Brevet FR2704600A1 — publié le 19941104

Al Installation d'injection de carburant pour moteur thermi- que " Etat de la technique: La présente invention concerne une installation d'injection de carburant pour des moteurs thermiques comprenant une pompe haute pression de carburant, reliée par une conduite d'alimentation en carburant à une chambre basse pression remplie de carburant et une conduite haute pression de carburant à une chambre d'accumulation de pres- sion, celle-ci étant reliée par les conduites d'injection aux différents injecteurs pénétrant dans la chambre de com- bustion du moteur thermique alimenté, le mouvement d'ouver- ture et de fermeture des injecteurs étant commandé respectivement par une soupape à commande électrique équi- pant les conduites d'injection. Dans de telles installations d'injection de carburant, connues selon le brevet EP O 307 947, servant à l'alimentation en carburant d'un moteur thermique, une pompe haute pression remplit en carburant, une chambre d'accumulation de pression par l'intermédiaire d'une con- duite haute pression Des conduites d'injection partent de cette chambre d'accumulation de pression vers les diffé- rents injecteurs débouchant dans la chambre de combustion du moteur alimenté, la chambre d'accumulation de pression étant maintenue à une certaine pression par une installa- tion de commande de pression; ainsi, la pression d'injec- tion reste fixée au niveau des injecteurs sur tout le champ des caractéristiques du moteur ainsi alimenté, indépendam- ment de la vitesse de rotation. Pour commander les durées d'injection et les quantités injectées pour chaque injecteur, les conduites d'injection comportent une électrovanne commandant l'ali- mentation en carburant à haute pression de l'injecteur par son ouverture et sa fermeture. Dans les installations connues, on rencontre alors l'inconvénient que la pression d'injection ne puisse être choisie de manière quelconque au niveau des injecteurs mais dépend de la pression régnant dans la chambre d'accu- mulation de pression. Pour arriver toutefois à une combus- tion optimale et pauvre en éléments nocifs, dans la chambre de combustion du moteur, pour chaque point de fonctionne- ment, pour arriver à une préparation aussi favorable que possible du carburant, il faut régler de manière variable non seulement l'instant de l'injection et sa durée mais également la pression d'injection en relation avec les pa- ramètres de fonctionnement du moteur L'installation d'injection connue ne satisfait pas aux exigences d'une pression d'injection choisie libre- ment au niveau de l'injecteur qui de plus doit pouvoir se régler pour des durées très petites, car la variation ré- glable de la pression doit se faire par le système d'accu- mulation de pression qui est fonctionnellement entaché d'une inertie très élevée et ne permet pas de varier rapi- dement la pression à cause de cette rigidité. Avantages de l'invention: La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une installation d'injection de carburant correspondant au-type défini ci- dessus, caractérisée en ce que les conduites d'injection sont reliées par une conduite de liaison commune à la cham- bre d'accumulation de pression commandée en outre par une soupape de liaison, une partie de la conduite de liaison entre la soupape de liaison et les conduites d'injection formant une chambre de pression commune d'o partent les conduites d'injection. Cette installation a l'avantage, grâce au mon- tage complémentaire d'une chambre de pression entre la chambre d'accumulation de pression et les conduites d'in- jection, chambre de pression qui peut se commander par rap- port à la chambre d'accumulation de pression, de permettre de régler librement la pression d'injection au niveau des injecteurs dans tout le champ des caractéristiques. La pression dans la chambre de pression qui correspond à la pression d'injection dans les conduites d'injection débou- chant dans cette chambre peut se commander de façon quel- conque par la commande de la durée d'ouverture de l'électrovanne en liaison avec la chambre d'accumulation de pression en fonction de la quantité à injecter. Par une commande appropriée de cette électrovanne de liaison, on peut ainsi augmenter avantageusement la pression d'injec- tion même en cours d'injection et mettre en forme le profil de l'injection. Pour éviter la chute de pression provoquée par la quantité de carburant injectée pendant l'injection à haute pression dans la chambre de pression fermée (collecteur) reliée en permanence à toutes les conduites d'injection, et qui est coupée de la chambre d'accumulation de pression