Brevet FR2769047A1 — publié le 19990402

l Etat de la technique: La présente invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne avec introduction d'air par un système d'aspiration du moteur dans les chambres de combustion du moteur au cours de la phase d'aspiration, compression de l'air introduit dans la chambre de combustion au cours d'une phase de compression et injection du carburant sous pression élevée dans la chambre de combustion, puis in- flammation du carburant ainsi introduit avec l'oxygène par auto- allumage, avec une phase d'expansion et expulsion des produits de combustion dans la phase d'expulsion du moteur à combustion interne, l'injection de carburant étant commandée par une installation de commande électrique qui commande les injecteurs de carburant associés à chaque chambre de combus- tion du moteur et alimentés en carburant mis à pression éle- vée par un accumulateur de carburant à haute pression. On connaît déjà un tel procédé appliqué par le système d'injection de carburant fournissant le carburant à injecter dans un accumulateur à haute pression. Toutefois, on risque que comme le carburant est en permanence à haute pres- sion, en cas de défaillance de l'injecteur ou de sa commande électrique, l'injecteur reste en position d'ouverture après une injection et que du carburant continu à être introduit à haute pression dans la chambre de combustion correspondante du moteur à combustion interne. Cette quantité de carburant peut s'allumer brutalement au cours de la course de compres- sion suivante avec l'air frais introduit. Cela se traduit par un dégagement de chaleur considérable lié à une augmentation extrême de la pression non prévue pour le fonctionnement nor- mal du moteur à combustion interne et risquant de le dé- truire. Avantages de l'invention: La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la pression dans la chambre de combustion est surveillée en permanence par une soupape de pression et en cas de dépassement de la pression maximale autorisée, les gaz de la chambre de combustion du moteur sont conduits par le chemin le plus court par la sou- pape de pression dans le système d'aspiration. Le système d'injection de carburant pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce que la chambre de combustion du moteur comporte une soupape de pression re- liée directement au système d'aspiration par une conduite de décharge et qui surveille en permanence la pression dans la chambre de combustion et en cas de dépassement de la pression maximale réglée sur la soupape de pression pour les gaz dans la chambre de combustion, ouvre la soupape de pression. Ainsi selon l'invention, en cas de comportement défectueux d'un injecteur de carburant, la quantité de carbu- rant injectée après la phase d'injection intentionnelle, et qui produit une augmentation de pression à cause de l'excès de carburant, est transférée par la surveillance de la pres- sion dans la chambre de combustion (qui est à une pression trop élevée), à l'aide d'une soupape de pression, pour que les produits de combustion passent de la manière la plus di- recte de la chambre de combustion à l'aspiration du moteur à combustion interne. On évite ainsi ou on réduit fortement l'aspiration d'air frais, de sorte que la chambre de combus- tion ne reçoit plus suffisamment d'air/oxygène pour brûler complètement le carburant et éviter ainsi à la fin de la phase de compression du moteur, une combustion brutale ris- quant d'endommager le moteur. En réinjectant directement à l'entrée des chambres de combustion du moteur, on remplace l'air/oxygène aspiré par les gaz d'échappement et on évite la poursuite de la combustion par étouffement de la phase de combustion. La réinjection des gaz d'échappement à l'entrée des chambres de combustion du moteur, qui se produit directe- ment lorsque la pression dans la chambre de combustion est trop élevée, à travers la soupape de pression est renforcée considérablement car le moteur à combustion interne est équi- pé d'une installation de réinjection des gaz d'échappement qui comporte une installation de réglage des gaz et en aval de celle-ci une installation de réinjection des gaz d'échap- pement dans le système d'aspiration avec une soupape de réin- jection des gaz d'échappement, le fonctionnement de ces deux moyens étant surveillé par une installation de commande élec- trique et les gaz sortant de la chambre de