FR2891876A3

FR2891876A3 - Fuel injection device for internal combustion engine e.g. diesel engine, has common injection rail formed with inner tube that is pierced with radial holes each comprising section greater than that of outlet orifices

Info

Publication number: FR2891876A3
Application number: FR0510258A
Authority: FR
Inventors: Daniel Passerel; Noboyuki Sakushima; Jean Pierre Rivere; Yvan Danet
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-04-13

Abstract

The device has a common injection rail that is formed with an inner tube (11) and an outer tube (12). Outlet orifices (15) are formed in the tube (12), and an inlet orifice is situated at an axial end (14) of the tube (11). The tube (11) is pierced with a number of radial holes (16) greater than the number of outlet orifices. The radial holes (16) are spread on whole lateral surface of the tube (11) and each having a section greater than that of the orifices (15).

Description

Dispositif d'injection à rampe commune pour moteur à combustion interne etCommon rail injection device for an internal combustion engine and

injection de carburant. La présente invention concerne un dispositif d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne et injection de carburant, par exemple un moteur Diesel, à rampe d'injection commune, classiquement appelé moteur à injection par "common rail". Plus particulièrement, elle concerne les moyens visant à supprimer ou au moins limiter les interactions entre différentes injections, pour que les paramètres effectifs de chaque injection, tels que la durée de l'injection, le débit et la pression, soient le plus précisément possibles les paramètres désirés. fuel injection. The present invention relates to a fuel injection device of an internal combustion engine and fuel injection, for example a diesel engine with a common injection rail, conventionally called a "common rail" injection engine. More particularly, it relates to the means for eliminating or at least limiting the interactions between different injections, so that the actual parameters of each injection, such as the duration of the injection, the flow rate and the pressure, are most precisely possible. desired parameters.

Dans les systèmes d'injection dits "common rail" ou "à rampe commune" (diesel, essence ou tout autre carburant), chaque injection engendre, dans le circuit de carburant haute pression, des ondes de pression responsables d'interactions entre les injections. Ces interactions se traduisent par une mauvaise maîtrise de la quantité de carburant introduite dans le cylindre, rendant ainsi très difficile la mise au point des moteurs pendant les phases de développement, et engendrant des évolutions de leur comportement pendant la durée de vie du moteur. In so-called "common rail" or "common rail" injection systems (diesel, gasoline or any other fuel), each injection generates, in the high-pressure fuel system, pressure waves responsible for interactions between the injections . These interactions result in poor control of the amount of fuel introduced into the cylinder, thus making it very difficult to develop the engines during the development phases, and causing changes in their behavior during the life of the engine.

Ce problème est de plus en plus critique avec l'apparition des injections multiples autorisées par les nouveaux systèmes d'injection. Ce procédé, qui vise à satisfaire des normes de dépollution de plus en plus contraignantes, consiste à découper une injection, utile pour un cycle du moteur, en plusieurs injections plus petites, décalées dans le temps de manière à avoir un effet globalement optimal du point de vue de la combustion, des rejets, du fonctionnement des dispositifs annexes du moteur, tel que pot catalytique, filtre à particule, etc. This problem is more and more critical with the appearance of multiple injections allowed by the new injection systems. This process, which aims to meet more stringent pollution control standards, consists of cutting an injection, useful for a motor cycle, into several smaller injections, offset in time so as to have a generally optimal effect of the point. from the point of view of combustion, discharges, and the operation of the ancillary devices of the engine, such as catalytic converter, particulate filter, etc.

Dans les systèmes d'injection actuels à rampe commune, le débit de carburant injecté est fonction de la durée de pilotage de l'injecteur et de la pression dans le circuit hydraulique haute pression. Une cartographie implantée dans le calculateur qui gère ces paramètres permet de calculer la durée de pilotage de l'injecteur sur la base du débit demandé (capteur d'accélération) et de la pression appliquée (capteur de pression sur rampe). In current common rail injection systems, the injected fuel flow is a function of the injector piloting time and the pressure in the high pressure hydraulic circuit. A mapping implemented in the computer that manages these parameters makes it possible to calculate the piloting time of the injector on the basis of the requested flow rate (acceleration sensor) and the pressure applied (pressure sensor on the ramp).

