FR2862352A1 - Dispositif d'injection de carburant equipe de moyens d'amortissement d'ondes de pression - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'injection de carburant (10) dans une chambre de combustion d'un moteur thermique, notamment d'un moteur Diesel, du type qui comporte un canal d'admission (22, 18) du carburant qui relie un réservoir (12) amont de carburant sous pression à un orifice aval (28) de pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion, et du type comportant une valve (30) qui est commandée entre une position de fermeture de l'orifice de pulvérisation (28), et une position d'ouverture de l'orifice de pulvérisation (28), les ouvertures et les fermetures répétées de la valve créant des ondes de pression (O1) qui se propagent de l'aval vers l'amont dans le carburant contenu dans le canal d'admission (22, 18), caractérisé en ce que le canal d'admission (22, 18) comporte un clapet antiretour (38) qui réfléchit lesdites ondes (O1, O2p), et des moyens d'amortissement des ondes de pression (54, 60, 62) qui sont agencés en aval du clapet antiretour (38).

Description

I

"Dispositif d'injection de carburant équipé de moyens d'amortissement d'ondes de pression" L'invention concerne un dispositif d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur thermique.

L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur thermique, notamment d'un moteur Diesel, du type comportant un corps globalement cylindrique d'axe vertical qui comporte un canal d'admission du carburant qui relie un réservoir io amont de carburant sous pression à un orifice aval d'extrémité inférieure de pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion.

II est connu d'équiper les moteurs à combustion interne, et notamment les moteurs Diesel, de dispositifs d'injection à rampe commune, aussi appelés common rail , afin d'améliorer les performances du moteur.

Un tel dispositif d'injection comporte une rampe commune d'alimentation qui forme un réservoir dans lequel du carburant est accumulé sous une haute pression. Une pluralité de conduites haute pression s'étendent depuis la rampe commune. Chaque conduite haute pression alimente en carburant sous pression un injecteur qui est associé à une chambre de combustion du moteur. Lors de l'activation de l'injecteur, la valve est commandée en position d'ouverture de l'orifice de pulvérisation. L'injecteur pulvérise alors un jet de carburant dans la chambre de combustion associée. La pression et le débit du jet de carburant doivent être précis afin que le rendement du moteur soit le meilleur possible tout en réduisant les émissions de gaz polluants.

Cependant, l'activation d'un injecteur produit des ondes de pression dans le carburant qui remontent le canal d'admission, puis qui se propagent dans le carburant contenu dans la rampe commune. Ces ondes de pression sont responsables d'interactions avec les activations des injecteurs de carburant voisins. En effet, les ondes de pression produites par un injecteur sont susceptibles de se propager jusqu'à la rampe commune, puis de pénétrer dans les conduites haute pression des injecteurs voisins.

Les ondes produites par l'activation d'un injecteur sont alors susceptibles d'influencer négativement la qualité d'injection des injecteurs voisins. Ces interactions affectent notamment la pression du carburant à l'ouverture de chaque injecteur, et donc la précision de la quantité de carburant injectée dans le cylindre io associé pendant le temps d'ouverture de chaque injecteur.

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 indésirables du comportement du moteur tout au long de sa durée de vie.

En outre, lorsqu'un tel dispositif est commandé selon un procédé dit d'injections multiples , les interactions peuvent avoir une influence très sensible sur la qualité du résultat de l'injection. Selon ce procédé, au lieu d'injecter la quantité totale de carburant en une injection unique dans la chambre de combustion du moteur, avant la phase de combustion d'un mélange air/carburant, on réalise plusieurs injections successives de petites quantités de carburant. Dans un tel contexte, les ondes de pression évoquées ci-dessus ont une influence particulière-ment sensible sur la précision des petites quantités de carburant injectées.

On connaît déjà des dispositifs d'injection qui proposent de résoudre ce problème. Ainsi le document DE-A-10.121.891 décrit un injecteur qui est équipé de moyens pour amortir les ondes de pression produites à chaque activation de l'injecteur. L'injecteur comporte un canal de dérivation dont une première extrémité d'entrée est reliée au canal d'admission de l'injecteur, à proximité de l'orifice de pulvérisation, et dont la seconde extrémité est borgne. Un tronçon du canal de dérivation comporte un étranglement.

Cependant, ce dispositif permet seulement d'atténuer l'amplitude des ondes qui atteignent la rampe commune sans les amortir complètement. L'onde de pression secondaire principale atteint en effet la rampe sans avoir été amortie.

