Brevet FR2872865A1 — publié le 20060113

Dispositif d'injection à rampe commune avec amortissement des ondes de pression. La présente invention se rapporte à un dispositif d'injection à rampe commune pour moteur de véhicule automobile, avec un système d'amortissement des ondes de pression dans un circuit hydraulique. Dans les systèmes d'injection dits "common rail" ou "à rampe commune" (diesel, essence ou tout autre carburant), chaque injection engendre, dans le circuit de carburant haute pression, des ondes de pression responsables d'interactions entre les injections. Ces interactions se traduisent par une mauvaise maîtrise de la quantité de carburant introduite dans le cylindre, rendant ainsi très difficile la mise en point des moteurs pendant les phases de développement, et engendrant des évolutions de leur comportement pendant la durée de vie du moteur. Ce problème est de plus en plus critique avec l'apparition des injections multiples autorisées par les nouveaux systèmes d'injection, consistant à découper une injection en plusieurs injections plus petites. Il est proposé dans le document EP 1 217 202 d'inclure dans le circuit d'alimentation d'un injecteur un étrangleur créant une perte de charge dans le débit de carburant. Cette perte de charge permet d'amortir les oscillations de pression au niveau de l'injecteur, et donc d'avoir une pression plus proche de la pression d'alimentation plus rapidement après une première injection. Cependant, l'ajout d'une restriction dans le circuit hydraulique limite la pression effectivement disponible à l'injecteur, en particulier pour les forts débits. C'est donc un objectif de l'invention de proposer un dispositif d'amortissement des oscillations de pression d'alimentation en carburant d'un injecteur, sans limiter pour autant ladite pression, même pour les hauts débits. Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un système d'injection de carburant à rampe commune pour moteur thermique comportant un injecteur relié par un tube d'alimentation à une rampe commune, un circuit hydraulique s'étendant de la rampe commune jusqu'à un orifice de l'injecteur, en passant par le tube d'alimentation. Le système d'injection comporte en outre une première chambre en communication avec le circuit hydraulique par l'intermédiaire d'un premier clapet anti- retour passant dans le sens en provenance de la première chambre, et une deuxième chambre en communication avec le circuit hydraulique par l'intermédiaire d'un deuxième clapet anti-retour passant dans le sens vers la deuxième chambre, les deux chambres étant en communication entre elles par un conduit d'équilibrage. Les chambres constituent ainsi, du fait de la compressibilité du carburant, des réserves de carburant sous pression. Lors de l'ouverture de l'injecteur, la pression dans le circuit hydraulique baisse. Cette baisse est compensée par le carburant en réserve dans la première chambre, et qui peut alimenter le circuit hydraulique à travers le premier clapet anti-retour. La baisse de pression générée a ainsi une amplitude diminuée. Lorsque la pression dans le circuit hydraulique remonte, le premier clapet anti-retour se ferme et le deuxième clapet anti-retour s'ouvre pour laisser pénétrer du carburant dans la deuxième chambre, ce qui diminue encore l'amplitude de la remontée de pression. Le conduit d'équilibrage permet d'équilibrer les pressions dans les chambres avant l'injection suivante. Grâce au système selon l'invention, les oscillations de pression dans le circuit hydraulique sont amorties plus rapidement sans créer de pertes de charge dans l'alimentation de l'injecteur. De manière avantageuse, les chambres sont connectées au plus près de l'orifice d'injection du carburant. Les échanges de carburant se font ainsi au plus près de la source des oscillations de pression, ce qui limite les variations de pression dans le reste du circuit hydraulique. De préférence, les chambres ont un volume compris entre 200 et 600 mm3. L'inventeur a constaté que ce volume était optimal pour la plupart des injecteurs actuels, les chambres étant suffisamment grandes pour avoir une capacité de compression ou de détente du carburant, et suffisamment petites pour être intégrées à proximité de l'orifice d'injection. Le conduit d'équilibrage a par exemple un diamètre de 50 pm. Ce diamètre est adapté pour équilibrer les pressions dans les chambres entre deux injections. Le diamètre peut être augmenté en cas de présence de parois élastiques pour les chambres. Selon un perfectionnement, au moins l'une des parois d'au moins l'une des chambres est élastique. Dans ce cas, la compressibilité du carburant est secondée par la variation élastique du volume de la chambre. Le volume de la chambre peut être réduit en gardant la même efficacité d'alimentation ou de capture en carburant. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un système d'injection conforme à l'invention; la figure 2 est une vue d'un injecteur de la figure 1 en coupe longitudinale selon la ligne II- II de la figure 3; la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III- III de la figure 2; la figure 4 est une vue du détail IV de la figure 3; la figure 5 est un diagramme temporel d'évolution de la pression du carburant en différents endroits de l'injecteur de la figure 2. Le système d'injection selon l'invention, tel que représenté sur la figure 1, est par exemple un système à rampe commune pour un moteur Diesel alimenté en gazole. Un tel système comporte une rampe commune 10 alimentée en carburant sous pression, un injecteur 11 par cylindre du moteur, soit quatre injecteurs 11 dans l'exemple représenté. Chaque injecteur 11 est relié à la rampe