrated valves 24.
  • control devices 20 do not have a calibrated valve 24 and are received between them. at the outlet of the controlled solenoid valves 25, to a common control gallery 34.
  • This common control gallery 34 is connected to the common return gallery 32 by a control valve 35 allowing the pressurization of the control devices 20 as well as the adjustment of the pre-injection dosage. In this case, the common and external adjustment of the opening pressure of the injector needles is not provided.
  • FIG. 15 is similar to that of FIG. 13 with the only difference that the common return gallery 32 is supplemented by its return valve 33. It is therefore possible to adjust the pressure of the pressure devices in common and externally control 20 by modulating the pressure difference between the control galleries 34 and return 32. the opening pressure of the injector needles 5 as well as the pre-injection dosage.
  • FIGS. 1 to 10 Figures 16 to 19 are similar to Figures 2. 3, 4 and 6 and illustrate a preferred form of reahsation of an injection device corresponding substantially to Figure 14 and simplified by the absence of the piston acting on the needle d 'injector.
  • the control device 20 is fully integrated in an injector assembly 40 containing the injector 4 and composed of parts A to E. The differences lie in the fact that the return and control circuits are separate.
  • the part C receives the return duct 8 which communicates directly with the cavity 13 of the calibration spring 10 of the injector needle 5 through the discharge orifice 27.
  • This return duct 8 is intended to be removed from the return gallery common and external 32.
  • the canahsation 36 is intended to be connected to the common and external control gallery 34.
  • Room E is completed by the delay orifice 31 and a conduit 37 putting this orifice of communication into communication. delay 31 with the solenoid valve controlled 25.
  • the baffled orifice 23 is also integrated into the discharge valve 22 (FIG. 19) and the delay orifice 31 is arranged coaxially with this relief valve 22 and its baffled orifice 23.
  • the calibrated valve 24a been deleted.
  • This load shedding causes a pressure drop in the chamber 15 of the injector needle 5 and an increase in the pressure in the cavity 13 which pushes on the injector needle 5 to close it and interrupt the pre-injection.
  • the pressurization of the cavity 13 is provided by the discharge orifice 27 and by the common and external return gallery 32 combined with its return valve 33 not shown.
  • the start of the injection is driven by the electrical signal on the solenoid 26 which closes the solenoid valve 25.
  • the fuel pressure applied to the injector needle 5 in the chamber 15 increases, while the closing pressure applied to the side of the calibration spring 10 decreases, up to the injector needle 5 opens.
  • the injection begins as soon as it opens.
  • the end of the injection is triggered when the electrical signal on the solenoid 26 is interrupted.
  • the solenoid valve 25 opens under the effect of its spring 25 '.
  • the closing pressure on the discharge valve 22 is suddenly reduced. This valve then opens quickly.
  • the pressure in the injection circuit decreases slightly due to the low discharge flow routed to the common control gallery 34.
  • the pressure increase on the side of the calibration spring 10 on the injector needle 5 ensures its closure.
  • the flow rate, still supplied by the injection pump 3 passes through the discharge 22 to evacuate in the return 32 and control galleries 34.
  • the closing and opening pressures, on either side of the injector needle 5 being close, the needle remains closed under the action of its spring 10. The pressure gradually decreases by the effect of the discharge through said galleries 32, 34.
  • Figures 20 and 21 are views similar to Figures 16 and 17. They illustrate only parts C and D of the injector assembly 40 to show a variant of rehsation in which the injector needle 5 is closed by the action of a piston 30.
  • This piston 30 is housed and guided in a cavity 38 arranged coaxially and just above the cavity 13. This cavity 38 is surmounted by a compression chamber 39 receiving the upper part of the piston 30 and being in communication with the discharge circuit paraUele 21 '.
  • This piston 30 is held in abutment against the injector needle 5 by a spring 41.
  • H also has an internal conduit replacing the discharge orifice 27 which places the compression chamber 39 in communication with the return pipe 8. In this reahsation. the operation is similar to that of the previous reahsation. The only difference lies in the fact that the addition of the piston 30 makes it possible to considerably reduce the volume to be compressed in order to close the injector needle 5.
  • orifices 23, 27, 3 1 provided in the different variants of reahsation described above.
  • These orifices can be of the "capillary” type for which the pressure drop is proportional to the flow rate or of the "nozzle” type for which the pressure drop increases proportionally to the square of the flow. It is then possible to combine these different types to obtain:
  • these can be reheated for example by machining a groove, either hehcoidal, on the cylindrical part of the guide of the valve, of the valve, of the piston or of a force-fitted pin, or in a spiral on a flat surface in contact with another surface.
  • each diagram are represented four curves 3. to d corresponding from top to bottom to the lifting of the injector needle 5 (curve a), to the flow of fuel injected by the nozzles 12 into the combustion chamber of a piston of a Diesel engine (curve D). at the pressure supplied by the injection pump 3 (curve C) and at the pressure in the pipe 7 at the inlet of the injector 4 (curve d).
  • curves are represented as a function of time for a fraction of the cycle.
  • FIG. 22 represents the injection diagram of a conventional and known injection device corresponding to the prior art of the invention. It is clearly observed that the end of the injection is very inefficient which is detrimental to the performance of the engine and to the emissions of smoke.
  • FIG. 23 represents the injection diagram of the injection device of FIG. 1, in which the control of the closing of the injector needle 5 is carried out by the control device 20. It is observed that the end of the 'injection is very much astonished. On the other hand, the start of the injection remains abrupt, which can generate combustion noises.
  • FIG. 24 represents the injection diagram of the injection device of FIG. 8, in which the injector needle 5 is controlled by the piston 30. It is observed that the end of injection is still improved. This solution is therefore very satisfactory for the performance of the engine. However, combustion noises are still present.
  • FIG. 25 represents the injection diagram of the injection device of FIG. 10, in which the delay orifice 31 is provided, which makes it possible to re-inject a pre-injection before the main injection. This solution provides the correction required at the start of the injection to attenuate the combustion noise. EUe therefore combines all the advantages. It is understood that the pre-injection cycle can be added to that of the main injection as a function of the synchronization of the commands.

