EP0030907A1

EP0030907A1 - Dispositif d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne

Info

Publication number: EP0030907A1
Application number: EP80420143A
Authority: EP
Inventors: Jean-Loyis Dazzi; Jean-Louis Froment
Original assignee: Renault Vehicules Industriels SA
Current assignee: Renault Trucks SAS
Priority date: 1979-12-14
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1981-06-24
Also published as: US4462369A; FR2471483B1; FR2471483A1

Abstract

Les injecteurs restent normalement fermés par application de la haute pression d'alimentation de part et d'autre de l'aiguille. Le dispositif comprend un premier tiroir (12) capable, en passant d'une position extrême à l'autre, d'interrompre la pression sur le côté aval de l'aigulle en définissant le début d'injection, ainsi qu'an deuxième tiroir (13) capable, en passant d'une position extrême à l'autre, de rétablir la pression sur le côté aval de l'aiguille, en définissant la fin d'injection, la durée d'injection et le débit injecté. Les tiroirs ne retrouvent leurs positions initiales respectives qu'à l'issue de l'injection suivante.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'injec--tion électronique pour poteur à combustion interne. A l'heure actuelle,la majorité des moteurs diesel de véhicules industriels sont équipés de dispositifs d'injection mécanique .
Ces dispositifs font appel à une pompe mécanique à pistons provoquant l'ouverture d'un injecteur à aiguille sous l'effet de l'augmentation de pression. La fin de l'injection se produit lorsque la chute de pression permet à l'aiguille de l'injecteur de revenir sur son siège sous l'effet d'un ressort de rappel prévu à cet effet .
Ainsi, les instants de début et de fin d'injection sont liés à l'établissement et à la disparition d'une pression dans un circuit hydraulique, et il faut également compter avec l'inter-action du ressort assurant le rappel de l'aiguille d'injec--teur.
De tels dispositifs, dont la robustesse et la fia--bilité sont bien connues, atteignent tout de même une limite lorsqu'il s'agit de satisfaire les per--formances requises pour l'amélioration de la com--bustion. En effet, avec les pompes mécaniques, il est difficile de contrôler avec précision les para--mètres durée / pression d'injection.
De même,le contrôle précis de l'instant du début d'injection et la régularisation du débit injecté en fonction du régime, des conditions ambiantes, de l'état du moteur ( température du fluide de refroidissement, par exemple ) deviennent très déli--cats avec les dispositions classiques d'injection. C'est pour cela que la présente invention s'orien--te vers un nouveau, disposition d'injection auto--risant tous les contr8les d'injection que les sys--tèmes classiques ne permettaient pas, ou ne per--mettaient qu'au prix de complications importantes. Il est d'ailleurs connu, an matière d'injection, de recourir à des dispositifs où le combustible est mis sous pression,et qui comportent un tiroir pi--loté hydrauliquement ou de façon électro-mécani--que pour délivrer le combustible sous pression a un injecteur classique . Dans ces dispositifs, un seul .tiroir piloté assure le contrôle des ins--t_ants de début et de fin d'injection, et parfois aussi ( par la durée d'ouverture ) le contrôle du débit .
Dans ces dispositifs connus, une centrale électro--nique prenant en compte les différents para --mètres dont dépend l'injection alimente une élec--tro-valve . C'est précisément là que réside l'écueil : il est très difficile, sinon im^pos--sihle, de résoudre le problème des instants de début et de fin d'injection et celui du contrôle du débit avec un seul tiroir, du fait de la très grande précision à respecter dans un laps de temps très court. Il faut rappeler,en effet, que la du--rée d'injection sur un moteur diesel de camion est de l'ordre de 1,3 milliseconde à plein ré--gime, et de l'ordre de 3 millisecondes au ré--gime du couple maximum . A plein régime, le laps de temps séparant deux injections est de l'or l'ordre de 50 millisecondes . La précision exi --gée est inférieure au 1/10 de milliseconde,soit environ 1 degré sexagésimal d'angle de rotation du volant d'entraînement .
L'objet de la présente invention réside essen --tiellement dans l'utilisation d'un système a double tiroir pour résoudre ce problème .
L'idée de base réside dans l'utilisation :

- d'un premier tiroir , pour piloter le début d'injection ;
- d'un deuxième tiroir, pour piloter la fin de l'injection .

