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FR2787520A1 - Procede et dispositif pour ameliorer le comportement au demarrage de moteurs a combustion interne, comportant des systemes d'injection a accumulateur - Google Patents

Procede et dispositif pour ameliorer le comportement au demarrage de moteurs a combustion interne, comportant des systemes d'injection a accumulateur Download PDF

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Abstract

Le système d'injection à accumulateur haute pression comprend une pompe haute pression (10), qui comprime le carburant destiné au fonctionnement du moteur, un accumulateur haute pression (rampe 20) qui est installé en aval de la pompe haute pression (10), et des injecteurs (30), auxquels est envoyé le carburant comprimé.Selon l'invention, une soupape (19) isole temporairement du système l'accumulateur haute pression (rampe 20), ou une partie de son volume, pendant l'opération de démarrage.

Description

L'invention concerne un dispositif pour améliorer le comportement au
démarrage de moteurs à combustion interne munis de systèmes d'injection à accumulateur haute pression, du type comportant une pompe haute pression qui comprime le carburant pour le fonctionnement du moteur, un accumulateur haute pression (rampe), qui est installé en aval de la pompe haute pression, et, sur les différents cylindres du moteur, des injecteurs auxquels est envoyé le
carburant comprimé.
Pour alimenter en carburant les moteurs à combustion interne, on utilise de plus en plus des systèmes d'injection à accumulateur haute pression. Ces systèmes d'injection sont connus sous le nom de systèmes à rampe commune (pour les moteurs diesel) et de systèmes dits HPDI, à injection directe à haute pression (pour les moteurs à allumage par étincelles). Dans ces systèmes d'injection, le carburant est envoyé, par une pompe haute pression, dans un accumulateur sous pression commun, la plupart du temps, à tous les cylindres, d'o le carburant alimente, à partir des valves d'injection, les différents cylindres. L'ouverture et la fermeture des valves d'injection sont, en règle générale, commandées
électriquement ou électromagnétiquement.
A titre d'exemple, on entrera ci-après plus en détail dans le système à rampe commune, qui est utilisé pour les
moteurs diesel.
Dans le cas d'un tel système d'injection à rampe commune, le carburant est comprimé à l'aide de la pompe haute pression, il est stocké dans l'accumulateur haute pression, désigné par "la rampe", puis il est injecté dans la chambre de combustion par les valves d'injection, désignées par "les injecteurs". A côté du stockage sous pression, la rampe sert également à l'amortissement de pulsations de pression, ce qui nécessite un volume
d'accumulateur suffisamment grand.
Les moteurs comportant des systèmes d'injection à rampe commune nécessitent, pour démarrer, un temps comparativement plus long que des moteurs comportant des -i ila i systèmes d'injection à distribution ou en ligne. On remarque cet effet négatif particulièrement dans le cas de véhicules automobiles comportant un automatisme de démarrage et d'arrêt. La cause de cette durée de démarrage plus longue du système à rampe commune provient du grand
volume de carburant accumulé dans la zone haute pression.
La pression doit, dans toute la zone haute pression, d'abord être portée à la pression minimale d'injection,
avant que puisse être effectuée la première injection.
Pour raccourcir la durée nécessaire à l'établissement de la pression minimale à la rampe au cours de l'opération de démarrage, il s'offre les trois possibilités suivantes: On peut réduire le volume de l'accumulateur haute pression, augmenter le débit volumique de la pompe haute pression, ou augmenter la vitesse de rotation au démarrager. Chacune de ces mesures présente toutefois des inconvénients certains. Une réduction du volume de l'accumulateur haute pression est exclue, car cela réduit l'amortissement des pulsations de pression et diminue la quantité d'énergie de pression emmagasinée. De ce fait, justement, les avantages essentiels de la technique de rampe commune seraient perdus. L'augmentation du débit volumique de la pompe haute pression pour le même rapport de transmission aurait pour conséquence un surdimensionnement de la pompe eu égard au fonctionnement, et donc une augmentation de la puissance consommée. Mais dans le cas de systèmes haute pression précisément, pour des raisons d'économie d'énergie, on doit s'attacher à concevoir des pompes de puissance ajustée. De même, l'augmentation de la vitesse de rotation du démarreur est
techniquement impraticable et limitée.
