FR3070443A1 - Dispositif de commande d'injection de carburant - Google Patents
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Abstract
Un dispositif de commande d'injection de carburant (2) comprend une partie de commande d'ouverture de soupape qui ouvre une soupape de commande (30) en chargeant électriquement un élément piézoélectrique (21a), et une partie de fermeture de soupape qui ferme la soupape de commande. La partie de commande d'ouverture comprend une première partie de commande d'augmentation, une partie de commande de mise en pause et une deuxième partie de commande. La première partie de commande augmente la quantité de charge de l'élément piézoélectrique lors d'une première période d'augmentation. La partie de commande de mise en pause met en pause l'augmentation de la quantité de charge de l'élément piézoélectrique (21a). La deuxième partie de commande d'augmentation augmente la quantité de charge des éléments piézoélectriques (21a). La période de mise en pause comprend une période située juste avant l'ouverture de la soupape de commande (30).
Description
DISPOSITIF DE COMMANDE D’INJECTION DE CARBURANT
La présente invention concerne un dispositif de commande d’injection de carburant qui commande un injecteur de carburant doté d’un élément piézoélectrique. Le dispositif de commande d’injection de carburant commande la charge et la décharge de l’élément piézoélectrique.
Le document JP 2016-84748 A montre un injecteur de carburant qui comprend un corps de soupape ouvrant/fermant un orifice d’injection, une chambre de commande, une soupape de commande ouvrant/fermant un passage de carburant, et un élément piézoélectrique ouvrant la soupape de commande. Lorsque la soupape de commande ouvre le passage de carburant, le carburant présent dans la chambre de commande s’échappe. La pression du carburant dans la chambre de commande est réduite, et le corps de soupape ouvre l’orifice d’injection.
L’on souhaite améliorer la capacité d’ouverture de la soupape. Afin d’améliorer la capacité d’ouverture de la soupape, la vitesse d’augmentation de la tension appliquée à un élément piézoélectrique peut être augmentée. Toutefois, juste après l’ouverture de la soupape de commande, on constate rapidement une perte de charge, ce qui peut endommager l’élément piézoélectrique.
Jusqu’à l’ouverture de la soupape de commande après la mise sous tension de l’élément piézoélectrique, la quantité de charge de l’élément piézoélectrique augmente alors que l’élément piézoélectrique ne s’étend pas. La force d’expansion de l’élément piézoélectrique est renforcée. Lorsque la force d’expansion de l’élément piézoélectrique est suffisamment renforcée, la soupape de commande commence à s’ouvrir.
Juste après l’ouverture de la soupape de commande, la pression du carburant qui sollicite le corps de soupape dans la direction de fermeture de la soupape est rapidement réduite. En raison de l’expansion inertielle de l’élément piézoélectrique, une force de traction est générée dans l’élément piézoélectrique ; on parle de perte de charge. Une telle perte de charge peut endommager l’élément piézoélectrique.
La présente invention a pour objet de fournir un dispositif de commande d’injection de carburant capable de limiter les dommages causés à un élément piézoélectrique de par la perte de charge et capable d’améliorer la capacité d’ouverture de la soupape.
Selon la présente invention, un dispositif de commande d’injection de carburant est appliqué à un injecteur de carburant comprenant un corps de soupape ouvrant/fermant un orifice d’injection dans lequel un carburant est injecté ; une chambre de commande destinée à recevoir le carburant qui applique une force de fermeture de soupape au corps de soupape ; une soupape de commande qui commande la force de fermeture de soupape en ouvrant/fermant un canal de sortie à travers lequel le carburant s’écoule à partir de la chambre de commande ; et un élément piézoélectrique ouvrant la soupape de commande lorsqu’il est chargé électriquement à des fins d’expansion.
Le dispositif de commande d’injection de carburant comprend : une partie de commande d’ouverture de la soupape qui ouvre la soupape de commande en chargeant électriquement l’élément piézoélectrique ; et une partie de commande de fermeture de la soupape qui ferme la soupape de commande en déchargeant électriquement l’élément piézoélectrique.
La partie de commande d’ouverture de la soupape comprend : une première partie de commande d’augmentation qui augmente la quantité de charge de l’élément piézoélectrique lors d’une première période d’augmentation ; une partie de commande de mise en pause qui stoppe l’augmentation de la quantité de charge de l’élément piézoélectrique lors d’une période de mise en pause après la première période d’augmentation ; et une deuxième partie de commande d’augmentation qui augmente la quantité de charge de l’élément piézoélectrique après la période de mise en pause.
La période de mise en pause inclut la période située juste avant l’ouverture de la soupape de commande.
Selon des modes de réalisation particuliers,
- la période de mise en pause comprend le moment où la soupape de commande est ouverte.
- la partie de commande de mise en pause maintient la quantité de charge de l’élément piézoélectrique à une valeur constante.
- la partie de commande de mise en pause poursuit la période de mise en pause jusqu’à ce que le courant électrique circulant dans l’élément piézoélectrique devienne nul.
- la vitesse d’augmentation de la quantité de charge par la deuxième partie de commande d’augmentation est supérieure à la vitesse d’augmentation de la quantité de charge par la première partie de commande d’augmentation.
- la partie de commande d’ouverture de soupape augmente la tension maximale appliquée à l’élément piézoélectrique et retarde la période de mise en pause si la pression du carburant fourni dans l’injecteur de carburant est élevée.
