EP1614894A1 - Dispositif d'injection a rampe commune avec amortissement des ondes de pression - Google Patents

Dispositif d'injection a rampe commune avec amortissement des ondes de pression Download PDF

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EP1614894A1 EP05300559A EP05300559A EP1614894A1 EP 1614894 A1 EP1614894 A1 EP 1614894A1 EP 05300559 A EP05300559 A EP 05300559A EP 05300559 A EP05300559 A EP 05300559A EP 1614894 A1 EP1614894 A1 EP 1614894A1
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/40—Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator

Definitions

  • the present invention relates to a common-rail injection device for a motor vehicle engine, with a system for damping pressure waves in a hydraulic circuit.
  • the subject of the invention is a common-rail fuel injection system for a heat engine comprising an injector connected by a supply tube to a common rail, a hydraulic circuit extending from the common rail. to an orifice of the injector, through the feed tube.
  • the injection system further comprises a first chamber in communication with the hydraulic circuit via a first non-return valve passing in the direction from the first chamber, and a second chamber in communication with the hydraulic circuit. via a second non-return valve passing in the direction towards the second chamber, the two chambers being in communication with each other via a balancing duct.
  • the chambers thus constitute, because of the compressibility of the fuel, fuel reserves under pressure.
  • the pressure in the hydraulic circuit drops. This decrease is offset by the fuel stored in the first chamber, which can supply the hydraulic circuit through the first check valve.
  • the pressure drop generated thus has a decreased amplitude.
  • the first check valve closes and the second check valve opens to let fuel into the second chamber, which further decreases the amplitude of the pressure rise.
  • the balancing pipe balances the pressures in the chambers before the next injection. Thanks to the system according to the invention, the pressure oscillations in the hydraulic circuit are damped more rapidly without creating pressure drops in the supply of the injector.
  • the chambers are connected as close as possible to the fuel injection orifice.
  • the fuel exchanges are thus closer to the source of the fuel. pressure oscillations, which limits the pressure variations in the rest of the hydraulic circuit.
  • the chambers have a volume of between 200 and 600 mm 3 .
  • the inventor has found that this volume is optimal for most current injectors, the chambers being large enough to have a compression or expansion of the fuel capacity, and small enough to be integrated near the injection port.
  • the balancing duct has for example a diameter of 50 microns. This diameter is adapted to balance the pressures in the chambers between two injections. The diameter can be increased if there are elastic walls for the chambers.
  • At least one of the walls of at least one of the chambers is elastic.
  • the compressibility of the fuel is seconded by the elastic variation of the volume of the chamber.
  • the volume of the chamber can be reduced by keeping the same efficiency of fueling or capture.
  • the injection system according to the invention is for example a common rail system for a Diesel engine fueled with diesel fuel.
  • a common rail 10 fed with fuel under pressure, an injector 11 per cylinder of the engine, or four injectors 11 in the example shown.
  • Each injector 11 is connected to the common rail 10 by a feed tube 12.
  • a hydraulic circuit extends from the common rail 10 to an injection port 13 at the end of the injector 11 through the feed tube 12 for channeling the fuel to be injected into a cylinder, not shown.
  • FIGS 2 to 4 detail one of the injectors 11.
  • the feed tube not shown in these figures, is connected against an end face 14 of the injector 11.
  • An internal channel 15 extends from the face end 14 to the injection port 13, through a distributor 16, to form a part of the hydraulic circuit.
  • a needle not shown, makes it possible to close or open on command the hydraulic circuit downstream of the distributor 16.
  • the injector 11 comprises a first chamber 17 in communication with the distributor 16 by means of a first non-return valve 18 passing in the direction towards the first chamber 17, and a second chamber 19 communication with the distributor 16 via a second non-return valve 20 passing in the direction from the second chamber 19.
  • the two chambers 17, 19 are in communication with each other via a balancing duct 21 whose diameter is 50 ⁇ m.
  • Each non-return valve comprises a ball 22 held in abutment against a frustoconical seat 23 by a spring 24.
  • FIG 5 shows the evolution over time of the pressures in different parts of the hydraulic circuit.
  • the curve 30 represents the pressure in the distributor 16 in the absence of the chambers, while the curve 31 represents the pressure in the distributor in the presence of the chambers 17, 19.
  • the curve 32 represents the pressure in the first chamber 17 and curve 33 represents the pressure in the second chamber 19.
  • the common rail 10 When the hydraulic circuit is closed, and the common rail 10 is supplied with fuel under pressure, for example at 1000 bar, the same pressure prevails throughout the hydraulic circuit and in the chambers 17, 19.
  • the pressure drops in the hydraulic circuit, and in particular in the distributor 16, as shown by the curves 30 and 31 of FIG. Differential then exists between the chambers 17, 19 and the distributor 16.
  • the first non-return valve 18 then opens to let fuel in reserve in the first chamber 17 to the distributor 16, which partially compensates for the pressure drop. in dispatcher 16. This is shown by the level of the cusp 300 of the curve 30, which is less than the cusp point 310 of the curve 31.
  • the first non-return valve 18 closes. Then when the pressure in the distributor 16 rises above the pressure level in the second chamber 19, the second non-return valve 20 opens to accept fuel and thus limit the pressure rise in the distributor 16, and therefore in the hydraulic circuit, as shown by the level of the cusp point 311 of the curve 31. After the closing of the first non-return valve 18, the pressure in the first chamber 17 tends to gradually return towards the level of the pressure in the second chamber 19, by the passage of fuel through the balancing duct 21.
  • the second non-return valve 20 opens when the pressure in the distributor 16 exceeds that in the second chamber 19 and closes during the pressure drop.
  • the second valve 20 is closed, the pressure in the second chamber drops due to the passage of fuel to the first chamber 17 via the balancing duct 21.
  • the invention is not limited to the example which has just been described by way of example.
  • the invention also applies to an engine operating with another fuel.
  • the chambers may be placed at another point in the hydraulic circuit, between the common rail 10 and the injection port 13.
  • the balancing duct may be made by a larger duct, but with a calibrated restriction such that a diaphragm or Venturi.