Par des compromis acceptables entre les trois mesures citées, on ne peut que faiblement réduire la durée de démarrage. De façon générale, dans le cas des moteurs diesel avec technique d'injection à rampe commune, on tolère actuellement une durée de démarrage plus longue,
comparée à celle des autres systèmes d'injection.
Le but de la présente invention est de concevoir le dispositif défini au début de telle façon que la durée de démarrage de moteurs comportant un système d'injection à
rampe commune soit raccourcie.
Ce problème est résolu par un dispositif du type défini ci-dessus, qui est caractérisé par une soupape qui isole temporairement du système, pendant l'opération de démarrage, l'accumulateur haute pression, ou une partie de
son volume.
L'invention peut également présenter les caractéristiques complémentaires suivantes: - l'accumulateur haute pression (rampe) est disposé dans le flux hydraulique direct allant de la pompe haute pression aux injecteurs, et dans les conduits d'injecteur allant de l'accumulateur haute pression aux injecteurs, et dans la conduite haute pression allant de la pompe haute pression à l'accumulateur haute pression, est branchée une soupape, par laquelle les conduits d'injecteur peuvent être reliés directement à la conduite haute pression pendant l'opération de démarrage, l'accumulateur haute pression pouvant être isolé de la conduite haute pression pendant cette opération de démarrage; - une soupape distincte est installée dans le conduit d'injecteur et/ou la conduite haute pression; - l'accumulateur haute pression est un composant externe, et en aval de la dérivation des conduits d'injecteur, est disposée dans la conduite haute pression, une soupape, qui peut être fermée lors de l'opération de démarrage, pour isoler l'accumulateur haute pression du système pendant l'opération de démarrage; - l'accumulateur haute pression est divisé en deux volumes partiels, le premier volume partiel se trouvant dans le flux hydraulique direct allant de la pompe haute pression aux injecteur, et le deuxième volume partiel étant un composant externe, une soupape se trouvant dans la conduite haute pression allant vers le deuxième volume partiel, cette soupape étant fermée lors Ad riz r de l'opération de démarrage, pour isoler du système le deuxième volume partiel de l'accumulateur haute pression
pendant cette opération de démarrage.
La présente invention est caractérisée par la mise hors circuit ou le contournement temporaire de la rampe, ou d'une partie de celle-ci, pendant l'opération de démarrage. Cela permet, dans la zone haute pression, de réduire le volume qui retarde la montée en pression, et, ainsi, la pression aux injecteurs atteint plus vite la
valeur minimale d'injection.
L'invention repose sur la connaissance que la durée de démarrage pour des moteurs comportant des systèmes d'injection à accumulateurs haute pression est essentiellement déterminée par la durée de compression du carburant dans l'accumulateur haute pression. Le carburant n'est pas un liquide incompressible idéal, mais un fluide compressible, et, par comparaison avec les volumes morts de la pompe, des conduites et des injecteurs, la plus grande partie du carburant emmagasiné dans le système se trouve dans l'accumulateur haute pression, ce qui, dans le cas d'un système à rampe commune, veut dire dans ce que l'on désigne par la rampe. Il est donc proposé, selon l'invention, pour l'opération de démarrage, de mettre temporairement hors circuit l'accumulateur haute pression, c'est-à-dire la rampe. De ce fait, le volume de carburant à comprimer est fortement réduit. La montée en pression dans le système restant peut donc se faire plus rapidement. Le système travaille ainsi temporairement de façon analogue à un système d'injection habituel. Lorsque le démarrage du moteur a eu lieu, l'accumulateur haute
pression, ou la rampe, est de nouveau raccordé au circuit.