combustion par la soupape de pression sont conduits dans le système d'aspiration en aval de l'installation de réglage des gaz. En effet les gaz d'échappement sont introduits dans le système d'aspiration en aval de l'installation de ré- glage des gaz (papillon). Cela garantit qu'aussi peu que pos- sible d'oxygène de l'air arrive en cas de défaillance dans les chambres de combustion, ce qui, malgré la présence d'un excédent de carburant ne peut plus conduire à des pressions excessives dommageables dans la chambre de combustion. De façon avantageuse, l'installation de commande électrique est reliée à un moyen de surveillance qui détecte une combustion défectueuse par le travail moteur et en cas de combustion défectueuse, il arrête le moteur à combustion in- terne. Une combustion défectueuse est ainsi reconnue par le travail d'entraînement développé par le moteur et peut être annulé. Suivant une autre caractéristique avantageuse, pour arrêter le moteur, on coupe l'alimentation en carburant vers tous les injecteurs. Ainsi, l'alimentation en carburant est coupée vers tous les injecteurs.pour arrêter le moteur, l'instal- lation de commande en présence d'une combustion défectueuse, règle la réinjection des gaz d'échappement à sa valeur maxi- male et l'alimentation en air à sa valeur minimale. En liaison avec une installation de réinjection de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'une installation de réglage des gaz, on peut arrêter le mo- teur à combustion interne par une réinjection excessive des gaz d'échappement. Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre de combustion du moteur comporte une soupape de pression reliée directement au système d'aspiration par une conduite de décharge et qui surveille en permanence la pres- sion dans la chambre de combustion et en cas de dépassement de la pression maximale réglée sur la soupape de pression pour les gaz dans la chambre de combustion, ouvre la soupape de pression. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé, caractérisée en ce que le moteur à combustion interne est équipé d'une installation de réinjection des gaz d'échappement comportant une installation de réglage des gaz et en aval de celle-ci une conduite de réinjection de gaz d'échappement comportant une soupape de réinjection de gaz d'échappement débouchant dans le système d'aspiration ainsi qu'une installation pour surveiller le fonctionnement de l'installation de réinjection des gaz d'échappement, reliée à l'installation de commande et la conduite de décharge débouche en aval de l'installation de réglage des gaz dans le système d'aspiration. La conduite de décharge est équipée de la soupape de pression qui réinjecte directement de la chambre de combustion vers l'entrée des chambres de combustion du moteur à combustion interne. Suivant une autre caractéristique avantageuse, une installation de surveillance reliée à l'installation de commande électrique qui détecte toute combustion défectueuse à partir du travail moteur fourni par le moteur à combustion interne et en cas d'une combustion défectueuse, elle commande une installation pour arrêter le moteur à combustion interne. L'installation de commande électrique est reliée à un dispositif de surveillance qui, en cas de combustion dé- fectueuse, déclenche une installation arrêtant le moteur à combustion interne. Suivant une caractéristique avantageuse, l'ins- tallation pour arrêter le moteur à combustion interne est une installation pour couper l'alimentation en carburant vers tous les injecteurs. On a ainsi une installation qui coupe l'alimen- tation en carburant vers tous les points d'injection de car- burant. Suivant une autre caractéristique avantageuse, pour arrêter le moteur à combustion interne, l'installation de commande en présence d'une combustion défectueuse ouvre totalement la soupape de réinjection des gaz d'échappement et ferme totalement l'installation de réglage des gaz. On arrête le moteur à combustion interne de cette manière avantageuse dans le cas d'une installation de réin- jection de gaz d'échappement et d'une installation de réglage des gaz, par la fermeture de cette dernière et l'ouverture de la soupape de réinjection des gaz d'échappement dans la con- duite des gaz d'échappement. En l'absence de l'oxygène de l'air, le moteur à combustion interne s'arrête rapidement. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de modes de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre un système d'injection de carburant appliquant le procédé de l'invention, - la figure 2 montre la réalisation de la sur- veillance de la pression dans la chambre de combustion. Description: La figure 1 montre un système d'injection de car- burant avec un moteur à combustion interne 1 qui reçoit l'air comburant par un système d'aspiration 2 et dont les gaz d'échappement sont évacués par un système collecteur de gaz d'échappement 3. Ce moteur à combustion interne comporte en outre un moyen de réinjection des gaz d'échappement sous la forme d'une conduite de retour de gaz d'échappement 5. Cette conduite relie aussi près que possible, la sortie des gaz d'échappement de la chambre de combustion du moteur à combus- tion interne du système de collecteur de gaz 3 au système d'aspiration 2. Cette conduite est équipée d'une soupape de réinjection de gaz d'échappement 6. La conduite de réinjec- tion des gaz d'échappement débouche en aval d'une installa- tion de réglage des gaz 8 dans le système d'aspiration. L'installation de réglage des gaz de même que la soupape de réinjection des gaz d'échappement sont représentées à la fi- gure sous la forme de papillons; on peut également envisager d'autres modes de réalisation. L'actionnement de la soupape de réinjection des gaz d'échappement et de l'installation de réglage des gaz se fait par commande électromagnétique par une installation de réglage 7 comme cela est connu. Cette installation de commande est elle-même commandée par une ins- tallation de commande électrique 10 détectant la température de fonctionnement du moteur à combustion interne et la posi- tion de la soupape de réinjection des gaz d'échappement four- nis par le premier capteur 12; le second capteur 14 fournit la position de l'installation de réglage des gaz comme signal de commande. L'alimentation en carburant du moteur à combus- tion interne se fait par des injecteurs 15 à commande élec- trique et dont l'ouverture et la fermeture se font également par l'installation de commande électrique 10. Les soupapes d'injection de carburant sont associées d'une manière non dé- taillée ici à des chambres de combustion du moteur à combus- tion interne et reçoivent le carburant mis à la pression15 d'injection à partir d'un accumulateur de carburant à haute pression 17. Lors de l'ouverture des injecteurs de carburant déclenchée par l'installation de commande 10, on injecte une quantité de carburant pendant une durée prédéterminée à un instant fixé.20 L'accumulateur à haute pression de carburant est alimenté en carburant par une pompe haute pression 18 fournie en carburant par une pompe d'alimentation 19 le prenant dans un réservoir 20 en quantité dosée pour que juste la quantité nécessaire à l'injection de carburant soit fournie à25 l'accumulateur de carburant à haute pression. Pour cela, on commande un organe de commande de quantité 21 à l'alimentation de la pompe d'alimentation ou de la pompe haute pression avec l'installation de commande électrique 10. Le capteur de pression 22 fournit à l'installation de com-30 mande électrique 10, une information relative à l'amplitude de la pression de carburant dans l'accumulateur à haute pres- sion. En fonction de la déviation par rapport à cette pres- sion, on modifie la quantité de carburant à haute pression de la pompe à haute pression 18. Cette commande de la quantité35 de carburant fournie ne permet pas d'éviter un excédent de carburant injecté par un injecteur en cas de défaillance, car on règle non pas la pression d'accumulation mais la quantité prise dans l'accumulateur. La figure 2 montre une autre vue schématique d'un moteur à combustion interne. Le système d'aspiration 2 est représenté avec les tubulures d'aspiration 24 et le système collecteur de gaz d'échappement 3 de même que les tubulures d'échappement 25. Par cylindres, on a une conduite de dé- charge 26 partant d'un des cylindres et dans lequel il y a chaque fois une soupape de pression 27 commandée par la pres- sion régnant dans la chambre de combustion. Les soupapes de pression sont réglées à une pression de mise en oeuvre supé- rieure à la pression produite dans la chambre de combustion dans les conditions normales du moteur à combustion interne, mais inférieure à la pression dans la chambre de combustion correspondant au risque de destruction, si le moteur à com- bustion