Brevet FR2806449A1 — publié le 20010921

Système d'injection haute pression pour moteurs à combustion interne, en particulier moteurs diesel L'invention concerne un système d'injection haute pression pour moteurs à combustion interne, en particulier moteurs diesel, avec une unité de pompage et un injecteur, relié par conduite à celle-ci, associé à une chambre de combustion de cylindre, présentant une phase de fermeture et une phase d'ouverture, déterminée au moyen de la commande effectuée par l'intermédiaire de la pompe, l'injecteur présentant une ouverture d'injection dont la caractéristique est commandée par l'intermédiaire d'une aiguille d'injecteur, qui est sollicitée par un ressort dans le sens de la fermeture et qui, pour assurer l'injection, est réglable depuis sa position de fermeture maintenue par la force d'un ressort et, dans la phase d'ouverture, est sollicitée dans le sens de l'ouverture, par l'intermédiaire de l'unité de pompage, par du carburant fourni sous pression, sous l'action d'une commande temporelle et individuellement pour chaque cylindre. Des systèmes d'injection haute pression du type précité sont connus dans la pratique, par exemple en tant que ce que l'on appelle des systèmes à pompe-tuyauterie-injecteur, en abrégé appelés système d'injection PLD (Pumpe-Leitung-D se), ainsi que ceci est également décrit par le DE 44 41 603 Al. A titre d'unité de pompage, on utilise ici usuellement ce que l'on appelle des pompes modulaires à chacune desquelles est associé un injecteur et dont l'entraînement est prélevé sur un arbre à came de commande qui porte à cette fin, en plus des cames d'admission et/ou d'échappement, des cames de pompage correspondant aux injecteurs afférents. L'utilisation d'unités de pompage séparées, associées chaque fois à une chambre de combustion de cylindre ou à l'injecteur chaque fois afférent, permet de placer ces unités de pompage près des injecteurs respectifs et de ce fait d'avoir une construction utilisant des tuyauteries courtes, ce qui permet de travailler avec des hautes pressions. De plus, de telles unités de pompage, du fait de leur commande électronique, permettent également de réaliser des caractéristiques d'injection différentes. Fonctionnellement, l'unité de pompage respective génère une onde de pression qui passe par la conduite d'injection allant à l'injecteur. Si l'on dépasse sa pression d'ouverture, qui est fixée par la précontrainte d'un ressort et n'est pas modifiable en fonctionnement, l'injecteur s'ouvre alors par décollement de l'aiguille d'injecteur, vis-à-vis de l'ouverture d'injection commandée par le biais de l'aiguille d'injecteur, faisant que la phase d'injection commence. La phase d'injection s'achève par l'ouverture d'une soupape de commande appartenant à l'unité de pompage, qui mène à une annulation rapide de la pression dans l'injecteur, de sorte que l'aiguille d'injecteur peut de nouveau retourner à sa position de - fermeture, par l'intermédiaire de la force élastique en action. Dans une telle unité de pompage, on obtient, à l'ouverture d'injection ou au niveau des trous d'injection la constituant, une pression dont la courbe d'évolution est à peu près en forme de triangle et la hauteur de la pression d'injection n'est pas modifiable pour une charge/vitesse de rotation définie, pendant que le moteur à combustion interne est en fonctionnement. Du fait de la forme triangulaire indiquée de l'allure de la courbe de pression, en particulier avec une montée plus plate et une chute rapide, on ne peut réaliser de préinjection que difficilement, tandis qu'on ne peut réaliser de postinjection à pression d'injection élevée. L'invention a comme but, en se référant à un système d'injection haute pression du type cité au début, d'ouvrir d'autres possibilités d'influer sur des paramètres d'injection essentiels pour, par exemple par le biais du choix de la pression d'ouverture ou de fermeture de l'injecteur, l'optimiser par rapport à la consommation de carburant ou à des émissions en se référant à la plage de travail respective du moteur à combustion interne, ou également de réaliser des phases