La présente invention propose un dispositif du type décrit précédemment pour résoudre ce problème, caractérisé en ce que le canal d'admission de carburant comporte un clapet antiretour qui réfléchit des ondes de pression produites lors du fonctionnement du dispositif d'injection, et des moyens lo d'amortissement des ondes de pression qui sont agencés en aval du clapet antiretour.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les moyens d'amortissement sont agencés dans un canal de dérivation dont une première extrémité d'entrée est raccordée à un tronçon du canal d'admission situé en aval du clapet antiretour; - les moyens d'amortissement comportent un étranglement du canal de dérivation; - les moyens d'amortissement comportent un obstacle qui est agencé dans le canal de dérivation de façon qu'il subsiste un jeu entre la paroi interne du canal de dérivation et l'obstacle; - la seconde extrémité du canal de dérivation est borgne; - la seconde extrémité du canal de dérivation est reliée au canal d'admission en amont de l'extrémité d'entrée du canal de dérivation; - la seconde extrémité du canal de dérivation est reliée au canal d'admission en aval du clapet antiretour; - le canal de dérivation comporte un clapet de retenue qui est agencé entre l'extrémité d'entrée et les moyens d'amortissement de façon à définir un tronçon fermé entre le clapet de retenue et l'extrémité borgne du canal de dérivation, le clapet de retenue autorisant le passage des ondes de pression vers le tronçon fermé du canal de dérivation, mais empêchant le passage des ondes de pression en direction du canal d'admission, et en ce que le dispositif comporte un canalicule de régulation de la pression qui relie le tronçon fermé du canal de dérivation avec le canal d'admission, en aval du clapet antiretour; - le canalicule de régulation comporte un étranglement.

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins en annexe, parmi lesquels: io - la figure 1 est une vue latérale qui représente un dispositif d'injection du type common rail qui est réalisé selon les enseignements de l'invention et qui comporte ici principalement quatre injecteurs qui sont alimentés par une rampe commune de carburant sous pression par l'intermédiaire de conduites haute pression associées; - la figure 2 est une vue en section selon le plan de coupe 2-2 de la figure 1 qui représente un injecteur réalisé selon les enseignements de l'invention qui est équipé d'un clapet antiretour et de moyens d'amortissement des ondes de pression; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente un deuxième mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente un troisième mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une vue de détail de la figure 1 qui représente à plus grande échelle une conduite haute pression qui est réalisée selon une variante de l'invention.

Dans la description qui va suivre, on adoptera à titre non limitatif une orientation longitudinale, verticale et transversale, indiquée par le trièdre L, V, T de la figure 1.

On adoptera par la suite les mêmes références pour désigner des éléments similaires, analogues ou identiques.

On représenté à la figure 1 une installation d'injection 10 dite à rampe commune, ou common rail , qui comporte une rampe 12 globalement longitudinale formant un réservoir de carburant sous pression alimentant en carburant quatre injecteurs 16a, 16b, 16c, 16d qui sont destinés à injecter du carburant dans une chambre de combustion (non représentée) d'un moteur thermique, notamment d'un moteur Diesel.

La rampe 12 est alimentée en carburant sous pression par une conduite de remplissage 14 qui est reliée à une extrémité de la rampe 12, ici à gauche selon la figure 1.

Les quatre injecteurs 16a, 16b, 16c et 16d identiques sont ici répartis de façon régulière le long de la rampe 12. Chaque injecteur 16 est alimenté en carburant sous pression par l'intermédiaire d'une conduite 18 dite haute pression qui relie la rampe 12 à l'injecteur 16.

Chaque injecteur 16 comporte un corps globalement cylindrique 20 d'axe vertical. Comme représenté à la figure 2, une conduite d'admission 22 du carburant, globalement parallèle à l'axe vertical, est formée à l'intérieur du corps 20. Une extrémité amont 24 de la conduite d'admission 22 est reliée à une extrémité aval 26 de la conduite haute pression, et l'extrémité aval 28 de la conduite d'admission 22 forme un gicleur qui est destiné à pulvériser le carburant sous pression dans la chambre de combustion associée à l'injecteur 16.

La conduite haute pression 18 et la conduite d'admission 22 qui la prolonge forment ainsi un canal d'admission du carburant qui relie la rampe 12 au gicleur 28.

Une aiguille 30 d'axe vertical est montée coulissante verticalement dans un tronçon d'extrémité aval 32 de la conduite d'admission 22. L'aiguille 30 comporte une extrémité inférieure 34 conique qui est destinée à coopérer avec un siège 36 de manière à obturer le passage du carburant jusqu'au gicleur 28.