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Description

DISPOSITIF D'INJECTION DE COMBUSTIBLE POUR MOTEURS DIESEL
La présente invention concerne un dispositif d'injection de combustible pour moteurs Diesel équipés de pompes d'injection à débit puisé, ce dispositif comportant, par piston, au moins un injecteur recevant une aiguille d'injecteur tarée agencée pour injecter des jets de combustible calibrés dans la chambre de combustion dudit piston, une canalisation d'alimentation haute pression du combustible et une canalisation retour basse pression du combustible.
Le cahier des charges de développement des moteurs Diesel est en constante évolution. Cette contrainte technique est principalement liée aux domaines de l'environnement et de l'économie tels que les émissions de polluants (oxydes d'azote, hydrocarbures, particules, etc.), le bruit émis par le moteur ou la consommation en combustible. Les besoins d'optimisation des systèmes de combustion pour prendre en compte ces évolutions de cahier des charges nécessitent un effort particulier sur le procédé d'injection. L'injection idéale qui permettrait d'obtenir une combustion dépolluée serait atteinte si :
1. le début d'introduction de combustible est effectué à faible débit pour ne pas mélanger trop de combustible à l'air de la chambre de combustion pendant le délai d'allumage.
2. le débit injecté est constamment croissant pour que la combustion accompagne bien le début d'expansion associé au déplacement du piston dans le cylindre du moteur.
3. la pression de combustible est importante pour obtenir une bonne pulvérisation et par conséquent une bonne performance de mélange du combustible à l'air.
4. la fin d'injection est franche pour limiter l'introduction de combustible insuffisamment pulvérisé et réduire au mieux les queues de combustion.
Dans la pratique, les stratégies classiques habituellement utilisées sont par exemple :
- l'augmentation du rapport volumétrique de compression.
- la réduction de l'avance à l'injection,
- l'accroissement des pressions d'injection. Ces stratégies visent à comprimer la période principale de combustion sur un intervalle de temps plus court et mieux localisé dans le début de la détente. Malgré tout, la performance de combustion reste très sensible aux détails de forme de la loi d'introduction du combustible dans la chambre de combustion.
Dans les dispositifs d'injection traditionnels utilisant une pompe à débit puisé, la pompe d'injection, en refoulant le combustible, fait croître progressivement la pression dans les volumes de la pompe, des canalisations et de l'injecteur. Cette progressivité a heu avant puis pendant la période d'injection. Après l'arrêt du refoulement de la pompe, l'injection se termine par l'effet de la dépressurisation de ces mêmes volumes, l'aiguille d'injecteur étant uniquement contrôlée par un dispositif de rappel simple comportant un ou plusieurs ressorts.
L'avantage de ces dispositifs d'injection concerne le début d'injection qui est, dans ce cas, relativement modéré et, par conséquent, favorable aux points 1 et 2 mentionnés ci- dessus, sauf si l'on a besoin d'une pression d'ouverture de l'injecteur trop importante. Par contre, l'inconvénient majeur est que l'injecteur ne se ferme que lorsque la pression est devenue nettement inférieure à la pression d'ouverture. De ce fait, la fin de l'injection n'est pas performante et génère des queues de combustion, induisant des émissions de suie et pénalisant le rendement.
Dans les dispositifs d'injection à pression constante dit "Common-Rail". la pompe à haute pression alimente l'ensemble des injecteurs à une pression quasi-constante et réglable pour ajuster le taux d'introduction et la pulvérisation du combustible. L'ouverture et la fermeture de chaque injecteur sont commandées par une électrovanne qui permet de régler l'avance à l'injection et la quantité injectée, conformément à certains exemples de réahsation décrits dans les publications FR-A-2 016 477. US-A-4 545 352. DE-C-42 36 882, DE-A-44 06 901 et US-A-4 249 497.
L'avantage de ces dispositifs d'injection est la flexibilité des réglages potentiels et surtout la très bonne fin d'injection par une fermeture pilotée, ce qui est favorable aux points 3 et 4 ci-dessus.
Néanmoins, l'inconvénient majeur réside dans le fait qu'au début de l'injection, le débit injecté est très rapidement au débit maximal ce qui est préjudiciable aux points 1 et 2 ci- dessus. Il est possible de neutraliser l'effet sur la déflagration d'allumage (point 1) par l'utilisation de la pré-injection, mais il y a peu de possibihté de rendre progressive la loi d'introduction de combustible (point 2).
Le but de la présente invention est d'apporter une solution efficace pour améliorer les performances des dispositifs d'injection traditionnels utilisant une pompe à débit puisé afin de satisfaire efficacement les exigences de plus en plus sévères et notamment en réalisant :
• un début d'injection plus modéré qu'avec les dispositifs traditionnels, favorable au point 1 ci-dessus mentionné, avec possibilité de réaliser une pré-injection.
• une pression d'injection croissante pendant toute la période d'injection, favorable au point 2 ci-dessus.
• une fin d'injection aussi nette qu'avec les dispositifs à pression constante, favorable au point 4 ci-dessus.
• une avance à l'injection réglable.
Ce but est atteint par un dispositif d'injection tel que défini en préambule et caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de contrôle de l'ouverture et de la fermeture de l'aiguille d'injecteur, ce dispositif comportant un circuit de décharge reliant la canalisation d'alimentation et la canalisation retour du combustible, ce circuit étant contrôlé par une électrovanne et comportant, en amont de l'électrovanne. une vanne de décharge pourvu d'un orifice calibré, cette vanne étant en communication à la fois avec ladite électrovanne et un orifice de décharge disposé sur la canalisation retour et étant agencé pour assurer à la fois la progressivité du début de l'injection et la rapidité de clôture de cette injection par déviation du flux de combustible non injecté vers ledit orifice de décharge qui. en dépressurisant la canalisation d'alimentation, génère une pression de fermeture sur l'aiguille d'injecteur.
Dans une forme de réalisation de l'invention, le dispositif de contrôle peut comporter un clapet taré disposé en amont ou en aval de l'électrovanne, ce clapet étant agencé pour maintenir le dispositif d'injection à un niveau requis de pression entre deux injections. D'une manière générale, le circuit de décharge est indépendant du circuit d'injection haute pression du combustible pendant le cycle d'injection, la vanne de décharge et l'électrovanne étant fermées.
Selon les cas. la pression de fermeture peut être apphquée directement sur l'aiguille d'injecteur ou par l'intermédiaire d'un piston.
