EP1426610B1 - Dispositif d'amortissement des ondes de pression pour système d'injection de carburant - Google Patents

Dispositif d'amortissement des ondes de pression pour système d'injection de carburant Download PDF

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EP1426610B1
EP1426610B1 EP03293029A EP03293029A EP1426610B1 EP 1426610 B1 EP1426610 B1 EP 1426610B1 EP 03293029 A EP03293029 A EP 03293029A EP 03293029 A EP03293029 A EP 03293029A EP 1426610 B1 EP1426610 B1 EP 1426610B1
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Renault SAS
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
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    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
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    • F02M55/025—Common rails
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    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/31—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
    • F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection system under pressure for an internal combustion engine.
  • the invention relates to a fuel injection system comprising a common fuel distribution rail (the "common rail"), this distribution ramp being on the one hand connected to a high pressure pump and on the other hand to a plurality of fuel injectors, each of them cooperating with an associated combustion chamber.
  • a common fuel distribution rail the "common rail”
  • this distribution ramp being on the one hand connected to a high pressure pump and on the other hand to a plurality of fuel injectors, each of them cooperating with an associated combustion chamber.
  • the present invention also relates to a pressure wave damping device for equipping such an injection system.
  • a known solution in the state of the art consists in inserting one or more pressure wave damping devices on the injection ducts connected to the injectors of the system, in order to create pressure drops designed to reduce pressure fluctuations. resulting from previously performed injections.
  • valve presents major difficulties insofar as the latter must have a sufficiently low inertia to be able to follow the pressure waves.
  • a device is also faced with a problem of reliability not negligible, due to the strong mechanical stress experienced by the check valve, whose risk of rupture of the spring due to fatigue remain considerable.
  • a supply device which comprises a pressure wave damper in the form of a valve having a movable disk pushed by a spring to a closed position to damp the pressure waves.
  • a device that operates according to the same general principle is described in the document DE-A-4131501 .
  • A-2761114 discloses a device for damping fuel pressure waves reflected in a fuel injection system.
  • This device comprises flaps movable under the action of the fuel, the shutter being in the form of a diaphragm.
  • the object of the present invention is to propose a device for damping pressure waves having a satisfactory efficiency in terms of weakening of the interactions occurring between successive injections, while generating only small losses in engine performance.
  • the invention provides a pressure wave damping device intended to equip a fuel injection system for an internal combustion engine, with a common fuel distribution rail, said device comprising restriction means able to generate losses of fuel.
  • the restriction means are made such that the pressure losses caused by the flow of fuel through these restriction means towards the pump high pressure are greater than the pressure losses caused by the flow of fuel through these same restriction means towards at least one of the injectors of the injection system, the restriction means comprise at least one asymmetric nozzle through which is capable of flowing fuel, each asymmetrical nozzle having first and second separate profiles by a cylindrical junction zone of small section, the first and second profiles being disposed respectively on the high pressure pump side and injector side of the injection system, the first profile being of conical shape, and the second profile, side injection system, being of straight cylindrical shape.
  • the design of the device according to the invention makes it possible to generate different pressure losses depending on the direction of flow of the fuel in the injection system, these pressure losses being lower when fuel injection phases to expel the fuel in the direction of a system injector.
  • the invention furthermore relates to a fuel injection system under pressure for internal combustion engine, to a common fuel distribution rail, comprising a plurality of injectors.
  • the system further comprises at least one pressure wave damping device such as that also object of the present invention and described above.
  • FIG. 1 With reference to the figure 1 , there is shown a device 114 for damping pressure waves, according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • the device 114 can take place substantially at the same locations as those occupied by the damping devices of the prior art, namely on the injection ducts, near the common distribution manifold and its outlets.
  • the damping device 114 can also be arranged and adapted to directly equip one of the outlet orifices of the common distribution manifold, the inlet orifice of this same common rail, the supply duct, or the outlet of the high pressure pump.
  • the device can be disposed downstream and / or upstream of the common rail of the injection system.
  • the damping device 114 is interposed between two sections 16a and 16b of an injection pipe, the device 114 being for example assembled by welding to these various sections 16a and 16b of similar inner section.
  • the pressure wave damping device 114 comprises restriction means in the form of at least one asymmetric nozzle 116, and preferably only one.
  • This asymmetrical nozzle 116 comprises a first profile 118 and a second profile 120, the latter being separated by a junction zone 122 of small section.
  • the first and second profiles 118 and 120 are arranged to be respectively in contact with the upper and lower sections 16a and 16b.
  • the first profile 118 is of conical shape, while the second profile 120 is of straight cylindrical shape.
