Brevet FR2949512A1 — publié le 20110304

B08-3600FR- EGA/EVH PJ 9274-IA Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Système et procédé d'injection de carburant à rampe commune pour démarrage à froid Invention de : CARRE Bertrand LAFITE Jacques Système et procédé d'injection de carburant à rampe commune pour démarrage à froid L'invention concerne le domaine des systèmes d'injection à rampe commune pour moteurs à combustion interne, notamment de type Diesel. Dans de tels systèmes, lorsque le moteur est en fonctionnement, une pompe haute pression pousse du carburant dans une rampe commune reliée à des injecteurs, par exemple des injecteurs à actuateur piézoélectrique. Le débit d'injection correspond à la consommation du moteur. La haute pression en amont de l'injecteur et l'activation des injecteurs provoquent des fuites de carburant qui sont récupérées par un circuit de retour vers un réservoir de carburant. La pompe haute pression est apte à maintenir la pression requise dans la rampe commune tout en assurant le débit d'injection dans les chambres de combustion et le débit de fuite des injecteurs. Le niveau de haute pression dans la rampe commune est de l'ordre de 200 à 300 bars lorsque le moteur tourne au ralenti et de l'ordre de 1600 à 1800 bars au voisinage du point de puissance maximum du moteur. Le moteur ne fonctionne que si la pression de la rampe commune atteint au moins la pression requise pour le ralenti. La pompe permettant de maintenir une telle pression peut par exemple être une pompe de type volumétrique qui pousse une quantité de carburant liquide dans le circuit haute pression. De telles pompes volumétriques s'opposent à tout passage du carburant lorsqu'elles sont arrêtées. Le maintien du haut niveau de pression nécessite un niveau de fuite extrêmement faible des pompes utilisées dans les systèmes d'injection de carburant à rampe commune. Le circuit de retour du carburant est un circuit basse pression. I1 est équipé d'un clapet anti-retour et l'ordre de grandeur de la pression dans le circuit de retour est de l'ordre de quelques bars, par exemple deux bars, entre l'injecteur et le clapet anti-retour. En aval du clapet anti-retour, entre ce clapet et le réservoir de carburant, la pression est généralement égale à la pression atmosphérique. Un problème particulier se pose dans ce type de système d'injection lorsque l'on arrête le moteur après une période de fonctionnement et qu'on laisse le véhicule dans un endroit froid. Lors du redémarrage, la pompe d'injection met un temps excessif pour faire monter la pression dans la rampe commune de sorte que l'alternateur du véhicule est sollicité trop longtemps. C'est notamment le cas lorsque le conducteur utilise son véhicule pour rentrer de son lieu de travail le soir et qu'il veut le reprendre le lendemain matin après avoir laissé le véhicule dehors durant la nuit. Alors que le moteur marchait bien la veille, le lendemain matin le redémarrage est difficile et dans certains cas, ne se produit qu'après un fonctionnement long du démarreur. L'invention propose un système et un procédé d'injection à rampe commune qui remédie aux inconvénients précités et en particulier qui permet de réduire le phénomène de démarrage difficile du moteur à froid dans le cas d'un séjour de véhicule dans le froid suite à une période de fonctionnement. Selon un mode de réalisation, le système d'injection de carburant à rampe commune pour moteur à combustion interne, comprend un circuit haute pression reliant une pompe à au moins un injecteur via une rampe commune, un circuit basse pression amont reliant l'injecteur à un clapet anti-retour et un circuit basse pression aval reliant le clapet anti-retour à un réservoir de carburant. Le clapet anti-retour est apte à s'opposer à la remontée du carburant du réservoir vers l'injecteur. Le système comprend un moyen de fuite, apte à laisser remonter du carburant du circuit basse pression aval vers le circuit basse pression amont. L'aptitude d'une pompe, par exemple de type volumétrique, à faire remonter la pression dans la rampe commune est extrêmement dépendante de la raideur hydraulique du fluide pompé. Si le fluide comprend une bulle d'air, tant que le volume de fluide pompé n'a pas atteint celui de la bulle d'air, la pompe tourne dans le vide et la pression du fluide ne s'élève pas. De manière surprenante, le circuit d'injection du véhicule peut présenter des telles bulles d'air lorsque le véhicule séjourne dans le froid après une période de fonctionnement, alors qu'il n'y avait pas de telles bulles d'air lorsque le moteur tournait encore ou venait d'être arrêté. Dans le dispositif de l'état de la technique, le circuit de carburant allant de la pompe au clapet anti-retour, c'est-à-dire comprenant le circuit haute pression, l'injecteur et le circuit basse pression amont, représente un circuit fermé à volume fixe. Lorsque la pompe est arrêtée, ni la pompe, ni l'injecteur, ni le clapet anti-retour n'autorisent un retour du carburant depuis le réservoir. Lorsque le véhicule est en fonctionnement, le