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Abstract

Un système d'injection de carburant à rampe commune pour moteur thermique comporte un injecteur (11) relié par un tube d'alimentation (12) à une rampe commune (10), un circuit hydraulique s'étendant de la rampe commune (10) jusqu'à un orifice de l'injecteur (13), en passant par le tube d'alimentation (12). Le système comporte en outre une première chambre (17) en communication avec le circuit hydraulique (16) par l'intermédiaire d'un premier clapet anti-retour (18) passant dans le sens vers la première chambre (17), et une deuxième chambre (19) en communication avec le circuit hydraulique (16) par l'intermédiaire d'un deuxième clapet anti-retour (20) passant dans le sens en provenance de la deuxième chambre (18), les deux chambres (17, 19) étant en communication entre elles par un conduit d'équilibrage (21).

Description

  • La présente invention se rapporte à un dispositif d'injection à rampe commune pour moteur de véhicule automobile, avec un système d'amortissement des ondes de pression dans un circuit hydraulique.
  • Dans les systèmes d'injection dits "common rail" ou "à rampe commune" (diesel, essence ou tout autre carburant), chaque injection engendre, dans le circuit de carburant haute pression, des ondes de pression responsables d'interactions entre les injections. Ces interactions se traduisent par une mauvaise maîtrise de la quantité de carburant introduite dans le cylindre, rendant ainsi très difficile la mise en point des moteurs pendant les phases de développement, et engendrant des évolutions de leur comportement pendant la durée de vie du moteur.
  • Ce problème est de plus en plus critique avec l'apparition des injections multiples autorisées par les nouveaux systèmes d'injection, consistant à découper une injection en plusieurs injections plus petites.
  • Il est proposé dans le document EP 1 217 202 d'inclure dans le circuit d'alimentation d'un injecteur un étrangleur créant une perte de charge dans le débit de carburant. Cette perte de charge permet d'amortir les oscillations de pression au niveau de l'injecteur, et donc d'avoir une pression plus proche de la pression d'alimentation plus rapidement après une première injection.
  • Cependant, l'ajout d'une restriction dans le circuit hydraulique limite la pression effectivement disponible à l'injecteur, en particulier pour les forts débits.
  • C'est donc un objectif de l'invention de proposer un dispositif d'amortissement des oscillations de pression d'alimentation en carburant d'un injecteur, sans limiter pour autant ladite pression, même pour les hauts débits.
  • Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un système d'injection de carburant à rampe commune pour moteur thermique comportant un injecteur relié par un tube d'alimentation à une rampe commune, un circuit hydraulique s'étendant de la rampe commune jusqu'à un orifice de l'injecteur, en passant par le tube d'alimentation. Le système d'injection comporte en outre une première chambre en communication avec le circuit hydraulique par l'intermédiaire d'un premier clapet anti-retour passant dans le sens en provenance de la première chambre, et une deuxième chambre en communication avec le circuit hydraulique par l'intermédiaire d'un deuxième clapet anti-retour passant dans le sens vers la deuxième chambre, les deux chambres étant en communication entre elles par un conduit d'équilibrage.
  • Les chambres constituent ainsi, du fait de la compressibilité du carburant, des réserves de carburant sous pression. Lors de l'ouverture de l'injecteur, la pression dans le circuit hydraulique baisse. Cette baisse est compensée par le carburant en réserve dans la première chambre, et qui peut alimenter le circuit hydraulique à travers le premier clapet anti-retour. La baisse de pression générée a ainsi une amplitude diminuée.
  • Lorsque la pression dans le circuit hydraulique remonte, le premier clapet anti-retour se ferme et le deuxième clapet anti-retour s'ouvre pour laisser pénétrer du carburant dans la deuxième chambre, ce qui diminue encore l'amplitude de la remontée de pression. Le conduit d'équilibrage permet d'équilibrer les pressions dans les chambres avant l'injection suivante. Grâce au système selon l'invention, les oscillations de pression dans le circuit hydraulique sont amorties plus rapidement sans créer de pertes de charge dans l'alimentation de l'injecteur.
  • De manière avantageuse, les chambres sont connectées au plus près de l'orifice d'injection du carburant. Les échanges de carburant se font ainsi au plus près de la source des oscillations de pression, ce qui limite les variations de pression dans le reste du circuit hydraulique.
  • De préférence, les chambres ont un volume compris entre 200 et 600 mm3. L'inventeur a constaté que ce volume était optimal pour la plupart des injecteurs actuels, les chambres étant suffisamment grandes pour avoir une capacité de compression ou de détente du carburant, et suffisamment petites pour être intégrées à proximité de l'orifice d'injection.
  • Le conduit d'équilibrage a par exemple un diamètre de 50 µm. Ce diamètre est adapté pour équilibrer les pressions dans les chambres entre deux injections. Le diamètre peut être augmenté en cas de présence de parois élastiques pour les chambres.
