Brevet FR2471483A1 — publié le 19810619

La présente invention concerne un dispositif d'injection électronique pour moteur à combustion interne. A l'heure actuelle, la majorité des moteurs diesel de véhicu- les industriels sont équipés de dispositifs d'injection mécanique. Ces dispositifs font appel à une pompe mécanique à pistons provoquant ltouverture d'un injecteur à aiguille sous l'effet de 1' augmentation de pression. La fin de l'injeotion se produit lorsque la chute de pression permet à l'aiguille de ltinjecteur de revenir sur son siège sous l'effet d'un ressort de rappel prévu à cet effet. Ainsi, les instants de début et de fin dtinjection sont liés à l'établissement et à la disparition d'une pression dans un circuit hydraulique, et il faut également compter avec ltinter-action du res- sort assurant le rappel de l'aiguille d'injecteur. De tels dispositifs, dont la robustesse et la fiabilité sont bien connues, atteignent tout de même une limite lorsquDil s'agit de satisfaire les performances requises pouxr l'amélioration de la com- bustion. En effet, avec les pompes mécaniques, il est difficile de contr8ler avec précision les paramètres durée/pression d'injection. De mSme, le contrSle précis de l'instant de début deinjection et la régulation du débit injecté en fonction du régimes des condi- tions ambiantes, de l'état du moteur (température du fluide de re- froidissement, par exemple) deviennent très délicats avec les dispos sitifs classiques d'injection. C'est pour cela que la présente invention storiente vers un nouveau dispositif d'injection autorisant tous les contr8les d'in- jection que les systèmes classiques ne permettaient pas, ou ne per- mettaient qu'au prix de complications importantes. Il est d'ailleurs connu, en matière d'injection, de recourir à des dispositifs o le combustible est mis sous pression, et qui comportent un tiroir piloté hydrauliquement ou de façon électro- mécanique pour délivrer le combustible sous pression à un injecteur classique. Dans ces dispositifs, un seul tiroir piloté assure le con- tr8le des instants de début et de fin d'injection, et parfois aussi (par la durée d'ouverture) le contr8le du débit. Dans ces dispositifs connus, une centrale électronique prenant en compte les différents paramètres dont dépend l'injection alimente une électrovalve. C'est précisément là que réside l'écueil: il est très difficile, sinon impossibles de résoudre le problème des ins- tants de début et de fin dtinjection et celui du contr8le du débit avec un seul tiroirs du fait de la très grande précision à respecter dans un laps de temps très court. Il faut rappeler, en effet, que la durée de l'injection sur un moteur diesel de camion est de l'ordre de 1,3 millisecondes à plein régimes et de l'ordre de 3 millisecon- des au régime du couple maximum. A plein régime, le laps de temps séparant deux injections est de l'ordre de 50 millisecondes. La pré- cision exigée est inférieure au 1/10 de milliseconde, soit environ 1 degré sexagésimal d'angle de rotation du volant d'entra nement. L'objet de la présente invention réside essentiellement dans l'utilisation d'un système à double tiroir pour résoudre ce problème. L'idée de base réside dans l'utilisation: - d'un premier tiroir, pour piloter le début d'injection; - d'un deuxième tiroirs pour piloter la fin d'injection. L'injecteur utilisé est un injecteur classique. L'aiguille d' injecteur est soumise de part et dtautre à la même pression, générée par une pompe à haute pression. La haute pression est de l'ordre de 1000 bars. L'ouverture de la vanne doseuse fait chuter la pression en aval de l'aiguille d'injecteur pendant le temps voulu, ce qui dé- finit à la fois le calage du début d'injection et le contr8le du dé- bit. Dans le cadre de l'invention, on se propose d'utiliser en premier lieu une pompe hydraulique fournissant un débit relativement faible (de 0, 25 à 2 litres par minute) sous une très forte pression (de 1000 à 2000 