carburant et le circuit se dilatent. Le carburant se dilate plus que le circuit. Lorsque le véhicule se refroidit, le carburant est bloqué dans un volume fermé et voit sa pression diminuer. Lorsque la pression descend en dessous de la pression de saturation d'air dissous dans le carburant, des bulles d'air se forment. Cela fait baisser la raideur mécanique moyenne du fluide susceptible d'être comprimé par la pompe. Lorsque la pression descend encore et devient inférieure à la pression de vaporisation du carburant, la raideur du fluide chute presque totalement. Le carburant entre en cavitation. Un volume de carburant gazeux se forme pour remplir tout l'espace disponible. L'inventeur s'est rendu compte que le phénomène de durée excessive de montée en pression du carburant dans la rampe commune est dû au fait que la pompe haute pression des systèmes d'injection à rampe commune pousse un volume de carburant dans un volume fermé ayant une raideur faible. Dans le système d'injection de l'invention, le moyen de fuite limite l'étanchéité du clapet anti-retour. Le refroidissement du véhicule et la contraction du fluide par rapport au circuit s'accompagnent de la remontée de la quantité de carburant du réservoir nécessaire à empêcher la dépression du carburant situé entre la pompe et le clapet anti-retour. Ainsi, le carburant liquide conserve une raideur mécanique normale bien que le véhicule soit froid. Lors du redémarrage, la pompe du circuit d'injection peut comprimer directement le volume de carburant compris dans le circuit haute pression. I1 n'y a plus de phase où la pompe d'injection remplit le volume avec de l'air (aération) ou avec de la vapeur de gazole (cavitation). Avantageusement, le moyen de fuite est un ajutage disposé en parallèle du clapet anti-retour. Selon un mode de réalisation, l'injecteur présente un débit de fuite statique minimal correspondant à une valeur inférieure de la pression de la rampe commune lorsque le moteur fonctionne et que l'injecteur est en phase de non injection. Un circuit de retour récupère les fuites de l'injecteur pour les renvoyer vers le réservoir de carburant. La quantité de carburant récupérée par le circuit de retour est beaucoup plus élevée en phase d'injection qu'en phase de non injection. Le débit du circuit de retour peut être représenté, pour chaque pression en rampe commune, par la somme d'un débit de fuite statique, lorsque le pointeur obstrue la buse d'injection, et d'un débit de fuite dynamique en phase d'injection. La valeur du débit de fuite statique et dynamique pour chaque pression peut être étalonnée en usine en dehors de l'utilisation de l'injecteur dans un véhicule particulier. Selon un mode de réalisation, le clapet anti-retour présente, sur toute la plage de fonctionnement du moteur, une perte de charge maximale dans le sens de l'écoulement du carburant du circuit basse pression amont vers le circuit basse pression aval. Ainsi, la pression dans le circuit de retour amont du clapet antiretour est fixée par la pression d'ouverture du clapet antiretour. Cette pression est supérieure à la pression du carburant dans le réservoir. Généralement, pour les véhicules roulants terrestres, le réservoir est à pression atmosphérique. La pression dans le circuit basse pression amont est de l'ordre de deux bars. Cette pression est principalement fixée par le ressort et la géométrie du clapet antiretour. Selon un mode de réalisation, le moyen de fuite du circuit basse pression présente un débit de fuite vers le circuit basse pression aval, inférieur au débit de fuite statique de l'injecteur lorsque la différence de pression entre les circuits basse pression amont et aval est égale à la perte de charge maximum du clapet antiretour. Le diamètre et l'épaisseur de l'ajutage en parallèle du clapet antiretour peuvent être déterminés par le débit qu'il autorise sur une différence de pression donnée. Avantageusement, l'ajutage est déterminé pour autoriser ledit débit de fuite statique minimal de l'injecteur, sous une différence de pression correspondant à celle imposée par le clapet antiretour. Ainsi, en ajoutant un ajutage en parallèle du clapet antiretour, on ne perturbe pas le fonctionnement de l'injecteur. Le débit de fuite statique s'écoule par l'ajutage au lieu de s'écouler par le clapet antiretour. La pression dans le circuit basse pression amont est inchangée. En phase d'injection, l'ajutage laisse s'écouler la partie de débit de fuite correspondant au débit de fuite statique de l'injecteur et le clapet antiretour s'ouvre pour laisser s'écouler la partie du débit retour correspondant au débit de fuite dynamique de l'injecteur. Là encore, la pression dans le carburant basse pression amont est inchangée par l'adjonction de l'ajutage. Avantageusement, l'injecteur présente, pour chaque valeur de pression de carburant dans la rampe commune, un débit de fuite statique lorsque l'injecteur est en phase de non injection, inférieur au débit de fuite lorsque l'injecteur est en phase d'injection. Avantageusement, le moyen de fuite du circuit basse