Brevet FR2698129A1 — publié le 19940520

Dispositif d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne " Etat de la technique L'invention concerne un dispositif d'injec- tion de carburant pour moteurs à combustion interne avec au moins une chambre de travail de la pompe délimitée par un piston de pompe dans un perçage d'un cylindre, qui peut être relié par une conduite à un injecteur et qui peut être alimenté en carburant à partir d'une chambre basse pression de carburant et qui peut être déchargée par l'intermédiaire d'une conduite de carburant présentant une vanne actionnée électriquement par un appareil de commande, dispositif dans lequel la quantité de carburant injectée par 1 ' injecteur et l'instant de l'injection peuvent être commandés par la vanne actionnée électriquement pendant la course de refoulement du piston de pompe de telle façon que la quantité injectée puisse être répartie en une quantité préinjectée et une quantité principalement injectée se succédant l'une l'autre et dans lequel est disposé sur l'injecteur un détecteur qui détecte le début de son injection et la fin de son injection et qui conduit en outre à l'appareil de commande commandant la vanne, appareil qui compare ce signal représentant une valeur réelle à une valeur de consigne provenant d'un champ caractéristique et en cas d'écart par rapport à celle-ci régle de façon nouvelle la commande du mouvement d'ouverture et de fermeture de la vanne actionnée électriquement. Dans le cas d'un tel dispositif d'injection de carburant connu par le document DE-OS 3 601 710 on utilise pour commander le début de l'injection et la quantité injectée une vanne commandée par u électro- aimant, qui est insérée dans une conduite de carburant menant de la chambre de travail de la pompe à une chambre basse pression Au moyen de la fermeture et de l'ouverture de cette vanne pendant la course de refoulement du piston de pompe on détermine l'instant et la durée du refoulement de la haute pression dans la chambre de travail de la pompe et de cette façon l'injection sur l'injecteur relié à cette chambre par l'intermédiaire d'une conduite d'injection Pour éviter une forte émission de bruit et de matières polluantes dans le cas des moteurs à combustion interne fonctionnant avec une pression d'injection élevée et ici avant tout dans le cas d'une injection directe dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne à alimenter, émission qui se produit par suite d'un retard à l'allumage au début de la combustion, la quantité d'injection est répartie en une quantité de préinjection et une quantité d'injection principale De cette manière au début de la combustion, c'est-à-dire lors de l'inflammation du mélange d'air et de carburant par l'air comprimé dans la chambre de combustion il n'y a d'abord qu'une faible quantité de carburant qui est injectée et préparée, et qui brûle alors avec un faible gradient de pression Pour cela l'électro- vanne se ferme dans le dispositif d'injection de carburant connu et s'ouvre ensuite à nouveau pour terminer la préinjection L'aiguille de l'électro-vanne ne s'ouvre dans ce cas que brièvement et pas complètement pour se fermer à nouveau pour l'injection principale Pour détecter de façon exacte le début de l'injection ou la fin de l'injection le dispositif connu d'injection de carburant présente sur ses soupapes d'injection des détecteurs qui détectent la course de l'aiguille de 1 ' injecteur et la transmettent à un appareil de commande. Dans ce cas on a avec le dispositif connu d'injection de carburant le problème que l'on ne peut pas commander de façon suffisamment précise la grandeur de la quantité préinjectée, l'écart entre la quantité préinjectée et la quantité principalement injectée, et la quantité principalement injectée, car on a des temps d'ouverture d'injecteurs différents du fait d'une dérive des constituants, des variations de température et des tolérances des carburants pour les mêmes temps de commande de l'électrovanne. Avantages de l'invention. La pompe d'injection de carburant selon l'invention est caractérisée par le fait que le détecteur constitué sous la forme d'un capteur de la course de l'aiguille transmet à l'appareil de commande le signal de l'ouverture ou de la fermeture de l'aiguille d'injection seulement après