Brevet FR2915774A1 — publié le 20081107

SYSTEME D'INJECTION A FAIBLE PRESSION [0001] Le domaine technique de l'invention concerne les systèmes d'injection de carburant pour les moteurs de véhicule automobile à combustion interne. Plus spécifiquement, l'invention se rapporte à une stratégie d'injection mettant en avant des moyens permettant de réaliser des injections à pression réduite. L'invention est particulièrement adaptée aux moteurs à allumage par compression, qui sont des moteurs à injection directe. L'enjeu majeur de ces moteurs, pour respecter les futures normes de pollution, est de fonctionner avec de forts taux de gaz d'échappement recirculés, ayant des émissions de particules faibles, et des niveaux de nuisances sonores acceptable. La pression d'injection est un paramètre fondamental, qui permet notamment de régir les émissions de particules polluantes. Actuellement, les pressions d'injection, surtout en début d'injection, demeurent trop élevées pour diminuer ces émissions sans générer de bruit. L'invention se propose de diminuer cette pression d'injection, afin de diminuer, voire d'éliminer, ces nuisances sonores. [0002] Les systèmes d'injection pour des moteurs à allumage par compression, existent et ont déjà fait l'objet de brevets. On peut, par exemple, citer le brevet US20060150954 qui se rapporte à un système d'injection, apte à délivrer une injection principale et des injections pilote. Ce système d'injection fait intervenir des moyens, notamment, sous la forme d'une valve, qui peuvent être actionnés suffisamment rapidement pour passer d'un mode d'injection basse pression à un mode d'injection haute pression. Le système d'injection décrit dans ce brevet n'a pas pour objectif d'être utilisé dans une stratégie visant à diminuer la pression de carburant en début d'injection. [0003] Les systèmes d'injection selon l'invention, ont pour but d'assurer une injection à basse pression en début d'injection, pour diminuer les nuisances sonores. Les mécanismes mis en jeu pour parvenir à ce résultat, impliquent des principes de physique simples et faciles à mettre en oeuvre, sans ajout de pièces supplémentaires. [0004] La présente invention a pour objet un système d'injection d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comprenant une buse d'injection, dotée d'une chambre de coulissement à l'intérieur de laquelle peut coulisser une aiguille, un canal principal d'arrivée de carburant muni de moyens de régulation de débit, ledit canal se divisant en un premier canal secondaire alimentant une chambre de décharge situé à l'arrière de l'aiguille, et en un deuxième canal secondaire alimentant la chambre de coulissement, des moyens de pilotages d'un organe d'ouverture et de fermeture de la chambre de décharge pour faire évacuer du carburant de ladite chambre vers une voie de retour. La principale caractéristique d'un système d'injection selon l'invention, est que les moyens de pilotage sont conçus pour imprimer à l'organe, sur un temps donné, un mouvement périodique, qui va déclencher une succession d'ouvertures et de fermetures de la chambre de décharge, avec une fréquence suffisamment élevée pour que, entre deux ouvertures successives, l'ouverture postérieure intervient alors que la baisse de pression engendrée par l'ouverture antérieure n'a pas encore été compensée par l'alimentation de ladite chambre en carburant, si bien que, entre la première ouverture et la dernière ouverture, la pression de la chambre de décharge décroît, par paliers successifs, jusqu'à une valeur seuil pour laquelle l'injection est souhaitée. En effet, il faut d'abord préciser que le temps d'ouverture est suffisamment court, pour ne pas provoquer une chute de la pression trop forte, susceptible de déplacer l'aiguille. Ainsi, la chambre de décharge subit une baisse de pression par à-coups, au moyen d'un mécanisme d'ouvertures et de fermetures répétées et rapides. Cette baisse de pression dans la chambre de décharge, a pour conséquence une baisse simultanée de la pression, également par paliers successifs, dans le canal secondaire d'alimentation de la chambre de coulissement, dont le niveau de pression demeure globalement supérieur à celui de la pression de ladite chambre de décharge. Lorsque la pression d'injection désirée est atteinte, le système de pilotage provoque alors une ouverture sur un temps plus long, pour engendrer le déplacement de l'aiguille et assurer ainsi l'injection à pression réduite. 