FR2830573A1 - Dispositif d'alimentation en carburant pour moteur a combustion interne - Google Patents
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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
prolongement en forme de chemise du boitier (14) de la soupape.
La présente invention est relative à un dispositif d'alimentation en carturant 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 ingecteurs à
une rampe commune d'alimentation de ces injecteurs.
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 ingocteur de carturant engendre des ondes de pression dans la rampe commune, o le carburant est porté à une haute pression, ces ondes de pression étant responsables d' interactions entre les
activations successives des ingecteurs de carturant.
Ces interactions affectent notamment le niveau de la pression du carburant à l'ouverture d'un ingecteur et donc la précision de la quantité de carburant ingectée dans le cylindre associé pendant le temps d'ouverture de cet
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 du comportement du moteur tout au long de la durce de vie
de celui-ci.
En outre, on développe actuellement les dispositifs d' injection "multiples", dans lesquels la quantité totale de carburant à ingecter dans un cylindre du moteur, avant une phase de combustion dTun 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.
Quand la quantité de carburant à ingecter est découpée en deux quantités ingectées 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 déLit de carburant demandé, évalué à partir de signaux reprécentatifs de l'enfoncement d'une péJale d'accélérateur et de la pression de carburant dans la
rampe commune.
On a aussi proposé de corriger le temps d'ouverture de l'injecteur, lors de la deuxième ingection, à l'aide d'un algorithme d'estimation de la variation de la quantité de carburant alors injectée due à l' injection
précédente.
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 létablissement 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 deuxTème 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 ingections etc - elle ne peut étre utilisée que pour des ingections de carturant découpées en deux temps successifs seulement. 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'étre de mise en _uvre difficile, du fait du nombre important de paramètres en prendre en compte (dimensions du circuit parcouru par le carburant, pression dinjection, quantité de carburant injectée lors de la première ingection et quantité à injecter lors de la deuxième, température du carburant, écart temporel des deux ingections, etc...). Elle est en outre très sensible aux tolérances affectant les performances des matériels utilisés pour la mettre en
_uvre.
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.
On atteint ce but de ltinvention, 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 déLitant chacun du carturant 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.
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 ajutage calibré, ce qui permet dléviter une perturbatlon d'une deuxième injection par une première injection antérieure, dans le cadre d'une injection fractionnée de carburant, notamment. 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 étre monté en parallèle sur la restriction, ce
clapet étant passant de la rampe commune vers l T injecteur.
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.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente
invention apparaitront à la lecture de la description qui
va suivre et à l r 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 déLit, d T 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 dlune modulation de 1lamplitude du débit et de la pression de carturant, au long du dispositif de la figure 3, - la figure 5 représente des graphes illustrant 1lefficacité 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.
Classiquement, pour amortir une onde de pression dans une ligne hydraulique, on dissipe l r énergie de cette onde en installant dans la ligne une restriction, prenant la forme d'un ajutage classique, la section de cet ajutage étant calibrce pour établir dans la restriction une perte
de charge propre à dissiper cette énergie.
Pour une telle restriction de surface effective Seff, dans laquelle passe un déLit de fluide D de masse volumique p, la perte de charge AP obtenue est donnée par la relation: Ap = P D2 On a représenté 1lévolution de AP 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.
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 déUits, ce qui rend l'ajutage calibré peu efficace dans de telles
ciraonstances.
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.
Sur cette figure la flèche F repère le sens d r écoulement du carburant dans une restriction présentant, en section transversale, la forme d'un conduit de longueur l 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: s=1 " 1 et Re<1 o Re est le nombre de Reynolds de l'écoulement, Re= avec U. vitesse caractéristique de l'écoulement et,
viscosité cinématique du fluide.
Dans une restriction de largeur L, la perte de charge AP en fonction du débit D du fluide est donnée par la relation: AP 2pUl D Les variations de AP en fonction de D sont illustrces
par le graphe en trait plein de la figure 2.
On remarque que AP 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.
Ainsi, alors qu'on peut obtenir une méme perte de charge APO avec un ajutage calibré et une restriction à écoulement en couche mince, pendant l'ouverture d'un injecteur avec un déLit égal à Dinj (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'ingocteur pour la deuxième injection. Le calibrage du débit de l'injecteur lors de cette deuxième injection n'est alors plus perturbé par la première ingection, conformément à
l'objectif poursuivi par la présente invention.
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 étre de hauteur h variable de manière à être d'abord logèrement convergent puis légèrement divergent, tout en respectant partout la condition fixée plus haut pour cette hauteur h par rapport à la longueur l de la
restriction.
On se réfère maintenant à la figure 3 du dessin annexé o 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 carturant, 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 déLitant 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.
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.
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 1lévolution du taux de modulation TM de la pression P et du déLit D du carburant, d'un bout à l'autre du trajet de carburant dans la ligne 3 et l'ingecteur 2. Sur ces graphes on voit que la modulation du détit D est maximale à l'entrce 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.
La position choisie pour la restriction 5, là o 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 carturant, 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.
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'ingecteur 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.
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 louverture d'un injecteur, permet de limiter la perte de charge introduite par cette restriction, et donc la réduction de la pression
du carburant injecté.
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 pratiquéss (quantité ingoctée, nombre d'injections fractionnées conséautives, pression du carburant dans la rampe, etc) Egalement la présente invention permet de limiter l'amplitude des ondes de pression dans la ligne et donc la fatigue de celle-ci, au bénétice de la fiabilité de
l' installation.
Enfin la pression du carburant dans la rampe étant mieux stabilisse dans le dispositif suivant l' invention,
la réqulation du niveau de cette pression est plus facile.
Bien entendu l' invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui nla 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.
Dans le cas d'un dispositif d'alimentation en carturant Diesel on utilise couramment, comme filtre 4 monté sur l'ingecteur, un filtre dit "filtretige", du
fait de sa forme.
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. Il est alors possible de substituer un tel filtre tige à la restriction 5, dans le dispositif suivant
l' invention.
Dans un dispositif d'alimentation en carburant Diesel, on pourra aussi supprimer le filtre-tige disposé classiquement sur l'ingecteur, 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.
Claims (5)
1. Dispositif d'alimentation en carturant 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 ingecteurs 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 carturant qui s'écoule vers ledit injecteur (2), ladite restriction (5) étant dimensionnce et agencoe pour établir une perte de charge (AP) 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 desUits
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 quelcouque des
revendications 1 à 3, adapté à du carturant 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 (AP).
5. Dispositif conforme à l'une quelcouque des
revendications précédentes, adapté à une alimentation
fractionnée d'un cylindre du moteur par l'ingecteur (2)
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