Brevet FR2863013A1 — publié le 20050603

DISPOSITIF D'INJECTION DE CARBURANT A DEUX RAMPES COMMUNES SEPAREES La présente invention est relative à un dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes ayant deux rampes communes séparées pour fournir un carburant à haute pression à un moteur à combustion interne. Un dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes ayant deux rampes communes séparées est souvent utilisé pour un moteur à combustion interne ayant deux lignes de cylindres, par exemple un moteur du type en V ou un moteur du type en face à face et parallèle. Ce type de dispositif d'injection de carburant est par exemple décrit dans un article intitulé "Der erste Achtzylinder-Dieselmotor mit Direkteinspritzung von BMW" (auteurs: Ferenc Anisits, Klaus B. Borgmann, Helmut Kratochwill et Fritz Steinparzer) dans "Motortechnische Zeitschrift (MTZ)", publié en 1999. Une partie concernée du dispositif d'injection est représentée sur la Fig. 5 annexée à la présente description. Dans ce dispositif d'injection de carburant, un carburant à haute pression est fourni à un bloc de distribution J2 par une pompe d'alimentation J1 en carburant, puis le carburant à haute pression est distribué à une première rampe commune J3 et à une seconde rampe commune J4. Le carburant à haute pression est injecté dans les cylindres d'un premier bloc depuis chaque injecteur J5 relié à la première rampe commune J3. De même, le carburant à haute pression est injecté dans les cylindres d'un second bloc depuis chaque injecteur J6 relié à la seconde rampe commune J4. Le bloc de distribution J2 sert à distribuer le carburant à haute pression à deux rampes communes disposées séparément. 11 est envisageable de supprimer le bloc de distribution J2 et de relier en série la première rampe commune J3 et la seconde rampe commune J4. Dans cet agencement, le carburant à haute pression est fourni directement à la première rampe commune J3 par la pompe J1 d'alimentation en carburant puis à la seconde rampe commune J4 depuis la première rampe commune J3. Si cet agencement fonctionne bien, le bloc de distribution J2 peut être supprimé et l'ensemble du dispositif est simplifié. Cependant, des ondes de pression sont générées entre la première rampe commune J3 et la seconde rampe commune J4 en reliant les deux rampes communes par un passage de liaison. Les ondes de pression sont provoquées par une pression pulsatoire dans la pompe J1 d'alimentation en carburant et par l'injection de carburant depuis les injecteurs J5, J6. Une différence de pression entre les deux rampes communes J3 et J4 résulte de l'influence des ondes de pression. Par conséquent, il se présente un problème du fait que la pression d'injection est différente entre le premier groupe d'injecteurs J5 et le second groupe d'injecteurs J6. La différence de pression d'injection provoque une différence de quantité injectée. La présente invention a été réalisée compte tenu du problème évoqué cidessus, et la présente invention vise à réaliser un dispositif d'injection de carburant perfectionné, du type à rampes communes,, ayant deux rampes communes séparées, dans lequel une différence de pression entre deux rampes communes est supprimée sans l'utilisation d'un bloc de distribution. Le dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes sert à fournir un carburant à haute pression à un moteur à combustion interne tel qu'un moteur diesel. Le dispositif comprend une première rampe commune, une seconde rampe commune et une pompe d'alimentation en carburant pour fournir du carburant à haute pression aux rampes communes. La première rampe commune accumule le carburant à haute pression fourni par la pompe d'alimentation en carburant et fournit le carburant à haute pression accumulé à des premiers injecteurs reliés à celle-ci. De même, la seconde rampe commune accumule le carburant à haute pression fourni par la pompe d'alimentation en carburant et fournit le carburant à haute pression accumulé à des seconds injecteurs reliés à celle-ci. Le calage d'injection des injecteurs et la quantité de carburant injectée dans chaque cylindre du moteur sont commandés par une unité de commande électronique. La pompe d'alimentation en carburant est directement reliée à la première rampe commune, et la première rampe