5] Préférentiellement, en amont des deux canaux secondaires, le canal principal d'arrivée se scinde en deux circuits parallèles, l'un ayant la même section que ledit canal et étant doté d'un dispositif d'obturation pouvant être déclenché sur commande, l'autre possédant un étranglement local, les deux circuits se rejoignant au niveau du canal principal et constituant les moyens de régulation de débit dudit canal. De cette manière, lorsque le dispositif est en position d'ouverture, le carburant circule dans les deux circuits en parallèle, le débit résultant étant élevé, et lorsque le dispositif est en position de fermeture, le carburant ne peut passer qu'à travers l'étranglement, diminuant significativement son débit. [0006] De façon avantageuse, le dispositif d'obturation est en position de fermeture, de manière à obliger le carburant à passer par l'étranglement et, donc, à réduire son débit. En effet, la stratégie d'injection mise au point avec le système d'injection selon l'invention et visant à abaisser le niveau de la pression, sera facilitée si le débit de carburant incident dans le canal est préalablement réduit. [0007] Avantageusement, la pression d'injection est comprise entre 200bar et 3000bar. [0008] De façon préférentielle, l'organe d'obturation est constitué par une valve de décharge. [0009] Avantageusement, les moyens de pilotage sont constitués par une source électrique apte à émettre des impulsions électriques à un solénoïde, sur une période très courte, comprise entre 1001us et 20001us. De cette manière, le solénoïde crée, par intermittence, un champ magnétique, qui va déplacer un objet sensible à ce champ, provoquant l'ouverture ou la fermeture de la chambre de décharge. [0010] Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de pilotage sont constitués par une source électrique apte à émettre des impulsions électriques à un piézo-électrique. De façon plus générale, les moyens de pilotage sont constitués par toute source énergétique apte à engendrer une succession d'ouvertures et de fermetures en un temps donné. [0011] Préférentiellement, le rapport du débit de carburant après un passage dans 25 l'étranglement, sur le débit du carburant circulant dans le canal principal, est inférieur à 0,5 [0012] L'invention porte également sur un moteur comportant un système d'injection conforme à l'invention. [0013] Les dispositifs selon l'invention présentent l'avantage d'être fiables et performants, dans la mesure où ils mettent en oeuvre des principes de la mécanique des fluides, usuels et bien maîtrisés. Ils sont performants, car ils possèdent une fonction supplémentaire, qui est celle d'assurer une injection à basse pression, tout en conservant un encombrement à peu près constant. 4] On donne ci-après une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un système d'injection selon l'invention en se référant aux figures 1 à 5. - La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un système d'injection selon l'invention, l'organe de la chambre de décharge étant en position 10 fermée. - La figure 2 représente le système d'injection de la figure 1, l'organe de la chambre de décharge étant en position ouverte. - La figure 3 est un diagramme montrant les positions d'ouverture (0) ou de fermeture (F) de la valve de la chambre de décharge en fonction du temps. 15 - La figure 4 est un diagramme montrant, sur la même échelle des temps que celle de la figure 3, les variations de la pression de carburant dans le canal secondaire d'alimentation et dans la chambre de décharge, variant entre une pression supérieure (Ps) et une pression inférieure (Pi). - La figure 5 est un diagramme montrant, sur la même échelle des temps que 20 celle des figures 3 et 5, la position de l'aiguille, soit en configuration ouverte (0) soit en configuration fermée(F). 