qu'une valeur limite déterminée a été dépassée ou sous- dépassée à partir du début du mouvement de l'aiguille d'injection dans le sens de l'ouverture et dans le sens de la fermeture. La pompe d'injection de carburant a l'avantage, par rapport à celle de l'état de la technique évoquée ci-dessus, que le détecteur sur l'injecteur transmet un mouvement d'ouverture ou un mouvement de fermeture de l'aiguille d'injection à l'appareil électrique de commande seulement quand ce processus a effectivement commencé, c'est-à- dire quand on injecte du carburant dans la chambre de combustion du moteur a combustion interne à alimenter ou quand l'injecteur se ferme, un mouvement de carburant pouvant alors être pris en considération par la valeur limite En outre cette valeur limite a pour conséquence un certain lissage des résultats de mesure du détecteur, de telle sorte que des imprécisions de mesure et des défauts, par exemple à la suite d'une ouverture involontaire répétée de l'aiguille d'injection par suite d'un hystérésis élastique lors de la fermeture rapide peuvent être corrigées par l'appareil de commande Dans ce cas il est possible d'une manière avantageuse de détecter de façon sûre aussi bien le début de la course opérationnelle d'ouverture de l'aiguille d'injection que le début de la course opérationnelle de fermeture de celle-ci et d'obtenir ainsi au moyen de la durée d'ouverture de l'injecteur se trouvant entre le début et la fin du temps d'ouverture de l'aiguille d'injection une corrélation sûre avec la quantité de carburant injecte et de prendre en considération celle-ci lors de la mesure exacte de la quantité d'injection Dans ce cas il est avantageux de détecter en plus de la course d'ouverture de l'aiguille d'injection aussi des diamètres du moteur à combustion interne tournant, tel que sa vitesse de rotation, la charge et la température et de cette façon de pouvoir réaliser une commande d'injection optimale D'autres avantages et d'autres configurations avantageuses da l'objet de l'invention vont ressortir de la description et des dessins qui suivent et être obtenus grâce au fait que: -la durée d'injection déterminée par le temps qui s'écoule entre le signal pour le mouvement de la course d'ouverture et le signal pour le mouvement de la course de fermeture de l'aiguille d'injection de l'injecteur est utilisé, sur l'injecteur dans l'appareil de commande comme grandeur de mesure à retraiter pour la quantité de carburant injectée; la valeur limite atteinte en s'adaptant aux conditions respectives de fonctionnement lors de la préinjection environ 50 % de hi max et lors de l'injection principale environ 5 à 20 % de h 2 max du mouvement de 1 'aiguille d'injection dans le sens de l'ouverture ou dans le sens de la fermeture; on prévoit respectivement pour la préinjection et pour l'injection principale différents repères de valeurs limites et que l'on détecte aussi bien le début de la course d'ouverture de l'aiguille d'injection que le début de la course de fermeture; la vanne actionnée électriquement est constituée par une électro-vanne; dans l'appareil de commande sont déposées des durées d'ouverture des injecteurs exprimés en degrés d'angles de came, qui correspondent à des quantités d'injection déterminées par la vitesse de rotation et sont choisis de façon correspondante aux paramètres de fonctionnement; une sonde de température est intégrée dans le système de carburant, dont les valeurs mesurées sont également retraitées dans l'appareil de commande et sont prises en considération lors de la commande de l'électro-vanne; la pompe d'injection de carburant est réalisée sous la forme d'une pompe à distribution avec un piston de pompe qui tourne et, en même temps, va- et-vient; la pompe d'injection de carburant est réalisée sous la forme d'une pompe à distributeur avec un piston de pompe disposé de façon radiale et un distributeur tournant. Dessins. On a représenté sur les dessins un exemple de réalisation de l'invention et on va l'expliquer plus en détail dans la description qui va suivre. La figure 1 montre une représentation schématique du dispositif d'injection de carburant selon l'invention et Les figures 2 à 4 des chronogrammes, 1 commande de l'électro-aimant étant représentée à la figure 2 en fonction du temps ou de 1 'angle de