pendant l'injection haute pression, on peut re- lier la chambre de pression à une installation d'accumula- tion formée avantageusement d'un piston accumulateur précontraint par le carburant contre une force de rappel pendant la phase de remplissage de la chambre de pression et dont le volume de remplissage de carburant diminue pen- dant la phase d'injection, du volume de la quantité injec- tée; la pression dans la chambre de pression est ainsi maintenue pratiquement constante et le travail d'injection est assuré par le piston accumulateur. Si l'installation - d'injection de carburant doit fonctionner à la pression d'injection maximale, la vanne de liaison est ouverte et le piston accumulateur reste dans l'installation contre sa bu- tée qui limite sa course d'accumulation maximale. De plus, la conception de la chambre de pres- sion dont le volume est beaucoup plus faible que celui de la chambre d'accumulation de pression permet d'avoir des durées d'alternance de pression, courtes, par le remplis- sage commandé par la soupape de liaison. La chambre de pression est avantageusement dimensionnée pour qu'à la fois le niveau de pression dans la chambre de pression reste constant pendant une injection par l'injecteur avec assis- tance de l'installation d'accumulation tout en permettant également une diminution rapide de la pression dans la chambre de pression pour l'opération d'injection. Cette diminution rapide de la pression peut être assistée par le montage avantageux d'une conduite de décharge supplémentaire entre la chambre de pression et une chambre basse pression, conduite dont l'ouverture est com- mandée par une électrovanne. Un autre avantage de l'installation d'injection de carburant selon l'invention est de pouvoir se combiner à des éléments d'installations d'injection connues, ce qui évite toute modification constructive des moteurs thermi- ques ainsi alimentés. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - - une conduite supplémentaire part de la chambre de pression pour déboucher dans la conduite de décharge al- lant à la chambre basse pression, cette conduite pouvant être commandée en ouverture et fermeture par une vanne qui est de préférence une soupape électromagnétique à 2/2 voies - la soupape de liaison et les vannes à commande électrique des conduites d'injection sont des électrovan- nes; - les injecteurs peuvent être reliés aux condui- tes de retour par les électrovannes, conduites qui comman- dent une liaison de décharge en pression entre les injecteurs et la chambre basse pression; - les soupapes électromagnétiques sont comman- dées par un dispositif de commande électronique qui traite comme grandeurs d'entrée le paramètre de fonctionnement du moteur thermique alimenté ainsi que la pression régnant dans la chambre d'accumulation de pression et dans la cham- bre de pression, commune ainsi que les quantités d'injec- tion; Dessins: Un exemple de réalisation d'une installation d'injection de carburant selon l'invention est représenté aux dessins et sera décrit ci-après. L'unique figure est une vue schématique de la structure de l'installation d'injection montrant le montage et la combinaison des différents composants, l'installation d'accumulation étant représentée par une coupe simplifiée. Description de l'exemple de réalisation: L'installation d'injection de carburant repré- sentée à la figure comprend une pompe haute pression 1 re- liée par une conduite d'alimentation en carburant 3 à une chambre basse pression 5 remplie de carburant et par une conduite haute pression 7 de carburant à une chambre d'ac- cumulation de pression 9. La pompe haute pression 1 peut être par exemple une pompe enfichable, monocycle ou une pompe série entraînée en synchronisme par un arbre à cames à partir du moteur à combustion interne. Là chambre d'accu- mulation de pression 9 comporte une conduite de décharge 19 équipée d'une soupape de pression 17 commandée, débouchant dans la chambre basse pression 5 en étant en outre reliée à une chambre de pression 13 par une conduite de liaison 11; les conduites d'injection 15 partent de la chambre de pres- sion 13 en étant reliées chaque fois à un injecteur 21 dé- bouchant dans la chambre de combustion du moteur associé; pour la commande de l'opération d'injection, les conduites d'injection sont chaque fois équipées d'une soupape élec- tromagnétique 23. La conduite de liaison 11 comporte une soupape de liaison 25 commandée électriquement, de préfé- rence une électrovanne permettant de commander la fermeture de la conduite de liaison 11 entre la chambre de pression 13 et la chambre d'accumulation de pression 