EP1030052A1 - Système d'injection de carburant sous haute pression dans un moteur à combustion interne à injection directe - Google Patents

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EP1030052A1
EP1030052A1 EP99402885A EP99402885A EP1030052A1 EP 1030052 A1 EP1030052 A1 EP 1030052A1 EP 99402885 A EP99402885 A EP 99402885A EP 99402885 A EP99402885 A EP 99402885A EP 1030052 A1 EP1030052 A1 EP 1030052A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
injection
attenuation
rail
high pressure
conduit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99402885A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François Miquel
Jean-Luc Le Quec
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP1030052A1 publication Critical patent/EP1030052A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025Common rails

Definitions

  • the present invention relates to the field of combustion engines internal direct fuel injection and more particularly those using a so-called “common rail” system for injecting fuel into each combustion chamber.
  • Common rail systems are used more and more often because they allow great flexibility in the adjustment and use of injection. They allow in particular to freely control the pressure injection over a wide range (150 to 1,500 bar), the amount of diesel to inject, the phasing of the injections and this independently of the point of operation.
  • Figure 1 shows the general architecture of such systems, with their main elements which are: a low pressure pump 10 associated with a fuel tank 8 and a high pressure pump 7, a common rail 1 linked to the high pressure pump 7 and which supplies each injector 3 in fuel, a pressure sensor 9 disposed on the common rail 1, as much injectors 3 than combustion chambers, a control means (not referenced) of each injector 3 linked to a central unit of command (or computer) 11 which also receives information from the pressure sensor 9.
  • a low pressure pump 10 associated with a fuel tank 8 and a high pressure pump 7, a common rail 1 linked to the high pressure pump 7 and which supplies each injector 3 in fuel, a pressure sensor 9 disposed on the common rail 1, as much injectors 3 than combustion chambers, a control means (not referenced) of each injector 3 linked to a central unit of command (or computer) 11 which also receives information from the pressure sensor 9.
  • the low pressure pump 10 pumps fuel from the tank 8 and supplies fuel to the high pressure pump 7.
  • the high pressure pump 7, driven by the heat engine delivers a quantity of fuel to injectors 3 via common rail 1 and each of the injection tubes. A part fuel is injected directly into the chamber (s) combustion of the engine while a small part is used for control injectors and returns to the tank 8.
  • the high pressure pump 7 is generally a piston pump radial.
  • an eccentric on the drive shaft displaces three pistons which successively suck, compress and expel the fuel towards the rail via a control valve.
  • the eccentricity on the drive shaft and the symmetrical arrangement of the pistons contribute to reduce the pressure ripples at the pump outlet.
  • a control valve located at the outlet of the high pump pressure 7, adjusts the injection pressure in rail 1 such that measured by the pressure sensor 9. The injection pressure is adjusted to the desired value stored in the central control unit 11. The flow of discharge returns to tank 8.
  • the fuel volume between the high pressure pump 7 and the injectors 3 acts as a pressure accumulator. It helps maintain an amount of fuel under a desired pressure regardless of engine operating point, and attenuate pressure oscillations initiated by the pulsating flow of the high pressure pump 7 and also by the abrupt extraction of fuel when an injector 3 starts to flow.
  • the volume should not be too large in order to have an answer fast enough in transient mode.
  • Each injector 3 is "open” or “closed” following a pulse electric generated by the control unit 11, at a perfectly defined time.
  • the duration of the injection, the injection pressure in the rail, and the section of Passage through the injector determines the amount of fuel injected.
  • the passage section at the injector nose is defined by the space that gradually releases the needle between it and the discharge orifices, this which puts the fuel (at Prail pressure) in communication with the combustion chamber where the cylinder pressure is adjusted ( ⁇ 150 bar).
  • the injector is "open" when a first electrical pulse from command sent by the computer 11 is converted into an action electro-hydraulic within the injector, allowing the needle to raise. The needle thus frees the passage section. The injection itself said begins then.
  • the injector is "closed” when a second electrical pulse from command causes the needle to fall back onto its seat. It closes thus the passage section. The injection itself ends.
  • the needle goes through the ascending phases and descending, possibly with an intermediate phase of maintaining at its full lift, depending on the order time.