came en degrés, la course du corps de l'électro-vanne étant représenté en fonction du temps à la figure 3 et à la figure 4 la course de l'aiguille d'injection en fonction du temps. Description de l'exemple de réalisation. Dans le cas du dispositif d'injection de carburant représenté schématiquement à la figure 1, on prévoit un perçage 3 dans un boîtier de pompe formant un cylindre, perçage dans lequel un piston de pompe 5 enferme une chambre de travail de pompe 7 Le piston de pompe 5 est entraîné par l'intermédiaire d'un disque à cames 9, qui tourne sur une bague à galets représentée tournée à 90 , par des moyens non davantage représentés de façon synchrone par rapport à al vitesse de rotation du moteur à combustion interne et exécute lors de son mouvement de course un mouvement de pompe de va-et-vient avec une course d'aspiration et une course de refoulement. L'alimentation en carburant de la chambre de travail de la pompe 7 a lieu au moyen d'un canal de carburant 13, qui part d'une chambre de travail de pompe 15 à basse pression de carburant Cette chambre d'aspiration 15 est alimentée en carburant au moyen d'une pompe de refoulement de carburant 17 à partir d'un réservoir de carburant 19, la pression dans la chambre d'aspiration de la pompe 15 étant réglée à l'aide d'une soupape de commande de la pression 21 qui est montée en parallèle à la pompe de refoulement de carburant 17. Dans le canal de carburant 13 on insère une vanne 23 qui peut être actionnée électriquement, qui par exemple peut être une électro- vanne, en tant que dispositif de dosage de la quantité de carburant qui ouvre et ferme la liaison existant entre la chambre de travail de la pompe 7 et la chambre d'aspiration de la pompe 15 et commande de cette façon la quantité de carburant amenée à la chambre de travail de la pompe 7 pendant la course d'aspiration du piston de pompe 5 et commande la quantité refoulée à haute-pression pendant la course de refoulement. Un trou borgne 25 disposé dans le piston de pompe 5 part en outre de la chambre de travail de la pompe 7, trou borgne 25 à partir duquel un perçage radial 27 mène à l'extérieur Dans ce cas le perçage radial 27 débouche dans une rainure de distributeur non représentée plus en détail s'étendant en long par rapport à l'axe du piston de pompe, rainure à travers laquelle lors de la rotation du piston de pompe 5 pendant la course de roulement des conduites de refoulement sont reliées les unes après les autres à la chambre de travail de la pompe 7 Ces conduites de refoulement sont réparties sur le pourtour du perçage 3 en fonction du nombre des cylindres du moteur à combustion interne à alimenter, perçage contenant respectivement une soupape de décharge 31 constituée sous la forme d'un clapet de non-retour et sont reliées respectivement à un injecteur 33 La commande du refoulement à haute pression dans la chambre de travail de la pompe 7 pendant la course de refoulement du piston de pompe 5 a lieu de manière connue au moyen de l'électro-vanne 23, tandis que par sa fermeture la haute pression de carburant qui est nécessaire pour l'injection s'établit dans la chambre de travail de la pompe 7 qui ouvre lors de la poursuite de la course du piston la soupape de décharge 31 et qui quand la pression d'injection est atteinte soulève de son siège 1.0 une aiguille d'injection connue non représentée plus en détail, de telle sorte que le carburant arrive à l'injecteur 33 pour l'injection L'injection se termine dans l'exemple de réalisation par l'ouverture renouvelée de l'électro-vanne 23, le carburant qui se trouve sous haute pression s'écoule à partir de la chambre de travail de la pompe 7 par l'intermédiaire du canal de carburant 13 dans la chambre d'aspiration de la pompe 15 Par suite de la brusque chute de pression dans la chambre de pression de la pompe 7 l'injecteur 33 se ferme aussi et pour pouvoir obtenir une pression stable déterminée dans la conduite de refoulement 29 La soupape de décharge 31 se ferme aussi, soupape qui en outre augmente le volume compris entre elle et l'injecteur 33 et soutient le processus de fermeture sur l'injecteur 33 grâce à cette détente de la pression, c'est-à-dire le repos de l'aiguille d'injection sur son siège. Pour modifier le début de l'injection on prévoit en outre un piston 35 de