FR2832763A1 - Systeme d'alimentation en carburant et d'injection de carburant et procede de commande - Google Patents

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Abstract

Un système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant comprend un réservoir (38), une seule unité de pompe électrique (35), de multiples injecteurs de carburant (45) et une tuyauterie (40-42). L'unité de pompe est placée dans le réservoir (38). Chaque injecteur comprend une buse (46) placée dans une chambre de combustion (15) correspondante et injecte directement du carburant dans la chambre de combustion. L'unité de pompe (35) est la seule pompe utilisée pour fournir le carburant aux injecteurs (45), et la commande de l'alimentation électrique de l'unité de pompe et d'un démarreur (29) est coordonnée au démarrage pour optimiser les conditions dans lesquelles le carburant est injecté dans les chambres de combustion.

Description

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SYSTEME D'ALIMENTATION EN CARBURANT ET D'INJECTION
DE CARBURANT ET PROCEDE DE COMMANDE
La présente invention concerne un système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant dans un véhicule pour fournir du carburant à des injecteurs de carburant à partir d'un réservoir de carburant au moyen d'une unité de pompe électrique, et pour injecter le carburant dans des chambres de combustion d'un bloc-moteur d'un moteur à travers les injecteurs de carburant. La présente invention concerne également un procédé pour commander un tel système.
Un moteur à combustion interne à allumage par étincelle (connu de façon générale sous l'appellation de moteur à essence à injection directe et appelé ci-après moteur à injection directe) est connu comme un type de moteur à combustion interne pour un véhicule. Comme représenté sur la figure 15, le moteur à injection directe comprend une multiplicité d'injecteurs de carburant 12 pour injecter directement du carburant dans des chambres de combustion respectives (alésages de cylindres) 101 d'un bloc-moteur 100. Le moteur à injection directe est avantageux par rapport à un type de moteur classique, dans lequel le carburant est injecté dans une tubulure d'admission, pour les raisons suivantes. Ainsi, du fait que le carburant n'est pas injecté dans la tubulure d'admission, le moteur à injection directe présente une réponse plus rapide. De plus, du fait de l'effet de refroidissement exercé dans chaque cylindre, la quantité d'air d'admission est augmentée de façon à augmenter la puissance du moteur, et une combustion anormale, telle qu'un cognement, est moins susceptible de se produire.
Du carburant contenu dans un réservoir de carburant 105 est fourni aux injecteurs de carburant 102 respectifs par deux pompes à carburant 106,108 et deux (première et seconde) lignes de carburant 110,
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111. Parmi les deux pompes à carburant, la pompe à carburant 106 est une pompe électrique (connue de façon générale sous l'appellation de pompe d'alimentation), qui est placée à l'intérieur du réservoir de carburant 105 et produit une pression de pompe relativement basse. L'autre pompe à carburant 108 est une pompe mécanique, qui est montée sur le bloc-moteur et produit une pression de pompe relativement élevée. La pompe électrique 106 et la pompe mécanique 108 sont reliées l'une à l'autre par la première ligne de carburant 110.
De façon plus spécifique, la pompe électrique 106 pompe le carburant à partir du réservoir de carburant 105 vers la première ligne de carburant 110 à une pression relativement basse (de 0,3 à 0,5 MPa). La pression de carburant entre la pompe électrique 106 et la pompe mécanique 106 est relativement basse, ce qui fait que la première ligne de carburant 110, qui s'étend entre les deux pompes 106,108, n'a pas besoin de supporter une pression relativement élevée, et peut donc être en caoutchouc. La pompe mécanique 108 est entraînée en rotation par le moteur et met sous pression à une pression relativement élevée (de 5 à 15 MPa) le carburant qui a été pompé par la pompe électrique 106 à la pression relativement basse, pour pomper le carburant sous pression vers la seconde ligne de carburant 111. On utilise un tuyau en métal pour former la seconde ligne de carburant 111, du fait qu'elle doit supporter la pression relativement élevée. Le carburant mis sous pression par la pompe mécanique 108 est dérivé par une ligne de distribution 112 et il est fourni aux injecteurs de carburant 102 respectifs montés dans les chambres de combustion correspondantes (cylindres).
L'ouverture et la fermeture de chaque injecteur de carburant
102 sont commandées par une unité de commande électronique (ou UCE) 115. L'UCE 115 calcule une quantité de carburant (quantité d'injection de carburant) qui doit être injectée sur la base d'une valeur de pression de carburant mesurée avec un capteur de pression de carburant 116, d'un capteur de pression d'admission, d'un capteur de rapport air/carburant (ces deux derniers ne sont pas représentés), etc. Ainsi, le carburant sous pression est injecté dans les chambres de combustion 101 à travers leurs injecteurs de carburant 102 respectifs sur la base de la quantité d'injection de carburant ainsi calculée.
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Le système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant proposé précédemment pour le moteur à injection directe utilise la pompe électrique 106 et la pompe mécanique 108 pour les pompes à carburant et utilise la pression relativement élevée (de 5 à 14 MPa) pour la pression d'injection.
La structure ci-dessus occasionne cependant les inconvénients suivants. Premièrement, l'utilisation de la pompe électrique 106 et de la pompe mécanique 108 conduit à une structure relativement complexe, qui augmente les coûts de fabrication et d'assemblage. Secondement, l'utilisation de la pression d'injection relativement élevée exige une pompe mécanique 108, relativement grande, et une plus grande force d'entraînement pour entraîner la pompe mécanique 108 de façon à obtenir la pression relativement élevée. Troisièmement, il est difficile de maintenir une quantité d'injection de carburant exigée et un niveau exigé d'atomisation du carburant au démarrage du moteur.
En ce qui concerne de façon plus spécifique le troisième inconvénient, la pompe mécanique 108 ne peut pas augmenter la pression du carburant jusqu'à une valeur aussi élevée que 5 à 15 MPa lorsque la vitesse du moteur est relativement faible, au démarrage du moteur (la pression du carburant est augmentée au plus jusqu'à 0,2 à 0,5 MPa par la pompe électrique 106), et seulement du carburant à la pression relativement basse est fourni aux injecteurs de carburant 102. D'autre part, chaque injecteur de carburant 102 est conçu pour garantir un niveau exigé d'atomisation du carburant et une quantité d'injection de carburant exigée seulement à la pression de carburant prédéterminée désirée (de 5 à 15 MPa). Par conséquent, lorsque la pression de carburant est inférieure à la pression prédéterminée, c'est-à-dire lorsque la pression de carburant est dans une plage de (0,2 à 0,5 MPa)/(5 à 14 MPa) = 1/10 à 1/70, l'atomisation du carburant injecté dans le cylindre correspondant devient insuffisante, et une quantité d'injection de carburant devient également insuffisante. Ceci occasionne les inconvénients suivants. Ainsi, un niveau de combustion du carburant au démarrage du moteur est diminué. De plus, le temps exigé pour le démarrage du moteur est allongé. En outre, des émissions de gaz nuisibles, tels que de la fumée et des hydrocarbures, sont augmentées.
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La présente invention vise à réduire les inconvénients cidessus. Ainsi, un but de la présente invention est de procurer un système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant d'une structure relativement simple, qui peut être fabriqué avec des coûts relativement bas et qui parvient à une injection appropriée pour procurer une quantité d'injection de carburant exigée et un niveau exigé d'atomisation du carburant, même au démarrage du moteur. Un autre but de la présente invention est de procurer un procédé pour commander un tel système.
Pour atteindre les buts de la présente invention, celle-ci procure un système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant pour un moteur de véhicule. Le moteur a un bloc-moteur qui comprend plusieurs alésages de cylindre et plusieurs pistons. Chaque piston est logé dans un alésage de cylindre correspondant et définit une chambre de combustion dans l'alésage de cylindre correspondant. Le système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant comprend un réservoir de carburant, une seule unité de pompe électrique, de multiples injecteurs de carburant et une tuyauterie. Le réservoir de carburant reçoit du carburant. L'unité de pompe électrique unique est placée dans le réservoir de carburant et comporte une entrée pour aspirer le carburant dans le réservoir de carburant et une sortie pour évacuer le carburant. Les multiples injecteurs de carburant sont fixés au bloc-moteur. Chaque injecteur de carburant comprend une buse, qui est disposée dans l'une correspondante des chambres de combustion, et injecte directement dans la chambre de combustion correspondante le carburant qui est fourni par l'unité de pompe électrique. La tuyauterie relie la sortie de l'unité de pompe électrique et chaque injecteur de carburant. L'unité de pompe électrique unique est la seule pompe pour fournir le carburant aux injecteurs de carburant.
