Brevet FR2890694A1 — publié le 20070316

DISPOSITIF D'INJECTION DE CARBURANTS A CARACTERISTIQUES VARIABLES La présente invention concerne un dispositif d'injection pour moteur à combustion interne, notamment pour moteur Diesel de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'injection pour moteur à combustion interne comprenant un système d'alimentation en carburant à caractéristiques variables. Les dispositifs d'injection pour moteur à combustion interne comprennent classiquement au moins un injecteur de carburant apte à injecter du carburant dans une chambre de combustion associée, un système d'alimentation en carburant comportant un réservoir de stockage destiné à contenir un carburant, relié à une pompe d'alimentation assurant le transfert sous pression d'un flux carburant vers ledit injecteur. Dans les applications automobiles, les dispositifs d'injections comportent pour la plus part d'entre eux des injecteurs, par exemple de type à rampe commune, présentant des flux de carburant retour, non injecté, appelés également débits de fuite, qui repartent des injecteurs pour être renvoyés vers le réservoir de stockage. Suivant les conditions de fonctionnement du moteur, notamment le régime et le niveau de charge, les besoins carburants sont différents. Un nombre de cétane élevé est approprié au démarrage à froid et aux faibles charges pour diminuer le bruit et les émissions d'HC et CO, alors qu'un nombre de cétane plus faible est souhaitable aux fortes charges afin d'optimiser les émissions de NOx et de particules. Afin d'adapter les caractéristiques du carburant au plage de fonctionnement du moteur, il est connu des dispositifs d'injection à carburants multiples, généralement à deux carburants, qui diffèrent par leur nombre de cétane. Les deux carburants sont stockés dans des réservoirs séparés et sont injectés séparément via deux injecteurs, l'un des injecteurs étant disposé dans la conduite d'admission d'air, ou via un injecteur commun, auquel cas les injections associées aux différents carburants ont lieu à différents moments du cycle diesel. De tels dispositifs d'injection permet uniquement l'injection de deux carburants différents et nécessite de surcroît une technologie d'injecteur pouvant gérer deux lignes d'alimentation en carburant. Par ailleurs, ces dispositifs d'injection ne sont pas adaptés aux injecteurs généralement utilisés dans les applications automobiles, présentant des débits de fuite qui peuvent être importants, tel que des injecteurs à rampe commune. Il a également été proposé dans le document brevet JP9068061 d'effectuer un pré-mélange des deux carburants différents afin d'avoir des propriétés de carburant variables suivant les proportions du mélange. Le carburant résultant de ce pré-mélange avec les nouvelles caractéristiques associées est ensuite alimenté vers les injecteurs. Cette solution ne nécessite pas de nouvelle technologie d'injecteur à double lignes d'alimentation et permet d'obtenir une infinité de carburants suivant les besoins. Toutefois, le dispositif d'injection décrit dans ce document n'est pas adapté aux injecteurs ayant des débits de fuite. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d'injection en carburant équipé d'injecteurs ayant des débits de fuite permettant d'adapter les caractéristiques du carburant aux conditions de fonctionnement du moteur. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne, notamment pour moteur Diesel de véhicule automobile, comprenant au moins un injecteur de carburant apte à injecter du carburant dans une chambre de combustion associée, un système d'alimentation en carburant comportant un réservoir de stockage principal destiné à contenir un carburant principal, relié à une pompe d'alimentation assurant le transfert sous pression d'un flux carburant vers ledit injecteur, et un circuit de recyclage assurant le transfert des flux de carburant retour, non injecté, de l'injecteur de carburant vers le système d'alimentation en amont de la pompe d'alimentation, caractérisé en ce que ledit système d'alimentation comprend - au moins un réservoir de stockage auxiliaire destiné à contenir un fluide auxiliaire, de type additif de combustion ou carburant auxiliaire ayant des propriétés différentes de celles du carburant principal, - une cuve de récupération reliée au circuit de recyclage pour récupérer