régulation de l'injection, piston qui est accouplé à la bague à galets 11 et peut être réglé à l'encontre de la force d'un ressort 37 Le piston de régulation de l'injection 35 délimite dans ce cas une chambre de pression 39, qui est reliée par l'intermédiaire d'un étranglement 41 à la chambre d'aspiration de la pompe et de cette façon est sollicitée par la pression en fonction de la vitesse de rotation régnant dans la chambre d'aspiration de la pompe 15, conformément à cette pression fonction de la vitesse de rotation l'instant de l'injection est réglé sur l'avance à l'aide du piston de régulation de 1 'injection 35 en faisant tourner la bague à galets 11 avec une vitesse de rotation croissante Pour influencer le temps de la régulation de l'injection la chambre de pression 39 est reliée en outre par l'intermédiaire d'une deuxième électro-vanne 43 au côté aspiration de la pompe de refoulement 17 et peut être déchargée à l'aide de cette électro-vanne 43 La commande du début de l'injection peut toutefois aussi être réalisée toute seule par la commande de l'électro-vanne 23, en déterminant par celle-ci par son état de fermeture le temps du refoulement du carburant à haute pression et par son processus d'ouverture ou de fermeture le début de l'injection et la fin de l'injection Pour une commande exacte de l'injection à haute précision, qui peut être répartie pour des raisons tenant aux techniques de combustion par une ouverture et une fermeture renouvelée de l'électro-vanne 23 pendant la phase de refoulement à haute pression, en une quantité de préinjection et une quantité d'injection principale, il est nécessaire de commander l'électro- vanne 23 en fonction des paramètres actuels de fonctionnement du moteur à combustion interne et de la pompe d'injection Pour cela l'électro-vanne 23 est commandée par un appareil de commande 51, qui est relié à différents détecteurs C'est ainsi qu'à l'appareil de commande 51 est transmise la température du carburant par l'intermédiaire d'un capteur de température 53 dans une conduite de commande 55, la position actuelle de la levée de came et la position de réglage de l'injection par l'intermédiaire d'un détecteur angulaire 57, qui coopère avec une roue angulaire 59 sur la bague à galets 11 et par l'intermédiaire d'un détecteur du commerce de levée de came 61 l'instant effectif d'ouverture ou de fermeture de l'injecteur 33 En outre par l'intermédiaire de détecteurs sur le moteur à combustion interne on amène à l'appareil de commande 51 sa vitesse de rotation actuelle (n), la position de point mort haut (OT) des différents cylindres et la position momentanée de la pédale d'accélérateur (charge, PL) Dans l'appareil de commande 51 on compare des données recueillies à un champ caractéristique introduit auparavant, auquel est associé pour chaque point de fonctionnement du moteur à combustion interne un instant déterminé d'ouverture et de fermeture de l'injecteur 33 et de cette façon une durée d'injection exactement prédéfinie La commande de l'électro-vanne 23 a lieu, au moyen de l'appareil de commande 51, alors en fonction des valeurs prédéfinies pour les points de fonctionnement existants, un contrôle direct des durées d'injection souhaitées étant possible au moyen de l'enregistrement de la course de l'aiguille de l'injecteur 33, durées qui peuvent être corrigées immédiatement si elles s'écartent de la valeur exigée. Les durées d'ouverture des injecteurs sont dans ce cas mises dans l'appareil de commande 51 sous forme de degrés d'angle de came, degrés qui sont associés en fonction de la vitesse de rotation à des quantités déterminées d'injection et sont choisis en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne, les angles de came étant détectés et contrôlés au moyen d'un détecteur temps-angle incrémental incorporé (IWZ). Sur les chronogrammes représentés aux il figures 2 à 4 on a représenté plus en détail la commande du déroulement de l'injection sur l'injecteur La figure 2 montre la commande électrique (U/Volt) de l'électro-vanne 23 en fonction du temps (t/sec) ou du mouvement de rotation du piston de pompe (angle de came en degrés) De façon analogue on a représenté à la figure 3 le déroulement parallèle à cela de la course du corps de soupape (hv) de l'électro-aimant 23 et sur la figure 4 à