La montée en pression dans l'accumulateur ou la rampe se fait alors très vite, car le moteur tourne alors déjà au moins à la vitesse de ralenti et non plus avec la vitesse
de rotation du démarreur, nettement plus faible.
Si la rampe (l'accumulateur haute pression) est, en fonctionnement normal, complètement intégré dans le flux hydraulique direct allant de la pompe haute pression aux injecteurs, il est nécessaire, lors de l'opération de démarrage, de court-circuiter la rampe. Pour cela, lors de l'opération de démarrage, tous les conduits des injecteurs sont déconnectés de la rampe et sont raccordés directement à la conduite de refoulement de la pompe haute pression. Après le démarrage, les conduits d'injecteurs sont de
nouveau reliés à la rampe.
Il n'est pas nécessaire que la rampe se trouve dans le flux hydraulique direct allant de la pompe haute pression aux injecteurs, mais elle peut être réalisée comme une pièce externe. Une soupape permet alors de déconnecter temporairement la rampe pendant l'opération de démarrage. Il existe également la possibilité, lors de l'opération de démarrage, d'isoler du volume à comprimer résiduaire, seulement une partie de la rampe. De ce fait, il est possible, même pendant l'opération de démarrage, de faire intervenir une partie de la rampe dans le courant
hydraulique circulant.
On décrira ci-après plus en détail des exemples d'exécution de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - a figure 1 représente le montage d'un système d'injection à rampe commune usuel pour un moteur diesel; - la figure 2 représente un système d'injection à rampe commune comportant une soupape pour l'inversion des conduits d'injecteurs entre la rampe et la conduite de refoulement de la pompe haute pression; la figure 3 représente un système d'injection à rampe commune dont la rampe ne se trouve pas dans le flux hydraulique direct allant de la pompe haute pression aux injecteurs;et - la figure 4 représente un système d'injection à rampe commune dont une partie de la rampe ne se trouve pas dans le flux hydraulique allant de la pompe haute pression
aux injecteurs.
La figure 1 des dessins représente schématiquement le montage d'un système d'injection à rampe commune usuel pour un moteur diesel. Dans un tel système d'injection à rampe commune, le carburant est comprimé dans une pompe haute pression 10, il est emmagasiné dans un accumulateur haute pression 20, désigné par "la rampe", et injecté dans la chambre de combustion du moteur par des injecteurs 30. En plus de l'accumulation de la pression, la rampe 20 a pour rôle, grâce à un volume suffisamment grand
d'accumulation, d'amortir des pulsation de la pression.
La pompe haute pression 10 est, la plupart du temps, alimentée par une pompe de mise en circulation initiale 12, qui aspire le carburant depuis un réservoir 15, au travers d'un filtre 14. La pression dans la rampe 20 est réglée, par exemple, par une soupape de régulation de la pression 16 commandable, située sur la conduite haute pression 18, entre la pompe haute pression 10 et la rampe 20. Depuis la rampe 20, le carburant sous pression arrive,
par les injecteurs 30, aux différents cylindres du moteur.
En fonctionnement, dans le cas du système à rampe commune, au contraire d'un système conventionnel d'injection à distribution ou en ligne, tout le système se trouve constamment plus ou moins régulièrement sous une pression élevée. En particulier, la pression est appliquée constamment sur les injecteurs. La commande dans le temps de l'ouverture et de la fermeture des valves d'injection, ou injecteurs, ne se fait pas hydrauliquement, par une augmentation de la pression, mais électriquement ou électromagnétiquement. Lors de l'opération de démarrage, le carburant, dans toute la zone sous haute pression du système à rampe commune, doit être comprimé à la pression minimale d'injection, avant que la première injection puisse avoir lieu. Cela signifie que le carburant doit être comprimé en conséquence dans la zone haute pression de la pompe haute pression 10, dans la conduite haute pression 18, dans la zone haute pression de la soupape de régulation de la pression 16, dans la rampe 20, dans les conduits d'injecteur 32 et dans les injecteurs 30. La durée s'écoulant jusqu'à la première injection est, dans ce cas, -lit I déterminée essentiellement par la durée nécessaire à la compression du carburant dans la rampe 20, car son volume est le plus grand et constitue ici la plus grande partie du carburant accumulé dans le système, si on le compare aux volumes morts de la pompe haute pression 10, de la soupape 16 de régulation de la pression, et aux conduites
18 et 32 et aux injecteurs 30.
