FR2830287A1

FR2830287A1 - Procede et moyens pour la mise en oeuvre d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2830287A1
Application number: FR0211974A
Authority: FR
Inventors: Helmut Rembold; Jens Boettcher; Manfred Kirschner; Uwe Mueller; Ruediger Schnell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2003-04-04
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: FR2830287B1; JP2003161226A; DE10148218B4; ITMI20022031A1; DE10148218A1

Abstract

Procédé et système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne comprenant une première pompe (14) basse pression prélevant le carburant pour alimenter la chambre de travail (33) d'une pompe haute pression (30) alimentant elle-même la conduite collectrice (38). On influence la quantité de carburant refoulée par la seconde pompe (30) dans la conduite collectrice (38) à l'aide d'un élément de soupape d'une installation de vanne électrique (60) relié à la chambre active (33) de la seconde pompe (30), à un instant donné pendant la phase de refoulement de la seconde pompe (30) pour relier ainsi la chambre de travail (33) à la section basse pression (18). On réduit le bruit en freinant l'élément de soupape avant qu'il n'atteigne l'une de ses deux positions de fin de course (64, 68).

Description

La présente invention concerne un procédé et des moyens pour la mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne tels qu'un programme d'ordinateur, un appareil de commande et de régulation et un système d'alimentation en carburant.

Etat de la technique
L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne, notamment à injection directe, selon lequel, une première pompe à carburant alimente en carburant une chambre de travail d'une seconde pompe à carburant, et cette dernière refoule le carburant dans une conduite collectrice de carburant, et la quantité de carburant refoulée par la seconde pompe à carburant dans la conduite collectrice de carburant est influencée par l'ouverture d'un élément de soupape d'une installation de vanne électrique reliée à la chambre de travail de la seconde pompe à carburant, qui s'ouvre à un certain instant pendant la phase de refoulement de la seconde pompe et relie ainsi la chambre de travail de la seconde pompe à une section basse pression.

On connaît un tel procédé. Selon ce procédé, le carburant est pris dans un réservoir par une pompe électrique de préalimentation pour alimenter une pompe haute pression de carburant, entraînée par le moteur. Cette dernière pompe refoule le carburant à haute pression dans une conduite collectrice de carburant usuellement appelée rampe commune. Dans cette conduite collectrice, le carburant est stocké à pression élevée. Des injecteurs sont reliés à cette conduite collectrice pour injecter le carburant dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne. La commande du carburant fourni par la pompe haute pression à la chambre collectrice de carburant est assurée par une vanne de dosage à commande électromagnétique permettant de relier la sortie ou la chambre de travail de la pompe à haute pression à la plage basse pression d'entrée de la pompe à haute pression. Lorsque la vanne de dosage est ouverte, pendant une phase de refoulement, le carburant est conduit non pas dans la chambre collectrice de carburant mais en retour dans la section d'entrée de la pompe haute pression.

Il est évident que la vanne de dosage doit s'ouvrir et se fermer de manière très dynamique en synchronisme avec les phases de refoulement de la pompe haute pression. Pendant ces opérations de commutation, la vanne de dosage et les composants faisant partie du système haute et basse pression (conduites, conduite collectrice à haute pression, pompe) engendrent des bruits. Comme de nos jours les moteurs

à combustion interne deviennent plus silencieux, on perçoit de manière gênante les bruits de la vanne de dosage, en particulier lorsque le moteur à combustion interne tourne au ralenti.

La présente invention a ainsi pour but de développer un procédé et des moyens permettant de réduire globalement le bruit de fonctionnement d'un moteur à combustion interne.

Ce problème est résolu par un procédé du type défini cidessus, caractérisé en ce que l'élément de soupape est freiné peu avant d'atteindre au moins l'une de ses deux positions de fin de course.

Avantages de l'invention
Les moyens de l'invention permettent de réduire le bruit développé lors de la commutation de l'installation de vannes tout en conservant la dynamique élevée de l'installation de vannes. La réduction du bruit de commutation de l'installation de vannes repose sur la réduction de la vitesse avec laquelle l'élément de soupape arrive dans sa position de fin de course. Le freinage brusque de l'élément de soupape en position de fin de course se fait ainsi à partir d'une vitesse plus faible ce qui se traduit par une réduction du bruit. De plus, cela se traduit par un gradient de pression plus faible dans la chambre de travail de la pompe à carburant car le mouvement de déplacement de l'élément de soupape est globalement freiné. Cela réduit également le bruit.

