Brevet FR2872224A1 — publié le 20051230

"Dispositif d'injection de carburant sous pression pour un moteur à combustion interne" L'invention concerne un dispositif d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion s interne. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur Diesel, du type comportant un canal principal d'admission de carburant dont io une extrémité amont est reliée à une réserve de carburant sous pression, et dont l'extrémité aval forme un orifice de pulvérisation de carburant. Il est connu d'équiper les moteurs à combustion interne, et notamment les moteurs Diesel, de dispositifs d'injection à rampe commune, aussi appelés common rail , afin d'améliorer les performances du moteur. Un tel dispositif d'injection est par exemple décrit dans le document WO-A-0.055. 490. Lors d'une injection, la pression du carburant diminue localement et temporairement dans le tronçon d'extrémité aval du canal d'admission qui est situé directement en amont de l'orifice de pulvérisation. Le débit de carburant passant par l'orifice de pulvérisation diminue donc au cours de l'injection. Lorsque l'on souhaite augmenter la quantité de carburant à injecter dans les chambres de combustion, il est connu d'augmenter la durée de l'injection. Cependant, cette durée est limitée par des considérations techniques. En effet, le carburant doit être injecté quand le piston est au voisinage du point mort haut, sans trop se prolonger pendant la phase de détente. On peut aussi envisager d'augmenter la section de passage de l'orifice de l'injecteur. Cependant, la qualité de la pulvérisation du carburant est alors moins bonne, c'est-à-dire que le jet de carburant est alors composé de grosses gouttelettes au lieu de former un brouillard de fines gouttelettes. Cela a pour conséquence une baisse des prestations de dépollution et un moins bon rendement du moteur. Il est aussi connu d'augmenter la pression moyenne d'injection. Pour cela, la solution la plus évidente est d'augmenter la pression de source fournie par la pompe d'injection alimentant la rampe commune. Cependant, une telle augmentation de pression requiert une pompe d'injection plus perfectionnée et plus onéreuse que les pompes d'injection usuellement utilisées. i0 Afin de résoudre ces problèmes, l'invention propose un dispositif d'injection du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un canal auxiliaire d'admission dont une extrémité aval est reliée au canal principal d'admission à proximité de l'orifice de pulvérisation, et dont une extrémité amont est reliée à une source de carburant sous pression, ce canal auxiliaire d'admission comportant un clapet de distribution qui est piloté depuis une position d'obturation du canal auxiliaire vers une position de libération lorsque la pression du carburant dans le canal principal d'admission est inférieure à la pression d'alimentation dans le canal auxiliaire. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le clapet de distribution est un clapet antiretour qui permet le passage du carburant depuis l'amont vers l'aval; - la source de carburant sous pression est constituée par 25 la réserve de carburant sous pression; - l'extrémité amont du canal auxiliaire d'admission est reliée directement à la réserve de carburant sous pression; - l'extrémité amont du canal auxiliaire d'admission est reliée au canal principal d'admission de façon à constituer un canal auxiliaire de dérivation du canal principal d'admission; - le canal auxiliaire de dérivation comporte une chambre d'accumulation de carburant sous pression qui est intercalée entre son extrémité amont et le clapet de distribution, et qui comporte un orifice amont d'entrée du carburant et un orifice aval de sortie du carburant, l'orifice amont d'entrée comportant un clapet de remplissage qui est commandé depuis une position d'obturation vers une position de libération lorsque la pression du carburant immédiatement en amont dudit clapet est supérieure à la pression du carburant dans la chambre d'accumulation - le clapet de remplissage est un clapet antiretour qui permet le passage du carburant depuis l'amont vers la chambre d'accumulation. io D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins en annexe, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en section axiale qui représente un dispositif d'injection réalisé selon les enseignements de l'invention et comportant un injecteur qui est alimenté en carburant par une rampe de carburant sous pression par l'intermédiaire d'un conduit d'admission et d'un conduit auxiliaire; - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente une variante de l'invention dans laquelle l'injecteur est relié à la rampe de carburant par un conduit d'admission unique, l'injecteur comportant un conduit auxiliaire de dérivation dans lequel est intercalé une réserve de carburant; - la figure 3 est une vue de détail à plus grande échelle qui représente la réserve de carburant de la figure 2. Dans la description qui va suivre, on adoptera à titre non limitatif une orientation longitudinale, verticale et transversale, indiquée par le trièdre L, V, T de la figure 1. On adoptera par la suite les mêmes références pour désigner des éléments similaires, analogues ou identiques. On représenté à la figure 1 une installation d'injection 10 dite à rampe commune, ou common rail , qui comporte une rampe 12 globalement longitudinale formant un réservoir de carburant sous une pression de source Ps alimentant en carburant plusieurs injecteurs dont ici un seul injecteur 14 est représenté. Les injecteurs 14 sont destinés à injecter du carburant dans une chambre de combustion (non représentée) associée d'un moteur thermique, notamment d'un moteur Diesel. La rampe 12 est alimentée en carburant sous une pression de source Ps par une pompe d'injection (non représentée). De manière connue, l'injecteur 14 est alimenté en io carburant sous pression par l'intermédiaire d'une conduite principale 16 dite haute pression qui relie la rampe 12 à l'injecteur 14. L'injecteur 14 comporte un corps globalement cylindrique 18 d'axe vertical. Comme représenté à la figure 1, une conduite principale d'admission 20 du carburant, globalement parallèle à l'axe vertical, est formée à l'intérieur du corps 18. Une extrémité amont 22 de la conduite principale d'admission 20 est reliée à une extrémité aval 24 de la conduite haute pression principale 16, et l'extrémité aval 26 de la conduite principale d'admission 20 forme un orifice inférieur de pulvérisation, aussi appelé gicleur, qui est destiné à pulvériser un jet de carburant sous pression dans la chambre de combustion associée à l'injecteur 14. La conduite haute pression principale 16 et la conduite principale d'admission 20 qui la prolonge forment ainsi un canal principal d'admission du carburant qui relie la rampe 12 au gicleur 26. Une aiguille 28 d'axe vertical est montée coulissante verticalement dans un tronçon d'extrémité aval 30 de la conduite principale d'admission 20. L'aiguille 28 comporte une extrémité inférieure 32 conique qui est destinée à coopérer avec un siège 34 de manière à obturer le passage du carburant jusqu'au gicleur 26. Les déplacements de l'aiguille 28 sont ainsi commandés par des moyens de commande (non représentés) entre une position inférieure de fermeture (non représentée) du gicleur 26 dans laquelle le passage du carburant jusqu'au gicleur 26 est obturé, et une position supérieure d'ouverture du gicleur 26 dans laquelle le passage du carburant jusqu'au gicleur 26 est ouvert, comme illustré à la figure 1. Des moyens connus de commande des déplacements de l'aiguille 28 sont par exemple décrits dans le document FR-A-2.833.654. Selon un premier mode de réalisation de l'invention qui est représenté à la figure 1, le dispositif d'injection 10 comporte un canal auxiliaire 36 d'admission de carburant dont une extrémité aval 38 est reliée à la conduite principale d'admission 20 à proximité de le gicleur 26, par exemple au niveau du tronçon d'extrémité aval 30 de la conduite principale d'admission 20. L'extrémité amont 40 du canal auxiliaire d'admission 36 est reliée à une réserve de carburant sous pression qui est ici la rampe 12. Le canal auxiliaire d'admission 36 comporte un tronçon amont 42 qui est formé par une conduite haute pression auxiliaire et un tronçon aval 44 qui est formé dans le corps 20 de l'injecteur 14. Un clapet de distribution 46 est interposé dans la conduite haute pression auxiliaire 42. Le clapet de distribution 46 est un clapet antiretour qui permet le passage du carburant depuis l'amont vers l'aval. Selon une variante non représentée de l'invention, le clapet de distribution 46 est interposé dans le tronçon aval 44 du canal auxiliaire d'admission 36. Un clapet de distribution 46 similaire est représenté plus en détail à la figure 3. Le clapet de distribution 46 est agencé dans un tronçon de plus grand diamètre de la conduite haute pression auxiliaire 42 formant une chambre cylindrique 48 qui est ici d'axe vertical et qui communique avec la conduite haute pression auxiliaire 42 par un orifice amont 50 et un orifice aval 52. Le clapet de distribution 46 comporte une bille 54 dont le diamètre est compris entre le diamètre de