L'injecteur utilisé est un injecteur classique.L'ai--guille de injecteur est soumise de part et d'autre à la même pression, générée par une pompe à haute pression . La haute pression est de l'ordre de 1000 bars . L'ouverture de la vanne doseuse fait chuter la pression en aval de l'aiguille de l'in--jecteur pendant le temps voulu, ce qui définit à la fois le calage du début d'injection et le con--trôle du débit .
Dans le cadre de l'invention, on se propose d'uti--liser en premier lieu une pompe hydraulique fourni -nissant un débit relativement faible ( de 0,25 à 2 litres par minute ) sous une très forte pression ( de 1000 à 2000 bars ) . De telles pompes existent actuellement dans le commerce . Comme on l'a déjà signalé , la nouveauté de l'in--vention réside essentiellement dans l'utilisa--tion du système des tiroirs.. Il est difficile de piloter une électro-vanne de façon précise dans un délai aussi court que I,3 à 3 millisecondes , et d'assurer une précision inférieure à I/IO de milliseconde .
En utilisant un système à deux tiroirs, on peut prévoir :

- un tiroir provoquant la décharge à l'arrière de l'injecteur, en assurant ainsi sans autre considération le début de l'injection par déplacement de l'aiguille d'injecteur ( pour ouvrir l'injecteur).
- un autre tiroir contrôlant sans autre considération la fermeture de l'injecteur, et par conséquent le contrôle du débit injecté, par déplacement de l'aiguille sous l'effet du rétablissement de la pression de part et d'autre de l'aiguille de l'injecteur .

Le débit est donc réglé par le déphasage entre les mouvements des deux tiroirs .
L'intérêt du dispositif suivant l'invention réside notamment :

1°) Dans le fait que le débit injecté ne passe pas par un tiroir de régulation .
2°) Dans le fait que l'ouverture et la fermeture de l'injecteur par l'intermédiaire de l'aiguille s'effectuent par décompression et recompression d'un volume d'huile très faible dans les tiroirs, ce qui autorise une miniaturisation des électro-vannes (avec, par exemple , des alésages de 4 millimètres de diamètre et des orifices de purges de 1 milli--métre de diamètre
3°) Dans le fait que les tiroirs et l'aiguille d'injecteur se passent de ressort de rappel, et que les problèmes de résonance inhérents aux systèmes res--sorts-masses ne se posent plus

Par ailleurs, les tiroirs ne font pas d'aller-re--tour dans le temps imparti pour l'injection .Ainsi le tiroir d'ouverture reste dans sa position d'ouver--ture lorsque le tiroir de fermeture commande la fin d'injection . Lors de l'injection suivante, les tiroirs se déplacent à nouveau l'un après l'autre, mais en sens inverse de leur précédent déplacement, en retrouvant alors seulement leur position initiale. On se trouve ainsi affranchi des délais de fonction--nement des électro-Vannes .
On constate que , dans le dispositif conforme à l'in--vention, le débit n'est réglé que par le déphasage antre les mouvements des deux tiroirs. Un seul ensem--ble à deux tiroirs est mis succéssivement en rela--tion avec chaque injecteur par un distributeur rota--tif dans l'ordre d'allumage du moteur .
Les tiroirs sont actionnés par des électro-aimants, ou hydrauliquement , à partir d'électro-vannes. L'alimentation en électricité est assurée par une cen--trale électronique délivrant le courant de contrôle . Cette centrale reçoit les informations nécessaires à partir de capteurs classiques, à savoir : un capteur magnétique sur le volant du moteur pour le repérage de la position du piston , un capteur de tempéra--ture du fluide de refroidissement, un capteur de tem-(pérature sensible à la température ambiante, un cap--teur de pression sensible à la pression atmospérique ou à la pression de refoulement du compresseur, et autres capteurs .
Il existe à l'heure actuelle de telles centrales élec--troniques , et leur utilisation ne fait pas partie de l'invention .
Le dispositif suivant l'invention peut, par exemple, être conforme aux dispositions suivantes :

1°) On utilise les paramètres suivants, pour agir sur les réglages indiqués :
₂°) Il faut réaliser l'algorythme de fonction--nement qui permet de déterminer l'état des sorties en fonction des entrées
3) La partie microprocesseur , calculateur peut être réalisée sous ses aspects logiciel et ma--tériel par tout homme de l'art.