Dans une variante de réalisation, le dispositif de contrôle peut comporter un orifice de retard disposé en aval de l'orifice calibré et agencé pour retarder l'ouverture de la vanne de décharge de manière à provoquer l'ouverture momentanée de l'aiguille d'injecteur pour effectuer une pré-injection de combustible.
Selon les formes de réalisation retenues, l'orifice calibré peut être intégré à la vanne de décharge. De même, les orifices, vanne, clapet et électrovanne du dispositif de contrôle peuvent être intégrés partiellement ou totalement dans l'ensemble portant l'injecteur.
Dans un dispositif d'injection de combustible comportant plusieurs injecteurs pour un même moteur DieseL les canalisations retour du combustible de chaque injecteur peuvent être avantageusement reliées entre elles à une galerie de retour commune. Cette galerie de retour commune peut être assujettie à un clapet de retour taré agencé pour maintenir un niveau de pression requis dans lesdites canalisations retour de chaque injecteur.
De même, les premiers circuits de décharge peuvent être reliés entre eux par une galerie de contrôle commune, pouvant également être assujettie à un clapet de contrôle taré agencé pour maintenir un niveau de pression requis dans lesdits circuits de décharge de chaque injecteur.
Dans certaines formes de réalisation, la galerie de retour commune et la galerie de contrôle commune peuvent être reliées entre elles par un clapet de contrôle taré. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de différentes formes de reahsation, illustrée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma fonctionnel de la configuration de base du dispositif d'injection selon l'invention,
- les figures 2 à 7 représentent un exemple de reahsation du dispositif selon l'invention, dans lesquelles :
• la figure 2 est une vue en coupe axiale selon l'axe II-LT de la figure 4. « la figure 3 est une vue en coupe axiale selon l'axe IH-IH de la figure 4,
• la figure 4 est une vue en coupe radiale selon l'axe IV- IV de la figure 3,
• la figure 5 est une vue de détail en coupe selon l'axe V-V de la figure 4.
• la figure 6 est une vue de détail en coupe de la vanne de décharge, et
• la figure 7 est une vue de détail en coupe du clapet taré,
- la figure 8 est un schéma fonctionnel d'une première variante de configuration du dispositif d'injection de la figure 1.
- la figure 9 est un schéma fonctionnel d'une seconde variante de configuration du dispositif d'injection de la figure 1.
- la figure 10 est un schéma fonctionnel d'un perfectionnement apporté à la configuration du dispositif d'injection de la figure 1. permettant d'effectuer une pré-injection.
- la figure 11 est un schéma fonctionnel d'un autre perfectionnement apporté à la configuration du dispositif d'injection de la figure 1, permettant de régler simultanément plusieurs dispositifs d'injection d'un même moteur.
- les figures 12 à 15 sont des schémas fonctionnels de différentes variantes de configuration du dispositif de la figure 1 1, - les figures 16 à 19 représentent un exemple de reahsation du dispositif d'injection illustré schématiquement dans la figure 14 et simplifié par l'absence du piston qui agit sur aiguille d'injecteur, dans lesquelles : « la figure 16 est une vue en coupe axiale selon l'axe XVI-XVI de la figure 18.
• la figure 17 est une vue en coupe axiale selon l'axe XVLI-XVπ de la figure 18.
• la figure 18 est une vue en coupe radiale selon l'axe X VTΠ-XVLLÏ de la figure 17,
• la figure 19 est une vue de détail en coupe de la vanne de décharge et de l'orifice c de retard.
- les figures 20 et 21 représentent partiellement un second exemple de reahsation du dispositif d'injection illustré schématiquement dans la figure 14. dans lesquelles :
• la figure 20 est une vue en coupe axiale similaire à la figure 16. 5 « la figure 21 est une vue en coupe axiale similaire à la figure 17,
- et les figures 22 à 25 représentent des diagrammes d'injection correspondant à différentes configurations du dispositif d'injection, dans lesquelles :
• la figure 22 correspond à un dispositif d'injection traditionnel. C « la figure 23 correspond au dispositif d'injection de la figure 1.
• la figure 24 correspond au dispositif d'injection de la figure 8.
• la figure 25 correspond au dispositif d'injection de la figure 10.
En référence à la figure 1, le dispositif d'injection 1 pour moteurs Diesel comporte, de 5 manière connue, une canalisation basse pression 2 qui alimente en combustible une pompe 3 à débit puisé. Cette pompe 3 alimente un injecteur 4 pourvu d'une aiguille d'injecteur 5 par un clapet anti-retour 6 et une canalisation haute pression 7. L'injecteur 4 est par ailleurs relié à une canalisation retour basse pression 8. Un clapet de contrôle 9 de la décharge de la pompe 2 peut être monté en dérivation sur le clapet anti-retour 6. 0 L'aiguille d'injecteur 5 est soumise à l'action d'un ou de plusieurs ressorts de tarage 10 et permet de contrôler les jets de combustible 1 1 haute pression qui pénètrent dans la chambre de combustion (non représentée) d'un piston d'un moteur Diesel (non représenté). La cavité contenant le ou les ressorts de tarage 10, non reliée à la haute pression, est en communication avec ladite canalisation retour basse pression 8.
Le dispositif d'injection 1. conformément à la présente invention, comporte, du côté de l'injecteur 4, un dispositif de contrôle 20 agissant directement sur l'aiguille d'injecteur 5 pour amehorer son pilotage aussi bien à l'ouverture qu'à la fermeture. Ce dispositif de contrôle 20 comporte un premier circuit de décharge 21 en dérivation entre les canalisations d'alimentation 7 et de retour 8 du combustible. A comporte un orifice cahbré 23, un clapet taré 24 et une électrovanne 25 commandée par un solénoïde 26. Le dispositif de contrôle 20 comporte également un second circuit de décharge 21' parallèle au premier et comportant une vanne de décharge tarée 22 et un orifice de décharge cahbré 27 prévu sur la canalisation retour 8. Ce second circuit de décharge 21' est en communication avec l'aiguille d'injecteur 5 en amont de l'orifice de décharge 27. Chaque injecteur 4 de moteur Diesel recevra le même dispositif de contrôle 20.
