Brevet FR2740178A1 — publié le 19970425

La présente invention concerne un système d'injection de carburant dans un moteur à combustion interne. L'entrée en vigueur de normes de lutte contre la pollution de plus en plus sévères, a amené les constructeurs de moteurs de véhicules à développer de nouveaux systèmes d'alimentation en carburant des moteurs à combustion interne. Ces systèmes d'alimentation en carburant comprennent par exemple des systèmes dits à injection indirecte, dans lesquels le carburant est injecté dans le ou les conduits d'alimentation en air du moteur ou à injection directe, dans lesquels le carburant est injecté directement dans la ou les chambres de combustion du moteur. Dans ce dernier cas, ces systèmes permettent en outre de réduire considérablement les émissions polluantes de base des moteurs à deux temps à balayage par carterpompe et à alimentation par carburateur. C'est ainsi par exemple que des systèmes d'injection de carburant assistés par air ou des systèmes d'injection liquide de carburant comme par exemple des systèmes à effet de coup de bélier ont été développés dans l'état de la technique. Pour une explication détaillée du fonctionnement de ces différents systèmes, on pourra se reporter aux documents "FISITA 865040", intitulé "EIN UNKONVENTIONELLES EINSPRITTZSYSTEM FUR KLEINE SCHELLAUFENDE DIESEL MOTOREN" pages 1293-1296, XXI FISITA CONGRESS, BELGRADE 1986 et "SAE 950269", intitulé "RAM-TUNED AND AIR-ASSISTED DIRECT FUEL INJECTION SYSTEMS APPLIED to a SI TWO-STROKE ENGINE", pages 43-52 - International Congress and Exposition Detroit, Michigan, 27 février - 2 mars 1995. Plus particulièrement, l'invention concerne un système d'injection de carburant par effet de coup de bélier. Comme cela est décrit dans les documents mentionnés précédemment, un tel système d'injection de carburant comporte un réservoir de carburant, des moyens d'accumulation sous pression de carburant, des moyens de raccordement des moyens d'accumulation sous pression de carburant à des moyens d'injection de carburant dans le moteur et une vanne de commande implantée entre les moyens de raccordement et le réservoir de carburant et reliée à des moyens de commande de celle-ci à l'ouverture et à la fermeture, pour engendrer par effet de coup de bélier, une onde de pression de carburant dans les moyens de raccordement jusqu'aux moyens d'injection, permettant d'injecter du carburant dans le moteur. On conçoit alors que ces moyens de commande assurent la gestion de l'ouverture et de la fermeture de cette vanne de commande pendant le cycle de fonctionnement du moteur, de telle façon que l'ouverture de la vanne provoque un écoulement de carburant depuis les moyens d'accumulation vers le réservoir, tandis que la fermeture de celle-ci provoque par effet de coup de bélier, une onde de pression dans les moyens de raccordement, permettant d'injecter du carburant dans le moteur par l'intermédiaire des moyens d'injection. Comme cela est indiqué dans les documents mentionnés précédemment, la quantité de carburant injectée dans le moteur dépend de l'amplitude de l'onde de pression de carburant dans les moyens de raccordement et d'injection, cette amplitude dépendant elle-même de la vitesse du carburant dans les moyens de raccordement. Or, cette vitesse est contrôlée dans l'état de la technique, par la durée d'ouverture de la vanne de commande. En effet, plus la durée d'ouverture de la vanne est importante, plus la vitesse du carburant dans les moyens de raccordement au moment de la fermeture de la vanne est élevée, plus l'amplitude de l'onde de pression dans les moyens de raccordement est importante et plus la quantité de carburant injectée dans le moteur est importante, et inversement. On notera que l'instant d'injection dans le cycle de fonctionnement du moteur est également commandé par les moyens de commande qui permettent de contrôler le moment d'ouverture de la vanne et donc, par exemple, d'anticiper cet instant d'ouverture dans le cycle de fonctionnement de la vanne au fur et à mesure que la quantité de carburant à injecter augmente, pour obtenir un instant d'injection fixe dans le cycle de fonctionnement du moteur. On conçoit cependant qu'un