  • the rate of introduction or instantaneous flow of fuel at the nose of each injector follows the evolution of the needle, with an ascending phase from as the passage section becomes free, a plateau phase in the event that the needle is in the maintenance phase at its maximum lift, and a phase descending, the whole determining the duration of the injection.
  • US Patent 4,161,161 discloses a means for absorbing pressure variations created at the end of injection in diesel engines.
  • the injection pressure can then be of the order of 1000 bars so that the pressure variations are created at the end of the injection by closing the the needle.
  • the solution recommended in this document consists of a room connected to the conduit between the injection pump and the injector itself. This so-called pressure accumulation chamber, reduces variations in pressure at the end of injection and thus ensuring stable and rapid closure of the injector needle.
  • the present invention aims in particular to remedy to the problem of the cyclical stability of the needle lift of each injector as well as the injection rate.
  • This effect is obtained by reducing or even canceling throughout the cycle the pressure fluctuations in the circuit, due both to the pump high pressure and at the opening of the injector.
  • the subject of the present invention is a system for injecting high pressure fuel in an internal combustion engine, direct injection, including in particular a high pressure pump connected to a fuel reserve, a common fuel distribution rail under pressure in several injection means each opening into a combustion chamber, at least one connecting duct between the common rail and each injection means, a pressure sensor disposed on said rail common, an electronic control unit connected to both the means injection, high pressure pump and pressure sensor
  • the system comprises at least one means for attenuating the pressure waves in each of said injection means, either by means of bypass, or by a porous or filter element.
  • said attenuation means cooperates with at least one of said connecting conduits between the common rail and at least one of said injection means.
  • said means attenuation is arranged in the common rail.
  • the injection means is controlled by a electronic control system.
  • the means attenuation allows attenuation by reflection.
  • the mitigation means may include at least a specific capacity disposed on said connecting conduit.
  • the mitigation means comprises at least one capacity disposed in derivation of said connecting conduit.
  • the mitigation means may include several capabilities arranged both in series and in derivation of said conduit.
  • the attenuation means comprises a quarter resonator wave.
  • the quarter wave resonator can be arranged as a bypass of the conduit connecting or around said conduit.
  • the attenuation means allows interference attenuation, and includes a derivation of a part of the connecting duct.
  • said means attenuation includes a porous or filtering element intended to absorb the pressure waves.
  • said porous element is disposed in said connecting duct over part of its length.
  • said porous element can be disposed around said connecting duct over part of its length, said conduit being drilled with holes along this length.
  • the porous element can also be in the form of a cylinder placed inside the common rail and which has a thickness ensuring attenuation by absorption.
  • Figure 2 shows an embodiment of the invention in which a rail 1 says “common rail” or “accumulation rail” leads to one of the conduits 2 leading to an injector 3.
  • the common rail 1 leads to several conduits such as 2.
  • Each injector 3 opens into a combustion chamber 4 by elsewhere delimited by a piston 5 and a cylinder 6.
  • a high pressure pump as symbolized in 7 on Figure 2 is used, in known manner, to bring the pressurized fuel to the common rail 1, according for example to the diagram in FIG. 1.
  • FIG. 1 The other elements necessary for the implementation of the invention are generally those cited in connection with FIG. 1; namely a pump low pressure 10 associated with a fuel tank 8 and the pump high pressure 7; a common rail 1 linked to the high pressure pump 7 and which enables each injector 3 to be supplied via conduits 2.
  • a sensor for pressure 9 arranged on the rail 1 and connected to an electronic control unit It is also planned.
  • a means 12 intended to attenuate the pressure waves in each of the injection means 3.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment where the means 12 consists of a capacity arranged in series on the connecting duct 2.
  • the expansion ratio a should not be too great for reasons of space and weight.
  • the capacity 12 is dimensioned relative to the conduit 2 so as to cause an overall attenuation of the pressure waves by partial reflections in the capacity 12.
  • capacity 12 could consist of a cylinder having a inner diameter of 9 mm, i.e. an expansion ratio of 9, and a 25 mm length will be chosen for capacity 12.
  • Figure 3 shows a capacity 12 in the form of a quarter resonator wave.
  • This type of element consists, in a known manner, of a conduit connected in bypass of conduit 2 and closed at its other end.