En référence aux figures 2 à 7. le dispositif d'injection 1 est illustré selon une forme de reahsation préférée de l'invention dans laquelle le dispositif de contrôle 20 est totalement intégré dans un ensemble injecteur 40 contenant l'injecteur 4. Cet injecteur 4 de forme standard porte l'aiguille d'injecteur 5 dont la pointe 5a ferme des buses d'injection 12 du combustible quand l'aiguille est en position basse. Cette aiguille d'injecteur 5 est contrôlée de manière classique par un ressort de tarage 10 qui exerce une pression sur sa tête 5b. le ressort et la tête étant logés dans une cavité 13 coaxiale à un logement de guidage 14 recevant ladite aiguille. L'ensemble injecteur est composé de plusieurs pièces assemblées l'une sur l'autre pour faciliter l'intégration du dispositif de contrôle 20. Plus particulièrement, de bas en haut, cet ensemble injecteur 40 comporte :
• une pièce A, qui constitue l'injecteur 4 proprement dit, dans laquelle sont ménagés le logement de guidage 14 pour l'aiguille d'injecteur 5. l'arrivée de la canalisation d'alimentation 7 haute pression de combustible dans une chambre annulaire 15. suivie d'une chambre tubulaire 15a, les deux chambres étant disposées autour de l'aiguille, un siège conique 12a recevant la pointe 5 a de l'aiguille, et les buses d'injection 12.
• une pièce B, qui sert de butée à l'aiguille d'injecteur 5, dans laquelle sont ménagées la base de la cavité 13 recevant la tête 5b de l'aiguille et la suite de la canalisation d'alimentation 7 haute pression,
• une pièce C, qui constitue le corps du porte-injecteur. dans laquelle sont ménagés le reste de la cavité 13 recevant le ressort de tarage 10. le reste de la canalisation d'alimentation 7 haute pression, le début du circuit de décharge 21 et une partie du second circuit de décharge 21' en communication avec ladite cavité 13.
• une pièce D, qui constitue le bloc principal du dispositif de contrôle 20, dans laquelle sont ménagés la suite du circuit 21', la canalisation retour 8 du combustible, la vanne de décharge 22 et son orifice cahbré 23, le clapet taré 24 et l'orifice de décharge 27,
• une pièce E, qui constitue l'ensemble électrovanne, dans laquelle est ménagée l'électrovanne 25 avec son solénoide de commande 26.
Dans cette reahsation. l'orifice cahbré 23, appelé aussi ajutage, est intégré dans la vanne de décharge 22 (figure 6). cette vanne comportant un ressort de rappel taré 22'. Le clapet taré 24 comporte un ressort de rappel taré 24' et des orifices radiaux 28 (figure 7). L'électrovanne 25 comporte un ressort de rappel 25'. L'orifice de décharge 27. appelé aussi ajutage, relie le second circuit de décharge 21' à la canalisation retour 8 basse pression entre les pièces C et D. Le premier circuit de décharge 21 est en dérivation avec la canalisation d'alimentation haute pression 7. traverse l'orifice cahbré 23. le clapet taré 24 et l'électrovanne 25 vers la canalisation retour basse pression 8. Ce premier circuit de décharge 21 se départage en un second circuit de décharge parallèle 21' traversant la vanne de décharge 22 et l'orifice de décharge 27 vers la canalisation retour 8. La cavité 13 du ressort de tarage 10 est en communication avec ce second circuit de décharge parallèle 21' en amont de l'orifice de décharge 27. Le fonctionnement du dispositif d'injection 1 selon l'invention est décrit comme suit.
- Au repos, l'électrovanne 25 est ouverte. Toutes les autres vannes ou clapets 22, 24 sont fermés sous l'effet des ressorts 22'. 24'. Aucun débit ne traverse le dispositif d'injection 1. La pression résiduelle dans ce circuit est maintenue à un niveau requis par le clapet taré
24.
- Au début du refoulement et après la fermeture des orifices de remplissage de la pompe 3, celle-ci délivre son débit au travers du clapet anti-retour 6. La pression croît dans la canalisation d'alimentation 7 ainsi que devant la vanne de décharge 22, dans son orifice cahbré 23 et devant le clapet taré 24. Lorsque le débit qui traverse l' orifice cahbré 23 et le clapet taré 24 est suffisant, la vanne de décharge 22 s'ouvre et laisse passer le débit dans le second circuit de décharge paraUèle 21' vers la canalisation retour 8. Une partie = de ce débit est déviée vers la cavité 13 du ressort de tarage 10 qui est en amont de l'orifice de décharge 27. Ce débit crée dans la cavité 13 une pression, appelée pression de fermeture, qui assure, par sa poussée sur l'aiguille d'injecteur 5, le maintien en position fermée de l'injecteur 4.
- Le début de l'injection est piloté par le signal électrique sur le solénoïde 26 qui ferme l'électrovanne 25. Le débit au travers du clapet taré 24 s'interrompt. Le débit au travers de rorifice cahbré 23 de la vanne de décharge 22 combiné à l'effort fourni par le ressort 22' ferme progressivement la vanne de décharge 22. La pression de combustible appliquée à l'aiguhle d'injecteur 5 dans la chambre 15 et appelée pression d'ouverture croît, tandis que la pression de fermeture apphquée du coté du ressort de tarage 10 décroît, jusqu'à ce que l'aiguhle d'injecteur 5 s'ouvre. L'injection débute dès cette ouverture. La modulation du début de l'injection dépend principalement de la vitesse de fermeture de la vanne de décharge 22.
- Lorsque Y injection est établie, les vannes ou clapets 22. 24. 25 sont fermés. La totalité du débit fourni par la pompe d'injection 3 est acheminée vers l'aiguhle d'injecteur 5 sans aucune restriction et génère des jets d'injection 11 avec toute la pression dont est capable le dispositif d'injection 1.
- La fin de l'injection est déclenchée quand le signal électrique sur le solénoïde 26 est interrompu. L'électrovanne 25 s'ouvre sous l'effet de son ressort 25'. La pression de fermeture sur la vanne de décharge 22 est brusquement réduite. Cette vanne s'ouvre alors rapidement. La pression dans le circuit d'injection décroît légèrement du fait du faible débit de décharge acheminé vers l'orifice de décharge 27. En parallèle, la montée en pression du côté du ressort de tarage 10 sur l'aiguille d'injecteur 5 assure sa fermeture. L'aiguille d'injecteur 5 se fermant, l'injection s'interrompt brusquement, avant que la chute de pression dans la canalisation d'alimentation 7 haute pression ne soit significative. Le débit, encore fourni par la pompe d'injection 3 traverse la vanne de décharge 22 et les orifices 23 et 27 pour s'évacuer dans la canalisation retour 8. Les pressions de fermeture et d'ouverture, de part et d'autre de l'aiguille d'injecteur 5 étant voisines, l'aiguille reste fermée sous l'action de son ressort 10. La pression décroît progressivement par l'effet de la décharge au travers de l'orifice de décharge 27 et de la canalisation retour 8.