Les objets, caractéristiques et avantages susmentionnés de la présente invention, ainsi que d’autres, deviendront plus évidents grâce à la description détaillée suivante qui fait référence aux dessins joints. Dans les dessins :
La FIG. 1 est un diagramme schématique montrant un injecteur de carburant et un dispositif de commande d’injection de carburant selon un premier mode de réalisation ;
La FIG. 2 est un diagramme montrant les changements temporels de la charge de courant et de la charge de tension lors d’une période de charge et de décharge selon le premier mode de réalisation ;
| La | FIG. 3 | est | une vue en | coupe | montrant | une soupape | de | commande |
| fermée ; | ||||||||
| La | FIG. 4 | est | une vue en | coupe | montrant | une soupape | de | commande |
| ouverte ; | ||||||||
| La | FIG. 5 | est | un organigramme montrant une commande | d’ouverture de |
soupape et une commande de fermeture de soupape ;
La FIG. 6 est un organigramme montrant la commande d’ouverture de soupape ;
La FIG. 7 est un organigramme montrant la commande de fermeture de soupape ;
La FIG. 8 est un graphique montrant les résultats d’une expérience consistant à comparer une perte de charge et une capacité de fermeture de la soupape eu égard à un premier mode de réalisation, un premier exemple comparatif et un deuxième exemple comparatif ;
La FIG. 9 est un graphique montrant les changements temporels de la charge de tension selon un deuxième mode de réalisation ;
La FIG. 10 est un graphique montrant les changements temporels de la charge de tension selon un troisième mode de réalisation ; et
La FIG. 11 est un graphique montrant les changements temporels de la charge de tension selon un quatrième mode de réalisation.
Eu égard aux dessins, une pluralité de modes de réalisation seront décrits ciaprès.
(Premier mode de réalisation)
La FIG. 1 montre un injecteur de carburant (1) monté sur un moteur à combustion interne pour véhicule. Le moteur à combustion interne est un moteur diesel ou un moteur essence. Un carburant à haute pression est accumulé dans une rampe commune (non montrée) qui doit être fournie à chaque injecteur de carburant (1). L’injecteur de carburant (1) injecte le carburant dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne.
Un dispositif de commande d’injection de carburant, désigné par la suite dispositif de commande (2), commande les opérations de l’injecteur de carburant (1). Plus particulièrement, le dispositif de commande (2) commande la charge/décharge de l’élément piézoélectrique (21a) de l’injecteur de carburant (1) de sorte à avoir un contrôle sur la quantité d’injection de carburant, le délai d’injection de carburant et le nombre d’injections de carburant. De plus, le dispositif de commande (2) commande une pompe à haute pression (non montrée) de sorte à avoir un contrôle sur la pression du carburant dans la rampe commune, désignée par la suite pression du carburant fourni.
Le dispositif de commande (2) est configuré par un micro-ordinateur qui comprend au moins une unité centrale de traitement (UCT) et au moins un dispositif de mémoire assurant le stockage des programmes et des données. Le dispositif de mémoire est un support de stockage physique non transitoire qui stocke temporairement des programmes informatisés. Le dispositif de mémoire prend la forme d’une mémoire à semi-conducteurs, d’un disque magnétique, etc. Les programmes sont exécutés par le dispositif de commande (2).
Une unité de commande électronique (UCE) (3) dispose d’un circuit arithmétique configuré par un micro-ordinateur ou un micro-contrôleur. Le circuit arithmétique comprend un processeur, une RAM et un dispositif de mémoire non volatile réinscriptible. Une unité d’entraînement électronique (UDE) (4) applique une tension d’entraînement à l’élément piézoélectrique (21a) conformément à des signaux de commande transmis par l’UCE (3).
Le dispositif de commande (2) est une unité de commande électronique comprenant l’UCE (3) et l’UDE (4), qui configure un système d’injection de carburant avec l’injecteur de carburant (1). L’UCE (3) transmet un signal de commande de basse tension (par exemple 5 V) et l’UDE (4) transmet une tension d’entraînement supérieure au signal de commande.
L’UCE (3) détermine la quantité d’injection, le délai d’injection et le nombre d’injections de carburant en fonction de la vitesse de rotation d’un vilebrequin et de la charge du moteur, puis transmet le signal de commande à l’UDE (4). L’UDE (4) fournit à l’élément piézoélectrique (21a) une puissance électrique correspondant au signal de commande à un moment correspondant au signal de commande, et commande la quantité de charge et la quantité de décharge de l’élément piézoélectrique (21a). C’est-à-dire que le dispositif de commande (2) commande la quantité de charge/décharge transmise à l’élément piézoélectrique (21a) et le moment de charge/décharge de l’élément piézoélectrique (21a) en fonction de l’état d’entraînement du moteur à combustion interne.
Plus précisément, l’UDE (4) comprend un circuit amplificateur, un commutateur de charge, un commutateur de décharge et un commutateur de conduction qui ne sont pas montrés. Le circuit amplificateur fait passer la tension d’une tension de batterie (par exemple 14 V) à une tension élevée (par exemple entre 150 et 300 V). Le commutateur de conduction sert à commander la mise sous tension de l’élément piézoélectrique (21a).
Lorsque le commutateur de charge et le commutateur de conduction sont mis sous tension, la quantité de charge de l’élément piézoélectrique (21a) est augmentée. Lors d’une période de charge, le commutateur chargé est maintenu sous tension et le commutateur de conduction est à plusieurs reprises mis sous tension et hors tension, la quantité de charge et le taux de charge étant ainsi contrôlés par le dispositif de commande (2).
Lorsque le commutateur de décharge et le commutateur de conduction sont mis sous tension, la quantité de décharge de l’élément piézoélectrique (21a) est augmentée. Lors d’une période de décharge, le commutateur déchargé est maintenu sous tension et le commutateur de conduction est mis sous tension et hors tension, la quantité de décharge et le taux de décharge étant ainsi contrôlés par le dispositif de commande (2).
L’injecteur de carburant (1) est disposé sur une culasse du moteur à combustion interne et injecte directement du carburant à haute pression dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne via l’orifice d’injection (11). L’injecteur de carburant (1) utilise une partie du carburant à haute pression afin d’ouvrir/de fermer l’orifice d’injection (11). Une partie du carburant fourni à l’injecteur de carburant (1) est restituée dans un réservoir de carburant (non montré).
L’injecteur de carburant (1) comprend un corps (10), un actionneur (20), une soupape de commande (30) et une aiguille (40). Le corps (10) définit l’orifice d’injection (11), un passage à haute pression (12), un passage à basse pression (13), une chambre de soupape (14), une chambre à contre-pression (15) et une chambre de buse (16). Le carburant à haute pression fourni par la rampe commune circule dans le passage à haute pression (12) et la chambre de buse (16). Puis le carburant à haute pression est injecté par l’orifice d’injection (11) dans une chambre de combustion. Une partie du carburant à haute pression fourni par le passage à haute pression (12) est utilisée pour l’ouverture et la fermeture de l’orifice d’injection (11). Le carburant déchargé de la chambre à contre-pression (15) et de la chambre de soupape (14) est restitué dans le réservoir de carburant via le passage à basse pression (13).
