Brevet FR2605055A1 — publié le 19880415

i L'invention concerne un procédé d'injection di- recte de carburant pour un moteur diesel, selon lequel une quan- tité prédéterminée de carburantestintroduite parun injecteur dans une chambre de combustion, sous la forme de deux quanti- tés d'injection décalées l'une par rapport à l'autre et constituant une quantité d'injection préalable et une quantité d'injection prin- cipale,pendant la phase de compression, à des distances diffé- rentes du point mort haut, l'injection préalable s'effectuant pendant le dernier sixième de la phase de compression avec une quantité d'injection préalable faible par rapport à la quanti- té d'injection principale, et l'injection principale commen- çant ensuite à un faible intervalle de la fin de l'injection préalable. Le brevet US 23 56 627 décrit un tel procédé, selon lequel une quantité de carburant prédéterminée est in- troduite dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne en étant subdivisé en une injection préalable et une injection principale. De façon détaillée, le début de l'injec- tion préalable intervient environ 14 avant le point mort haut d'allumage et dure jusqu'à environ 10 avant le point mort haut. Après une pause correspondant à un d'angle d'environ 9 - du vilebrequin, l'injection principale commence finalement environ 1 avant le point mort haut. En ce qui concerne le rapport de la quantité d'injection préalable à la quantité d'in- jection principale on indique simplement, dans le document men- tionné, que la quantité d'injection préalable peut être aussi bien inférieure, égale ou supérieure à la quantité d'injec- tion principale. Dans le cas du procédé selon le brevet US 23 56 827 il est en outre prévu de choisir la quantité d'injec- tion préalable et l'intervalle entre la fin de l'injection préa- lable et le début de l'injection principale de manière que le jet d'injection principale dans la chambre de combustion ren- contre encore une flamme nue produite par la quantité d'injec- tion préalable, qui vient d'être précisément transforméeen énergie. Ce type d'injection de carburant réduit le gradient de pression lors de la combustion de la quantité d'injection principale et par conséquent également le bruit de combustion, mais il apparait très facilement, en raison de la présence des flammes nues dans la chambre de combustion, un craquage de molécules individuelles de carburant introduites avec la quantité d'in- jection principale. De ce fait on obtient une émission accrue de suie de sorte qu'il apparaît un degré de noircissement prédéter- miné de façon fixe, déjà pour une pression moyenne effective relativement faible, ce qui se produit en définitive aux dépens de la puissance du moteur à combustion interne. Les inconvénients mentionnés plus haut apparais- sent de façon accrue dans des plages supérieures de la vitesse de rotation, lorsque l'on conserve les repères angulaires men- tionnés plus haut pour l'injection préalable et l'injection principale, car, lorsque la vitesse de rotation augmente, l'in- tervalle de temps disponible pour la formation du mélange dimi- nue de sorte que la combustion notamment de la quantité d'in- jection principale est très fortement décalée dans la phase de détente, ce qui conduit à des pertes élevées de rendement et par conséquent à une consommation spécifique accrue du car- burant. C'est pourquoi l'invention a pour but de créer un procédé d'injection de carburant à l'aide duquel on puisse obtenir un faible retard à l'allumage et un accroissement de l'énergie de formation du mélange tout en respectant une con- sommation spécifique aussi faible que possible de carburant. Selon un premier aspect de l'invention, ce pro- blème est résolu grâce au fait que le début de l'injection préa- lable intervient, pour la vitesse de rotation de ralenti, dans la plage de 10 -16 de l'angle du vilebrequin et, dans le cas de la vitesse de rotation nominale, dans la plage de 20 - de l'angle du vilebrequin avant le point mort haut, que le début de l'injection principale intervient, pour la vites- se de rotation de ralenti, dans la plage de 2 de l'angle du vilebrequin après le point mort haut et, pour la vitesse de rotation nominale, dans la plage de 15 de l'angle du vilebre- quin avant le point mort haut, que l'intervalle se situe, pour la vitesse de rotation de ralenti, dans la plage de 3 à14 de l'angle du vilebrequin et, pour la vitesse de rotation no- minale, dans la plage de 3 à 26 de l'angle du vilebrequin, et que la quantité d'injection préalable est égale, lors du ralenti, à environ 10 %20 % et, sous pleine charge, à environ 1 %-5 % de la quantité de carburant respectivement prédéter- minée. Selon un second aspect de la présente invention, ce problème est résolu grâce au fait que, à la vitesse de ro- tation de ralenti, l'injection de carburant s'effectue exclusivement au moyen d'une injection principale qui com- mence dans la plage de 2 de l'angle