  • the straight form of the conventional bore type second profile 120 has an inner section substantially identical to the inner section of the lower section 16b, and much greater than the section of the junction area 122.
  • the conical shape of the first profile 118 is formed so that the widest portion of the cone is in contact with the upper section 16a, and so that the narrowest portion of the cone is in contact with the junction zone 122.
  • the widest portion of the cone has a section substantially identical to the inner section. of the upper portion 16a, and the narrowest portion of the cone has a substantially identical section to the section of the junction zone 122, the latter taking for example the shape of a single bore.
  • the pressure losses caused by the flow of the fuel through the nozzle 116 in the direction represented by the arrow A are greater than the pressure losses caused by the flow of the fuel through this same nozzle 116 in the direction represented by the arrow B.
  • the asymmetric nozzle 116 proposed, easily produced in one piece by machining, provides a satisfactory efficiency in terms of weakening of the interactions occurring between successive injections of fuel, in the sense that the pressure drops observed during the flow of fuel in the direction represented by the arrow A may be relatively large.
  • the nozzle 116 generates only very small losses in engine performance, insofar as the pressure drops observed during the flow of the fuel in the direction represented by the arrow B may be sufficiently low to limit considerably high pressure injection flow losses.
  • first and second profile 118,120 and the junction zone 122 of the asymmetrical nozzle 116 can be adapted according to the various desired pressure drops.
  • the invention relates to a fuel injection system for an internal combustion engine, such as that described in the prior art part, the system being equipped with one or more devices for damping pressure waves. each of these damping devices taking the form of any of the preferred embodiments presented above.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention se rapporte à un système d'injection de carburant sous pression pour un moteur à combustion interne.
  • Plus précisément, l'invention se rapporte à un système d'injection de carburant comprenant une rampe commune de distribution de carburant (de l'anglais « common rail »), cette rampe de distribution étant d'une part reliée à une pompe haute pression, et d'autre part à une pluralité d'injecteurs de carburant, chacun d'entre eux coopérant avec une chambre de combustion associée.
  • Par ailleurs, la présente invention concerne également un dispositif d'amortissement des ondes de pression destiné à équiper un tel système d'injection.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
  • Lors de la mise en oeuvre d'un système d'injection à rampe commune de distribution, un problème bien connu de l'art antérieur concerne l'apparition d'ondes de pression dans le circuit de carburant haute pression, celles-ci étant responsables d'interactions extrêmement néfastes entre les diverses> injections se traduisant directement par une mauvaise maîtrise de la quantité de carburant introduite dans la chambre de combustion associée à l'injecteur. En raison de la présence d'un tel inconvénient, la mise au point des moteurs pendant la phase de développement est difficilement réalisable, et le comportement de ces derniers est susceptible d'évoluer au cours temps.
  • Une solution connue dans l'état de la technique consiste à insérer un ou plusieurs dispositifs d'amortissement des ondes de pression sur les conduits d'injection reliés aux injecteurs du système, afin de créer des pertes de charge destinées à réduire les fluctuations de pression résultant des injections antérieurement réalisées.
  • Cette technique d'amortissement des ondes de pression par pertes de charge est notamment décrite dans le document FR-A-2 818 732 .
  • Bien que cette solution réponde de manière relativement satisfaisante aux besoins spécifiques des systèmes d'injection à rampe commune de distribution de carburant, elle présente néanmoins certains inconvénients.
  • En effet, le dimensionnement du clapet présente des difficultés majeures dans la mesure où ce dernier doit disposer d'une inertie suffisamment faible afin de pouvoir suivre les ondes de pression. De plus, un tel dispositif est également confronté à un problème de fiabilité non-négligeable, en raison de la forte sollicitation mécanique subit par le clapet anti-retour, dont les risques de rupture du ressort dus à la fatigue restent considérables.
  • Dans le document WO 02/01064 un dispositif d'alimentation est proposé qui comporte un amortisseur d'ondes de pression sous forme d'une vanne ayant un disque mobile poussé par un ressort vers une position de fermeture pour amortir les ondes de pressions. Un dispositif qui fonctionne selon le même principe général est décrit dans le document DE-A-4131501 .
  • Dans le document fr- A-2761114 décrit un dispositif d'amortissement des ondes de pression de carburant réfléchies dans un système d'injection de carburant. Ce dispositif comporte des volets déplaçables sous l'action du carburant, les volet étant sous forme d'un diaphragme.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • La présente invention a pour but de proposer un dispositif d'amortissement des ondes de pression présentant une efficacité satisfaisante en termes d'affaiblissement des interactions survenant entre des injections successives, tout en n'engendrant que de faibles pertes de performances du moteur.