Dans la mesure où la chambre à contre-pression (15) et la chambre de soupape (14) sont en constante communication, la pression du carburant dans la chambre à contre-pression (15) et la pression du carburant dans la chambre de soupape (14) sont sensiblement égales si l’on ignore un décalage temporel. La chambre à contrepression (15) et la chambre de soupape (14) correspondent à une chambre de commande. Le carburant présent dans la chambre de commande applique une force de fermeture de soupape à l’aiguille (40). Le passage à basse pression (13) correspond à un canal de sortie à travers lequel le carburant s’écoule à partir de la chambre de commande.
L’aiguille (corps de soupape) (40) ouvre/ferme l’orifice d’injection (11). L’aiguille (40) reçoit une force élastique d’un membre élastique (41) dans la direction de fermeture de la soupape. La pression du carburant dans la chambre à contrepression (15) est appliquée à une extrémité réceptrice de pression de l’aiguille (40) dans la direction de fermeture de la soupape. La pression du carburant dans la chambre de buse (16) est appliquée à la pointe de l’aiguille (40) dans la direction d’ouverture de la soupape. Ainsi, lorsque la pression du carburant dans la chambre à contre-pression (15) baisse plus qu’un niveau de pression prédéterminé, l’aiguille (40) se déplace dans la direction d’ouverture de la soupape de sorte que le carburant est injecté depuis l’orifice d’injection (11). Lorsque la pression du carburant dans la chambre à contre-pression (15) augmente d’un niveau de pression prédéterminé ou plus que ledit niveau, l’aiguille se déplace dans la direction de fermeture de la soupape de sorte que l’injection de carburant est terminée.
La soupape de commande (30) est disposée dans la chambre de soupape (14) et comprend une première soupape (31), une deuxième soupape (32) et une partie de bride (33). Lorsque la première soupape (31) se positionne sur un premier siège de soupape (14a) disposé sur le corps (10), la chambre de soupape (14) et le passage à basse pression (13) sont déconnectés fluidiquement. Lorsque la première soupape (31) s’éloigne du premier siège de soupape (14a), la chambre de soupape (14) et le passage à basse pression (13) sont connectés fluidiquement. Lorsque la deuxième soupape (32) se positionne sur un deuxième siège de soupape (14b) disposé sur le corps (10), la chambre de soupape (14) et la chambre de buse (16) sont déconnectées fluidiquement. Lorsque la deuxième soupape (32) s’éloigne du deuxième siège de soupape (14b), la chambre de soupape (14) et la chambre de buse (16) sont connectées fluidiquement. La première soupape (31) possède une surface extérieure sphérique capable de se positionner sur le premier siège de soupape (14a). La deuxième soupape (32) possède une surface plane capable de se positionner sur le deuxième siège de soupape (14b). Lorsque la première soupape (31) ou la deuxième soupape (32) se positionne sur la surface de siège, l’autre s’éloigne de la surface de siège.
Un membre élastique (34) sollicite la partie de bride (33) de telle sorte que la première soupape (31) se positionne sur le premier siège de soupape (14a). L’actionneur (20) applique une force d’entraînement à la première soupape (31) de sorte que la première soupape (31) s’éloigne du premier siège de soupape (14a). Lorsque la première soupape (31) se positionne sur le premier siège de soupape (14a), la pression du carburant dans la chambre de soupape (14) est appliquée à la première soupape (31) dans la direction de fermeture de la soupape. Lorsque la première soupape (31) s’éloigne du premier siège de soupape (14a) et que la deuxième soupape (32) se positionne sur le deuxième siège de soupape (14b), la pression du carburant dans la chambre de buse (16) est appliquée à la première soupape (31) dans la direction de fermeture de la soupape et à la deuxième soupape (32) dans la direction d’ouverture de la soupape.
La FIG. 3 montre que la première soupape (31) se positionne sur le premier siège de soupape (14a). Dans ce cas de figure, lorsque la force d’entraînement de l’actionneur (20) dépasse le total de la force de sollicitation du membre élastique (34) et de la force du carburant Fa (force de fermeture de la soupape) dans la chambre de soupape (14), la première soupape (31) commence à s’éloigner du premier siège de soupape (14a). Une fois que la première soupape (31) s’est éloignée du premier siège de soupape (14a), la pression du carburant dans la chambre de soupape (14) est réduite et la force du carburant Fa également, tel que l’indique la FIG. 4.
Après la fermeture de la première soupape (31), lorsque l’actionneur (20) pousse vers le bas la soupape de commande (30), la deuxième soupape (32) se positionne sur le deuxième siège de soupape (14b). C’est-à-dire que la deuxième soupape (32) passe d’une position ouverte à une position fermée. Afin de conserver la position fermée, il est nécessaire que la force d’entraînement de l’actionneur (20) dépasse le total de la force de sollicitation du membre élastique (34) et de la force du carburant dans la chambre de buse (16).
L’actionneur (20) comprend une piézo-pile (21), un membre élastique (22), une plaque de butée (23), un élément de guidage (24), un piston à grand diamètre (25), un piston à petit diamètre (26), un ressort (27) et une tige (28). La piézo-pile (21) comprend une pluralité d’éléments piézoélectriques (21a) et un élément de maintien (21b) qui maintient les éléments piézoélectriques (21a). Un élément piézoélectrique (21a) a la forme d’une plaque et une pluralité d’éléments piézoélectriques (21a) sont disposés dans une direction perpendiculaire à une surface plane. De plus, les éléments piézoélectriques (21a) sont électriquement connectés en série.
Les éléments piézoélectriques (21a) font office d’actionneur en s’étendant et en se contractant en raison d’un effet piézoélectrique inverse. Plus particulièrement, chacun des éléments piézoélectriques (21a) constitue une charge capacitive qui s’étend lorsqu’elle est chargée électriquement, et se contracte lorsqu’elle est déchargée électriquement.
