Brevet FR2878907A1 — publié le 20060609

La présente invention concerne une pompe à carburant haute pression du type utilisé avec les moteurs de véhicule, en particulier une pompe commandée à la demande pour fournir du carburant à un système d'injection de carburant à rampe commune. Des exemples de telles pompes à carburant haute pression et de systèmes d'alimentation en carburant associés sont décrits dans les brevets US n 6 637 408, Système d'alimentation en carburant à rampe commune avec accumulateur haute pression ; 6 494 182, Système à injection directe d'essence autorégulé ; 6 694 950, Io Procédé de commande hybride pour pompe à carburant utilisant une recirculation intermittente aux vitesses faibles et élevées du moteur ; et 6 422 203, Pompe à rendement variable pour l'injection directe d'essence , dont les descriptions sont incorporées aux présentes par référence. Au moins une partie des pompes décrites dans ces brevets utilise une vanne commandée par solénoïde pour rediriger sélectivement le carburant pompé vers un carter basse pression et ainsi contourner les injecteurs. Les vannes actionnées par solénoïdes de type marche/arrêt à grande vitesse sont souvent utilisées pour commander la livraison de carburant de pompe et/ou la pression de rampe de système de carburant pour les pompes à rampe commune et les pompes de type distributeur rotatif. Un problème commun ou plainte fréquente associé à ces types de pompe concerne les bruits audibles et hydrauliques associés à l'écoulement rapide de la haute pression et/ou à l'impact entre le solénoïde et la vanne. Le bruit hydraulique est causé par l'écoulement rapide d'une haute pression dans une basse pression. Le bruit audible est causé par ce bruit hydraulique ainsi que par le bruit mécanique lorsque l'armature de la vanne et/ou du solénoïde frappe soudainement son arrêt mécanique pendant l'ouverture et/ou la fermeture. Selon la présente invention, au lieu d'une commutation marche/arrêt instantanée classique du solénoïde qui entraîne une réponse rapide de l'armature et de la vanne de commande, l'impulsion électrique pour mettre sous tension (ou hors tension) le solénoïde est modifiée pour ralentir le profil force/temps agissant sur l'électrovanne pendant la transition entre la marche et l'arrêt ou l'arrêt et la marche. Ce programme de commande réduit le bruit hydraulique et mécanique en réduisant le taux d'écoulement de la vanne et/ou la vitesse d'impact. Les autres avantages sont une cavitation et une usure réduites des composants. De plus, ce programme de commande peut être transformé en un type marche/arrêt à onde rectangulaire plus classique à des vitesses et cycles opératoires plus élevés (lorsque le bruit est un moindre problème) afin de respecter les exigences d'alimentation en carburant si nécessaire. La figure 1A-1D compare l'impulsion de commande à onde rectangulaire de divers modes de réalisation de la présente invention à une impulsion de commande à onde rectangulaire classique, de polarité positive. La figure 2 est un schéma d'un système d'alimentation en 20 carburant à rampe classique incorporant un mode de réalisation de la présente invention. La figure 3 est un schéma d'une pompe à piston radial haute pression incorporant un mode de réalisation de la présente invention. La figure 4 est un schéma montrant l'usage d'un dispositif de commutation actif qui peut recirculer le courant sélectivement de manière à ralentir le taux de décroissance pendant la décharge du solénoïde. Une représentation du concept de l'invention est montrée sur la figure 1A-1G. Comme montré sur la figure 1A, une impulsion de commande classique 10 est caractérisée par une onde rectangulaire positive ayant un bord montant ou d'attaque 11, une largeur d'impulsion nominale 12, et un bord tombant ou de fuite 13. Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, la figure 1B représente une période de modulation de largeur d'impulsion (en anglais Pulse Width Modulation - PWM) ou poussée PWM 14 ajoutée à la fin de chaque impulsion de commande à onde rectangulaire classique 12'. Cette exécution ralentirait le temps de libération d'une vanne actionnée par solénoïde et commandée électriquement normalement ouverte. Le même principe opératoire d'applique à une vanne actionnée par solénoïde, normalement fermée et commandée électriquement. La poussée PWM 14 est déclenchée par le bord de fuite 13' de l'impulsion de commande normale 12', commence après une période de retard spécifiée 15, et continue pendant un nombre spécifié d'impulsions à une fréquence et cycle