Les déplacements de l'aiguille 30 sont ainsi commandés par des moyens de commande (non représentés) entre une position inférieure de fermeture (non représentée) du gicleur 28 dans laquelle le passage du carburant jusqu'au gicleur 28 est obturé, et une position supérieure d'ouverture du gicleur 28 dans laquelle le passage du carburant jusqu'au gicleur 28 est libéré, comme illustré à la figure 2.

Des moyens connus de commande des déplacements de l'aiguille 30 sont par exemple décrits dans le document 5 FR-A-2.833.654.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention qui est représenté à la figure 2, un clapet antiretour 38 est interposé dans le canal d'admission 18, 22. Le clapet antiretour 38 est ici agencé dans la conduite d'admission 22, à proximité et en amont io du tronçon aval 32.

Le clapet antiretour 38 est agencé dans un tronçon de plus grand diamètre de la conduite d'admission 22 formant une chambre cylindrique 40 d'axe vertical qui communique avec la conduite d'admission 22 par un orifice amont 44 et un orifice aval 46. Le clapet antiretour 38 comporte une bille 42 dont le diamètre est compris entre le diamètre de la chambre et le diamètre de la conduite d'admission 22 de façon que la bille 42 puisse se déplacer verticalement dans la chambre 40, sans pénétrer dans la conduite d'admission 22, entre une position haute d'obturation du passage du carburant et une position basse de libération du passage du carburant.

En position d'obturation représentée à la figure 2, la bille 42 coopère avec une face annulaire conique 48 qui entoure l'orifice amont 44 de la chambre 40 afin d'obturer le passage du carburant.

En position de libération représentée à la figure 3, la bille 42 est située à distance entre les deux orifices amont 44 et aval 46 de la chambre 40. Le diamètre de la chambre 40 est supérieur au diamètre de la bille 42 de manière que le carburant s'écoule depuis l'orifice amont 44 vers l'orifice aval 46 en circulant entre la face latérale cylindrique concave de la chambre 40 et la surface sphérique convexe de la bille 42 sans modifier le débit ni la vitesse d'écoulement du carburant vers le gicleur 28.

La bille 42 est rappelée élastiquement en position d'obturation par un ressort hélicoïdal 50 d'axe vertical dont une extrémité fixe est en appui contre une face annulaire plane 52 qui entoure l'orifice aval 46, et dont l'autre extrémité est en appui contre la bille 42.

Le ressort 50 a une raideur telle que, lorsque la pression de carburant en aval de la bille 42 est inférieure à la pression en amont de la bille 42, la bille 42 est déplacée vers sa position de libération, et telle que, lorsque la pression en aval de la bille 42 est supérieure à la pression en amont de la bille 42, la bille 42 est rappelée par le ressort 50 vers sa position d'obturation.

Selon les enseignements de l'invention, des moyens d'amortissement d'ondes de pression sont agencés en aval du clapet antiretour 38. Les moyens d'amortissement comportent ici un canal de dérivation 54 qui est formé dans le corps 20 de l'injecteur 16, et dont une première extrémité d'entrée 56 est raccordée à un tronçon 32 du canal d'admission 22 en un point d'embranchement qui est situé en aval du clapet antiretour 38. La seconde extrémité 58 du canal de dérivation 54 est borgne. Un tronçon 60 du canal de dérivation 54 comporte un étranglement.

Lors du fonctionnement du moteur, l'injection de carburant dans une chambre de combustion du moteur est activée par le déplacement de l'aiguille 30 depuis sa position de fermeture vers sa position d'ouverture. L'activation est commandée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur.

A chaque ouverture de l'aiguille 30, la pression de carburant chute localement dans le tronçon 32 d'extrémité aval de la conduite d'admission 22. Les ouvertures et les fermetures répétées de l'aiguille 30 créent ainsi une onde de pression longitudinale primaire 01 qui se propage de l'aval vers l'amont dans le carburant contenu dans le canal d'admission 22.

Lorsque l'onde de pression primaire 01 atteint l'embranchement 56 entre la conduite d'admission 22 et le canal de dérivation 54, elle se divise en deux ondes de pression secondaires principale 02p et dérivée 02d qui se propagent respectivement vers l'aval de la conduite d'admission 22, et vers l'extrémité borgne 58 du canal de dérivation 54.