  • the branch conduit has a diameter substantially equal to that of conduit 2.
  • FIG. 4 specifically discloses a means of attenuation 12 in the form of a neckless diversion capacity, i.e. without a connection with conduit 2.
  • This capacity 12 is in fact directly connected to the conduit 2 through one or more openings 13 at which is disposed the capacity 12 which therefore surrounds the conduit 2 near the openings 13.
  • the capacity 12 is provided symmetrical around duct 2.
  • FIG. 5 relates to another possibility for the capacity 12 which is present here as a succession of volumes 141, 142, 143 at a time in series and in derivation of conduit 2.
  • the first volume 141 the closest of conduit 2 is an extension of this conduit; the first volume 141 communicates with a second volume 142 which itself communicates with a third volume 143.
  • the first, second and third volumes can be considered as arranged in series, the assembly being in branch line 2.
  • FIG. 6 Another form of quarter-wave resonator is shown in the Figure 6 where we first see an enlargement 151 of the section of the duct 2 then a larger section 152 which opens by a socket telescopic on a conduit 153 of the same section as the conduit 2 and on a closed volume 154 which surrounds the whole.
  • the means 12 can also, without departing from the scope of the invention, be based on attenuation of pressure waves by interference.
  • interference mitigation involves performing a division of the wave (or waves) so as not to reincorporate the deviated fraction (s) into the main duct only at the appropriate time, depending on the desired effect.
  • FIG. 7 A structure that meets this principle is visible in Figure 7 where the capacity 12 is in the form of a secondary conduit 16 mounted in bypass of conduit 2, over a certain length.
  • the duct section secondary 16 is preferably the same as that of conduit 2.
  • the bypass 16 allows to act by phase difference on the transmitted waves at the exit branch.
  • Figure 8 illustrates another type of attenuation since it is a attenuation by absorption.
  • this figure shows an element 17 placed inside an enlarged section of conduit 2; element 17 occupies the entire section widened from conduit 2 and is therefore traversed right through by the fuel flow.
  • Element 17 is preferably made of a porous material absorbent.
  • the porous element can be present, as illustrated in FIG. 9, in the form of a cylindrical tube 18 disposed inside the common rail 1.
  • the thickness of the porous material 17 thus ensures attenuation by absorption.
  • FIG. 10 relates to an embodiment where the attenuation by absorption is achieved by a porous element 19 placed around the duct 2, over part of its length.
  • the conduit 2 is then pierced with holes 20 for the passage of the fluid.
  • the porous or filtering element plays the role of absorption muffler. It attenuates pressure fluctuations by friction of the fluid in the lining of absorbent porous material.
  • the damping is exerted on the waves of speed and correlatively on those of pressure associated with them. Pressure drop online (when passing through porous material) is negligible with respect to operating pressure.
  • a material is chosen which does not not fall apart.
  • Figures 11 and 12 relate respectively to curves obtained according to the prior art and according to the invention, under the same conditions of operation, namely for a pressure of 300 bars and a time 3 ms injection time.
  • curves A give the needle lift of a injector 3 as a function of time
  • curves B are the injection rate
  • the curves C represent the control of each injector, depending on the time.
  • Figures 13 and 14 highlight the same phenomenon, obtained for an injection time of 800 ⁇ s.
  • curves A and B of FIG. 13 show in effect a cycle-to-cycle shift, both in needle lift and flow injection.
  • curves A and B in FIG. 14, obtained according to the invention show perfect repeatability from one cycle to another given that they are almost confused.
  • the present invention provides a significant improvement over the art prior, especially in terms of injection stability and therefore combustion.

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Abstract

  • La présente invention a pour objet un système d'injection de carburant sous haute pression dans un moteur à combustion interne, à injection directe, comprenant notamment une pompe haute pression (7) reliée à une réserve de carburant (8), un rail commun (1) de distribution du carburant sous pression dans plusieurs moyens d'injection (3) débouchant chacun dans une chambre de combustion (4), au moins un conduit de liaison (2) entre le rail commun (1) et chaque moyen d'injection (3), un capteur de pression (9) disposé sur ledit rail commun (1), une unité de contrôle électronique (11) reliée à la fois aux moyens d'injection (3), à la pompe haute pression (7) et au capteur de pression (9). Conformément à l'invention, le système il comprend en outre un moyen (12) destiné à atténuer les ondes de pression dans chacun desdits moyens d'injection (3).