les flux de carburant retour provenant de l'injecteur, formés de mélanges de carburant principal et de fluide auxiliaire, et - un système mélangeur comprenant une cuve de mélange et des moyens de transfert aptes à transférer vers la cuve de mélange des quantités de carburant principal, de fluide auxiliaire et de mélange de carburant retour respectivement présents dans le réservoir de stockage principal, le réservoir auxiliaire et la cuve de récupération, ladite pompe d'alimentation assurant le transfert sous pression d'un flux de carburant de ladite cuve de mélange vers ledit injecteur de carburant, le dispositif d'injection comprenant une unité de commande apte à commander lesdits moyens de transfert pour former dans la cuve de mélange un mélange de carburant cible ayant des caractéristiques définies en fonction de conditions de fonctionnement du moteur, notamment en fonction du régime moteur et du niveau de charge du moteur. Selon l'invention, les flux de carburant retour sont récupérés dans une cuve de récupération, l'unité de commande étant apte à déterminer un rapport de mélange cible entre la quantité de carburant principal et la quantité de fluide auxiliaire en fonction des conditions de fonctionnement du moteur puis à commander les moyens de transfert pour former dans la cuve de mélange le mélange correspondant à partir du carburant principal du réservoir de stockage principal, du fluide auxiliaire du réservoir de stockage auxiliaire, et du mélange de carburant retour de la cuve de récupération. Le dispositif d'injection selon l'invention peut avantageusement être utilisé pour obtenir des mélanges entre deux carburants différents, quel que soit leur type, en particulier des carburants qui diffèrent par leur nombre de cétane. Le dispositif d'injection peut également être utilisé pour former dans la cuve de mélange des mélanges entre le carburant principal stocké dans le réservoir de stockage principal, et un fluide, autre qu'un carburant, stocké dans le réservoir de stockage auxiliaire, tel que de l'eau ou un additif de combustion liquide, notamment un procétane (éthylhexylnitrate) ou un additif pour diminuer la température d'oxydation des suies par exemple. Selon une particularité, l'unité de commande est apte à déterminer la composition du mélange de carburant retour présent dans la cuve de récupération au cours du temps afin de doser la quantité de mélange de carburant retour à transférer dans la cuve de mélange avec le carburant principal présent dans le réservoir de stockage principal et/ou le fluide auxiliaire présent dans le réservoir de stockage auxiliaire. La détermination de la composition du mélange de carburant retour par l'unité de commande peut être effectuée à partir des connaissances d'au moins une loi de mélange du carburant principal et du fluide auxiliaire et de l'historique du fonctionnement moteur. Cette détermination de la composition du mélange de carburant retour présent dans la cuve de récupération par l'unité de commande peut également est déduite à partir d'au moins une caractéristique du mélange de carburant retour, telle que la densité, mesurée par capteur approprié implanté dans la cuve de récupération. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de transfert comprennent des lignes d'alimentation individuelles reliant individuellement le réservoir de stockage principal, le réservoir de stockage auxiliaire et la cuve de récupération à la cuve de mélange, chaque ligne d'alimentation étant équipée d'une pompe basse pression et d'une vanne intercalée entre la cuve de mélange et la pompe basse pression, lesdites vannes étant pilotées par l'unité de commande pour réguler le débit des lignes d'alimentation. Avantageusement, le réservoir de stockage principal, le réservoir de stockage auxiliaire et la cuve de récupération sont chacun équipés d'un capteur de niveau relié à l'unité de commande, l'unité de commande pilotant les moyens de transfert en fonction de la quantité de carburant principal et de fluide auxiliaire restant dans le réservoir de stockage principal et le réservoir de stockage auxiliaire, et du mélange de carburant retour restant dans la cuve de récupération. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'injection de carburant comprend une rampe commune de distribution de carburant, reliée d'une part à la pompe d'alimentation de type haute pression et d'autre part à un jeu d'injecteurs de carburant. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, en référence à la figure unique annexée, qui représente une vue schématique d'un dispositif d'injection d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Dans le présent mode de réalisation illustré sur la figure, le dispositif d'injection 1 comprend, de manière connue en soi, une rampe commune de distribution de carburant 2, cette rampe étant reliée d'une part à une pompe haute pression 31 d'un système d'alimentation en carburant 3 et, d'autre part, à un jeu d'injecteurs de carburant 6, par exemple au nombre de quatre, chacun d'entre eux coopérant avec une chambre de combustion associée. Les injecteurs de carburant 6, dont un seul est représenté sur la figure dans un but de simplification, comprennent un nez d'injection 61 par lequel le carburant sous pression est injecté dans la chambre de combustion associée, et une sortie 62 par laquelle sont évacués les flux de carburant non injecté, appelé également flux de carburant retour ou débits de fuite. Le dispositif d'injection comprend un système d'alimentation en carburant à caractéristiques variables qui fonctionne dans le présent mode de réalisation, avec deux carburants se différenciant l'un de l'autre par leur nombre de cétane. Le système d'alimentation comprend un premier réservoir de stockage, dit principal 32, qui contient un premier carburant Cl présentant un nombre de cétane faible, un second réservoir de stockage, dit auxiliaire 33, qui contient un second carburant C2 présentant nombre de cétane élevé, et une cuve de récupération 34 connectée via un circuit de recyclage 7 aux sorties 62 des injecteurs pour récupérer les flux de carburant retour basse pression provenant des injecteurs. Chaque injecteur est par exemple relié par une conduite individuelle de recyclage 71 à la cuve de récupération, tel que représenté sur la figure. Cette cuve de récupération permet de créer une zone tampon pour la gestion de ces débits de fuite. Le système d'alimentation comprend en outre un système mélangeur 5 comportant une cuve de mélange 51 munies de trois vannes de régulation de débit (non représentées), auxquelles le réservoir principal 32, le réservoir auxiliaire 33 et la cuve de récupération 34 sont reliées par des lignes d'alimentation individuelles, respectivement 52, 53, 54, chacune équipée d'une pompe basse pression, respectivement 55, 56, 57, pour transférer le carburant correspondant dans la cuve de mélange. Les vannes sont pilotées électriquement par une unité de commande électronique, ou unité ECU 8, via une ligne de commande 81, pour doser le débit de chaque ligne d'alimentation 52, 53, 54 en fonction du mélange final souhaité dans la cuve de mélange, la cuve de mélange étant équipée de moyens de mélange (non représentés) permettant de mélanger les différents carburants afin d'obtenir un mélange homogène. La pompe haute pression 31 est reliée par une conduite d'aspiration 40 à la cuve de mélange, pour aspirer le mélange formé dans la cuve de mélange, et le refouler sous haute pression vers la rampe commune d'alimentation 2 via une conduite de refoulement 38, de manière à alimenter les injecteurs connectés à la rampe via un jeu un jeu de tubes haute pression 21. Le réservoir principal, le réservoir auxiliaire et la cuve de récupération sont chacun équipés d'un capteur de niveau 35, 36, 37. L'unité ECU 8 reçoit en entrée les signaux indicatifs de la quantité de carburants Cl et C2 restant dans les réservoirs de stockage 32, 33 et de la quantité de mélange C3 de carburant retour restant dans la cuve de récupération 34, ainsi que des signaux indicatifs du régime moteur N et du niveau de charge PME, par exemple depuis un capteur de régime moteur 91 et un débitmètre d'air 92 indiquant la quantité d'air admis dans les cylindres. En fonctionnement, l'unité ECU établit le rapport de mélange entre la quantité de carburant principal et de carburant auxiliaire en fonction des conditions de charges du moteur et du régime moteur, puis pilote les vannes pour former le mélange correspondant dans la cuve de mélange à partir du carburant principal stocké dans le réservoir principal, du carburant auxiliaire stocké dans le réservoir auxiliaire et/ou du mélange C3 de carburant retour contenu dans la cuve de