Les ondes de pression secondaires 02p et 02d ont une 5 amplitude sensiblement inférieure à l'amplitude de l'onde de pression primaire 01.

L'onde de pression secondaire dérivée 02d qui se propage dans le canal de dérivation 54 est amortie lorsqu'elle franchit l'étranglement 60. Puis, l'onde de pression secondaire résiduelle l0 02d est réfléchie par l'extrémité borgne 58 du canal de dérivation 54.

Enfin, l'onde de pression secondaire dérivée 02d réfléchie franchit de nouveau l'étranglement 60. Ainsi, l'onde de pression secondaire réfléchie 02d qui atteint la conduite d'admission 22 est très amortie et son amplitude est négligeable de façon qu'elle ne perturbe pas l'injection de carburant.

L'onde de pression secondaire principale 02p qui remonte la conduite d'admission 22 vers l'amont, atteint le clapet antiretour 38. Une surpression apparaît alors en aval de la bille 42, qui a pour effet de déclencher le rappel élastique de la bille 42 en position d'obturation du passage du carburant. L'onde de pression secondaire principale 02p est alors réfléchie sur la bille 42, et elle se propage vers le gicleur 28.

Ainsi, l'onde de pression secondaire principale 02p est 25 avantageusement empêchée de se propager jusqu'à la rampe 12 par le clapet antiretour 38.

Lorsque l'onde secondaire principale 02p réfléchie atteint l'embranchement 56 avec le canal de dérivation 54, l'onde de pression secondaire principale 02p se divise de nouveau en ondes tertiaires principale 03p et dérivée 03d dont les amplitudes sont devenues suffisamment négligeables pour ne pas influencer la prochaine injection de carburant.

Lorsque la pression de carburant dans le tronçon 32 d'extrémité aval de la conduite d'admission 22 devient faible par rapport à la pression du carburant contenu dans la rampe 12, le clapet antiretour 38 est déplacé en position de libération par la différence de pressions sur la surface sphérique de la bille 42 de façon à laisser le carburant sous pression circuler jusqu'au gicleur 28.

Selon une variante du premier mode de réalisation de l'invention qui est représentée à la figure 3, l'étranglement 60 du canal de dérivation 54 est remplacé par un dispositif d'amortissement 62 aussi appelé perte de charge à couche lo fine . Le dispositif d'amortissement 62 comporte un obstacle cylindrique 64 qui est agencé dans une chambre cylindrique 66 de forme complémentaire intercalée dans le canal de dérivation 54. Un jeu J subsiste entre la paroi interne de la chambre 66 et l'obstacle 64 de façon à permettre la circulation du carburant. Un onde de pression qui pénètre dans le canal de dérivation 54 est ainsi amortie par son passage dans le jeu J vers l'extrémité borgne 58.

Selon une autre variante du premier mode de réalisation de l'invention qui est représentée à la figure 4, la seconde extrémité 58 du canal de dérivation 54 n'est pas borgne, mais elle est reliée au canal d'admission 22 en amont de l'extrémité d'entrée 56 du canal de dérivation 54 et en aval du clapet antiretour 38.

Ainsi, lors de l'activation de l'injecteur 16, l'onde de pression primaire 01 créée par l'ouverture de l'aiguille 30 se divise en deux ondes secondaires principale 02p et dérivée 02d comme décrit précédemment.

Cependant, au lieu d'être réfléchies par le clapet antiretour 38 ou par l'extrémité borgne 58 du canal de dérivation 54, les ondes secondaires dérivée 02d et principale 02p tournent dans le circuit formé par le canal de dérivation 54 et la conduite d'admission 22 en étant amorties, à chaque passage, par l'étranglement 60.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention qui est représenté à la figure 5, le clapet antiretour 38 est agencé dans la conduite haute pression 18. L'extrémité d'entrée 56 du canal de dérivation 54 est ici reliée à la conduite haute pression 18 en aval du clapet antiretour 38 et en amont de l'injecteur 16, tandis que l'autre extrémité 58 du canal de dérivation 54 est borgne.

Le canal de dérivation 54 comporte des moyens d'amortissement de l'onde qui sont ici constitués par un étranglement 60. Un clapet de retenue 68 dont la structure est similaire à celle du clapet antiretour 38, est agencé dans le canal de dérivation 54 entre l'extrémité d'entrée 56 et les moyens d'amortissement 60 de façon à limité un tronçon fermé 70 entre le clapet de retenue 68 et l'extrémité borgne 58 du canal de dérivation 54.