  • L'invention fournit un dispositif d'amortissement des ondes de pression destiné à équiper un système d'injection de carburant pour moteur à combustion interne, à rampe commune de distribution de carburant, ledit dispositif comprenant des moyens de restriction aptes à engendrer des pertes de charge dans le système d'injection lorsqu'ils sont traverses par le carburant en écoulement, les moyens de restriction sont réalisés de telle sorte que les pertes de charge provoquées par l'écoulement du carburant à travers ces moyens de restriction en direction de la pompe haute pression sont supérieures aux pertes de charge provoquées par l'écoulement du carburant à travers ces mêmes moyens de restriction en direction d'au moins un des injecteurs du système d'injection, les moyens de restriction comprennent au moins un gicleur dissymétrique à travers lequel est apte à s'écouler le carburant, chaque gicleur dissymétrique comportant un premier et un second profils séparés par une zone de jonction cylindrique de faible section, les premier et second profils étant disposés respectivement côté pompe haute pression et côté injecteur du système d'injection, le premier profil étant de forme conique, et le second profil, côte système d'injection, étant de forme cylindrique droite.
  • Avantageusement, la conception du dispositif selon l'invention, et plus spécifiquement de ses moyens de restriction, permet de générer des pertes de charge différentes suivant le sens d'écoulement du carburant dans le système d'injection, ces pertes de charge étant inférieures lors des phases d'injection de carburant visant à expulser ce dernier en direction d'un injecteur du système.
  • L'invention a en outre pour objet un système d'injection de carburant sous pression pour moteur à combustion interne, à une rampe commune de distribution de carburant, comprenant une pluralité d'injecteurs. Selon l'invention, le système comprend en outre au moins un dispositif d'amortissement des ondes de pression tel que celui également objet de la présente invention et décrit ci-dessus.
  • D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
    • BRÈVE DESCRIPTION DU DESSIN:
  • Cette description sera faite au regard du dessin annexé:
    • la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un dispositif d'amortissement des ondes, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention,
    EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
  • En référence à la figure 1, il est représenté un dispositif d'amortissement 114 des ondes de pression, selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention.
  • Le dispositif 114 peut prendre place sensiblement aux mêmes emplacements que ceux occupés par les dispositifs d'amortissement de l'art antérieur, à savoir sur les conduits d'injection, à proximité de la rampe commune de distribution et de ses orifices de sortie.
  • Bien entendu, le dispositif d'amortissement 114 peut également être agencé et adapté afin d'équiper directement un des orifices de sortie de la rampe commune de distribution, l'orifice d'entrée de cette même rampe commune, le conduit d'alimentation, ou encore l'orifice de sortie de la pompe haute pression. En d'autres termes, le dispositif peut être disposé en aval et/ou en amont de la rampe commune du système d'injection.
  • Le dispositif d'amortissement 114 est interposé entre deux tronçons 16a et 16b d'un conduit d'injection, le dispositif 114 étant par exemple assemblé par soudage à ces divers tronçons 16a et 16b de section intérieure similaire.
  • Dans ce premier mode de réalisation préféré de la présente invention, le dispositif d'amortissement 114 des ondes de pression comprend des moyens de restriction prenant la forme d'au moins un gicleur dissymétrique 116, et de préférence un seul. Ce gicleur dissymétrique 116 comporte un premier profil 118 et un second profil 120, ces derniers étant séparés par une zone de jonction 122 de faible section. Comme on peut l'apercevoir sur la figure 1, les premier et second profils 118 et 120 sont disposés de manière à être respectivement en contact avec les tronçons supérieur et inférieur 16a et 16b.
  • De préférence, le premier profil 118 est de forme conique, tandis que le second profil 120 est de forme cylindrique droite. De plus, on peut prévoir que la forme droite du type alésage classique du second profil 120 dispose d'une section intérieure sensiblement identique à la section intérieure du tronçon inférieur 16b, et largement supérieure à la section de la zone de jonction 122. Par ailleurs, la forme conique du premier profil 118 est réalisée de sorte que la portion la plus large du cône se situe en contact avec le tronçon supérieur 16a, et de sorte que la portion la plus étroite du cône se situe en contact de la zone de jonction 122. En outre, dans ce premier mode réalisation préféré de la présente invention, la portion la plus large du cône dispose d'une section sensiblement identique à la section intérieure du tronçon supérieur 16a, et la portion la plus étroite du cône dispose d'une section sensiblement identique à la section de la zone de jonction 122, celle-ci prenant par exemple la forme d'un simple alésage.