du vilebrequin après le point mort haut, que juste au-dessus de la vitesse de rotation de ralenti, la quantité de carburant est introduite dans la chambre de combustion au moyen d'une injection préalable et d'une injection principale, le début de l'injection préalable intervenant, dans cette gamme de vitesses de rotation, dans la plage de 10 -16 de l'angle du vilebrequin et, pour la vi- tesse de rotation nominale, dans la plage de 20 -30 de l'an- gle du vilebrequin avant le point mort haut, que le début de l'injection principale intervient, pour la vitesse de rotation nominale, dans la plage de 15 de l'angle du vilebrequin avant le point mort haut, que l'intervalle se situe, juste au-des- sus de la vitesse de rotation de ralenti, dans la plage de 3 à 14 de l'angle du vilebrequin et, pour la vitesse de rota- tion nominale, dans la plage de 3 à 26 de l'angle du vile- brequin, et que la quantité d'injection préalable est égale, juste audessus de la vitesse de ralenti, à environ 10 %-20 % et, à pleine charge, à environ 1 %-5 % de la quantité de car- burant respectivement prédéterminée. Etant donné que la quantité d'injection préala- ble est très faible et ne parvient que relativement tardive- ment dans la chambre de combustion, seul un surcroît de tra- vail extrêmement faible doit être assumé par le piston, ce qui permet d'obtenir une consommation spécifique favorable de car- burant du moteur à combustion interne. Un autre avantage d'une injection relativement tardive de la quantité d'injection préa- lable très faible réside dans le fait que ce carburant parvient dans la chambre de combustion à un instant, auquel une pres- sion élevée de compression est déjà présente. La quantité d'in- jection préalable s'enflame par conséquent de façon précoce et, en raison de sa faible valeur, brûle complète- ment en un bref intervalle de temps, de sorte que l'injection principale peut déjà intervenir au bout d'un faible inter- valle de temps après la fin de l'injection préalable. En outre il est avantageux qu'avant l'injection principale, il s'éta- blisse d'une part un niveau relativement élevé de température dans la chambre de combustion et d'autre part une vitesse ac- crue d'écoulement des gaz situés dans la chambre de combustion. Par conséquent après le début de l'injection principale, on obtient, par suite de la présence du niveau relativement élevé de température, une vaporisation rapide du carburant injecté et, en raison de la vitesse accrue d'écoulement, une bonne ho- mogénéisation du contenu du cylindre. Une vaporisation rapide du carburant et une bonne formation du mélange entraînent un bref retard à l'allumage, qui permet de réduire le taux de dé- gagement de chaleur au début de la combustion de la quantité d'injection principale, ce qui a pour effet qu'une quantité de chaleur moins importante peut être évacuée dans l'eau de refroidissement. La combustion complète du carburant est accé- lérée par des produits de réaction provenant de l'injection préalable de sorte que le déroulement de la combustion s'ef- fectue avec un taux relativement constant de dégagement de cha- leur. De ce fait on obtient, du point de vue des émissions de bruits de gaz d'échappement, les mêmes avantages que dans le casd'un mroteur à chambre de pré-cmbustion; cependant les avantages spéci- fiques de consommation, que présente le procédé d'injection directe, restent conservés. D'autre part le faible retard à l'allumage con- duit à ce que la pression régnant dans la chambre de combus- tion ne peut pas augmenter jusqu'à des valeurs élevées, ce qui entraîne que la température maximale dans la chambre de combus- tion et par conséquent la formation d'oxydes d'azote sont net- tement plus faibles que dans le cas du procédé classique d'in- jection directe. Enfin un autre avantage de l'injection d'une quantité d'injection préalable aussi faible que possible rési- de dans le fait qu'à l'instant du début de l'injection princi- pale dans la chambre de combustion il existe encore un apport relativement important d'air frais, de sorte que ceci ne con- duit pas à un accroissement notable de la formation de suie. Un effet également favorable sur l'émission de suie est obtenu par le fait que, conformément au procédé con- forme à l'invention, une transformation complète de la quantité d'injecticnpréalableenénergie est toujours garantie avant le début de l'injection principale, depuis une plage de faibles vites- ses de rotation jusqu'à la plage des vitessesde rotation no- minales En rapport avec un degré de noircissement prédéterminé de façon fixe, on obtient par conséquent une pression moyenne effective accrue et naturellement simultanément également une puissance accrue du moteur à combustion interne. Un décalage, qui dépend de la vitesse de rota- tion, du début de l'injection préalable et du début de l'in- jection principale conformément à la présente invention pré- sente l'avantage consistant en ce que la