son tour parallèlement aux précédents le déroulement de la course de l'aiguille d'injection (hd), donc du processus effectif d'injection Dans ce cas on commande d'abord l'électro-vanne 23 au début de la préinjection Au bout d'un certain temps, le corps de l'électro-vanne 23 se ferme, ensuite avec un autre délai l'injecteur 33 s'ouvre grâce au soulèvement de l'aiguille d'injection et la quantité de carburant de préinjection arrive à l'injection Au cours du déroulement suivant l'électro-vanne 33 est pour un temps bref sans courant, le corps de soupape ne s'ouvre pas toutefois complètement du fait de l'inertie, la section transversale étranglée sur l'électro-vanne 23 suffit cependant pour que le carburant sous haute pression se détende dans la chambre de travail de la pompe 7 assez pour que la pression tombe en-dessous de la pression d'injection nécessaire et pour que l'injecteur 33 active l'injection et se ferme Lors de la commande répétée de l'électro- vanne 23 celle-ci se ferme à nouveau complètement et l'injection se poussant par l'injection de la quantité principale sur l'injecteur, jusqu'à ce qu'on arrive à la fin de l'injection principale à la commande de l'électro-vanne 23 et en conséquence avec un certain retard dû à l'inertie à la fermeture de l'injecteur, c'est- à-dire au repos de l'aiguille d'injection Pour obtenir une information plus sûre sur la grandeur exacte de la quantité de préinjection et sur la quantité d'injection principale, pour la comparaison de la valeur réelle et de la valeur de consigne de la course de l'aiguille d'injection, dans l'appareil de commande 51, on déclenche le signal respectif; comme représenté à la figure 4, seulement lors du dépassement d'une valeur limite déterminée de la course de l'aiguille d'injection De cette façon on obtient pour la durée enregistrée de la préinjection (A) le temps à partir du dépassement de la première valeur de seuil hll caractérisant le début de l'injection et allant jusqu'au dépassement d'une deuxième valeur de seuil h 12 caractérisant la fin de la préinjection, l'écart entre le début de la quantité de préinjection et de la quantité d'injection principale (B) par le dépassement de la valeur de seuil hll jusqu'au dépassement de la valeur de seuil h 21 enregistrant le début de l'injection principale et la quantité d'injection principale résulte du temps compris entre le dépassement de la valeur de seuil h 21 et la valeur de seuil h 22 caractérisant la fin de l'injection Dans ce cas il y a lieu de noter que les valeurs de seuil sont dépassées par en bas pour celles qui caractérisent le début des injections, par en haut pour celles qui caractérisent la fin des injections, c'est-à-dire qu'elles sont dépassées à partir d'une valeur maximale de telle façon que les signaux transmis à l'appareil de commande 51 par le détecteur de l'aiguille d'injection doivent être exactement affectés. Les valeurs de seuil sont fixés en tant que seuils relatifs à hi max dans le cas de la préinjection et à h 2 max dans le cas de l'injection principale Les grandeurs des seuils se situent à environ 50 % dans le cas de hi max et à 5 à 20 % dans le cas de h 2 max. Dans ce cas les grandeurs d'injection a finalement 'détecter et régler en plus des instants de l'injection sont: la grandeur de la quantité de préinjec- tion, qui est caractérisée par la durée A du temps d'ouverture de l'aiguille d'injection pendant la préinjection, l'écart entre la préinjection et l'injec- tion principale qui est caractérisé par la durée B et la grandeur de l'injection principale, qui est caractérisée par la durée 1 du temps d'ouverture de l'aiguille d'injection pendant l'injection principale. Il est ainsi possible avec le dispositif d'injection de carburant selon l'invention de commander de façon optimale le processus d'injection et de contrôler la quantité effectivement injectée au moyen de la durée effective d'injection sur l'injecteur, de la comparer à une valeur de consigne et de la corriger de telle sorte que la grandeur de la quantité de préinjection et la quantité d'injection principale ainsi que leur écart correspondent toujours aux valeurs de consigne Dans ce cas la possibilité de commande qui a été décrite ne se limite pas seulement à l'ensemble de pompes d'injection du type des pompes à distributeur, mais