tel système présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, le choix de la valeur de la pression dans les moyens d'accumulation est guidé par la quantité de carburant maximale à injecter dans le moteur et par la fréquence de fonctionnement de celui-ci, ce qui comptetenu de l'unicité du paramètre de contrôle de la quantité injectée, indiqué précédemment, entraîne une limitation de la plage de fonctionnement possible du moteur d'une part, par une imprécision des temps de commande par rapport aux temps de réponse du système sur les faibles quantités injectées et d'autre part, par l'impossibilité de fournir l'énergie nécessaire pour créer cette pression lorsque le moteur fonctionne sur des points de faible puissance. Par ailleurs, il est également difficile de contrôler avec précision la quantité de carburant injectée dans le moteur sur une plage de régime étendue de fonctionnement de celui-ci. Pour limiter ces inconvénients, des solutions particulières ont été développées et font l'objet des brevets suivants - WPF02D/172393 N" 106216 du 20/7/73 (KLUJ Olaf, I.H. ZWICKAU, RDA), - WPF02D/3093078 N" 266384 du 23/11/87 (STAN Cornel, HOFFMANN Werner, I.H. ZWICKAU, RDA), - PCT/EP91/01902 N" W092/14925 du 26/2/91 (HEIMBERG Wolfgang, FICHT Gmbh, D). Dans le premier de ces brevets, on décrit un système de commande d'une pompe électrique faisant partie de moyens d'accumulation de carburant sous pression pour l'alimentation en carburant d'un système d'injection et qui permet d'obtenir une pression constante dans les moyens d'accumulation. Ce système de commande, utilisable dans les systèmes d'injection fonctionnant par effet de coup de bélier, concerne une alimentation en énergie de pompe basée sur la combinaison d'un courant constant et d'une tension variable dont la valeur est fonction de la pression dans les moyens d'accumulation. Pour obtenir une pression constante, un capteur de pression relié aux moyens d'accumulation délivre l'information de pression nécessaire à un calculateur pour la correction des valeurs de tension d'alimentation de la pompe. Bien que cette solution limite le débit de carburant à la quantité strictement nécessaire au fonctionnement du système et du moteur, elle ne résoud pas les problèmes de réglage et de consommation d'énergie mentionnés précedemment. Le deuxième brevet décrit, dans le cadre d'un système d'injection par effet de coup de bélier, un dispositif qui permet une adaptation plus fine entre d'une part, les moyens de commande de débit de carburant et d'autre part, la vitesse de carburant obtenue par la durée d'ouverture et la fréquence de fonctionnement de la vanne de commande. Ce dispositif contrôle en fait le débit de carburant par l'intermédiaire d'une unité de commande qui gère la vanne de commande et une vanne de régulation de débit. Cette commande combinée assure un réglage plus fin du système que dans les cas précédents, mais se traduit par une quantité importante de carburant refoulée directement depuis la vanne de régulation vers le réservoir. Le dernier brevet cité décrit quant à lui un système d'injection similaire à un système basé sur l'effet de coup de bélier et dont les moyens de commande de débit de carburant à accélérer, sont remplacés par une pompe à piston électromagnétique intermittente. Cette pompe qui assure le débit de carburant à accélérer et la vanne de commande qui freine le carburant pour réaliser l'effet de coup de bélier, sont reliées à une unité de commande commune, avec pour but de réaliser une adaptation entre le débit de carburant et la durée d'ouverture de la vanne. Cette solution présente des inconvénients du point de vue hydrodynamique et ne permet pas d'obtenir des plages de fonctionnement du moteur sans pertes énergétiques et complications techniques importantes. Ainsi, le remplacement d'un débit et d'une pression de carburant à valeurs stables pour une durée d'ouverture de la vanne de commande - obtenus par une pompe à débit continu - par un débit et une pression de carburant à valeurs variables dues au pompage discontinu réalisé seulement pendant l'ouverture de la vanne de commande, conduit à des variations de débit, de pression et de pertes hydrauliques dans les moyens de raccordement. L'effet de ces variations entraîne une caractéristique instable de la vitesse du carburant qui évolue avec la durée d'ouverture et la fréquence de fonctionnement de la vanne de commande. La relation entre le temps d'ouverture de la vanne et les moyens de génération de la force élec tromagnétique dans l'aimant de la pompe à piston devient alors une fonction très complexe et difficile à gérer sur toute la plage de fonctionnement du moteur. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'injection de carburant dans un moteur à combustion interne, du type comportant - un réservoir de carburant, - des moyens d'accumulation sous pression de carburant, - des moyens de raccordement des moyens d'accumulation sous pression de carburant à des moyens d'injection de carburant dans le moteur, et - une vanne de commande implantée entre les moyens de raccordement et le réservoir de carburant et reliée à des moyens de commande de celle-ci à l'ouverture et à la fermeture, pour engendrer par effet de coup de bélier, une onde de pression de carburant dans les moyens de raccordement jusqu'aux moyens d'injection, permettant d'injecter du carburant dans le moteur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de commande de la pression de carburant dans les moyens d'accumulation pour permettre un réglage de l'amplitude de l'onde de pression de carburant dans les moyens d'injection et donc de la quantité de carburant injectée dans le moteur, en fonction des conditions de fonctionnement de celui-ci. Avantageusement, les moyens de commande de la vanne de commande sont adaptés pour commander l'instant et la durée d'ouverture de celle-ci. Avantageusement également, les conditions de fonctionnement du moteur comprennent en outre le régime de fonctionnement et la charge de celui-ci. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.l représente un schéma synoptique illustrant la structure d'un système d'injection, par effet de coup de bélier, de carburant dans un moteur à combustion interne, de l'état de la technique; - la Fig.2 illustre le fonctionnement d'un tel système, - la Fig.3 représente un schéma synoptique illustrant la structure d'un exemple de réalisation d'un système d'injection, par effet de coup de bélier, de carburant dans un moteur à combustion interne, selon l'invention; et - la Fig.4 illustre le fonctionnement d'un tel système. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, un système d'injection de carburant par effet de coup de bélier, dans un moteur à combustion interne, comporte de manière classique un réservoir de carburant désigné par la référence générale 1 sur cette figure. Ce réservoir de carburant est relié à des moyens d'accumulation sous pression de carburant désigné par la référence générale 2, ces moyens d'accumulation de carburant sous pression comportant par exemple un accumulateur désigné par la référence générale 3 sur cette figure, une pompe à carburant 4, un filtre 5 et des moyens de régulation de pression 6, connectés en parallèle entre la sortie de la pompe à carburant 4 et le réservoir 1. Par ailleurs, des moyens de raccordement désignés par la référence générale 7 sur cette figure, sont également prévus entre les moyens 2 d'accumulation sous pression de carburant et des moyens d'injection de carbu rant dans le moteur, désignés par la référence générale 8 sur cette figure. Ces moyens de raccordement comprennent de façon générale un conduit d'accélération de carburant dans lequel peut être intégré un organe tel qu'une vanne d'amortissement désignée par la référence générale 9. Enfin, une vanne de commande désignée par la référence générale 10 sur cette figure, est également raccordée entre ces moyens de raccordement 7 et le réservoir de carburant 1. Le fonctionnement de cette vanne de commande 10 est piloté à l'ouverture et à la fermeture par des moyens de commande désignés de façon générale par la référence 11 sur cette figure, pour engendrer par effet de coup de bélier, une onde de pression de carburant dans les moyens de raccordement jusqu'aux moyens d'injection 8, permettant d'injecter du carburant dans le moteur. Ces moyens de commande comprennent une unité de