bars). De telles pompes existent actuellement dans le commerce. Comme on l'a déjà signalé, la nouveauté de l'invention réside essentiellement dans l'utilisation du système de tiroirs. Il est difficile de piloter une électro-vanne de façon précise dans un dé- lai aussi court que 1,3 à 3 millisecondes, et d'assurer une préci- sion inférieure à 1/10 de milliseconde. En utilisant un système à deux tiroirs, on peut prévoir: - Un tiroir provoquant la décharge à l'arrière de l'injec- teur, en assurant ainsi sans autre considération le début de l'in- jection par déplacement de l'aiguille d'injecteur (pour ouvrir l'in- jecteur). - Un autre tiroir contrôlant sans autre considération la fer- meture de l'injecteur, et par conséquent le contr8le du débit injec- té, par déplacement de l'aiguille sous l'effet du rétablissement de la pression de part et d'autre de l'aiguille de l'injecteur. 3 - Le débit est donc réglé par le déphasage entre les mouve- ments des deux tiroirs. LtintérOt du dispositif suivant l'invention réside notamment 1 ) IDans le fait que le débit injecté ne passe pas par un tiroir de régulation. ) Dans le fait que l'ouverture et la fermeture de l'injec- teur par l'intermédiaire de l'aiguille s'effectuent par décompres- sion et re-compression d'un volume d'huile trèes-faible dans les ti- roirs, ce qui autorise une miniaturisation des électro-vannes (aveo, par exemple, des alésages de 4 millimètres de diamètre et des orifi- ces de purge de 1 millimètre de diamètre). 39) Dane le fait que les tiroirs et l'aiguille d'injecteur se passent de ressort de rappel, et que les problèmes de résonance inhérents aux systèmes ressorts-mases ne se posent pluse Par ailleurs, les tiroirs ne font pas daller-retour dans le temps imparti pour ltinjection, Ainsig le tiroir d'ouverture reste danu ea position d'ouverture lorsque le tiroir de fermeture oommande la fin d'injection0 Lors de l'ijection suivante, les tiroirs se dé- placent à nouveau l'un apreès l'autre, mais en sens inverse de leur précédent déplacement, en retrouvaat alors seulement leur position initiale. On ce trouve ainsi affranchi os délais de fonotionnement des électro-vannes. On oonstate quep d-no le dispositif oonforme à l'invention, le d6bit n'est réglé que par le déphasage entre les mouvements deo deux tiroirse Un seul ensemble à deux tiroirs est mis suocessivement en relation avec ohaque injecteur par un distributeur rotatif dans l'ordre d'allumage du moteur. Les tiroira sont actionnés par des électro-aimants, ou hy- drauliquement, à partir d'électro-vannes. L'alimentation en éleotrioité est assurée par une centrale électronique délivrant le courant de contr81e. Cette centrale reçoit les informations nécessaires à partir de oapteurs olassiques, à sa- voir: un capteur magnétique sur le volant du moteur pour le repéra- ge de la position du piston, un capteur de température du fluide de refroidissement, un capteur de température sensible à la température ambiante, un capteur de pression sensible à la pression atmosphéri- que ou à 1a prescion de refoulement du compresseur, et autres cap- teurs e 2471 4 83 Il existe à l'heure actuelle de telles centrales électroni- ques, et leur utilisation ne fait pas partie de l'invention. Le dispositif suivant l'invention peut, par exemple, Otre conforme aux dispositions suivantes: 1 ) On utilise les paramètres suivants, pour agir sur les réglages indiqués: Paramètres Actions - Température de l'air Réglage débit pompe - Pression atmosphérique, ou pression de " refoulement du compresseur - Vitesse de rotation du moteur Début d'injection - débit Repérage angulaire " " " - Fonction accélération Débit - avance 2 ) Il faut réaliser l'algorithme de fonctionnement qui per- met de déterminer l'état des sorties en fonction des entrées. 3 ) La partie microprocesseur, calculateur peut être réalisée sous ses aspects logiciel et matériel par tout homme de l'art. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, per- mettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. - Figure 1 est une vue latérale d'un moteur équipé du dispo- sitif d'injection électronique suivant l'invention. - Figure 2 est une vue en section transversale II-II (fig 3) du distributeur rotatif de ce dispositif. - Figure 3 est une vue en section longitudinale III-III (fig 2) de ce distributeur rotatif. - Figures 4 à 6 sont des vues en section longitudinale de la vanne à deux tiroirs du dispositif d'injection, illustrant les pha- ses successives du fonctionnement. - Figure 7 est une vue schématique du dispositif suivant 1' invention. On a représenté sur la figure 1 un moteur équipé du disposi- tif d'injection électronique suivant l'invention. Une pompe haute pression 1, capable d'élever la pression du gasoil à environ 1000 bars, est actionnée par le moteur, par exemple à partir d'un branchement au niveau de la plaque de distribution. Cette pompe 1 reçoit le gasoil par une canalisation 2 provenant du réservoir, par l'intermédiaire des filtres et des pompes d'amorçage habituels désignés globalement-par la référence 3. La pompe 1 ali- mente directement les injecteurs en série à l'aide d'une rampe 4. Lorsqutils ne sont pas commandés, les injecteurs ne débitent pas, car leur aiguille est alimentée en pression par sa face aval au moyen d'une canalisation 5. Les canalisations 5 proviennent d'un distributeur rotatif 6 visible plus particulièrement sur les figures 2 et 3. Le rotor 11 de ce distributeur est entraîné à une vitesse qui, dans le cas d'un moteur à quatre temps, est égale à la moitié de la vitesse du vilebrequin. L'ordre de raccordement des canalisa- tions 5 aboutissant aux injecteurs est le même que celui de leallu- mage. Comme on peut le voire un orifice 8 aménagé dans le rotor 11 alimente un canal axial 9 qui, par l'intermédiaire d'une gorge cir- culaire et d'une canalisation 7, relie le distributeur à la vanne à double tiroir 10. A l'approche du temps d'allumage d'un cylindre donné, le dis- tributeur rotatif 6 relie l'injecteur correspondant à une vanne à deux tiroirs du type de celle qui est reprsentée sur la figure 4. Tant que cette vanne reste fome, lestàdire tant que ses deux tiroirs 12 et 13 sont au reposy rien ne se trouve modifié. Au moment précis o ule injection doit se produire, le tiroir 12 se déplaoe vers la gauche (fig 5) souo l'effet deme pression hydraulique de commande en provenance dene électrovane pilotée par un caloula- teur électronique sur le fonctionnement duquel on reviendra plus loin. Dans sa nouvelle position le tiroir 12 met la canalisation 5 de l'injecteur correspondant à la vidange. Il s'ensuit2 en aval de l'aiguille d'injeotion correspondantes une chute de pression qui pro- voque le déplacement de l'aiguille et le début de l'injection. Lvinjection ainsi amorcée se poursuit jusqu'au moment oh le tiroir 13 se déplace vers la droite (fig 6) sous l'effet d'une pres- sion hydraulique délivrée par une éleotro-vanne pilotée par le cal- culateur électronique précité. Le déplacement du tiroir 13 rétablit la pression dans la canalisation 5 de lUinjecteur correspondant, si bien que la face aval de l'aiguille dvinjecteur se trouve soumise à une pression qui la rappelle en position de fermeture dûinjecteur: c'est la fin de l'injection. Les tiroirs 12 et 13 restent alors dans leur nouvelle posi- tion, pour ne reprendre leur position initiale quvaprès avoir com- mandé une autre injection pour un autre cylindreo Ainsi, ces tiroirs n'effectuent jamais un aller-retour pendant une seule injection, mais seulement un unique mouvement aller, ou un unique mouvement re- tour. Ceci autorise des fréquences rapides de fonctionnement, et une bonne précision. Le branchement du calculateur électronique dont il a été question plus haut est représenté sur la figure 7. Ce calculateur comporte quatre bornes d'entrée 15 à 18 qui sont reliées à des cap- teeurs classiques pour capter les différentes informations nécessai- res au