peut aussi être utilisée sur des injecteurs de pompe à électro-aimants et sur des pompes raccordables. R E V E N D I C A T I O N S 1) Dispositif d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne avec au moins une chambre de travail de la pompe ( 7) délimitée par un piston de pompe ( 5) dans un perçage ( 3) d'un cylindre ( 1), qui peut être relié par une conduite ( 29) à une injecteur ( 33) et qui peut être alimenté en carburant à partir d'une chambre basse pression de carburant ( 15) et qui peut être déchargé par l'intermédiaire d'une conduite de carburant ( 13), présentant une vanne ( 23) actionnée électriquement par un appareil de commande ( 51), dispositif dans lequel la quantité de carburant injecte sur l'injecteur ( 33) et l'instant de l'injection peuvent être commandées par la vanne actionnée électriquement ( 23) pendant la course de refoulement du piston de pompe ( 5) de telle façon que la quantité injectée puisse être répartie en une quantité préinjectée et une quantité principalement injectée se succédant l'une l'autre et dans lequel est disposé sur l'injecteur ( 33) un détecteur ( 61), qui détecte le début de son injection et la fin de son injection et qui conduit en outre à l'appareil de commande ( 51) commandant l'électro-vanne ( 23), appareil qui compare ce signal représentant une valeur réelle à une valeur de consigne provenant d'un champ caractéristique et en cas d'écart par rapport à celle- ci règle de façon nouvelle la commande du mouvement d'ouverture et de fermeture de la vanne actionnée électriquement ( 23), dispositif caractérisé en ce que le détecteur ( 61) constitué sous la forme d'un capteur de la course de l'aiguille transmet à l'appareil de commande ( 51) le signal de l'ouverture ou de la fermeture de l'aiguille d'injection seulement après qu'une valeur limite déterminée a été dépassée ou sous-dépassée à partir du début du mouvement de l'aiguille d'injection dans le sens de l'ouverture et dans le sens de la fermeture. 2) Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée d'injection déterminée par le temps qui s'écoule entre le signal de mouvement de la course d'ouverture et le signal pour le mouvement de la course de fermeture de l'aiguille d'injection de l'injecteur ( 33) est utilisé sur l'injecteur dans l'appareil de commande ( 51) comme grandeur de mesure à retraiter pour la quantité de carburant injectée. 3) Dispositif d'injection de carburant selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la valeur limite atteint en s'adaptant aux conditions respectives de fonctionnement lors de la préinjection environ 50 % de hi max et lors de l'injection principale environ 5 à 20 % de h 2 max du mouvement de l'aiguille d'injection dans le sens de l'ouverture ou dans le sens de la fermeture. 4) Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on prévoit respectivement pour la préinjection et pour l'injection principale différents repères de valeurs limites et que l'on détecte aussi bien le début de la course d'ouverture de l'aiguille d'injection que le début de la course de fermeture. ) Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne actionnée électriquement ( 23) est constituée par un électrovanne. 6) Dispositif d'injection de carburant selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans l'appareil de commande ( 51) sont déposées des durées d'ouverture des injecteurs exprimés en degrés d'angles de cames, qui correspondent à des quantités d'injection déterminées par la vitesse de rotation et sont choisis de façon correspondante aux paramètres de fonctionnement. 7) Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une sonde de température ( 53) est intégrée dans le système de carburant, dont les valeurs mesurées sont également retraitées dans l'appareil de commande ( 51) et sont prises en considération lors de la commande de l'éle ctro-vanne ( 23). 8) Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe d'injection de carburant est réalisée sous la forme d'une pompe à distributeur avec une position de pompe ( 5) qui tourne et en même temps va-et-vient. 9) Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe d'injection de carburant est réalisée sous la forme d'une pompe à distributeur avec un piston de pompe disposé de façon radiale et un distributeur tournant.