  • Ainsi, lorsque le carburant s'écoule à travers le gicleur 116 en direction de la pompe haute pression du système d'injection (flèche A), il subit des pertes de charge dues à la rupture nette de section entre le second profil 120 et la zone de jonction 122. Comme ceci est visible sur la figure 1, la rupture de section est matérialisée par une surface 124 plane et annulaire, perpendiculaire à un axe principal longitudinal 126 du dispositif d'amortissement 114.
  • D'autre part, lorsque le carburant s'écoule à travers le gicleur 116 en direction d'un injecteur du système d'injection (flèche B), il subit des pertes de charge dues à la rupture progressive de section s'opérant tout le long du premier profil 118, de forme conique.
  • En raison de la dissymétrie pratiquée sur le gicleur 116, les pertes de charge provoquées par l'écoulement du carburant à travers ce gicleur 116 dans la direction représentée par la flèche A sont supérieures aux pertes de charge provoquées par l'écoulement du carburant à travers ce même gicleur 116 dans la direction représentée par la flèche B.
  • De cette façon, le gicleur dissymétrique 116 proposé, facilement réalisable d'une seul pièce par usinage, procure une efficacité satisfaisante en termes d'affaiblissement des interactions survenant entre des injections successives de carburant, dans le sens où les pertes de charge observées lors de l'écoulement du carburant dans la direction représentée par la flèche A peuvent être relativement importantes. En outre, le gicleur 116 n'engendre que de très faibles pertes de performances du moteur, dans la mesure où les pertes de charge observées lors de l'écoulement du carburant dans la direction représentée par la flèche B peuvent être suffisamment faibles pour limiter considérablement les pertes de débit d'injection à haute pression.
  • Naturellement, les dimensions et la forme particulière des premier et second profil 118,120 et de la zone de jonction 122 du gicleur dissymétrique 116, peuvent être adaptées en fonction des diverses pertes de charge désirées.
  • En outre, l'invention concerne un système d'injection de carburant pour moteur à combustion interne, tel que celui décrit dans la partie état de la technique antérieure, le système étant équipé d'un ou plusieurs dispositifs d'amortissement des ondes de pression, chacun de ces dispositifs d'amortissement prenant la forme de l'un quelconque des modes de réalisation préférés présentés ci-dessus.

Claims (9)

  1. Dispositif d'amortissement (114,214,314) des ondes de pression d'un système d'injection de carburant pour moteur à combustion interne, à rampe commune de distribution de carburant, ledit dispositif comprenant des moyens de restriction aptes à engendrer des pertes de charge dans le système d'injection lorsqu'ils sont traversés par le carburant en écoulement, les moyens de restriction étant réalisés de telle sorte que les pertes de charge provoquées par l'écoulement du carburant à travers ces moyens de restriction en direction de la pompe haute pression sont supérieures aux pertes de charge provoquées par l'écoulement du carburant à travers ces mêmes moyens de restriction en direction d'au moins un des injecteurs du système d'injection, les moyens de restriction comprennent au moins un gicleur dissymétrique (116) à travers lequel est apte à s'écouler le carburant, chaque gicleur dissymétrique (116) comportant un premier (118) et un second profils (120) séparés par une zone de jonction cylindrique (122) de faible section, les premier et second profils (118,120) étant disposés respectivement côté pompe haute pression et côté injecteur du système d'injection, le premier profil (118) étant de forme conique, caractérisé en et en ce que le second profil (120), côté système d'injection, est de forme cylindrique droite.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une rupture de section entre le second profil (120) et la zone de jonction (122) est matérialisée par une surface (124) plane et annulaire, perpendiculaire à l'axe principal longitudinal (126) du dispositif d'amortissement (114).
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le gicleur (116) est realisé en une seule pièce.
  4. Système d'injection de carburant sous pression pour moteur à combustion interne, à rampe commune de distribution de carburant, comprenant une pluralité d'injecteurs, ledit système est caractérisé en qu'il comporte en outre au moins un dispositif d'amortissement (114) des ondes de pression, chaque dispositif d'amortissement selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  5. Système d'injection de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif d'amortissement (114) des ondes de pression est disposé en aval de la rampe commune de distribution de carburant.
  6. Système d'injection de carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un dispositif d'amortissement équipe directement un des orifices de sortie de la rampe commune de distribution.
  7. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif d'amortissement (114) des ondes de pression est disposé en amont de la rampe commune de distribution de carburant.
  8. Système d'injection de carburant selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un dispositif d'amortissement équipe directement un des orifices d'entrée de la rampe commune de distribution , le conduit d'alimentation ou l'orifice de sortie de la pompe haute pression.
  9. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 caractérisé en ce qu'au moins un dipositif d'amortissement (114) est interposé entre deux tronçons (16a, 16b) d'un conduit d'injection, ledit dipositif (114) étant assemblé par soudage aux tronçons (16a, 16b).
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