De manière préférentielle, l'élément de soupape est freiné peu avant d'atteindre la position de fin de course ouverte. On tient ainsi compte du fait que le bruit développé par le freinage de l'élément de soupape en position de fin de course ouverte est plus fort que lors de son freinage dans la position de fin de course fermée. Cela est relié au fait que la course d'ouverture retardée, retarde globalement la diminution de pression dans la chambre de travail de la pompe à carburant, c'est-à-dire que le gradient de diminution de pression n'est plus aussi important et le choc de pression engendré n'est plus aussi accentué. Ce développement permet une réduction importante du bruit avec en même temps une influence plus faible sur la dynamique de l'installation de soupape.

D'une manière particulièrement préférentielle, selon un développement du procédé de l'invention, juste avant d'atteindre au moins l'une des deux positions de fin de course pour l'élément de soupape, on génère au moins une impulsion électrique de freinage. Cette impulsion électrique de freinage est simple à réaliser, par exemple par un programme approprié.

Il est également avantageux que l'instant et/ou la durée de l'impulsion électrique de freinage et/ou le nombre des impulsions électrique de freinage dépendent de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne ou de la vitesse de rotation de la seconde pompe à carburant.

Dans ce cas, le freinage de l'élément de soupape peut être rendu dépendant de la dynamique de soupape nécessaire à un certain état de fonctionnement du moteur à combustion interne. En particulier aux faibles vitesses de rotation, lorsqu'il ne faut qu'une dynamique de soupape relativement réduite, alors qu'en même temps le bruit développé par l'installation de vannes est plus perceptible, on peut ainsi réaliser un freinage optimum de l'élément de soupape. Dans tous les cas, le freinage doit être tel que l'élément de soupape ne se déplace pas accidentellement dans la direction opposée. Ce freinage est optimum si l'élément de soupape est freiné pour que sa vitesse soit pratiquement nulle lorsqu'il atteint sa position de fin de course.

Il est également possible de générer les impulsions électriques de freinage seulement dans la plage de ralenti du moteur à combustion interne. Comme déjà indiqué, dans la plage de ralenti, du fait des faibles bruits du moteur lui-même, et par exemple lorsque le moteur est celui d'un véhicule automobile, du fait des faibles bruits de roulement, le bruit développé par la vanne de dosage est particulièrement perceptible.

Au contraire, aux vitesses de rotation élevées (régime élevé), la dynamique de soupape n'est pas influencée.

Selon un développement de l'invention, l'élément de soupape est actionné par un électroaimant et lorsque l'électroaimant est coupé du courant, l'élément de soupape est sollicité vers sa position de fin de course ouverte par un moyen de mise en tension et l'électroaimant est alimenté de manière impulsionnelle juste avant d'atteindre la position de fin de course ouverte. Une telle impulsion de courant se réalise simplement.

L'invention concerne également un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé dans un ordinateur. Il est particulièrement avantageux que le programme soit enregistré dans une mémoire, notamment une mémoire flash.

L'invention concerne également un appareil de commande et/ou de régulation pour commander et ! ou réguler au moins une fonction d'un moteur à combustion interne. Cet appareil de commande et/ou de

régulation est particulièrement avantageux s'il est équipé d'un programme d'ordinateur pour l'exécution du procédé.

L'invention concerne également un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, notamment à injection directe, comprenant une première pompe à carburant dont l'entrée est reliée à un réservoir de carburant, une seconde pompe à carburant avec au moins une chambre de travail dont l'entrée est reliée à la première pompe à carburant et la sortie est reliée à une conduite collectrice de carburant, ainsi qu'une installation de vanne électrique reliée d'un côté à la chambre de travail de la seconde pompe et de l'autre à une section basse pression.

Pour réduire le bruit de fonctionnement, ce système d'alimentation en carburant est caractérisé par une installation de freinage qui freine l'élément de soupape de l'installation de soupape peu avant qu'elle n'atteigne au moins l'une de ses deux positions de fin de course.

Les avantages de ce système d'alimentation en carburant correspondent à ceux du procédé comme déjà indiqué ci-dessus.

Selon un développement avantageux de ce système d'alimentation en carburant, l'installation de freinage comprend un électroaimant qui freine l'élément de soupape par son alimentation impulsionnelle.

