Brevet FR2787831A1 — publié le 20000630

Etat de la technique La présente invention concerne une installation d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres comprenant: - plusieurs unités d'injection associées chacune à un cylin- dre, ces unités se composant chacune d'un injecteur, d'une vanne de commande, d'une soupape de limitation de débit et d'une buse d'injection en étant alimentées en carburant chacune par une conduite d'alimentation en carburant, et - un appareil de commande qui, pour injecter une quantité de carburant prédéterminée dans une chambre de combustion de l'un des cylindres, actionne la vanne de commande corres- pondante pour une durée d'injection liée à une quantité prédéterminée de carburant, par exemple par une action électrique, - la vanne de commande ainsi actionnée commandant l'injecteur correspondant par exemple de manière hydrauli- que, - l'injecteur, actionné, ouvrant la conduite d'alimentation en carburant en amont de la buse d'injection pour injecter du carburant dans la chambre de combustion, la soupape de limitation de débit installée en amont de l'injecteur dans la conduite d'alimentation en carburant bloquant cette alimentation en carburant si la quantité de carburant tra- versant ou sortant de la soupape de limitation de débit atteint une quantité maximale de carburant, et cette sou- pape ne s'ouvrant de nouveau que si l'alimentation en car- burant en aval de la soupape de limitation de débit est bloquée. Une telle installation de carburant est par exem- ple connue selon le document DE 44 14 242 Al. La quantité maximale de carburant est prédéfinie et, quelle que soit la plage de fonctionnement du moteur à combustion interne, résulte de la quantité de carburant né- cessaire correspondant à la puissance maximale sans risque d'endommagement du moteur, c'est-à-dire une fuite acceptable en aval de la soupape de limitation de débit, par exemple dans l'injecteur. La soupape de limitation de débit est réa- lisée pour qu'une fois fermée, l'alimentation en carburant ne soit de nouveau rétablie que si l'alimentation en carburant en aval de la soupape de limitation de débit est bloquée. Ce- la signifie que la soupape de limitation de débit ne sera ou- verte que si l'injecteur est correctement fermé et si dans l'alimentation en carburant, il n'y a pas de fuite entre la soupape de limitation de débit et l'injecteur de carburant. Une telle soupape de limitation de débit forme en cas de défaut de fonctionnement de l'unité d'injection ou en cas de fuite en aval de la soupape de limitation de débit, une protection pour le moteur. Par exemple, la vanne de com- mande et/ou l'injecteur peuvent se bloquer en position ou- verte. La fonction de protection de la soupape de limitation de débit consiste à bloquer la quantité de carburant injectée par exemple si l'injecteur ne peut plus se fermer à cause d'un copeau au niveau de la portée de soupape, et que l'on atteint la quantité maximale de carburant citée ci-dessus car alors la soupape de limitation de débit coupe l'alimentation en carburant. Si l'injecteur concerné ne peut toujours pas se fermer, l'alimentation en carburant reste ouverte en aval de la soupape de limitation de débit de sorte que cette soupape ne s'ouvre plus. Comme le cylindre concerné est alors décou- plé de l'alimentation en carburant, le défaut de fonctionne- ment de l'unité d'injection ne crée pas de risque d'endommagement. Le moteur à combustion interne peut néan- moins continuer de fonctionner en mode de secours et attein- dre sans difficulté un atelier de réparation. De manière correspondante, une fuite au niveau de l'injecteur peut faire que la soupape de limitation de débit bloque l'alimentation en carburant alors que la fuite de l'injecteur évite une nouvelle ouverture de la soupape de li- mitation de débit. Pour que la soupape de limitation de débit puisse bloquer l'alimentation en carburant en cas de fuite sur l'injecteur, il faut toutefois que la quantité de fuite, c'est-à-dire la quantité injectée atteigne la quantité maxi- male de carburant évoquée ci-dessus. Dans le domaine d'une puissance maximale du moteur, une fuite relativement petite suffit. Dans tous les autres modes de fonctionnement du mo- teur à combustion interne au cours desquels les quantités de carburant injectées sont inférieures, il faut choisir une fuite dimensionnée de façon correspondante pour que le cylin- dre concerné par la fuite puisse être coupé de l'alimentation en carburant. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de développer une installation d'alimentation en carburant pour remédier aux inconvénients rappelés ci-dessus. A cet effet l'invention concerne une installation d'injection de carburant du type défini ci-dessus, caractéri- sée en ce qu'à chaque unité d'injection est associé au moins un capteur qui permet de constater une fuite dans l'alimentation en carburant en aval de la soupape de limita- tion de débit et qui émet un signal de fuite vers l'appareil de commande pour signaler une fuite, l'appareil de commande coupant l'alimentation en carburant du cylindre dont l'unité d'injection a fourni un tel signal de fuite, en augmentant la durée d'injection de ce cylindre jusqu'à ce que la quantité de carburant corrélative soit supérieure à la quantité maxi- male de carburant. Ainsi, dans l'installation, un cylindre concerné par une fuite en aval de la soupape de limitation de débit peut être coupé de l'alimentation en carburant même en cas de fuite relativement faible, et cela indépendamment de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. L'installation d'injection de carburant selon l'invention améliore ainsi la sécurité de fonctionnement du moteur à com- bustion interne. Pour que la soupape de limitation de débit puisse couper l'alimentation en carburant du cylindre correspondant même pour de petites fuites, l'installation d'injection de carburant associe au moins un capteur à chaque unité d'injection pour surveiller d'éventuelles fuites de l'alimentation en carburant de chaque cylindre. Dès qu'en aval de la vanne de limitation de pression on constate une fuite dans l'alimentation en carburant, le capteur associé le signale à l'appareil de commande par un signal de fuite cor- respondant. L'appareil de commande augmente alors la durée d'injection du cylindre concerné pour que la quantité de car- burant qui en résulte, injectée dans la chambre de combustion du cylindre soit supérieure à la quantité maximale de carbu- rant. Dès que la quantité de carburant traversant la soupape de limitation de débit atteint la quantité maximale de carbu- rant, la soupapede limitation de débit réagit de manière ap- propriée et coupe l'alimentation en carburant si bien que le cylindre correspondant est découplé de l'alimentation en car- burant. Comme le capteur a constaté une fuite en aval de la soupape de limitation de débit, l'alimentation en carburant en aval de cette vanne reste ouverte même lorsque l'injecteur est fermé à cause de la fuite de sorte que la vanne de limi- tation de débit ne peut plus ouvrir l'alimentation en carbu- rant. Comme la durée d'injection commandée par l'appareil de commande peut être choisie indépendamment de l'état de fonc- tionnement du moteur à combustion interne, dans tous les états de fonctionnement, il est possible de couper un cylin- dre même pour des fuites relativement faibles. Si par exemple, du fait d'une saleté, l'injecteur ne ferme pas complètement, cela correspond à une fuite et du carburant passe en permanence dans la chambre de combustion. Pour allumer le carburant après l'opération d'injection usuelle, il y aura une trop grande quantité de carburant en- gendrant dans le cylindre concerné, une pression excessive. De plus, une telle fuite peut développer un bruit perceptible dans le moteur à combustion interne. Ce bruit est appelé gé- néralement cliquetis. Pour cela, on prévoit des capteurs sur- veillant la fuite de l'alimentation en carburant sous la forme d'un capteur de cliquetis et d'un capteur de pression associés à chaque cylindre. Pour réduire le risque d'endommagement du moteur par l'allongement de la durée d'injection, on limite l'augmentation de la durée d'injection pour que la durée