- Lors de l'arrêt du refoulement de la pompe d'injection 3. provoqué par l'ouverture de ses oiifices de décharge, la pression décroît fortement dans l'ensemble du dispositif d'injection 1. Dès que le débit traversant l'orifice cahbré 23 est suffisamment faible, la vanne de décharge 22 se ferme sous l'effet de son ressort 22'. La pression de fermeture assurant le maintien en position fermée de l'aiguille d'injecteur 5 s'élimine progressivement. La pression résiduelle dans l'ensemble du circuit haute pression est alors contrôlée par le clapet taré 24 combiné éventuellement à l'action du clapet de contrôle 9 de la pompe d'injection 3.
Selon les possibilités d'intégration, les choix de construction et les modes de fonctionnement du dispositif d'injection 1 selon l'invention, il est possible d'envisager différentes variantes. En référence à la figure 8. il est possible d'ajouter un piston 30 qui agit directement sur l'aiguille d'injecteur 5. Dans cette configuration, la pression hydraulique générée par le débit hbéré par la vanne de décharge 22 traversant l'orifice de décharge cahbré 27 agit indirectement sur l'aiguille d'injecteur 5 par rintermédiaire d'un piston 30. Le volume mort est par conséquent plus restreint. De ce fait, la décharge fermant l'injecteur 4 nécessite une moindre chute de pression au niveau de la canahsation d'alimentation 7. La fin de l'injection s'en trouve améliorée. La section du piston 30 peut être égale ou supérieure à celle du logement 14 de l'aiguihe 5 en vue d'accroître la poussée de fermeture.
Comme on l'a vu dans l'exemple illustré en référence aux figures 2 à 7, il est possible d'incorporer dans l'ensemble injecteur 40 contenant l'injecteur 4. tout ou partie des éléments composant le dispositif de contrôle 20. à savoir la vanne de décharge 22. le clapet taré 24, l'électrovanne 25 et les orifices cahbrés 23. 27. Il est encore possible de combiner l'orifice cahbré 23 à la vanne de décharge 22 comme illustré ou de les réaliser séparément.
De plus, le clapet taré 24 peut être placé en amont, comme dans les figures 1 à 8. ou en aval de l'électrovanne 25 en référence à la figure 9. Cette configuration a pour effet de limiter le volume clos entre l'orifice cahbré 23 et le siège de l'électrovanne 25. La précision de manoeuvre de la vanne de décharge 22 s'en trouve améhorée et la possibihté de mieux ralentir sa fermeture en utilisant un orifice cahbré 23 plus petit devient possible sans risque d'ouverture intempestive due aux pulsations de pression.
II est à noter que les variantes de reahsation illustrées dans les figures 8 et 9 sont cumulables.
Par ailleurs, il est possible d'utiliser une pompe d'injection 3 possédant un contrôle de la quantité injectée par des rampes sur le piston de pompe, ce qui permet, soit de limiter la quantité refoulée pour optimiser l'énergie nécessaire au pompage, soit de contrôler l'injection en mode secours. Ce mode secours est alors obtenu en laissant sous tension les solénoïdes, ou en forçant mécaniquement, en vue de la fermeture permanente les électrovannes.
Il est encore possible d'apphquer le dispositif de contrôle 20 à une hgne d'injection raccourcie, eventueUement jusqu'à suppression de la canahsation d'alimentation 7 haute pression, y compris à un injecteur-pompe.
La description ci-dessus démontre que l'invention atteint les buts mentionnés. Notamment, ce dispositif d'injection permet :
- de contrôler l'avance à l'injection, le début de l'injection dépendant quasi exclusivement du positionnement, dans le cycle, du début du signal électrique sur le solénoïde 26 de l'électrovanne 25,
- de doser la quantité injectée, qui est principalement dépendante de la durée du signal électrique sur le solénoïde 26 de l'électrovanne 25, en tenant compte de la loi de refoulement de la pompe d'injection 3,
- d'assurer la sécurité de fonctionnement. Sans signal électrique, l'électrovanne 25 de commande reste ouverte et la vanne de décharge 22 laisse passer tout le débit de combustible vers le circuit de décharge 21 dans la canahsation retour 8. Dans le cas où les vannes 22. 25 resteraient bloquées en position fermée, la quantité maximale injectée est limitée à la quantité refoulée par la pompe d'injection. Cette quantité peut être ajustée par le mode secours de la pompe dans le cas où la pompe d'injection est traditionneUe.
Ce dispositif d'injection 1 peut encore être optimisé par :
- l'ajustement de la pression résidueUe obtenu par le clapet taré 24. ce qui évite la cavitation dans le dispositif d'injection - la maîtrise du gradient de débit en début d'injection, calibrée par le diamètre de l'orifice cahbré 23 et la force du ressort 22' de la vanne de décharge 22,
- la pression d'ouverture de l'aiguiUe d'injecteur 5, maîtrisée par le tarage du ressort 10 de ladite aiguille. La pression de fermeture ne dépend pas de la pression d'ouverture, ce qui évite de surdimensionner le ressort de tarage 10 de l'aiguille d'injecteur 5. La fermeture est provoquée par la pression générée par le débit acheminé dans les circuits de décharge 21. 21' vers la canahsation retour basse pression 8 au travers de l'orifice de décharge 27. A cet effet la somme des sections des orifices cahbré 23 et de décharge 27 doit être supérieure à la somme des sections des buses d'injection 12 alimentant les jets de combustible 11.
Il est encore possible de perfectionner ce dispositif d'injection 1, notamment en prévoyant un organe de commande permettant d'effectuer une pré-injection. Dans ce cas, l'ouverture de la vanne de décharge 22 est retardée pour laisser à l'aiguille d'injecteur 5 la possibihté de débuter son ouverture sous l'effet d'une pression d'alimentation de combustible supérieure à sa pression de tarage. EUe est ensuite rapidement refermée avant l'injection principale. En référence à la figure 10, un orifice de retard 31 est interposé entre l'orifice cahbré 23 et la canahsation retour 8, que ce soit en amont, en : aval ou incorporé au clapet taré 24 ou à l'électrovanne commandée 25. Cet orifice de retard 31 peut donc s'ajouter à n'importe queUe configuration du dispositif d'injection 1 décrite précédemment.