interne fonctionnait pendant une durée prolongée à ce niveau de pression. Lorsqu'on dépasse de cette manière la pression fixée, les soupapes de pression s'ouvrent et le gaz brûlant peut s'échapper de la chambre de combustion par la machine à combustion interne, en passant par la conduite de décharge 26 pour être appliqué au côté aspiration du moteur à combustion interne. Le carburant par ailleurs fourni à la chambre de combustion du moteur à combustion interne est ain- si remplacé par la combustion des produits de la chambre de combustion. Ainsi en cas de défaillance qui se traduit par une pression excessive déclenchant l'évacuation, trop de car- burant introduit avec une insuffisance d'oxygène ne peut plus être brulé complètement. La combustion dans la chambre de combustion du moteur s'étouffe dans ces conditions. La déri- vation de la conduite de décharge directement au niveau de la chambre de combustion favorise cette opération, car la course est suffisamment courte et les gaz d'échappement brûlants peuvent être conduits jusqu'au côté d'aspiration de nouveau dans les chambres de combustion. Ainsi le carburant introduit brûle en continu, ce qui réduit la teneur en oxygène dans la chambre de combus- tion, si bien que finalement la phase de combustion ne pro- duit pas une inflammation brutale avec forte montée en pression. Bien plus par une conception correspondante des composants, la teneur en oxygène dans la chambre de combus- tion a suffisamment baissé pour qu'à la suite de la phase de compression du moteur à combustion interne, la course d'expansion ne peut plus fournir une puissance significative. Du fait de l'épuisement de l'oxygène, la combustion dans la chambre de combustion diminue ou est évitée. Chaque autre phase d'aspiration ne fournit plus suffisamment d'oxygène à la chambre de combustion pour produire une combustion des- tructrice par une injection excessive de carburant. L'installation de commande électrique détecte la vitesse de rotation et/ou les variations de vitesse de rota- tion du moteur ainsi que d'autres paramètres pour en déduire un signal de reconnaissance fournissant une information con- cernant le fonctionnement correct du moteur à combustion in- terne. Si l'installation d'exploitation de l'installation de commande électrique 10 constate que le déroulement normal de la combustion est perturbé, l'installation de commande élec- trique fournit un signal pour arrêter le moteur à combustion interne. Cela permet de couper l'alimentation en carburant vers tous les injecteurs, de façon que ces injecteurs à com- mande électrique restent fermés. Elle peut en outre réduire ou couper l'alimentation à haute pression par la pompe à haute pression 18. Si le moteur à combustion interne fonc- tionne comme indiqué ici avec réinjection des gaz d'échappement, on a une autre possibilité de l'arrêter; pour cela, l'installation de commande électrique ferme le papillon des gaz 8 par l'installation de réglage 7 et ouvre complète- ment la soupape de réinjection des gaz d'échappement 6. Il en résulte l'arrêt du moteur à combustion interne par manque d'oxygène. Le procédé tel décrit et le système d'injection de carburant pour la mise en oeuvre du procédé constituent un moyen très sûr pour éviter en cas de défaillance d'une com- mande d'injection, une surchauffe et un endommagement du mo- teur à combustion interne et créent des critères permettant de garantir globalement l'arrêt du moteur à combustion in- terne. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion in- terne avec introduction d'air par un système d'aspiration du moteur dans les chambres de combustion du moteur au cours de la phase d'aspiration, compression de l'air introduit dans la chambre de combustion au cours d'une phase de compression et injection du carburant sous pression élevée dans la chambre de combustion, puis inflammation du carburant ainsi introduit avec l'oxygène par auto-allumage, avec une phase d'expansion et expulsion des produits de combustion dans la phase d'expulsion du moteur à combustion interne, l'injection de carburant étant commandée par une installation de commande électrique qui commande les injecteurs de carburant associés à chaque chambre de combustion du moteur et alimentés en car- burant mis à pression élevée par un accumulateur de carburant à haute pression, caractérisé en ce que la pression dans la chambre de combustion est surveillée en permanence par une soupape de pression et en cas de dépasse- ment de la pression maximale autorisée, les gaz de la chambre de combustion du moteur sont conduits par le chemin le plus court par la soupape de pression dans le système d'aspiration. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne est équipé d'une installation de réinjection des gaz d'échappement qui comporte une instal- lation de réglage des gaz et en aval de celle-ci une instal- lation de réinjection des gaz d'échappement dans le système d'aspiration avec une soupape de réinjection des gaz d'échap- pement, le fonctionnement de ces deux moyens étant surveillé par une installation de commande électrique et en ce que les gaz sortant de la chambre de combustion par la soupape de pression sont conduits dans le système d'aspiration en aval de l'installation de réglage des gaz. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'installation de commande électrique est reliée à un moyen de surveillance qui détecte une combustion défectueuse par le travail moteur et en cas de combustion défectueuse, il arrête le moteur à combustion interne. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour arrêter le moteur, on coupe l'alimentation en carburant vers tous les injecteurs. ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour arrêter le moteur, l'installation de commande en pré- sence d'une combustion défectueuse, règle la réinjection des gaz d'échappement à sa valeur maximale et l'alimentation en air à sa valeur minimale. 6 ) Système d'injection de carburant pour un moteur à combus- tion interne à auto-allumage comprenant un système d'aspiration (2, 24) relié aux chambres de combustion du mo- teur à combustion interne, des soupapes d'échange de gaz com- mandées successivement dans la phase d'aspiration, la phase de compression, la phase d'expansion et la phase d'expulsion, avec des injecteurs de carburant (15) pour injecter du carbu- rant sous haute pression dans les chambres de combustion du moteur et un système collecteur de gaz d'échappement (3, 25) recevant de manière commandée des produits de combustion ex- pulsés par les soupapes de changement de gaz, et une instal- lation de commande électrique (10) qui commande les injecteurs de carburant alimentés en carburant à haute pres- sion par un accumulateur à haute pression (17) et associés à une chambre de combustion respective du moteur, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre de combustion du moteur comporte une soupape de pression (27) reliée directement au système d'aspiration (24) par une conduite de décharge (26) et qui surveille en perma- nence la pression dans la chambre de combustion et en cas de dépassement de la pression maximale réglée sur la soupape de pression (27) pour les gaz dans la chambre de combustion, ou- vre la soupape de pression (27). 7 ) Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne est équipé d'une installation de réinjection des gaz d'échappement (5, 6, 7, 8) comportant une installation de réglage des gaz (8) et en aval de celle- ci une conduite de réinjection de gaz d'échappement (5) com- portant une soupape de réinjection de gaz d'échappement (6) débouchant dans le système d'aspiration (2, 24) ainsi qu'une installation pour surveiller le fonctionnement de l'installa- tion de réinjection des gaz d'échappement, reliée à l'instal- lation de commande (10) et la conduite de décharge (26) dé- bouche en aval de l'installation de réglage des gaz (8) dans le système d'aspiration (2, 24). 8 ) Système d'injection de carburant selon la revendication 7, caractérisé par une installation de surveillance reliée à l'installation de commande électrique (10) qui détecte toute combustion défec- tueuse à partir du travail moteur fourni par le moteur à com- bustion interne et en cas d'une combustion défectueuse, elle commande une installation pour arrêter le moteur à combustion interne. 9 ) Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'installation pour arrêter le moteur à combustion interne est une installation pour couper l'alimentation en carburant vers tous les injecteurs (15). ) Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que pour arrêter le moteur à combustion interne, l'installation de commande en présence d'une combustion défectueuse ouvre totalement la soupape de réinjection des gaz d'échappement (6) et ferme totalement l'installation de réglage des gaz.