9. Chacune des faces frontales de la chambre de pression 13 qui, dans l'exemple de réalisation est de forme tubulaire, est reliée à une installation d'accumulation 27; dans cet exemple de réalisation, chaque installation est constituée d'une douille 29 en forme de godet dont la face frontale ouverte reçoit de force une douille cylindri- que 31 munie d'un perçage cylindrique 33 dans lequel débou- che la chambre de pression 13. Le perçage cylindrique 33 guide axialement un piston accumulateur 35 dont la face frontale située du côté de la chambre de pression 13 déli- mite une chambre de travail 36 dans la douille de cylindre 31; son extrémité sortant du perçage cylindrique 33 com- porte une tête 37 en saillie dans la douille 29. Un ressort de rappel 39 s'appuie contre la face frontale de la tête 37 du piston accumulateur 35 contre la face opposée à celle de la douille cylindrique 31 et l'autre extrémité du ressort de rappel s'appuie contre le fond de la douille 29; en l'absence de pression, ce ressort maintient le piston accu- mulateur 35 de façon que sa tête 37 soit en appui contre la première butée 41 formée par la face frontale de la douille cylindrique 31. Ce ressort de rappel 39 est conçu pour que déjà pour une faible montée de la pression, il soit précon- traint dans la chambre de pression 13 et qu'il soit surcom- primé pour la pression maximale d'injection. La douille 29 en forme de godet comporte en outre un téton 43 en saillie vers l'intérieur à partir de son fond; la face frontale de ce téton constitue la seconde butée 45 limitant la course du piston accumulateur 35 dans le sens d'une augmentation de la chambre de travail 36 et sa position définit ainsi le volume maximum d'accumulateur. Comme ce volume maximum d'accumulateur présente une grande importance pour les ap- plications à différents systèmes d'injection, le téton 43 peut également être remplacé par un goujon vissé de l'exté- rieur dans le fond de la douille 29 et qui permet de régler par son vissage, la position de la seconde butée 45. Pour évacuer le carburant de fuite qui arrive dans la douille 29 par le piston accumulateur 35, il est prévu un perçage d'évacuation 47 dans le téton 43; ce perçage est relié par une conduite de retour non représentée à la chambre basse pression 5. Des conduites de retour 49 débouchent en outre dans la chambre basse pression 5; ces conduites partent chaque fois des soupapes électromagnétiques 23 et elles O20 peuvent être reliées par les soupapes 23 aux injecteurs 21 assurant à la fin de l'injection, une décharge rapide de la pression pour les injecteurs 21 dans les conduites de re- tour 49. Pour diminuer rapidement la pression dans la cham- bre de pression 13, cette chambre est reliée par une conduite supplémentaire 50 à la chambre basse pression 5; cette conduite de liaison 50 débouche dans cet exemple dans la conduite de décharge 19. La conduite de liaison 50 com- porte pour cela une vanne 51 réalisée de préférence par une soupape électromagnétique à 2/2 voies et dont l'ouverture commande l'instant et la durée de la décharge rapide en pression de la chambre de pression 13. Cette décharge ra- pide en pression de la chambre de pression-13 se fait ainsi d'une part lorsqu'il faut diminuer très rapidement la pres- sion régnant dans la chambre de pression 13 parce que l'on veut un changement rapide de charge pour passer la charge $ maximale au mode de fonctionnement de ralenti du moteur thermique ainsi alimenté, la soupape électromagnétique 25 restant dans ce cas fermée. Par ailleurs, on peut avoir besoin d'une montée rapide en pression dans la chambre de pression 13 entre deux phases d'injection pour que le niveau de pression soit faible au début de l'injection. Vers la fin de l'injection, on peut augmenter la pression d'injection et ainsi le débit de l'injection par une ouverture de courte durée de la sou- pape de liaison 25. Pour permettre cette modulation de la pression d'injection, il faut qu'entre les injections, la chambre de pression 13 évacue suffisamment de carburant par le conduite 50 vers la chambre basse pression 5 pour éta- blir la pression d'injection souhaitée dans la chambre de pression 13 au début de la phase d'injection. Les soupapes électromagnétiques 17, 23, 25, 51 sont commandées par un dispositif de commande électrique non représenté en détail traitant en outre les paramètres de fonctionnement du moteur thermique alimenté. L'installation d'injection en carburant selon l'invention fonctionne de la manière suivante: La pompe haute pression 1 fait passer le carbu- rant de la chambre basse pression 5 à la chambre d'accumu- lation de pression 