fonctionnement. On prévoit ainsi: - une borne 15 reliée à un capteur de pression sensible à la pression atmosphérique ou à la pression de refoulement du compres- seur ou pompe haute pression 1; - une borne 16 reliée à un capteur de température sensible à la température de l'air; - une borne 17 reliée à un capteur de température sensible à la température du fluide de refroidissement; - une borne 18 reliée à un capteur sensible à un ordre du con- ducteur du véhicule. Le calculateur 14 Comporte en outre quatre bornes de sortie 19, 20, 21 et 22. Par l'intermédiaire des bornes 19 et 20, il peut alimenter en électricité les bobines de commandes 23 et 24 d'une micro-électro-vanne 25 qui commande l'alimentation en huile des vé- rins de commande 26 et 27 du tiroir 12. Par l'intermédiaire des bor- nes 21 et 22, le calculateur 14 peut alimenter en électricité les bobines de commande 28 et 29 d'une micro-électro-vanne 30 qui com- mande l'alimentation en huile des vérins de commande 31 et 32 di ti- roir 13. Ainsi, à partir des informations qu'il reçoit par l'intermé- diaire des bornes 15 à 18, et en fonction d'un algorithme de fonc- tionnement prédéterminé, le calculateur commande, pour chaque injec- tion, le début d'injection et la durée d'injection. On a déjà vu qutà chaque injection les tiroirs 12 et 13 ntef- fectuent, chacun, qu'une course aller ou qu'une course retour. Ain- si, lorsqu'une injection se produit au moyen de courants de comman- de envoyés par les bornes 19 et 21 dans les bobines 23 et 28 pour actionner les vérins 27 et 32 et déplacer l'un après l'autre les ti- roirs 12 et 13 dans le sens des flèches 33, l'injection suivante se produit à partir de courants de commande qui proviennent des bornes et 22 pour engendrer, par le même encha nement, un déplacement inverse des tiroirs 12 et 13. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combus- tion interne dans lequel le carburant est mis sous pression, par exemple à une pression d'environ 1000 bars, par une pompe hydrauli- que, et comportant des injeoteurs à aiguilles alimentés à partir di un distributeur et d'un système de tiroir d'alimentation, oaracté- risé en ce que, les injecteurs restant normalement fezmés par appli- cation de la haute pression dValimentation de part et d'autre de l aiguille, le dispositif comprend: - un premier tiroir capable, en passant dtune position extrè- me à l'autre, dteffectuer une interruption de pression avec mise à la vidange sur le c8té aval de l'aiguille, pour provoquer lVouvertu- re de l'injecteur eorrespondant et définir ainsi le début de l'in- jection; - un deuxième tiroir capable, en passant dune position extrg- me à ltautre@ de rétablir la pression Sur le c5té aval de ltaiguil- le, pour provoquer la fermeture de leinjeoteur correspondant et dé- finir ainsi la durée de l'injection, et le débit injecté $ les tiroirs restant9 en fin dinjecion9 dans les positions qu'ils viennent de prendre pour ne retrouvez leurs positions initiales quq à lissue de l injection suivanteQ 2. Dispositif dtinjection suivent la revendication 1, carac- térisé en ce que les tiroirs sont actionnés par lintermédiaire d' une commande hydraulique. 3. Dispositif d'injection suivant la revendication 1 carac- torsé en ce que les tiroirs sont actionnés par l'intermediaire d' une commande 6lectro=mécanique. 4. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des reven- dications précédentem, caractérisé par leabsence de tout ressort de rappel pour assurer les déplacements des tiroirs. 5. Dispositif d'injection suivant lzune quelconque des reven- dioations précédentes, caractérisé en ce que les ordres d8ouverture et de fermeture d'injecteur sont sous la dépendance dgun caloula- teur dont les paramètres dPentre représentent les conditions de fonctionnement on les ordres reças du condueteur, et dont les sor- ties sont définies a partir de ces entrées au moyen d8un algorithme convenable assurant le fonctionnement du calculateuro