Le membre élastique (22) est déformé élastiquement dans une direction axiale de sorte à appliquer une précharge de compression Fpre (voir la FIG. 8) sur la plaque de butée (23). La plaque de butée (23) est en contact avec la piézo-pile (21) afin de transférer la précharge de compression Fpre vers la piézo-pile (21). La piézopile (21) est prise en sandwich entre une paroi interne du corps (10) et la plaque de butée (23) tout en recevant une force de compression de la plaque de butée (23). En d’autres termes, que l’élément piézoélectrique (21a) soit ou non sous tension, la précharge de compression Fpre est appliquée sur les éléments piézoélectriques (21a).
L’élément de guidage (24) maintient le piston à grand diamètre (25) et le piston à petit diamètre (26) de telle sorte que les pistons (25, 26) sont en mesure de glisser dans l’élément de guidage (24). La surface de la paroi interne de l’élément de guidage (24), la surface de l’extrémité inférieure du piston à grand diamètre (25) et la surface de l’extrémité supérieure du piston à petit diamètre (26) définissent une chambre étanche à l’huile (24a). La chambre étanche à l’huile (24a) est remplie de carburant.
Le ressort (27) applique une force élastique au piston à petit diamètre (26). Le piston à petit diamètre (26) est sollicité vers la première soupape (31) par la force élastique du ressort (27) et la force du carburant dans la chambre étanche à l’huile (24a). Par conséquent, la première soupape (31) s’éloigne du premier siège de soupape (14a). C’est-à-dire que la première soupape (31) reçoit une force d’ouverture de soupape.
Une opération de l’injecteur de carburant (1) sera décrite par la suite.
Lorsque l’élément piézoélectrique (21a) est mis sous tension à des fins d’expansion, le piston à grand diamètre (25) se déplace vers le piston à petit diamètre (26). Un mouvement du piston à grand diamètre (25) est transmis au piston à petit diamètre (26) via la chambre étanche à l’huile (24a), et le piston à petit diamètre (26) se déplace vers la soupape de commande (30). La soupape de commande (30) est poussée vers le bas de sorte que la première soupape (31) s’éloigne du premier siège de soupape (14a).
Le carburant présent dans la chambre de soupape (14) est déchargé via l’orifice 13a et le passage à basse pression (13), de sorte que la pression du carburant dans la chambre de soupape (14) est réduite. Étant donné que la chambre de soupape (14) communique avec la chambre à contre-pression (15), la pression du carburant dans la chambre à contre-pression (15) est également réduite. L’aiguille (40) commence à se déplacer vers le haut.
Juste après l’ouverture de la première soupape (31), la deuxième soupape (32) est encore fermée. Après l’ouverture de la première soupape (31), les éléments piézoélectriques (21a) sont étendus de sorte que la deuxième soupape (32) se positionne sur le deuxième siège de soupape (14b). C’est-à-dire que la deuxième soupape (32) est fermée. La chambre de buse (16) et la chambre de soupape (14) sont déconnectées l’une de l’autre fluidiquement. De ce fait, la pression du carburant dans la chambre de soupape (14) et la chambre à contre-pression (15) est réduite, et l’aiguille (40) commence à se déplacer vers le haut. C’est-à-dire que la période au cours de laquelle l’aiguille (40) est ouverte après la mise sous tension de l’élément piézoélectrique (21a) est réduite. La capacité d’ouverture de soupape de l’aiguille (40) est renforcée.
Lorsque l’élément piézoélectrique (21a) est mis hors tension afin de se contracter, le piston à grand diamètre (25) et le piston à petit diamètre (26) s’éloignent de la chambre de soupape (14). La soupape de commande (30) se rapproche de l’actionneur (20) via la force élastique du membre élastique (34). De ce fait, la deuxième soupape (32) s’éloigne du deuxième siège de soupape (14b) et la première soupape (31) se positionne sur le premier siège de soupape (14a).
La chambre de buse (16) et la chambre de soupape (14) sont connectées l’une à l’autre fluidiquement, et la chambre de soupape (14) et le passage à basse pression (13) sont déconnectés l’un de l’autre fluidiquement. Le carburant arrête de s’écouler de la chambre de soupape (14) au passage à basse pression (13). Le carburant s’écoule de la chambre de buse (16) à la chambre de soupape (14) de sorte que la pression du carburant dans la chambre de soupape (14) augmente. Étant donné que la chambre de soupape (14) communique avec la chambre à contre-pression (15), la pression du carburant dans la chambre à contre-pression (15) augmente également. La contre-pression de l’aiguille (40) augmente de sorte que l’aiguille (40) commence à se déplacer vers le bas et à se rapprocher de l’orifice d’injection (11).
Eu égard à la FIG. 2, une opération du dispositif de commande (2) sera décrite par la suite.
Dans la FIG. 2, les colonnes (a) et (b) montrent les signaux de commande que l’UCE (3) transmet à l’UDE (4). Les signaux de commande représentent une commande d’injection, une commande de charge et une commande de décharge. Les colonnes (c) et (d) montrent un courant piézoélectrique qui circule dans les éléments piézoélectriques (21a), et une tension piézoélectrique qui est appliquée aux éléments piézoélectriques (21a). Dans la colonne (c), le courant piézoélectrique sur un côté positif correspond au courant de charge, et le courant piézoélectrique sur un côté négatif correspond au courant de décharge. Dans la colonne (d), la tension piézoélectrique d’augmentation correspond à la tension de charge, et la tension piézoélectrique en baisse correspond à la tension de décharge.
L’UCE (3) calcule un temps de commande d’injection Tq en fonction d’une quantité d’injection requise et de la pression du carburant fourni. Puis l’UCE (3) émet le signal de commande d’injection conformément au temps de commande d’injection calculé Tq. La période durant laquelle le signal de commande d’injection est émis est divisée en une période de charge Te et une période de maintien Th. Lors de la période de charge Te, le signal de commande de charge est émis. Lors de la période de charge Te, l’UDE (4) effectue une commande de charge qui sera décrite par la suite. Lors de la période de maintien Th, l’UDE (4) effectue une commande de maintien qui sera décrite par la suite. Lors de la période de décharge To, l’UDE (4) effectue une commande de décharge qui sera décrite par la suite.
