Brevet FR2745039A1 — publié le 19970822

SYSTEME D'INJECTION DE CARBURANT A HAUTE PRESSION DU TYPE A CANALISATION COMM4UNE D'ALIMENTATION EN CARBURANT DES INJECTEURS La présente invention concerne un système d'injection de carburant à haute pression du type à canali- sation commune, qui injecte un carburant à haute pression accumulé dans une canalisation commune, dans chaque cylindre d'un moteur diesel à l'aide d'injecteurs. Plus particulièrement, la présente invention concerne une pompe à carburant à haute pression du type à refoulement varia- ble, qui envoie un carburant à haute pression dans la cana- lisation commune. Un système d'injection de carburant à haute pres- sion comportant une canalisation de carburant à haute pres- sion (canalisation commune) pour des moteurs diesel est connu d'après la demande de brevet japonais JP-A-59-165858. Dans ce système d'injection de carburant, une pompe d'ali- mentation en carburant à haute pression introduit un carbu- rant à haute pression dans une canalisation commune, et des injecteurs de carburant injectent le carburant à haute pression accumulé dans la canalisation commune dans diffé- rents cylindres du moteur en réponse à une opération d'ouverture/de fermeture de soupapes électromagnétiques. Ce système requiert l'utilisation d'une canalisa- tion commune pour l'accumulation et le maintien, dans cette canalisation, du carburant à haute pression à une pression aussi élevée par exemple que 100 MPa, qui correspond à la pression d'injection du carburant. Par conséquent la pompe d'alimentation en carburant à haute pression doit envoyer le carburant à haute pression utilisé dans chaque cycle d'injection du carburant, en une quantité égale à la quan- tité injectée. La pompe à haute pression doit être une pompe du type à injection qui permette une commande de sa quantité de refoulement lors de chaque cycle d'injection en fonction de la vitesse de rotation du moteur et de la charge du moteur ou bien en fonction d'une fonction de consigne d'injection du carburant. Il était d'une pratique générale d'agencer la pompe à haute pression de manière que sa course de refoule- ment du carburant corresponde à la course de compression (course du cycle comprenant les courses ou temps aspiration - compression - explosion - échappement) du piston du moteur. Le couple instantané servant à entraîner la pompe d'alimentation en carburant à haute pression au moment du refoulement du carburant possède par exemple une valeur aussi élevée que 150 Nm. Il en résulte que ce couple élevé d'entraînement tend à provoquer des variations du couple de sortie du moteur. C'est pourquoi un but de la présente invention est de fournir un système d'injection de carburant à haute pression du type à canalisation commune, qui réduit les variations du couple de sortie du moteur. L'invention est basée sur la découverte du fait qu'une faible réduction de la pression de carburant dans une canalisation commune, qui intervient juste après l'injection du carburant dans un moteur diesel, entraîne à peine une altération des caractéristiques d'injection de l'injecteur de carburant. C'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire que le carburant à haute pression soit refoulé ou délivré par une pompe d'alimentation en carburant à haute pression dans la canalisation commune en synchronisme avec l'injection du carburant, tant que le carburant est envoyé pendant chaque cycle d'injection de carburant. Conformément à la présente invention, la pompe d'alimentation en carburant à haute pression, qui est entraînée par le moteur, est commandée de manière à envoyer le carburant à haute pression à la canalisation commune d'une manière essentiellement synchronisée avec la produc- tion du couple de sortie maximum du moteur pendant le temps d'explosion du moteur. Ceci réduit fortement les variations du couple de sortie et de la vitesse de rotation du moteur. Plus précisément l'invention porte sur un système d'injection de carburant à haute pression pour un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte: une pompe d'alimentation en carburant à haute pression entraînée par le moteur pour mettre en pression le carburant et refouler un carburant à haute pression; une canalisation commune pour accumuler le carbu- rant à haute pression délivré par la pompe; et un injecteur de carburant monté sur le moteur et raccordé à la canalisation commune pour injecter dans le moteur le carburant accumulé à haute pression; la pompe d'alimentation en carburant étant com- mandée de manière à refouler le carburant à haute pression dans la canalisation commune approximativement