commune est reliée à la seconde rampe commune par un passage de liaison. Ainsi, la pompe d'alimentation en carburant, la première rampe commune et la seconde rampe commune sont montées en série. Un orifice à diamètre de passage dans une plage s'étendant de 0,9 mm à 1,3 mm (de préférence encore de 1,0 mm à 1,1 mm) est disposé dans le passage de liaison pour supprimer ou éliminer une différence de pression entre la première rampe commune et la seconde rampe commune. Du carburant à haute pression est fourni à la première rampe commune puis à la seconde rampe commune via le passage de liaison comportant l'orifice. Comme le diamètre de passage clans l'orifice est établi à une dimension optimale pour supprimer ou atténuer la propagation d'ondes de pression depuis la première rampe commune vers la seconde rampe commune et pour assurer un passage d'écoulement approprié sans augmentation excessive de la résistance à l'écoulement, la différence de pression entre la première rampe commune et la seconde rampe commune est très limitée. Par conséquent, des différences de pression d'injection et de quantité injectée entre les premiers injecteurs et les seconds injecteurs sont également très limitées. Ce résultat est obtenu sans utiliser le bloc de distribution classique. Ainsi, le coût de fabrication du dispositif d'injection est réduit et le dispositif d'injection est facilement monté sur le moteur. L'orifice peut faire corps avec la première rampe commune ou avec la seconde rampe commune, ou avec les deux rampes communes. Du fait que l'orifice fait corps avec une rampe commune, le nombre de pièces utilisées dans le dispositif d'injection peut être réduit. Selon une autre possibilité, l'orifice peut être disposé au milieu du passage de liaison. Le diamètre de passage de l'orifice peut être rendu variable de façon qu'il soit commandé d'après les conditions de fonctionnement du moteur. L'invention et nombre des avantages qui s'y attachent apparaîtront 20 facilement plus clairement en référence à la description détaillée ciaprès, faite en considération des dessins annexés, sur lesquels: La Fig. 1 est un schéma de principe représentant sommairement un dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes selon une première forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 2 est un graphique illustrant une relation entre la vitesse d'augmentation de la pression dans une rampe commune et une différence de pression entre deux rampes communes; la Fig. 3A est un graphique illustrant une différence de pression d'injection entre des premiers injecteurs et des seconds injecteurs en fonction des diamètres de 30 passage d'un orifice; la Fig. 3B est un graphique illustrant une différence de quantité injectée entre les premiers injecteurs et les seconds injecteurs en fonction des diamètres de passage de l'orifice; la Fig. 4 est un schéma de principe représentant sommairement un dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention; et la Fig. 5 est un schéma de principe représentant sommairement un dispositif 5 d'injection classique de carburant du type à rampes communes. En référence aux figures 1 à 3B, on va décrire une première forme de réalisation de la présente invention. Un dispositif d'injection du type à rampes communes, représenté sur la Fig. 1, est utilisé pour un moteur diesel à huit cylindres ayant deux lignes (deux blocs) de cylindres, par exemple un moteur du type en V et un moteur du type face à face en parallèle. Le dispositif d'injection de carburant est composé d'une pompe 3 d'alimentation en carburant, d'une première rampe commune 4 à laquelle sont reliés les premiers injecteurs 1, d'une seconde rampe commune 5 à laquelle sont reliés des seconds injecteurs 2, d'une unité de commande électronique et d'une boîte électronique d'actionnement 6, ainsi que des pièces associées à ces composants. Les premiers injecteurs 1 sont montés sur une première ligne (un premier bloc) de cylindres ayant quatre cylindres et sont reliés à la première rampe commune 4 par des conduites d'injection 7. Chaque premier injecteur 1 injecte dans chaque cylindre de la première ligne de cylindres du carburant à haute pression accumulé dans la première rampe commune 4. De même, les seconds injecteurs 2 sont montés sur une second ligne (second bloc) de