Le fonctionnement de la séquence de pré-injection est décrit comme suit : 5 - la pression de la canahsation d'alimentation haute pression 7 monte sous l'effet de la pompe d'injection 3,
- une partie du débit refoulé s'échappe au travers des orifices cahbré 23 et de retard 31, du clapet taré 24 et de l'électrovanne commandée 25,
- la pression nécessaire à l'ouverture de l'aiguiUe d'injecteur 5 est atteinte ce qui génère la 0 pré-injection, - lorsque la pression continue de croître, le débit traversant l'orifice cahbré 23 devient tel que la différence de pression provoque l'ouverture de la vanne de décharge 22,
- sous l'effet de la décharge dans le circuit 21' dont le débit est freiné par l'orifice de décharge 27, la poussée assurant la fermeture de l'aiguille d'injecteur 5 interrompt alors la pré-injection.
Ensuite, les séquences opératoires sont les mêmes que ceUes déjà décrites en référence aux figures 1 à 7.
En considérant à présent l'ensemble des injecteurs équipant un même moteur Diesel et compte tenu que le tarage des ressorts reste déhcat à répéter à l'identique dans chaque dispositif de contrôle 20. on peut s'attendre à ce que le fonctionnement strictement à l'identique desdits injecteurs soit difficUe à obtenir. Dans le but de mieux maîtriser l'équilibrage du fonctionnement de ces injecteurs et de pouvoir eventueUement effectuer un réglage en commun desdits injecteurs, les dispositions suivantes peuvent être envisagées :
• suppression éventueUe des clapets tarés 24 individuels,
• coUecte dans une galerie de retour commune des débits de décharge de l'ensemble des injecteurs du moteur,
• coUecte dans une galerie de contrôle commune des débits de contrôle et de commande de l'ensemble des injecteurs du moteur, cette galerie pouvant être confondue à la précédente,
• réglage de la pression dans la galerie de retour commune par un clapet de retour à tarage réglable ou à tarage fixe, ce réglage permettant de modifier la pression d'ouverture des injecteurs.
• réglage de la pression dans la galerie de contrôle commune par un clapet de contrôle à tarage réglable ou à tarage fixe, ce réglage permettant de modifier la dynamique d'ouverture des vannes de décharge 22. Dans le cas de la pré-injection, ce réglage agit particulièrement sur le dosage de la quantité pré-injectée. Le mode de réglage peut être soit indépendant, soit couplé suivant la méthode de raccordement. Les figures 11 à 15 iUustrent cinq variantes de reahsation permettant de contrôler de manière commune tous les injecteurs d'un même moteur.
Dans la figure 11, les canahsations retour 8 basse pression sont rehées entre eUes à une galerie de retour commune 32 comportant un clapet de retour 33 permettant la pressurisation des canahsations 8 et de ce fait le réglage de la pression d'ouverture des aiguiUes d'injecteur 5. Dans ce cas, le réglage commun et externe de la contrepression appliquée aux dispositifs de contrôle 20 n'est pas prévu.
La configuration de la figure 12 est simUaire à ceUe de la figure 11 à la seule différence que le clapet taré 24 a été supprimé pour éviter tout écart de comportement des clapets tarés 24 individuels.
Dans la figure 13, les dispositifs de contrôle 20 ne comportent pas de clapet taré 24 et sont reUés entre eux. à la sortie des électrovannes commandées 25, à une galerie de contrôle commune 34. Cette galerie de contrôle commune 34 est rehée à la galerie de retour commune 32 par un clapet de contrôle 35 permettant la pressurisation des dispositifs de contrôle 20 ainsi que le réglage du dosage de la pré-injection. Dans ce cas, le réglage commun et externe de la pression d'ouverture des aiguiUes d'injecteur n'est pas prévu.
Dans la figure 14, les galeries de contrôle commune 34 et de retour 32 sont séparées et chacune rehée à son clapet 35 et 33. Il est donc possible de régler de manière commune et externe la pression des dispositifs de contrôle 20. la pression d'ouverture des aiguiUes d'injecteur 5 ainsi que le dosage de la pré-injection.
La configuration de la figure 15 est simUaire à ceUe de la figure 13 à la seule différence que la galerie de retour commune 32 est complétée par son clapet de retour 33. Il est donc possible de régler de manière commune et externe la pression des dispositifs de contrôle 20 en modulant la différence de pression entre les galeries de contrôle 34 et de retour 32. la pression d'ouverture des aiguilles d'injecteur 5 ainsi que le dosage de la préinjection.
Bien entendu, ces différentes configurations de galeries de retour 32 et de contrôle 34 communes à l'ensemble des injecteurs, pressurisées ensemble ou séparément, peuvent être conjuguées aux variantes de reahsation décrites en référence aux figures 1 à 10. Les figures 16 à 19 sont simUaires aux figures 2. 3, 4 et 6 et illustrent une forme de reahsation préférée d'un dispositif d'injection correspondant sensiblement à la figure 14 et simplifié par l'absence du piston agissant sur l'aiguUle d'injecteur. Le dispositif de contrôle 20 est totalement intégré dans un ensemble injecteur 40 contenant l'injecteur 4 et composé des pièces A à E. Les différences résident dans le fait que les circuits de retour et de contrôle sont séparés. La pièce C reçoit la canahsation retour 8 qui communique directement avec la cavité 13 du ressort de tarage 10 de l'aiguille d'injecteur 5 par l'orifice de décharge 27. Cette canahsation retour 8 est destinée à être rehée à la galerie de retour commune et extérieure 32. Dans la pièce D, la canahsation 36 est destinée à être rehée à la galerie de contrôle commune et extérieure 34. La pièce E est complétée par l'orifice de retard 31 et un conduit 37 mettant en communication cet orifice de retard 31 avec l'électrovanne commandée 25.
Dans cette reahsation, l'orifice cahbré 23 est également intégré à la vanne de décharge 22 (figure 19) et l'orifice de retard 31 est disposé coaxialement à cette vanne de décharge 22 et à son orifice cahbré 23. Le clapet taré 24 a été supprimé.
Le fonctionnement du dispositif d'injection, en référence aux figures 16 à 19. est décrit comme suit.