d'injection résultant de l'augmentation, soit au maximum tri- ple de la durée d'injection nécessaire pour avoir la puis- sance maximale du moteur à combustion interne. Comme la durée d'injection nécessaire à obtenir la puissance maximale du mo- teur à combustion interne dépend du régime respectif du mo- teur, on limite avantageusement l'augmentation de la durée d'injection en fonction du régime du moteur. Pour cela, on autorise l'augmentation maximale de la durée d'injection pour que l'injection ne puisse se faire que jusqu'à ce que le vi- lebrequin du moteur à combustion interne commandé par les pistons en mouvement, a tourné de moins de 300 ; cela signi- fie que l'augmentation de la durée d'injection s'étend au maximum à 300 av (av représente l'angle du vilebrequin). On limite de préférence l'augmentation de la durée d'injection à 105 av. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation re- présenté schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est un schéma de principe d'une installation d'injection de carburant pour un moteur à combustion in- terne, - la figure 2 est un schéma de principe simplifié d'une unité d'injection de l'installation d'injection de carburant, - la figure 3 est une coupe longitudinale d'une soupape de limitation de débit. Description de l'exemple de réalisation Selon la figure 1, une installation d'injection de carburant selon l'invention comprend un appareil de com- mande 1 actionnant une pompe à carburant 3 par l'intermédiaire d'une ligne de commutation 2. Le côté aspira- tion de la pompe à carburant 3 est relié à un réservoir de carburant 4; du côté de la pression, la pompe est reliée à une conduite collectrice de carburant 5, pour alimenter en carburant les unités d'injection 6. Comme toutes les unités d'injection 6 sont raccordées à la conduite collectrice de carburant 5, celle-ci est usuellement désignée par la dénomi- nation de rampe commune. Les unités d'injection 6 sont com- mandées séparément par l'appareil de commande 1 par l'intermédiaire de lignes 18. Chaque unité d'injection 6 est associée à un cy- lindre 7 du moteur à combustion interne dont la figure 1 re- présente seulement deux ensembles de cylindres 8. Il est clair qu'une installation d'injection de carburant selon l'invention n'est pas limitée à son application à un moteur en V à 4 cylindres, mais peut également s'appliquer à des mo- teurs ayant un nombre plus grand ou plus petit de cylindres ou encore des moteurs à cylindres en ligne. Les unités d'injection 6 sont raccordées à la conduite collectrice de carburant 5 par des conduites de carburant distinctes 9. Le sens de passage du carburant du côté de la haute pression est indiqué par des flèches 10. Comme la pompe à carburant 3 dé- bite toujours plus de carburant que celui nécessaire à la combustion dans les cylindres 7, l'excédent de carburant est reconduit par les conduites de retour de carburant 11 dans un canal collecteur basse pression 12 qui transfère le carburant en excédent dans le réservoir 4. La direction de passage du carburant du côté basse pression est désignée par les flèches 13. Chaque cylindre 7 est équipé d'un capteur de pression 14 surveillant la pression dans son cylindre 7 et transmettant ainsi un signal de pression de corrélation par une ligne de signaux 15 correspondante vers l'appareil de commande 1. En plus ou en variante, un capteur de cliquetis 16 est associé à chaque cylindre 7 qui capte un développement de bruit de cliquetis dans le cylindre 7 auquel il est asso- cié, et transmet ainsi un signal lié au cliquetis par une li- gne de signal 17 vers l'appareil de commande 1. Suivant un mode de réalisation possible, on utilise un seul capteur de cliquetis pour tous les cylindres 7, qui peut ensuite asso- cier une combustion défectueuse au cylindre correspondant 7. Selon la figure 2, une unité d'injection 6 entou- rée d'un trait interrompu à cette figure comprend une vanne de commande 19 actionnée de préférence électriquement à par- tir de l'appareil de commande 1 par une ligne de commutation 18. La vanne de commande 19 est couplée notamment de manière