Dispositif d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne

Abstract

 Le dispositif comprend une pluralité d'injecteurs débitant chacun du carburant dans un des cylindres du moteur, et des lignes d'alimentation pour connecter en parallèle chacun (2) des injecteurs à une rampe commune (1) d'alimentation de ces injecteurs en carburant. Sur chaque ligne (3) le dispositif comprend en outre une restriction (5) traversée en couche mince par le carburant qui s'écoule vers l'injecteur (2), la restriction (5) étant dimensionnée et agencée pour établir une perte de charge (ΔP) dans ledit écoulement de carburant, propre à atténuer des ondes de pression se propageant dans cet écoulement.
Application à un dispositif d'alimentation fractionnée des cylindres d'un moteur à combustion interne.

Description

[0001] La présente invention est relative à un dispositif d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne et, plus particulièrement, à un tel dispositif comprenant une pluralité d'injecteurs débitant chacun du carburant dans un des cylindres du moteur et des moyens pour connecter en parallèle chacun desdits injecteurs à une rampe commune d'alimentation de ces injecteurs.

[0002] Dans un dispositif de ce type à rampe commune d'alimentation des injecteurs, destiné notamment à équiper un moteur assurant la propulsion d'un véhicule automobile, on sait que chaque activation d'un injecteur de carburant engendre des ondes de pression dans la rampe commune, où le carburant est porté à une haute pression, ces ondes de pression étant responsables d'interactions entre les activations successives des injecteurs de carburant.

[0003] Ces interactions affectent notamment le niveau de la pression du carburant à l'ouverture d'un injecteur et donc la précision de la quantité de carburant injectée dans le cylindre associé pendant le temps d'ouverture de cet injecteur.

[0004] Cela rend difficile la mise au point d'un moteur pendant la phase de développement de celui-ci. Les ondes de pression précitées sont aussi responsables d'évolutions du comportement du moteur tout au long de la durée de vie de celui-ci.

[0005] En outre, on développe actuellement les dispositifs d'injection "multiples", dans lesquels la quantité totale de carburant à injecter dans un cylindre du moteur, avant une phase de combustion d'un mélange air/carburant dans celui-ci, est découpée en plusieurs quantités plus petites, injectées successivement. On comprend que, dans un tel contexte, l'influence des ondes de pression évoquées ci-dessus sur la précision des quantités de carburant injectées est particulièrement sensible.

[0006] Quand la quantité de carburant à injecter est découpée en deux quantités injectées successivement, on a proposé de corriger l'influence de la première ouverture de l'injecteur sur la deuxième, en tirant la durée d'ouverture de l'injecteur, pendant cette deuxième injection, d'une cartographie différente de celle établie pour la première injection. Le paramètre d'entrée de la cartographie de première injection est le débit de carburant demandé, évalué à partir de signaux représentatifs de l'enfoncement d'une pédale d'accélérateur et de la pression de carburant dans la rampe commune.

[0007] On a aussi proposé de corriger le temps d'ouverture de l'injecteur, lors de la deuxième injection, à l'aide d'un algorithme d'estimation de la variation de la quantité de carburant alors injectée due à l'injection précédente.

[0008] La solution consistant à utiliser deux cartographies différentes est grevée des inconvénients suivants :

• elle est inexploitable pendant la mise au point d'un moteur car l'établissement de la deuxième cartographie suppose que soit figés les paramètres de l'injection réglée par la première cartographie.
• en phase de fonctionnement normal du moteur, le seul paramètre pris en compte dans la deuxième cartographie est l'existence d'une injection antérieure, alors qu'il faudrait prendre en compte d'autres paramètres significatifs tels que la quantité de carburant injectée pendant la première injection, l'écart temporel séparant les deux injections etc...
• elle ne peut être utilisée que pour des injections de carburant découpées en deux temps successifs seulement.

[0009] La solution consistant à corriger la durée du temps d'ouverture de l'injecteur, lors de la deuxième injection, à l'aide d'un algorithme, présente l'inconvénient d'être de mise en oeuvre difficile, du fait du nombre important de paramètres en prendre en compte (dimensions du circuit parcouru par le carburant, pression d'injection, quantité de carburant injectée lors de la première injection et quantité à injecter lors de la deuxième, température du carburant, écart temporel des deux injections, etc...). Elle est en outre très sensible aux tolérances affectant les performances des matériels utilisés pour la mettre en oeuvre.