- Au repos, l'électrovanne 25 est ouverte et la vanne de décharge 22 est fermée sous l'effet de son ressort 22'. Aucun débit ne traverse l'ensemble injecteur 40. La pression résidueUe dans ce circuit est maintenue à un niveau requis par la galerie de contrôle commune 34 et son clapet de contrôle 35 non représenté.
- Au début du refoulement et après la fermeture des orifices de remphssage de la pompe 3. ceUe-ci délivre son débit au travers du clapet anti-retour 6. La pression croît dans la canahsation d'alimentation 7 ainsi que devant la vanne de décharge 22 et dans son orifice cahbré 23. Mais le débit est freiné par l'orifice de retard 31 qui engendre une augmentation de la pression dans la chambre 15 située autour de l'aiguiUe d'injecteur 5 de manière suffisante pour provoquer son ouverture et réaliser ainsi une pré- injection. - Lorsque le débit qui traverse l'orifice cahbré 23 et l'orifice de retard 31 est suffisant, la vanne de décharge 22 s'ouvre et laisse passer le débit dans le circuit de décharge paraUèle 21' vers la cavité 13 du ressort de tarage 10. Ce délestage entraîne une chute de pression dans la chambre 15 de l'aiguille d'injecteur 5 et une augmentation de la pression dans la cavité 13 qui pousse sur l'aiguiUe d'injecteur 5 pour la fermer et interrompre la préinjection. La pressurisation de la cavité 13 est assurée par l'orifice de décharge 27 et par la galerie de retour commune et extérieure 32 combinée à son clapet de retour 33 non représenté.
- Le début de l'injection est pUoté par le signal électrique sur le solénoïde 26 qui ferme l'électrovanne 25. La diminution du débit au travers de l'orifice cahbré 23 et de la vanne de décharge 22 combinée à l'effort fourni par le ressort 22' ferme progressivement la vanne de décharge 22. La pression de combustible apphquée à l'aiguUle d'injecteur 5 dans la chambre 15 croît, tandis que la pression de fermeture apphquée du coté du ressort de tarage 10 décroît, jusqu'à ce que l'aiguille d'injecteur 5 s'ouvre. L'injection débute dès cette ouverture.
- Lorsque l'injection est étabhe. la vanne de décharge 22 et l'électrovanne commandée 25 sont fermées. La totalité du débit fourni par la pompe d'injection 3 est acheminée vers l'aiguiUe d'injecteur 5 sans aucune restriction et génère des jets d'injection 11 avec toute la pression dont est capable le dispositif d'injection 1.
- La fin de l'injection est déclenchée quand le signal électrique sur le solénoïde 26 est interrompu. L'électrovanne 25 s'ouvre sous l'effet de son ressort 25'. La pression de fermeture sur la vanne de décharge 22 est brusquement réduite. Cette vanne s'ouvre alors rapidement. La pression dans le circuit d'injection décroit légèrement du fait du faible débit de décharge acheminé vers la galerie de contrôle commune 34. En paraUèle. la montée en pression du côté du ressort de tarage 10 sur l'aiguille d'injecteur 5 assure sa fermeture. L'aiguUle d'injecteur 5 se fermant, l'injection s'interrompt brusquement, avant que la chute de pression dans la canahsation d'alimentation 7 haute pression ne soit significative. Le débit, encore fourni par la pompe d'injection 3 traverse la vanne de décharge 22 pour s'évacuer dans les galeries de retour 32 et de contrôle 34. Les pressions de fermeture et d'ouverture, de part et d'autre de l'aiguUle d'injecteur 5 étant voisines, l'aiguUle reste fermée sous l'action de son ressort 10. La pression décroît progressivement par l'effet de la décharge au travers desdites galeries 32, 34.
- Lors de l'arrêt du refoulement de la pompe d'injection 3, provoqué par l'ouverture de ses orifices de décharge, la pression décroît fortement dans l'ensemble du dispositif d'injection 1. Dès que le débit traversant l'orifice cahbré 23 est suffisamment faible, la vanne de décharge 22 se ferme sous l'effet de son ressort 22'. La pression de fermeture assurant le maintien en position fermée de l'aiguUle d'injecteur 5 s'élimine progressivement. La pression résidueUe dans l'ensemble du circuit haute pression est alors contrôlée par le clapet de contrôle 35 (non représenté) prévu sur la galerie de contrôle commune 34 combiné eventueUement à l'action du clapet de contrôle 9 de la pompe d'injection 3.
Les figures 20 et 21 sont des vues simUaires aux figures 16 et 17. EUes Ulustrent uniquement les pièces C et D de l'ensemble injecteur 40 pour montrer une variante de reahsation dans laqueUe l'aiguUle d'injecteur 5 est fermée par l'action d'un piston 30. Ce piston 30 est logé et guidé dans une cavité 38 disposée coaxialement et juste au dessus de la cavité 13. Cette cavité 38 est surmontée d'une chambre de compression 39 recevant la partie supérieure du piston 30 et étant en communication avec le circuit de décharge paraUèle 21'. Ce piston 30 est maintenu en appui contre l'aiguUle d'injecteur 5 par un ressort 41. H comporte également un conduit intérieur remplaçant l'orifice de décharge 27 qui met en communication la chambre de compression 39 avec la canahsation retour 8. Dans cette reahsation. le fonctionnement est simUaire à celui de la reahsation précédente. La seule différence réside dans le fait que l'addition du piston 30 permet de réduire considérablement le volume à comprimer pour fermer l'aiguUle d'injecteur 5.
Une remarque est à faire au sujet des orifices 23, 27, 3 1 prévus dans les différentes variantes de reahsation décrites ci-dessus. Ces orifices peuvent être du type "capiUaire" pour lequel la perte de charge est proportionneUe au débit ou du type "gicleur" pour lequel la perte de charge croît proportionneUement au carré du débit. Il est alors possible de combiner ces différents types pour obtenir :
• quatre configurations possibles dans le cas d'un dispositif de contrôle comportant les orifices 23 et 27,
• huit configurations possibles dans le cas d'un dispositif de contrôle permettant la préinjection et comportant les orifices 23, 37 et 31.
Selon la combinaison utilisée, U est alors possible d'agir sur divers comportements du dispositif d'injection :
• en modulant la rapidité d'ouverture de l'aiguiUe d'injecteur en combinaison avec le choix du volume à comprimer pour la pousser.