Sur la figure 2, on a représenté un système d'injection à rampe commune, dans lequel une soupape 34 est branchée dans les conduits d'injecteur 32 allant de la rampe 20 aux injecteurs 30, et dans la conduite 18 allant de la pompe haute pression 10 à la rampe 20. Avec cette soupape 34, il est possible de relier directement les conduits d'injecteur 32 à la conduite haute pression 18 venant de la pompe haute pression 10 et d'isoler la rampe de la conduite haute pression 18. Il est ainsi possible, lors de l'opération de démarrage, de contourner provisoirement la rampe 20, qui se trouve, dans le cas de cette forme d'exécution, en fonctionnement normal dans le flux hydraulique direct allant de la pompe haute pression aux injecteurs 30. La rampe 20 est alors, lors de l'opération de démarrage, isolée du système et le volume de carburant à comprimer est fortement réduit. Le système correspond ainsi à un système d'injection usuel lors de l'opération de démarrage, abstraction faite de la commande électrique des injecteurs, au lieu d'une commande hydraulique. Lorsque le démarrage du moteur a eu lieu, la soupape 34 est de nouveau inversée, de telle façon que les conduits d'injecteur 32 sont reliées à la rampe 20 et que
la rampe 20 est raccordée à la conduite haute pression 18.
La rampe 20 est ainsi de nouveau branchée dans le circuit du système. La montée en pression dans la rampe 20 se fait alors très vite, car le moteur est déjà en fonctionnement et tourne avec une vitesse de rotation nettement plus
élevée que la vitesse de rotation du démarreur.
Au lieu d'une soupape commune 34, chaque conduit d'injecteur 32 peut aussi être isolé de la rampe 20 au 7J 1 s r moyen d'une soupape séparée et être monté directement sur la conduite haute pression 18. De même et indépendamment de cela, la rampe 20 peut, par une propre soupape, être isolée de la conduite haute pression 18 et lui être reliée. Le branchement de la rampe 20 au système, et l'inversion des conduits d'injecteur 32, peuvent se faire de façon séparée dans le temps. En particulier, la rampe peut alors être branchée lentement sur le système, avant que les conduits d'injecteur 32 soient inversés vers
la rampe 20.
Les conduits d'injecteur 32 peuvent aussi être rassemblés sur une conduite de collecte, en un endroit, par exemple à la sortie de la rampe 20, o se trouve alors une soupape d'inversion qui, lors de l'opération de démarrage, inverse la conduite de collecte sur la conduite
haute pression 18.
Une autre forme d'exécution du système d'injection à rampe commune est représenté sur la figure 3. Dans ce cas, la rampe 20 (l'accumulateur de pression), n'est pas disposée dans le flux hydraulique direct circulant de la pompe haute pression 10 aux injecteurs 30, mais elle est prévue séparée, sous la forme d'une pièce externe. Dans la conduite haute pression 18 allant de la pompe haute pression 10 à la rampe 20, est branchée une soupape 19, représentée sur la figure 3 à titre d'exemple sous la forme d'un distributeur à 2/2 voies, qui permet de couper
temporairement la rampe pendant l'opération de démarrage.
Les conduits d'injecteur 32 sont déviés de la conduite haute pression 18, dans le sens du courant, avant la
soupape 19.