au moment o le couple de sortie du moteur atteint une valeur maximale pendant le temps d'explosion du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 est une vue schématique montrant un système d'injection de carburant selon une forme de réali- sation de la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe montrant une pompe d'alimentation en carburant à haute pression utilisée dans la forme de réalisation de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe schématique du dispositif représenté sur la figure 1; - la figure 4 est un chronogramme illustrant le fonctionnement de la forme de réalisation de la figure 1; - la figure 5 est un chronogramme représentant le couple de sortie du moteur et le couple d'entraînement de la pompe; et - la figure 6 est un chronogramme représentant le couple de sortie du moteur et le couple d'entraînement de la pompe. Un système d'injection de carburant à haute pres- sion selon une forme de réalisation de la présente inven- tion représenté sur la figure 1 comprend un moteur diesel 1 à six cylindres et à quatre temps, des injecteurs de carbu- rant 2 montés sur les cylindres respectifs du moteur, des soupapes électromagnétiques 3 et un conduit ou une canali- sation commune 4 d'accumulation du carburant à haute pres- sion. Les injecteurs de carburant 2 sont raccordés en com- mun à la canalisation commune par l'intermédiaire de sou- papes électromagnétiques respectives 3 qui s'ouvrent et se ferment de manière à commander les instants et quantités d'injection de carburant pour les cylindres respectifs. Pour une accumulation continue de carburant à haute pres- sion et le maintien de la haute pression, le rail commun 4 est raccordé par une canalisation de carburant 5 à une pompe d'alimentation en carburant à haute pression 7 du type à refoulement variable comportant une soupape de refoulement 20. La pompe 7 d'alimentation en carburant à haute pression est à son tour raccordée à un réservoir de carburant 8 par l'intermédiaire d'une pompe 9 d'alimenta- tion du carburant à basse pression. Une unité de commande électronique (ECU) 40 est connectée à un capteur 71 de la rotation du moteur et à un capteur 72 de la charge du moteur de manière à commander des instants d'activation/de désactivation (d'ouverture/de fermeture) et de durée d'activation des soupapes électroma- gnétiques 3 par calcul des instants optimum et des quanti- tés optimales d'injection de carburant sur la base des conditions détectées de fonctionnement du moteur (vitesse et charge). L'unité ECU 40 est connectée à un capteur de pression 43, qui détecte la pression actuelle du carburant dans la canalisation commune 4, de manière à commander éga- lement la quantité de refoulement de carburant de la pompe 7 d'alimentation en carburant à haute pression, par calcul des pressions optimales d'injection sur la base des condi- tions détectées de fonctionnement du moteur et de la pres- sion détectée de carburant. Comme cela est représenté de façon détaillée sur les figures 2 et 3, la pompe 7 d'alimentation en carburant à haute pression comporte un carter 10 équipé, à sa partie inférieure, d'une chambre 11 logeant les cames. Un arbre à cames 12 du moteur, qui tourne à une vitesse égale à la moitié de la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur, s'étend à l'intérieur de la chambre 11 logeant les cames et comporte trois cames 13 (13a à 13c sur la figure 3). Chaque came comporte deux profils saillants qui sont décalés de 180, en tant qu'angle de rotation de l'arbre à cames 12. Ces cames 13a à 13c sont décalées réciproquement de 180 degrés en tant qu'angle de rotation de l'arbre à cames 12, de sorte que chaque came 13 soulève un plongeur correspon- dant 15 pour la mise en pression du carburant en synchro- nisme avec le temps d'explosion du moteur 1. Un cylindre 14 de la pompe est disposé dans le carter 10 et le plongeur 15 est déplacé en va-et-vient à l'intérieur du cylindre 14. Le plongeur 15 est agencé sous la forme d'une colonne et ne comporte aucune rainure ou passage d'amenée du carburant sur sa périphérie extérieure. La face d'extrémité supérieure du plongeur 15 et la face intérieure de la paroi périphérique du cylindre 14 forment une chambre 16 de la pompe. La chambre 16 de la pompe est en communication fluidique avec un trou d'alimentation 17 et un trou de refoulement 18, qui sont tous deux formés dans le cylindre 14. Le trou d'alimentation 17 est en com- munication fluidique avec un réservoir de carburant 19 formé entre la paroi intérieure du carter 10 de la pompe et la paroi extérieure du cylindre 14. Une canalisation 28 d'entrée du