Ce système d'alimentation en carburant se réalise de manière générale sans nécessiter de moyens constructifs supplémentaires car l'installation de vannes est en général actionnée déjà par un moyen électromagnétique.

Selon un développement particulièrement avantageux du système d'alimentation en carburant, l'installation de vannes comporte une butée contre laquelle vient l'élément de vanne en position de fin de course ouverte. Cette butée définit, d'une part, précisément la position de fin de course ouverte de l'élément de soupape. D'autre part, un contact brutal entre l'élément de soupape et la butée, si l'élément de soupape arrive avec une vitesse élevée au contact, peut entraîner un développement important de bruit dans l'actionnement de l'installation de vannes. Or, le freinage de l'élément de soupape selon l'invention, peu avant d'atteindre sa position de fin de course, dans une telle installation de vanne équipée d'une telle butée, réduit considérablement le bruit.

Dessins
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un système d'alimentation en carburant comprenant une première pompe à carburant et une se- conde pompe à carburant ainsi qu'une installation de vanne, - la figure 2 montre schématiquement la seconde pompe à carburant et l'installation de vannes de la figure 1 pendant la course d'aspiration, l'installation de vanne étant fermée, - la figure 3 montre schématiquement la seconde pompe à carburant et l'installation de vannes de la figure 1 pendant la course de refoulement, l'installation de vannes étant fermée, - la figure 4 est une vue schématique de la seconde pompe à carburant et de l'installation de vannes de la figure 1 pendant la course de refou- lement, l'installation de vannes étant ouverte, - la figure 5 est un diagramme représentant la course du piston de la pompe à carburant en fonction du temps, - la figure 6 est un diagramme représentant l'alimentation de l'électroaimant de l'installation de vannes de la figure 1 en fonction du temps, - la figure 7 est un diagramme représentant la courbe de la pression dans la chambre de travail de la pompe à carburant en fonction du temps.

Description de l'exemple de réalisation
Selon la figure 1, un système d'alimentation en carburant porte globalement la référence 1. Ce système comprend un réservoir de carburant 12 dans lequel une pompe à carburant 14, électrique, puise du carburant pour le fournir à une conduite de carburant basse pression 16.

Cette conduite est équipée d'un filtre 18. En aval de la pompe électrique 14, une conduite de dérivation 10 part de la conduite basse pression 16 pour revenir au réservoir 12. Cette conduite de dérivation est équipée d'une soupape de surpression 22. En aval du filtre 18 on a une autre conduite de dérivation 24 partant de la conduite basse pression 16. Cette conduite comporte une soupape de régulation de pression 26 et revient au réservoir 12 à travers une vanne d'arrêt 28.

La conduite basse pression 16 est reliée à une pompe à carburant haute pression 30 entraînée mécaniquement par un arbre à

cames non représenté du moteur à combustion interne. La pompe à haute pression 30 est, comme cela sera détaillée ultérieurement, une pompe à un cylindre et un piston. La pompe haute pression 30 comporte en entrée et en sortie chaque fois un clapet anti-retour 32,34. Entre ces deux clapets se trouve la chambre de travail 33. La pompe haute pression 30 débite dans une conduite haute pression 36 qui débouche elle-même dans une conduite collectrice de carburant 38. Le carburant est stocké à haute pression dans cette conduite collectrice.

Plusieurs injecteurs 40 sont reliés à la conduite collectrice de carburant 38 pour injecter le carburant dans les chambres de combustion (non représentées) du moteur à combustion interne. La conduite collectrice de carburant 38 est reliée à un capteur de pression 42 et à une soupape de surpression 44. La soupape de surpression 44 est reliée à la conduite basse pression 16 par une conduite de retour 46. Le capteur de pression 42 fournit des signaux à un appareil de commande et de régulation 48. Cet appareil reçoit également des signaux d'un capteur de vitesse de rotation 50.

En amont de la soupape d'arrêt d'entrée 32, la conduite basse pression 16 est reliée à un amortisseur de pression 52. Entre l'amortisseur de pression 52 et la soupape d'arrêt d'entrée 32 on a en dérivation une conduite d'étranglement 54 avec un organe d'étranglement de retour 56. Comme ces composants constituent une option, ils ne sont représentés qu'en pointillés. Une conduite de fuite 58 relie la pompe haute pression 30 à un segment de la conduite de dérivation 24 à un point situé entre la soupape de régulation de pression 26 et la soupape d'arrêt 28.