traitement d'informations 12 à base de micro-controleur par exemple, associée à des moyens de stockage 13 d'une cartographie d'injection de type classique. L'unité de traitement reçoit des informations relatives aux conditions de fonctionnement du moteur, telles que par exemple le régime et la charge de fonctionnement de celui-ci. Comme cela est illustré sur la figure 2, la pression de carburant dans le réservoir de carburant 1 est désignée par Pr, tandis que la pression de carburant dans les moyens 2 d'accumulation sous pression de carburant est désignée par PO. Cette pression PO dans les moyens d'accumulation est obtenue grâce à la pompe à carburant 4 et aux moyens de régulation de pression 6. A l'état initial, la vanne de commande 10 est fermée. Si à l'instant tOl, on ouvre la vanne de commande 10 par l'intermédiaire de l'unité de traitement d'informations 12 décrite précédemment, la pression de carburant dans les moyens de raccordement 7 tombe donc à une valeur proche de Pr en fonction des pertes de charge du circuit, mais la vitesse du carburant circulant dans ces moyens augmente progressivement jusqu'à une vitesse VOl comme cela est illustré. Si l'on commande la fermeture de la vanne de commande 10 à l'instant t03 par l'intermédiaire de l'unité de traitement d'informations 12, l'énergie cinétique emmagasinée par le flux de carburant provoque une onde de pression de carburant dans les moyens de raccordement décrits précédemment, cette onde de pression présentant, comme cela est illustré, une amplitude supérieure à la pression PM de tarage des moyens d'injection, ce qui permet d'injecter du carburant dans le moteur. Comme cela est décrit dans les documents mentionnés précédemment, la quantité de carburant injectée dans le moteur est fonction de l'amplitude de cette onde de pression et l'on sait qu'il est possible de régler cette amplitude en commandant la vitesse du carburant dans les moyens de raccordement 7 avant la fermeture de la vanne 10. Ceci est réalisé en commandant la durée d'ouverture de la vanne de commande 10 comme cela est illustré sur cette figure 2, où l'on constate que plus le temps d'ouverture de la vanne 10 est important, plus la vitesse du carburant est élevée, et plus l'amplitude de l'onde de pression de carburant dans les moyens d'injection, est élevée. On conçoit alors qu'en faisant varier l'instant et la durée d'ouverture de cette vanne de commande 10, par exemple entre TO1 et T02, on obtient une vitesse de carburant dans les moyens de raccordement 7 qui varie entre VOl et V02 à l'instant T03 et donc une amplitude de l'onde de pression de carburant dans les moyens de raccordement, qui varie entre Pmaxl et Pmax2, ce qui permet de faire varier la quantité de carburant injectée dans le moteur. Ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, ceci présente un certain nombre d'inconvénients. Le but de l'invention est de résoudre ces problèmes grâce à la structure illustrée à titre d'exemple sur la figure 3. On reconnait sur cette figure 3, un réservoir de carburant, désigné par la référence générale 20, des moyens d'accumulation sous pression de carburant, désignés par la référence générale 21, comportant un accumulateur 22, une pompe à carburant 23, un filtre 24 et des moyens de régulation de pression 25 connectés en parallèle entre la sortie de la pompe à carburant 23 et le réservoir de carburant 20. Par ailleurs, des moyens de raccordement désignés par la référence générale 26, constitués par exemple par un conduit d'accélération de carburant, sont également interposés entre les moyens d'accumulation 21 et des moyens d'injection de carburant dans le moteur désignés par la référence générale 27. Un organe tel qu'une vanne d'amortissement 28, peut également être interposé dans ces moyens de raccordement 26. Une vanne de commande désignée par la référence générale 29 est également interposée entre les moyens de raccordement 26 et le réservoir de carburant 20. Cette vanne de commande est reliée à des moyens de commande désignés de façon générale par la référence 30 sur cette figure, permettant de commander celle-ci à l'ouverture et à la fermeture, pour engendrer par effet de coup de bélier, une onde de