FR2807476A1 - Procede de fonctionnement d'un moteur a combustion interne diesel equipe d'un systeme d'injection a pompe-conduite- injecteur - Google Patents

Abstract

Il est proposé un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne Diesel, équipé d'un système d'injection de type pompe-conduite-injecteur, permettant de relever le niveau de pression dans la plage de vitesses de rotation moyenne par rapport à une pression d'injection maximale admissible prédéterminée, sans que cette pression d'injection maximale admissible soit dépassée, dans la plage de vitesses de rotation supérieure.

Description

Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne

Diesel équipé d'un système d'injection à pompe-conduite-

iniecteur L'invention concerne un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne de type Diesel avec un système d'injection de type pompe-conduite-injecteur, conçu pour une pression d'injection maximale admissible et pour lequel la pompe respective, individuelle au cylindre, entraînée par une came, pour chaque course de pompe suit, sur la valeur de l'angle de came, une courbe de pression à forme triangulaire, présentant, quant à son débit volume en fonction de la vitesse de rotation, une évolution de la pression qui monte vers l'atteinte d'un point nominal, évolution de la pression susceptible d'être influencée par l'intermédiaire d'une soupape de commande reliée au côté

basse pression.

On connaît par la pratique des moteurs à combustion interne de type Diesel, qui travaillent avec des systèmes d'injection de type pompeconduite-injecteur et qui permettent, par suite de l'association individuelle, à chaque cylindre, chaque fois d'un ensemble d'injection constitué d'une pompe, d'une conduite et d'un injecteur, avec un agencement de la pompe proche de l'injecteur, la pompe étant usuellement entraînée par l'arbre à cames du moteur à combustion interne, d'avoir des tuyauteries courtes, résistant à la pression et, ainsi, à des pressions d'injection très élevées, dépassant de loin la plage supérieure à 1000 bar. Ceci pour une conception pour laquelle, en fonction de la vitesse de rotation, les pressions d'injection maximale se produisent au point de charge de vitesse de rotation nominale/pleine charge, point pour lequel les paramètres de construction, déterminant à cette fin, du système, tels que la vitesse de la came, le diamètre de piston de la pompe et l'aire de la section transversale offerte à l'écoulement de l'injecteur, sont déterminés. Lorsque la vitesse de rotation et les charges moteur diminuent, on atteint des pressions d'injection nettement plus faibles, sachant que, en fonction de la vitesse de rotation, on a une évolution de pression qui, grossièrement, est à forme triangulaire, avec des flanc qui montent de façon plate pour atteindre la pression maximale. Les pompes prévues pour de tels systèmes d'injection à pompe-conduite-injecteur sont connues par le WO 97/01 031 et, dans cette construction de pompes connue, est associée du côté refoulement, à la pompe, une soupape de commande qui permet de déformer la courbe d'évolution de la pression, dans le sens d'une diminution de la pression de pompe, par un procédé d'ouverture envers le côté basse pression. L'invention a comme but d'indiquer un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne Diesel, équipé d'un système d'injection de type pompe-conduite-injecteur, qui permette de réduire les émissions de suie ou de particules du moteur à combustion interne Diesel, en particulier dans les plages de vitesses

de rotation et de charge moyenne et inférieure.

Ce problème est résolu, selon l'invention, par le fait que la pression de refoulement correspondant au point nominal (théorique) de la pompe est supérieure à une pression de refoulement correspondant à une pression d'injection maximale admissible, et en ce que l'allure de la pression, orientée sur le point nominal (théorique), correspondant à ce point nominal, en fonction de la vitesse de rotation, est limitée, en valeur supérieure, à une pression de refoulement correspondant à la pression

d'injection maximale admissible du système.

Selon l'invention, pour cela, l'évolution de la pression, en fonction de la vitesse de rotation, dans les plages de vitesses de rotation et de charge moyenne et inférieure, voit son niveau se relever et, précisément, par le fait que la conception du système se fait pour un point de charge théorique, qui est situé au-dessus du point de charge de pression nominale/pleine charge, avec une pression d'injection maximale admissible afférente, sachant qu'on atteint une courbe d'évolution de pression qui, globalement, est d'un niveau plus élevé, qui est diminuée dans la plage des valeurs critiques, c'est-à-dire pour, ou avant, le dépassement de la pression d'injection maximale admissible, ceci étant effectué par ouverture de la soupape de commande. Grâce à la disposition selon l'invention, on atteint une flexibilité relativement élevée dans la fixation de la courbe d'évolution de la pression, sans devoir intervenir plus amplement dans la partie mécanique du système, du fait que les inconvénients liés en soi à la conception pour un niveau de pression supérieur, également d'un plus grand besoin de puissance, n'ont pas à être pris en compte. Car, dans les plages de vitesses de rotation inférieures, le relèvement de pression est souhaitée et, mécaniquement, n'est pas critique et, dans la plage critique supérieure, grâce à la liaison en court-circuit vers le côté basse pression, la possibilité de relèvement de pression n'est pas utilisée, de sorte que, si l'on fait abstraction des pertes à la pompe, on n'a pas non plus ici