commune 10 par un tube d'alimentation 12. Un circuit hydraulique s'étend depuis la rampe commune 10 jusqu'à un orifice d'injection 13 à l'extrémité de l'injecteur 11 en passant par le tube d'alimentation 12 pour canaliser le carburant à injecter dans un cylindre, non représenté. Les figures 2 à 4 détaille l'un des injecteurs 11. Le tube d'alimentation, non représenté sur ces figures, est connecté contre une face d'extrémité 14 de l'injecteur 11. Un canal interne 15 s'étend depuis la face d'extrémité 14 vers l'orifice d'injection 13, en passant par un répartiteur 16, pour former une partie du circuit hydraulique. Une aiguille, non représentée, permet de fermer ou ouvrir sur commande le circuit hydraulique en aval du répartiteur 16. Conformément à l'invention, l'injecteur 11 comporte une première chambre 17 en communication avec le répartiteur 16 par l'intermédiaire d'un premier clapet anti-retour 18 passant dans le sens vers la première chambre 17, et une deuxième chambre 19 en communication avec le répartiteur 16 par l'intermédiaire d'un deuxième clapet anti-retour 20 passant dans le sens en provenance de la deuxième chambre 19. Les deux chambres 17, 19 sont en communication entre elles par un conduit d'équilibrage 21 dont le diamètre est de 50 pm. Chaque clapet anti-retour comporte une bille 22 maintenue en appui contre un siège 23 tronconique par un ressort 24. La figure 5 montre l'évolution au cours du temps des pressions en différents endroits du circuit hydraulique. La courbe 30 représente la pression dans le répartiteur 16 en l'absence des chambres, tandis que la courbe 31 représente la pression dans le répartiteur en présence des chambres 17, 19. La courbe 32 représente la pression dans la première chambre 17 et courbe 33 représente la pression dans la deuxième chambre 19. Lorsque le circuit hydraulique est fermé, et que la rampe commune 10 est alimentée en carburant sous pression, par exemple à 1000 bars, la même pression règne partout dans le circuit hydraulique et dans les chambres 17, 19. Au moment de l'injection, c'est-à-dire de l'ouverture du circuit hydraulique par l'aiguille, la pression chute dans le circuit hydraulique, et en particulier dans le répartiteur 16, comme le montre les courbes 30 et 31 de la figure 5. Une pression différentielle existe alors entre les chambres 17, 19 et le répartiteur 16. Le premier clapet anti-retour 18 s'ouvre alors pour laisser passer du carburant en réserve dans la première chambre 17 vers le répartiteur 16, ce qui compense partiellement la chute de pression dans le répartiteur 16. Ceci est montré par le niveau du point de rebroussement 300 de la courbe 30, qui est inférieur au niveau du point de rebroussement 310 de la courbe 31. Quand la pression remonte dans le répartiteur 16, au-delà du niveau de pression dans la première chambre 17, le premier clapet anti-retour 18 se referme. Puis lorsque la pression dans le répartiteur 16 remonte au-delà du niveau de pression dans la deuxième chambre 19, le deuxième clapet anti-retour 20 s'ouvre pour accepter du carburant et limiter ainsi la remontée de pression dans le répartiteur 16, et donc dans le circuit hydraulique, comme le montre le niveau du point de rebroussement 311 de la courbe 31. Après la fermeture du premier clapet anti-retour 18, la pression dans la première chambre 17 tend à revenir progressivement vers le niveau de la pression dans la deuxième chambre 19, par le passage de carburant à travers le conduit d'équilibrage 21. Lors des oscillations suivantes de pression, le deuxième clapet antiretour 20 s'ouvre lorsque la pression dans le répartiteur 16 excède celle dans la deuxième chambre 19 et se referme lors de la baisse de pression. Lorsque le deuxième clapet 20 est fermé, la pression dans la deuxième chambre baisse du fait du passage de carburant vers la première chambre 17 par le conduit d'équilibrage 21. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit à titre d'exemple. L'invention s'applique aussi à un moteur fonctionnant avec un autre carburant. Les chambres peuvent être placées à un autre endroit du circuit hydraulique, entre la rampe commune 10 et l'orifice d'injection 13. Le conduit d'équilibrage peut être réalisé par un conduit plus grand, mais avec une restriction calibrée telle qu'un diaphragme ou un Venturi. REVENDICATIONS 1. Système d'injection de carburant à rampe commune pour moteur thermique comportant un injecteur (11) relié par un tube d'alimentation (12) à une rampe commune (10), un circuit hydraulique s'étendant de la rampe commune (10) jusqu'à un orifice de l'injecteur (13), en passant par le tube d'alimentation (12), caractérisé en ce qu'il comporte en outre une première chambre (17) en communication avec le circuit hydraulique (16) par l'intermédiaire d'un premier clapet anti-retour (18) passant dans le sens vers la première chambre (17), et une deuxième chambre (19) en communication avec le circuit hydraulique (16) par l'intermédiaire d'un deuxième clapet anti-retour {20) passant dans le sens en provenance de la deuxième chambre (18), les deux chambres (17, 19) étant en communication entre elles par un conduit d'équilibrage (21). 2. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel les chambres (17, 19) sont connectées au plus près de l'orifice d'injection (13) du carburant. 3. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel les chambres (17, 19) ont un volume compris entre 200 et 600 mm3. 4. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel le conduit d'équilibrage (21) a un diamètre de 50 pm. 5. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel au moins l'une des parois d'au moins l'une des chambres (17, 19) est élastique.