Brevet FR2891876A3 — publié le 20070413

FR 2891876 A3 20070413 FR 0510258 A 20051007 Dispositif d'injection à rampe commune pour moteur à combustion interne et injection de carburant. La présente invention concerne un dispositif d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne et injection de carburant, par exemple un moteur Diesel, à rampe d'injection commune, classiquement appelé moteur à injection par "common rail". Plus particulièrement, elle concerne les moyens visant à supprimer ou au moins limiter les interactions entre différentes injections, pour que les paramètres effectifs de chaque injection, tels que la durée de l'injection, le débit et la pression, soient le plus précisément possibles les paramètres désirés. 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 au 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. Ce procédé, qui vise à satisfaire des normes de dépollution de plus en plus contraignantes, consiste à découper une injection, utile pour un cycle du moteur, en plusieurs injections plus petites, décalées dans le temps de manière à avoir un effet globalement optimal du point de vue de la combustion, des rejets, du fonctionnement des dispositifs annexes du moteur, tel que pot catalytique, filtre à particule, etc. Dans les systèmes d'injection actuels à rampe commune, le débit de carburant injecté est fonction de la durée de pilotage de l'injecteur et de la pression dans le circuit hydraulique haute pression. Une cartographie implantée dans le calculateur qui gère ces paramètres permet de calculer la durée de pilotage de l'injecteur sur la base du débit demandé (capteur d'accélération) et de la pression appliquée (capteur de pression sur rampe). Dans le cas de l'utilisation de deux injections consécutives, et afin de maîtriser la quantité de carburant introduite, l'interaction entre les deux injections est corrigée par une deuxième cartographie qui modifie le temps d'injection de la deuxième injection en fonction de la précédente, pour que globalement la quantité de carburant injectée soit correcte. Une autre solution consiste en une correction du temps d'activation des injecteurs lors de l'injection n 2 à l'aide d'un algorithme estimant les variations de la quantité injectée, dues à l'injection précédente. Pour les solutions du premier type, la deuxième cartographie ne peut être établie qu'une fois figés les paramètres de l'injection précédente puisque les oscillations de pression en dépendent. Cette solution est donc par construction inactive pendant la phase de mise au point. Les solutions du deuxième type sont très difficiles à mettre au point, compte tenu du nombre important de paramètres à prendre en compte pour écrire l'algorithme de correction (dimensions géométriques du circuit de carburant, pression d'injection, température, quantité injectée lors de la première injection, quantité injectée lors de la deuxième injection, intervalle de temps séparant les deux injections, etc.). De plus, ces solutions sont très sensibles aux dispersions industrielles de fabrication et à l'usure en cours de service. Par ailleurs, il est connu, par exemple par EP-780569, EP-1217202 et FR2845129, que les ondes de pression se propageant dans la ligne hydraulique de transport du carburant peuvent être amorties en insérant en sortie de la rampe commune d'alimentation un artifice hydraulique, tel qu'un ajutage calibré ou une restriction fonctionnant en écoulement en couche mince, de manière à créer une perte de charge propre à un tel amortissement. Cependant, pour ne pas pénaliser la pression d'injection pendant l'ouverture de l'injecteur, on cherche à minimiser les pertes de charge globales. La forme des artifices hydrauliques insérés en sortie de la rampe commune résulte donc d'un compromis entre l'atténuation des oscillations de pression et l'inévitable chute de pression d'injection qui résulte de ces restrictions. La figure 1 illustre schématiquement les besoins requis pour un fonctionnement optimal : - les pertes de charge créées par l'artifice hydraulique, ici l'ajutage calibré 4, situé à l'entrée du tube 3 reliant la rampe commune 1 à l'injecteur 2, devraient être importantes dans le sens de l'injecteur vers la rampe, afin d'atténuer les ondes de pression remontant le long du tube 3 haute pression pour se réfléchir en sortie de rampe au niveau de l'artifice hydraulique 4, - dans le sens contraire, c'est à dire de la rampe commune 1 vers l'injecteur 2, les pertes de charges devraient être faibles pour limiter la chute de