  • Plus précisément ledit moyen d'atténuation (12) coopère avec l'un au moins desdits conduits de liaison (2) entre le rail commun (1) et l'un au moins desdits moyens d'injection (3).

Description

La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne à injection directe de carburant et plus particulièrement ceux utilisant un système dit de "common rail" pour injecter le carburant dans chaque chambre de combustion.
Les systèmes "common rail" sont de plus en plus souvent utilisés car ils autorisent une grande souplesse dans le réglage et l'utilisation de l'injection. Ils permettent notamment de contrôler librement la pression d'injection sur une large plage (de 150 à 1500 bars), la quantité de gazole à injecter, le phasage des injections et ceci indépendamment du point de fonctionnement.
La figure 1 montre l'architecture générale de tels systèmes, avec leurs principaux éléments qui sont : une pompe basse pression 10 associée à un réservoir de carburant 8 et à une pompe haute pression 7, un rail commun 1 lié à la pompe haute pression 7 et qui permet d'alimenter chaque injecteur 3 en carburant, un capteur de pression 9 disposé sur le rail commun 1, autant d'injecteurs 3 que de chambres de combustion, un moyen de commande (non référencés) de chaque injecteur 3 lié à une unité centrale de commande (ou calculateur) 11 qui reçoit par ailleurs des informations du capteur de pression 9.
Ainsi, le fonctionnement des composants précités peut être résumé de la façon suivante :
La pompe basse pression 10 pompe le carburant du réservoir 8 et alimente en carburant la pompe haute pression 7. La pompe haute pression 7, entraínée par le moteur thermique délivre une quantité de carburant aux injecteurs 3 via le rail commun 1 et chacun des tubes d'injection. Une partie du carburant est directement injectée dans la ou les chambres de combustion du moteur tandis qu'une petite partie sert au contrôle hydraulique des injecteurs et retourne au réservoir 8.
La pompe haute pression 7 est généralement une pompe à pistons radiaux. Dans ce cas un excentrique sur l'arbre d'entraínement déplace trois pistons lesquels aspirent, compriment et expulsent successivement le carburant en direction du rail via une soupape de contrôle. L'excentricité sur l'arbre d'entraínement et la disposition symétrique des pistons contribuent à réduire les ondulations de pression en sortie de la pompe.
Une soupape de contrôle, disposée en sortie de la pompe haute pression 7, permet d'ajuster la pression d'injection dans le rail 1 telle que mesurée par le capteur de pression 9. La pression d'injection est ajustée à la valeur désirée stockée dans l'unité centrale de commande 11. Le débit de décharge retourne vers le réservoir 8.
Le volume de carburant entre la pompe haute pression 7 et les injecteurs 3 joue le rôle d'accumulateur de pression. Il permet de maintenir une quantité de carburant sous une pression désirée indépendamment du point de fonctionnement moteur, et d'atténuer les oscillations de pression initiées par le débit pulsatoire de la pompe haute pression 7 et aussi par la brutale extraction de carburant lorsqu'un injecteur 3 commence à débiter. Le volume ne doit cependant pas être trop important afin d'avoir une réponse suffisamment rapide en mode transitoire.
Chaque injecteur 3 est "ouvert" ou "fermé" suite à une impulsion électrique générée par l'unité de contrôle 11, à un temps parfaitement défini. La durée de l'injection, la pression d'injection dans le rail, et la section de passage dans l'injecteur déterminent la quantité de carburant injecté.
La section de passage au nez de l'injecteur est définie par l'espace que libère progressivement l'aiguille entre elle et les orifices de décharge, ce qui met en communication le carburant (à une pression Prail) avec la chambre de combustion où règle la pression Pcylindre (<150 bar).
L'injecteur est "ouvert" lorsqu'une première impulsion électrique de commande envoyée par le calculateur 11 est convertie en une action électro-hydraulique au sein de l'injecteur, permettant à l'aiguille de se soulever. L'aiguille libère ainsi la section de passage. L'injection proprement dite débute alors.