Pour atteindre les buts de la présente invention, celle-ci procure un procédé pour commander un système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant pour un moteur d'un véhicule. Dans le procédé, de l'énergie électrique est fournie par une batterie du véhicule à une unité de pompe électrique au moment du démarrage du moteur, pour entraîner la pompe électrique de façon à pomper du carburant à partir d'un réservoir de carburant vers de multiples injecteurs de carburant, par l'intermédiaire d'une tuyauterie. Ensuite, la batterie fournit de l'énergie électrique
<Desc/Clms Page number 5>
à un démarreur pour entraîner le démarreur pour faire démarrer le moteur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique d'un système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant conforme à un mode de réalisation de l'invention;
La figure 2 est une vue en perspective montrant un bloc-moteur, des injecteurs de carburant, une ligne de distribution et une ligne de carburant conformes au mode de réalisation;
La figure 3 est une représentation schématique montrant les injecteurs de carburant, la ligne de distribution, la ligne de carburant, une unité de pompe électrique et une unité de commande électronique conformes au mode de réalisation présent;
La figure 4A est une vue de face agrandie montrant des trous d'injection dans une buse d'injection de l'injecteur de carburant;
La figure 4B est une vue en perspective schématique agrandie montrant l'injection de carburant à travers les trous d'injection de la buse d'injection ;
La figure 4C est une vue schématique montrant l'injection du carburant à travers les trous d'injection;
La figure 5 est une représentation schématique montrant la commande du fonctionnement de l'unité de pompe électrique et d'un dé- marreur ;
La figure 6 est une représentation schématique montrant la cor- rection de la puissance d'entraînement de l'unité de pompe électrique;
La figure 7 est une représentation schématique montrant une relation entre la pression de carburant à l'intérieur d'une ligne de distribu- tion et un signal d'injection de carburant pour l'injection du carburant qui est appliqué aux injecteurs de carburant;
La figure 8A est une représentation graphique montrant une re- lation entre une pression de carburant et une taille de pompe de l'unité de pompe électrique;
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La figure 8B est une représentation graphique montrant une relation entre une pression de carburant et une énergie d'entraînement de l'unité de pompe électrique;
La figure 9A est une représentation schématique montrant une modification de l'unité de pompe électrique;
La figure 9B est une représentation schématique montrant une autre modification de l'unité de pompe électrique;
La figure 10A est une représentation schématique montrant une modification de la buse ;
La figure 10B est une représentation schématique montrant une autre modification de la buse ;
La figure 10C est une représentation schématique montrant une modification supplémentaire de la buse ;
La figure 11 est une représentation schématique partielle montrant une modification d'une partie de branchement de la ligne de distribution;
La figure 12A est une représentation schématique montrant une modification de la structure d'un capteur de pression de carburant;
La figure 12B est une représentation schématique montrant une autre modification de la structure du capteur de pression de carburant;
La figure 13A est une représentation schématique montrant une modification de l'opération de commande de l'unité de pompe électrique et du démarreur;
La figure 13B est une représentation schématique montrant une autre modification de l'opération de commande de l'unité de pompe électrique et du démarreur;
La figure 14A est une représentation schématique montrant la correction de la période d'injection sur la base d'une pression de cylindre;
La figure 14B est une représentation schématique montrant une relation entre une pression de cylindre et le temps ; et
La figure 15 est une représentation schématique montrant une partie principale d'un système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant proposé précédemment.
Structure et Fonctionnement d'Ensemble
La figure 1 montre un moteur à injection directe à quatre cylin-
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dres et un système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant.
Un corps principal de moteur (bloc-moteur) 10 du moteur à injection directe comporte quatre alésages de cylindre 11 (un seul est représenté), et un piston 12 est logé de façon coulissante dans chaque alésage de cylindre 11. Chaque alésage de cylindre 11 est relié à une tubulure d'admission 13 et à une tubulure d'échappement 16. Une soupape d'échappement 17 est placée dans une ouverture de la tubulure d'échappement 16. Un capteur de pression d'admission 18 est disposé dans la tubulure d'admission 13, et un capteur de rapport air/carburant 19 est placé dans la tubulure d'échappement 16. Un papillon d'accélérateur 22a est placé au milieu de la tubulure d'admission 13. Un capteur de position de papillon d'accélérateur 22b détecte une position du papillon d'accélérateur 22a qui varie en réponse à une position d'une pédale d'accélérateur 21. Chaque bougie d'allumage 23 est fixée à la partie supérieure du bloc-moteur 10.
Une extrémité d'une bielle 26 est accouplée de façon tournante au piston 12, et l'autre extrémité de la bielle 26 est également accouplée de façon tournante à un maneton 28, qui est fixé sur un vilebrequin 27. Le vilebrequin 27 est entraîné par un démarreur 29, et un capteur d'angle de vilebrequin 31 détecte la rotation du vilebrequin 27.
Des signaux provenant du capteur de pression d'admission 18, du capteur de rapport air/carburant 19, du capteur de position de papillon d'accélérateur 22b et du capteur d'angle de vilebrequin 31 sont appliqués à une unité de commande électronique (UCE) 32.
On décrira ensuite le système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant en se référant aux figures 1-4C. Le système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant comprend une unité de pompe électrique 35, une ligne de carburant 40, une ligne de distribution 42 et des injecteurs de carburant 45. La ligne de carburant 40 et la ligne de distribution 42 font partie d'une structure de tuyauterie.
Comme représenté sur la figure 1, l'unité de pompe électrique 35 comprend un moteur électrique 36 et une pompe à carburant 37 qui est entraînée par le moteur électrique 36. L'unité de pompe électrique 35 est logée dans le réservoir de carburant 38. L'unité de pompe électrique 35 produit une pression (ici, approximativement 2 MPa) plusieurs fois supé- rieure à une pression produite par la pompe électrique proposée précé-
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demment. La ligne de carburant 40, qui est en métal, s'étend à partir d'une sortie 39 de la pompe à carburant 37 jusqu'au bloc-moteur 10 et elle est branchée à la ligne de distribution 42. La ligne de distribution 42 est également en métal. Comme représenté sur la figure 2, la ligne de distribution 42 est fixée sur une partie de côté latéral du bloc-moteur 10, de façon que la ligne de distribution 42 s'étende parallèlement à une direction axiale (direction X de la figure 2) de l'arbre de sortie du blocmoteur 10, pour fournir du carburant aux quatre injecteurs de carburant 45 décrits ci-dessous. Comme représenté sur la figure 3, un signal provenant d'un capteur de pression de carburant 43 incorporé dans la ligne de distribution 42 est appliqué à l'UCE 32.
Chaque injecteur de carburant 45 est fixé à la partie de côté latéral du bloc-moteur 10 à proximité immédiate de la tubulure d'admission 13 et s'étend dans une direction oblique par rapport à une direction axiale de l'un correspondant des alésages de cylindre 11. Une buse 46, qui est placée à une extrémité distale de chaque injecteur de carburant 45, est disposée à l'intérieur de la chambre de combustion 15 correspondante.
Comme représenté sur la figure 4A, la buse 46 comprend quinze trous d'injection circulaires 47a, 47b. Parmi les trous d'injection 47a, 47b, dix trous d'injection 47a sont disposés sur un plus grand cercle à des intervalles qui sont de façon générale égaux, et cinq trous d'injection 47b sont disposés sur un plus petit cercle à des intervalles qui sont de façon générale égaux. A la fois les cinq trous d'injection 47b sur le petit cercle et les dix trous d'injection 47a sur le grand cercle sont orientés radialement vers l'extérieur à partir du centre de la buse 46.
En se référant à nouveau à la figure 1, on note que la vitesse de rotation du moteur électrique 36 et les conditions temporelles et le degré d'ouverture/fermeture de chaque injecteur de carburant 45 sont commandés par des signaux provenant de l'UCE 32.