de préinjection et/ou de postinjection. Ceci est rendu possible grâce au fait que, dans la phase d'ouverture, l'aiguille d'injecteur est susceptible d'être sollicitée dans la direction de la force élastique, par l'intermédiaire d'une force de réglage supplémentaire, variable au cours du déroulement de l'injection, faisant que par conséquent la force qui charge en direction dans le sens de la fermeture l'aiguille de l'injecteur est variable. Une phase d'ouverture éventuelle, en fonction de l'intensité et de la longueur de l'onde de pression partant de l'unité de pompage, étant appropriée, ce pourquoi il faut entendre qu'on peut influer sur la force globale, agissant dans le sens de la force élastique, dans le cadre de l'invention, tant du point de vue du moment de l'ouverture qu'également du moment de coupure de l'injection. En particulier, par le biais de la variabilité de la force élastique ou de la force superposée à la force élastique, on peut influer encore sur l'évolution de la courbe d'injection de manière que celle-ci, le cas échéant, soit décomposée en différents secteurs, tels que par exemple en la préinjection, l'injection principale, l'injection principale et la postinjection, ou également décomposée en préinjection, injection principale et postinjection. La variabilité de la force de réglage peut être obtenue dans le cadre de l'invention par le biais de la modification de la caractéristique élastique ou également grâce à une force de réglage, agissant à titre supplémentaire à la force élastique, qui est susceptible d'être superposée à cette force élastique. La modification de la force élastique est possible dans le cadre de l'invention, de préférence par le fait-que l'appui côté carter du ressort agissant dans le sens de la fermeture de l'aiguille d'injecteur et sollicitant cette aiguille d'injecteur est réglable. Il est possible par exemple de solliciter par une force se superposant à la force élastique, par le fait que l'aiguille d'injecteur est sollicitée par une force de réglage correspondante, agissant en plus du ressort. Différents moyens de réglage sont possibles dans le cadre de l'invention pour appliquer la force de réglage. Ainsi par exemple, des aimants de réglage, des dispositifs de réglage électromagnétiques, tels que par exemple des piézo-éléments ou analogues. En outre, la force de réglage peut également être appliquée par voie hydraulique. En particulier par exemple, par l'intermédiaire de piézo-éléments à commutation rapide et à faible période d'établissement, on peut avoir un réglage de l'appui élastique côté carter, dans le sens de l'axe du ressort. Une possibilité particulièrement appropriée, selon l'invention, pour appliquer une force de réglage supplémentaire superposée, agissant dans le sens de fermeture de l'aiguille d'injecteur, consiste, dans la phase d'ouverture, à solliciter l'aiguille d'injecteur en superposition de la force appliquée par le ressort, par le carburant fourni par la pompe. Il s'avère ici approprié d'associer à l'aiguille d'injecteur un piston de commande et d'utiliser la partie en excès du carburant placé sous haute pression fourni par la pompe, donc la partie non injectée de la quantité de carburant fourni, comme fluide sous pression, par l'intermédiaire duquel le piston de commande est sollicité sur son côté arrière opposé à celui de l'injecteur. Il s'avère ici approprié d'étrangler le circuit de ramification allant au retour, en particulier d'étrangler le retour, de façon commandée dans l'écoulement d'évacuation partant de l'enceinte d'injecteur recevant le piston de commande, de sorte que la sollicitation par une pression exercée sur le piston de commande est modifiée et que, de ce fait, de la manière évoquée, on peut influer sur la force de fermeture de l'aiguille d'injecteur en complément de l'action effectuée par le ressort de l'injecteur. L'étranglement sur évacuation peut être réalisé de manière simple par une électrovanne munie d'un siège pour bille. D'autres détails et caractéristiques de l'invention résultent des sous revendications. L'invention est en outre explicitée ci-après