Le carburant débité par la pompe à haute pression 30 dans la conduite collectrice de carburant 38 est réglé par une vanne de dosage 60. Cette soupape est reliée à la conduite basse pression 16 et à la chambre de travail 33. La vanne de dosage 60 est un distributeur à tiroir à 2/2 voies poussé par un ressort 62 dans la position de fin de course, ouverte, 64, et par un électroaimant 66 dans une position de fin de course fermée 68. L'électroaimant 66 de la vanne de dosage 60 est également commandé par l'appareil de commande et de régulation 48.

La construction de détail et le fonctionnement de la pompe haute pression de carburant apparaissent aux figures 2-4. La pompe à carburant à haute pression 30 se compose d'un boîtier 70 recevant un piston 72 coulissant axialement. Le piston 72 est mis en mouvement al-

ternatif par un arbre à cames 74. Selon les figures 2 à 4, la chambre de travail 33 se trouve au-dessus du piston 72.

La vanne de dosage 60 comprend un élément de soupape 76 en forme de plateau appliqué contre un siège de soupape 78 à l'état fermé (on peut également utiliser un élément de soupape en forme d'aiguille). Un poussoir de soupape 80 relie l'élément de soupape 76 à un induit 82. Cet induit est entouré par l'électroaimant 66. La position de fin de course ouverte 64 de la vanne de dosage 60 est prédéfinie par une butée 84.

Pendant la course d'aspiration, le piston 72 se déplace vers le bas comme le montre la figure 2 de manière à augmenter le volume de la chambre de travail 33. La soupape d'entrée (clapet anti-retour) 32 s'ouvre et le carburant peut passer de la conduite basse pression 16 dans la chambre de travail 33. L'électroaimant 66 est alimenté pendant la course d'aspiration, comme le montre la figure 6, pour que la vanne de dosage 60 soit fermée.

Après avoir atteint son point mort bas, le piston 72 commence sa course de refoulement. Le piston 72 est alors entraîné par l'arbre à cames 74 vers le haut. La pression augmente dans la chambre de travail 33 et la soupape d'admission 32 est fermée. Pour une différence de pression appropriée entre la chambre de travail 33 et la conduite haute pression 36, la soupape de sortie 34 s'ouvre. L'électroaimant 66 de la vanne de dosage 60 continue d'être alimenté, de sorte que la vanne de dosage 60 est fermée. Cette situation est représentée à la figure 3. La plage correspondante de la courbe porte la référence 86 à la figure 5.

Dans certains états de fonctionnement du moteur à combustion interne, il faut limiter la quantité de carburant refoulée par la pompe haute pression 30 dans la conduite collectrice de carburant 38.

Pour cela, à un certain instant tl, pendant la course de refoulement, l'appareil de commande et de régulation 48 coupe l'alimentation de l'électro-aimant 66 (voir figure 6). Du fait de la pression élevée régnant dans la chambre de travail 33 et de la force développée par le ressort 62, l'élément de soupape 76 se soulève brutalement de son siège 78. Le carburant emprisonné dans la chambre active 33 peut ainsi s'échapper dans la conduite basse pression 16. La soupape de sortie 34 se ferme et le carburant ne passe plus dans la conduite collectrice de carburant 38. La figure 4 montre cette situation. A la figure 5, la plage correspondante de la courbe porte la référence 88.

Pour éviter que l'induit 82 ne bute avec la vitesse maximale contre la butée 84 pendant le mouvement d'ouverture de la vanne de dosage 60, ce qui se traduirait par un bruit important, peu après l'instant tl, on alimenter de nouveau de façon impulsionnelle l'électro-aimant 66 comme le montre la figure 6. Cette impulsion de courant porte la référence 90 à la figure 6. L'instant de l'impulsion de courant 90 est choisi pour que l'électroaimant exerce une force de freinage correspondante sur l'induit 82 avant que l'induit 82 ne vienne en contact avec la butée 84.

La position et la durée de l'impulsion de courant 90 sont choisies pour freiner l'élément de soupape 76 mais ne pas l'entraîner de nouveau en direction du siège de soupape 78. Du fait du freinage ainsi produit par l'impulsion de courant 90, l'ensemble formé par l'induit 82 le poussoir de soupape 80 et l'élément de soupape 76, l'induit 82 ne rencontre la butée 84 qu'avec une vitesse relativement faible. De manière optimale, l'induit 82 rencontre la butée 84 avec une vitesse pratiquement nulle. De cette manière on réduit considérablement le bruit de la vanne de dosage 60 lorsque l'élément de vanne 76 passe en position de fin de course ouverte 64.