carburant est montée dans le carter 10 pour introduire du carburant à basse pression depuis la pompe 9 d'alimentation en carburant à basse pression, dans le réservoir de carburant 19. La soupape de refoulement 20, qui comporte l'élément de soupape 21 et un ressort de rappel 22, est montée sur le cylindre 14 de manière à communiquer avec la chambre 16 de la pompe par l'intermédiaire du trou de refoulement 18. Lorsqu'il est placé à une pression élevée par le plongeur 15, le carburant situé dans la chambre 16 de la pompe écarte ou ouvre l'élément de soupape 21 à l'encontre du ressort de rappel 22 pour introduire ou refouler le carburant à haute pression dans la canalisation commune 4 par l'intermédiaire d'un raccord de sortie 23. Un siège de soupape 24 est couplé à l'extrémité inférieure du plongeur 15 et est normalement sollicité vers le bas, par un ressort de rappel 25, pour venir en butée contre un élément coulissant 26. L'élément coulissant 26 possède un galet de came 27 qui est en butée contre la came 13 et se déplace le long du profil saillant de la came 13. Lorsque la came 13 tourne avec l'arbre à cames 12, le plon- geur 15 est déplacé en va-et-vient dans la chambre 16 du cylindre 14 de la pompe, par l'intermédiaire du galet de came 27 et du siège de soupape 24. Pendant le déplacement en va-et-vient du plongeur 15 dans le cylindre 14, la péri- phérie extérieure du plongeur 15 ouvre et ferme le trou d'alimentation 17. Le carburant à faible pression pénètre dans la chambre 16 de la pompe et dans le réservoir de car- burant 8 par l'intermédiaire du trou d'alimentation 17 lorsque le plongeur 15 est prêt de sa position la plus basse et que le trou d'alimentation est ouvert (figure 2). La soupape électromagnétique 30 (30a à 30c sur la figure 3) est montée dans le cylindre 14 dans la position située en vis-à-vis de la face d'extrémité supérieure du plongeur 15. La soupape électromagnétique 30 est du type à course préalable et est activée à un instant prédéterminé après que le plongeur a fermé le trou d'alimentation 17 pour appliquer l'élément de soupape 38 contre un siège 37 en déterminant ainsi l'instant de mise en pression du plon- geur 15. Ainsi, la commande de l'instant d'activation de la soupape électromagnétique 30 permet de modifier la quantité du carburant à haute pression envoyée à la canalisation commune 4. Un passage à faible pression 31 est en communi- cation fluidique avec le réservoir de carburant 19 par l'intermédiaire d'un conduit 41 et d'un passage 42 de sorte que le carburant à haute pression situé dans la chambre 16 de la pompe peut être renvoyé ou refoulé dans le réservoir de carburant 19 sous l'effet de l'ouverture de l'élément de soupape 38. Comme représenté sur la figure 3, un disque 51 portant six parties saillantes équidistantes angulairement pour un moteur à six cylindres est fixé sur l'arbre à cames 12, et le capteur de type électromagnétique 50 de l'angle de came est disposé de manière à produire des signaux de rotation tous les 60 degrés de rotation de l'arbre à cames (un sixième de rotation). Le capteur 50 de l'angle de came et le disque 51 sont disposés de telle sorte que chaque signal de rotation est produit dans la position de point mort haut du piston du moteur (position de point mort bas du plongeur). En outre, un disque 61 portant seulement une par- tie saillante est fixé sur l'arbre à cames 12, et un cap- teur de type électromagnétique 60 est disposé de manière à produire un signal de position de référence lors de chaque rotation de 360 (une rotation). Les capteurs 50 et 60 constituent un capteur de rotation 71 sur la figure 1. Avec les signaux de rotation et le signal de position de réfé- rence, l'unité ECU 40 peut déterminer la position de point mort haut du piston pour chaque cylindre ainsi que la vitesse de rotation du moteur. La forme de réalisation décrite précédemment fonctionne de la manière indiquée ci-après. Sur la figure 2, le plongeur 15 déplacé en va-et- vient par l'arbre à cames 12 ouvre le trou d'alimentation 17 pendant le déplacement descendant de manière à intro- duire le carburant à basse pression dans la chambre 16 de la pompe par l'intermédiaire du trou d'alimentation 17. Ensuite, le plongeur 15 ferme le trou d'alimentation 17 pendant le déplacement ascendant (pendant une course d'explosion du moteur, de manière à mettre en pression le carburant dans la chambre 16). Cependant, la soupape élec- tromagnétique 30 n'est pas maintenue excitée à cet instant et l'élément de soupape 38 est ouvert. Il en résulte que le carburant situé dans la chambre 16 de la pompe s'écoule par le conduit 41 et