Lors de l'opération de démarrage, par la fermeture de la soupape 19, la rampe 20 est découplée du système. La montée en pression dans le reste du système peut ainsi se faire très rapidement. Après le démarrage, la rampe est de nouveau raccordée au système par l'ouverture de la soupape 19. Cette forme d'exécution peut être modifiée de telle façon que, comme le montre la figure 4, la rampe 20 soit 1,] r [ divisée en deux volumes partiels 22, 24, dont le premier 22 se trouve dans le flux hydraulique direct allant de la pompe haute pression 10 aux injecteurs 30 et d'o partent les conduits d'injecteur 32, tandis que le deuxième volume partiel 24 constitue une pièce externe qui est raccordée au système par l'intermédiaire d'une conduite haute pression 18a pouvant partir du premier volume partiel 22 ou pouvant également être un prolongement direct de la conduite haute pression 18. Dans la conduite haute pression 18a, se trouve une soupape 19a avec laquelle le deuxième volume partiel 24 de la rampe 20 peut être isolé
du système lors de l'opération de démarrage.
On n'a donc pas besoin, lors de l'opération de démarrage, de comprimer la totalité du volume de la rampe 20, mais seulement de comprimer le volume résiduaire, qui correspond essentiellement au volume de la première partie 22 de la rampe 20. D'autre part, dans ce cas, même pendant l'opération de démarrage, une partie de la rampe 20 (le premier volume partiel 22) fonctionne dans le flux hydraulique direct circulant, de telle façon que l'on conserve, au moins en partie, les avantages du système à
rampe commune lors du démarrage.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour améliorer le comportement au démarrage d'un moteur à combustion interne muni d'un système d'injection à accumulateur haute pression, comportant une pompe haute pression (10), qui comprime le carburant pour le fonctionnement du moteur, comportant un accumulateur haute pression (rampe 20) qui est installé en aval de la pompe haute pression (10), et comportant sur les différents cylindres du moteur des injecteurs (30), auxquels est envoyé le carburant comprimé, caractérisé par une soupape (19; 19a; 34), qui isole temporairement du système l'accumulateur haute pression (rampe 20), ou une partie (24) de son volume pendant l'opération de
démarrage.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'accumulateur haute pression (rampe 20) est disposé dans le flux hydraulique direct allant de la pompe haute pression (10) aux injecteurs (30), et en ce que, dans les conduits d'injecteur (32) allant de l'accumulateur haute pression (rampe 20) aux injecteurs (30), et dans la conduite haute pression (18) allant de la pompe haute pression (10) à l'accumulateur haute pression (rampe 20), est branchée une soupape (34), par laquelle les conduits d'injecteur (32) peuvent être directement reliés à la conduite haute pression (18) pendant l'opération de démarrage, et en ce que l'accumulateur haute pression (rampe 20) peut être isolé de la conduite haute pression (18) pendant cette opération de démarrage
(figure 2).
3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, une soupape distincte est installée dans le conduit d'injecteur (32) et/ou la conduite haute pression (18).
4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'accumulateur haute pression (rampe 20) est un composant externe et en ce qu'en aval de la dérivation des conduits d'injecteur (32) dans la conduite haute pression -11i ti I (18), est disposée une soupape (19), qui peut être fermée, lors de l'opération de démarrage, pour isoler l'accumulateur haute pression (rampe 20) du système
pendant l'opération de démarrage (figure 3).
5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'accumulateur haute pression (rampe 20) est divisé en deux volumes partiels (22, 24), dont le premier (22) se trouve dans le courant hydraulique direct allant de la pompe haute pression (10) aux injecteurs (30), et dont le deuxième volume partiel (24) est un composant externe, et en ce que, dans la conduite haute pression (18a) allant vers le deuxième volume partiel (24), se trouve une soupape (19a) qui peut être fermée lors de l'opération de démarrage, pour isoler du système le deuxième volume partiel (24) de l'accumulateur haute pression (rampe 20) pendant cette opération de démarrage
(figure 4).
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