Eu égard à la FIG. 2, la commande de charge sera décrite par la suite.
L’UDE (4) met sous tension le commutateur de charge lors de la période durant laquelle le signal de commande d’injection est émis. Ensuite, l’UDE (4) met sous tension le commutateur de conduction lorsque le signal de commande d’injection augmente. Tel qu’indiqué dans les colonnes (c) et (d) de la FIG. 2, la tension de charge et le courant de charge commencent à augmenter. Le dispositif de commande (2) comprend un circuit qui détecte la charge électrique de l’élément piézoélectrique (21a). Lorsque l’augmentation d’une charge électrique détectée atteint une quantité déterminée, le dispositif de commande (2) met hors tension le commutateur de conduction. De ce fait, le courant de charge commence à diminuer tel qu’indiqué dans la colonne (c) de la FIG. 2. Concrètement, même lorsque le commutateur de conduction est mis hors tension, la tension piézoélectrique continue à augmenter. La vitesse d’augmentation de la tension piézoélectrique lorsque le commutateur de conduction est mis hors tension est plus lente que la vitesse d’augmentation de la tension piézoélectrique lorsque le commutateur de conduction est mis sous tension.
Lorsqu’une période déterminée s’est écoulée après la mise hors tension du commutateur de conduction, le commutateur de conduction est de nouveau mis sous tension. Jusqu’à ce que l’augmentation de la charge électrique ait atteint une quantité déterminée, le dispositif de commande (2) est maintenu sous tension. Tel qu’indiqué ci-dessus, le commutateur de conduction est à plusieurs reprises mis sous tension et hors tension, et la quantité de charge de l’élément piézoélectrique (21a) est augmentée. La quantité de charge correspond à l’énergie électrique stockée dans l’élément piézoélectrique (21a), qui est proportionnelle à la tension piézoélectrique.
Eu égard à la FIG.2, la commande de maintien sera décrite par la suite.
Lorsque la tension piézoélectrique atteint la tension cible Vtrg, la commande de charge est terminée. La commande passe de la période de charge Te à la période de maintien Th. Lors de la période de maintien Th, le dispositif de commande (2) effectue la commande de maintien au cours de laquelle la tension piézoélectrique est maintenue à la tension cible Vtrg. La tension cible Vtrg est fixée de sorte à empêcher l’ouverture de la deuxième soupape (32). Si la tension cible Vtrg est excessivement faible, la force de sollicitation de la deuxième soupape (32) vers le deuxième siège de soupape (14b) devient insuffisante. II est probable que la deuxième soupape (32) s’ouvre du fait de la pression du carburant dans la chambre de buse (16). Si la pression du carburant fourni est élevée, la tension cible Ctrg est réglée de sorte à être plus élevée.
Eu égard à la FIG. 2, la commande de décharge sera décrite par la suite.
Lorsque le délai de commande d’injection Tq s’est écoulé après un début de mise sous tension, la période de maintien Th passe en période de décharge To. Lors de la période de décharge To, le commutateur de décharge est mis sous tension. Ensuite, l’UDE (4) met sous tension le commutateur de conduction au moment où le signal de commande de décharge augmente. Tel qu’indiqué dans les colonnes (c) et (d) de la FIG. 2, la tension de charge et le courant de charge commencent à diminuer. Lorsque la diminution d’une charge électrique détectée atteint une quantité déterminée, le dispositif de commande (2) met hors tension le commutateur de conduction. De ce fait, le courant de charge commence à augmenter tel qu’indiqué dans la colonne (c) de la FIG. 2. Concrètement, même lorsque le commutateur de conduction est mis hors tension, la tension piézoélectrique continue à diminuer. La vitesse de diminution de la tension piézoélectrique lorsque le commutateur de conduction est mis hors tension est plus lente que la vitesse de diminution de la tension piézoélectrique lorsque le commutateur de conduction est mis sous tension.
La première soupape (31) est ouverte lors de la période de charge Te. La deuxième soupape (32) est fermée avant la période de maintien Th. Au cours de la période de décharge To, la deuxième soupape (32) est ouverte et la première soupape (31) est fermée. La commande de charge peut être qualifiée de commande d’ouverture de soupape au cours de laquelle la première soupape (31) est ouverte. De même, la commande de décharge peut être qualifiée de commande d’ouverture de soupape au cours de laquelle la deuxième soupape (32) est ouverte.
Juste après l’ouverture de la première soupape (31), le carburant présent dans la chambre de soupape (14) s’écoule d’un coup vers le passage à basse pression (13) tel qu’indiqué par une flèche à la FIG. 4, de sorte que la pression du carburant dans la chambre de soupape (14) diminue brusquement. Par conséquent, juste après l’ouverture de la première soupape (31), la force du carburant Fa est brusquement réduite par rapport à la force du carburant indiquée à la FIG. 3. De ce fait, la soupape de commande (30) est ouverte. La tige (28) et le piston à petit diamètre (26) se rapprochent de la soupape de commande (30). La pression hydraulique dans la chambre étanche à l’huile (24a) diminue rapidement. La pression hydraulique dans la chambre étanche à l’huile (24a) exerce une force (force de résistance à l’extension) contre la force d’entraînement de l’élément piézoélectrique (21a). Par conséquent, une diminution soudaine de la pression hydraulique dans la chambre étanche à l’huile (24a) provoque une diminution soudaine de la force de résistance à l’extension qui est appliquée sur les éléments piézoélectriques (21a).
L’élément piézoélectrique (21a) peut être facilement endommagé par la charge de traction. Lorsque la force de résistance à l’extension diminue rapidement, la charge de compression appliquée aux éléments piézoélectriques (21a) devient inférieure à la précharge de compression Fpre, ce qui peut provoquer un endommagement de l’élément piézoélectrique (21a). Un tel phénomène de diminution de la charge de compression juste après l’ouverture de la soupape est qualifié de « perte de charge >>.