9 et établit dans celle-ci une haute pression de carburant commandée par la soupape de pression 17; cette commande de pression dans la chambre d'accumula- tion de pression 9 peut également se faire par une pompe de transfert haute pression, réglable. La pression régnant dans la chambre d'accumulation de pression peut être main- tenue à un premier niveau maximum de pression de l'ordre de 1500 bars; le volume d'accumulation de l'accumulateur de pression est choisi suffisant pour que la pression chute à peine pendant une injection. Il est également possible de brancher un piston d'échappement ou un accumulateur à mem- brane pour arriver à un lissage supplémentaire. Le carburant à haute pression arrive par la conduite de liaison 11, lorsque la soupape de liaison 25 est ouverte, de la chambre d'accumulation de pression 9 dans la chambre de pression 13; dans celle- ci, on règle un second niveau de pression commandé par la soupape de liai- son 25; ce second niveau de pression correspond à travers les conduites d'injection 15 à la pression d'injection ins- tantanée souhaitée en amont des injecteurs 21. (Cette pres- sion d'injection dans la chambre de pression 13 est ainsi commandée par la durée d'ouverture de la soupape de liaison ). La commande de la phase d'injection se fait de manière connue par le mouvement d'ouverture ou de fermeture de la soupape électromagnétique 23 et des conduites d'in- jection 15; la soupape de liaison 25 est fermée pendant la phase d'injection pour une pression d'injection inférieure au premier niveau de pression dans la chambre d'accumula- tion de pression 9. Les pistons accumulateurs 35 précon- traints par le carburant reçoivent en phase de remplissage, au cours des intervalles entre les injections, le travail d'injection et compensent par leur course, la diminution de volume de la chambre de pression 13, résultant de l'injec- tion d'une quantité de carburant, en maintenant ainsi pra- tiquement constante la pression régnant dans la chambre de pression 13. L'instant et la durée de l'ouverture de la sou- pape de liaison 25 sont choisis pour qu'entre les phases d'injection, la pression régnant dans la chambre de pres- sion 13 soit de nouveau maintenue au niveau de pression30 souhaité. Lorsque le moteur fonctionne en mode station- naire, entre les injections il faut ainsi que la quantité de carburant injectée arrive par la soupape de liaison 25 chaque fois de la chambre d'accumulation de pression 9 dans la chambre de pression 13. Si la pression d'injection doit diminuer dans la chambre de pression 13, il faut diminuer la quantité de carburant de remplissage et inversement. On peut mettre en forme le profil de l'injec- tion en choisissant l'instant de l'ouverture de la soupape de liaison 25 pour que vers la fin de l'injection, l'accu- mulateur de pression 9 soit relié à la chambre de pression 13. Cette variante de commande relève vers la fin de l'in- jection, la pression de l'injection au niveau haut de pres- sion de l'accumulateur de pression 9. Pour injecter à la pression maximale du système, on laisse la soupape de liai- son 25 ouverte et le piston accumulateur 35 est dans ce cas de fonctionnement, mis en appui contre la seconde butée 45, par la pression élevée du carburant agissant contre la force développée par le ressort de rappel 39; le piston ferme ainsi par sa face frontale, le perçage de fuite 47, si bien que lorsqu'on injecte à la pression maximale de l'accumulateur de pression 9, il n'y a pas d'évacuation de carburant de fuite de la douille 29. Pour arriver aussi rapidement que possible à la variation de pression décrite dans la chambre de pression 13, cette chambre est suffisamment petite pour qu'à la fois le niveau de pression soit maintenu constant au cours d'une injection grâce au piston accumulateur 35 et permet égale- ment une diminution rapide de la pression dans la chambre de pression 13 ou que la pression d'injection soit augmen- tée pendant la phase d'injection. La commande de la soupape de liaison 25 se fait par le dispositif de commande électrique en fonction de la pression régnant dans la chambre d'accumulation de pression 9, de la pression souhaitée dans la chambre de pression 13, de la quantité à injecter et de la température. Le fonctionnement selon l'invention à deux ni- veaux de pression est ainsi possible pour choisir la pres- sion d'injection, librement, de manière variable,35 indépendamment de la vitesse de rotation; le petit volume de la chambre de pression 13 et des conduites d'injection (collecteur) reliées à celle-ci permet des temps de va- riation de pression réduit. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Installation d'injection de carburant pour des moteurs thermiques comprenant une pompe haute pression (1) de carburant, reliée par une conduite d'alimentation en carburant (3) à une chambre basse pression (5) remplie de carburant et une conduite haute pression (7) de carburant à une chambre d'accumulation de pression (9), celle-ci étant reliée par les conduites d'injection (15) aux différents injecteurs (21) pénétrant dans la chambre de combustion du moteur thermique alimenté, le mouvement d'ouverture et de fermeture des injecteurs étant commandé respectivement par une soupape (23) à commande électrique équipant les condui- tes d'injection (15), installation caractérisée en ce que les conduites d'injection (15) sont reliées par une con- duite de liaison commune (11, 13) à la chambre d'accumula- tion de pression (9) commandée en outre par une soupape de liaison (25), une partie de la conduite de liaison (11) en- tre la soupape de liaison (25) et les conduites d'injection (15) formant une chambre de pression (13) commune d'o par- tent les conduites d'injection (15). ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de pression (13) est reliée à une installation d'accumulateur (27) précontrainte par la pression élevée de carburant dans la chambre de pression (13) et maintenant à un niveau cons- tant, la pression dans la chambre de pression (13) pendant l'injection de carburant par les injecteurs (21), par la fourniture de quantité de carburant correspondant à celle injectée, à partir du volume accumulateur dans la chambre de pression (13). 3 ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'installation d'accumulateur (27) est formée par au moins un piston accu- mulateur (35) guidé dans une douille cylindrique (31), ce piston délimitant par l'une de ses faces frontales, une A3 chambre de travail (36) reliée à la chambre de pression (13) et dont l'autre face frontale opposée à la chambre de travail (36), et de diamètre plus grand, est soumise à l'action d'un ressort de rappel (39) précontraint dans un boîtier de l'installation d'accumulation de pression (27). 4 ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 3, caractérisée en ce que la course du piston accumulateur (35) dans le sens d'une augmentation de la chambre de travail (36) (mouvement accumulateur) est li- mitée par une butée (45) solidaire du boîtier, et lorsque le piston accumulateur (35) est en appui contre la butée (45), il ferme une conduite de liquide de fuite (47) du boîtier d'accumulateur de pression, par l'extrémité augmen- tée formant la tête (37) du piston accumulateur (35). 50) Installation d'injection de carburant selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le volume de toute la chambre de pression (13) est conçu pour qu'à la fois le niveau de pression dans la chambre de pression (13) reste constant pendant une injection par un injecteur (21) avec assistance de l'installation d'accumulateur (27) et permette également une diminution rapide de la pression dans la chambre de pression (13). 6 ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une conduite de décharge (19) relie la chambre d'accumulation de pression (9) à la chambre basse pression (5), cette conduite étant munie d'une vanne de pression (17) réglant la pression dans la chambre d'accumulation de pression (9). 7 ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'une conduite sup- plémentaire (50) part de la chambre de pression (13) pour déboucher dans la conduite de décharge (19) allant à la chambre basse pression (5), cette conduite pouvant être commandée en ouverture et fermeture par une vanne (51) qui est de préférence une soupape électromagnétique à 2/2 voies. 8 ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape de liaison (25) et les vannes (23) à commande électrique des conduites d'injection (15) sont des électrovannes. 9 ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 8, caractérisée en ce que les injecteurs (21) peuvent être reliés aux conduites de retour (49) par les électrovannes (23), conduites qui commandent une liai- son de décharge en pression entre les injecteurs (21) et la chambre basse pression (5). ) Installation d'injection de carburant selon les revendications 7 et 8, caractérisée en ce que les sou- papes électromagnétiques (23, 25, 51) sont commandées par un dispositif de commande électronique qui traite comme grandeurs d'entrée le paramètre de fonctionnement du moteur thermique alimenté ainsi que la pression régnant dans la chambre d'accumulation de pression (9) et dans la chambre de pression (13), commune ainsi que les quantités d'injec- tion.