  • Selon un perfectionnement, au moins l'une des parois d'au moins l'une des chambres est élastique. Dans ce cas, la compressibilité du carburant est secondée par la variation élastique du volume de la chambre. Le volume de la chambre peut être réduit en gardant la même efficacité d'alimentation ou de capture en carburant.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels :
    • la figure 1 est une vue schématique d'un système d'injection conforme à l'invention ;
    • la figure 2 est une vue d'un injecteur de la figure 1 en coupe longitudinale selon la ligne II-II de la figure 3 ;
    • la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 ;
    • la figure 4 est une vue du détail IV de la figure 3 ;
    • la figure 5 est un diagramme temporel d'évolution de la pression du carburant en différents endroits de l'injecteur de la figure 2.
  • Le système d'injection selon l'invention, tel que représenté sur la figure 1, est par exemple un système à rampe commune pour un moteur Diesel alimenté en gazole. Un tel système comporte une rampe commune 10 alimentée en carburant sous pression, un injecteur 11 par cylindre du moteur, soit quatre injecteurs 11 dans l'exemple représenté. Chaque injecteur 11 est relié à la rampe commune 10 par un tube d'alimentation 12. Un circuit hydraulique s'étend depuis la rampe commune 10 jusqu'à un orifice d'injection 13 à l'extrémité de l'injecteur 11 en passant par le tube d'alimentation 12 pour canaliser le carburant à injecter dans un cylindre, non représenté.
  • Les figures 2 à 4 détaillent l'un des injecteurs 11. Le tube d'alimentation, non représenté sur ces figures, est connecté contre une face d'extrémité 14 de l'injecteur 11. Un canal interne 15 s'étend depuis la face d'extrémité 14 vers l'orifice d'injection 13, en passant par un répartiteur 16, pour former une partie du circuit hydraulique. Une aiguille, non représentée, permet de fermer ou ouvrir sur commande le circuit hydraulique en aval du répartiteur 16.
  • Conformément à l'invention, l'injecteur 11 comporte une première chambre 17 en communication avec le répartiteur 16 par l'intermédiaire d'un premier clapet anti-retour 18 passant dans le sens vers la première chambre 17, et une deuxième chambre 19 en communication avec le répartiteur 16 par l'intermédiaire d'un deuxième clapet anti-retour 20 passant dans le sens en provenance de la deuxième chambre 19. Les deux chambres 17, 19 sont en communication entre elles par un conduit d'équilibrage 21 dont le diamètre est de 50 µm. Chaque clapet anti-retour comporte une bille 22 maintenue en appui contre un siège 23 tronconique par un ressort 24.
  • La figure 5 montre l'évolution au cours du temps des pressions en différents endroits du circuit hydraulique. La courbe 30 représente la pression dans le répartiteur 16 en l'absence des chambres, tandis que la courbe 31 représente la pression dans le répartiteur en présence des chambres 17, 19. La courbe 32 représente la pression dans la première chambre 17 et courbe 33 représente la pression dans la deuxième chambre 19.
  • Lorsque le circuit hydraulique est fermé, et que la rampe commune 10 est alimentée en carburant sous pression, par exemple à 1000 bars, la même pression règne partout dans le circuit hydraulique et dans les chambres 17, 19. Au moment de l'injection, c'est-à-dire de l'ouverture du circuit hydraulique par l'aiguille, la pression chute dans le circuit hydraulique, et en particulier dans le répartiteur 16, comme le montre les courbes 30 et 31 de la figure 5. Une pression différentielle existe alors entre les chambres 17, 19 et le répartiteur 16. Le premier clapet anti-retour 18 s'ouvre alors pour laisser passer du carburant en réserve dans la première chambre 17 vers le répartiteur 16, ce qui compense partiellement la chute de pression dans le répartiteur 16. Ceci est montré par le niveau du point de rebroussement 300 de la courbe 30, qui est inférieur au niveau du point de rebroussement 310 de la courbe 31.
  • Quand la pression remonte dans le répartiteur 16, au-delà du niveau de pression dans la première chambre 17, le premier clapet anti-retour 18 se referme. Puis lorsque la pression dans le répartiteur 16 remonte au-delà du niveau de pression dans la deuxième chambre 19, le deuxième clapet anti-retour 20 s'ouvre pour accepter du carburant et limiter ainsi la remontée de pression dans le répartiteur 16, et donc dans le circuit hydraulique, comme le montre le niveau du point de rebroussement 311 de la courbe 31. Après la fermeture du premier clapet anti-retour 18, la pression dans la première chambre 17 tend à revenir progressivement vers le niveau de la pression dans la deuxième chambre 19, par le passage de carburant à travers le conduit d'équilibrage 21.
  • Lors des oscillations suivantes de pression, le deuxième clapet anti-retour 20 s'ouvre lorsque la pression dans le répartiteur 16 excède celle dans la deuxième chambre 19 et se referme lors de la baisse de pression. Lorsque le deuxième clapet 20 est fermé, la pression dans la deuxième chambre baisse du fait du passage de carburant vers la première chambre 17 par le conduit d'équilibrage 21.
  • L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit à titre d'exemple. L'invention s'applique aussi à un moteur fonctionnant avec un autre carburant. Les chambres peuvent être placées à un autre endroit du circuit hydraulique, entre la rampe commune 10 et l'orifice d'injection 13. Le conduit d'équilibrage peut être réalisé par un conduit plus grand, mais avec une restriction calibrée telle qu'un diaphragme ou un Venturi.