Pendant que le moteur tourne, l'unité de pompe électrique 35 aspire du carburant dans le réservoir de carburant 38 à travers un orifice d'entrée 34 de l'unité de pompe électrique 35 et met le carburant sous pression. Ensuite, l'unité de pompe électrique 35 pompe le carburant vers les injecteurs de carburant 45 à travers l'orifice de sortie 39, la ligne de carburant 40 et la ligne de distribution 42. Les injecteurs de carburant 45
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sont ouverts/fermés sur la base d'un ordre provenant de l'UCE 32. En d'autres termes, l'UCE 32 calcule une quantité d'injection de carburant qui doit être fournie à la chambre de combustion 15 correspondante sur la base des valeurs mesurées du capteur de position de papillon d'accélérateur 22b, du capteur de pression d'admission 18, du capteur d'angle de vilebrequin 31, du capteur de rapport air/carburant 19 et/ou autres. L'UCE 32 commande l'ouverture/fermeture des injecteurs de carburant 45 sur la base de la quantité d'injection de carburant calculée. Par conséquent, le carburant sous pression est injecté dans la chambre de combustion 15 à travers l'injecteur de carburant 45 et est mélangé dans un rapport prédéterminé avec de l'air fourni à travers la tubulure d'admission 13. Le mélange gazeux du carburant et de l'air résultant est comprimé par le piston 12, et pendant cette course de compression la bougie d'allumage 23 enflamme le carburant pour le faire brûler.
Structure et Fonctionnement de Chaque Composant
Comme représenté sur la figure 1, l'unité de pompe électrique 35 est la seule unité de pompe électrique incorporée entre le réservoir de carburant 38 et les injecteurs de carburant 45. Ainsi, la pompe mécanique 108 (figure 15) utilisée dans le système proposé précédemment est éliminée dans ce mode de réalisation. Cette structure permet une réduction des coûts de fabrication du système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant et permet également une simplification du système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant. De plus, la perte de la puissance qui est utilisée pour entraîner la pompe mécanique proposée précédemment, est éliminée dans ce mode de réalisation, ce qui fait qu'il est possible d'augmenter la puissance de sortie du moteur et de réduire la consommation de carburant du moteur.
Le carburant sous pression pompé par l'unité de pompe électrique 35 est injecté dans chaque chambre de combustion 15 à travers l'injecteur de carburant 45 correspondant. Comme décrit ci-dessus, dans le mode de réalisation présent, la pression de carburant (2 MPa) du moteur à injection directe est fixée à une valeur inférieure à la pression de carbu- rant proposée précédemment (de 5 à 14 MPa). Lorsque la pression de carburant est basse, la taille de particules du carburant injecté devient plus grande, ce qui conduit à un mélange insuffisant du carburant et de
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l'air aspiré à travers la tubulure d'admission 13.
En considération de cet inconvénient, comme représenté sur la figure 4A, les quinze trous d'injection de carburant 47a, 47b sont formés dans la buse 46 de chaque injecteur de carburant 45 aux positions prédéterminées. Chaque trou d'injection de carburant 47a, 47b s'étend dans une direction oblique par rapport à une direction axiale de l'injecteur de carburant 45. Par conséquent, comme représenté sur les figures 4B et 4C, le carburant est injecté radialement à travers les trous d'injection 47a, 47b respectifs et il est réparti dans l'ensemble de la chambre de combustion 15, c'est-à-dire sur la surface supérieure 12a du piston 12. Par conséquent, même lorsque la pression de carburant est aussi basse que 2 MPa, il est possible de restreindre avantageusement une augmentation de la taille des particules de carburant et un mélange insuffisant du carburant avec l'air.
On décrira ensuite l'injection de carburant au démarrage du moteur. Au démarrage du moteur d'un véhicule, le démarreur 29 fait tourner de force le moteur jusqu'à ce que le moteur commence à tourner de luimême grâce à la combustion. Le démarreur 29 nécessite une puissance électrique relativement élevée lorsqu'il fait tourner le moteur. De ce fait, à la fois le moteur électrique 36 dans l'unité de pompe électrique 35 et le démarreur 29 sont commandés de manière interdépendante.
De façon plus spécifique, comme représenté sur la figure 5, le moteur électrique 36 est actionné et entraîné par de l'énergie provenant de la batterie pour entraîner la pompe à carburant 37 lorsque la clé de contact 33 est introduite dans un interrupteur d'allumage 75. Par conséquent, la pompe à carburant 37 est entraînée pour mettre sous pression et pomper le carburant vers les injecteurs de carburant 45 à travers la ligne de carburant 40 et la ligne de distribution 42. Lorsque la clé de contact 33 est tournée jusqu'à la position de démarrage, l'entraînement du moteur électrique 36 est interrompu, et seul le démarreur 29 est entraîné. La batterie peut donc fournir une plus grande puissance au démarreur 29 pour augmenter la force de rotation du démarreur 29.
La force de rotation du démarreur 29 peut seulement faire tour- ner le moteur à 100 à 200 tlmin. Cependant, une fois que la combustion du carburant commence, et par conséquent le moteur produit un couple,
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la vitesse de rotation du moteur augmente rapidement. De ce fait, lorsque la vitesse de rotation du moteur dépasse 400 t/min, l'entraînement du démarreur 29 est arrêté, et l'entraînement du moteur électrique 36 est repris pour entraîner la pompe à carburant 37.
Comme décrit ci-dessus, l'unité de pompe électrique 35 est entraînée avant l'activation du moteur, c'est-à-dire l'activation du démarreur 29. Par conséquent, une pression de carburant désirée peut être assurée dès le début du démarrage du moteur. Il est donc possible d'injecter le carburant d'une taille de particules désirée dans les chambres de combustion 15, à travers les injecteurs de carburant 45, en une quantité d'injection de carburant désirée, ce qui permet d'obtenir une combustion satisfaisante. Il en résulte que la période de démarrage peut être raccourcie, et l'émission de fumée et d'hydrocarbures peut être réduite. Dans le système proposé précédemment, la pompe électrique 106 (figure 15) fournit également le carburant au démarrage du moteur. Il n'y a cependant pas d'idée technique de fournir le carburant avant le démarrage du moteur.
On décrira ensuite, en référence à la figure 2, l'endommagement de la ligne de carburant 40 et de la ligne de distribution 42. Bien que la pression de carburant (approximativement 2 MPa) à l'injecteur de carburant 45 soit notablement inférieure à celle du système proposé précédemment, des vibrations du bloc-moteur 10 pourraient entraîner un roulis du bloc-moteur 10 dans une direction y de la figure 2, autour de l'arbre de sortie du bloc-moteur 10.
En considération de ce qui précède, dans le mode de réalisation présent, on utilise pour former la ligne de carburant 40 et la ligne de distribution 42 des tuyaux en métal qui peuvent supporter une pression relativement élevée. Par conséquent, même lorsque des forces d'extension et de contraction sont appliquées à la partie de raccord 41, qui raccorde la ligne de carburant 40 et la ligne de distribution 42, il est possible de res- treindre l'endommagement de la ligne de carburant 40 et de la ligne de distribution 42, et il est également possible de restreindre la tendance au débranchement de la partie de raccord 41. Il faut cependant noter que lorsque la partie de raccord 41 est établie de façon à s'étendre à partir de la partie de côté latéral du bloc-moteur 10 dans une direction perpendicu- laire à un plan de la partie de côté latéral du bloc-moteur 10, le roulis du
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bloc-moteur 10 pourrait endommager la partie de raccord 41.
On décrira ensuite en référence à la figure 3 la commande de la pression de carburant aux injecteurs de carburant 45. L'unité de pompe électrique 35 est espacée d'environ 2-3 m du bloc-moteur principal 10, ce qui fait qu'il existe une différence de pression entre la pression du carburant à l'orifice de sortie 39 de la pompe à carburant 36 et la pression du carburant à l'intérieur de la ligne de distribution 42. Dans le cas présent dans lequel le capteur de pression de carburant 43 est disposé dans la ligne de distribution 42 pour mesurer la pression du carburant, un retard de réponse se manifeste lorsque la pression de fonctionnement de la pompe à carburant 37 est augmentée. Par conséquent, lorsque la pression de fonctionnement de l'unité de pompe électrique 35 est commandée sur la base de la pression de carburant présente de l'unité de pompe électrique 35, qui est directement déterminée sur la base de la mesure du capteur de pression de carburant 43, il se produit une dispersion ou un dépassement de la pression. Il en résulte que la pression de carburant ne peut pas être commandée de manière exacte.
En considération de cet inconvénient, dans le mode de réalisation présent, l'UCE 32 estime une pression de carburant à l'orifice de sortie 39 de la pompe à carburant 37 sur la base de la mesure du capteur de pression de carburant 43 disposé dans la ligne de distribution 42. Ensuite, l'UCE 32 calcule la vitesse de rotation du moteur électrique 36 sur la base de la pression de carburant estimée. L'estimation de la pression de carburant à l'orifice de sortie 39 de la pompe à carburant 37 est effectuée en utilisant des valeurs estimées, qui sont obtenues par des simulations de divers modèles qui sont construits en utilisant la ligne de carburant 40 et la ligne de distribution 42.