de relèvement du besoin de puissance.

Dans le cadre de l'invention, on peut intervenir au niveau de l'évolution de pression, dans le sens d'une diminution de l'évolution de la pression, déjà avant l'atteinte de la pression d'injection maximale admissible dans le cas o l'on souhaite avoir un relèvement de la courbe d'évolution de la pression, uniquement dans la plage inférieure. D'autres détails et caractéristiques de l'invention sont caractérisés par le fait que: l'évolution de la pression en fonction de la vitesse de rotation, concernant son niveau, est abaissée avant atteinte de la pression de refoulement correspondant à la pression d'injection maximale admissible, l'évolution de la pression est soumise à une diminution de son niveau, en fonction de la vitesse de rotation, après passage de la plage moyenne de vitesses de rotation, - l'évolution de la pression, en fonction de la vitesse de rotation, lors de l'atteinte de la pression de refoulement correspondant à la pression d'injection maximale admissible du système, est limitée à un niveau de pression correspondant à celle-ci, ou bien de valeur inférieure, - l'établissement de la pression, à chaque course de piston, est réduit dans la zone du flanc montant de la courbe de pression, - l'établissement de la pression, à chaque course de piston, est réduit dans la zone de mi-longueur du flanc montant de la courbe de pression, l'établissement de la pression, à chaque course de piston, est réduit dans la zone de sommet de la courbe

de pression.

L'invention va être explicitée en outre ci-après à

l'aide d'un exemple de réalisation.

Dans le dessin: la figure 1 est une représentation de principe fortement schématisée d'un système d'injection de type pompe-conduite-injecteur, pour un moteur à combustion interne Diesel qui n'est pas représenté.en détail, les figure 2 et 3 représentent des illustrations de principe, explicitant le fonctionnement, du système d'injection, sachant que la soupape de commande, montée en aval de la pompe côté refoulement, est illustrée sur la figure 2 dans sa position d'ouverture, -chargée par un ressort, et, sur la figure 3, dans sa position de fermeture actionnée par une force

magnétique.

les figures 4 et 5 représentent des diagrammes dans lequel sont mentionnés en fonction de l'angle de came, pour une vitesse de rotation inférieure et une vitesse de rotation supérieure, située dans une plage plus élevée, la vitesse de la came, la course magnétique de la soupape de commande, et la pression de refoulement de la pompe, à titre de pression en conduite, sachant que, pour la vitesse de rotation plus élevée, l'établissement de la pression est réduite dans la zone de mi-longueur des flancs montants de la courbe de pression, et les figures 6 et 7 sont des représentations correspondant aux figures 4 et 5, l'établissement de la pression, illustrée par la courbe de pression, étant réduit dans la zone de sommet de la courbe de pression, pour les plus hautes

vitesses de rotation.

La figure 1 est une représentation schématique d'un système d'injection de type pompe-conduite-injecteur, prévu pour des moteurs à combustion interne Diesel, la pompe étant désignée par 1, la conduite par 2 et l'injecteur par 3 et la pompe 1, la conduite 2 et l'injecteur 3 constituent chaque fois un ensemble d'injection associé à un cylindre du moteur à combustion interne, dont la pompe 1 est usuellement disposée, à titre de pompe modulaire dans la culasse, ou dans une zone proche de la culasse, du moteur à combustion interne non représenté en détail et est sollicitée, par l'intermédiaire de la came 4 d'un arbre à cames 5 qui, de préférence, assure également la fonction d'arbre à cames de commande pour les éléments de changement des gaz du moteur à combustion interne. L'injecteur 3 débouche, de manière non représentée en détail, à la

chambre de combustion d'un cylindre.