cylindres ayant quatre cylindres et reliée à la second rampe commune 5 par des conduites d'injection 8. Chaque second injecteur 2 injecte dans chaque cylindre de la seconde ligne de cylindres du carburant à haute pression accumulé dans la seconde rampe commune 5. La pompe 3 d'alimentation en carburant est composée d'une pompe d'alimentation (une pompe basse pression) pour prélever par aspiration du carburant dans un réservoir de carburant et d'une pompe haute pression pour porter à une haute pression le carburant aspiré. La pompe d'alimentation et la pompe haute pression sont entraînées par un arbre à cames commun 9 qui est entraîné par un vilebrequin du moteur. Le carburant sous pression est fourni à la première rampe commune 4 via un conduite de liaison 11 reliée à un orifice de liaison 14 de la première rampe commune 4. La pompe 3 d'alimentation en carburant comporte un régulateur pour réguler la quantité de carburant introduite par aspiration dans la pompe 3 d'alimentation en carburant. Le régulateur est commandé par l'unité de commande 6, quantité de carburant fournie à la première rampe commune 4 par la pompe 3 d'alimentation en carburant est régulée. Ainsi, la pression dans la rampe commune est réglée ou commandée. Par exemple, la pompe 3 d'alimentation en carburant est une pompe dans laquelle trc is plongeurs sont disposés à intervalles de 120 . Chaque plongeur délivre du carburant sous pression une fois par rotation de l'arbre à cames 9. La vitesse de rotation du vilebrequin est réduite par un dispositif réducteur de vitesse et transmise à l'arbre à cames 9 pour ainsi faire tourner l'arbre à cames 9 aux deux tiers de la vitesse de rotation du vilebrequin. De la sorte, la pompe 3 d'alimentation en carburant délivre le carburant sous pression quatre fois toutes les deux rotations du vilebrequin. Huit injections (une injection depuis chaque injecteur) sont exécutées pendant la délivrance, à quatre reprises, du carburant sous pression. L'unité de commande 6 comprend une unité de commande électronique (ECU) pour exécuter divers calculs et une boîte d'actionnement électronique (EDU) pour commander l'alimentation électrique des injecteurs 1, 2 et un régulateur dans la pompe 3 d'alimentation en carburant. L'ECU et l'EDU peuvent être contenus dans un boîtier commun, ou bien tous deux peuvent être contenus dans des coffrets séparés. L'ECU est un micro-ordinateur connu qui comprend une unité centrale de traitement ou processeur (CPU), diverses mémoires (telles qu'une mémoire morte, une mémoire vive de secours et une mémoire vive), un circuit d'entrée/sortie, etc. L'ECU exécute diverses commandes telles que le calage d'injection des injecteurs 1, 2 et le degré d'ouverture du régulateur dans la pompe 3 d'alimentation en carburant d'après diverses informations fournies par des capteurs 10. Les informations fournies par les capteurs 10 comprennent des paramètres du moteur, des conditions de fonctionnement du moteur et des conditions de conduite du véhicule. Les capteurs 10 comprennent un capteur pour détecter un degré d'ouverture d'un papillon des gaz, un capteur pour détecter la vitesse de rotation du moteur, un capteur pour détecter la température de l'agent de refroidissement du moteur, un capteur pour détecter la pression dans les rampes communes, un capteur pour détecter une température de carburant, etc. La première rampe commune 4 est montée sur un bloc cylindre ayant une première ligne de cylindres. Le carburant sous pression fourni par la pompe 3 d'alimentation en carburant s'accumule dans la première rampe commune 4, et le carburant accumulé est fourni aux premiers injecteurs 1. De même, la seconde rampe commune 5 est montée sur un bloc cylindre ayant une seconde ligne de cylindres. Le carburant sous pression fourni par la pompe 3 d'alimentation en carburant via la première rampe commune 4 s'accumule dans la seconde rampe commune 5 et le carburant accumulé est fourni aux seconds injecteurs 2. La pompe 3 d'alimentation en carburant est reliée à la première rampe commune 4 par une conduite de liaison 11 qui est reliée à un orifice de liaison 14 du premier rampe commune 4 la première rampe commune 4 et la seconde rampe commune 5 sont reliées par un passage de liaison 12. Le carburant mis sous pression dans la pompe 3 d'alimentation