hydraulique à un injecteur 20,de façon que l'actionnement de la vanne de commande 19 actionne l'injecteur 20. Le couplage hydraulique entre la vanne de commande 19 et l'injecteur 20 est indiqué à la figure 2 schématiquement par une double flè- che 21. L'injecteur 20 est monté dans la conduite de carbu- rant 9 reliant l'unité d'injection 6 au canal collecteur à haute pression 5. En aval de l'injecteur 20, la conduite de carburant 9 débouche dans une buse d'injection 22 arrivant dans la chambre de combustion 23 du cylindre 7. En amont de la buse d'injection 22, il y a une soupape de limitation de débit 24 équipant la conduite d'alimentation en carburant 9. Pour des raisons de simplification, la figure 2 ne montre pas la conduite de retour de carburant 11 (voir figure 1). L'unité d'injection 6 de la figure 2 fonctionne de la manière suivante: l'appareil de commande 1 actionne la vanne de commande 19 par l'intermédiaire de la ligne de com- mutation 18. La vanne de commande 19 est par exemple ouverte et produit ainsi sur l'injecteur 20, par exemple, une augmen- tation de pression qui ouvre l'injecteur 20 et libère le pas- sage de carburant vers la buse d'injection 22. Celle-ci injecte le carburant dans la chambre de combustion 23. A la fin d'une durée d'injection prédéterminée liée à la quantité de carburant prévue pour la plage de fonctionnement respec- tive du moteur à combustion interne, on ferme de nouveau la vanne de commande 19 si bien qu'une pression de fermeture peut s'établir sur l'injecteur 20 avec pour conséquence la fermeture de nouveau de l'injecteur 20 et le blocage de l'alimentation en carburant 9. L'opération d'injection est ainsi terminée. Aussi longtemps que pendant l'opération d'injection, la quantité de carburant traversant la soupape de limitation de débit 24 ou sortant de la soupape de limita- tion de débit 24 est inférieure à la quantité maximale de carburant définie dans la soupape de limitation de débit 24, l'alimentation en carburant 9 reste ouverte. Le fonctionnement de la soupape de limitation de débit 24 sera décrit à l'aide de la figure 3 qui montre une coupe longitudinale d'une telle soupape de limitation de dé- bit 24. Il est clair que la présente invention n'est pas con- cernée par le mode de réalisation particulier de la soupape de limitation de débit 24 et dans l'installation d'injection de carburant selon l'invention, on peut utiliser n'importe quelle soupape de limitation de débit fonctionnant ou réali- sée en principe de manière quelconque. Selon la figure 3, la soupape de limitation de débit 24 comprend une chambre de cylindre 25 recevant une chemise 26. En aval la chemise 26 (la direction de passage de la soupape de limitation de débit 24 porte la référence 27) est délimitée axialement par un organe axial 28 muni d'un orifice de passage axial 29 et en amont par un organe axial avec un orifice d'entrée coaxial 31. La chemise 16 reçoit un piston 32 en forme de manchon monté de manière réglable axialement. Le piston 32 est soumis à l'action d'un ressort hélicoïdal de compression 33 qui s'appuie en aval contre l'organe axial 28 pour mettre en précontrainte par l'intermédiaire du piston 32, l'organe axial 30 prévu en amont. Le piston 32 comporte du côté de l'entrée, un orifice axial 34 communiquant par un étranglement 35 à un orifice ra- dial 36 du côté de la sortie. Une chambre de transfert 37 est formée entre le piston 32 et l'organe axial 28 du côté de la sortie. La soupape de limitation de débit 24 fonctionne de la manière suivante: Dès qu'entre le côté entrée et le côté sortie, il s'établit une différence de pression, celle-ci agit sur le piston 32. Le piston 32 est en outre soumis à la force déve- loppée par le ressort 33 ainsi que dans le cas d'un passage de fluide à travers le piston 32, la perte de charge dans l'étranglement 35. En cas de différence de pression suffisam- ment importante entre l'entrée et la sortie de la soupape de limitation de débit 24, le piston 32 se déplace en aval et le carburant contenu principalement dans la chambre de transfert 37 peut sortir de la soupape de limitation de