plus en détail à l'aide des dessins. Dans les dessins: la figure 1 est une représentation schématique de l'ensemble pompe-conduite-injecteur pour un système d'injection d'un moteur à combustion interne, qui ici n'est pas représenté de façon plus détaillée, la figure 2 est une représentation schématique de l'injecteur, l'injecteur étant réalisé du point de vue d'un renforcement, pouvant être commandé hydrauliquement, de la force de réglage par l'intermédiaire de laquelle l'aiguille d'injecteur est chargée dans le sens de sa position de fermeture et, précisément, lorsque l'ouverture d'injection de l'injecteur est fermée par la présence de l'aiguille d'injecteur, la figure 3 est une illustration correspondant à la figure 2, lorsque l'ouverture d'injection est ouverte, et la figure 4 est une représentation sous forme de diagramme de la pression en conduite en aval de la pompe modulaire, de l'allure d'injection se subdivisant en préinjection et injection principale, et du courant de commande, correspondant à cette allure d'injection, appliqué à l'électrovanne pour l'étranglement sur évacuation installé dans le circuit- de retour. La figure 1 représente schématiquement un système d'injection haute pression pour un moteur à combustion interne, en particulier un moteur diesel, le moteur à combustion interne lui-même n'ayant pas été l'objet ici d'une représentation plus détaillée. Dans notre exemple de réalisation, le système d'injection haute pression est réalisé sous la forme d'un système à pompe-conduite- injecteur, la pompe étant désignée par 1, la conduite par 2 et l'injecteur par 3. La pompe 1 est réalisée sous la forme de ce que l'on appelle une pompe modulaire, l'entraînement de la pompe 1 se faisant par l'intermédiaire de la came 4 d'un arbre à came 5 qui, de manière non représentée ici, porte, en tant qu'arbre à came de commande pour des soupapes de changement de gaz du moteurs à combustion interne, également ces cames destinées à exercer une sollicitation. La pompe 1, dans la forme de réalisation représentée ici, forme une unité de pompage associée uniquement à un seul injecteur, de sorte que l'on peut installer la pompe 1 à proximité directe de l'injecteur 3 et de ce fait réaliser des conduites très courtes et rigides, tel que représenté par la conduite 2. De manière correspondante, pour un système d'injection haute pression du type représenté, on peut réaliser des pressions en conduite très élevées, qui atteignent la plage dépassant de loin 1000 bars, précisément d'environ 1600-1800 bars en pression de crête, sachant que, comme illustré sur la figure 4, une allure de pression triangulaire peut être réalisée avec en règle générale une montée un peu plus plate et une descente plus raide, pour un maximum de pression situé dans la plage de la fin d'injection, ce qui s'avère approprié eu égard au souhait d'une faible consommation en carburant. Indépendamment de la commande électronique de la pompe, la pression d'injection établie par l'intermédiaire de celle-ci dépend de la vitesse de rotation et de la charge, et une onde de pression est transmise, par la pompe 1 et la conduite 2, l'injecteur 3, sachant que, en partant de la pompe 1, on n'effectue aucune pré ou postinjection appropriée et, pas plus, une déformation de la courbe d'évolution de l'injection. L'injecteur 3 présente, comme illustré schématiquement sur les figures 2 et 3, une structure de base connue, avec une aiguille d'injecteur 7 guidée dans le corps d'injecteur 6 et une ouverture d'injection 8 commandée par l'aiguille d'injecteur 7, débouchant sur la chambre de combustion non représentée du moteur à combustion interne et prévue dans le corps d'injecteur 6. A l'aiguille d'injecteur 7 se raccorde une tringlerie de transmission de pression 9, coaxiale par rapport à l'aiguille d'injecteur et chargée, par un ressort d'injecteur 10, dans le sens de la fermeture de l'aiguille d'injecteur 7, le ressort d'injecteur 10 étant disposé entre une butée 11, appartenant à la tringlerie de transmission de pression 9, et une butée 12, prenant appui contre le boîtier d'injecteur 13 qui n'est qu'esquissé, de