transformation de la =uantitéd'injectionprincipaleenénergies'effectue toujours à l'ins- tant optimal du point de vue du rendement du moteur à combus- tion interne. Etant donné que ce moteur diesel fonctionne tou- jours avec un important excès d'air dans la plage de la vites- se de ralenti et que par conséquent l'émission de substances nocives est relativement faible, il est également possible de se passer complètement de l'injection préalable dans cette gam- me de fonctionnement et d'introduire la quantité complète de carburant avec l'injection principale, qui commence environ 2 après le point mort haut, dans une chambre de combustion. Un autre avantage du procédé d'injection directe conforme à l'invention consiste en ce que le taux de compres- sion du moteur à combustion interne peut être réduit dans le sens de l'obtention d'une valeur optimale du rendement méca- nique et du rendement thermique, sans qu'il y ait à craindre un retard accru à l'allumage, avec les inconvénients qui y sont liés. Le procédé conforme à l'invention est représen- té sur le dessin sous la forme d'un diagrammelde variation de la section d'ouverture AD d'un injecteur en fonction de l'an- gle du vilebrequin. Sur l'axe 2 des abscisses, on a porté l'angle de rotation, en degrés, d'un vilebrequin de ce moteur à combus- tion interne et sur l'axe des ordonnées 3 on a porté la sec- tion transversale d'ouverture AD d'un injecteur à plusieurs orifices, utilisé pour l'injection dans la chambre de combus- tion, d'un dispositif injecteur de pompe commandé par l'inter- médiaire d'une unité de commande électronique. Le diagramme 1 représente la variation de la quantité d'injection de carbu- rant, le rectangle 4 représentant l'injection préalable et le rectangle 5 l'injection principale. Afin que, également, pen- dant l'injection préalable, seule une quantité de carburant aussi faible que possible puisse parvenir dans la chambre de combustion, seule une section transversale aussi faible que possible ADmin est libérée à cet instant au niveau de l'injec- teur, tandis que pendant l'injection principale, c'est l'ensem- ble de la section transversale d'ouverture ADmax qui est libéré. 0V désigne la position du début de l'injection préalable avant le point mort haut d'allumage, Dp l!intervalle entre la fin de l'injection préalable et le début de l'injection principale etoH la position du début de l'injection principale avant le point mort haut.Wv, p eto H dépendent de la vitesse de rota- tion du moteur à combustion interne. Par conséquent, pour la vitesse de rotation de ralenti, 0V intervient pour environ 10'- 16 de l'angle du vilebrequin et pH intervient pour environ -2 de l'angle du vilebrequin, c'est-à-dire que le début de l'injection principale se situe ici environ 2 après le point mort haut. Au contraire, pour la vitesse de rotation nominale, "V intervient pour un angle du vilebrequin d'environ 20 -30' et KH intervient pour un angle du vilebrequin d'environ 15 . H Dans les plages de vitesses de rotation entre le ralenti et la vitesse de rotation nominale, les différents instants d'injection sont adaptés de façon continue, à l'inté- rieur des limites indiquées précédemment, à la vitesse de ro- tation respective, c'est-à-dire que lorsque la vitesse de ro- tation du moteur à combustion interne diminue, le début de l'in- jection préalable se déplace en direction du point mort haut à partir d'un angle d'environ 20 -30 de l'angle du vilebre- quin avant le point mort haut pour la vitesse de rotation no- minale jusqu'à un angle du vilebrequin d'environ 10 -16 avant le point mort haut dans le cas de la vitesse de ralenti. De même le début de l'injection principale est avancé de façon continue lorsque la vitesse de rotation augmente et ce à par- tir d'un angle du vilebrequin d'environ 2 après le point mort haut, pour la vitesse de rotation du ralenti, jusqu'à un angle du vilebrequin d'environ 15 avant le point mort haut, pour la vitesse de rotation nominale. L'intervalle lable et le début de l'injection principale se situe, selon la charge instantanée du moteur à combustion interne, dans le cas de la vitesse de rotation de ralenti, dans la plage d'un angle du vilebrequin de 3 -14 et, dans le cas de la vitesse de rotation nominale, dans la plage d'angles du vilebrequin de 3 -26 , auquel cas la valeur la plus faible (3 ) est valable pour la gamme de la pleine charge et la valeur supé- rieure (14 ou 26 ) est valable pour la gamme de ralentis. Bien que p soit en partie relativement faible dans des plages supérieures de la vitesse de rotation, une trans- formation complète de l'ensemble de la quantité d'injection préalable est toujours garantie jusqu'au début de l'injection principale. Ceci est fondé sur le fait que, lorsque la vitesse de rotation augmente, la formation du mélange dans la chambre de combustion s'améliore, d'une part en raison de la vitesse d'écoulement de l'air frais aspiré, qui augmente lorsque la