débit 24 par l'orifice de sortie 29. Si la différence de pression ci- dessus dure suffisamment longtemps, le piston 32 arrive fina- lement en appui avec une plaque frontale 38 réalisée en aval sur le piston 32, en appui contre l'organe axial aval 28 ce qui ferme de manière étanche l'orifice de sortie 29. La pla- que frontale 38 et l'organe axial 28 aval sont réalisés de manière appropriée pour avoir cet effet d'étanchéité. La chambre de transfert 37 permet ainsi de définir une quantité maximale de carburant qui peut passer au maximum à travers la soupape de limitation de débit 24 ou en sortir pendant une opération d'injection.5 Dès qu'entre le côté amont et le côté aval de la soupape de limitation de débit 24, il n'y a plus de chute de pression, la plaque frontale 38 peut se dégager de l'organe axial du côté aval et, le mouvement de rappel du piston 32 augmente la chambre de transfert 37 et la remplit de carbu- rant à travers l'organe d'étranglement 35. L'étranglement 35 est dimensionné pour que même au régime maximum du moteur à combustion interne, le remplissage total de la chambre de transfert 37 soit garanti. Comme la quantité maximale de carburant est con- çue pour la puissance maximale du moteur à combustion in- terne, des fuites dans l'alimentation de carburant en aval de la soupape de limitation de débit 24 ne peuvent conduire qu'à la venue en application de la plaque frontale 38 contre l'organe axial 28 du côté aval et ainsi au blocage de l'alimentation en carburant si l'on fait fonctionner le mo- teur à combustion interne dans la plage de sa puissance maxi- male ou si la fuite est tellement grande qu'elle produit un déplacement du piston 32 vers l'aval ou empêche un mouvement de rappel du piston 32 vers l'amont. Pour que le cylindre 7 respectif puisse également être découplé pour de petites fuites dans l'alimentation en carburant 9, l'invention fonctionne de la manière suivante: Dès qu'à l'exploitation des signaux de pression fournis par les capteurs de pression 14 et/ou les signaux de cliquetis fournis par les capteurs de cliquetis 16, l'appareil de commande 1 constate que trop de carburant est brûlé dans l'un des cylindres 7, l'appareil de commande 1 suppose qu'il y a une fuite dans l'unité d'injection 6 cor- respondante. Pour l'opération, d'injection suivante qui doit être effectuée sur le cylindre 7, l'appareil de commande 1 choisit une durée d'injection augmentée et actionne par la ligne de commutation 18 correspondante, la vanne de commande 19 appropriée suivant une durée excessive, correspondante. Par le couplage de l'injecteur 20 sur la vanne de commande 19, l'injecteur 20 reste également ouvert pendant une durée excessive de sorte que s'il n'y avait de soupape de limita- tion de débit 24 dans la conduite d'alimentation en carburant 9, avec certitude, il y aurait plus que la quantité maximale de carburant qui. passerait par la buse 22 dans la chambre de combustion 23. Mais comme il y a la soupape de limitation de débit 24, celle-ci bloque l'alimentation en carburant 9 dès que la quantité maximale de carburant est passée. La combus- tion déclenchée dans le cylindre 7 correspondant, faite avec une quantité excessive de carburant, ne représente pas de risque pour le moteur en particulier parce que cette quantité de carburant est limitée à la quantité maximale de carburant. De manière préférentielle, la quantité injectée en complément ou l'ensemble de la quantité injectée, peut être introduite à un instant dans le cylindre 7 lorsqu'il n'y a plus d'allumage ou lorsqu'une pression importante ne peut plus s'établir dans le cylindre 7. Ainsi, l'injection peut se faire après le point mort bas du piston lorsque normalement, la combustion est terminée et que les soupapes d'échappement ou d'admission sont ouvertes. Même si après cette opération d'injection rallon- gée de manière artificielle, la vanne de commande 19 et l'injecteur 20 sont de nouveau fermés, la fuite détectée pré- cédemment par les capteurs 14, 16 dans la conduite d'alimentation en carburant 9 en aval de la soupape de limi- tation de débit 24, fait qu'entre le côté