sorte que le ressort de l'injecteur 10 charge l'aiguille d'injecteur 7 dans le sens de la fermeture. Si l'on adopte une telle structure de base, le chargement de l'aiguille d'injecteur 7 par l'intermédiaire du ressort d'injecteur 10 est fixé par la précontrainte du ressort et n'est pas variable pendant qu'on est en fonctionnement. La liaison à la pompe 1 n'est pas représentée en détail sur les figures 2 et 3 et la conduite 2 venant de la pompe 1 débouche, côté injecteur, à l'amenée haute pression 14 d'o une conduite de piquage 15, intégrée dans l'injecteur 3, mène à l'aiguille d'injecteur 7, de manière que le carburant, amené par la conduite de piquage et placé sous pression, arrive en cheminant le long de l'aiguille d'injecteur 7, entre celle-ci et le corps d'injecteur 6, pour venir dans la zone de l'ouverture de l'injection 8. Ici s'établit, de manière correspondante au refoulement intermittent de l'unité de pompage 1, réalisée sous la forme de pompe à piston modulaire, et de l'onde de pression générée par celle-ci, une pression qui doit être suffisamment grande pour ouvrir une ouverture d'injection 8, pour soulever l'aiguille d'injecteur à l'encontre de la charge exercée par le ressort d'injecteur 10, comme représenté sur la figure 3. Ensuite s'effectue un processus d'injection. L'évolution de l'allure de l'injection, en se référant à cette construction de base de l'injecteur, dépend ainsi de l'allure de l'onde de pression partant de la pompe 1 et de la conception et de la précontrainte du ressort d'inejcteur 10. On a créé dans le cadre de l'invention un mode de réalisation par l'intermédiaire duquel la pression pour laquelle l'injecteur s'ouvre, lorsque le moteur à combustion interne est en fonctionnement, peut être modifiée. La variation est possible par le fait que l'onde de pression générée par la pompe est modulée de manière correspondante quant à son effet sur l'aiguille d'injecteur 7 et/ou également par le fait que la précontrainte du ressort d'injecteur 10 est modifiée. On a illustré dans l'exemple de réalisation des figures 2 et 3 une modulation de l'onde de pression dans son effet sur l'aiguille d'injecteur 7, par le fait que le retour haute pression 14 présente, côté injecteur, une ramification 16 allant sur un retour de fuite 17, le passage au retour de fuite se faisant par un étranglement sur évacuation 18 soumis à une commande. Dans la ramification de prélèvement 16 sur la recirculation de fuite 17, est monté, en amont de l'étranglement de l'évacuation 18, de préférence un étranglement d'amenée 29 et la ramification 16 est reliée à un espace d'injecteur 19, auquel débouche un perçage de guidage prévu pour un piston de commande 20. Le piston de commande 20, en tant que partie de la tringlerie de transmission de pression 9, est installé de préférence coaxialement par rapport à cette tringlerie de transmission de pression 9 et au canal d'injecteur 7 et l'espace de bus 19 est de manière appropriée constituée par un prolongement du perçage de logement prévu pour le piston de commande 20, sachant que l'étranglement sur évacuation 18 est situé de préférence également coaxialement à l'axe d'injecteur. L'étranglement sur l'évacuation 18 est commandé de manière appropriée par une électrovanne 21 qui sollicite une bille de blocage 22 correspondante à laquelle, dans le parcours de transition allant de la ramification 16 au retour 17, est associé un siège pour bille correspondant. Dans le cadre de l'invention, la bille de blocage 22 est, de préférence, chargée par un ressort, dans le sens de sa position de blocage. Le ressort correspondant est désigné par 23. Si, comme représenté sur la figure 2, le passage au retour de fuite 17 est bloqué par l'élément d'étranglement sur évacuation 18, alors l'aiguille d'injecteur 7 est maintenue à sa position de fermeture, par suite de la conception de la précontrainte du ressort d'injecteur 10 et de la proportion mutuelle de tailles des faces exposées à une pression, qui sont sollicitées du côté du piston de commande 20 et du côté de l'aiguille d'injecteur 7. Lorsque l'étranglement sur évacuation 18 est en