Le dessin annexé, donnéà à titre d'exemple non limi--t_atif permettra de mieux comprendre les caracté--ristiques de l'invention .

- -Figure 1 est une vue latérale d'un moteur équipé du dispositif d'injection électronique sui--vant l'invention .
-Figure 2 est une vue en section transver↔ -sale II-II ( fig. 3 ) du distributeur rotatif de ce dispositif .
-Figure 3 est une vue en section longitudi--nale III-III ( fig. 2 ) de ce distributeur rota--tif .
- Figures 4 à 6 sont des vues en section longitudinale de J.a vanne à deux tiroirs du dispo--sitif d'injection, illustrant les phases succes--sives du fonctionnement .
- Figure 7 est une vue schématique du,dispo--sitif suivant l'invention

On a représenté sur la figure 1 un moteur équipé du dispositif d'injection électronique suivant l'inven--tion .
Une pompe haute pression 1, capable d'élever la pres--sion du gasoil à environ 1000 bars, est actionnée par le moteur , par exemple à partir d'un branchement au niveau de la plaque de distribution .
Cette pompe 1 reçoit le gasoil par une canalisa--tion 2 provenant du réservoir, par l'intermédiaire des filtres et des pompes d'amorçage habituels dési--gnés globalement par la référence 3 .La pompe 1 alimente directement les injecteurs en série à d'une rampe 4. Lorsqu'ils ne sont pas commandés,les injecteurs ne débitent pas , car leur aiguille est alimentée en pression par sa face aval au moyen d'une canalisation 5 . Les canalisations5 proviennent d'un distributeur rotatif 6 visible plus particuliè-r -rement sur les figures 2 et 3. Le rotor 11 de ce d distributeur est entraîné à une vitesse qui, dans le cas d'un moteur à quatre temps, est égale à la moitié de la vitesse du vilebrequin. L'ordre de raccordement des canalisations5 aboutissant aux injec--teurs est le même que celui de l'allumage. Comme on peut le voir, un orifice 8 aménagé dans le rotorll alimente un canal axial 9 qui, par l'intermédiaire d'une gorge circulaire et d'une canalisation 7,relie le distributeur à la vanne à double tiroir 10. A l'approche du temps d'allumage d'un cylindre donné, le distributeur rotatif 6 relie l'injecteur corres--pondant à une vanne à deux tiroirs du type de celle qui est représentée sur la figure 4.
Tant que cette vanne reste fermée, c'est-à-dire tant que ses deux tiroirs 12 et 13 sont au repos, rien ne se trouve modifié . Au moment précis où une injec--tion doit se produire, le tiroir 12 se déplace vers la gauche ( Fig.5 ) sous l'effet d'une pression hydraulique de commande en provenance d'une électro-vanne pilotée par un calculateur électronique sur le fonctionnement duquel on reviendra plus loin. Dans sa nouvelle position, le tiroir 12 met la cana--lisation 5 de l'injecteur correspondant à la vi--dange . Il s'ensuit en aval de l'aiguille d^tinjec--tion correspondante, une chute de pression qui pro--voque le déplacement de l'aiguille et le début d'injection .
L'injection ainsi amorcée se poursuit jusqu'au mo--ment où le tiroirI₃ se déplace vers la droite(fig6) sous l'effet d'une pression hydraulique délivrée par : une électro-vanne pilotée par le calculateur é_lec- tronique précité . Le déplacement du tiroir 13 ré--tablit la pression dans la canalisation 5 de l'injec--teur correspondant, si bien que la face aval de l'ai--guille d'injecteur se trouve soumise à une pression qui la rappelle en position de fermeture d'injecteur: c'est la fin de l'injection .
Les tiroirs 12 et 13 restent alors dans leur nouvelle position , pour ne reprendre leur position initiale, qu'après avoir commandé une autre injection pour un autre cylindre . Ainsi ces tiroirs n'effectuent ja--mais un aller -retour pendant une seule injection, mais seulement un unique mouvement aller, ou un unique mouvement retour . Ceci autorise des fréquences rapides de fonctionnement, et une bonne précision .
Le branchement du calculateur électronique dont il a été question plus haut est représenté sur la figure 7 . Ce calculateur comporte quatre bornes d'entrée 15 à 18 qui sont reliées à des capteurs classiques pour capter les différentes informations nécessaires au fonction--nement . On prévoit ainsi :

