FR2882100A1 - Procede de controle de l'injection du carburant pour un moteur a combustion interne et moteur utilisant un tel procede - Google Patents

Procede de controle de l'injection du carburant pour un moteur a combustion interne et moteur utilisant un tel procede Download PDF

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Abstract

où CD est le diamètre du cylindre (10) et F la distance entre le point d'origine des jets de carburant issus de l'injecteur (22) et la position du piston correspondant à un angle de vilebrequin de 50degree par rapport au point mort haut (PMH) du piston.

Description

2Arctg CD
La présente invention se rapporte à un procédé de contrôle de l'injection du carburant pour un moteur à combustion interne, notamment à injection directe, et à un moteur utilisant un tel procédé.
Elle concerne plus particulièrement un procédé pour un moteur Diesel pouvant fonctionner selon deux modes de combustion. Un mode homogène, pour les faibles et moyennes charges du moteur, avec une injection de carburant permettant d'obtenir un mélange homogène de carburant avec de l'air ou avec un mélange d'air et de gaz d'échappement recirculés avant le démarrage de la combustion. L'autre mode de combustion, dit combustion conventionnelle, consiste en une injection du carburant autour du point mort haut du piston et en une combustion par diffusion, ce mode étant préférentiellement utilisé aux charges élevées.
Un tel type de moteur, comme mieux décrit dans les demandes de brevet français N 2 818 324 et 2 818 325 comprend au moins un cylindre, un piston coulissant dans ce cylindre, une chambre de combustion délimitée sur un côté par la face supérieure du piston comprenant un téton disposé au centre d'un bol concave et au moins un injecteur pour injecter du carburant avec un angle de nappe inférieur ou égal à 2Arctg 2F où CD est le diamètre du cylindre et F la distance entre le point d'origine des jets de carburant issus de l'injecteur et la position du piston correspondant à un angle de vilebrequin de 50 par rapport au point mort haut.
Ainsi, dans le cas d'injections précoces, c'est-à-dire quand la position du piston est au voisinage de 50 d'angle du vilebrequin pour la phase d'injection choisie par rapport au point mort haut du piston, le carburant ne vient pas au contact de la paroi du cylindre et se mélange avec l'air ou le mélange d'air et de gaz brûlés recirculés présent dans la chambre de combustion.
Cependant dans le cas de très fortes charges, par exemple à 4000 tr/min pleine charge, le moteur fonctionne en mode de combustion conventionnelle.
Dans ce mode de combustion et compte tenu du taux de compression relativement bas (de l'ordre de 14), le carburant est classiquement injecté dans la chambre de combustion en une seule séquence mais ne brûle qu'après un certain délai lié à l'interaction des jets de carburant avec la paroi du piston, existant avec le type de combustion homogène développé par le demandeur. Ceci entraîne une diminution des performances, notamment au niveau de la puissance développée.
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients 10 énumérés ci-dessus grâce à un procédé qui permet d'introduire le carburant de façon à réduire le délai d'autoinflammation de ce dernier.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé de contrôle de l'injection du carburant pour un moteur à combustion interne, notamment à injection directe, comprenant au moins un cylindre, un piston coulissant dans ce cylindre et comprenant un téton disposé dans un bol concave, un injecteur de carburant et une chambre de combustion, caractérisé en ce que, pour les très fortes charges du moteur, l'on injecte une première quantité de carburant avant que le piston n'atteigne sa position de point mort haut suivie de l'injection d'au moins une deuxième quantité de carburant, la première quantité de carburant étant inférieure à la deuxième et en ce que l'on injecte le carburant dans ladite chambre de combustion avec un injecteur ayant un angle de nappe (a, ) inférieur ou égal à 2Arctg 2D où CD est le diamètre du cylindre et F la distance entre le point d'origine des jets de carburant issus de l'injecteur et la position du 25 piston correspondant à un angle de vilebrequin de 50 par rapport au point mort haut (PMH) du piston.
Avantageusement, on peut débuter l'injection de la première quantité de carburant pour une position du piston comprise entre 35 et 70 avant le point 30 mort haut de ce piston.
De manière préférentielle, on peut débuter l'injection de la deuxième quantité de carburant entre 20 à 35 avant le point mort haut du piston.
On peut poursuivre l'injection de la deuxième quantité de carburant après le point mort haut du piston.
On peut injecter le carburant avec un ratio entre la première quantité de carburant et la deuxième quantité compris de 1/10 à 1/20.