Plus la vitesse d’augmentation de la tension piézoélectrique est élevée dans la commande de charge (commande d’ouverture de la soupape), plus la capacité d’ouverture de la soupape de commande (30) est renforcée, ce qui renforce également la capacité d’ouverture de soupape de l’aiguille (40). Toutefois, contrairement aux indications susmentionnées, la perte de charge décrite ci-dessus augmente et la possibilité d’endommagement de l’élément piézoélectrique (21a) diminue.
En prévoyant une période de mise en pause Tr lors de la commande de charge (commande d’ouverture de la soupape) tel qu’indiqué à la FIG. 2, la vitesse d’augmentation de la tension piézoélectrique augmente et la capacité d’ouverture de la soupape est renforcée, ce qui permet de limiter l’augmentation de la perte de charge. C’est-à-dire que, jusqu’à l’écoulement d’une première période d’augmentation T1 à partir du début du chargement de l’élément piézoélectrique (21a) lors de la période de chargement Te, les éléments piézoélectriques (21a) sont chargés de telle sorte qu’une vitesse d’augmentation AV de la tension piézoélectrique devient une première vitesse A1. Lors de la période de mise en pause Tr après la première période d’augmentation T1, la vitesse d’augmentation AV de la tension piézoélectrique est réglée sur zéro. Lors de la deuxième période d’augmentation T2, la vitesse d’augmentation AV de la tension piézoélectrique devient une deuxième vitesse A2.
La deuxième vitesse A2 est réglée de sorte à être plus rapide que la première vitesse A1. Selon le présent mode de réalisation, une vitesse de décharge « B >> lors de la période de décharge To est réglée de sorte à correspondre à la première vitesse A1. La deuxième vitesse A2 peut être égale à la vitesse de décharge « B >>.
Eu égard aux FIG. 5 à 7, les procédures de la commande d’ouverture de la soupape et de la commande de fermeture de la soupape seront décrites par la suite.
Le processus indiqué à la FIG. 5 est exécuté à plusieurs reprises lors d’une période de fonctionnement du moteur à combustion interne. En S10, il est déterminé si l’UCE (3) transmet un signal de commande d’injection. Si la réponse est OUI en S10, la procédure se poursuit en S20 où la commande d’ouverture de la soupape montrée à la FIG. 6 est effectuée. Si la réponse est NON en S10, la procédure se poursuit en S30 où la commande de fermeture de la soupape montrée à la FIG. 7 est effectuée. Le signal de commande d’injection a une longueur correspondant au temps de commande d’injection Tq et est transmis à un temps correspondant au temps d’injection cible.
En S21 à la FIG. 6, il est déterminé si elle est effectuée lors de la période de charge Te. La période de charge Te commence au niveau du flanc ascendant du signal de commande d’injection et s’achève au moment où la tension piézoélectrique atteint la tension cible Vtrg.
Si la réponse est OUI en S21, la procédure se poursuit en S22 où il est déterminé si elle est effectuée dans la première période d’augmentation T1, la période de mise en pause Tr ou la deuxième période d’augmentation T2. La durée de la première période d’augmentation T1 est prédéterminée. La première période d’augmentation T1 passe successivement à la période de mise en pause Tr. La durée de la période de mise en pause Tr est prédéterminée. La période de mise en pause Tr passe successivement à la deuxième période d’augmentation T2.
Une période située juste avant l’ouverture de la première soupape (31) est incluse dans la période de mise en pause Tr. Un temps de début d’ouverture de la première soupape (31) est inclus dans la période de mise en pause Tr. Plus particulièrement, la période de mise en pause Tr se poursuit jusqu’à ce que le courant piézoélectrique devienne nul.
Lorsqu’elle est effectuée dans la première période d’augmentation T1, la procédure se poursuit en S23 où la vitesse d’augmentation AV de la tension piézoélectrique est réglée sur la première vitesse A1. La première vitesse A1 correspond à une valeur prédéterminée. Lorsqu’elle est effectuée dans la deuxième période d’augmentation T2, la procédure se poursuit en S24 où la vitesse d’augmentation AV de la tension piézoélectrique est réglée sur la deuxième vitesse A2. La deuxième vitesse A2 correspond à une valeur prédéterminée plus élevée que la première vitesse A1.
Lorsqu’elle est effectuée dans la période de mise en pause Tr, la procédure se poursuit en S25 où la vitesse d’augmentation AV de la tension piézoélectrique est réglée sur zéro. Si la réponse est NON en S21, la procédure se poursuit en S25.
En S31 de la FIG. 7, il est déterminé si elle est effectuée lors de la période de décharge To. Si la réponse est OUI en S31, la procédure se poursuit en S32 où une vitesse descendante AV de la tension piézoélectrique est réglée sur la vitesse de décharge « B >>. Si la réponse est NON en S31, la procédure se poursuit en S33 où la tension piézoélectrique devient nulle.
Le dispositif de commande (2) réalisant S20 correspond à une « partie de commande d’ouverture de la soupape », et le dispositif de commande (2) réalisant S30 correspond à une « partie de commande de fermeture de la soupape >>. Le dispositif de commande (2) réalisant S23 correspond à une « première partie de commande d’augmentation >>, et le dispositif de commande (2) réalisant S24 correspond à une «deuxième partie de commande d’augmentation >>. De plus, le dispositif de commande (2) réalisant S25 correspond à une « partie de commande de mise en pause >>.
La FIG. 8 est un graphique temporel montrant un effet réducteur de perte de charge et un renforcement de la capacité de fermeture de la soupape, selon le présent mode de réalisation. De même, la FIG. 8 montre un premier exemple comparatif et un deuxième exemple comparatif. Dans la FIG. 8, les lignes pleines « I », » et « F >> montrent le présent mode de réalisation, les lignes en pointillé « la », « Va >> et « Fa >> montrent le premier exemple comparatif. La ligne en pointillé long et court « Fb >> montre le deuxième exemple comparatif.