le passage 42 pour pénétrer dans le réser- voir de carburant 19 et le carburant n'est pas mis en pres- sion. Lorsque la soupape électromagnétique 30 est acti- vée par l'unité ECU 40 pendant cet écoulement, l'élément de soupape 38 est déplacé de manière à s'appliquer contre le siège de soupape 38 pour fermer le passage à basse pression 31. Dans ces conditions, le plongeur 15 commence à mettre en pression le carburant dans la chambre 16 de la pompe. Lorsque la pression de carburant dans la chambre 16 de la pompe augmente et dépasse la force de sollicitation du res- sort agissant sur la soupape de refoulement 20, le carbu- rant sous pression ouvre la soupape de refoulement 20 et est évacué dans la canalisation commune 4 par l'intermé- diaire du raccord 23. Conformément à ce fonctionnement, la pompe d'alimentation en carburant à haute pression 7 envoie le carburant à haute pression dans la canalisation commune pendant le temps d'explosion du moteur. C'est pourquoi, comme cela est représenté par les courbes en trait plein sur la figure 4, le refoulement du carburant à haute pres- sion par la pompe 7 commence pendant la course d'explosion du moteur, et est en retard par rapport à l'opération d'injection de carburant (pendant le temps de compression du moteur et avant le temps d'explosion du moteur) de la soupape électromagnétique 3, qui entraîne une réduction de la pression de carburant dans la canalisation commune 4. Sur la figure 4, les courbes formées de tirets représentent la pression de carburant dans la canalisation commune 4 et le refoulement du carburant à haute pression par la pompe 7 dans le cas o la pompe 7 commence à refouler le carburant à haute pression pendant le temps de compression du moteur. Le couple de sortie du moteur et le couple d'entraînement de la pompe sont représentés par les courbes en trait plein sur la figure 5. Etant donné que le temps de mise en pression et d'alimentation du carburant de la pompe 7 d'alimentation en carburant à haute pression est en che- vauchement avec le temps de combustion du moteur, le couple de sortie du moteur est réduit en fonction du couple d'entraînement de la pompe. Par conséquent, le couple de sortie du moteur (courbe en trait plein) selon l'invention devient inférieur au couple de sortie (courbe représentée par une ligne formée de tirets) prévu dans le cas de la mise en pression et du refoulement du carburant pendant le temps de compression du moteur (avant le temps de combus- tion du moteur). Par conséquent l'amplitude de variations du couple de sortie du moteur est réduite et les variations de la vitesse de rotation du moteur et les vibrations du moteur peuvent être réduites. Comme cela est représenté par les courbes en trait plein sur la figure 6 en rapport avec un cylindre, la forme de réalisation indiquée précédemment entraîne des variations du couple de sortie du moteur plus faibles que dans le cas de la mise en pression et du refoulement du carburant pendant le temps de compression du moteur (repré- senté par des courbes constituées de lignes formées de tirets). De façon plus préférentielle, l'instant de refou- lement du carburant à haute pression de la pompe d'alimentation en carburant à haute pression est synchro- nisé sur l'instant o le couple de sortie du moteur est maximum, instant qui se situe juste après la combustion du5 carburant dans le cylindre du moteur. La présente invention n'est en aucune manière limitée à la forme de réalisation décrite, qui peut être modifiée dans le cadre de la présente invention. il REVENDICATIONS 1. Système d'injection de carburant à haute pres- sion pour un moteur (1), caractérisé en ce qu'il comporte: une pompe d'alimentation en carburant à haute pression (7) entrainée par le moteur pour mettre en pres- sion le carburant et refouler un carburant à haute pres- sion; une canalisation commune (4) pour accumuler le carburant à haute pression délivré par la pompe; et un injecteur de carburant (2) monté sur le moteur et raccordé à la canalisation commune pour injecter dans le moteur le carburant accumulé à haute pression; la pompe d'alimentation en carburant (7) étant commandée de manière à refouler le carburant à haute pres- sion dans la canalisation commune (4) approximativement au moment o le couple de sortie du moteur atteint une valeur maximale pendant le temps d'explosion du moteur (1). 2. Système d'injection de carburant à haute pres- sion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un temps de refoulement du carburant de la pompe d'alimenta- tion en carburant à haute pression (7) est synchronisé sur le temps d'explosion du moteur (1).