L'injecteur est "fermé" lorsqu'une deuxième impulsion électrique de commande provoque la retombée de l'aiguille sur son siège. Celle-ci obture ainsi la section de passage. L'injection proprement dite se termine.
Entre ces deux instants l'aiguille passe par les phases ascendante et descendante, avec éventuellement une phase intermédiaire de maintient à sa pleine levée, selon le temps de commande.
Le taux d'introduction ou débit instantané de carburant au nez de chaque injecteur suit l'évolution de l'aiguille, avec une phase ascendante dès que la section de passage se libère, une phase de plateau dans le cas où l'aiguille est en phase de maintient à sa levée maximale, et une phase descendante, le tout déterminant la durée de l'injection.
Il existe ainsi une relation directe entre le taux ou débit d'injection et la pression dans le conduit reliant le rail commun à chaque injecteur, de sorte que des fluctuations de pression induisent une perturbation du débit au nez de chaque injecteur.
En fait, les fluctuations de pressions sont dues à l'effet combiné du régime pulsatoire de la pompe haute pression et de l'ouverture (ou de la fermeture) de l'aiguille de l'injecteur. Les figures 12 et 14, commentées ci-après en relation avec les figures 13 et 15 concernant l'invention, mettent en évidence ce phénomène.
Un problème lié à ces fluctuations de pression apparaít donc car ces fluctuations affectent la stabilité cyclique de l'injection et par voie de conséquence la combustion dans le cylindre.
Le brevet US 4 161 161 divulgue un moyen pour absorber les variations de pression créés en fin d'injection dans des moteurs diesel. La pression d'injection peut alors être de l'ordre de 1000 bars de sorte que les variations de pression sont créés à la fin de l'injection par la fermeture de l'aiguille. La solution préconisée dans ce document consiste en une chambre reliée au conduit entre la pompe d'injection et l'injecteur lui-même. Cette chambre dite d'accumulation de pression, permet de réduire les variations de pression en fin d'injection et donc d'assurer une fermeture stable et rapide de l'aiguille de l'injecteur.
Le problème est ici uniquement lié aux oscillations créés par la pompe haute pression diesel en fin d'injection, l'amplitude de ces oscillations étant telle qu'une ré-ouverture de l'injecteur peut se produire ce qui bien entendu est très défavorable à la combustion.
De façon différente, la présente invention vise notamment à remédier au problème de la stabilité cyclique de la levée d'aiguille de chaque injecteur ainsi que du débit d'injection.
Il s'agit essentiellement selon l'invention, de réduire la dispersion cyclique de l'injection afin d'obtenir le débit d'injection le plus répétable possible. Ceci est très favorable à la bonne stabilité de la combustion.
On obtient cet effet en réduisant, voire en annulant tout au long du cycle les fluctuations de pression dans le circuit, dues à la fois à la pompe haute pression et à l'ouverture de l'injecteur.
Ainsi la présente invention a pour objet, un système d'injection de carburant sous haute pression dans un moteur à combustion interne, à injection directe, comprenant notamment une pompe haute pression reliée à une réserve de carburant, un rail commun de distribution du carburant sous pression dans plusieurs moyens d'injection débouchant chacun dans une chambre de combustion, au moins un conduit de liaison entre le rail commun et chaque moyen d'injection, un capteur de pression disposé sur ledit rail commun, une unité de contrôle électronique reliée à la fois aux moyens d'injection, à la pompe haute pression et au capteur de pression
Conformément à l'invention, le système comprend au moins un moyen destiné à atténuer les ondes de pression dans chacun desdits moyens d'injection, soit par un moyen placé en dérivation, soit par un élément poreux ou filtrant.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit moyen d'atténuation coopère avec l'un au moins desdits conduits de liaison entre le rail commun et l'un au moins desdits moyens d'injection.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ledit moyen d'atténuation est disposé dans le rail commun.
De façon particulière, le moyen d'injection est commandé par un système électronique de contrôle.
Conformément à une particularité de l'invention, le moyen d'atténuation permet une atténuation par réflexion.
Dans ce contexte, le moyen d'atténuation peut comprendre au moins une capacité spécifique disposée sur ledit conduit de liaison.