• en faisant évoluer, en fonction du régime de rotation du moteur ou eventueUement de la quantité injectée, certaines caractéristiques comme par exemple le dosage de la préinjection.
Dans le cas d'utilisation de capiUaires, ceux-ci peuvent être réahsés par exemple par usinage d'une rainure soit hehcoïdale sur la partie cylindrique du guidage de la vanne, du clapet, du piston ou d'un pion ernmanché de force, soit en spirale sur une surface plane en contact avec une autre surface.
A présent, les diagrammes d'injection correspondant a différentes formes de reahsation du dispositif injecteur 1 sont décrits en référence aux figures 22 à 25.
Dans chaque diagramme sont représentées quatre courbes 3. à d correspondant de haut en bas à la levée de l'aiguUle d'injecteur 5 (courbe a), au débit de combustible injecté par les buses 12 dans la chambre de combustion d'un piston d'un moteur Diesel (courbe D). à la pression fournie par la pompe d'injection 3 (courbe C) et à la pression dans la canahsation 7 à l'entrée de l'injecteur 4 (courbe d). Ces courbes sont représentées en fonction du temps pour une fraction du cycle. La figure 22 représente le diagramme d'injection d'un dispositif d'injection classique et connu correspondant à l'art antérieur de l'invention. On observe nettement que la fin de l'injection est très peu performante ce qui est préjudiciable à la performance du moteur et aux émissions de fumées.
La figure 23 représente le diagramme d'injection du dispositif d'injection de la figure 1, dans lequel la commande de la fermeture de l'aiguUle d'injecteur 5 est réalisée par le dispositif de contrôle 20. On observe que la fin de l'injection est très nettement améhorée. Par contre, le début de l'injection reste brusque, ce qui peut générer des bruits de combustion.
La figure 24 représente le diagramme d'injection du dispositif d'injection de la figure 8, dans lequel l'aiguiUe d'injecteur 5 est commandée par le piston 30. On observe que la fin d'injection est encore améhorée. Cette solution est donc très satisfaisante pour la performance du moteur. Néanmoins, les bruits de combustion sont encore présents. La figure 25 représente le diagramme d'injection du dispositif d'injection de la figure 10, dans lequel est prévu l'orifice de retard 31 qui permet de réahser une pré-injection avant l'injection principale. Cette solution apporte au début de l'injection la correction nécessahe à l'atténuation du bruit de combustion. EUe regroupe par conséquent tous les avantages. H est entendu que le cycle de pré-injection peut être accolé à celui de l'injection principale en fonction de la synchronisation des commandes.
La présente invention s'étend à toutes modifications ou variantes évidentes pour un homme du métier découlant des différentes variantes décrites ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'injection ( 1) de combustible pour moteurs Diesel équipés d'une pompe d'injection (3) à débit puisé, ce dispositif comportant, par piston, au moins un injecteur (4) recevant une aiguiUe d'injecteur tarée (5) agencée pour injecter des jets de combustible ( 11) calibrés sous pression dans la chambre de combustion dudit piston, une canahsation d'alimentation (7) haute pression du combustible et une canahsation retour (8) basse pression du combustible, caractérisé en ce qu'U comporte un dispositif de contrôle (20) de l'ouverture et de la fermeture de ladite aiguiUe (5), ce dispositif comportant un circuit de décharge (21, 21') reliant la canahsation d'alimentation (7) et la canahsation retour (8) du combustible, ce circuit étant contrôlé par une électrovanne (25) et comportant, en amont de l'électrovanne (25), une vanne de décharge tarée (22) pourvue d'un orifice cahbré (23), cette vanne étant en communication à la fois avec ladite l'électrovanne (25) et un orifice de décharge (27) disposé sur la canahsation retour (8) et étant agencée pour assurer à la fois la progressivité du début d'injection et la rapidité de clôture de cette injection par déviation du flux de combustible non injecté vers ledit orifice de décharge (27) qui. en dépressurisant la canahsation d'alimentation (7), génère une pression de fermeture sur l'aiguUle d'injecteur (5).
2. Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (20) comporte un clapet taré (24) disposé en amont ou en aval de l'électrovanne (25). ce clapet étant agencé pour maintenir le dispositif d'injection ( 1 ) à un niveau requis de pression entre deux injections.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2. caractérisé en ce que le circuit de décharge (21. 21') est dissocié du circuit d'injection (7) haute pression du combustible pendant le cycle d'injection, la vanne de décharge (22) et l'électrovanne (25) étant fermées.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pression de fermeture est apphquée directement sur l'aiguUle d'injecteur (5).
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pression de fermeture est apphquée sur l'aiguUle d'injecteur (5) par l'intermédiaire d'un piston (30).
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (20) comporte un orifice de retard (31) disposé en aval de l'orifice cahbré (23) et agencé pour retarder l'ouverture de la vanne de décharge (22) de manière à provoquer l'ouverture momentanée de l'aiguUle d'injecteur (5) pour effectuer une pré-injection de combustible.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. caractérisé en ce que l'orifice cahbré (23) est intégré à la vanne de décharge (22).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. caractérisé en ce que les orifices, vanne, clapet et électrovanne (22 - 25. 27, 31) du dispositif de contrôle (20) sont intégrés partieUement ou totalement dans l'ensemble portant l'injecteur (4).
9. Dispositif d'injection (1) de combustible comportant plusieurs injecteurs pour un même moteur Diesel, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canahsations retour de combustible (8) de chaque injecteur (4) sont rehées entre eUes à une galerie de retour commune (32).
10. Dispositif selon la revendication 9. caractérisé en ce que la galerie de retour commune (32) est assujettie à un clapet de retour taré (33) agencé pour maintenir un n veau de pression requis dans lesdites canahsations retour (8) de chaque injecteur.
11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10. caractérisé en ce que les premiers circuits de décharge (21) sont reliés entre eux par une galerie de contrôle commune (34).
12. Dispositif selon la revendication 11. caractérisé en ce que la galerie de contrôle commune (34) est assujettie à un clapet de contrôle taré (35) agencé pour maintemr un niveau de pression requis dans lesdits circuits de décharge (21 ) de chaque injecteur.
13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la galerie de retour commune (32) et la galerie de contrôle commune (34) sont rehées entre eUes par un clapet de contrôle taré (35).
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