Brevet FR2890415A1 — publié le 20070309

Dispositif et procédé d'injection à résonateur de Helmholtz ajustable. L'invention concerne le domaine des dispositifs d'injection de moteurs à combustion interne, notamment pour véhicules automobiles, et en particulier des dispositifs d'injection à rampe commune. Les procédés d'injection classiques utilisent des pompes distributrices qui affectent à un injecteur un jet sous pression uniquement au moment où on veut injecter. Cette augmentation de pression dans le tube alimentant un injecteur provoque l'ouverture d'un clapet situé en extrémité de l'injecteur. Comme la pression n'est distribuée qu'au moment souhaité, les différents injecteurs, et les différentes injections d'un même injecteur sont indépendants les uns des autres. Ce dispositif a l'inconvénient de limiter les moments où l'on peut injecter du carburant, comme du gasoil. Or, les nouveaux modes d'injection multiples nécessitent plus de flexibilité. Cela a été rendu possible par des dispositifs d'injecteurs où les tubes d'alimentation de chaque injecteur sont en permanence alimentés en carburant à haute pression, en étant reliés à une rampe commune. Chaque injecteur est muni d'une vanne pilotable à son extrémité, ce qui permet de gérer avec plus de souplesse les moments où l'on veut injecter. Toutefois, dans ce type de dispositif d'injection, lorsqu'un injecteur s'ouvre, cela provoque une chute brutale de pression du carburant dans le tube d'alimentation et dans toute la rampe commune. L'ouverture d'un injecteur provoque ainsi une perturbation dans tout le système d'injection. Il y a une interaction entre les différents injecteurs et entre les injections successives d'un même injecteur. La demande de brevet EP 1 217 202 (Renault) a proposé un procédé d'amortissement des ondes de pression dans une ligne hydraulique au moyen d'une restriction en écoulement à couche mince située entre un injecteur et une rampe commune. Ce dispositif permet d'amortir l'onde de pression mais pas d'augmenter la pression. Or, il est intéressant d'augmenter la pression à l'ouverture de la buse d'injection pour améliorer les performances du moteur sans avoir à augmenter la pression dans la rampe commune. La demande GB 2 356 020 (Delphi Technologies Inc.) propose de faire communiquer avec une chambre de contrôle d'un injecteur de gasoil, un capillaire en hélice terminé par une chambre de résonance. La fréquence de résonance de ce dispositif est fixée une fois pour toutes. Or, il serait souhaitable de pouvoir modifier l'impact d'un tel dispositif en fonction des différents régimes du moteur, ou bien de pouvoir augmenter la pression à un endroit donné, et notamment en extrémité de la ligne d'injection du côté des vannes d'ouverture des injecteurs. L'invention propose un dispositif et un procédé d'injection à rampe commune pour moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile qui résolve les problèmes précédents et notamment qui permette un réglage de l'injection en fonction des points de fonctionnement du moteur tout en réduisant les interactions entre les injecteurs, et ce d'une manière simple. Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif d'injection de carburant à rampe commune pour moteur à combustion, notamment de véhicule automobile comprend au moins un tube reliant la rampe commune à un injecteur, et une cavité reliée au tube. Le volume de ladite cavité est ajustable. On conçoit que si le volume de la cavité est ajustable, il sera alors possible de régler les résonances des ondes de pression à l'intérieur du tube. Cela permettra non seulement d'atténuer mais aussi d'amplifier les ondes de pression dans le tube situé entre la rampe commune et l'injecteur. 2890415 3 Avantageusement, la cavité est munie d'une paroi déplaçable. La cavité peut être remplis de carburant. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif d'injection comprend un dispositif d'ajustement du volume de la cavité actionné par un dispositif de commande en fonction du point de fonctionnement du moteur, comme le régime du moteur, ou bien la charge du moteur, ou bien une combinaison du régime et de la charge du moteur. Avantageusement, le dispositif d'ajustement comprend un 10 piston, mobile dans la cavité et soumis à l'action d'un ressort. Avantageusement encore, le piston définit, à l'opposé de la cavité, une chambre, remplie de carburant. Un régulateur de pression est capable de définir la pression dans ladite chambre de manière que celle-ci soit comprise entre la pression moyenne du carburant dans le 15 tube et la pression atmosphérique. Selon une autre caractéristique, le régulateur de pression est relié à la cavité, à la chambre et à un réservoir de carburant. Le fait de mettre du carburant dans la cavité et dans la chambre simplifie grandement le piston qui n'a pas besoin d'être étanche. Cela peut permettre d'augmenter la réactivité de l'ajustement. Selon un deuxième mode de réalisation, le piston du dispositif présente une section apparente dans la cavité plus petite que la section apparente de ce même piston dans la chambre. Ce deuxième mode de réalisation présente l'avantage de faire dépendre la position du piston principalement du régulateur de pression et peu des fluctuations de pression dans la cavité. Cela augmente la raideur apparente de la paroi déplaçable de la cavité. Selon un mode de réalisation, le procédé d'injection de carburant à rampe commune pour moteur à combustion, notamment de 30 véhicule automobile dans lequel on utilise un résonateur de Helmholtz comprend une étape de régulation du volume du résonateur en fonction du point de fonctionnement du moteur. Ce procédé permet d'agir sur les ondes de pression dans la ligne d'injection, par exemple pour obtenir un pic de pression au voisinage du dispositif d'ouverture des injecteurs ou pour amortir des ondes de pression dans la ligne d'injection afin d'atténuer les interactions entre injections multiples. Avantageusement, on modifie le volume du résonateur de Helmholtz en faisant varier la pression du carburant dans une chambre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de deux modes de réalisation de dispositif et de procédé pris à titre d'exemples non limitatifs, et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une représentation schématique du premier mode de réalisation du dispositif; et -la figure 2 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation du dispositif. Comme illustré sur la figure 1, un tube 1 relie une rampe commune d'injection 2 à un injecteur 3. La rampe commune 2 et le tube 1 sont remplis de carburant 4 comme du gasoil. Une vanne 5, pilotable, équipe l'extrémité de l'injecteur 3. Souvent, plusieurs tubes sont montés en parallèle sur une même rampe commune de sorte que l'injection du carburant sous haute pression peut avoir lieu à chaque injecteur par simple ouverture de la vanne 5 d'extrémité. Un canal 6 relie un logement cylindrique 7 au tube 1. Un piston 9 de forme générale cylindrique sépare le logement cylindrique 7 en une première partie qui reçoit le canal 6 et forme une cavité 8 et une deuxième partie qui forme une chambre 10. Le piston cylindrique 9 est ajusté à la forme du logement cylindrique 7 de manière que le piston 9 soit mobile le long de l'axe 30 du logement cylindrique 7 et présente une surface 9a en regard de la cavité 8. La surface 9a est une paroi mobile de la cavité 8 permettant de faire varier le volume de la cavité 8. Le logement cylindrique 7 est rigide, et rempli de carburant 4. L'espace entre le piston 9 et le logement cylindrique 7 est suffisamment faible pour que la communication de carburant 4 d'un côté à l'autre du piston 9 s'accompagne d'une perte de charge telle que la cavité 8 peut être à haute pression pendant que la chambre 10 est quasiment à pression atmosphérique. La chambre 10 est équipée d'un ressort 11 tel qu'un ressort hélicoïdal le long de l'axe du cylindre. Une extrémité du ressort 11 appuie sur le piston 9 pendant que l'autre extrémité appuie sur le fond 7a du logement cylindrique 7 et est fixe par rapport à la cavité 8. Dans une telle position, le ressort 11 travaille principalement en compression. Le ressort 11 pourrait également être logé dans la cavité 8, il travaillerait alors en traction. Un régulateur de pression 12 est