en carburant est tout d'abord fourni à la première rampe commune 4, puis à la seconde rampe commune 5, via le passage de liaison 12. Autrement dit, la pompe 3 d'alimentation en carburant, la première rampe commune 4 et la seconde rampe commune 5 sont montées en série. Dans le système dans lequel la première et la seconde rampes communes 4, 5 sont en série, une onde de pression, due à une pression pulsatoire dans le carburant mis sous pression dans la pompe 3 d'alimentation en carburant et à des pulsations de pression provoquées par l'injection de carburant, est générée entre la première rampe commune 4 et la seconde rampe commune 5. Sous l'effet de cette onde de pression, il se produit une différence de pression entre la première et la seconde rampes communes 4, 5. La différence de pression provoque à son tour des différences de pression d'injection et de quantité injectée entre les premiers injecteurs 1 et les seconds injecteurs 2. Pour supprimer la propagation de l'onde de pression et pour atténuer l'onde de pression, une paire d'orifices 13 sont ménagés dans le passage de liaison 12 selon la présente forme de réalisation. A la place de la paire d'orifices 13, un seul orifice 13 peut être disposé dans le passage de liaison 12. Afin de réduire ou d'éliminer efficacement la différence de pression entre les rampes communes 4, 5, quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur, il faut déterminer soigneusement un diamètre de passage dans l'orifice 13. La propagation de l'onde de pression est interrompue et l'onde de pression est atténuée si on réalise un petit diamètre de passage. Si le diamètre est trop petit, cependant, la résistance à l'écoulement dans l'orifice devient forte. Ainsi, une différence de pression est générée entre une partie amont et une partie aval de l'orifice 13 si le débit de carburant devient élevé. Cela génère la différence de pression entre la première rampe commune 4 et la seconde rampe commune 5. Pour déterminer une dimension appropriée du diamètre de passage dans l'orifice 13, des expériences ont été menées. Les résultats des expériences sont 35 présentés sur la Fig. 2, sur laquelle la différence de pression (en mégapascals) figure en ordonnée et la vitesse d'augmentation de pression du carburant (en mégapascals/seconde) figure en abscisse. Les expériences visent à déterminer dans l'orifice 13 un diamètre de passage approprié qui correspond à un moteur de trois litres ou de cinq litres de cylindrée d'une puissance maximale de 140 kW à 240 kW. Comme on le voit sur la Fig. 2, si le diamètre de passage dans l'orifice 13 est de 0,9 mm, la différence de pression entre les première et seconde rampes communes 4, 5 augmente légèrement à mesure qu'augmente la vitesse d'augmentation de pression du carburant. Si le diamètre de passage est de 0,7 mm, la différence de pression augmente considérablement en fonction de l'augmentation de la vitesse d'augmentation de pression du carburant: Cela signifie qu'il est préférable de rendre le diamètre de passage supérieur (ou au moins égal) à 0,9 mm. Si le diamètre de passage est de 1, 0 mm, l'augmentation de la vitesse d'augmentation de la pression du carburant donne une très faible influence sur la différence de pression. Cela signifie qu'il est encôre préférable de rendre le diamètre de passage supérieur (ou égal) à 1,0 mm. En revanche, si le diamètre de passage dans l'orifice 13 est trop grand, la propagation de l'onde de pression ne peut pas être convenablement supprimée par l'orifice 13 et l'onde de pression ne peut pas être correctement atténuée par l'orifice 13. Comme on le voit sur la Fig. 2, si le diamètre de passage est de 1,3 mm, la différence de pression augmente légèrement en fonction de la diminution de la vitesse d'augmentation de pression du carburant. On constate que la différence de pression augmente en même temps que le diamètre de passage, au-delà de 1, 3 mm bien que cela ne soit pas représenté sur la Fig. 2. Cela signifie qu'il est préférable de rendre le diamètre de passage de l'orifice 13 inférieur (ou égal) à 1,3 mm. On observe également que la différence de pression est encore plus petite si le diamètre de passage est de 1,1 mm. Cela signifie qu'il est encore préférable de rendre le diamètre de passage inférieur (ou égal) à 1,1 mm. Il