Dans le mode de réalisation présent, l'estimation de la pression de carburant est exigée du fait de la relativement longue distance entre l'unité de pompe électrique 35 unique et le bloc-moteur 10. Il faut cependant noter que l'estimation de la pression de carburant n'est pas exigée, par exemple, dans le système proposé précédemment dans lequel la mise en pression du carburant est effectuée principalement par la pompe mécanique 108 (figure 15) disposée dans le bloc-moteur.
On décrira ensuite en référence à la figure 6 la puissance élec-
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trique pour entraîner le moteur électrique 36, c'est-à-dire la puissance électrique pour entraîner la pompe à carburant 37. L'UCE 32 calcule une quantité d'injection de carburant optimale sur la base d'un état de fonctionnement du moteur. Ensuite, l'UCE 32 commande chaque injecteur de carburant 45 pour injecter la quantité d'injection de carburant calculée.
Ainsi, lorsque le carburant est injecté, la pression de carburant à l'intérieur de la ligne de carburant 40 diminue. Il est donc nécessaire que l'unité de pompe électrique 35 pompe le carburant vers les injecteurs de carburant 45.
En considération de ce qui précède, dans le mode de réalisation présent, comme représenté sur la figure 6, la puissance électrique de la pompe est commandée sur la base de la quantité d'injection de carburant.
De façon spécifique, à l'étape S1 sur la figure 6, une quantité d'injection de carburant q de chaque injecteur de carburant 45 est déterminée sur la base de la vitesse du moteur mesurée avec le capteur d'angle de vilebrequin 31 et/ou le capteur de position de papillon d'accélérateur 22b. A l'étape S5, un mélange gazeux correspondant à la quantité d'injection de carburant prédéterminée, qui est déterminée à l'étape S1, est injecté à travers l'injecteur de carburant 45 correspondant. A l'étape S2, la puissance électrique de pompe prévue Wp est calculée. Ceci est accompli de la fa- çon suivante. Ainsi, une quantité d'injection de carburant totale (q x 4) de tous les injecteurs de carburant 45 est calculée initialement en multipliant la quantité d'injection de carburant q, qui est déterminée à l'étape S1, par le nombre de cylindres, c'est-à-dire 4 dans ce mode de réalisation. En- suite, la quantité d'injection de carburant totale (q x 4) est multipliée par un coefficient k1 pour obtenir la puissance électrique de pompe prévue Wp (= k1 x q x 4). A l'étape S3, un coefficient de correction de puissance de pompe électrique k2 est obtenu sur la base de la pression de carburant mesurée avec le capteur de pression de carburant 43 à l'étape S6. En- suite, la puissance électrique de pompe prévue Wp est multipliée par le
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coefficient de correction de puissance électrique de pompe k2 pour obtenir la puissance électrique de pompe Wp' (= k2 x Wp). Ensuite, à l'étape S4, la puissance électrique de pompe Wp' est fournie à la pompe à carburant 37 (ou au moteur électrique 36).
Comme décrit ci-dessus, la puissance électrique de pompe correspondant à la quantité d'injection de carburant est corrigée en utilisant la mesure du capteur de pression de carburant 43. Ensuite, la puissance électrique de pompe corrigée est fournie au moteur électrique 36 pour entraîner la pompe à carburant 37. Il en résulte que la pompe à carburant 37 est commandée de façon plus précise, et la réponse de la pompe à carburant 37 est améliorée. Il faut noter que cette commande est rendue possible par l'utilisation de l'unité de pompe électrique 35 unique qui augmente la pression de carburant, et la même commande ne peut pas être accomplie par le système proposé précédemment dans lequel la pompe mécanique est entraînée par la rotation du moteur.
La figure 7 montre la relation entre la pression de carburant à l'intérieur de la ligne de distribution 42 et un signal d'injection de carburant (instant d'injection de carburant) qui est appliqué à chaque injecteur de carburant 45 (l'ordre cyclique des cylindres est #1, #3, #4 et #2, comme représenté sur la figure 7). La pression dans la ligne de distribution 42 varie en synchronisme avec la rotation de la pompe à carburant 37. La pression de carburant à l'intérieur de la ligne de distribution 42 augmente pendant la course de pompage de la pompe à carburant 37.
Deux des injecteurs de carburant 45 injectent du carburant une fois par révolution du moteur.
En considération de ce qui précède, dans le mode de réalisation présent, l'UCE 32 ajuste la vitesse de rotation du moteur électrique 36 de façon que le temps exigé pour une révolution de la pompe à carburant 37 soit raccourci en comparaison du temps exigé pour une révolution du moteur, comme représenté sur la figure 7. Par conséquent, la rotation de la pompe à carburant 37 et la rotation du moteur ne sont pas synchronisées.
Pour cette raison, même lorsque la pression de carburant varie, il de- meure possible d'éviter une situation indésirable dans laquelle l'injection de carburant 45 dans un cylindre donné injecte le carburant à une pres- sion inférieure ou supérieure à celle des injecteurs de carburant 45 dans
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les autres cylindres. Il en résulte que le mélange gazeux dans les cylindres respectifs #1, #3, #4 et #2 devient de façon générale homogène. Ceci peut restreindre une variation de couple du moteur et une dégradation des émissions.
Au contraire, comme indiqué par des lignes en trait mixte avec deux tirets sur la figure 7, lorsque la rotation de l'unité de pompe électrique 35 et la rotation du moteur sont synchronisées, il peut arriver que l'injecteur de carburant 45 dans un cylindre donné injecte le carburant à une pression inférieure ou supérieure à celle des injecteurs de carburant 45 dans les autres cylindres, à cause des variations de la pression de carburant. Ainsi, par exemple, les injecteurs de carburant 45 dans les cylindres #1, #4 peuvent injecter le carburant à une pression relativement basse, et les injecteurs de carburant 45 dans les cylindres #3, #2 peuvent injecter le carburant à une pression relativement élevée. Par conséquent, le mélange gazeux dans la chambre de combustion 15 de chacun des cylindres #1, #4 devient pauvre, et le mélange gazeux dans la chambre de combustion 15 de chacun des cylindres #3, #2 devient riche.
Modifications (1) Unité de Pompe Electrique
Dans une modification représentée sur la figure 9A, l'unité de pompe électrique 35 est remplacée par une unité de pompe électrique 50.
L'unité de pompe électrique 50 comprend un moteur électrique 51, une première pompe à carburant 52 et une seconde pompe à carburant 54, qui sont entraînées par le moteur électrique 51. Un orifice de sortie 53 de la première pompe à carburant 52 est relié à un orifice d'entrée 55 de la seconde pompe à carburant 54. Le carburant est aspiré dans le réservoir de carburant 38 à travers un orifice d'entrée 70 de la première pompe à carburant 52 et est évacué par un orifice de sortie 71 de la seconde pompe à carburant 54 vers la ligne de carburant 40. Avec cette configuration, l'unité de pompe électrique 50 peut avantageusement atteindre une pression d'évacuation plus élevée.
Dans une autre modification représentée sur la figure 9B, l'unité de pompe électrique 35 est remplacée par une unité de pompe électrique 63. L'unité de pompe électrique 63 comprend un premier moteur électrique 57, un second moteur électrique 60, une première pompe à carburant
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58 entraînée par le premier moteur électrique 57, et une seconde pompe à carburant 61 entraînée par le second moteur électrique 60. Un orifice de sortie 59 de la première pompe à carburant 58 est relié à un orifice d'entrée 62 de la seconde pompe à carburant 61. Le carburant est aspiré dans le réservoir de carburant 38 à travers un orifice d'entrée 72 de la première pompe à carburant 58 et il est évacué par un orifice de sortie 73 de la seconde pompe à carburant 61 vers la ligne de carburant 40. L'unité de pompe électrique 63 ayant cette structure peut offrir l'avantage suivant.
Ainsi, la première pompe électrique 58 et la seconde pompe électrique 61 peuvent être entraînées avec le couple d'entraînement le plus efficace.
(2) Trous d'Injection de Buse
Dans une modification représentée sur la figure 10A, chaque injecteur de carburant 45 est fixé à la partie supérieure du bloc-moteur 10, de façon que chaque injecteur de carburant 45 injecte le carburant de manière uniforme dans l'ensemble de la chambre de combustion 15 à travers les trous d'injection, qui sont formés dans la buse 46 de l'injecteur de carburant 45 de façon à s'étendre de manière générale dans la direction axiale de l'injecteur de carburant 45.