Dans le cas de l'utilisation de deux injections consécutives, et afin de maîtriser la quantité de carburant introduite, l'interaction entre les deux injections est corrigée par une deuxième cartographie qui modifie le temps d'injection de la deuxième injection en fonction de la précédente, pour que globalement la quantité de carburant injectée soit correcte. In the case of the use of two consecutive injections, and in order to control the amount of fuel introduced, the interaction between the two injections is corrected by a second mapping that changes the injection time of the second injection according to the previous, so that globally the amount of fuel injected is correct.

Une autre solution consiste en une correction du temps d'activation des injecteurs lors de l'injection n 2 à l'aide d'un algorithme estimant les variations de la quantité injectée, dues à l'injection précédente. Another solution consists in a correction of the activation time of the injectors during the injection n 2 using an algorithm estimating the variations in the quantity injected, due to the previous injection.

Pour les solutions du premier type, la deuxième cartographie ne peut être établie qu'une fois figés les paramètres de l'injection précédente puisque les oscillations de pression en dépendent. Cette solution est donc par construction inactive pendant la phase de mise au point. For solutions of the first type, the second mapping can be established only once the parameters of the previous injection are frozen since the pressure oscillations depend on it. This solution is therefore inactive during the development phase.

Les solutions du deuxième type sont très difficiles à mettre au point, compte tenu du nombre important de paramètres à prendre en compte pour écrire l'algorithme de correction (dimensions géométriques du circuit de carburant, pression d'injection, température, quantité injectée lors de la première injection, quantité injectée lors de la deuxième injection, intervalle de temps séparant les deux injections, etc.). De plus, ces solutions sont très sensibles aux dispersions industrielles de fabrication et à l'usure en cours de service. The solutions of the second type are very difficult to develop, given the large number of parameters to be taken into account when writing the correction algorithm (geometrical dimensions of the fuel circuit, injection pressure, temperature, quantity injected during the first injection, quantity injected during the second injection, time interval separating the two injections, etc.). In addition, these solutions are very sensitive to industrial manufacturing dispersions and wear during service.

Par ailleurs, il est connu, par exemple par EP-780569, EP-1217202 et FR2845129, que les ondes de pression se propageant dans la ligne hydraulique de transport du carburant peuvent être amorties en insérant en sortie de la rampe commune d'alimentation un artifice hydraulique, tel qu'un ajutage calibré ou une restriction fonctionnant en écoulement en couche mince, de manière à créer une perte de charge propre à un tel amortissement. Furthermore, it is known, for example from EP-780569, EP-1217202 and FR2845129, that the pressure waves propagating in the hydraulic transport line of the fuel can be damped by inserting at the output of the common supply rail a hydraulic device, such as a calibrated nozzle or a restriction operating in a thin layer flow, so as to create a pressure loss specific to such damping.

Cependant, pour ne pas pénaliser la pression d'injection pendant l'ouverture de l'injecteur, on cherche à minimiser les pertes de charge globales. La forme des artifices hydrauliques insérés en sortie de la rampe commune résulte donc d'un compromis entre l'atténuation des oscillations de pression et l'inévitable chute de pression d'injection qui résulte de ces restrictions. However, in order not to penalize the injection pressure during the opening of the injector, it is sought to minimize the overall pressure drop. The shape of the hydraulic devices inserted at the output of the common rail therefore results from a compromise between the attenuation of the pressure oscillations and the inevitable drop in injection pressure which results from these restrictions.

La figure 1 illustre schématiquement les besoins requis pour un fonctionnement optimal : - les pertes de charge créées par l'artifice hydraulique, ici l'ajutage calibré 4, situé à l'entrée du tube 3 reliant la rampe commune 1 à l'injecteur 2, devraient être importantes dans le sens de l'injecteur vers la rampe, afin d'atténuer les ondes de pression remontant le long du tube 3 haute pression pour se réfléchir en sortie de rampe au niveau de l'artifice hydraulique 4, - dans le sens contraire, c'est à dire de la rampe commune 1 vers l'injecteur 2, les pertes de charges devraient être faibles pour limiter la chute de pression, néfaste vis-à-vis des performances du moteur. FIG. 1 schematically illustrates the requirements required for optimum operation: the pressure drops created by the hydraulic device, here the calibrated nozzle 4, situated at the inlet of the tube 3 connecting the common rail 1 to the injector 2 , should be important in the direction of the injector towards the ramp, in order to attenuate the pressure waves rising along the tube 3 high pressure to reflect at the exit of the ramp at the level of the hydraulic device 4, - in the contrary direction, that is to say from the common rail 1 to the injector 2, the pressure losses should be low to limit the pressure drop, harmful vis-à-vis the performance of the engine.