d'entrée et le côté de sortie de la soupape de limitation de débit 24, il sub- siste une chute de pression si bien que la soupape de limita- tion de débit 24 ne peut plus ouvrir l'alimentation en carburant 9 vers le cylindre 7 concerné. L'installation d'injection de carburant selon l'invention, permet d'utiliser les soupapes de limitation de débit pour couper certains cylindres 7 même s'il n'y a que des fuites relativement faibles et que le moteur à combustion interne ne travaille pas dans la petite plage de fonctionne- ment qui demande une quantité de carburant maximale. Il R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Installation d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres (7) comprenant: - plusieurs unités d'injection (6) associées chacune à un cy- lindre (7), ces unités se composant chacune d'un injecteur (20), d'une vanne de commande (19), d'une soupape de limi- tation de débit (24) et d'une buse d'injection (22) en étant alimentées en carburant chacune par une conduite d'alimentation en carburant (9), et un appareil de commande (1) qui, pour injecter une quantité de carburant prédéterminée dans une chambre de combustion (23) de l'un des cylindres (7), actionne la vanne de com- mande correspondante (19) pour une durée d'injection liée à une quantité prédéterminée de carburant, par exemple par une action électrique, - la vanne de commande (19) ainsi actionnée commandant l'injecteur correspondant (20) par exemple de manière hy- draulique, - l'injecteur (20), actionné, ouvrant la conduite d'alimentation en carburant (9) en amont de la buse d'injection (22) pour injecter du carburant dans la chambre de combustion (23), la soupape de limitation de débit (24) installée en amont de l'injecteur (20) dans la conduite d'alimentation en carburant (9) bloquant cette alimentation en carburant (9) si la quantité de carburant traversant ou sortant de la soupape de limitation de débit (24) atteint une quantité maximale de carburant, et cette soupape ne s'ouvrant de nouveau que si l'alimentation en carburant (9) en aval de la soupape de limitation de débit (24) est blo- quée, caractérisée en ce qu' à chaque unité d'injection (6) est associé au moins un cap- teur (14, 16) qui permet de constater une fuite dans l'alimentation en carburant (9) en aval de la soupape de li- mitation de débit (24) et qui émet un signal de fuite vers l'appareil de commande (1) pour signaler une fuite, l'appareil de commande (1) coupant l'alimentation en carbu- rant (9) du cylindre (7) dont l'unité d'injection (6) a four- ni un tel signal de fuite, en augmentant la durée d'injection de ce cylindre (7) jusqu'à ce que la quantité de carburant corrélative soit supérieure à la quantité maximale de carbu- rant. 2 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le capteur est un capteur de cliquetis (16) qui surveille le bruit développé dans chaque cylindre (7). 3 ) Installation d'injection de carburant selon l'une des re- vendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le capteur est un capteur de pression (14) qui surveille la pression régnant dans chaque cylindre (7) 4 ) Installation d'injection de carburant selon l'une des re- vendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'appareil de commande (1) augmente la durée d'injection maximale jusqu'au triple d'une durée d'injection maximale prévue pour le fonctionnement normal du moteur à combustion interne, pour couper l'un des cylindres (7) de l'alimentation en carburant (9) correspondante. ) Installation d'injection de carburant selon l'une des re- vendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'appareil de commande (1) augmente la durée d'injection maximale jusqu'à 300 d'angle de vilebrequin pour couper l'un des cylindres (7) de l'alimentation en carburant (9) corres- pondante. 6 ) Installation d'injection de carburant selon l'une des re- vendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'appareil de commande (1) augmente la durée d'injection jus- qu'à 105 d'angle de vilebrequin pour couper l'un des cylin- dres (7) de l'alimentation correspondante en carburant (9).