L'instant et/ou la durée de l'impulsion de freinage 90, électrique, est commandé par l'appareil de commande et de régulation 48 en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne fournie par le capteur de vitesse de rotation 50.

Selon un exemple de réalisation non représenté, l'appareil de commande et de régulation génère une impulsion de courant seulement dans la plage des bas régimes du moteur à combustion interne.

Dans un autre exemple de réalisation, qui n'est pas non plus représenté, on ne génère pas qu'une seule impulsion de courant mais plusieurs impulsions de courant pour ralentir le mouvement de l'élément de soupape. La détermination et la génération de l'impulsion de courant est faite dans l'appareil de commande et de régulation à l'aide d'un programme d'ordinateur enregistré dans cet appareil.

La figure 7 montre l'évolution de la pression dans la chambre de travail 33 de la pompe haute pression de carburant 30 pendant une course de refoulement. La référence 92 désigne l'augmentation de la pression au début de la course de refoulement ; la référence 94 désigne la chute de pression à l'ouverture de la vanne de dosage 60. La partie en trait interrompu représente le flanc descendant de la pression, flanc que

l'on aurait en l'absence d'impulsion de freinage 90. On voit ainsi que la diminution de pression est retardée par l'impulsion de freinage 90.

Claims

REVENDICATIONS 1 ) Procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne, notamment à injection directe, selon lequel, une première pompe à carburant (14) alimente en carburant une chambre de travail (33) d'une seconde pompe à carburant (30), et cette dernière refoule le carburant dans une conduite collectrice de carburant (38), et la quantité de carburant refoulée par la seconde pompe à carburant (30) dans la conduite collectrice de carburant (38) est influencée par l'ouverture d'un élément de soupape (76) d'une installation de vanne électrique (60) reliée à la chambre de travail (33) de la seconde pompe à carburant (30), qui s'ouvre à un certain instant pendant la phase de refoulement de la seconde pompe (30) et relie ainsi la chambre de travail (33) de la seconde pompe (30) à une section basse pression (18), caractérisé en ce que l'élément de soupape (76) est freiné peu avant d'atteindre au moins l'une de ses deux positions de fin de course.

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de soupape (76) est freiné peu avant d'atteindre la position de fin de course ouverte (64).

3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que juste avant d'atteindre au moins l'une des deux positions de fin de course (64) de l'élément de soupape (76) on génère au moins une impulsion électrique de freinage (90).

4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'instant et/ou la durée de l'impulsion électrique de freinage (90) et/ou le nombre des impulsions électriques de freinage dépendent de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne ou de la vitesse de rotation de la seconde pompe à carburant (30).

5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que

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l'impulsion électrique de freinage (90) n'est générée que dans la plage de ralenti du moteur à combustion interne.

6 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de soupape (76) est actionné par un électroaimant (66) et lorsque l'électroaimant (66) est coupé du courant, il est sollicité vers sa position de fin de course ouverte (64) par un moyen de mise en tension (62), et juste avant d'atteindre la position de fin de course ouverte (64), l'électroaimant (66) reçoit une alimentation impulsionnelle.

7 ) Système d'alimentation en carburant (10) d'un moteur à combustion interne, notamment à injection directe, comprenant une première pompe à carburant (14) dont l'entrée est reliée à un réservoir de carburant (12), une seconde pompe à carburant (30) avec au moins une chambre de travail (33) dont l'entrée est reliée à la première pompe à carburant (14) et la sortie est reliée à une conduite collectrice de carburant (38), ainsi qu'une installation de vanne électrique (60) reliée d'un côté à la chambre de travail (33) de la seconde pompe (30) et de l'autre à une section basse pression (18), caractérisé par une installation de freinage (66,82) qui freine l'élément de soupape (76) de l'installation de soupape (60) peu avant qu'elle n'atteigne au moins l'une de ses deux positions de fin de course (64).

8 ) Système d'alimentation en carburant (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'installation de freinage comprend un électroaimant (66) qui freine l'élément de soupape (76) par son alimentation impulsionnelle.

9 ) Système d'alimentation en carburant selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'installation de vanne (60) comporte une butée (84) contre laquelle l'élément de soupape (76) s'appuie en position de fin de course ouverte (64).