pression de carburant dans les moyens de raccordement 26, ce qui permet d'injecter du carburant dans le moteur, grâce aux moyens d'injection 27. Ces moyens de commande 30 comportent comme décrit précédemment, une unité de traitement d'informations désignée par la référence générale 31 par exemple à base de micro-contrôleur, associée à des moyens de stockage 32 d'une cartographie d'injection. Selon l'invention, le système d'injection comporte également des moyens de commande de la pression de carburant dans les moyens d'accumulation 21, pour permettre un réglage de l'amplitude de l'onde de pression de carburant dans les moyens de raccordement 26 et donc de la quantité de carburant injectée dans le moteur, en fonction des conditions de fonctionnement de celui-ci. Ces conditions de fonctionnement du moteur peuvent par exemple comporter des informations de régime et de charge de fonctionnement de celui-ci. Dans ce cas, l'unité de traitement d'informations 31 décrite précédemment est raccordée de façon classique à des moyens de détermination du régime et de la charge de fonctionnement du moteur, ces moyens pouvant présenter n'importe quelle structure appropriée connue dans l'état de la technique. Cette unité de traitement d'informations 31 peut alors être reliée à travers des moyens d'interface classiques à la pompe à carburant 23 pour piloter le fonctionnement de celle-ci, afin de commander la pression de carburant dans les moyens d'accumulation 21 et plus particulièrement dans l'accumulateur 22. Cette commande du fonctionnement de la pompe peut par exemple être assurée en boucle ouverte ou en boucle fermée et dans ce dernier cas, l'unité de traitement d'informations 31 reçoit une information de pression à partir d'un capteur de pression par exemple 33, associé à l'accumulateur 22. Une telle commande de pompe est en soi classique par exemple en courant et/ou en tension pour obtenir une pression de sortie déterminée de carburant. Cette pompe peut être constituée par exemple par une pompe volumétrique classique actionnée par un moteur électrique dont l'alimentation est commandée en courant et en tension comme indiqué ci-dessus. D'autres paramètres relatifs aux conditions de fonctionnement du moteur, tels que par exemple la température et la pression externes, peuvent être utilisés de façon classique pour apporter des corrections à la commande décrite précédemment, afin d'optimiser les quantités injectées pour les différents points et les différentes conditions de fonctionnement de ce moteur. On conçoit alors comme on peut le voir sur la figure 4, que l'unité de traitement d'informations 31 est adaptée pour contrôler le fonctionnement de la pompe à carburant 23 afin de régler la pression de carburant dans l'accumulateur 22 de manière à commander celle-ci entre une pression au moins égale à la pression Pr régnant dans le réservoir de carburant et une pression maximale PO1. Si, par exemple, la pression dans les moyens d'accumulation de carburant est pilotée, pour des instants et des durées d'ouverture de la vanne de commande 29 identiques, on obtient dans les moyens de raccordement 26, des vitesses différentes de carburant VOl et V02. En effet, plus la pression de carburant dans les moyens d'accumulation sera importante, plus la vitesse du carburant dans les moyens de raccordement sera élevée. Lors de la commande de la fermeture de la vanne de commande 29 à l'instant t03, les amplitudes des ondes de pression engendrées correspondantes seront également différentes et par exemple Pmaxl et Pmax2. La commande de la pression de carburant dans les moyens d'accumulation permet alors également de régler la quantité de carburant injectée dans le moteur. I1 va de soi bien entendu que l'unité de traitement d'informations 31 mentionnée précédemment et les moyens de stockage 32 de la cartographie d'injection peuvent être adaptés pour piloter de manière coordonnée, la pression de carburant dans les moyens d'accumulation 21 et l'instant et la durée d'ouverture de la vanne de commande 29. Les différents paramètres définissant cette cartographie sont déterminés pour chaque point de fonctionnement du moteur afin d'optimiser ce fonctionnement. On notera par