pression, néfaste vis-à-vis des performances du moteur. Pour tenter d'atténuer les ondes de pression remontant dans le tube haute pression vers la rampe commune, sans cependant créer une restriction source de perte de charge supplémentaire, il a aussi été proposé, par le document DE-19720913, de placer autour de la rampe commune, et au niveau de chacune de ses sorties, un deuxième tube, sensiblement coaxial à celui formant la rampe commune, ce deuxième tube formant avec la rampe une chambre annulaire, et le tube d'injecteur haute pression étant raccordé sur cette chambre, en un point distant de l'orifice correspondant de la rampe commune. Ainsi, la présence de cette chambre, combinée avec l'orifice de sortie de la rampe commune, assure un amortissement des ondes remontant du dit tube, ces ondes se dissipant dans la chambre et étant freinées, dans le sens injecteur-rampe commune, par l'orifice de la dite rampe, sans besoin de réduire sensiblement la section de ce dernier. Cependant, si cet orifice de faible dimension est favorable en terme d'atténuation des oscillations de pression, il reste défavorable du point de vue de la chute de pression d'injection engendrée. La présente invention a pour but d'apporter une nouvelle solution au problème des interactions des injections dans uns système d'injection à rampe commune et vise en particulier à fournir un nouveau dispositif d'injection apte à amortir les ondes de pressions générées dans la ligne d'injection. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un dispositif d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne et injection de carburant comportant une rampe d'injection commune s'étendant selon une direction axiale et comportant un orifice d'entrée situé à une extrémité de la rampe et des orifices de sortie répartis le long de la rampe et reliés chacun à un injecteur, caractérisé en ce que la rampe commune est formée d'un tube intérieur et d'un tube extérieur, sensiblement coaxiaux, les dits orifices de sortie étant réalisés dans le tube extérieur, et l'orifice d'entrée étant situé à une extrémité axiale du tube intérieur, et le tube intérieur est percé d'une pluralité de trous radiaux en nombre supérieur au nombre de trous de sortie, les dits trous radiaux étant répartis sur toute la surface latérale du tube intérieur. La multitude de trous ainsi réalisés dans la paroi du tube intérieur permet une atténuation efficace des ondes de pression par la multiplicité des écoulements se produisant par ces trous de manière à interférer entre eux et ainsi perturber le cheminement des ondes de pressions, de sorte que ces ondes de pression en provenance d'un tube d'injecteur donné n'ont pas tendance à influer sur l'écoulement de carburant dans un autre tube vers un autre injecteur. Préférentiellement, les trous du tube intérieur ont chacun une section supérieure à celle des orifices de sortie. C'est-à-dire que les trous du tube intérieur ont donc une section relativement importante, apte à réduire les pertes de charge. Selon une disposition particulière, l'espace annulaire délimité entre le tube intérieur et le tube extérieur est séparé par des cloisons transversales disposées respectivement entre deux orifices de sortie adjacents, de manière à former des chambres annulaires séparées comportant chacune un seul orifice de sortie. Autrement dit, une chambre annulaire correspond à un seul injecteur, cette séparation entre chambres favorisant encore la limitation des interactions susceptibles de se créer entre deux tubes d'injection voisins. Selon d'autres dispositions optionnelles : - le tube intérieur a une section variable sur sa longueur, - le tube intérieur comporte une alternance de zones de petite section et de zones de grande section, - les zones de petite section ont une forme 5 semi-toroïdale, se raccordant aux zones de grande section par un arrondi, - les zones de petite section sont situées en face des orifices de sortie, et les cloisons transversales sont situées au niveau des zones de 10 grande section. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un exemple de réalisation d'une rampe commune 15 d'injection conforme à l'invention et de trois variantes de réalisation. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels : 20 - la figure 1 est une vue schématique de principe d'un dispositif d'amortissement des ondes de pression selon l'art antérieur, déjà commenté précédemment, - la figure 2 est une vue simplifiée en coupe 25 axiale de la rampe, dans le mode de réalisation préféré, - les figures 3 à 5 illustrent des variantes de réalisation de l'invention. 