pression est apte, pour chaque valeur de pression du carburant dans la rampe commune, à limiter le débit de carburant vers le circuit basse pression aval à une valeur inférieure ou égale à celle du débit de fuite statique de l'injecteur. Cela permet de tenir compte d'une légère variation de la pression dans le circuit basse pression amont en fonction du régime moteur. Selon un autre aspect, l'invention porte également sur un procédé d'injection de carburant à rampe commune pour moteur à combustion interne. On maintient dans le circuit de retour de carburant non injecté, une pression supérieure ou égale à la pression du carburant dans le réservoir. En maintenant la pression dans le circuit de retour du carburant non injecté, on empêche le carburant d'atteindre sa pression de saturation d'air lors des phases d'arrêt du moteur. Lors du redémarrage à froid, la pompe comprime un fluide présentant une raideur hydraulique normalement élevée. Avantageusement, on autorise une fuite de remontée du carburant du réservoir vers l'injecteur tout en maintenant, lorsque le moteur est en fonctionnement, une surpression du circuit de retour du carburant non injecté par rapport au réservoir de carburant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé. Comme illustré sur la figure unique, le système d'injection comprend une série d'injecteurs 1 reliés chacun à une rampe commune 2, alimentés en carburant par une pompe haute pression 3 reliée à un réservoir de carburant 4 via un filtre à carburant 5. Chaque injecteur 1 est relié à la rampe commune 2 par un conduit d'alimentation 6 dans lequel le carburant est sensiblement à la pression de la rampe commune 2. Chaque injecteur 1 comprend un conduit principal 7 reliant le conduit amont 6 à l'extrémité de l'injecteur. Le conduit principal comprend une perte de charge variable 8 pilotée par un actionneur 9. La perte de charge variable 8 est par exemple constituée par une buse et un pointeau mobile non représentés sur la figure. Chaque injecteur 1 comprend également un conduit de récupération 10 relié à un circuit de retour 11 du carburant vers le réservoir 4. Le circuit de retour 11 comprend un clapet antiretour 12, un circuit basse pression amont 13 s'étendant entre l'injecteur 1 et le clapet antiretour 12. Un circuit basse pression aval 14 s'étend entre le clapet antiretour 12 et le réservoir 4. Un ajutage 15 est monté sur une dérivation 16 en parallèle du clapet antiretour 12. Une unité de commande 17 reçoit des signaux représentatifs d'une consigne de couple 18 et des signaux représentatifs d'une position du vilebrequin 19. L'unité de commande 17 est reliée à la pompe haute pression 3 et à chacun des actionneurs 9 des injecteurs 1. Un circuit haute pression 22 s'étend depuis la pompe haute pression 3 jusqu'à chacun des conduits principaux 7 des injecteurs 1 et comprend les conduits amont 6 et la rampe commune 2. Lorsque le moteur tourne, la pompe haute pression 3 fait monter la pression du carburant dans le circuit haute pression 22 à une valeur pouvant varier de 300 bars lorsque le moteur tourne au ralenti, à 1500 voire même 1900 bars lorsque la demande de puissance moteur est maximale. Dans le réservoir 4, le carburant est à la pression atmosphérique, ainsi que dans le circuit basse pression aval 14. Le clapet antiretour 12 est composé d'une bille 23 poussée par un ressort 24 contre une ouverture 25 du circuit basse pression amont 13. Lorsque la pression du carburant dans le circuit basse pression amont 13 atteint un seuil, la bille 23 est repoussée par la carburant qui peut alors s'écouler dans le circuit basse pression aval 14. Ce seuil de pression correspond à l'ouverture du clapet antiretour 12. La pression dans le circuit basse pression amont 13 est due au clapet antiretour 12. Cette pression est de l'ordre de 2 bars. En raison de la pression très élevée du carburant dans le circuit haute pression 22, un débit résiduel, ou débit de fuite statique, est récupéré par le conduit interne de récupération 10. Lorsque l'actionneur 9 commande d'ouvrir l'injecteur 1, l'essentiel du carburant s'échappe par la buse 8, à l'extrémité de l'injecteur. Cependant, la part du carburant s'écoulant par le circuit de récupération 10 augmente. Du point de vue hydraulique, le circuit de récupération 10 se comporte comme comprenant une perte de charge statique 20 et une perte de charge variable 21. Le débit de carburant s'écoulant par le circuit de retour 11 comprend donc, pour chaque valeur de pression dans la rampe commune 2, un débit statique correspondant au débit de retour lorsque l'injecteur 1 n'est pas actionné, et un débit dynamique supplémentaire lorsque l'injecteur 1 est en phase d'injection. La valeur du débit statique ne dépend que de la géométrie de l'injecteur 1 et de la valeur de la pression dans la rampe commune 2. Ce débit de fuite statique est minimal lorsque le moteur tourne au ralenti et que la pression dans la rampe commune n'est que de l'ordre de 300 bars. L'ajutage 15 monté en parallèle du clapet antiretour 12 est dimensionné en diamètre