- une borne15 reliée à un capteur de pression sensible à la pression atmosphérique ou à la pression de refoulement du compresseur ou pompe haute pressions
- une borne 16 reliée à un capteur de tempé--rature sensible à la température de l'air ;
- une borne 17 reliée à un capteur de tempé--rature sensible à la température du fluide de refroi--dissement ;
- une borne 18 reliée à un capteur sensible à un ordre du conducteur du véhicule .

Le calculateur 14 comporte en outre quatre bornes de sortie 19,20,21, et 22 . Par l'intermédiaire des bornes 19 et 20, il peut alimenter en électricité les bobines de commandes 23 et 24 d'une micro-électro-vanne 25 qui commande l'alimentation en huile des vérins de commande 31 et 32 du tiroir 13 .
Ainsi , à partir des informations qu'il reçoit par l'intermédiaire des bornes 15 à 18, et en fonction d'un algorythme de fonctionnement prédéterminé, le cal--culateur commande, pour chaque injection, le début d'injection et la durée d'injection .
On a déjà vu qu'à chaque injection les tiroirs12 et13 n'effectuent chacun qu'une course aller ou qu'une course retour . Ainsi, lorsqu'une injection se pro--duit au moyen de courants de commande envoyés par les bornes 19 et 21 dans les bobines 23 et 28 pour actionner les vérins 27 et 32 et déplaçer l'un après l'autre les tiroirs 12 et 13 dans le sens des flèches numérotées 33, l'injection suivante se produit à partir de courants de commande qui proviennent des bornes 20 et 22 pour engendrer par le même enchai--nement, un déplacement inverse des tiroirsI2 et13.

Claims

1. Dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne dans lequel le carburant est mis sous pression, par exemple à une pression d'en--viron 1000 bars, par une pompe hydraulique, et com--portant des injecteurs à aiguilles alimentés à par--tir d'un distributeur et d'un système de tiroir d'alimentation , caractérisé en ce que, les injecteurs restant normalement fermés par application de la haute pression d'alimentation de part et d'autre de l'ai--guille, le dispositif comprend :

- un premier tiroir capable, en passant d'une position extrême à l'autre, d'effectuer une inter--ruption de pression avec mise à la vidange sur le côté aval de l'aiguille, pour provoquer l'ouverture de l'in--jecteur correspondant et définir ainsi le début de l'injection ;

- un deuxième tiroir capable, en passant d'une position extrême à l'autre, de rétablir la pression sur le côté aval de l'aiguille, pour provoquer la ferme--ture de l'injecteur correspondant et définir ainsi la durée de l'injection , et le débit injecté ; les tiroirs restant, en fin d'injection, dans les posi--tions qu'ils viennent de prendre pour ne retrouver leurs positions initiales qu'à l'issue de l'injection suivante .

2. Dispositif d'injection suivant la revendi--cation 1, caractérisé en ce que les tiroirs sont ac--tionnés par l'intermédiaire d'une commande hydrau--lique .

3. Dispositif d'injection suivant la reven--dication 1 , caractérisé en ce que les tiroirs sont actionnés par l'intermédiaire d'une commande électro--mécanique .

4. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications précédentes carac--térisé par l'absende de tout ressort de rappel pour assurer les déplacements des tiroirs .

5. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ordres d'ouverture et de fermeture d'injecteur sont sous la dépendance d'un calculateur dont les paramètres d'entrée représentent les condi--tions de fonctionnement ou les ordres reçus du con--ducteur, et dont les sorties sont définies à partir de ces entrées au moyen d'un algorythme convenable assurant le fonctionnement du calculateur .