Un système d'injection de type pompe-conduite-

injecteur de ce type, est usuellement conçu pour le point de charge vitesse de rotation nominale/pleine charge du moteur à combustion interne. Les pressions d'injection se produisant ici correspondent à peu près à la pression d'injection maximale admissible. Du fait que la pression d'injection dépend de la vitesse de rotation, on obtient pour les faibles vitesses de rotation des pressions d'injection correspondantes plus faibles. Celles-ci peuvent également avoir un effet négatif sur la pulvérisation du carburant. Pour s'opposer à cela, le système d'injection de type pompe-conduite-injecteur est conçu, pour ce qui concerne ces paramètres déterminant les critères d'injection, telle qu'en particulier la vitesse de came, le diamètre de piston de la pompe et la section transversale offerte à l'écoulement de l'injecteur, pour satisfaire à un point de charge théorique pour lequel on aurait des pressions d'injection qui dépassent la pression d'injection maximale admissible du système. On peut de ce fait réaliser une évolution de la pression en fonction de la vitesse de rotation, qui est d'un niveau relevé par rapport à l'évolution de pression orientée sur le point de charge de vitesse de rotation nominale/pleine charge et, ainsi, dans la zone dans laquelle on utilise cette évolution de pression relevée, avoir également comme conséquence d'avoir des pressions d'injection plus élevées. À partir de cela, dans le cadre de l'invention, dans les plages de vitesses de rotation inférieure et moyenne, mais pas dans la plage de vitesses de rotation, le fait d'effectuer la conception théorique pour un point de charge supérieur à la pression d'injection maximale admissible mènerait à des pressions de refoulement et d'injection de valeur inadmissible. De manière correspondante, pour cette plage de charge critique, l'évolution de la pression en fonction de la vitesse de rotation est abaissée de niveau, par le fait que la pression de refoulement de la pompe est diminuée de façon commandée vers le côté basse pression, par l'intermédiaire d'un élément de dérivation. L'élément de dérivation est réalisé de façon à pouvoir être commandé et est constitué de préférence par une soupape de commande, qui est configurée en électrovanne. Les figures 2 et 3 illustrent la construction afférente du système d'injection, la pompe, la conduite et l'injecteur étant ici de nouveau également désignés de façon générale par 1, 2, 3. La pompe 1 est entraînée par un poussoir à galet 6, qui coopère avec la came 4 de l'arbre à cames 5 et auquel est associé un guidage coulissant 10 qui, d'une manière non représentée en détail, est guidé par rapport au carter de pompe 8 indiqué schématiquement et prend appui, avec une possibilité de déformation, contre celui-ci, par l'intermédiaire d'un ressort 7. Le guidage coulissant 10 sollicite le piston de pompe 9, qui est guidé dans le carter 8. Le piston de pompe 9 délimité une enceinte de pression 11 raccordée à la conduite 2, sachant que la zone de transition à la conduite 2 est constituée par un tronçon de conduite 12 dans lequel est disposée la soupape de

commande 13.

La soupape de commande 13 est réalisée usuellement en électrovanne et présente ne partie tige 14, qui s'étend transversalement par rapport au tronçon de conduite 12 et est guidée dans une partie de carter 15 du registre de commande 13 qui coupe le tronçon de conduite 12. La partie tige 14 délimite par rapport à la partie de carter 15, dans la plage de recouvrement par rapport au tronçon de conduite 12, une enceinte annulaire 22 qui est fermée, dans la direction de l'induit 17 coopérant avec la bobine magnétique 16, par un tronçon de guidage 21 du genre d'un piston de la partie tige 14 et qui peut être isolée, dans le sens inverse, par une tête de soupape 18 portée par la

partie tige 14.

Lorsque la soupape de commande 13 est ouverte, la tête de soupape 18 libère la liaison vers une chambre 19 placée dans le système basse pression de l'alimentation en carburant, de sorte que, si l'on suppose que la soupape de commande 18 est ouverte, dans le cadre de la course d'aspiration, lorsque le piston 9 effectue une course de rappel, la pompe capte du carburant et, lorsque le piston 9 se déplace dans le sens de la compression, du carburant

peut être refoulé au système basse pression.