position de blocage, l'électrovanne 21 n'est pas alimentée électriquement et la bille de blocage 22 est précontrainte dans le sens de sa position de blocage par l'action du ressort 23. Le passage au retour de fuite 17 est au moins pratiquement fermé. Du fait que l'onde de pression générée côté pompe, du fait des rapports de charges évoqués ci-dessus, ne peut déplacer en une position d'ouverture l'aiguille d'injecteur 7 à l'encontre de la force du ressort 10 et de la sollicitation de pression exercée par le piston de commande 20, le comportement en injection de l'injecteur 3 est commandé par le biais de la commande du retour- de fuite. La figure 3 représente l'étranglement sur évacuation 18 à l'état ouvert, c'est-à-dire lorsque l 'électrovanne 21 est alimentée électriquement et que la bille de blocage 22 est soulevée à l'encontre de la force exercée par le ressort 23, de sorte que la pression régnant dans l'enceinte de buse 19 est annulée d'une valeur faisant que la sollicitation en pression agissant par l'intermédiaire de l'onde de pression de la pompe 1 sur l'aiguille d'injecteur 7 à l'encontre de la force du ressort d'injecteur 10 soulève l'aiguille d'injecteur 7 de l'ouverture d'injection 8 et, de ce fait, déclenche le processus d'injection. Au lieu de la sollicitation hydraulique évoquée sur les figures 2 et 3, exercée sur l'aiguille *'injecteur 7 ou le piston de commande 20, en superposition à la force exercée par le ressort de buse 10, dans le cadre de l'invention, il est également possible de modifier la caractéristique élastique du ressort d'injecteur 10, par exemple en offrant un appui réglable de manière correspondante par la butée 12 située côté boîtier, par exemple par l'intermédiaire de piézo-éléments qui sont commandés électriquement, eu égard à variation de la caractéristique élastique ou de la pression d'ouverture ou de fermeture. En utilisant un élément à piston correspondant, ceci est possible de façon hydraulique, sachant que la force de réglage agissant sur le piston pourrait être appliquée de façon analogue à la solution représentée sur la figure 3. La figure 4 illustre le fait que la solution selon l'invention, en se référant à une allure à forme triangulaire de la courbe de pression dans la conduite, par l'intermédiaire de l'angle de came, en aval de la pompe modulaire - courbe 24 - permet d'avoir une allure d'injection spéciale par l'intermédiaire des courbes d'angle 25 et 26, sachant qu'on a illustré par 25 une préinjection et par 26 une injection principale et sachant que ceci est obtenu par une alimentation électrique correspondante de l'électrovanne 21, qui est illustrée sur les tracés de courbe 27 et 28 sur la valeur de l'angle de rotation de came, le tracé de courbe 27 étant associé à la préinjection 25 et le tracé de courbe 28 étant associé à l'injection principale 26. L'onde de pression fournie par la pompe 1 est ainsi modulée quant à ses effets sur l'état d'ouverture de l'injecteur 3 dans le cadre de l'invention sans ajout de complexité ou de coût, tel que le représentent les schémas 2 et 3, de manière à obtenir une allure d'injection brièvement interrompue, sachant que, au lieu de la préinjection et de l'injection principale illustrées dans l'exemple de la figure 4, le cas échéant, on peut également réaliser une injection principale et une postinjection, ou bien une préinjection, une injection principale et une postinjection, par le fait que, sur la valeur de l'allure de l'onde de pression, une force orientée en sens opposé peut être superposée à la force agissant de façon continue en fonction de la pression, dans le sens de l'ouverture de l'aiguille d'injection 7, cette force opposée agissant en fonction de la pression et dans le même sens que la force élastique 10, en fonction de l'état d'ouverture et de fermeture de l'électrovanne 21, de manière que, lorsque l'électrovanne est fermée et que l'on a affaire à une sollicitation en pression correspondante du piston de commande 20, l'injecteur soit fermé, alors que, lorsque l'électrovanne 21 est alimentée électriquement et que l'évacuation vers la conduite de retour 