opérateur fixés. En variante, une poussée PWM 14' peut survenir avant l'impulsion de commande normale 12' comme montré sur la figure 1C, ou des poussées PWM 14, 14' peuvent à la fois précéder et suivre l'impulsion de commande normale 12' comme montré sur la figure ID. Des modes de réalisation présentés à titre de variante de la présente invention incluent la modulation du cycle opératoire, de la fréquence et du décompte d'impulsion pendant l'événement de libération. On devrait comprendre que normalement une impulsion de tension nominale devrait être en forme d'onde rectangulaire, le courant associé augmenterait et diminuerait avec de faibles pentes non instantanées et la force d'armature associée (mouvement) de la vanne à solénoïde presenterait de la même façon des pentes montante et descendante modestes. La présente invention modifie l'impulsion électronique de commande par rapport au nominal, pour "adoucir" le profil force/temps résultant agissant sur l'armature, par exemple en prolongeant ou en augmentant la pente montante ou décroissante de 2878907 4 l'impulsion de tension ou de courant de commande. L'impulsion de commande nominale n'est pas nécessairement une onde rectangulaire quelle que soit la forme nominale la technique de l'invention la modifie pour adoucir la force de commande sur l'armature. Par exemple, une impulsion nominale peut avoir une montée linéaire (non instantanée), une amplitude de pic constante, suivie d'une descente linéaire, l'impulsion modifiée pouvant être en forme de cloche. D'autres procédés de commande de la diminution de courant ou de l'augmentation de courant comme représentés sur les figures lE à 1G, qui sont couverts par la présente invention, incluent la commande de courant continu via la tension linéaire, la commande d'un pilote de hacheur de courant et la commande de taux de décroissance par recirculation sélective du courant pendant la décharge, comme en utilisant un dispositif de commutation actif. Bien que des impulsions de commande de tension positive soient montrées, l'invention s'applique de la même façon à la modification des tensions négatives. Les figures 2 et 3 représentent divers modes de réalisation de la présente invention tels qu'incorporés dans un système d'alimentation en carburant à rampe commune et une pompe à piston radial haute pression. La figure 2 représente un système d'alimentation en carburant ayant comme composants basiques: une pompe d'alimentation de réservoir d'entrée (basse pression) 20, un filtre à carburant 21, et une pompe haute pression 22, (montrée en lignes en pointillés pour plus de clarté). La pompe 22 maintient une haute pression opérationnelle dans une rampe commune 23 qui est en connexion fluidique avec une pluralité de buses d'injecteur de carburant 24. Chaque buse d'injecteur de carburant 24 est située pour injecter le carburant selon la séquence d'allumage commandée par l'unité de commande électronique 25. L'électrovanne 26 qui incorpore le programme de commande de la présente invention est située à l'intérieur de la pompe haute pression 22. Le générateur d'impulsions de commande de vanne 27 fournit l'impulsion de commande pour l'électrovanne 26. La pression de la rampe est contrôlée par un capteur de pression de rampe 28. D'autres caractéristiques de ce mode de réalisation d'un système d'alimentation en carburant comprennent une soupape de détente 29, qui est reliée de façon fluidique à une soupape de non-retour unidirectionnelle 30. Comme montré sur la figure 3, une pompe à carburant ayant au moins un plongeur de pompage ou piston 31 monté pour fonctionner de façon réciproque dans un alésage de pompage respectif est associée à une chambre de pompage moyennant quoi le carburant à une faible pression d'entrée est transmis à l'alésage de pompage pendant, une course de chargement du plongeur à l'intérieur de l'alésage et le carburant fourni est pressurisé dans la chambre de pompage pendant une course de décharge du plongeur à l'intérieur de l'alésage. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, une quantité pressurisée de carburant provenant d'une pluralité de chambres de pompage est déchargée vers une ligne de décharge commune 32 qui est reliée à la sortie de pompe à des fins de livraison à la rampe commune externe 24. Un système de commande d'écoulement est prévu moyennant quoi alors que le carburant est pressurisé dans la chambre de pompage ou la ligne de décharge, une soupape de trop-plein binaire actionnée par solénoïde 33 ouvre un chemin d'écoulement pour dévier une partie du carburant pressurisé dans la chambre de pompage ou dans la ligne de décharge 32, vers un carter basse pression, tel que la ligne d'alimentation 34 ou le boîtier de la pompe. En conséquence, la quantité de carburant pressurisé qui est livré à l'extérieur de la pompe (par exemple, entre dans la rampe commune) est inférieure à la quantité de carburant transmis à l'alésage ou aux alésages de pompage pendant la ou les courses de chargement. La soupape ferme ensuite le chemin d'écoulement pour restaurer la décharge vers la rampe commune 24. L'allumage de la mise sous tension et hors tension de la soupape de trop-plein 33 est dirigé par le générateur d'impulsions de commande de vanne 27 (montré sur la figure 2) selon la programmation de commande de la demande comme décrit dans les brevets susmentionnés. L'amélioration dans les modes de réalisation représentés sur les figures 2 et 3 comprend l'adoucissement électronique du démarrage et/ou de la fin de l'impulsion de mise sous tension et/ou hors tension et du courant résultant vers le solénoïde, comme montré sur les figures 1B à 1G. io Ainsi, la décharge d'une pluralité de chambres de pompage peut être fournie à une ligne de décharge commune qui est reliée de façon fluidique à la rampe commune mais a une jambe de contournement dans laquelle la vanne de commande est présente. Dans d'autres contextes (non montrés), des pompes de type à distributeur commandé par déversement peuvent avoir une pluralité de vannes de commandes qui fonctionnent avec une pluralité respective de chambres de pompage qui communiquent avec une pluralité respective d'injecteurs. En fonction de la configuration donnée, il est possible qu'une vanne de commande puisse commander la sortie de chacune de la pluralité de chambres de pompage actionnées séquentiellement. Les plongeurs de pompage peuvent fonctionner de façon réciproque avec un pompage vers l'extérieur radialement séquentiel, selon lequel chaque alésage a une chambre de pompage distincte respective (comme sur la figure 3) ou dans d'autres types de pompes, les plongeurs pompent radialement vers l'intérieur dans un volume commun à partir duquel le chemin de décharge sort de la pompe vers un raccord de décharge ou similaire. La figure 4 montre une forme de réalisation d'un circuit qui commande activement le courant de recirculation via un commutateur actif 60 et un capteur de courant ou de tension 62. De préférence, le commutateur 60 est un FET ou un autre dispositif de commutation rapide. Un circuit de commande du courant de recirculation donne la possibilité d'activer ou désactiver le mode d'écoulement doux. De plus, la commande du courant de recirculation permet aussi une meilleure gestion de la décroissance du courant et de l'impact sur l'armature. Finalement, on préfère que le cycle de courant de commutation/recirculation rapide se produise au moins une fois par modification d'impulsion et, de préférence que le cycle de commutation/recirculation rapide se produise au moins deux fois. D'autres techniques de recirculation du courant entrent aussi dans le domaine de l'invention. io Ces réalisations auraient également des qualités de contrôle du bruit similaires. 8 REVENDICATIONS 1. Pompe à carburant haute pression, dans laquelle une vanne commandée par solénoïde (26) ouvre et ferme un chemin pour l'écoulement du carburant, caractérisée par une impulsion de commande pour mettre sous tension ou hors tension le solénoïde qui est modifiée afin de ralentir le profil force/temps agissant sur la vanne. 2. Pompe à carburant selon la revendication 1, caractérisée par une impulsion de commande ayant une largeur d'impulsion nominale (12') et une période de modulation de largeur d'impulsion (14, 14') à la montée (11, 1l') et/ ou à la descente (13, 13') de l'impulsion nominale. 3. Pompe à carburant selon la revendication 1, caractérisée par une impulsion de commande qui est essentiellement une onde rectangulaire d'une amplitude prédéterminée avec une série de modulations de largeur d'impulsion consistant en des intervalles d'amplitude zéro et des intervalles d'impulsions à ladite amplitude prédéterminée. 4. Pompe à carburant selon la revendication 1, caractérisée par une période de modulation de largeur d'impulsion (14, 14') qui est déclenchée par le bord tombant de l'impulsion de commande (13') et/ou le bord montant (11, 11'), commence après une période de retard prédéterminée (15, 15'), et continue pendant un nombre prédéterminé d'impulsions à une certaine fréquence et cycle opératoire. 