Sans sortir du cadre de l'invention, le moyen d'atténuation comprend au moins une capacité disposée en dérivation dudit conduit de liaison.
En outre, le moyen d'atténuation peut comprendre plusieurs capacités disposées à la fois en série et en dérivation dudit conduit.
Par ailleurs, le moyen d'atténuation comprend un résonateur quart d'onde.
Le résonateur quart d'onde peut être disposé en dérivation du conduit de liaison ou bien autour dudit conduit.
Selon une autre particularité de l'invention, le moyen d'atténuation permet une atténuation par interférence, et comprend une dérivation d'une partie du conduit de liaison.
Conformément à une possibilité offerte par l'invention, ledit moyen d'atténuation comprend un élément poreux ou filtrant destiné à absorber les ondes de pression.
De façon particulière, ledit élément poreux est disposé dans ledit conduit de liaison sur une partie de sa longueur.
Sans sortir du cadre de l'invention, ledit élément poreux peut être disposé autour dudit conduit de liaison sur une partie de sa longueur, ledit conduit étant percé de trous sur cette longueur.
L'élément poreux peut aussi se présenter sous forme d'un cylindre placé à l'intérieur du rail commun et qui présente une épaisseur assurant l'atténuation par absorption.
D'autres caractéristiques, détails, avantages de l'invention apparaítront mieux à la lecture de la description qui va suivre faite à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels :
  • Les figures 2 à 11 sont des schémas de plusieurs modes de réalisation de l'invention;
  • La figure 12 montre trois courbes obtenues selon l'art antérieur pour une pression d'injection de 300 bars et un temps d'injection de 3 ms;
  • La figure 13 illustre trois courbes obtenues selon l'invention dans les mêmes conditions que la figure 12;
  • La figure 14 montre trois autres courbes obtenues selon l'art antérieur pour une pression d'injection de 300 bars et un temps d'injection de 0,8 ms;
  • La figure 15 fait apparaítre trois courbes obtenues selon l'invention dans les mêmes conditions que pour les courbes de la figure 14;
  • Les figures 2 à 7 illustrent des dispositifs basés sur une atténuation de la pression par réflexion.
Plus précisément, la figure 2 montre un mode de réalisation de l'invention dans lequel un rail 1 dit "rail commun" ou "rail d'accumulation" débouche sur l'un des conduits 2 amenant à un injecteur 3.
Le rail commun 1 débouche sur plusieurs conduits tels que 2.
Chaque injecteur 3 débouche dans une chambre de combustion 4 par ailleurs délimitée par un piston 5 et un cylindre 6.
Par ailleurs une pompe haute pression telle que symbolisée en 7 sur la figure 2 sert, de façon connue, à amener le carburant sous pression vers le rail commun 1, selon par exemple le schéma de la figure 1.
Les autres éléments nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention sont globalement ceux cités à propos de la figure 1 ; à savoir une pompe basse pression 10 associée à un réservoir de carburant 8 et à la pompe haute pression 7 ; un rail commun 1 lié à la pompe haute pression 7 et qui permet d'alimenter chaque injecteur 3 via des conduits 2. Un capteur de pression 9 disposé sur le rail 1 et relié à une unité de contrôle électronique 11 est aussi prévu.
Selon l'invention il est prévu en outre un moyen 12 destiné à atténuer les ondes de pression dans chacun des moyens d'injection 3.
La figure 2 illustre un mode de réalisation où le moyen 12 est constitué d'une capacité disposée en série sur le conduit de liaison 2. Les dimensions de la capacité 12 sont choisies de façon que le rapport d'expansion τ = D 2 / d 2 (voir figure 2) soit suffisamment important ; D représente le diamètre de la capacité 12 elle-même, tandis que d représente le diamètre du conduit 2, avec D > d. Cependant le rapport d'expansion a ne doit pas être trop important pour des raisons d'encombrement et de poids. Ainsi la capacité 12 est dimensionnée relativement au conduit 2 de façon à provoquer une atténuation globale des ondes de pression par réflexions partielles dans la capacité 12.
A titre illustratif, si le conduit 2 présente au diamètre intérieur de 3 mm, alors la capacité 12 pourra être constituée d'un cylindre ayant un diamètre intérieur de 9 mm, soit un rapport d'expansion de 9, et une longueur de 25 mm sera choisie pour la capacité 12.