et en épaisseur de manière à ce que la dérivation 16 puisse voir s'écouler un débit de carburant égal au débit de fuite statique minimal de l'injecteur 1, lorsque cette dérivation 16 est soumise à une différence de pression, de l'ordre de 2 bars, correspondant à la géométrie du clapet antiretour 12. On va maintenant décrire l'avantage d'un tel système d'injection en cas de démarrage à froid suite à une période de fonctionnement du moteur du véhicule. Pendant la période de fonctionnement, la température du carburant dans la rampe commune s'est progressivement échauffée par la proximité de la rampe commune avec le bloc moteur, par les frottements hydrauliques imposés par la pompe haute pression et le circuit de récupération 10 de l'injecteur et par l'augmentation de la pression. Lorsque le véhicule est arrêté et séjourne pendant une période suffisante dans le froid pour que la température du système d'injection se refroidisse, tout le volume des conduits haute pression et du conduit basse pression amont se contracte. La pompe haute pression 3 est à l'arrêt et la pression du carburant diminue dans la rampe commune en raison de la fuite statique 20 de l'injecteur 1. Si le refroidissement de l'ensemble du système se poursuit, la contraction du carburant dans les conduits haute pression 22 et basse pression amont 13 peut devenir supérieure à la contraction desdits circuits. Cette variation est toutefois suffisamment lente pour que du carburant puisse remonter du circuit basse pression aval 14 vers le circuit basse pression amont 13 par l'ajutage 15, sans qu'une dépression significative puisse apparaître dans le carburant de la rampe commune 2 par rapport à la pression du réservoir 4. De cette manière, lorsque l'utilisateur veut démarrer le véhicule, la pompe haute pression 3 comprime un carburant sensiblement à la pression atmosphérique. Le carburant présente une raideur mécanique normale telle que la pompe haute pression 3 peut le comprimer rapidement. REVENDICATIONS1. Système d'injection de carburant à rampe commune (2) pour moteur à combustion interne, comprenant un circuit haute pression (22) reliant une pompe (3) à au moins un injecteur (7) via une rampe commune (2), un circuit basse pression amont (13) reliant l'injecteur (1) à un clapet anti-retour (12) et un circuit basse pression aval (14) reliant le clapet anti-retour (12) à un réservoir (4) de carburant, le clapet anti-retour (12) étant apte à s'opposer à la remontée du carburant du réservoir (4) vers l'injecteur (1), caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de fuite apte à laisser remonter du carburant du circuit basse pression aval (14) vers le circuit basse pression amont (13). 2. Système selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de fuite est un ajutage (15) disposé en parallèle du clapet anti- retour (12). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'injecteur présente un débit de fuite statique minimal correspondant à une valeur inférieure de la pression de la rampe commune (2) lorsque le moteur fonctionne et que l'injecteur (1) est en phase de non injection. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le clapet anti-retour (12) présente, sur toute la plage de fonctionnement du moteur, une perte de charge maximale dans le sens de l'écoulement du carburant du circuit basse pression amont (13) vers le circuit basse pression aval (14). 5. Système selon les revendications 3 et 4 prises dans leur ensemble, dans lequel le moyen de fuite du circuit basse pression présente un débit de fuite vers le circuit basse pression aval (14), inférieur au débit de fuite statique de l'injecteur (1) lorsque la différence de pression entre les circuits basse pression amont (13) et aval (14) est égale à la perte de charge maximum du clapet antiretour (12). 6. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'injecteur (1) présente, pour chaque valeur de pression de carburant dans la rampe commune (2), un débit de fuite statique lorsque l'injecteur est en phase de non injection, inférieur au débit de fuite lorsque l'injecteur est en phase d'injection. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel le moyen de fuite du circuit basse pression est apte, pour chaque valeur de pression du carburant dans la rampe commune (2), à limiter le débit de carburant vers le circuit basse pression aval (14) à une valeur inférieure ou égale à celle du débit de fuite statique de l'injecteur. 8. Procédé d'injection de carburant à rampe commune pour moteur à combustion interne. caractérisé par le dans--l-e--�-i-r-e-ti+ de avec retour (42) de--du carburant non injecté; dans un réservoir une basse pression supérieure ou égale à la pression du e-ar-b-tt r a n-t---t# l-n --1 e r- s \-o-i r. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequelcaractérisé par le fait qu'-on autorise une fuite de remontée du carburant du réservoir vers l'injecteur tout en maintenant, lorsque le moteur est en fonctionnement, une surpression du circuit de retour du carburant non injecté par rapport au réservoir de carburant.