Les colonnes (a) et (b) de la FIG. 8 montrent le courant piézoélectrique et la tension piézoélectrique. La colonne (d) montre une valeur de levée de la soupape de commande (30). La colonne (c) de la FIG. 8 montre une force (force d’action) agissant sur les éléments piézoélectriques (21a). Au début de la charge, la précharge de compression Fpre est appliquée aux éléments piézoélectriques (21a) en tant que force d’action. Lors de l’ouverture de la soupape de commande (30), la force d’action est réduite et la pression du carburant augmente dans la chambre de soupape (14). Puis en raison de la perte de charge, la force d’action devient inférieure à la précharge de compression Fpre. Étant donné que la force d’action diminue moins juste après l’ouverture de la soupape, les éléments piézoélectriques (21a) sont moins endommagés.
Comme le montre la colonne (b) de la FIG. 8, le premier exemple comparatif n’a pas de période de mise en pause Tr. Il est fait en sorte que la vitesse d’augmentation AV (= AO) de la tension piézoélectrique soit inférieure à la première vitesse A1 et à la deuxième vitesse A2. La vitesse d’augmentation AV est une valeur constante dans le premier exemple comparatif. Par conséquent, la période de charge électrique des éléments piézoélectriques (21a) à des fins d’ouverture de la soupape est longue. Comme le montre la colonne (d) de la FIG. 8, le temps d’ouverture de la soupape de commande (30) est retardé.
Le deuxième exemple comparatif n’a pas de période de mise en pause Tr. La vitesse d’augmentation AV de la tension piézoélectrique est réglée sur la première vitesse A1. La vitesse d’augmentation AV est une valeur constante. Le temps d’ouverture de la soupape de commande (30) est avancé par rapport au premier exemple comparatif. Toutefois, comme le montrent les flèches de la colonne (c) de la
FIG. 8, la force d’action est davantage réduite que pour le premier exemple comparatif, ce qui peut endommager les éléments piézoélectriques (21a).
Selon le présent mode de réalisation, la commande de mise en pause est effectuée juste avant l’ouverture de la soupape de commande (30). Une augmentation de la quantité de charge est temporairement stoppée. La diminution de la force d’action juste après l’ouverture de la soupape ralentit. C’est-à-dire que, même si la vitesse d’augmentation AV de la tension piézoélectrique croît, il est peu probable que les éléments piézoélectriques (21a) soient endommagés. Plus particulièrement, la vitesse d’augmentation AV de la tension piézoélectrique croît davantage que celle du premier exemple comparatif, comme le montre la colonne (b) de la FIG. 8. Le temps d’ouverture de la soupape de commande (30) peut être plus avancé que celui du premier exemple comparatif, comme le montre la colonne (d). Toutefois, il peut être fait en sorte que la diminution de la force d’action soit sensiblement la même que dans le premier exemple comparatif, comme le montre la colonne (c).
D’autres conclusions sont dégagées des résultats des tests indiqués à la FIG.
8. Si la vitesse d’augmentation AV croît, la perte de charge augmente davantage. En stoppant temporairement la charge électrique juste avant l’ouverture de la soupape de commande (30), la perte de charge peut être diminuée.
Au vu de ce qui précède, le dispositif de commande (2) stoppe temporairement la charge des éléments piézoélectriques (21a) avant l’ouverture de la soupape de commande (30). Plus particulièrement, la partie de commande d’ouverture de la soupape (S20) du dispositif de commande (2) ouvre la soupape de commande (30) en chargeant électriquement les éléments piézoélectriques (21a), et la partie de commande de fermeture de la soupape (S30) du dispositif de commande (2) ferme la soupape de commande (30) en déchargeant électriquement les éléments piézoélectriques (21a). La partie de commande d’ouverture de la soupape comprend la première partie de commande d’augmentation (S23), la partie de commande de mise en pause (S25) et une deuxième partie de commande d’augmentation (S24).
La première partie de commande d’augmentation effectue la première commande d’augmentation afin d’augmenter la quantité de charge des éléments piézoélectriques (21a) lors de la première période d’augmentation T1. La partie de commande de mise en pause stoppe temporairement la première commande d’augmentation lors de la période de mise en pause Tr après la première période d’augmentation T1. La deuxième partie de commande d’augmentation diminue la quantité de charge des éléments piézoélectriques (21a) de nouveau lors de la deuxième période d’augmentation T2 après la période de mise en pause Tr. La période de mise en pause Tr inclut une période située juste avant l’ouverture de la soupape de commande (30). Juste après le début de la période de mise en pause Tr, la soupape de commande (30) est ouverte.
Par conséquent, la perte de charge peut être diminuée juste après l’ouverture de la soupape de commande (30), suite à quoi la force de traction agissant sur les éléments piézoélectriques (21a) en raison de la perte de charge peut être réduite. La vitesse d’augmentation de la tension piézoélectrique peut être augmentée jusqu’au début de la période de mise en pause Tr. Le temps d’ouverture de la soupape de commande peut être avancé. Ainsi, en plus de la limitation des dommages causés aux éléments piézoélectriques (21a) en raison de la perte de charge, la capacité d’ouverture de la première soupape (31) peut être renforcée. La capacité d’ouverture de soupape de l’aiguille (40) peut être renforcée.
Si plusieurs injections sont réalisées lors d’un cycle de combustion, l’intervalle entre chaque injection peut être raccourci en renforçant la capacité de démarrage de l’injection. En raccourcissant l’intervalle, il est possible de réaliser davantage d’injections.
Selon le présent mode de réalisation, la période de mise en pause Tr comprend un temps d’ouverture de la soupape de commande (30). En fonction de la pression du carburant, de la température du carburant et d’autres paramètres similaires, un temps d’ouverture de la soupape de commande (30) est mesuré. La période de mise en pause Tr est réglée de sorte que le temps d’ouverture de la soupape se trouve dans la période de mise en pause Tr. Par conséquent, la perte de charge peut être réduite.
La partie de commande de mise en pause maintient la quantité de charge des éléments piézoélectriques (21a) à une valeur constante. De ce fait, la tension piézoélectrique peut être augmentée progressivement après l’écoulement de la période de mise en pause Tr.
En outre, la partie de commande de mise en pause poursuit la période de mise en pause Tr jusqu’à ce que le courant piézoélectrique devienne nul tel qu’indiqué dans la FIG. 8. Par conséquent, la perte de charge peut être réduite.