La figure 3 montre une capacité 12 sous forme de résonateur quart d'onde. Ce type d'élément est constitué, de façon connue, d'un conduit branché en dérivation du conduit 2 et fermé à son autre extrémité. Préférentiellement le conduit en dérivation présente un diamètre sensiblement égal à celui du conduit 2.
La figure 4 divulgue de façon spécifique un moyen d'atténuation 12 sous forme d'une capacité en dérivation sans col c'est-à-dire sans conduit de liaison avec le conduit 2. Cette capacité 12 est en effet directement reliée au conduit 2 grâce à une ou plusieurs ouvertures 13 au niveau desquelles est disposée la capacité 12 qui entoure donc le conduit 2 à proximité des ouvertures 13. Préférentiellement, la capacité 12 est prévue symétrique autour du conduit 2.
La figure 5 concerne une autre possibilité pour la capacité 12 qui se présente ici sous forme d'une succession de volumes 141, 142, 143 à la fois en série et en dérivation du conduit 2. Le premier volume 141, le plus proche du conduit 2, est un élargissement de ce conduit ; le premier volume 141 communique avec un deuxième volume 142 qui lui-même communique avec un troisième volume 143. Les premier, deuxième et troisième volumes peuvent être considérés comme disposés en série, l'ensemble étant en dérivation du conduit 2.
Une autre forme de résonateur quart d'onde est représentée sur la figure 6 où l'on voit d'abord un élargissement 151 de la section du conduit 2 puis une section plus importante 152 qui débouche par un emboítement télescopique sur un conduit 153 de même section que le conduit 2 et sur un volume fermé 154 qui entoure l'ensemble.
Le moyen 12 peut aussi, sans sortir du cadre de l'invention, être basé sur une atténuation des ondes de pression par interférence. Le principe, connu, de l'atténuation par interférence consiste à réaliser une division de l'onde (ou des ondes) pour ne réincorporer la (ou les) fractions déviées dans le conduit principal qu'au moment adéquate, en fonction de l'effet recherché.
Une structure qui répond à ce principe est visible sur la figure 7 où la capacité 12 se présente sous la forme d'un conduit secondaire 16 monté en dérivation du conduit 2, sur une certaine longueur. La section du conduit secondaire 16 est préférentiellement la même que celle du conduit 2. La dérivation 16 permet d'agir par différence de phase sur les ondes transmises au niveau de l'embranchement de sortie.
La figure 8 illustre un autre type d'atténuation puisqu'il s'agit d'une atténuation par absorption.
Plus précisément, cette figure montre un élément 17 placé à l'intérieur d'une section élargie du conduit 2 ; l'élément 17 occupe toute la section élargie du conduit 2 et est donc traversé de part en part par le flux carburé. L'élément 17 est préférentiellement constitué d'un matériau poreux absorbant.
Sans sortir du cadre de l'invention, l'élément poreux peut se présenter, comme illustré sur la figure 9, sous forme d'un tube cylindrique 18 disposé à l'intérieur du rail commun 1. L'épaisseur du matériau poreux 17 assure ainsi l'atténuation par absorption.
La figure 10 concerne un mode de réalisation où l'atténuation par absorption est réalisée grâce à un élément poreux 19 placé autour du conduit 2, sur une partie de sa longueur. Le conduit 2 est alors percé de trous 20 pour le passage du fluide.
Dans les trois derniers cas de figure, l'élément poreux ou filtrant joue le rôle de silencieux à absorption. Il atténue les fluctuations de pression par frottement du fluide dans la garniture de matériau poreux absorbant.
L'amortissement s'exerce sur les ondes de vitesse et corrélativement sur celles de pression qui leur sont associées. La perte de charge en ligne (au passage dans le matériau poreux) est négligeable vis-à-vis de la pression d'utilisation. De façon avantageuse, on choisit un matériau qui ne se désagrège pas.
Les figures 11 et 12 concernent respectivement des courbes obtenues selon l'art antérieur et selon l'invention, dans les mêmes conditions de fonctionnement à savoir pour une pression de 300 bars et un temps d'injection de 3 ms.