5] En se référant à la figure 1, un système d'injection 1 selon l'invention, , comprend une buse d'injection 2 dotée d'une chambre de coulissement 3 à l'intérieur de laquelle peut coulisser une aiguille 4, un canal principal 5 d'arrivée de carburant muni de moyens 25 6,7,8,9 de régulation de débit, ledit canal 5 se divisant en un premier canal secondaire 10 alimentant une chambre de décharge 11 située à l'arrière de l'aiguille 4, et en un deuxième canal secondaire 12 alimentant la chambre de coulissement 3, et des moyens de pilotage 13 d'un organe 14 d'ouverture et de fermeture de la chambre de décharge 11 pour faire évacuer du carburant de ladite chambre 11 vers une voie de retour 15. En amont des deux canaux secondaires 10,12 , le canal principal 5 se scinde en deux circuits 6,7 parallèles, l'un 6 ayant la même section que ledit canal d'arrivée 5 et étant doté d'un dispositif d'obturation 8, sous la forme d'une valve, pouvant être déclenché sur commande, l'autre 7 possédant un étranglement 9 local, les deux circuits 6,7 se rejoignant au niveau du canal principal 5 et constituant les moyens de régulation de débit dudit canal principal 5. De cette manière, si le dispositif 8 est en position fermée, le carburant ne peut passer que dans le circuit 7 muni de l'étranglement 9, réduisant significativement son débit dans le canal principal 5 d'arrivée, ou bien ledit dispositif 8 est en position ouverte, le carburant circulant alors dans les deux circuits 6,7 avec, à la sortie desdits circuits 6,7 , un débit important dans ledit canal principal d'arrivée 5. Pour réaliser un début d'injection à faible pression, le dispositif 8 est en position de fermeture. Le premier canal secondaire 10 d'alimentation de la chambre de décharge 11, possède une section inférieure à celle du deuxième canal secondaire 12 d'alimentation de la chambre de coulissement 3. La chambre de coulissement 3 a une forme cylindrique comportant un épaulement interne, permettant de mettre en évidence une partie élargie, prolongée par une partie de plus faible diamètre débouchant à l'extrémité de la buse 2 d'injection. Ladite chambre de coulissement 3 loge l'aiguille 4, qui est constitué par un corps 16 prolongé par une tige 17 de plus faible diamètre et dont l'extrémité affleure l'extrémité de la buse 2, lorsque l'aiguille 4 obture la buse 2. Cette position d'obturation correspond à une mise en butée de la marche créée entre le corps 16 et la tige 17, contre l'épaulement interne de la chambre de coulissement 3. Le corps 16 de l'aiguille 4 occupe la partie élargie de la chambre de coulissement 3, tandis que la tige 17 occupe la partie de plus faible diamètre de ladite chambre 3, la paroi latérale externe des dudit corps 16 et de ladite tige 17 étant au contact de la paroi interne des deux parties de la chambre de coulissement 3. De cette manière, l'aiguille 4 peut coulisser de façon étanche dans ladite chambre 3. La longueur du corps 16 est inférieure à la longueur de la partie élargie de la chambre 3, si bien qu'en position d'obturation, il subsiste un espace entre le fond de la partie élargie et l'extrémité libre du corps 16, qui est plane. Cet espace définit la chambre de décharge 11 du système d'injection 1. Le deuxième canal secondaire 12 d'alimentation en carburant, débouche dans la partie de plus faible diamètre de la chambre de coulissement 3, dans une zone adjacente à l'épaulement. L'organe 14 d'ouverture ou de fermeture est une valve, et les moyens de pilotage 13 s'effectuent au moyen d'une source électrique apte à émettre des impulsions électriques à un solénoïde 30. De cette manière, le solénoïde 30 crée une succession de champs magnétiques, qui vont déplacer instantanément un objet, chaque déplacement provoquant l'ouverture ou la fermeture de la chambre de décharge 11. Les moyens de pilotage 13 et l'organe 14, sont placés sur la voie de retour 15 du carburant, qui prend naissance au niveau de la chambre de décharge 11. [0016] En se référant à la figure 2, lorsque la vanne de décharge s'ouvre, il se crée une 10 baisse de pression momentanée dans le circuit d'alimentation, constitué par le canal principal 5, les deux canaux secondaires 10,12 et la chambre de décharge 11. [0017] En début d'injection, la stratégie d'utilisation d'un système d'injection selon l'invention est la suivante. Le dispositif d'obturation 8 est en position de fermeture pour contraindre le carburant à 15 passer par le circuit 7 muni de l'étranglement, limitant ainsi son débit incident. Le carburant parvient dans la chambre de décharge 11 par le premier canal secondaire 10 d'alimentation, et vient également occuper le deuxième canal d'alimentation 12 de la chambre de coulissement 3. [0018] En se référant aux figures 3 et 4, les moyens de pilotage 13 sont activés pour 20 provoquer alors une série d'ouvertures et de fermetures dans la chambre de décharge 