30 La rampe commune d'injection représentée figure 2 comporte un tube intérieur 11 et un tube extérieur 12, coaxiaux. Une extrémité de la rampe est obturée par une paroi d'extrémité 13 obturant les deux tubes. L'autre extrémité 14 du tube intérieur comporte l'orifice d'entrée, relié à la pompe d'injection, non représentée. Le tube extérieur comporte une rangée d'orifices de sortie 15, reliés chacun à un injecteur, non représenté, et alignés selon une génératrice du tube extérieur. La paroi latérale du tube intérieur comporte un nombre important de trous 16 de dimensions et formes diverses et répartis par exemple de manière plus ou moins aléatoire sur toute cette surface latérale. On veillera à ce que la forme, la dimension et la disposition des trous créent une perte de charge minimale. Sensiblement à mi-distance axiale entre deux orifices de sortie 15 adjacents, des cloisons transversales annulaires 17 sont placées entre les deux tubes 11 et 12, délimitant des chambres annulaires 18. Chaque chambre annulaire comporte un et un seul orifice de sortie 15. A titre d'exemple purement indicatif, les caractéristiques d'une rampe selon l'invention sont : - diamètre du tube extérieur : 3 cm - diamètre du tube intérieur : 1 cm - diamètre des trous : quelques mm - diamètre des orifices de sortie : quelques mm Les tubes intérieur et extérieur de la variante de la figure 3 sont similaires à ceux du dispositif de la figure 2, seules les cloisons transversales sont supprimées. Dans la variante de réalisation de la figure 4, le tube intérieur comporte une alternance de zones de petits diamètres lla, situées au niveau des orifices de sortie 15, et de zones de plus grand diamètre llb, au niveau desquelles les parois transversales 17 sont disposées. Les épaulements 19 entre les zones forment des obstacles supplémentaires à la transmission des ondes de pression. La variante de la figure 5 est similaire à la variante précédente, et s'en distingue par le fait que les zones de petite section lla' ont une section variable, donnant en coupe axiale une forme de bobine, ou de semi-tore. D'autres formes encore peuvent être données au tube intérieur, dés lors que ces formes participent à l'augmentation de l'amortissement des ondes de pression sans augmenter les pertes de charge. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne et injection de carburant comportant une rampe d'injection commune s'étendant selon une direction axiale et comportant un orifice d'entrée situé à une extrémité (14) de la rampe et des orifices de sortie (15) répartis le long de la rampe et reliés chacun à un injecteur, caractérisé en ce que la rampe commune est formée d'un tube intérieur (11) et d'un tube extérieur (12), sensiblement coaxiaux, les dits orifices de sortie (15) étant réalisés dans le tube extérieur, et l'orifice d'entrée étant situé à une extrémité axiale (14) du tube intérieur, et le tube intérieur (11) est percé d'une pluralité de trous radiaux (16) en nombre supérieur au nombre de trous de sortie (15), les dits trous radiaux étant répartis sur toute la surface latérale du tube intérieur (11). 2. Dispositif d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trous (16) du tube intérieur (11) ont chacun une section supérieure à celle des orifices de sortie (15). 3. Dispositif d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace annulaire délimité entre le tube intérieur (11) et le tube extérieur (12) est séparé par des cloisons transversales (17) disposées respectivement entre deux orifices de sortie (15) adjacents, de manière à former des chambres annulaires (18) séparées comportant chacune un seul orifice de sortie (15). 4. Dispositif d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube intérieur (11) a une section variable sur sa longueur. 5. Dispositif d'injection selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tube intérieur comporte une alternance de zones de petite section (lla) et de zones de grande section (llb). 10 6. Dispositif d'injection selon la revendication 5, caractérisé en ce que les zones de petite section (lla') ont une forme semi-toroïdale, se raccordant aux zones de grande section (lib) par 15 un arrondi. 7. Dispositif d'injection selon la revendication 5, caractérisé en ce que les zones de petite section (ila) sont situées en face des 20 orifices de sortie (15) , et les cloisons transversales (17) sont situées au niveau des zones de grande section (llb). 25