la chambre 48 et le diamètre de la conduite haute pression auxiliaire 42 de façon que la bille 54 puisse se déplacer verticalement dans la chambre 48, sans pénétrer dans la conduite haute pression auxiliaire 42, entre une position haute d'obturation du passage du carburant et une position basse d'ouverture du passage du carburant. io En position d'obturation représentée à la figure 1, la bille 54 coopère avec une face annulaire conique 56 qui entoure l'orifice amont 50 de la chambre 48 afin d'obturer le passage du carburant. En position de libération (non représentée), la bille 54 est située à distance entre les deux orifices amont 50 et aval 52 de la chambre 48. Le diamètre de la chambre 48 est supérieur au diamètre de la bille 54 de manière que le carburant s'écoule depuis l'orifice amont 50 vers l'orifice aval 52 en circulant entre la face latérale cylindrique concave de la chambre 48 et la surface sphérique convexe de la bille 54. La bille 54 est rappelée élastiquement en position d'obturation par un ressort hélicoïdal 58 d'axe vertical dont une extrémité fixe est en appui contre une face annulaire plane 60 qui entoure l'orifice aval 52, et dont l'autre extrémité est en appui contre la bille 54. Le ressort 58 a un tarage tel que, lorsque la pression de carburant en aval de la bille 54 augmenter de la pression de tarage du ressort 58 est inférieure à la pression en amont de la bille 54, la bille 54 est déplacée vers sa position de libération, et telle que, lorsque la pression en aval de la bille 54 augmentée la la pression de tarage du ressort 58 est supérieure ou égale à la pression en amont de la bille 54, la bille 54 est rappelée par le ressort 58 vers sa position d'obturation. Le clapet de distribution 46 est ainsi piloté depuis sa position d'obturation de la conduite haute pression auxiliaire 42 vers sa position de libération lorsque la pression du carburant dans chambre 70 augmenté de la pression de tarage du clapet 46 est inférieure à la pression du carburant contenu dans la conduite haute pression auxiliaire 42. Avant l'activation de l'injecteur 18, la valve 28 est en position de fermeture du gicleur 26. Le carburant sous pression est accumulé dans le canal principal d'admission 16, 20 à une io pression égale à la pression de source Ps du carburant contenu dans la rampe 12. Les tronçons amont 42 et aval 44 du canal auxiliaire d'admission 36 contiennent aussi du carburant sous la même pression de source Ps. Le clapet de distribution 46 est donc en position d'obturation. Au début de l'injection, la valve 28 est commandée en position d'ouverture du gicleur 26. Le carburant est alors pulvérisé sous forme de jet dans la chambre de combustion associée. La pression du carburant contenu dans le canal principal d'admission 16, 20 et dans le tronçon aval 44 du canal auxiliaire d'admission 36 devient alors inférieure à la pression de source Ps. Lorsque la pression dans le tronçon aval 44 du canal auxiliaire d'admission 36 est sensiblement inférieure à la pression de source Ps du carburant contenu dans le tronçon amont 42 du canal auxiliaire d'admission 36, le clapet de distribution 46 passe alors en position de libération de façon que du carburant sous pression de source Ps s'écoule à travers le tronçon aval 44 du canal auxiliaire d'admission 36 jusqu'au gicleur 26. Ainsi, tandis que la pression du carburant contenu dans le canal principal d'admission 16, 20 est inférieure à la pression de source Ps, la pression du carburant contenu dans le tronçon amont 42 du canal auxiliaire d'admission 36 est égale à la pression de source Ps. Le carburant contenu dans la rampe 12 et dans le tronçon amont 42 du canal auxiliaire d'admission 36 constitue donc une réserve ou une source de carburant sous pression de source Ps qui est suffisamment proche du gicleur 26 pour être pulvérisé avant la fin de l'injection, lorsque le débit de carburant passant par le gicleur 26 commence à diminuer. Avantageusement, le clapet de distribution 46 est placé le plus près possible du gicleur 26 de façon que le carburant sous pression de source Ps atteigne rapidement ledit orifice 26 en io s'écoulant à travers un canal d'une distance la plus courte possible. Par conséquent, le dispositif d'injection 10 réalisé selon les enseignements de l'invention émet un jet de carburant par le gicleur 26 sous une pression moyenne qui est plus proche de la is pression de source Ps qu'un dispositif d'injection réalisé selon l'état de la technique, tout en maintenant une qualité d'injection équivalente. Ainsi, pour une même pression de source Ps et pour une même durée d'injection, la