L'invention concerne également un moteur à combustion interne, notamment à injection directe comprenant au moins un cylindre, un piston coulissant dans ce cylindre, une chambre de combustion délimitée sur un côté par la face supérieure dudit piston comprenant un téton disposé au centre d'un bol concave et un injecteur de carburant, caractérisé en qu'il comprend un injecteur ayant un angle de nappe (a,) inférieur ou égal à 2Arctg C- où CD est le diamètre du cylindre et F la distance entre le point d'origine des jets de carburant issus de l'injecteur et la position du piston correspondant à un angle de vilebrequin de 50 par rapport au point mort haut, et des moyens de commande et de calcul pour injecter, lors de très fortes charges du moteur, une première quantité de carburant avant que le piston n'atteigne sa position de point mort haut suivie de l'injection d'au moins une deuxième quantité de carburant, la première quantité de carburant étant inférieure à la deuxième.
Les autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description donnée ci-après à partir d'un exemple non limitatif de réalisation, en se référant aux dessins annexés où : la figure 1 montre schématiquement un moteur à combustion interne selon l'invention; - la figure 2 est un graphique montrant la réduction du bruit de combustion grâce à l'utilisation du procédé selon l'invention et la figure 3 est également un graphique sur lequel apparaissent les niveaux de puissance générée par le moteur avec et sans le procédé de l'invention.
En se référant à la figure 1, un moteur à combustion interne Diesel à injection directe comprend au moins un cylindre 10 de diamètre CD et une culasse 12 portant des moyens d'admission d'air et des moyens d'échappement des gaz brûlés, ici respectivement au moins une tubulure d'admission 14 pour un fluide gazeux, tel que de l'air ou un mélange d'air et de gaz brûlés recirculés (EGR), au moins une tubulure d'échappement 16 de gaz brûlés, les tubulures étant commandées en ouverture, ou en fermeture, par une soupape d'admission 18 et une soupape d'échappement 20. La culasse porte également un injecteur de carburant 22 qui est préférentiellement disposé coaxialement à l'axe du cylindre et comporte au voisinage de son nez 24 une multiplicité d'orifices à travers desquels le carburant est pulvérisé dans la chambre de combustion 26, selon des jets 28. La chambre de combustion est délimitée par la face supérieure d'un piston 30, coulissant de manière alternative rectiligne dans le cylindre 10, la face interne de la culasse 12 en regard de ce piston et la paroi circulaire du cylindre 10 comprise entre les deux faces. En outre, la face supérieure du piston comporte un bol concave 32 à l'intérieur duquel un téton 34 est disposé en étant situé sensiblement au centre de ce bol et en s'élevant vers la culasse 12.
Comme mieux décrit dans les brevets français N 2 818 324 et 2 818 325 du demandeur, qui sont inclus par référence dans la présente demande, l'injecteur de carburant 22 est de type à faible angle de nappe a,. Cet angle ai est choisi pour que la paroi du cylindre 10 ne soit jamais mouillée par le carburant pour toute position du piston 30 comprise entre + 50 et +a ou entre -50 et a, où a représente l'angle du vilebrequin pour la phase d'injection choisie par rapport au point mort haut clu piston, cet angle a étant supérieur à 50 et inférieur ou égal à 180 pour obtenir une combustion de type homogène.
Si CD désigne le diamètre (en mm) du cylindre 10 et F la distance (en mm) entre le point d'origine des jets de carburants 28 et la position du piston correspondant à un angle de vilebrequin de 50 , alors l'angle de nappe a, (en degré) sera inférieur ou égal à 2Arctg C. Par angle de nappe, il est entendu l'angle au sommet que forme le cône issu de l'injecteur et dont la paroi périphérique fictive passe par tous les axes 5 des jets de carburant 28.
Avantageusement, la fourchette angulaire pour l'angle de nappe al est au plus de 120 et préférentiellement entre 40 et 100 .
Ce moteur comprend également une unité de commande et de calcul 36, dénommé calculateur moteur, qui est reliée par des conducteurs (pour certains bidirectionnels) aux différents organes et capteurs du moteur (schématisés par la boite 38 sur la figure) de façon à pouvoir recevoir les différents signaux émis par ces capteurs, comme la position du piston 30 via un capteur de position lié au vilebrequin que comporte habituellement ce moteur, pour les traiter par calcul et ensuite commander les organes de ce moteur pour assurer son bon fonctionnement. Cette unité reçoit également des indications sur la demande du conducteur, par exemple la position de la pédale d'accélérateur 40. En fonction de ces informations et indications, le calculateur moteur 36, qui contient des tables ou cartographies, envoie des instructions aux différents organes du moteur pour pouvoir répondre à la demande du conducteur.
Cette unité est notamment adaptée à contrôler les paramètres de l'injection de carburant, tels que la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion par l'injecteur 22 ainsi que le moment d'injection dans le cycle habituel de combustion du moteur. Pour cela, l'unité 36 est reliée par des lignes de commandes 42 aux différents organes de commandes (non représentés) des injecteurs 22.
Ainsi en fonctionnement, l'unité 36 connaît à tous moments l'état de fonctionnement du moteur et la demande du conducteur.
De ce fait, pour les faibles et moyennes charges, le calculateur commande 30 l'injection de carburant de façon à obtenir un mélange carburé homogène dans la chambre de combustion tout en évitant que ce carburant mouille les parois du cylindre.