[0010] La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif d'alimentation en carburant du type décrit en préambule de la présente description, qui ne présente pas les inconvénients évoqués ci-dessus des dispositifs de la technique antérieure et qui, en particulier, assure un amortissement complet des ondes de pression nées d'une première injection de carburant, avant le déclenchement d'une deuxième injection, et ceci sans affecter la pression de carburant régnant dans un injecteur.

[0011] On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne, comprenant une pluralité d'injecteurs débitant chacun du carburant dans un des cylindres du moteur, et des moyens pour connecter en parallèle chacun desdits injecteurs à une rampe commune d'alimentation de ces injecteurs en carburant, ce dispositif étant remarquable en ce que lesdits moyens de connexion comprennent une restriction traversée en couche mince par le carburant qui s'écoule vers ledit injecteur, ladite restriction étant dimensionnée et agencée pour établir une perte de charge dans ledit écoulement de carburant, propre à atténuer des ondes de pression se propageant dans cet écoulement.

[0012] Comme on le verra plus loin en détail, une restriction de ce type permet d'amortir plus rapidement une onde de pression qu'une restriction classique, présentant la forme d'un ajutaqe calibré, ce qui permet d'éviter une perturbation d'une deuxième injection par une première injection antérieure, dans le cadre d'une injection fractionnée de carburant, notamment.

[0013] Selon d'autres caractéristiques de la présente invention, la restriction est disposée à la jonction de la rampe commune et des moyens de connexion. Un clapet anti-retour peut être monté en parallèle sur la restriction, ce clapet étant passant de la rampe commune vers l'injecteur.

[0014] Quand le dispositif est adapté à du carburant de type Diesel, la restriction peut être constituée par un filtre-tige à seuil de filtration abaissé de manière à établir la perte de charge nécessaire.

[0015] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel :

• la figure 1 illustre schématiquement la structure d'une restriction utilisée dans le dispositif suivant la présente invention,
• la figure 2 représente les graphes des pertes de charge en fonction du débit, d'une restriction classiquement utilisée dans une ligne hydraulique et de la restriction de la figure 1, respectivement,
• la figure 3 est un schéma illustrant un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention,
• la figure 4 représente les graphes de l'évolution d'une modulation de l'amplitude du débit et de la pression de carburant, au long du dispositif de la figure 3,
• la figure 5 représente des graphes illustrant l'efficacité du perfectionnement introduit dans le dispositif de la figure 3, et
• la figure 6 représente schématiquement une variante du mode de réalisation du dispositif de la figure 3.

[0016] Classiquement, pour amortir une onde de pression dans une ligne hydraulique, on dissipe l'énergie de cette onde en installant dans la ligne une restriction, prenant la forme d'un ajutage classique, la section de cet ajutage étant calibrée pour établir dans la restriction une perte de charge propre à dissiper cette énergie.

[0017] Pour une telle restriction de surface effective S_eff, dans laquelle passe un débit de fluide D de masse volumique ρ, la perte de charge ΔP obtenue est donnée par la relation :

[0018] On a représenté l'évolution de ΔP en fonction de D en trait interrompu sur la figure 2. Sur cette figure, ainsi que sur les figures 4 et 5, les grandeurs physiques représentées sont sans dimensions, étant rapportées à des valeurs nominales de ces grandeurs.

[0019] Il apparaît sur la figure 2 que, du fait de la caractéristique parabolique de la perte de charge, celle-ci est très faible aux faibles débits, ce qui rend l'ajutage calibré peu efficace dans de telles circonstances.

[0020] Suivant la présente invention, pour dissiper l'énergie d'ondes de pression nées de l'activation d'un injecteur de carburant dans un dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, on propose d'utiliser une restriction dans laquelle le carburant s'écoule en couche mince, telle que celle schématisée à la figure 1 du dessin annexé.

[0021] Sur cette figure la flèche F repère le sens d'écoulement du carburant dans une restriction présentant, en section transversale, la forme d'un conduit de longueur 1 et de section droite rectangulaire de largueur L et de hauteur h. On obtient un écoulement en couche mince du type précité quand la hauteur h de la restriction est très faible par rapport à sa longueur l soit quand :

où Re est le nombre de Reynolds de l'écoulement, Re =

avec U, vitesse caractéristique de l'écoulement et υ, viscosité cinématique du fluide.