exemple que pour un régime faible de fonctionnement du moteur, il peut être intéressant d'établir dans les moyens d'accumulation 21 une pression relativement faible, car celle-ci nécessitera une consommation énergétique plus faible au niveau du moteur et permettra de rallonger suffisamment le temps d'ouverture de la vanne de commande 29 pour atteindre la précision souhaitée sur les quantités de carburant injectées. Ceci est d'ailleurs rendu possible dans la mesure où le régime de fonctionnement du moteur étant faible, le temps disponible pour le cycle d'injection est important. On conçoit alors en fait que le système d'injection de carburant selon l'invention est basé sur une modulation de la pression de carburant dans les moyens d'accumulation, qui peut être associée ou non à une modulation de l'instant et de la durée d'ouverture de la vanne de commande et ceci pour permettre un réglage optimum de la quantité de carburant injectée dans le moteur pour chaque point de fonctionnement de celui-ci, par une commande de l'amplitude de l'onde de pression créée par effet de coup de bélier lors du fonctionnement de cette vanne de commande. Chaque point de fonctionnement du moteur peut alors être caractérisé par des paramètres de fonctionnement optimum correspondants à une pression déterminée dans les moyens d'accumulation, une durée déterminée d'ouverture de la vanne de commande et un instant déterminé de déclenchement de l'ouverture de celle-ci, ces différents paramètres pouvant être déterminés au préalable par calcul et/ou expérimentation en fonction des caractéristiques de fonctionnement souhaitées du moteur et des caractéristiques propres à celui-ci. Ces différentes valeurs de paramètres constituent alors la cartographie d'injection stockée de façon classique dans les moyens de mémorisation 32 associés à l'unité de traitement d'informations 31, qui pilote la vanne de commande 29 et par exemple la pompe à carburant 23. I1 va de soi bien entendu que la pression de carburant dans les moyens d'accumulation peut être réglée par action sur un autre moyen que la pompe à carburant tel que par exemple l'accumulateur. REVENDICATIONS 1. Système d'injection de carburant dans un moteur à combustion interne, du type comportant - un réservoir de carburant (20), - des moyens (21) d'accumulation sous pression de carburant, - des moyens (26) de raccordement des moyens d'accumulation sous pression de carburant à des moyens (27) d'injection de carburant dans le moteur, et - une vanne (29) de commande implantée entre les moyens de raccordement (26) et le réservoir de carburant (20) et reliée à des moyens de commande (30) de celle-ci à l'ouverture et à la fermeture, pour engendrer par effet de coup de bélier, une onde de pression de carburant dans les moyens de raccordement jusqu'aux moyens d'injection, permettant d'injecter du carburant dans le moteur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (30) de commande de la pression de carburant dans les moyens d'accumulation (21) pour permettre un réglage de l'amplitude de l'onde de pression de carburant dans les moyens d'injection (27) et donc de la quantité de carburant injectée dans le moteur, en fonction des conditions de fonctionnement de celui-ci. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande (30) de la vanne de commande (29) sont adaptés pour commander l'instant et la durée d'ouverture de celle-ci. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les conditions de fonctionnement du moteur comprennent en outre des informations relatives au régime et à la charge de fonctionnement du moteur. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande (30) comprennent une unité de traitement d'informations (31) raccordée à des moyens de stockage (32) d'une cartographie d'injection et à des moyens de détermination du régime et de la charge de fonctionnement du moteur. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'accumulation (21) comprennent un accumulateur (22), et une pompe à carburant (23) et en ce que les moyens (30) de commande de pression sont adaptés pour commander le fonctionnement de la pompe à carburant (23) pour commander la pression de carburant dans l'accumulateur (22).