relié à la cavité 8 par un capillaire de cavité 13, à la chambre 12 par un capillaire de chambre 14, et à un réservoir 15 de carburant 4 du véhicule par un capillaire 16. Le réservoir 15 est à la pression atmosphérique. Le régulateur de pression 12 peut faire varier la perte de charge entre le capillaire 16 du réservoir 15 d'un côté et les deux autres capillaires 13 et 14. Le régulateur de pression 12 est actionné par un calculateur du moteur non représenté. Durant une phase transitoire, lorsqu'on veut faire varier la position du piston 9, le régulateur de pression 12 met en relation le capillaire 14, soit avec le capillaire 13, soit avec le capillaire 16. Quand la pression souhaitée pour la chambre 10 est atteinte, le capillaire 14 est fermé. La pression dans la chambre 10 peut être ajustée à une valeur comprise entre la pression de la cavité 8 et la pression atmosphérique. Le piston 9 se déplace d'une valeur égale à la différence de pression entre la cavité 8 et la chambre 1 0, multiplié par la surface 9a, et divisé par la raideur du ressort 11. L'endroit du tube 1 où débouche le canal 6 est choisi de manière à modifier le régime de résonance dans le tube 1. En effet, du carburant 4 peut pénétrer dans le canal 6 à une fréquence correspondant aux variations des fronts d'onde de pression lors de l'injection. Le carburant 4 est un fluide compressible, alors que les parois du canal 6 et de la cavité 8 sont rigides pour les fréquences en cause dans le front d'onde de compression dans le tube 1 typiquement de l'ordre de 1000 Hz. Ainsi, le canal 6 et la cavité 8 forment un résonateur de Helmholtz. Généralement, l'endroit où l'on branche le résonateur de Helmholtz correspond à un ventre de déplacement, et à un noeud de pression à la fréquence de résonance du résonateur de Helmholtz. Cependant, d'autres configurations sont possibles qui prennent en compte l'ensemble des volumes, non seulement celui de la cavité 8 et du canal 6, mais aussi celui du tube 1. Dans ce mode de réalisation, la dérivée partielle du volume de la cavité 8 par rapport à la pression du carburant 4 est élevée. Cela a comme conséquence que les variations de pression entre deux cycles d'injection, séparées typiquement par 3/100 de seconde, entraînent un déplacement du piston 9 alors même que le moteur est en régime stable. Le mode de réalisation illustré sur la figure 2 permet d'éviter un déplacement du piston. Les pièces analogues portent les mêmes 25 références que sur la figure 1. Dans ce mode de réalisation, le logement rigide 7 comprend deux portions cylindriques 17 et 18 de diamètres différents. Le canal 6 débouche dans la portion cylindrique 17 de diamètre plus petit que la portion cylindrique 18. Le piston 9 présente une petite extrémité 30 cylindrique dont la section apparente 19 est ajustée avec la portion 2890415 7 cylindrique 17 et une extrémité opposée dont la section apparente 20 est ajustée à la portion cylindrique 18 de plus grand diamètre. L'espace de la portion cylindrique 17 délimité par la petite extrémité du piston 9 forme la cavité 8. De même, l'espace de la portion cylindrique 18 délimité par la grande extrémité du piston 9 forme la chambre 10 d'un côté arrière du piston 9. Un espace 22 entre la grande extrémité du piston 9 et la portion cylindrique 17 est relié par un capillaire 23 au réservoir 15 du véhicule pour maintenir une pression atmosphérique dans l'espace 22. Un ressort 21 est logé dans la cavité 8 et présente une extrémité fixe par rapport à cette cavité 8 et une autre extrémité en appui sur la petite extrémité 19 du piston 9. Dans une variante, une extrémité du ressort 21 est solidaire de la petite extrémité 19 du piston 9. Cela permet au ressort 21 de travailler tant en traction qu'en compression. Il serait tout aussi possible que le ressort 21 soit logé dans la chambre 9. Là encore, une des extrémités du ressort 21 serait fixe par rapport à la cavité 8 et l'autre extrémité serait solidaire du piston 9. Dans ce mode de réalisation, il existe une pression de la chambre 10 pour laquelle la différence de pression entre la cavité 8 et la chambre 10 est exactement compensée par la