[0022] Dans une restriction de largeur L, la perte de charge ΔP en fonction du débit D du fluide est donnée par la relation :

[0023] Les variations de ΔP en fonction de D sont illustrées par le graphe en trait plein de la figure 2.

[0024] On remarque que ΔP est une fonction linéaire de D et que cette perte de charge est supérieure à celle déterminée par un ajutage calibré classique, aux faibles niveaux de débit.

[0025] Ainsi, alors qu'on peut obtenir une même perte de charge ΔP_o avec un ajutage calibré et une restriction à écoulement en couche mince, pendant l'ouverture d'un injecteur avec un débit égal à D_inj (voir figure 2), la perte de charge obtenue avec la restriction à écoulement en couche mince est supérieure de dP quand les ondes de pression commencent à s'amortir, et donc quand le débit D traversant la restriction diminue. L'amortissement de l'onde est alors plus prononcé, au bénéfice de l'efficacité du dispositif suivant l'invention. En effet, en accélérant l'amortissement des ondes de pression, les ondes nées de la première injection (ou première ouverture de l'injecteur dans le cas de l'injection double décrite en préambule de la présente description) peuvent être complément amorties avant l'ouverture de l'injecteur pour la deuxième injection. Le calibrage du débit de l'injecteur lors de cette deuxième injection n'est alors plus perturbé par la première injection, conformément à l'objectif poursuivi par la présente invention.

[0026] Incidemment, on notera que la restriction en couche mince utilisée dans le dispositif suivant l'invention pourrait avoir un profil longitudinal (suivant la flèche F) différent de celui représenté à la figure 1. Ce profil pourrait être de hauteur h variable de manière à être d'abord légèrement convergent puis légèrement divergent, tout en respectant partout la condition fixée plus haut pour cette hauteur h par rapport à la longueur 1 de la restriction.

[0027] On se réfère maintenant à la figure 3 du dessin annexé où on a représenté schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation en carburant suivant l'invention. Celui-ci comprend classiquement une rampe commune 1 alimentée en carburant à haute pression, raccordée à plusieurs injecteurs de carburant, chacun de ceux-ci étant connectés à la rampe 1 par des moyens de connexion constitués par une ligne d'alimentation de cet injecteur. Pour la clarté de la figure, on n'a représenté sur celle-ci qu'un seul injecteur 2 et la ligne d'alimentation 3 qui lui est associée. Un filtre 4 est monté classiquement sur l'injecteur 2, la ligne 3 débitant alors du carburant qui passe dans ce filtre avant d'arriver dans la tête de l'injecteur 2. Celle-ci assure classiquement la pulvérisation du carburant injecté dans un cylindre du moteur, en phase d'admission d'un mélange air/carburant dans ce cylindre, préalable à la compression et à la combustion du mélange.

[0028] Suivant l'invention, la ligne 3 est équipée en outre d'une restriction 5 à écoulement en couche mince du type décrit en liaison avec les figures 1 et 2.

[0029] Avantageusement, suivant une autre caractéristique de la présente invention, cette restriction est montée, comme illustré sur la figure 3, sur la rampe commune 1, à la jonction entre celle-ci et la ligne 3 raccordant cette rampe à l'injecteur 2. L'intérêt de cette disposition est révélé par les graphes de la figure 4 qui représentent l'évolution du taux de modulation TM de la pression P et du débit D du carburant, d'un bout à l'autre du trajet de carburant dans la ligne 3 et l'injecteur 2. Sur ces graphes on voit que la modulation du débit D est maximale à l'entrée du carburant dans la ligne 3 et, favorablement, minimale à la tête de l'injecteur 2, alors que la modulation de la pression varie en sens inverse.

[0030] La position choisie pour la restriction 5, là où la vitesse du carburant est la plus grande, permet ainsi d'atténuer complètement les ondes de pression qui circulent dans l'injecteur 2 et la ligne 3 après une injection de carburant, en évitant donc de perturber une deuxième injection postérieure éventuelle, tout en limitant la perte de charge et donc la réduction qui s'ensuit de la pression du carburant dans l'injecteur.