Pour tenter d'atténuer les ondes de pression remontant dans le tube haute pression vers la rampe commune, sans cependant créer une restriction source de perte de charge supplémentaire, il a aussi été proposé, par le document DE-19720913, de placer autour de la rampe commune, et au niveau de chacune de ses sorties, un deuxième tube, sensiblement coaxial à celui formant la rampe commune, ce deuxième tube formant avec la rampe une chambre annulaire, et le tube d'injecteur haute pression étant raccordé sur cette chambre, en un point distant de l'orifice correspondant de la rampe commune. Ainsi, la présence de cette chambre, combinée avec l'orifice de sortie de la rampe commune, assure un amortissement des ondes remontant du dit tube, ces ondes se dissipant dans la chambre et étant freinées, dans le sens injecteur-rampe commune, par l'orifice de la dite rampe, sans besoin de réduire sensiblement la section de ce dernier. In an attempt to attenuate the pressure waves rising in the high-pressure tube towards the common rail, without, however, creating a source restriction of additional pressure drop, it has also been proposed, by document DE-19720913, to place around the common rail, and at each of its outputs, a second tube, substantially coaxial with that forming the common rail, this second tube forming with the ramp an annular chamber, and the high pressure injector tube being connected to this chamber, at a point distant from the corresponding orifice of the common rail. Thus, the presence of this chamber, combined with the outlet orifice of the common rail, ensures damping of the waves rising from said tube, these waves being dissipated in the chamber and being braked, in the common injector-rail direction, by the orifice of said ramp, without the need to significantly reduce the section of the latter.

Cependant, si cet orifice de faible dimension est favorable en terme d'atténuation des oscillations de pression, il reste défavorable du point de vue de la chute de pression d'injection engendrée. However, if this small orifice is favorable in terms of attenuation of pressure oscillations, it remains unfavorable from the point of view of the injection pressure drop generated.

La présente invention a pour but d'apporter une nouvelle solution au problème des interactions des injections dans uns système d'injection à rampe commune et vise en particulier à fournir un nouveau dispositif d'injection apte à amortir les ondes de pressions générées dans la ligne d'injection. The object of the present invention is to provide a new solution to the problem of injection interactions in a common rail injection system and aims in particular to provide a new injection device capable of damping the pressure waves generated in the line. injection.

Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un dispositif d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne et injection de carburant comportant une rampe d'injection commune s'étendant selon une direction axiale et comportant un orifice d'entrée situé à une extrémité de la rampe et des orifices de sortie répartis le long de la rampe et reliés chacun à un injecteur, caractérisé en ce que la rampe commune est formée d'un tube intérieur et d'un tube extérieur, sensiblement coaxiaux, les dits orifices de sortie étant réalisés dans le tube extérieur, et l'orifice d'entrée étant situé à une extrémité axiale du tube intérieur, et le tube intérieur est percé d'une pluralité de trous radiaux en nombre supérieur au nombre de trous de sortie, les dits trous radiaux étant répartis sur toute la surface latérale du tube intérieur. With these objectives in view, the invention relates to a fuel injection device of an internal combustion engine and fuel injection comprising a common injection rail extending in an axial direction and having an orifice of inlet located at one end of the ramp and outlet openings distributed along the ramp and each connected to an injector, characterized in that the common rail is formed of an inner tube and an outer tube, substantially coaxial, said outlet ports being formed in the outer tube, and the inlet being located at an axial end of the inner tube, and the inner tube is pierced with a plurality of radial holes in number greater than the number of holes; outlet, said radial holes being distributed over the entire lateral surface of the inner tube.

La multitude de trous ainsi réalisés dans la paroi du tube intérieur permet une atténuation efficace des ondes de pression par la multiplicité des écoulements se produisant par ces trous de manière à interférer entre eux et ainsi perturber le cheminement des ondes de pressions, de sorte que ces ondes de pression en provenance d'un tube d'injecteur donné n'ont pas tendance à influer sur l'écoulement de carburant dans un autre tube vers un autre injecteur. The multitude of holes thus formed in the wall of the inner tube allows effective attenuation of the pressure waves by the multiplicity of flows occurring through these holes so as to interfere with each other and thus disturb the path of the pressure waves, so that these Pressure waves from a given injector tube do not tend to affect the flow of fuel in another tube to another injector.