Le clapet de retenue 68 autorise le passage des ondes de pression vers le tronçon fermé 70 du canal de dérivation 54, mais il empêche le passage des ondes de pression en direction du canal d'admission 22.

Afin de réguler la pression du carburant dans le tronçon fermé 70 du canal de dérivation 54, le dispositif 10 comporte un canalicule 72 de régulation de la pression qui relie le tronçon fermé 70 du canal de dérivation 54 au canal d'admission 22, en aval du clapet antiretour 38.

Le canalicule 72 a une section de passage qui est nettement inférieure à la section de passage de la conduite d'admission 22 et du canal de dérivation 54 afin que le débit de carburant circulant dans le canalicule 72 soit plus faible par rapport au débit de carburant circulant dans la conduite d'admission 22. Afin d'empêcher la propagation d'ondes par le canalicule 72, ce dernier comporte un étranglement 74.

Ainsi, lorsque qu'une onde secondaire dérivée O2d pénètre dans le canal de dérivation 54, elle provoque l'ouverture du clapet de retenue 68. L'onde secondaire dérivée O2d pénètre alors dans le tronçon fermé 70 du canal de dérivation 54. Le clapet de retenue 68 emprisonne l'onde secondaire dérivée O2d dans le tronçon fermé 70 dans laquelle elle effectue des allers-retours en franchissant plusieurs fois l'étranglement 60 de façon à être amortie progressivement.

Pour éviter que la pression dans le tronçon fermé 70 ne devienne trop élevée, une partie du carburant est évacuée par le canalicule 72 de façon à rétablir l'égalité de pression entre la conduite d'admission 22 et le tronçon fermé 70. L'étranglement 74 permet d'amortir une partie de l'onde secondaire dérivée 02 qui s'échapperait éventuellement par le canalicule 72.

io Dans tous les modes de réalisation décrits précédemment, les moyens d'amortissement des ondes 60, 62 sont avantageusement agencés dans le canal de dérivation de façon à ne pas perturber l'écoulement du carburant sous pression entre la rampe 12 et le gicleur 28.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'injection de carburant (10) dans une chambre de combustion d'un moteur thermique, notamment d'un moteur Diesel, du type comportant un corps (20) globalement cylindrique d'axe vertical qui comporte un canal d'admission (22, 18) du carburant qui relie un réservoir (12) amont de carburant sous pression à un orifice aval (28) d'extrémité inférieure de pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion, caractérisé en ce que le canal d'admission de carburant (22, 18) comporte un clapet antiretour (38) qui réfléchit des ondes de pression (01, O2p) produites lors du fonctionnement du dispositif d'injection (10), et des moyens d'amortissement des ondes de pression (54, 60, 62) qui sont agencés en aval du clapet antiretour (38).

2. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'amortissement (60, 62) sont agencés dans un canal de dérivation (54) dont une première extrémité d'entrée (56) est raccordée à un tronçon du canal d'admission (18, 22) situé en aval du clapet antiretour (38).

3. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'amortissement comportent un étranglement (60) du canal de dérivation (54).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'amortissement (62) comportent un obstacle (64) qui est agencé dans le canal de dérivation (66) de façon qu'il subsiste un jeu (J) entre la paroi interne du canal de dérivation (66) et l'obstacle (64).

5. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la seconde extrémité 30 (58) du canal de dérivation (54) est borgne.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la seconde extrémité (58) du canal de dérivation (54) est reliée au canal d'admission (18, 22) en amont de l'extrémité d'entrée (56) du canal de dérivation (54).

7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la seconde extrémité (58) du canal de dérivation (54) est reliée au canal d'admission (18, 22) en aval du clapet antiretour (38).

8. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le canal de dérivation (54) comporte un clapet de retenue (68) qui est agencé entre l'extrémité d'entrée (56) et les moyens d'amortissement (60) de façon à définir un tronçon fermé (70) entre le clapet de retenue lo (68) et l'extrémité borgne (58) du canal de dérivation (54), le clapet de retenue (68) autorisant le passage des ondes de pression (02d) vers le tronçon fermé (70) du canal de dérivation (54), mais empêchant le passage des ondes de pression (02d) en direction du canal d'admission (18, 22), et en ce que le dispositif (10) comporte un canalicule (72) de régulation de la pression qui relie le tronçon fermé (70) du canal de dérivation (54) avec le canal d'admission (18, 22), en aval du clapet antiretour (38).

9. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le canalicule de régulation (72) comporte un étranglement (72).