quantité de carburant injecté dans la chambre de combustion par le dispositif d'injection 10 selon l'invention durant l'injection est supérieure à la quantité de carburant qu'injecterai un dispositif d'injection similaire réalisé selon l'état de la technique. Cette augmentation de quantité injecté est réalisée sans augmenter la durée d'injection et sans augmenter la valeur de la pression source Ps régnant dans la rampe commune. De même, il n'est plus nécessaire de recourir à des réglage spécifiques liés aux interaction possible entre plusieurs injections successives. L'effet obtenu par l'amélioration de la pulvérisation du carburant est également une réduction du bruit de combustion du fait que le taux d'introduction est plus progressif au début de l'injection. Selon un second mode de réalisation représenté à la figure 2, au lieu d'être reliée directement à la rampe 12, l'extrémité amont 40 du canal auxiliaire d'admission 42 est reliée au canal principal d'admission 16, 20, par exemple à la conduite haute pression principale 16, de façon à constituer un canal auxiliaire de dérivation 36 du canal principal d'admission 16, 20. Le canal auxiliaire de dérivation comporte une chambre d'accumulation de carburant 62 sous pression de source Ps diminué de la pression de tarage du clapet 66 qui est intercalée entre son extrémité amont 40 et le clapet de distribution 46, et qui comporte un orifice amont 64 d'entrée du carburant et un io orifice aval 50 de sortie du carburant. La chambre d'accumulation 62 est représentée en détail à la figure 3. Le diamètre de la chambre d'accumulation 62 est ici supérieur au diamètre du canal auxiliaire de dérivation 36. L'orifice amont 64 d'entrée comporte un clapet de remplissage 66 dont la structure est similaire à celle du clapet de distribution 46. Le clapet de remplissage 66 est donc un clapet antiretour qui permet le passage du carburant depuis l'amont vers la chambre d'accumulation 62. Le clapet de remplissage 66 est commandé depuis une position fermée vers une position ouverte lorsque la pression du carburant immédiatement en amont du clapet 66 est supérieure à la pression du carburant contenu dans la chambre d'accumulation 62 à la pression de tarage du clapet 66 près. L'orifice aval de sortie de la chambre d'accumulation 62 est ici formé par l'orifice d'entrée 50 du clapet de distribution 46 qui en commande la libération et l'obturation comme décrit précédemment. Selon une variante de l'invention, la chambre d'accumulation 62 et le clapet de distribution 46 sont formés dans le corps 18 de l'injecteur 14. La réserve de carburant sous pression de source Ps est ainsi avantageusement proche di gicleur 26. Lors d'une injection, le dispositif ainsi réalisé fonctionne de manière similaire au dispositif réalisé selon le premier mode de réalisation. Cependant la réserve de carburant sous pression de source Ps qui était constituée par la rampe 12 et le tronçon amont 42 du canal auxiliaire d'admission 36 est ici constituée par la chambre d'accumulation 62. Ainsi, lorsque la valve 28 est commandée en position ouverte, la pression diminue non seulement dans le carburant contenu dans le canal principal d'admission 16, 20 et dans le tronçon aval 44 du canal auxiliaire de dérivation 36, mais aussi dans le tronçon amont 42 du canal auxiliaire de dérivation 44 car ce dernier communique directement avec le canal principal d'admission 20. Le clapet de remplissage 66 est alors commandé en position d'obturation puisque la pression Ps du carburant contenu dans la chambre d'accumulation 62 est supérieure à la pression du carburant contenu dans le tronçon amont 42 du canal auxiliaire de dérivation 36. Le clapet de remplissage 66 empêche donc le carburant contenu dans la chambre d'accumulation 62 de s'écouler par l'orifice amont d'entrée 64. Simultanément, le clapet de distribution 46 est commandé vers sa position de libération afin que le carburant sous pression Ps contenu dans la chambre d'accumulation 66 puisse s'écouler vers le gicleur 26. Après l'injection, la valve 28 est de nouveau en position de fermeture. La pression du carburant contenu dans le canal principal d'admission 16, 20 et dans les tronçons amont 42 et aval 44 du canal auxiliaire de dérivation 36 augmente jusqu'à la pression de source Ps, tandis que la pression du carburant contenu dans la chambre d'accumulation est inférieure à la pression de source Ps. Du fait de la différence de pression entre la chambre d'accumulation et les tronçons amont 42 et aval 44 du canal auxiliaire de dérivation 36, le clapet de remplissage 66 est commandé vers sa position de