différence des diamètres apparents du piston 9, sans comprimer, ni tendre le ressort 21. La position correspondant à l'équilibre du ressort 21 est celle pour laquelle la dérivée partielle du volume de la cavité 8 par rapport à la pression du carburant 4, est nulle, de sorte que le piston 9 ne bouge pas entre deux injections successives. Les dimensions de la cavité 8 et de la chambre 10 sont choisies pour qu'à cette position d'équilibre, les répartitions des fronts d'onde de pression dans le tube 1 soient optimisées pour le régime de fonctionnement moyen du moteur. Le régulateur de pression 12 est piloté par un organe de commande, non représenté sur les figures, pour prendre d'autres positions pour les phases transitoires du régime moteur telles que de fortes accélérations, ou des sous-régimes. L'organe de commande permettant de prendre en compte le point de fonctionnement moteur agit en fonction de paramètres comme la durée d'injection, la pression dans la rampe commune d'injection 2 ou la température. Une mise en oeuvre particulièrement intéressante de ce dispositif consiste à augmenter la pression du carburant à l'extrémité des injecteurs 3 au moment de l'injection. On procède par accord acoustique. On adapte la fréquence de résonance de la ligne hydraulique grâce au résonateur de manière que l'onde de pression du carburant 4 présente un pic au moment de l'injection, à l'endroit de l'extrémité 5 de l'injecteur 3. Cela a comme effet d'améliorer le rendement du moteur. On peut aussi chercher à réduire l'interférence d'une injection sur les injections voisines ou sur les injections successives. Les paramètres d'ajustement permettant ces optimisations sont notamment le lieu d'implantation du résonateur de Helmholtz le long du tube 1 ainsi que le volume nominal de la cavité 8. La possibilité de faire varier le volume de la cavité 8 par rapport à ce volume nominal permet de conserver l'optimisation du réglage non seulement pour le régime de fonctionnement moyen du moteur mais aussi pour les régimes transitoires. REVENDICATIONS 1-Dispositif d'injection de carburant à rampe commune (2) pour moteur à combustion, notamment de véhicule automobile comprenant au moins un tube (1), reliant la rampe commune (2) à un injecteur (3), et une cavité (8) reliée au tube (1), caractérisé par le fait que le volume de la cavité (8) est ajustable. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la cavité (8) est munie d'une paroi déplaçable (9a,19). 3-Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le 10 fait que la cavité (8) est remplie de carburant (4). 4-Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif d'ajustement du volume de la cavité (8) actionné par un dispositif de commande en fonction du point de fonctionnement du moteur. 5-Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le dispositif d'ajustement comprend un piston (9) mobile dans la cavité (8), soumis à l'action d'un ressort (11,21). 6-Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le piston (9) définit, à l'opposé de la cavité (8), une chambre (10) remplie de carburant (4), un régulateur de pression étant capable de définir la pression dans ladite chambre (10) de manière que celle-ci soit comprise entre la pression moyenne du carburant (4) dans le tube (1) et la pression atmosphérique. 7-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait 25 qu'il comprend le régulateur de pression (12), relié à la cavité (8), à la chambre (10) et à un réservoir (15) de carburant (4). 8-Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que le piston (9) présente une section apparente (19) dans la cavité (8) plus petite que la section apparente (20) du piston (9) dans la chambre (10). 9-Procédé d'injection de carburant à rampe commune (2) pour moteur à combustion, notamment de véhicule automobile dans lequel on utilise un résonateur de Helmholtz, caractérisé par le fait qu'on régule le volume du résonateur en fonction du point de fonctionnement du moteur. 10-Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'on régule le volume du résonateur de Helmholtz en faisant varier une pression du carburant (4) dans une chambre (10).