17 est ouverte, l'aiguille d'injecteur 7 prenne par contre sa position d'ouverture. L'invention concerne un système d'injection haute pression pour des moteurs à combustion interne, en particulier des moteurs diesel, qui travaille avec une force de réglage superposée à la force élastique chargeant l'aiguille d'injecteur dans le sens de la fermeture, de manière que l'allure de pression résultant de la course d'injection de la pompe et l'allure d'injection consécutive à cette allure de pression puissent être modifiées par le biais de la force de réglage. L'invention concerne évidemment également un procédé de fonctionnement d'un système d'injection-haute pression évoqué ci-dessus, tel que ceci résulte des développements évoqués. REVENDICATIONS 1. Système d'injection haute pression-pour moteurs à combustion interne, en particulier moteurs diesel, avec une unité de pompage et un injecteur, relié par conduite à celle-ci, associé à une chambre de combustion de cylindre, présentant une phase de fermeture et une phase d'ouverture, déterminée au moyen de la commande effectuée par l'intermédiaire de la pompe, l'injecteur présentant une ouverture d'injection dont la caractéristique est commandée par l'intermédiaire d'une aiguille d'injecteur, qui est sollicitée par un ressort dans le sens de la fermeture et qui, pour assurer l'injection, est réglable depuis sa position de fermeture maintenue par la force d'un ressort et, dans la phase d'ouverture, est sollicitée dans le sens de l'ouverture, par l'intermédiaire de l'unité de pompage, par du carburant fourni sous pression, sous l'action d'une commande temporelle et individuellement pour chaque cylindre, caractérisé en ce que, dans la phase d'ouverture, l'aiguille d'injecteur (7) est susceptible d'être sollicitée dans la direction de la force élastique, par l'intermédiaire d'une force de réglage supplémentaire, variable au cours du déroulement de l'injection. 2. Système d'injection haute pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force de réglage est appliquée par l'intermédiaire d'un aimant de réglage. 3. Système d'injection haute pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force de réglage est appliquée de façon électromécanique. 4. Système d'injection haute pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force de réglage est appliquée par l'intermédiaire d'un piézo élément. 5. Système d'injection haute pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force de réglage est appliquée de façon hydraulique. 6. Système d'injection haute pression selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans la phase d'ouverture, l'aiguille d'injecteur (7) est sollicitée par le carburant fourni par l'unité de pompage (1) - en superposition de l'action assurée par la force d'un ressort. 7. Système d'injection haute pression selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'aiguille d'injecteur (7) est susceptible d'être sollicitée, en superposition de la force appliquée par un ressort, par l'intermédiaire d'une partie, dérivée en recirculation, du carburant fourni par l'unité de pompage (1). 8. Système d'injection haute pression selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la partie du carburant fournie par prélèvement sur l'amenée à l'injecteur (3) et amenée en recirculation, en sollicitant l'aiguille d'injecteur, est prélevée en étant soumise à un étranglement (étranglement sur admission 29). 9. Système d'injection haute pression selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le passage à la recirculation de fuite (17) de- la partie de carburant prélevée depuis l'alimentation côté pompe et sollicitant l'aiguille 'd'injecteur est commandé par un étranglement (étranglement sur évacuation 18). 10. Système d'injection haute pression selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étranglement sur évacuation (18) est commandé par une électrovanne (21). 11. Système d'injection haute pression selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étranglement sur évacuation (18) présente un siège pour bille commandé par l'intermédiaire de l'électrovanne (21).