Dans une modification représentée sur la figure 10B, la buse 46 de chaque injecteur de carburant 45 comprend des trous d'injection à travers lesquels le carburant est injecté uniformément sur la surface supérieure 12a du piston 12, et des trous d'injection à travers lesquels le carburant est injecté vers deux soupapes d'échappement 17. La plupart (par exemple onze trous) des trous d'injection utilisés pour injecter le carburant sur la surface supérieure 12a du piston 12 sont respectivement formés de façon à s'étendre de manière générale dans une direction oblique par rapport à la direction axiale, et les trous d'injection restants (par exemple quatre trous) utilisés pour injecter le carburant vers les soupapes d'échappement 17 sont respectivement formés de façon à s'étendre de manière générale dans la direction axiale. Les soupes d'échappement 17 sont chauffées à une température plus élevée que n'importe quelle autre partie dans la chambre de combustion 15. Par conséquent, l'évaporation du carburant est favorisée en appliquant le carburant aux soupapes d'échappement 17, ce qui permet d'obtenir un mélange gazeux satisfaisant à l'intérieur de la chambre de combustion 15.
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Dans une modification représentée sur la figure 10C, la buse 46 de chaque injecteur de carburant 45 comprend des trous d'injection à travers lesquels le carburant est injecté uniformément sur la surface supérieure 12a du piston 12, et des trous d'injection à travers lesquels le carburant est injecté vers la bougie d'allumage 23. La plupart (par exemple treize trous) des trous d'injection utilisés pour injecter le carburant sur la surface supérieure 12a du piston 12 sont respectivement formés de façon à s'étendre d'une manière générale dans une direction oblique par rapport à la direction axiale, et les trous d'injection restants (par exemple deux trous) utilisés pour injecter le carburant vers la bougie d'allumage 23 sont respectivement formés de façon à s'étendre de manière générale dans la direction axiale. En produisant de cette manière un mélange gazeux riche près de la bougie d'allumage 23, l'inflammabilité du carburant peut être encore améliorée.
(3) Ligne de Distribution
Dans une modification représentée sur la figure 11, une partie de raccord 41a de la ligne de carburant 40 est constituée d'un tuyau flexible ou d'un matériau flexible (consistant en toile métallique, caoutchouc et résine) qui peut supporter une pression relativement élevée et absorber des vibrations du moteur. Dans ce cas, la partie de raccord 41a peut être disposée de façon à s'étendre dans une direction perpendiculaire à l'arbre de sortie du moteur. Il faut cependant noter que la partie de raccord 41a peut, à la place, être disposée de façon à s'étendre dans une direction parallèle à l'arbre de sortie du moteur.
(4) Capteur de Pression de Carburant
Dans une modification représentée sur la figure 12A, un capteur de pression de carburant 65 est disposé en position adjacente à l'orifice de sortie de la pompe à carburant 37. Dans ce cas, la pression de consi- gne de la pompe à carburant 37 peut être commandée directement sur la base de la mesure du capteur de pression de carburant 65. Cependant, on ne peut pas commander de manière exacte une quantité d'injection de carburant, qui est déterminée sur la base d'une durée d'injection de l'in- jecteur de carburant 45 et d'une pression dans la ligne de distribution 42.
Autrement dit, la pression de carburant au point adjacent à l'orifice de
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sortie 39 de la pompe à carburant 37 diffère de la pression de carburant à l'intérieur de la ligne de distribution 42. Par conséquent, la détermination d'une durée d'injection de carburant sur la base de la mesure du capteur de pression de carburant 65 occasionne une erreur dans une quantité d'injection de carburant.
Ainsi, dans ce cas, il est préférable de déterminer une durée d'injection en estimant une pression dans la ligne de distribution 42 sur la base de la mesure du capteur de pression de carburant 65. La pression estimée dans la ligne de distribution 42 peut être obtenue en utilisant une équation d'estimation prédéterminée. Selon une variante, la pression estimée dans la ligne de distribution 42 peut être obtenue par des simulations de divers modèles qui sont établis en utilisant la pompe à carburant 37, la ligne de carburant 40, la ligne de distribution 42 et les injecteurs de carburant 45.
Dans une modification représentée sur la figure 12B, un premier capteur de pression de carburant 67 est placé dans la ligne de distribution 42 et un second capteur de pression de carburant 68 est placé en position adjacente à l'orifice de sortie 39 de la pompe à carburant 37. Dans ce cas, il est préférable qu'une durée d'injection soit déterminée sur la base de la mesure du premier capteur de pression de carburant 67, et que la pression de consigne de la pompe à carburant 37 soit commandée sur la base de la mesure du second capteur de pression de carburant 68.
(5) Commande Coordonnée au Démarrage du Moteur
La puissance électrique qui peut être fournie au démarreur 29 par la batterie 74 est limitée à une valeur maximale prédéterminée, et cette valeur maximale varie sur la base d'un niveau de charge de la batte- rie et de la température de la batterie. Lorsque la puissance nécessaire pour entraîner le démarreur 29 est inférieure à la valeur maximale prédéterminée, la batterie a une puissance excédentaire. En considération de ce qui précède, dans une modification représentée sur la figure 13A, lors- que la clé de contact 33 est tournée jusqu'à la position de démarrage, le moteur électrique 36 pour entraîner la pompe à carburant 37 n'est pas complètement arrêté. Au lieu d'arrêter le moteur électrique 36, on conti- nue à entraîner le moteur électrique 36 avec la puissance électrique ex- cédentaire qui reste dans la batterie pendant l'entraînement du démarreur
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29. En résumé, l'entraînement du démarreur 29 a priorité sur l'entraînement du moteur électrique 36.
Le démarreur 29 et le moteur électrique 36 exigent une puissance électrique considérable en comparaison avec les autres composants électriques montés dans un véhicule. Une simple somme de la puissance exigée par le démarreur 29 et de la puissance exigée par le moteur électrique 36 dépasse souvent la capacité que peut fournir la batterie. Par conséquent, il est efficace de commander le moteur électrique 36 et le démarreur 29 de manière coordonnée au démarrage du moteur.
Dans une modification représentée sur la figure 13B, le moteur électrique 36 pour entraîner la pompe à carburant 37 est actionné lorsque la clé de contact 33 est introduite dans l'interrupteur d'allumage 75. Dans un cas dans lequel la pression de carburant n'a pas atteint une pression prédéterminée (Pm) lorsque la clé de contact 33 est tournée jusqu'à la position de démarrage, le moteur électrique 36 continue à être entraîné, sans entraîner le démarreur 29. Au contraire, dans un cas dans lequel la pression de carburant a dépassé la pression de carburant prédéterminée Pm, l'entraînement du moteur électrique 36 est arrêté, et l'entraînement du démarreur 29 est commencé. Ensuite, lorsque la vitesse de rotation du moteur dépasse 400 t/min, l'entraînement du démarreur 29 est arrêté, et l'entraînement du moteur électrique 36 est recommencé.
Lorsque la pression de carburant est inférieure à la pression prédéterminée, une quantité d'injection de carburant est insuffisante et l'atomisation du carburant n'est pas satisfaisante. Dans un tel cas, on ne peut pas obtenir une combustion satisfaisante, même lorsque le moteur est entraîné en rotation par le démarreur 29. Cependant, en retardant l'entraînement du démarreur 29 jusqu'à ce que la pression de carburant prédéterminée soit atteinte, il est possible d'obtenir une combustion satisfaisante et d'améliorer l'aptitude au démarrage du moteur.
(6) Correction de la Durée d'Injection sur la Base de la Pression dans le
Cylindre
On va décrire la correction d'une durée d'injection basée sur une pression dans la chambre de combustion 15 (cette pression sera ap- pelée ci-après une pression dans le cylindre). Comme représenté sur la figure 14B, la pression dans la chambre de combustion 15 est pratique-
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ment constante pendant la course d'admission et elle augmente progressivement pendant la course de compression. A un point intermédiaire dans la course de compression, le carburant est enflammé. Une quantité d'injection de carburant à injecter dans la chambre de combustion 15 à travers l'injecteur de carburant 45 est influencée par une pression Pc dans la chambre de combustion 15 (cette pression sera appelée ci-après une pression dans le cylindre au moment de l'injection) au moment de l'injection de carburant. Même lorsqu'on utilise la même durée d'injection à chaque injection de carburant, il se produit les choses suivantes. Ainsi, une relativement grande quantité d'injection de carburant est injectée pendant la course d'admission et la première moitié de la course de compression, dans lesquelles la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, est relativement basse, et une relativement petite quantité d'injection de carburant est injectée pendant la seconde moitié de la course de compression, dans laquelle la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, est relativement élevée. Par conséquent, pour parvenir à une injection très exacte dans la chambre de combustion 15, il est préférable de corriger la durée d'injection sur la base de la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc.