[0031] L'efficacité du dispositif suivant l'invention apparaît sur les graphes de la figure 5 qui illustrent, en trait plein et interrompu respectivement, l'évolution temporelle de la pression P du carburant à l'entrée de l'injecteur 2, dans un dispositif suivant l'invention équipé de la restriction 5 et dans un dispositif non équipé de cette restriction, respectivement. La présence de la restriction 5 assure un amortissement plus fort et plus rapide des ondes de pression.

[0032] La présente invention apporte d'autres avantages. En premier lieu, la maximisation de l'efficacité de la restriction à écoulement en couche mince, apportée par son installation sur la rampe, au "ventre" de vitesse de l'écoulement du carburant lors de l'ouverture d'un injecteur, permet de limiter la perte de charge introduite par cette restriction, et donc la réduction de la pression du carburant injecté.

[0033] En deuxième lieu, l'introduction de la restriction 5 est possible quelles que soient les dimensions du dispositif et les caractéristiques des injections de carburant pratiquées (quantité injectée, nombre d'injections fractionnées consécutives, pression du carburant dans la rampe, etc...)

[0034] Egalement la présente invention permet de limiter l'amplitude des ondes de pression dans la ligne et donc la fatigue de celle-ci, au bénéfice de la fiabilité de l'installation.

[0035] Enfin la pression du carburant dans la rampe étant mieux stabilisée dans le dispositif suivant l'invention, la régulation du niveau de cette pression est plus facile.

[0036] Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que, comme représenté à la figure 6, on peut disposer un clapet anti-retour 6 en parallèle sur la restriction 5, dans un dispositif suivant l'invention par ailleurs identique à celui de la figure 3, ce clapet étant passant de la rampe 1 vers l'injecteur 2. Grâce à ce clapet, à l'ouverture de l'injecteur, celui-ci est alimenté directement par la rampe à travers le clapet, sans perte de charge dans la restriction 5, cour-circuitée par le clapet. Par contre la perte de charge est rétablie à la fermeture de l'injecteur 2, qui provoque celle du clapet 6 et donc le passage des ondes de pression nées de cette fermeture dans la restriction 5, qui en dissipe l'énergie. On observe alors une dissipation de cette énergie encore plus rapide que celle illustrée par les graphes de la figure 5, relatifs au dispositif de la figure 3.

[0037] Dans le cas d'un dispositif d'alimentation en carburant Diesel on utilise couramment, comme filtre 4 monté sur l'injecteur, un filtre dit "filtre-tige", du fait de sa forme.

[0038] Suivant la présente invention on peut donner à un tel filtre, en abaissant convenablement son seuil de filtration, une fonction de dissipation d'énergie identique à celle d'une restriction à écoulement en couche mince, la structure d'un tel filtre assurant un tel écoulement.

[0039] Il est alors possible de substituer un tel filtre-tige à la restriction 5, dans le dispositif suivant l'invention.

[0040] Dans un dispositif d'alimentation en carburant Diesel, on pourra aussi supprimer le filtre-tige disposé classiquement sur l'injecteur, et le remplacer par un filtre-tige adapté comme indiqué ci-dessus et implanté en sortie de la rampe, éventuellement en parallèle avec un clapet anti-retour disposé comme sur la figure 6.

Revendications

1. Dispositif d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne, comprenant une pluralité d'injecteurs débitant chacun du carburant dans un des cylindres du moteur, et des moyens pour connecter en parallèle chacun (2) desdits injecteurs à une rampe commune (1) d'alimentation de ces injecteurs en carburant, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent une restriction (5) traversée en couche mince par le carburant qui s'écoule vers ledit injecteur (2), ladite restriction (5) étant dimensionnée et agencée pour établir une perte de charge (ΔP) dans ledit écoulement de carburant, propre à atténuer des ondes de pression se propageant dans cet écoulement.

2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite restriction (5) est disposée à la jonction de ladite rampe commune (1) et desdits moyens de connexion (3).

3. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un clapet anti-retour (6) monté en parallèle sur ladite restriction (5), ledit clapet (6) étant passant de ladite rampe commune (1) vers ledit injecteur (2).

4. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, adapté à du carburant du type Diesel, caractérisé en ce que ladite restriction (5) est constituée par un filtre-tige à seuil de filtration abaissé de manière à établir ladite perte de charge (ΔP).

5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, adapté à une alimentation fractionnée d'un cylindre du moteur par l'injecteur (2) associé.

Dessins