récupération. Le réservoir de récupération présente avantageusement un volume limité pour des raisons d'encombrement, ce qui implique que le mélange de carburant retour, dont la composition varie au cours du temps, doit être réutilisé dans un délai assez court. La nature du mélange de carburant retour dans la cuve de récupération est suivie dans le temps afin de connaître l'évolution des caractéristiques pouvant impacter la combustion (nombre de cétane, densité, volatilité) et de doser le mélange à effectuer dans la cuve de mélange avec l'un des deux carburants Cl, C2 en fonction de la demande moteur. Ce suivi est effectué par l'unité ECU en fonction des connaissances de lois de mélange des deux carburants initiaux Cl et C2 et de l'historique du fonctionnement moteur (dosage et débit de carburant injecté dans le temps) . Le calcul du débit de carburant injecté se fait via l'unité ECU, en fonction du régime moteur N, du niveau de charge PME et du rapport de mélange carburant principal/carburant auxiliaire, les débits de carburant retour pouvant être déduits par l'unité ECU à partir des débits de carburant injecté. Les débits de carburant retour peuvent également être déterminés au moyen du capteur de niveau de la cuve de récupération et/ou d'un débitmètre prévu sur le circuit de recyclage. On entend par loi de mélange une relation entre les variations des caractéristiques d'un carburant résultant d'un mélange des deux carburants initiaux en fonction des proportions du mélange. Pour un suivi plus précis sur une longue base de temps, des réinitialisations pourront être effectuées à l'aide de mesures ponctuelles de caractéristiques du mélange de carburant retour présent dans la cuve de récupération, telle que des mesures de la densité par exemple. La loi de mélange de la densité étant linéaire, la mesure de densité permet en effet de remonter facilement à la composition du mélange de carburant retour. Une loi de mélange linéaire f en fonction du taux de mélange x d'un mélange composé de x % en volume de carburant principal Cl et (1-x) % en volume de carburant auxiliaire C2 est représentée par l'équation A suivante: Y3 = f (x) = x. Y1 + (1-x) .Y2 (A) dans laquelle Yl et Y2 désignent des valeurs fixes associées aux deux carburants initiaux, à savoir le carburant principal Cl et le carburant auxiliaire C2, et Y3 désigne une valeur mesurée. Connaissant Yl et Y2, le taux de mélange x est alors facile à déterminer en fonction de la mesure de Y3 par l'équation (B) suivante: x = (Y3-Y2) / (Yl-Y2) (B) Une fois le taux de mélange x connu, les autres caractéristiques du carburant retour, peuvent être déduites à partir d'abaques préalablement établis sur les différents mélanges possibles entre les deux carburants et mémorisés dans l'unité ECU. Dans le présent mode de réalisation, la cuve de récupération est équipée d'un capteur de densité 38 et d'un capteur de température 39, l'unité ECU recevant les signaux représentatifs de la densité et de la température depuis lesdits capteurs. En fonctionnement, l'unité de commande calcule le taux de mélange x du mélange de carburant retour présent dans la cuve de récupération à partir des densités des carburants initiaux Y1, Y2 et de la mesure de densité Y3 du mélange carburant en retour, puis calcule la quantité de mélange de carburant retour pouvant être transférée dans la cuve de mélange en tenant compte de la température mesurée, pour obtenir le mélange cible souhaité dans la cuve de mélange. Le dispositif d'injection décrit dans le présent mode de réalisation peut également être utilisé pour former dans la cuve de mélange des mélanges entre un carburant stocké dans le réservoir principal et un fluide autre qu'un carburant, stocké dans le réservoir auxiliaire, tel qu'un additif de combustion. En variante, le système d'alimentation comprend plusieurs réservoirs de stockage auxiliaires, contenant chacun un carburant ou un additif de combustion. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne, comprenant au moins un injecteur de carburant apte à injecter du carburant dans une chambre de combustion associée, - un système d'alimentation en carburant comportant un réservoir de stockage principal destiné à contenir un carburant principal, relié à une pompe d'alimentation assurant le transfert sous pression d'un flux carburant vers ledit injecteur, et - un circuit de recyclage assurant le transfert des flux de carburant retour, non injecté, de l'injecteur de carburant vers le système d'alimentation en amont de la pompe d'alimentation, caractérisé en ce que ledit système d'alimentation comprend - au moins un réservoir de stockage auxiliaire (33) destiné à contenir un fluide auxiliaire (C2), de type additif de combustion ou carburant auxiliaire ayant des propriétés différentes de celles du carburant principal, - une cuve de récupération (34) reliée au circuit de recyclage (7) pour récupérer les flux de carburant retour provenant de l'injecteur (6), formés de mélanges de carburant principal (Cl) et de fluide auxiliaire (C2), et - un système mélangeur (5) comprenant une cuve de mélange (51) et des moyens de transfert (52-57) aptes à transférer vers la cuve de mélange des quantités de carburant principal (Cl), de fluide auxiliaire (C2) et de mélange de carburant retour (C3) respectivement présents dans le réservoir de stockage principal (32), le réservoir de stockage auxiliaire (33) et la cuve de récupération (34), ladite pompe d'alimentation (31) assurant le transfert sous pression d'un flux de carburant de ladite cuve de mélange (51) vers ledit injecteur de carburant, le dispositif d'injection comprenant une unité de commande (8) apte à commander lesdits moyens de transfert pour former dans la cuve de mélange un mélange de carburant cible ayant des caractéristiques définies en fonction de conditions de fonctionnement du moteur, notamment en fonction du régime moteur et du niveau de charge du moteur. 2. Dispositif d'injection de carburant (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'unité de commande (8) est apte à déterminer la composition du mélange de carburant retour (C3) présent dans la cuve de récupération (34) au cours du temps afin de doser la quantité de mélange de carburant retour (C3) à transférer dans la cuve de mélange (51) avec le carburant principal (Cl) stocké dans le réservoir de stockage principal (32) et/ou le fluide auxiliaire (C2) stocké dans le réservoir de stockage auxiliaire (33). 3. Dispositif d'injection de carburant (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la détermination de la composition du mélange de carburant retour (C3) par l'unité de commande (8) est effectuée à partir des connaissances d'au moins une loi de mélange du carburant principal et du fluide auxiliaire et de l'historique du fonctionnement moteur. 4. Dispositif d'injection de carburant (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la détermination de la composition du mélange de carburant retour (C3) présent dans la cuve de récupération (34) par l'unité de commande (8) est déduite à partir d'au moins une caractéristique du mélange de carburant retour (C3), telle que la densité, mesurée par capteur (38) implanté dans la cuve de récupération (34). 5. Dispositif d'injection de carburant (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les dits moyens de transfert comprennent des lignes d'alimentation individuelles (52, 53, 54) reliant individuellement le réservoir de stockage principal (32), le réservoir de stockage auxiliaire (33) et la cuve de récupération (34) à la cuve de mélange (51), chaque ligne d'alimentation étant équipée d'une pompe basse pression (55, 56, 57) et d'une vanne intercalée entre la cuve de mélange et la pompe basse pression, lesdites vannes étant pilotées par l'unité de commande (8) pour réguler le débit des lignes d'alimentation. 6. Dispositif d'injection de carburant (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le réservoir de stockage principal (32), le réservoir de stockage auxiliaire (33) et la cuve de récupération (34) sont chacun équipés d'un capteur de niveau (35, 36, 37) relié à l'unité de commande (8), l'unité de commande pilotant les moyens de transfert en fonction de la quantité de carburant principal (Cl) et de fluide auxiliaire (C2) restant dans le réservoir de stockage principal et le réservoir de stockage auxiliaire, et du mélange de carburant retour (C3) restant dans la cuve de récupération (34). 7. Dispositif d'injection de carburant (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une rampe commune de distribution de carburant (2), reliée d'une part à la pompe d'alimentation (31) de type haute pression et d'autre part à un jeu d'injecteurs de carburant (6) .