libération et le clapet de distribution 46 est commandé vers sa position d'obturation. La 2872224 Il pression du carburant contenu dans la chambre d'accumulation 62 augmente ainsi jusqu'à la pression de source Ps et le dispositif d'injection 10 est alors prêt pour effectuer une nouvelle injection. Selon une autre variante de réalisation (non représentée), l'amont du clapet de distribution 46 de chaque injecteur peut-être connecté à la sortie de la pompe haute pression qui génère la pression de source Ps. En effet, le débit de la pompe haute pression subit des variations qui sont dues aux refoulement des io différents pistons de la pompe. Les surpressions créées par ses refoulements peuvent alors être utilisées pour constituer la réserve de carburant formée par le canal auxiliaire d'admission. Ainsi, lorsque la pression fournie par la pompe est supérieure, à la pression du tarage près, à la pression en aval du clapet de distribution 46, le clapet s'ouvre. Le clapet de distribution 46 se ferme dès que la pression fourni par la pompe est inférieure, à la pression du tarage près, à la pression en aval du clapet de distribution 46. La sortie de la pompe haute pression est également connecté à la rampe commune par l'intermédiaire du tronçon amont du canal auxiliaire d'admission 36 de façon à maintenir la pression source dans la conduite principale 20 de chaque injecteur. Afin d'améliorer l'efficacité de clapet de distribution 46 et 25 du clapet de remplissage 66, un piston amplificateur de pression peut être intercalé en amont du clapet de remplissage 66. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection (10) de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur Diesel, du type comportant un canal principal (16, 20) d'admission de carburant dont une extrémité amont est reliée à une réserve (12) de carburant sous pression (Ps), et dont l'extrémité aval (26) forme un orifice de pulvérisation de carburant, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un canal io auxiliaire d'admission (36) dont une extrémité aval (38) est reliée au canal principal d'admission (16, 20) à proximité de l'orifice de pulvérisation (26), et dont une extrémité amont (40) est reliée à une source (12, 62) de carburant sous pression (Ps), ce canal auxiliaire d'admission (36) comportant un clapet de distribution (46) qui est piloté depuis une position d'obturation du canal auxiliaire (36) vers une position de libération lorsque la pression du carburant dans le canal principal d'admission (16, 20) est inférieure à la pression d'alimentation dans le canal auxiliaire (36). 2. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le clapet de distribution (46) est un clapet antiretour qui permet le passage du carburant depuis l'amont vers l'aval. 3. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de carburant sous pression est constituée par la réserve (12) de carburant sous pression (Ps). 4. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extrémité amont (40) du canal auxiliaire d'admission (36) est reliée directement à la réserve (12) de carburant sous pression (Ps). 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité amont (40) du canal auxiliaire d'admission (36) est reliée au canal principal d'admission (16, 20) de façon à constituer un canal auxiliaire de dérivation (36) du canal principal d'admission (16, 20). 6. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le canal auxiliaire de dérivation (36) comporte une chambre d'accumulation (62) de carburant sous pression (Ps) qui est intercalée entre son extrémité amont (40) et le clapet de distribution (46), et qui comporte un orifice amont (64) d'entrée du carburant et un orifice aval (50) de sortie du carburant, l'orifice amont d'entrée (64) comportant un clapet de remplissage (66) qui est commandé depuis une position d'obturation vers une position de libération lorsque la pression du carburant immédiatement en amont dudit clapet (66) est supérieure à la pression du carburant dans la chambre d'accumulation (62). 7. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le clapet de remplissage (66) est un clapet antiretour qui permet le passage du carburant depuis l'amont vers la chambre d'accumulation (62). 8. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la source (12, 62) de carburant sous pression (Ps) est alimenté par une pompe haute pression donc la sortie est connecté en amont de chaque clapet de distribution (46). 9. Dispositif (10) selon la revendication précédente, 25 caractérisé en ce qu'un piston amplificateur est intercalé en amont de chaque clapet de distribution (46).