De façon plus spécifique, comme représenté sur la figure 14A, l'UCE 32 détermine la durée d'injection et l'instant d'injection sur la base de la condition de fonctionnement du moteur. La pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, dans la chambre de combustion 15, est mesurée par un moyen de détection de pression, tel qu'un capteur de pression de cylindre, et la pression mesurée est fournie à l'UCE 32. Ensuite, la durée d'injection, c'est-à-dire une durée d'ouverture de soupape de l'injecteur de carburant 45, est corrigée de façon à devenir plus courte lorsque la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, qui est mesurée, est relativement basse. En outre, la durée d'injection, c'est-à-dire la durée d'ouverture de soupape de l'injecteur de carburant 45, est corrigée de façon à être plus longue lorsque la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, qui est mesurée, est relativement élevée. En corrigeant de cette manière la durée d'injection sur la base de la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, il est possible d'injecter une quantité d'injection de carburant correspondant à la pression dans le cy-
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lindre au moment de l'injection, Pc.
La pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, peut être déterminée en utilisant une fonction mathématique, qui est prédéterminée sur la base de l'instant d'injection et d'une quantité du mélange gazeux remplissant la chambre de combustion 15 ou d'une quantité d'air d'admission. Selon une variante, on peut déterminer la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, en utilisant une table qui est préparée à l'avance sur la base de l'instant d'injection de carburant.
Selon une variante, on peut parvenir à une injection dans le cylindre très exacte en corrigeant une pression de carburant de consigne, Pf, sur la base de la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, sans corriger la durée d'injection comme décrit ci-dessus. De façon plus spécifique, une quantité d'injection de carburant est proportionnelle à la racine carrée d'une différence (Pf - Pc) entre la pression de carburant de consigne Pf et la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc. Par conséquent, la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, est calculée par le procédé envisagé ci-dessus. La racine carrée de (Pf - Pc) est maintenue constante en fixant une pression de carburant de consigne Pf plus élevée lorsque la pression dans le cylindre au moment de l'injection Pc est relativement élevée, et en fixant une pression de carburant de consigne Pf moins élevée lorsque la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc, est relativement basse. Même de cette manière, il est possible d'injecter une quantité d'injection de carburant correspondant à la pression dans le cylindre au moment de l'injection, Pc.
Le mode de réalisation ci-dessus peut être résumé de la façon suivante.
Unité de Pompe Electrique
L'unité de pompe électrique 35 peut comprendre un moteur électrique 36 et une pompe à carburant 37. Selon une variante, l'unité de pompe électrique 35,50, 63 peut comprendre un ou deux moteurs électriques 36,51, 57,60 et une ou deux pompes à carburant 37,52, 54,58, 61.
L'opération d'entraînement de l'unité de pompe électrique 35, 50,63 avec de la puissance fournie par la batterie 74 est la suivante. Au démarrage du moteur, l'unité de pompe électrique 35,50, 63 peut être
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entraînée avant l'activation du démarreur 29. Pour accomplir ceci, premièrement, lorsque la clé de contact 33 est introduite dans l'interrupteur d'allumage 75, la puissance de la batterie 74 peut être utilisée seulement pour entraîner l'unité de pompe électrique 35,50, 63 jusqu'à ce que la clé de contact 33 soit tournée jusqu'à la position de démarrage. Secondement, après que la clé de contact 33 a été placée à la position de démarrage, la puissance de la batterie 74 peut être utilisée pour entraîner à la fois l'unité de pompe électrique 35,50, 63 et le moteur électrique (démarreur) 29 pour faire démarrer le moteur, jusqu'à ce qu'une vitesse de rotation du moteur atteigne une valeur prédéterminée. Troisièmement, après que la clé de contact 33 a été placée sur la position de démarrage, la puissance de la batterie 74 peut être utilisée pratiquement seulement pour entraîner le démarreur 29, jusqu'à ce qu'une pression de carburant dans la chambre de combustion 15 correspondante atteigne une valeur prédéterminée.
Il est préférable que la vitesse de rotation de l'unité de pompe électrique 35,50, 63 et la vitesse de rotation du moteur ne soient pas synchronisées.
Injecteur de Carburant
La buse 46 de chaque injecteur de carburant 45 comprend les trous d'injection 47a, 47b. Les trous d'injection 47a, 47b peuvent être orientés de façon que du carburant soit injecté à travers les trous d'injection 47a, 47b et réparti ainsi dans l'ensemble de l'intérieur de la chambre de combustion 15. Selon une variante, les trous d'injection 47a, 47b peuvent être orientés de façon que du carburant soit injecté à travers les trous d'injection 47a, 47b et réparti ainsi sur la surface supérieure du piston 12 et vers les soupapes d'échappement 17. Selon encore une autre variante, les trous d'injection 47a, 47b peuvent être orientés de façon que du carburant soit injecté à travers les trous d'injection 47a, 47b et réparti ainsi sur la surface supérieure du piston 12 et vers la bougie d'allumage
23. Dans n'importe lesquels de ces cas, il est souhaitable que chaque injecteur de carburant 45 soit fixé sur la partie de côté latéral du bloc- moteur 10 et s'étende de façon générale dans la direction oblique par rapport à la direction axiale de l'alésage de cylindre 11 correspondant.
Selon encore une autre variante, les trous d'injection 47a, 47b
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peuvent être orientés de façon que du carburant soit injecté à travers les trous d'injection 47a, 47b et soit ainsi réparti uniformément sur la surface supérieure du piston 12. Dans un tel cas, il est souhaitable que chaque injecteur de carburant 45 soit fixé sur la partie supérieure du bloc-moteur 10 et s'étende dans la direction axiale de l'alésage de cylindre 11 correspondant. En outre, un élément chauffant (non représenté) peut être placé dans l'injecteur de carburant 45 de façon à chauffer la buse d'injection 46 jusqu'à une température relativement élevée, pour favoriser l'évaporation du mélange gazeux.
La pression de carburant de consigne de l'injecteur de carburant 45 est fixée de la façon suivante. Dans le cas de la présente invention dans lequel on utilise une seule unité de pompe électrique 35,50, 63, lorsqu'une pression de 5-14 MPa est utilisée pour la pression de carburant comme dans le cas de la pompe mécanique proposée précédemment, des problèmes pourraient se manifester en termes de rendement, de durabilité, de taille de pompe, d'énergie d'entraînement, etc., de la pompe électrique. Par conséquent, on utilise dans la présente invention la pression de carburant minimale possible qui permet de maintenir les performances désirées du moteur. Il faut cependant noter que, du fait que le carburant est directement injecté dans la chambre de combustion 15 (alésage de cylindre 11) à travers l'injecteur de carburant 45, la pression d'injection de carburant doit être supérieure à une pression dans la chambre de combustion 15 mesurée pendant la course de compression.
De façon plus spécifique, un taux de compression général d'un moteur à essence est d'environ 10. Lorsque de l'air à 0,1 MPa est aspiré et est compressé environ dix fois, la pression dans la chambre de com- bustion correspondante atteint environ 1 MPa. Par conséquent, lorsque la pression du carburant est égale ou supérieure à cette pression, le carbu- rant peut être injecté dans la chambre de combustion même pendant la course de compression. De ce fait, on choisit 1 MPa pour la pression de carburant de consigne minimale (pression dans le cylindre pendant la course de compression) de la pompe électrique à haute pression dans la présente invention.
La figure 8A est une représentation graphique montrant une re- lation entre une taille de pompe et une pression de carburant de consigne
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de l'unité de pompe électrique, et la figure 8B est une représentation graphique montrant une relation entre une énergie d'entraînement et une pression de carburant de consigne de l'unité de pompe électrique. Ces représentations graphiques montrent qu'à la fois la taille de la pompe et l'énergie d'entraînement augmentent notablement lorsque la pression de carburant dépasse 5 MPa. En considération de ce qui précède, on choisit 5 MPa pour la limite supérieure de la pression de carburant de consigne dans la présente invention.
On peut améliorer les performances du moteur en permettant une variation de la pression de carburant dans une plage de 1 à 5 MPa en fonction de la condition de fonctionnement du moteur. De plus, il est préférable d'utiliser une pression de carburant relativement élevée (pression de carburant de consigne) dans chacun des cas suivants : moment de démarrage du moteur, moment de fonctionnement du moteur à charge élevée et à vitesse de rotation élevée (c'est-à-dire moment où on fait fonctionner le moteur avec une charge relativement élevée et une vitesse de rotation relativement élevée), et moment de fonctionnement du moteur à froid, où il est nécessaire d'injecter une relativement grande quantité de carburant, et l'atomisation du carburant est exigée. Dans des conditions autres que celles-ci, il est préférable d'utiliser une pression de carburant relativement basse.
