Brevet FR2819020A1 — publié le 20020705

Etat de la technique L'invention concerne une installation d'injection de carbu- rant commandée en pression comprenant une aiguille d'injecteur sollicitée en pression dans le sens de la fermeture par un ressort d'injecteur, la chambre de buse, pour ouvrir l'aiguille d'injecteur étant reliée par une conduite de pression à une chambre accumulatrice de pression. Pour mieux comprendre la description et les revendications, on donnera ci-après la définition de quelques termes: L'installation d'injection selon l'invention est commandée en pression. Dans le cadre de l'invention, une " installation d'injection com- mandée en pression " signifie que la pression du carburant régnant dans la chambre de la buse d'éjection déplace une aiguille d'injecteur contre l'action d'une force de fermeture (ressort) pour libérer l'orifice d'éjection permettant d'éjecter du carburant de la chambre de buse dans le cylindre. La pression du carburant sortant de la chambre de buse dans le cylindre d'un moteur à combustion interne est appelée " pression d'injection ou pression d'éjection " alors que l'expression " pression systématique ou pression du système " désigne la pression sous laquelle le carburant est disponible dans l'installation d'injection ou y est stocké. Le " dosage du carburant " représente une quantité déter- minée de carburant fournie pour être injectée. L'expression " fuite ou re- tour " correspond à une quantité de carburant produite pendant le fonctionnement de l'installation d'injection (par exemple une fuite d'alimentation ou une quantité de retour commandé) non utilisée pour l'injection et que l'on reconduit au réservoir. Le niveau de pression de ce liquide de fuite ou de retour peut correspondre au niveau de pression qui règne dans le réservoir. Dans les systèmes à rampe commune, on peut adapter la pression d'injection à la charge et au régime (vitesse de rotation). Pour ré- duire le bruit, on effectue souvent une préinjection. Pour réduire les émis- sions de gaz d'échappement on favorise de manière connue une injection commandée en pression. Dans les systèmes commandés en pression on a un profil d'injection triangulaire pour l'injection principale. L'aiguille de l'injecteur se ferme du fait de la chute de pression dans la chambre de buse. Il s'est avéré qu'une fermeture rapide de l'aiguille de l'injecteur était avantageuse. Cette fermeture rapide peut s'obtenir dans les installations d'injection de carburant commandées en pression par une décharge rapide de la cham- bre de buse. Toutefois la chute de pression ne doit pas se faire trop rapi- dement pour que la pression d'injection diminue déjà alors que du fait de son inertie, l'aiguille de l'injecteur est encore ouverte. Cela se traduit par le refoulement de gaz de combustion dans la chambre de la buse. Assistée par la fermeture de l'aiguille, la décharge de la chambre de buse peut se faire plus lentement ce qui permet d'éviter les dommages par cavitation produits par une décharge rapide de la chambre de buse. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénient et concerne à cet effet une installation d'injection du type défini ci- dessus, caractérisée en ce qu'elle comporte une installation hydraulique d'assistance au comportement de fermeture de l'aiguille de l'injecteur. Pour cela, par exemple une chambre de pression est reliée par une soupape à la conduite de pression, et/ou la conduite de pression comporte un amplificateur de pression et l'amplificateur de pression fonc- tionne avec le carburant comme fluide actif. L'assistance hydraulique du procédé de fermeture conduit à une diminution rapide de la pression dans la chambre de buse et ainsi à une fermeture plus rapide de l'aiguille de buse. La fermeture de l'aiguille de buse commandée en pression, et assistée de manière hydraulique selon l'invention peut s'utiliser dans des installations d'injection de carburant équipées d'un amplificateur de pression pour une meilleure diminution de la pression et un nouveau remplissage. Il est avantageux que la soupape de décharge soit aussi prêt que possible de la chambre de buse. Un autre avantage du point de vue du comportement de fermeture est que la sou- pape de fin de commande ne soit pas reliée directement à la conduite de fuite mais par l'intermédiaire de la chambre de ressort de l'injecteur. Pour optimiser le comportement de décharge, la sortie de la chambre de buse peut être équipée en outre d'un organe d'étranglement. On peut économi- ser une soupape supplémentaire pour effectuer la fermeture de l'aiguille avec assistance hydraulique si le flux de fin de commande de la soupape de dosage est utilisé pour l'injection de carburant. Ainsi, selon d'autre caractéristiques avantageuses de l'invention, la chambre de pression est reliée par une conduite de pression comportant une soupape à la chambre accumulatrice de pression; l'application de la pression de la chambre de pression est commandée par l'intermédiaire d'une soupape de dosage pour effectuer l'injection de car- burant. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de cinq exemples de réalisation d'installation d'injection de carburant représentés schématiquement dans les dessins annexés s dans lesquels: - la figure 1 montre une première installation d'injection de carburant selon l'enseignement de l'invention, - la figure 2 montre une seconde installation d'injection de carburant se- lon l'invention, l0 - la figure 3 montre une troisième installation d'injection de carburant selon l'invention, - la figure 4 montre une quatrième installation d'injection de carburant selon l'invention, - la figure 5 montre une cinquième installation d'injection de carburant selon l'invention, - la figure 6 montre le principe d'une installation d'injection de carburant à commande de pression selon l'état de la technique. Description du principe d'une installation d'injection de carburant commandée en pression (Etat de la technique) L'installation d'injection de carburant 1 selon la figure 6 comporte une pompe à carburant 2 régulée en quantité qui débite le car- burant 3 d'un réservoir d'alimentation 4 par l'intermédiaire d'une conduite de transfert 5 à une chambre d'accumulation de pression 6, centrale (en- core appelée rampe commune). Plusieurs conduites de pression 6 dont le nombre correspond à celui des cylindres, relient la rampe commune aux injecteurs 8 pénétrant dans la chambre de combustion du moteur à com- bustion interne. A la figure 6 on a seulement représenté un des injecteurs 8. A l'aide de la pompe de carburant 2, on génère une pression systémati- que et dans la chambre accumulatrice de pression 6 on établit une pres- sion de l'ordre de 300 à environ 1800 bars. Dans la zone de la chambre accumulatrice de pression 6 on a des soupapes de dosage 9 en forme d'électrovanne ou distributeur à ti- roir à 3/2 voies. A l'aide de la soupape de dosage 9, on réalise la com- mande en pression de l'injection pour chaque cylindre. Une conduite de pression 10 relie la chambre d'accumulation de pression 6 à une chambre de buse 11. L'injection se fait à l'aide d'une aiguille de buse 12 coulissant axialement dans un perçage de guidage avec une surface d'étanchéité de soupape 13, conique à son extrémité par laquelle l'aiguille coopère avec une surface formant siège de soupape du boîtier de l'injecteur 8. La sur- face formant siège de soupape du boîtier comporte des orifices d'injection (orifices d'éjection). Dans la chambre de buse 11 on a une surface de pres- sion 14 tournée dans la direction d'ouverture de l'aiguille de buse 12 et qui est exposée à la pression régnant à cet endroit; cette pression est ap- pliquée à la chambre de buse 11 par une conduite de pression 10. Après l'ouverture de la soupape de dosage 9 une onde à haute pression de carburant passe par la conduite de pression 10 dans la chambre de buse 11. L'aiguille de buse 12 est soulevée de sa surface de siège contre la force de rappel et l'opération d'injection peut commencer. Avec la fin de l'injection et la fermeture de la liaison de la chambre de buse vers la chambre accumulatrice de pression 6, la pres- sion dans la chambre de buse 11 diminue car la conduite de sortie (con- duite de fuite) 15 est reliée à la conduite de pression 10. L'aiguille 12 de l'injecteur commence son opération de fermeture. Description des exemples de réalisation selon l'invention Contrairement à la figure 6, la figure 1 montre qu'à la place du distributeur à 3/2 voies 9, on utilise des distributeurs à 2/2 voies 16, 17 dans une installation d'injection de carburant 18. Le distributeur à 2/2 voies 16 assure le dosage de la haute pression à partir de l'accumulateur de pression; le distributeur à 2/2 voies 17 assure la dé- charge ou la fin de commande. Il est avantageux que la soupape de dé- charge 10 se trouve à proximité de la chambre de buse 11. La soupape de dosage 16 peut également être logée dans le support d'injecteur. Les deux soupapes 16, 17 peuvent également servir à réduire la mise en oeuvre de moyens en étant commandées par un actionneur. Le montage de la sou- pape de dosage dans la chambre accumulatrice de pression 6 permet en outre d'augmenter la pression d'injection en utilisant les oscillations de la conduite. Un avantage décisif concernant le comportement de fermeture de l'aiguille de la buse est que la soupape de décharge 17 ne relie pas di- rectement la conduite de pression 10 à une conduite de fuite 19 mais à l'injecteur 8 par une chambre de pression 20. Cette chambre de pression est reliée à la conduite de fuite 19 par une liaison à étranglement. Ainsi dans la chambre de pression 20, à la fin de la commande de la conduite de pression 10 on aura une surpression hydraulique assistée hydrauli- quement dans l'opération de fermeture par un ressort de buse 21. On a ainsi une combinaison d'une fermeture commandée en pression et en translation. Cela réduit le temps de fermeture. On évite également le re- tour de gaz de combustion dans l'injecteur. Comme chambre de pression on peut également utiliser la chambre du ressort de buse 21. La dé- charge du système après l'injection se fait par l'intermédiaire de la cham- s bre de pression 20 et de la conduite de fuite 19. La figure 2 montre l'opération de fermeture assistée hy- drauliquement pour une installation d'injection de carburant 22 comman- dée en pression, et qui comporte en outre un amplificateur de pression 23. Dans ce cas, l'utilisation de la soupape de décharge 17 dans la conduite de pression 10 est particulièrement avantageuse car la diminution de pression du côté haute pression de l'amplificateur de pression 23 se fait directement au niveau de l'injecteur. Pour optimiser l'opération de dé- charge, la sortie de la chambre