Claims (5)

  1. Système d'injection de carburant à rampe commune pour moteur thermique comportant un injecteur (11) relié par un tube d'alimentation (12) à une rampe commune (10), un circuit hydraulique s'étendant de la rampe commune (10) jusqu'à un orifice de l'injecteur (13), en passant par le tube d'alimentation (12), caractérisé en ce que le circuit hydraulique comporte un répartiteur (16), le système comportant en outre une première chambre (17) en communication avec le répartiteur (16) par l'intermédiaire d'un premier clapet anti-retour (18) passant dans le sens vers la première chambre (17), et une deuxième chambre (19) en communication avec le répartiteur (16) par l'intermédiaire d'un deuxième clapet anti-retour (20) passant dans le sens en provenance de la deuxième chambre (18), les deux chambres (17, 19) étant en communication entre elles par un conduit d'équilibrage (21).
  2. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel les chambres (17, 19) sont connectées au plus près de l'orifice d'injection (13) du carburant.
  3. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel les chambres (17, 19) ont un volume compris entre 200 et 600 mm3.
  4. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel le conduit d'équilibrage (21) a un diamètre de 50 µm.
  5. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel au moins l'une des parois d'au moins l'une des chambres (17, 19) est élastique.
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FR2872865B1 (fr) 2009-01-16
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