se confirme également que la dimension préférable ou la dimension la plus préférable du diamètre de passage ne dépend pas du volume du moteur tant que le volume du moteur se situe dans une plage s'étendant de trois litres à cinq litres de cylindrée. D'après les résultats expérimentaux, on conclut que le diamètre de passage de l'orifice 13 mesure de préférence de 0,9 mm à 1,3 mm, et de préférence encore de 1,0 mm à 1,1 mm. C'est ce qui est confirmé à nouveau au cours des expériences suivantes illustrées sur les figures 3A et 3B. Sur la Fig. 3A, une différence de pression d'injection entre un premier injecteur 1 et un second injecteur 2 figure en ordonnée (en mégapascals) et le diamètre de passage (en mm) de l'orifice 13 (appelé diamètre d'orifice) figure en abscisse. La différence de pression d'injection est mesurée en fonctionnement normal du moteur. Sur la Fig. 3B, une différence de quantité injectée entre le premier injecteur 1 et le second injecteur 2 figure en ordonnée et le diamètre de l'orifice figure en abscisse. D'après les deux figures 3A et 3B, il est clair que la différence de pression d'injection et la différence de quantité injectée sont très limitées en dotant l'orifice d'un diamètre de 1,0 à 1,1 mm, et que celles-ci peuvent être raisonnablement faibles en dotant l'orifice d'un diamètre de 0,9 à 1,3 mm. Les avantages ci-après sont obtenus dans la première forme de réalisation décrite ci-dessus. En réalisant un diamètre d'orifice de moins de 1,3 mm (de préférence encore de moins de 1,1 mm), la propagation de l'onde de pression dans le passage de liaison 12 est supprimée, et de ce fait la différence de pression entre la première et la seconde rampes communes 4, 5 devient faible. En dotant l'orifice d'un diamètre supérieur à 0,9 mm (de préférence encore supérieur à 1,0 mm), la résistance à l'écoulement dans le passage de liaison 12 devient faible et de ce fait, l'augmentation de la différence de pression entre les rampes communes 4, 5 en fonction de l'augmentation de la vitesse d'augmentation de pression du carburant est supprimée. De la sorte, la différence de pression d'injection et la différence de quantité injectée entre le premier injecteur 1 et le second injecteur 2 peut devenir considérablement faible en dotant l'orifice d'un diamètre de 0,9. à 1,3 mm (de préférence encore de 1,0 à 1,1 mm), ce qui est réalisé sans l'utilisation du bloc de distribution J2 qui a été utilisé dans le dispositif d'injection de carburant selon la technique antérieure. Du fait de l'élimination du bloc de distribution, le dispositif d'injection peut être fabriqué à un faible coût et, en outre, il peut être facilement monté sur le moteur. Dans la première forme de réalisation représentée sur la Fig. 1, l'orifice 13 est fixé à chacune des rampes communes 4, 5. Il n'est pas nécessaire d'utiliser deux orifices 13, mais un seul orifice 13 peut être fixé à l'une des rampes communes 4, 5. On ne constate presque pas de différence entre des dispositifs utilisant un seul orifice ou deux orifices. L'orifice 13 fait corps avec la rampe commune 4, 5, 'ce qui réduit donc le nombre de pièces. Si on utilise deux orifices 13, il est possible d'utiliser des rampes communes 4, 5 ayant presque la même structure (sauf que la première rampe commune 4 comporte l'orifice de liaison 14 à relier à la pompe 3 d'alimentation en carburant) . Cela contribue à réduire le coût de la fabrication. En référence à la Fig. 4, on va décrire une deuxième forme de réalisation de la présente invention. Dans cette deuxième forme de réalisation, un orifice 13' composé d'une valve 13a à diamètre de passage variable et d'un actionneur 13b pour modifier le diamètre de passage variable est utilisé à la place de l'orifice 13. Les autres structures sont identiques à celles de la première forme de réalisation. Bien que l'orifice 13' soit relié à la première rampe commune 4 dans la deuxième forme de réalisation représentée sur la Fig. 4, il peut être relié à la seconde rampe commune 5 ou il est possible de le disposer dans le passage de liaison 12. L'actionneur 13b peut être un actionneur électromagnétique ou un actionneur piézoélectrique, qui modifie en continu ou pas à pas le diamètre de passage de la valve 13a. L'actionneur 13b est commandé par l'unité de commande 6 d'après les