Préférentiellement, les trous du tube intérieur ont chacun une section supérieure à celle des orifices de sortie. C'est-à-dire que les trous du tube intérieur ont donc une section relativement importante, apte à réduire les pertes de charge. Preferably, the holes of the inner tube each have a section greater than that of the outlet orifices. That is to say, the holes of the inner tube thus have a relatively large section, able to reduce the pressure losses.

Selon une disposition particulière, l'espace annulaire délimité entre le tube intérieur et le tube extérieur est séparé par des cloisons transversales disposées respectivement entre deux orifices de sortie adjacents, de manière à former des chambres annulaires séparées comportant chacune un seul orifice de sortie. Autrement dit, une chambre annulaire correspond à un seul injecteur, cette séparation entre chambres favorisant encore la limitation des interactions susceptibles de se créer entre deux tubes d'injection voisins. According to a particular arrangement, the annular space delimited between the inner tube and the outer tube is separated by transverse partitions disposed respectively between two adjacent outlet orifices, so as to form separate annular chambers each comprising a single outlet orifice. In other words, an annular chamber corresponds to a single injector, this separation between chambers further promoting the limitation of interactions likely to be created between two neighboring injection tubes.

Selon d'autres dispositions optionnelles : - le tube intérieur a une section variable sur sa longueur, - le tube intérieur comporte une alternance de zones de petite section et de zones de grande section, - les zones de petite section ont une forme 5 semi-toroïdale, se raccordant aux zones de grande section par un arrondi, - les zones de petite section sont situées en face des orifices de sortie, et les cloisons transversales sont situées au niveau des zones de 10 grande section. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un exemple de réalisation d'une rampe commune 15 d'injection conforme à l'invention et de trois variantes de réalisation. According to other optional provisions: the inner tube has a variable section along its length, the inner tube comprises alternating zones of small section and zones of large section, the zones of small section have a semi-circular shape; toroidal, connecting to the large sectional areas by a rounding, - the small section areas are located opposite the outlets, and the transverse partitions are located at the large section areas. Other features and advantages will appear in the description which will be made of an exemplary embodiment of a common injection ramp 15 according to the invention and three variants.

On se reportera aux dessins annexés dans lesquels : 20 - la figure 1 est une vue schématique de principe d'un dispositif d'amortissement des ondes de pression selon l'art antérieur, déjà commenté précédemment, - la figure 2 est une vue simplifiée en coupe 25 axiale de la rampe, dans le mode de réalisation préféré, - les figures 3 à 5 illustrent des variantes de réalisation de l'invention. Reference is made to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a diagrammatic view of a pressure wave damping device according to the prior art, already commented on above; FIG. 2 is a simplified view in FIG. axial section of the ramp, in the preferred embodiment, - Figures 3 to 5 illustrate alternative embodiments of the invention.

30 La rampe commune d'injection représentée figure 2 comporte un tube intérieur 11 et un tube extérieur 12, coaxiaux. Une extrémité de la rampe est obturée par une paroi d'extrémité 13 obturant les deux tubes. L'autre extrémité 14 du tube intérieur comporte l'orifice d'entrée, relié à la pompe d'injection, non représentée. The common injection rail shown in FIG. 2 comprises an inner tube 11 and an outer tube 12, which are coaxial. One end of the ramp is closed by an end wall 13 closing the two tubes. The other end 14 of the inner tube comprises the inlet port connected to the injection pump, not shown.

Le tube extérieur comporte une rangée d'orifices de sortie 15, reliés chacun à un injecteur, non représenté, et alignés selon une génératrice du tube extérieur. The outer tube comprises a row of outlet orifices 15, each connected to an injector, not shown, and aligned along a generatrix of the outer tube.

La paroi latérale du tube intérieur comporte un nombre important de trous 16 de dimensions et formes diverses et répartis par exemple de manière plus ou moins aléatoire sur toute cette surface latérale. On veillera à ce que la forme, la dimension et la disposition des trous créent une perte de charge minimale. The side wall of the inner tube comprises a large number of holes 16 of various sizes and shapes and distributed for example more or less randomly over the entire lateral surface. It will be ensured that the shape, size and arrangement of the holes create a minimum pressure drop.