Sur les figures 11 et 12, les courbes A donnent la levée d'aiguille d'un injecteur 3 en fonction du temps, les courbes B sont le débit d'injection et les courbes C représentent la commande de chaque injecteur, en fonction du temps.
La comparaison des courbes B des figures 11 et 12 montre l'amélioration apportée par l'invention : en effet sur la figure 11 on voit que plusieurs courbes différentes sont superposées. Ceci correspond à plusieurs cycles de combustion pour lesquels le débit d'injection est variable d'un cycle à l'autre.
Au contraire les courbes B de la figure 12, qui correspondent en fait à plusieurs cycles de combustion, montrent des courbes bien superposées les unes sur les autres. Ceci montre une bonne répétabilité du débit d'injection, cycle à cycle.
De même pour les courbes A des figures 11 et 12 : sur la figure 11 apparaissent des différences, d'un cycle à l'autre, pour la levée d'aiguille tandis que sur la figure 12 toutes les courbes A sont quasiment superposées ce qui prouve un comportement stable du déplacement de l'aiguille.
La conséquence de cette stabilité cyclique de l'injection est une meilleure stabilité cyclique de la combustion elle-même c'est-à-dire une meilleure combustion.
Les figures 13 et 14 mettent en évidence le même phénomène, obtenu pour un temps d'injection de 800 µs.
Les courbes A et B de la figure 13 (selon l'art antérieur) montrent en effet un décalage cycle à cycle, aussi bien de la levée d'aiguille que du débit d'injection. Par contre les courbes A et B de la figure 14, obtenues selon l'invention, montrent une parfaite répétabilité d'un cycle à l'autre étant donné qu'elles sont quasi-confondues.
On voit donc que pour différentes conditions de fonctionnement, la présente invention apporte une amélioration significative vis-à-vis de l'art antérieur, notamment en matière de stabilité de l'injection donc de la combustion.

Claims (14)

  1. Système d'injection de carburant sous haute pression dans un moteur à combustion interne, à injection directe, comprenant notamment une pompe haute pression (7) reliée à une réserve de carburant (8), un rail commun (1) de distribution du carburant sous pression dans plusieurs moyens d'injection (3) débouchant chacun dans une chambre de combustion (4), au moins un conduit de liaison (2) entre le rail commun (1) et chaque moyen d'injection (3), un capteur de pression (9) disposé sur ledit rail commun (1), une unité de contrôle électronique (11) reliée à la fois aux moyens d'injection (3), à la pompe haute pression (7) et au capteur de pression (9), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen (12) destiné à atténuer les ondes de pression dans chacun desdits moyens d'injection (3) soit par un moyen placé en dérivation, soit par un élément poreux ou filtrant.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen d'atténuation (12) coopère avec l'un au moins desdits conduits de liaison (2) entre le rail commun (1) et l'un au moins desdits moyens d'injection (3).
  3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen d'atténuation (12) est disposé dans le rail commun (1).
  4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'injection est commandé par l'unité électronique de contrôle (11).
  5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le moyen d'atténuation permet une atténuation par réflexion.
  6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen d'atténuation comprend au moins une capacité (12) disposée en dérivation dudit conduit de liaison (2).
  7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen d'atténuation comprend plusieurs capacités (141-143) disposés à la fois en série et en dérivation dudit conduit (2).
  8. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen d'atténuation comprend un résonateur quart d'onde (12 ; 151-153).
  9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit résonateur quart d'onde (12) est disposé en dérivation dudit conduit de liaison (2).
  10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit résonateur quart d'onde (151-153) est disposé autour dudit conduit de liaison (2).
  11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le moyen d'atténuation permet une atténuation par interférence, et comprend une dérivation (16) d'une partie du conduit de liaison (2).
  12. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément poreux (17) est disposé dans ledit conduit de liaison (2) sur une partie de sa longueur.
  13. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément poreux (19) est disposé autour dudit conduit de liaison (2) sur une partie de sa longueur, ledit conduit étant percé de trous (20) sur cette longueur.
  14. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément poreux est un cylindre (18) placé à l'intérieur du rail commun (1), et présente une épaisseur qui assure l'atténuation par absorption.
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