5. Pompe à carburant selon la revendication 1, caractérisée par un taux de décroissance du courant (16) ou un taux de montée de courant (16') qui est directement commandé (ralenti) par un pilote de tension linéaire. 6. Pompe à carburant selon la revendication 1, caractérisée 30 par un taux de décroissance de courant (16) ou un taux de de montée de courant (16') qui est commandé (ralenti) par un pilote de hacheur de courant. 7. Pompe à carburant selon la revendication 1, caractérisée par un taux de décroissance du courant (16) qui est commandé (ralenti) 5 par recirculation du courant. 8. Pompe selon la revendication 7, caractérisée par un taux de décroissance du courant (16) qui est commandé (ralenti) par utilisation d'un dispositif de commutation actif. 9. Pompe selon la revendication 7, caractérisée par un taux de décroissance du courant (16) ou d'augmentation du courant (16') qui peut être sélectivement commuté en un mode opératoire à impulsions d'onde rectangulaire. 10. Pompe selon la revendication 7, caractérisée par une impulsion de commande ayant une forme d'impulsion nominale de 15 courant modifiée par la recirculation du courant. 11. Pompe à carburant ayant au moins un plongeur de pompage monté pour fonctionner de façon réciproque dans un alésage de pompage respectif et définissant avec l'alésage une chambre de pompage, le carburant à une pression d'entrée basse étant transmis à l'alésage de pompage pendant une course de chargement du plongeur à l'intérieur de l'alésage et le carburant fourni étant pressurisé dans la chambre de pompage pendant une course de décharge du plongeur à l'intérieur de l'alésage, de telle sorte qu'une quantité pressurisée de carburant provenant de la chambre de pompage est déchargé vers une ligne de décharge, et ayant un système de commande d'écoulement avec lequel, tandis que le carburant est pressurisé dans la chambre de pompage ou la ligne de décharge, une soupape de tropplein binaire (33) actionnée par solénoïde ouvre un chemin d'écoulement (32) pour dévier une partie du carburant pressurisé vers un carter basse pression (34), caractérisée en ce que le démarrage et/ou la fin de l'impulsion de mise sous tension et/ou hors tension vers le solénoïde est électriquement adoucie. 12. Pompe à carburant selon la revendication 11, caractérisée par une impulsion de puissance ayant une largeur nominale d'impulsion et un adoucissement électronique réalisés par un série de modulations de largeur d'impulsion à la montée et/ou la descente de l'impulsion nominale. 13. Pompe selon la revendication 7, caractérisée par une impulsion nominale qui est essentiellement une onde rectangulaire d'une amplitude prédéterminée et un adoucissement électronique qui est une série de modulations de largeur d'impulsion consistant en des intervalles d'amplitude zéro et en des intervalles d'impulsions à ladite amplitude prédéterminée. 14. Pompe selon la revendication 7, caractérisée par un chemin d'écoulement qui comprend un orifice d'écoulement dans la paroi de l'alésage au niveau de la chambre de pompage et une ligne de d'écoulement s'étendant depuis l'orifice d'écoulement à travers le corps de la pompe et dans une communication fluidique avec ledit carter basse pression, et dans laquelle la soupape de trop-plein est située dans la ligne d'écoulement. 15. Pompe à carburant ayant au moins un plongeur de pompage monté pour fonctionner de façon réciproque dans un alésage de pompage respectif et définissant avec l'alésage une chambre de pompage moyennant quoi le carburant à une pression d'entrée basse est transmis à la chambre de pompage pendant une course de chargement du plongeur à l'intérieur de l'alésage et le carburant fourni est pressurisé dans la chambre de pompage pendant une course de décharge du plongeur à l'intérieur de l'alésage, déchargeant ainsi une quantité pressurisée de carburant provenant de la chambre de pompage à travers un orifice de décharge vers une ligne de décharge, et un système de commande d'écoulement moyennant quoi pendant la course de décharge, une soupape de trop-plein binaire actionnée par solénoïde ouvre un chemin d'écoulement pour dévier une partie du carburant pressurisé vers un carter basse pression, afin que la quantité de carburant pressurisé qui entre dans la ligne de décharge soit inférieure à la quantité de carburant fourni à la chambre de pompage pendant la course de chargement, puis ferme le chemin d'écoulement avant le début de la course de décharge subséquente, caractérisée en ce que le démarrage et/ou la fin de l'impulsion de mise sous tension et/ou hors io tension vers le solénoïde est électriquement adoucie.