Sensiblement à mi-distance axiale entre deux orifices de sortie 15 adjacents, des cloisons transversales annulaires 17 sont placées entre les deux tubes 11 et 12, délimitant des chambres annulaires 18. Chaque chambre annulaire comporte un et un seul orifice de sortie 15. At substantially mid axial distance between two adjacent outlets 15, annular transverse partitions 17 are placed between the two tubes 11 and 12, delimiting annular chambers 18. Each annular chamber comprises one and only one outlet orifice 15.

A titre d'exemple purement indicatif, les caractéristiques d'une rampe selon l'invention sont : - diamètre du tube extérieur : 3 cm - diamètre du tube intérieur : 1 cm - diamètre des trous : quelques mm - diamètre des orifices de sortie : quelques mm Les tubes intérieur et extérieur de la variante de la figure 3 sont similaires à ceux du dispositif de la figure 2, seules les cloisons transversales sont supprimées. By way of purely illustrative example, the characteristics of a ramp according to the invention are: outer tube diameter: 3 cm; internal tube diameter: 1 cm; hole diameter: a few mm; exit orifice diameter: a few mm The inner and outer tubes of the variant of Figure 3 are similar to those of the device of Figure 2, only the transverse walls are removed.

Dans la variante de réalisation de la figure 4, le tube intérieur comporte une alternance de zones de petits diamètres lla, situées au niveau des orifices de sortie 15, et de zones de plus grand diamètre llb, au niveau desquelles les parois transversales 17 sont disposées. Les épaulements 19 entre les zones forment des obstacles supplémentaires à la transmission des ondes de pression. In the variant embodiment of FIG. 4, the inner tube comprises alternating zones of small diameters 11a located at the outlet orifices 15 and zones of larger diameter 11b at which the transverse walls 17 are arranged. . The shoulders 19 between the zones form additional obstacles to the transmission of the pressure waves.

La variante de la figure 5 est similaire à la variante précédente, et s'en distingue par le fait que les zones de petite section lla' ont une section variable, donnant en coupe axiale une forme de bobine, ou de semi-tore. The variant of FIG. 5 is similar to the preceding variant, and is distinguished by the fact that the zones of small section 11a 'have a variable section, giving in axial section a form of coil, or semi-torus.

D'autres formes encore peuvent être données au tube intérieur, dés lors que ces formes participent à l'augmentation de l'amortissement des ondes de pression sans augmenter les pertes de charge. Still other forms can be given to the inner tube, since these forms contribute to the increase of the damping of the pressure waves without increasing the pressure drops.

Claims

A fuel injection device of an internal combustion engine and fuel injection comprising a common injection rail extending in an axial direction and having an inlet port at one end (14) of the ramp. and outlet openings (15) distributed along the ramp and each connected to an injector, characterized in that the common rail is formed of an inner tube (11) and an outer tube (12), substantially coaxial said outlet ports (15) being formed in the outer tube, and the inlet port being located at an axial end (14) of the inner tube, and the inner tube (11) is pierced with a plurality of radial holes (16) in number greater than the number of outlet holes (15), said radial holes being distributed over the entire lateral surface of the inner tube (11).

2. Injection device according to claim 1, characterized in that the holes (16) of the inner tube (11) each have a section greater than that of the outlet orifices (15).

3. Injection device according to claim 1, characterized in that the annular space defined between the inner tube (11) and the outer tube (12) is separated by transverse partitions (17) respectively disposed between two outlets (15) adjacent, so as to form separate annular chambers (18) each having a single outlet (15).

4. Injection device according to claim 1, characterized in that the inner tube (11) has a variable section along its length.

5. Injection device according to claim 4, characterized in that the inner tube comprises alternating areas of small section (11a) and large areas section (llb). 10

6. Injection device according to claim 5, characterized in that the areas of small section (11a) have a semi-toroidal shape, connecting to areas of large section (lib) by a rounded.

7. Injection device according to claim 5, characterized in that the areas of small section (ila) are located opposite the outlet orifices (15), and the transverse partitions (17) are located at the zones of large section (llb). 25