11, permettant l'évacuation d'une fraction de carburant pendant chaque ouverture. A chaque ouverture, la pression dans la chambre 11 décroît, et n'est pas totalement compensée par l'afflux de carburant dans ladite chambre via le premier canal secondaire 10, pendant la période de fermeture suivante. Par ce biais, en se référant à la figure 4, la pression 20 dans 25 la chambre de décharge 11 diminue par paliers successifs, entraînant systématiquement une baisse de la pression 21, également par paliers successifs, dans le deuxième canal secondaire 12. [0019] En se référant à la figure 5, lorsque la pression dans ladite chambre 11 descend en dessous d'une pression seuil souhaitée, les moyens de pilotage 13 sont commandés pour provoquer une ouverture sur un temps plus long, permettant à l'aiguille 4 d'amorcer un déplacement vers le fond de la chambre de décharge 11, ledit déplacement étant assuré par la différence de pression dans la chambre 11 et le deuxième canal secondaire 12. L'ouverture de la buse 2 est alors libérée, et l'injection de carburant peut alors s'effectuer à basse pression. REVENDICATIONS 1. Système d'injection (1) d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comprenant une buse (2) d'injection, dotée d'une chambre de coulissement (3) à l'intérieur de laquelle peut coulisser une aiguille (4) , un canal principal (5) d'arrivée de carburant muni de moyens (6,7,8,9) de régulation de débit, ledit canal (5) se divisant en un premier canal (10) secondaire alimentant une chambre (11) de décharge situé à l'arrière de l'aiguille (4), et en un deuxième canal secondaire (12) alimentant la chambre de coulissement (3), des moyens de pilotage (13) d'un organe (14) d'ouverture et de fermeture de la chambre de décharge (11) pour faire évacuer du carburant de ladite chambre (11) vers une voie (15) de retour, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (13) sont conçus pour imprimer à l'organe (14), sur un temps donné, un mouvement périodique, qui va déclencher, une succession d'ouvertures et de fermetures de la chambre de décharge (11), avec une fréquence suffisamment élevée pour que, entre deux ouvertures successives, l'ouverture postérieure intervient alors que la baisse de pression engendrée par l'ouverture antérieure n'a pas encore été compensée par l'alimentation de ladite chambre (11) en carburant, si bien que, entre la première ouverture et la dernière ouverture, la pression de la chambre de décharge (11) décroît, par paliers successifs, jusqu'à une valeur seuil à partir de laquelle l'injection est souhaitée. 2. Système d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en amont des deux canaux secondaires (10,12), le canal principal (5) se scinde en deux circuits parallèles (6,7), l'un (6) ayant la même section que ledit canal d'arrivée (5) et étant doté d'un dispositif d'obturation (8) pouvant être déclenché sur commande, l'autre (6) possédant un étranglement (9) local, les deux circuits (6,7) se rejoignant au niveau du canal principal (5) et constituant les moyens de régulation de débit. 3. Système d'injection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'obturation (8) est en position de fermeture, de manière à obliger le carburant à passer par l'étranglement (9) et, donc, à réduire son débit. 4. Système d'injection selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pression d'injection est comprise entre 200bar et 3000bar. 5. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe d'obturation (14) est constitué par une valve de décharge. 6. Système d'injection selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (13) sont constitués par une source électrique apte à émettre des impulsions électriques à un solénoïde (30), sur une période très courte, comprise entre 1001us et 20001us. 7. Système d'injection selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de 10 pilotage (13) sont constitués par une source électrique apte à émettre des impulsions électriques à un piézo-électrique. 8. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le rapport du débit de carburant après un passage dans l'étranglement (9), sur le débit du carburant circulant dans le canal principal (5), est inférieure à 0,5. 15 9. Moteur de véhicule automobile à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte un système d'injection conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.