vitesse de rotation augmente, et-d'autre part en raison du ni- veau de température, qui augmente lorsque la vitesse de rota- tion augmente, dans la chambre de combustion du moteur à com- bustion interne. Les valeurs les plus favorables pour la quan- tité d'injection préalable en rapport avec une densité de car- burant de 0,84 g/cm3 sont comprises entre environ 0,5 mg de carburant/course et environ 15 mg de carburant/course dans le cas de cylindrées ducylindre comprises entre 300 cm3 et 5000 cm3. En rapport avec la quantité de carburant globale injectée lors de chaque course, la quantité d'injection préalable est com- prise entre environ 10 %-20 % au ralenti et 1 %-5 % à pleine charge. REVENDICATIONS 1. Procédé d'injection directe de carburant pour un moteur diesel, selon lequel une quantité prédéterminée de carburantest introduitepar uninjecteur dans une chambre de com- bustion, sous la forme de deux quantités d'injection décalées l'une par rapport à l'autre et constituant une quantité d'injection préa- lable et une quantité d'injection principale pendant la phase de compression, à des distances différentes du point mort haut, l'injection préalable s'effectuant pendant le dernier sixième de la phase de compression avec une quantité d'injection préa- lable faible par rapport à la quantité d'injection principale, et l'injection principale commençant ensuite à un faible in- tervalle (cap) de la fin de l'infection préalable, caractérisé en ce que le début (^V) de l'injection préalable intervient, pour la vi- tesse de rotation de ralenti, dans la plage de 10 -16 de l'an- gle du vilebrequin et, dans le cas de la vitesse de rotation nominale, dans la plage de 20'-30 de l'angle du vilebrequin avant le point mort haut, que le début ("H) de l'injection prin- cipale intervient, pour la vitesse de rotation de ralenti, dans la plage de 2 de l'angle du vilebrequin après le point mort haut et, pour la vitesse de rotation nominale, dans la plage de 15 de l'angle du vilebrequin avant le point mort haut, que l'intervalle ( lenti, dans la plage de 3 à 14 de l'angle du vilebrequin et, pour la vitesse de rotation nominale, dans la plage de 3 à 260 de l'angle du vilebrequin, et que la quantité d'injection préalable est égale, lors du ralenti, à environ 10 %-20 % et, sous pleine charge, à environ 1 %-5 % de la quantité de carbu- rant respectivement prédéterminée. 2. Procédé d'injection directe de carburant pour un moteur diesel, selon lequel une quantité prédéterminée de carburant est introduite parun injecteur dans une chambre de combustion, sous la forme de deux quantités d'injection déca- lées l'une par rapport à l'autre et constituant une quantité d'injection préalable et une quantité d'injection principale, pendant la phase de compression, à des distances différentes du point mort haut, l'injection préalalable s'effectuant pendant le dernier sixième de la phase de compression avec une quantité d'injec- tion préalable faible par rapport à la quan- tité d'ijection principale, et l'injection principale commençant ensuite à un faible intervalle ( injection principale qui commence dans la plage de 2 de l'an- gle du vilebrequin après le point mort haut, que juste au-des- sus de la vitesse de rotation de ralenti, la quantité de car- burant est introduite dans la chambre de combustion au moyen d'une injection préalable et d'une injection principale, le début de l'injection préalable intervenant, dans cette gamme de vitesses de rotation, dans la plage de 10 -16 de l'angle du vilebrequin et, pour la vitesse de rotation nominale, dans la plage de 20 -30 de l'angle du vilebrequin avant le point mort haut, que le début de l'injection principale intervient, pour la vitesse de rotation nominale, dans la plage de 15 de l'angle du vilebrequin avant le point mort haut, que l'inter- valle f0.! se situe, juste au-dessus de la vitesse de rota- tion de ralenti, dans la plage de 3 à 14 de l'angle du vile- brequin et, pour la vitesse de rotation nominale, dans la pla- ge de 3 à 26 de l'angle du vilebrequin, et que la quantité d'injection préalable est égale, juste au-dessus de la vitesse de ralenti, à environ 10 %-20 % et, à pleine charge, à environ 1 %-5 % de la quantité de carburant respectivement prédéter- minée. 3. Procédé d'injection directe de carburant s elon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour des vitesses de rotation se situant entre la vitesse de rotation de ralenti et la vitesse de rotation nominale, le dé- but de l'injection préalable et le début dé l'injection prin- cipale sont adaptés de façon continue, entre les limites prédé- terminées, à la vitesse de rotation effective. 4. Procédé d'injection directe de carburant se- lon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans des zones de charge entre le ralenti et la pleine charge, la quantité d'injection préalable est adaptée de façoan continue, à l'intérieur des limites prédéterminées, au point de charge effectif.