de buse comporte en outre un organe d'étranglement 24 qui limite la chute de pression. Le remplissage nouveau de l'amplificateur de pression se fait grâce à la diminution de pression du côté haute pression. Après la fermeture de la soupape de dosage 16, l'amplificateur de pression 23 se remplit de nouveau dans le volume mort du fait de la décharge de la conduite de pression 10 par le ressort de com- pression et il revient dans sa position de repos. La figure 3 montre que dans une installation d'injection de carburant 25 on utilise un distributeur à 3/2 voies 26 comme soupape de dosage. La fermeture de l'aiguille 12 se fait avec assistance hydraulique. L'injection est assurée commandée en pression. Pour remplir un amplifi- cateur de pression 27, il est prévu une soupape anti-retour 28 qui peut être reliée soit à une conduite de pression 29 soit à la pompe de carburant (indication en trait interrompu). Pour fermer l'aiguille de buse 12 avec as- sistance hydraulique, l'injecteur comporte un piston de fermeture 30 qui délimite une chambre de pression 31. La chambre de pression 31 peut recevoir la pression par un distributeur à 2/2 voies 32. Un organe d'étranglement 33 assure la décharge en pression de la chambre de pres- sion 31 lorsque la vanne 32 est fermée. Une surface de pression 34 est conçue pour que lorsque l'injecteur 32 est ouvert, on génère une force hy- draulique qui produit la fermeture de l'aiguille d'injecteur. La pression d'injection dans la chambre de buse 11 reste inchangée. Par la fermeture de la soupape 32 on peut de nouveau décharger la chambre de pression 31 et ouvrir de nouveau l'aiguille de buse 12. On a ensuite une post- injection à pression élevée. Selon la figure 3, on utilise l'augmentation de la pression venant de la chambre à haute pression de l'amplificateur de pression pour fermer l'aiguille 12 de l'injecteur. Par une conception appropriée de la surface de pression 34 on peut également utiliser la pression régnant dans la chambre accumulatrice de pression 6 pour fermer l'aiguille d'injecteur 12 comme le montre la figure 4. Dans cette installation d'injection de car- burant 35 on a une conduite d'alimentation 36 entre les injecteurs 26, 32. On évite une fuite supplémentaire dans la soupape 32. L'exemple de réalisation de la figure 5 évite l'inconvénient de l'utilisation d'une soupape supplémentaire 32 en ce que pour la fer- meture de l'aiguille de buse 12 on utilise la veine de fin de commande de la soupape de dosage 26. La figure 5 montre l'installation d'injection de carburant 37 avec une commande de dosage par le distributeur à 3/2 voies 26 et une fermeture assistée de manière hydraulique, intégrée, de l'aiguille 12 à l'aide du débit de retour commandé. Dans cette installa- tion d'injection de carburant 37, le débit de décharge de l'amplificateur de pression 27 est conduit à la fin de l'injection à travers la soupape 26 dans la chambre de pression 31. Le piston de fermeture 30 est ainsi sollicité en pression. La fermeture avec assistance hydraulique de l'aiguille d'injecteur 12 sera forcée. Par une nouvelle commande de la soupape de dosage 26 on peut faire de nouveau une injection. Grâce à la petite section de passage de l'organe d'étranglement 38, on aura une diminution plus lente de la pression de la zone d'injection ou d'amplificateur de pression. Ainsi par une conception appropriée, sans soupape supplémentaire 32 (figure 4) on réalise une fermeture rapide de l'aiguille de buse 12 et une post-injection sous pression élevée. Le chevauchement de la section d'ouverture et de la section de décharge qui existe souvent dans un distributeur à 3/2 voies ne constitue pas un inconvénient dans cette installation d'injection de carburant 36. Elle permet brièvement une diminution de pression sup- plémentaire, souhaitée dans la chambre de pression 31. REVEND I CATIONS 1 ) Installation d'injection de carburant commandée en pression (18, 22, , 35, 37) comprenant une aiguille d'injecteur (12) sollicitée en pression dans le sens de la fermeture par un ressort d'injecteur (21), la chambre de buse, pour ouvrir l'aiguille d'injecteur (12) étant reliée par une conduite de pression (10) à une chambre accumulatrice de pres- sion (6), caractérisée en ce qu' elle comporte une installation hydraulique d'assistance au comportement de fermeture de l'aiguille (12) de l'injecteur. 2 ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' une chambre de pression (20, 31) est reliée par une soupape (17) à la con- duite de pression (10). 3 ) Installation d'injection de carburant selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la conduite de pression (10) comporte un amplificateur de pression (23). 4 ) Installation d'injection de carburant selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'amplificateur de pression (23) fonctionne avec le carburant comme fluide actif. ) Installation d'injection de carburant selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la chambre de pression (31) est reliée par une conduite de pression (36) comportant une soupape (32) à la chambre accumulatrice de pression (6). 6 ) Installation d'injection de carburant selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que l'application de la pression de la chambre de pression (31) est commandée par l'intermédiaire d'une soupape de dosage (26) pour effectuer l'injection de carburant.