conditions de fonctionnement du moteur. Plus particulièrement, le diamètre de passage de la valve 13a peut être progressivement changé de 0,9 mm à 1,3 mm en. fonction de l'augmentation de la vitesse d'augmentation de pression du carburant. De la sorte, la différence de pression entre la première rampe commune 4 et la seconde rampe commune 5 peut rester très faible en dépit de variations de la vitesse d'augmentation de pression du carburant. Il est également possible de prévoir une valve 13 ayant deux diamètres de passage de différentes dimensions, et de passer d'un diamètre à l'autre diamètre selon les conditions de fonctionnement du moteur. Par exemple, la valve 13a passe du diamètre de passage le plus petit au plus grand lorsque la vitesse d'augmentation de pression du carburant dépasse un niveau prédéterminé. Dans ce cas, l'actionneur peut fonctionner par tout ou rien. Des actionneurs autres que l'actionneur électromagnétique ou piézoélectrique, par exemple un actionneur à dépression, peuvent être utilisés. Le diamètre de passage optimal de l'orifice 13 est déterminé comme correspondant à un moteur d'un volume de trois à cinq litres. Pour d'autres moteurs que celui indiqué ci-dessus, il est préférable de déterminer le diamètre optimal de façon qu'il soit sensiblement proportionnel au volume du moteur.et à la puissance délivrée par le moteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes pour fournir du carburant à un moteur à combustion interne, comprenant: des premiers injecteurs (1) montés sur un premier bloc cylindre ayant une pluralité de premiers cylindres, chaque premier injecteur (1) fournissant du carburant à haute pression à chaque premier cylindre; des seconds injecteurs (2) montés sur un second bloc cylindre ayant une pluralité de seconds cylindres, chaque second injecteur (2) fournissant du 10 carburant à haute pression à chaque second cylindre; une pompe (3) d'alimentation en carburant pour fournir du carburant à haute pression; une première rampe commune (4).pour accumuler le carburant à haute pression fourni par la pompe d'alimentation en carburant et pour fournir aux premiers injecteurs (1) le carburant à haute pression accumulé ; et une seconde rampe commune (5) pour accumuler le carburant à haute pression fourni par la pompe d'alimentation en carburant et pour fournir aux seconds injecteurs (2) le carburant à haute pression accumulé, caractérisé en ce que: la première rampe commune (4) et la seconde rampe commune (5) sont reliées en série par l'intermédiaire d'un passage de liaison (12) ; le carburant à haute pression est directement fourni à la première rampe commune (4) par la pompe (3) d'alimentation en carburant et à la seconde rampe commune (5) depuis la première rampe commune (4) via le passage de liaison (12) ; et un orifice (13) est disposé dans le passage de liaison (12). 2. Dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes selon la revendication 1, caractérisé en ce que: l'orifice (13) a un diamètre de passage dans la plage s'étendant de 0,9 mm à 1,3 mm. 3. Dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que: l'orifice (13) fait corps soit avec la première rampe commune (4) soit avec la seconde rampe commune (5) à un endroit où le passage de liaison (12) est relié à la rampe commune (4, 5). 4. Dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que: l'orifice (13) fait corps avec la première rampe commune (4) à un endroit où le passage de liaison (12) est relié à la première rampe commune (4) et un second orifice (13) fait corps avec la seconde rampe commune (5) à un endroit où le passage de liaison (12) est relié à la seconde rampe commune (5). 5. Dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice (13') est composé de valve (13a) à diamètre de passage variable et d'un actionneur (13b) pour entraîner la valve; et le diamètre de passage variable est modifié d'après les conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne. 6. Dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'actionneur (13b) est soit un actionneur électromagnétique soit un actionneur piézoélectrique. 7. Dispositif d'injection de carburant du type à rampes communes selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice (13) a un diamètre de passage dans la plage s'étendant de 1,0 mm à 1,1 mm.