À la position d'ouverture représentée sur la figure 2, la partie tige 14 avec la tête de soupape 18 est chargée par le ressort 20, lorsque la bobine magnétique 16 est excitée et que, de ce fait, l'induit 22 est déplacé fermée dans la direction de la bobine magnétique 16, la soupape de commande 13 est fermée, comme illustré sur la figure 3. De manière correspondante à l'alimentation électrique de la bobine magnétique 16, on peut également passer par une position intermédiaire entre la pleine ouverture et la pleine fermeture, de sorte que la pression en conduite respective et, de manière correspondante, le débit de refoulement et également le moment d'injection, peuvent être modifiés. L'injection se produisant lorsque la soupape

de commande 13 est fermée est illustrée sur la figure 3.

Les soupapes de commande du principe illustré sur les figures 2 et 3, en liaison avec une pompe modulaire, par exemple, ont été prises avec d'autres détails dans le

W0/9701 031.

L'augmentation visée, selon l'invention, du niveau de l'évolution de la pression en fonction de la vitesse de rotation, sans avoir de relèvement parallèle de la pression d'injection maximale admissible, est explicitée ci-après à l'aide des figures 4 à. 7, les figures 4 et 5, d'une part, et les figures 6 et 7, d'autre part, illustrant des variantes de solutions pour des formes de représentation se correspondant. Sur la figure 4 et, de façon analogue à cela, sur la

figure 6, ont été portées en fonction de l'angle de came -

à chaque course de pompe - la vitesse de piston et la course magnétique de la soupape de commande, cette dernière en partant d'une soupe de commande pleinement ouverte selon la figure 2, avec une course magnétique 0. Sur la figure 5 et, de façon analogue à cela, sur la figure 7, on a reporté, en fonction de l'angle de came, la pression de refoulement de la pompe qui est donnée à titre de pression en conduite à la pompe, en liaison avec la pression d'injection maximale admissible. La vitesse de came, la course magnétique et la pression en conduite de la pompe sont indiquées en se référant à une vitesse de rotation, inférieure à moyenne, prédéterminée d'environ 1100 tours/minute, chaque fois en traits pleins et, pour une vitesse de rotation plus élevée, précisément une vitesse de rotation correspondant à la vitesse de rotation nominale du moteur à combustion interne de 1800 tours/minute, ceci est représenté en traits mixtes. Le volume d'injection correspondant pour la vitesse de rotation plus faible est à peu près de la moitié du volume que l'on a pour la vitesse de rotation plus élevée. Si on se réfère à cette faible vitesse de rotation, on a représenté sur les figures 4 et 5 la courbe de vitesse de came en fonction de l'angle de came, désignée par 23, la course magnétique, désignée par 24 et la pression en conduite à la pompe, désignée par 25, en se référant à la vitesse de rotation plus élevée, on a désigné la vitesse de came par 26, la course magnétique par 27 et la pression en

conduite à la pompe par 28.

Le point de départ de la représentation des figures 4 et 5 est l'état ouvert de la soupape de commande de la figure 2. En excitant la bobine magnétique 16, on ferme la soupe de commande 13 (figure 3). Ceci mène, de manière correspondante à l'évolution de la vitesse de came, à une

courbe de pression telle que représentée sur la figure 5.

Ces conditions sont à peu près identiques pour les vitesses de rotation basses et hautes, comme le montre la

comparaison entre les courbes 23 à 25 et 26 et 28.

En liaison avec la plus haute vitesse de rotation et

les paramètres venant de la conception géométrique-

mécanique, on aurait, avec une vitesse de came 26, pour une course magnétique 27 qui présenterait dans- son allure un contour à peu près rectangulaire, correspondant à la course magnétique 24, une pression en conduite à la pompe qui par rapport à celle représentée par 28 sur la figure 5 serait supérieure à la courbe en traits mixtes 29, sachant que, avec cette courbe en traits mixtes 29, on a indiqué la pression d'injection maximale admissible. Pour éviter ceci, la course magnétique 27, en partant de la position fermée de la soupape de commande lorsque la bobine magnétique 16 est pleinement excitée, est brièvement diminuée, sur la plage angulaire suivie par la came et la soupape magnétique 13 est ainsi brièvement, en particulièrement partiellement, ouverte dans la zone montante de la courbe de pression 28, la descente de l'aimant et la course de retour de l'aimant (écornement de la course magnétique) est indiquée en 30 sur la figure 4. La brève ouverture mène, comme ceci est illustré en 31 sur la figure 5, à une atténuation de l'établissement de la pression, respectivement à un retardement de l'établissement de la pression en fonction de l'angle de came, ce qui a comme conséquence que la pointe de pression est abaissée et que la pression d'injection critique, illustrée par 29, n'est

pas dépassée.