Pour les très fortes charges, pour une rotation du moteur généralement au voisinage de 4000 tr/min, le calculateur 36 commande l'injecteur 22 de façon à réaliser, avant que le piston n'atteigne sa position de point mort haut combustion, une première injection de carburant, dite injection primaire, puis au moins une seconde injection de carburant, dite injection principale, en quantité plus grande. Le ratio entre l'injection primaire et l'injection principale est d'environ 1/10 à 1/20. L'injection primaire n'est pas trop précoce de façon à éviter tout mouillage de paroi par le carburant.
Par très fortes charges, il est entendu le domaine d'utilisation du moteur allant des très fortes charges jusqu'à la pleine charge.
En pratique, l'unité 36 reçoit des instructions provenant de l'appui sur la pédale de l'accélérateur par le conducteur, comme l'enfoncement de cette pédale ainsi que la vitesse de cet enfoncement. Ces instructions sont analysées et comparées par le calculateur en fonction de cartographies contenues dans cette unité. Dans le cas où l'unité déduit que les instructions reçues correspondent à une demande de très fortes charges, l'unité 36 commande l'injection primaire de carburant pour une position du piston comprise entre 35 et 70 avant le PMH puis réalise le début de l'injection principale entre 20 à 35 avant le point mort haut (PMH) du piston et poursuit cette injection principale après le PMH, si nécessaire.
Grâce à cela, la première quantité de carburant injectée peut brûler et permet d'augmenter la pression et la température du mélange présent dans la chambre de combustion. L'injection principale de carburant qui suit est réalisée dans une chambre avec des paramètres pression/température conséquents pour que ce carburant puisse brûler de manière conventionnelle avec un délai d'autoinflammation réduit.
Comme illustré sur les figures 2 et 3, l'injection primaire de carburant permet ainsi réduire le bruit de combustion de l'ordre de 2 dB (figure 2 avec la barre Al pour une injection de carburant sans injection primaire et la barre B1 pour une injection de carburant avec injection primaire) et d'augmenter la puissance du moteur d'environ 4 % (figure 3: barre A2 pour une injection de carburant sans injection primaire et la barre B2 pour une injection de carburant avec injection primaire).
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrit ci-dessus mais englobe toutes variantes et tous équivalents.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1) Procédé de contrôle de l'injection du carburant pour un moteur à combustion interne, notamment à injection directe, comprenant au moins un cylindre (10), un piston (30) coulissant dans ce cylindre et comprenant un téton (34) disposé dans un bol concave (32), un injecteur (22) de carburant et une chambre de combustion (26), caractérisé en ce que, pour les très fortes charges du moteur, l'on injecte une première quantité de carburant avant que le piston (30) n'atteigne sa position de point mort haut suivie de l'injection d'au moins une deuxième quantité de carburant, la première quantité de carburant étant inférieure à la deuxième et en ce que l'on injecte le carburant dans ladite chambre de combustion avec un injecteur (22) ayant un angle de nappe (a,) inférieur ou égal à 2Arctg Ç où CD est le diamètre du cylindre (10) et F la distance entre le point d'origine des jets de carburant issus de l'injecteur (22) et la position du piston correspondant à un angle de vilebrequin de 50 par rapport au point mort haut (PMH) du piston.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on débute l'injection de la première quantité de carburant pour une position du piston 20 comprise entre 35 et 70 avant le point mort haut de ce piston.
3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on débute l'injection de la deuxième quantité de carburant entre 20 à 35 avant le point mort haut du piston.
4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on poursuit l'injection de la deuxième quantité de carburant après le point mort haut du piston.
5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'on injecte le carburant avec un ratio entre la première quantité de carburant et la deuxième quantité compris de 1/10 à 1/20.
6) Moteur à combustion interne, notamment à injection directe comprenant au moins un cylindre (10), un piston (30) coulissant dans ce cylindre, une chambre de combustion (26) délimitée sur un côté par la face supérieure dudit piston comprenant un téton (34) disposé au centre d'un bol concave (32) et un injecteur (22) de carburant, caractérisé en qu'il comprend un injecteur (22) ayant un angle de nappe (ai) inférieur ou égal à 2Arctg 2F où CD est le diamètre du cylindre (10) et F la distance entre le point d'origine des jets de carburant issus de l'injecteur et la position du piston (30) correspondant à un angle de vilebrequin de 50 par rapport au point mort haut (PMH), et des moyens de commande et de calcul (36) pour injecter, lors des très fortes charges du moteur, une première quantité de carburant avant que le piston n'atteigne sa position de point mort haut suivie de l'injection d'au moins une deuxième quantité de carburant, la première quantité de carburant étant inférieure à la deuxième.
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