En outre, on peut faire varier la pression de carburant de consigne au moment de l'injection de carburant à travers l'injecteur de carburant, sur la base d'une pression dans la chambre de combustion au mo- ment de l'injection. De plus, on peut corriger une durée d'injection de car- burant sur la base de la pression dans la chambre de combustion.
Structure de Tuyauterie
La structure de tuyauterie 40-42 comprend de préférence la ligne de carburant 40, qui s'étend à partir de l'unité de pompe électrique
35,50, 63 jusqu'au bloc-moteur 10, et la ligne de distribution 42, qui distribue le carburant aux chambres de combustion 15 respectives du bloc- moteur 10. Aucun mécanisme de mise en pression n'est incorporé dans la structure de tuyauterie 40-42. Ici, "aucun mécanisme de mise en pres- sion" signifie l'absence d'un moyen de pompage (qu'il soit d'un type élec-
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trique ou d'un type mécanique) ou similaire pour élever la pression de carburant.
Dans le cas où la partie de raccord 41 entre la ligne de carburant 40 et les injecteurs de carburant 45 respectifs est rigide, il est préférable que la partie de raccord 41 soit disposée parallèlement à l'arbre de sortie (c'est-à-dire dans la direction axiale X de l'arbre de sortie) du moteur. D'autre part, dans un cas dans lequel la partie de raccord est flexible, la partie de raccord peut s'étendre parallèlement à l'arbre de sortie du moteur ou peut s'étendre dans une direction perpendiculaire à l'arbre de sortie du moteur.
Autres Composants (1) Compresseur de Suralimentation
Un compresseur de suralimentation 76 est monté du côté d'admission du bloc-moteur 10, et la pression de carburant de consigne de chaque injecteur de carburant 45 peut varier dans une plage de 1 à 5 MPa en fonction d'une pression de compression du compresseur de suralimentation 76.
(2) Capteur de Pression de Carburant et UCE
Le capteur de pression de carburant 43,67 peut être placé dans la ligne de carburant 40 ou la ligne de distribution 42 à proximité immédiate des injecteurs de carburant 45 (c'est-à-dire de l'un au moins des injecteurs de carburant 45). Une pression de carburant à l'orifice de sortie
39,71, 73 de l'unité de pompe électrique 35,50, 60 peut être estimée sur la base de la mesure du capteur de pression de carburant 43,67. Une vitesse de rotation de l'unité de pompe électrique 35,50, 60 peut être commandée par l'UCE 32 sur la base de la pression de carburant estimée.
L'estimation de la pression de carburant à l'orifice de sortie 39,71, 73 de l'unité de pompe électrique 35,50, 63 peut être effectuée en enregistrant une équation d'estimation prédéterminée dans l'UCE 32, ou en enregis- trant des valeurs estimées dans l'UCE 32. Les valeurs estimées peuvent être obtenues par des simulations respectivement effectuées en utilisant un modèle de la ligne de carburant 40 et de la ligne de distribution 42.
De plus, le capteur de pression de carburant 65,68 peut être placé à l'orifice de sortie 39,71, 73 de l'unité de pompe électrique 35,50,
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63. Une pression de carburant près des injecteurs de carburant 45 peut être estimée sur la base de la mesure du capteur de pression de carburant 65,68 placé à l'orifice de sortie 39,71, 73 de l'unité de pompe électrique 35,50, 63. Ensuite, une durée d'actionnement de l'injecteur de carburant 45 peut être commandée par l'UCE 32 sur la base de la pression de carburant estimée.
En outre, le premier capteur de pression de carburant 67 peut être placé en position adjacente aux injecteurs de carburant 45 (ou l'un au moins des injecteurs de carburant 45), et le second capteur de pression de carburant 68 peut être placé à l'orifice de sortie 39,71, 73 de l'unité de pompe électrique 35,50, 63. Dans ce cas, l'UCE 32 calcule une durée d'entraînement de l'injecteur de carburant 45 sur la base de la mesure du premier capteur de pression de carburant 67. Ensuite, l'UCE calcule une puissance électrique prévue qui doit être fournie à l'unité de pompe électrique 35,50, 63. Ensuite, l'UCE 32 corrige la puissance électrique calculée sur la base de la mesure du second capteur de pression de carburant 68.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (30)

REVENDICATIONS
1. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant pour un moteur d'un véhicule, dans lequel le moteur a un blocmoteur (10) qui comprend de multiples alésages de cylindre (11) et de multiples pistons (12), et chaque piston (12) est logé dans l'un correspondant des alésages de cylindre (11) et définit une chambre de combustion (15) dans l'alésage de cylindre (11) correspondant, le système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant étant caractérisé par : un réservoir de carburant (38) qui reçoit du carburant; une seule unité de pompe électrique (35,50, 63), qui est placée dans le réservoir de carburant (38) et comprend un orifice d'entrée (34,70, 72) pour aspirer le carburant dans le réservoir de carburant (38) et un orifice de sortie (39,71, 73) pour évacuer le carburant ; de multiples injecteurs de carburant (45), qui sont fixés au bloc-moteur (10), chaque injecteur de carburant (45) comprenant une buse (46), qui est disposée dans l'une correspondante des chambres de combustion (15) et injecte directement dans la chambre de combustion (15) correspondante le carburant qui est fourni par l'unité de pompe électrique (35,50, 63); et une tuyauterie (40- 42) qui relie l'orifice de sortie (39,71, 73) de l'unité de pompe électrique (35) et chaque injecteur de carburant (45), l'unité de pompe électrique unique (35,50, 63) étant la seule pompe pour fournir le carburant aux injecteurs de carburant.
2. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de pompe électrique (35) comprend un moteur électrique (36) et une pompe à carburant (37) entraînée par le moteur électrique (36).
3. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de pompe électrique (35,50, 63) comprend un ou deux moteurs électriques (36,51, 57,60) et une ou deux pompes à carburant (37,52, 54,58, 61) entraînées par le ou les deux moteurs électriques (51, 57, 60).
4. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque buse (46) comprend une multiplicité de trous d'injection (47a, 47b) qui sont orientés de façon à injecter le carburant dans l'ensemble de l'une correspondante des chambres de combustion (15).
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5. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque buse (46) comprend une multiplicité de trous d'injection (47a, 47b) qui sont orientés de façon à injecter uniformément le carburant sur une surface supérieure entière de l'un correspondant des pistons (12).
6. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque injecteur de carburant (45) est fixé à une partie supérieure du blocmoteur (10) de manière que chaque injecteur de carburant (45) s'étende de façon générale dans une direction axiale de l'un correspondant des alésages de cylindre (11).
7. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, dans lequel le bloc-moteur (10) comprend en outre de multiples soupapes d'échappement (17), chacune d'elles étant disposée dans l'une correspondante des chambres de combustion (15), le système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant étant caractérisé en ce que : chaque buse (46) comprend une multiplicité de trous d'injection (47a, 47b); l'un au moins des trous d'injection (47a, 47b) de chaque buse (46) est orienté de façon à injecter le carburant vers une surface supérieure de l'un correspondant des pistons (12) ; et au moins un autre des trous d'injection (47a, 47b) de chaque buse (46) est orienté de façon à injecter le carburant vers l'une correspondante des soupapes d'échappement (17).
8. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, dans lequel le bloc-moteur (10) comprend en outre de multiples bougies d'allumage (23), chacune d'elles étant disposée dans l'une correspondante des chambres de combustion (15), le système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant étant caractérisé en ce que : chaque buse (46) comprend une multiplicité de trous d'injection (47a, 47b); l'un au moins des trous d'injection (47a, 47b) est orienté de façon à injecter le carburant vers une surface supérieure de l'un correspondant des pistons (12) ; et au moins un autre des trous d'injection (47a, 47b) est orienté de façon à injecter le carburant vers l'une correspondante des bougies d'allumage (23).
9. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carbu-
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rant selon l'une quelconque des revendications 5,7 et 8, caractérisé en ce que chaque injecteur de carburant (45) est fixé sur une partie de côté latéral du bloc-moteur (10) de manière que chaque injecteur de carburant (45) s'étende de manière générale dans une direction oblique par rapport à une direction axiale de l'un correspondant des alésages de cylindre (11).
10. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pression de carburant de consigne de chaque injecteur de carburant (45) est dans une plage de 1 à 5 MPa.
11. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pression de carburant de consigne de chaque injecteur de carburant (45) est variable à l'intérieur d'une plage de 1 à 5 MPa en fonction d'une condition de fonctionnement du moteur.
12. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pression de carburant de consigne de chaque injecteur de carburant (45) est dans une plage de 1 à 5 MPa; la pression de carburant de consigne de chaque injecteur de carburant (45) est relativement élevée dans chacune des conditions suivantes : moment de démarrage du moteur, moment de fonctionnement du moteur avec une charge élevée et une vitesse de rotation élevée et moment de fonctionnement du moteur à froid ; etla pression d'injection de carburant de chaque injecteur de carburant (45) est relativement basse dans des conditions autres que le moment de démarrage du moteur, le moment du fonctionnement du moteur avec une charge élevée et une vitesse de rotation élevée et le moment de fonctionnement du moteur à froid.
13. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, dans lequel le bloc-moteur ( 10 ) comprend un compresseur de suralimentation ( 76 ) qui est monté sur un côté d'admission du bloc-moteur ( 10 ), le système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant étant caractérisé en ce qu'une pression de carburant de consigne de chaque injecteur de carburant ( 45) est variable dans une plage de 1 à 5 MPa en fonction d'une pression de compression du
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compresseur de suralimentation ( 76 ).
14. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pression de carburant de consigne de chaque injecteur de carburant (45) est variable en fonction d'une pression dans la chambre de combustion (15) correspondante au moment auquel le carburant est injecté par chaque injecteur de carburant (45).
15. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque injecteur de carburant (45) est constitué de façon qu'une durée d'injection de carburant de chaque injecteur de carburant (45) soit corrigée sur la base d'une pression dans la chambre de combustion (15) correspondante au moment auquel le carburant est injecté par chaque injecteur de carburant (45).
16. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tuyauterie (40-42) comprend une ligne de carburant (40) et une ligne de distribution (42), la ligne de carburant (40) s'étend à partir de l'unité de pompe électrique (35, 50, 63) vers le bloc-moteur (10), et la ligne de distribution (42) distribue à chaque injecteur de carburant (45) le carburant qui est fourni par l'intermédiaire de la ligne de carburant (40).
17. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 16, dans lequel le bloc-moteur (10) comprend en outre un arbre de sortie (X), le système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant étant caractérisé en ce que la tuyauterie (40-42) comprend en outre une partie de raccord (41) qui relie la ligne de carburant (40) et la ligne de distribution (42) et s'étend de façon générale parallèlement à l'arbre de sortie (X) du bloc-moteur (10).
18. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 16, caractérisé en ce que la tuyauterie (40-42) comprend en outre une partie de raccord (41) qui relie la ligne de carburant (40) et la ligne de distribution (42) et qui est constituée d'un matériau flexible.
19.Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé par un capteur de pression de carburant (43,67), qui est placé en position adjacente à l'un au moins des
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injecteurs de carburant (45), et en ce que : l'unité de pompe électrique (35,50,63) comprend au moins un moteur électrique (36,51,57,60) et au moins une pompe à carburant (37,52,54,58,61) entraînée par l'au moins un moteur électrique (36,51, 57,60); et une vitesse de rotation de la pompe à carburant ou de chacune des pompes à carburant (37,52,54, 58,61) est commandée sur la base d'une pression de carburant estimée à l'orifice de sortie (39,71,73) de l'unité de pompe électrique (35,50, 63), la pression de carburant estimée à l'orifice de sortie (39,71,73) de l'unité de pompe électrique (35,50, 63) étant estimée sur la base d'une mesure du capteur de pression de carburant (43,67).
20. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé par un capteur de pression de carburant (65,68) qui est placé à l'orifice de sortie (39,71,73) de l'unité de pompe électrique (35,50,63), et en ce que : une durée d'activation de chaque injecteur de carburant (45) est commandée sur la base d'une pression de carburant estimée en un point adjacent à l'un au moins des injecteurs de carburant (45) ; et la pression de carburant estimée au point adjacent à l'un au moins des injecteurs de carburant (45) est estimée sur la base d'une mesure du capteur de pression de carburant (65,68).
21. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé par: un premier capteur de pression de carburant (67) qui est placé en position adjacente à l'un au moins des injecteurs de carburant (45) ; et un second capteur de pression de carburant (68) qui est placé à l'orifice de sortie (39,71,73) de l'unité de pompe électrique (35,50,63) ; et en ce que :une d'activation de chaque injecteur de carburant (45) est calculée sur la base d'une mesure du premier capteur de pression de carburant (67) ; et une puissance électrique prévue, qui doit être fournie à l'unité de pompe électrique (35,50,63) à partir d'une batterie (74) du véhicule, est corrigée sur la base d'une mesure du second capteur de pression de carburant (68).
22. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une vitesse de rotation de l'unité de pompe électrique (35,50, 63) n'est pas synchronisée avec une vitesse de rotation du moteur.
23. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carbu-
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rant selon la revendication 1, dans lequel le moteur est entraîné par un démarreur (29), qui est alimenté à partir d'une batterie (74) du véhicule au démarrage du moteur, le système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant étant caractérisé en ce que l'unité de pompe électrique (35,50, 63) est entraînée avant que le démarreur (29) soit entraîné au démarrage du moteur.
24. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'unité de pompe électrique (35,50, 63) est alimentée à partir de la batterie (74) du véhicule d'une manière telle que la puissance électrique provenant de la batterie (74) soit utilisée pratiquement seulement pour entraîner l'unité de pompe électrique (35,50, 63) après l'introduction d'une clé de contact (33) dans un interrupteur d'allumage (75) du véhicule, jusqu'à ce que la clé de contact (33) soit tournée jusqu'à une position de démarrage.
25. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'unité de pompe électrique (35) est alimentée à partir de la batterie (74) du véhicule d'une manière telle que la puissance électrique provenant de la batterie (74) soit utilisée pour entraîner à la fois l'unité de pompe électrique (35,50, 63) et le démarreur (29) après qu'une clé de contact (33) a été placée sur une position de démarrage, jusqu'à ce qu'une vitesse de rotation du moteur atteigne une valeur prédéterminée.
26. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'unité de pompe électrique (35,50, 63) est alimentée à partir de la batterie (74) du véhicule d'une manière telle que la puissance électrique provenant de la batterie (74) soit utilisée pratiquement seulement pour entraîner le démarreur (29) après qu'une clé de contact (33) a été placée sur une position de démarrage, jusqu'à ce qu'une pression de carburant dans l'une au moins des chambres de combustion (15) atteigne une valeur prédéterminée.
27. Système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'unité de pompe électrique (35,50, 63) est alimentée à partir de la batterie (74) du véhicule d'une manière telle que la puissance électrique provenant de la batterie (74) qui est fournie à l'unité de pompe électrique (35,50, 63) soit
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réduite ou coupée lorsqu'une pression du carburant pompé à partir de l'unité de pompe électrique (35,50, 63) atteint une valeur prédéterminée.
28. Procédé pour commander un système d'alimentation en carburant et d'injection de carburant pour un moteur d'un véhicule ayant un bloc-moteur (10) qui comprend de multiples alésages de cylindres (11) contenant des pistons (12) pour définir des chambres de combustions (15), le procédé étant caractérisé en ce que : on fournit de la puissance électrique provenant d'une batterie (74) du véhicule à une seule unité de pompe électrique (35) au moment du démarrage du moteur, pour entraîner l'unité de pompe électrique (35) de façon à pomper du carburant à partir d'un réservoir de carburant (38), dans lequel la pompe est placée, vers de multiples injecteurs (45), à travers une tuyauterie (40-42)qui relie un orifice de sortie (39,71, 73) de l'unité de pompe électrique (35) à chaque injecteur de carburant (45) ; et on fournit de la puissance électrique provenant de la batterie (74) à un démarreur (29) pour entraîner le démarreur (29) pour faire démarrer le moteur, l'unité de pompe unique (35,50, 63) étant la seule pompe pour fournir le carburant aux injecteurs de carburant.
29. Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce que : la puissance électrique provenant d'une batterie (74) du véhicule commence à être fournie à l'unité de pompe électrique (35) lorsqu'une clé de contact (33) est introduite dans un interrupteur d'allumage (75) ; et la puissance électrique provenant de la batterie (74) commence à être fournie au démarreur (29) lorsque la clé de contact (33) est tournée jusqu'à une position de démarrage.
30. Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce que l'opération consistant à fournir au démarreur (29) la puissance électrique provenant de la batterie (74) comprend l'arrêt de l'opération consistant à fournir à l'unité de pompe électrique (35) la puissance électrique provenant de la batterie (74).
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