Dans les représentations analogues aux figures 4 et 5, faites selon les figures 6 et 7 en se référant au plus faible niveau de vitesse de rotation, la vitesse de came est désignée par 32, la course magnétique par 33 et la pression en conduite à la pompe par 34 et, en se référant au niveau plus élevé des vitesses de rotation, on les a désigné par 35, 36 et 37. L'évolution de principe des courbes respectives correspond à celle des figures 4 et 5, ce qui vaut également pour le temps d'excitation de la bobine magnétique 16, sachant que, à la' différence de l'exemple de réalisation des figures 4 et 5, l'excitation magnétique n'est plus réduite au début de la phase de fermeture, ce qui a comme conséquence d'avoir une course magnétique diminuée correspondante et une ouverture de ce fait partiellement conditionnée de la soupape de commande, mais au contraire, l'excitation magnétique est plus réduite à fin de la phase d'excitation. Ceci est illustré en 38, 1l sur la figure 6. L'ouverture partielle correspondante de la soupape de commande 13 mène, dans la phase finale de la course de refoulement, comme illustré sur la figure 7, à une réduction de la pression en conduite à la pompe, de sorte que son maxima ne dépasse la pression d'injection maximale admissible 39. D'autre part, cependant, cette manière de faire, telle que le montre une comparaison entre les figures 5 et 7, mène à un établissement plus rapide de la pression, de sorte qu'on obtient une allure plus ample

de la courbe 37 par rapport à la courbe 28.

Globalement, la manière de procéder revendiquée permet avec une conception pour un point de charge théorique supérieur au point de charge prédéterminé de vitesse de rotation nominale/pleine charge, correspondant à la pression d'injection maximale admissible, d'avoir un relèvement de la pression de refoulement dans les plages de vitesses de rotation et de charge inférieures, en particulier cependant moyennes, de sorte qu'on obtient des effets avantageux sur les émissions de suie ou de particules, dans ces plages de fonctionnement

particulièrement critiques.

On a proposé avec l'invention ainsi un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne Diesel avec un système d'injection de type pompe-conduite-injecteur, qui permet un relèvement du niveau de pression dans la plage de vitesses de rotation moyenne par rapport à une pression d'injection maximale admissible prédéterminée, sans dépasser cette pression d'injection maximale admissible dans la plage de vitesses de rotation

supérieure.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne de type Diesel avec un système d'injection de type pompe-conduite-injecteur, conçu pour une pression d'injection maximale admissible et pour lequel la pompe respective, individuelle au cylindre, entraînée par une came, pour chaque course de pompe suit, sur la valeur de l'angle de came, une courbe de pression à forme triangulaire, présentant, quant à son débit volume en fonction de la vitesse de rotation, une évolution de la pression qui monte vers l'atteinte d'un point nominal, évolution de la pression susceptible d'être influencée par l'intermédiaire d'une soupape de commande reliée au côté basse pression, caractérisé en ce que la pression de refoulement correspondant au point nominal (théorique) de la pompe est supérieure à une pression de refoulement correspondant à une pression d'injection maximale admissible, et en ce que l'allure de la pression, orientée sur le point nominal (théorique), correspondant à ce point nominal, en fonction de la vitesse de rotation, est limitée, en valeur supérieure, à une pression de refoulement correspondant à la pression

d'injection maximale admissible du système.

2. Procédé selon:la revendication 1, caractérisé en ce que l'évolution de la pression en fonction de la vitesse de rotation, concernant son niveau, est abaissée avant atteinte de la pression de refoulement correspondant à la

pression d'injection maximale admissible.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évolution de la pression est soumise à une diminution de son niveau, en fonction de la vitesse de rotation, après passage de la plage moyenne de vitesses de

rotation.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évolution de la pression, en fonction de la vitesse de rotation, lors de l'atteinte de la pression de refoulement correspondant à la pression d'injection maximale admissible du système, est limitée à un niveau de pression correspondant à celle-ci, ou bien de valeur inférieure.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que l'établissement de la pression, à chaque course de piston, est réduit dans la zone du flanc montant de la

courbe de pression.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'établissement de la pression, à chaque course de piston, est réduit dans la zone de mi-longueur du flanc

montant de la courbe de pression.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1

à 4, caractérisé en ce que l'établissement de la pression, à chaque course de piston, est réduit dans la zone de sommet de la courbe de

pression.