Après l’ouverture de la soupape de commande (30), la vitesse d’augmentation de la tension piézoélectrique est augmentée afin de réduire la précharge de compression Fpre comme le montre la colonne (c) de la FIG. 8. Ainsi, la deuxième vitesse A2 est supérieure à la première vitesse A1.
(Deuxième mode de réalisation)
Comme indiqué dans la FIG. 9, la première vitesse A1 est réglée sur différentes valeurs en fonction de la pression du carburant fourni. Plus particulièrement, si la pression du carburant fourni est élevée, la première vitesse A1 est réglée sur une valeur supérieure comme le montre la ligne en pointillé long et court. Si la pression du carburant fourni est faible, la première vitesse A1 est réglée sur une valeur inférieure comme le montre la ligne en pointillé.
Un temps de démarrage et un temps de fin de la période de mise en pause Tr sont fixés indépendamment de la pression du carburant fourni.
Si la pression du carburant fourni est élevée, la force du carburant Fa augmente, de sorte que la quantité de charge requise pour l’ouverture de la soupape est augmentée. Selon le présent mode de réalisation, la première vitesse A1 est réglée sur une valeur supérieure si la pression du carburant fourni est élevée. Ainsi, le retard du temps d’ouverture de la première soupape (31) dû à une augmentation de la force du carburant Fa est limité. Lorsque la pression du carburant fourni est faible, il est possible d’éviter que la première vitesse A1 soit réglée sur une valeur excessivement élevée.
(Troisième mode de réalisation)
Comme indiqué dans la FIG. 10, un temps de démarrage et un temps de fin de la période de mise en pause Tr sont réglés sur différentes valeurs en fonction d’une tension cible Vtrg. Plus particulièrement, si la pression du carburant fourni est élevée, c’est-à-dire que la tension cible Vtrg est plus élevée, la période de mise en pause Tr est retardée comme le montre la ligne en pointillé long et court. Si la pression du carburant fourni est faible, la période de mise en pause Tr est avancée comme le montre la ligne en pointillé.
Sinon, le temps de démarrage ou le temps de fin de la période de mise en pause Tr peut être réglé sur différentes valeurs en fonction de la pression du carburant fourni.
Si la pression du carburant fourni est élevée, la tension maximale appliquée à l’élément piézoélectrique est réglée sur une valeur plus élevée et la période de mise en pause Tr est davantage retardée.
(Quatrième mode de réalisation)
Comme indiqué dans la FIG. 11, la première vitesse A1 est réglée sur différentes valeurs en fonction de la pression du carburant fourni, et le temps de démarrage et le temps de fin de la période de mise en pause Tr sont réglés sur différentes valeurs en fonction de la pression du carburant fourni. Plus particulièrement, si la pression du carburant fourni est élevée, la première vitesse A1 est réglée sur une valeur supérieure et la période de mise en pause Tr est avancée comme le montre la ligne en pointillé long et court. Si la pression du carburant fourni est faible, la deuxième vitesse A2 est réglée sur une valeur inférieure et la période de mise en pause Tr est retardée comme le montre la ligne en pointillé.
Si la pression du carburant fourni est élevée, la deuxième vitesse A2 est réglée sur une valeur inférieure.
(Autres modes de réalisation)
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus.
Dans le premier mode de réalisation, la chambre de buse (16) et la chambre de soupape (14) sont connectées fluidiquement par le passage qui s’ouvre et se ferme via la deuxième soupape (32). Toutefois, le passage et la deuxième soupape (32) ne sont pas toujours nécessaires.
Dans le premier mode de réalisation, la quantité de charge des éléments piézoélectriques (21a) est maintenue constante lors de la période de mise en pause Tr. Toutefois, la quantité de charge des éléments piézoélectriques (21a) peut être réduite lors de la période de mise en pause Tr. À titre d’exemple, la vitesse d’augmentation AV de la tension piézoélectrique peut être négative de sorte que la tension piézoélectrique est réduite lors de la période de mise en pause Tr.
La période de mise en pause Tr peut prendre fin avant que le courant piézoélectrique devienne nul.
Dans le premier mode de réalisation, la période de mise en pause Tr comprend le temps d’ouverture de la soupape de commande (30). Toutefois, la période de mise en pause Tr peut être définie sans inclure le temps d’ouverture de la soupape.
Le commutateur de conduction peut être mis hors tension lorsqu’une augmentation de la tension piézoélectrique atteint une valeur déterminée. Sinon, le commutateur de conduction peut être mis hors tension lorsqu’une augmentation du courant piézoélectrique atteint une valeur déterminée.
Dans le deuxième mode de réalisation, si la pression du carburant fourni est élevée, la première vitesse A1 et la deuxième vitesse A2 peuvent être réglées sur des valeurs inférieures. Dans le troisième mode de réalisation, si la pression du carburant fourni est élevée, la période de mise en pause Tr peut être davantage avancée.
La tige (28) peut être fixée sur la première soupape (31). Le piston à grand diamètre (25) peut être fixé sur la plaque de butée (23).
Claims (6)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de commande d’injection de carburant appliqué à un injecteur de carburant (1) comprenant :un corps de soupape (40) ouvrant/fermant un orifice d’injection (11) via lequel un carburant est injecté ;une chambre de commande (14, 15) destinée à recevoir le carburant qui applique une force de fermeture de soupape au corps de soupape ;une soupape de commande (30) commandant la force de fermeture de soupape en ouvrant/fermant un canal de sortie (13) à travers lequel le carburant s’écoule à partir de la chambre de commande ; et un élément piézoélectrique (21a) ouvrant la soupape de commande lorsqu’elle est chargée électriquement à des fins d’expansion ;le dispositif de commande d’injection de carburant comprenant :une partie de commande d’ouverture de la soupape (S20) qui ouvre la soupape de commande en chargeant électriquement l’élément piézoélectrique ; et une partie de commande de fermeture de la soupape (S30) qui ferme la soupape de commande en déchargeant électriquement l’élément piézoélectrique, la partie de commande d’ouverture de la soupape comprenant :une première partie de commande d’augmentation (S23) destinée à augmenter la quantité de charge de l’élément piézoélectrique lors d’une première période d’augmentation (T1) ;une partie de commande de mise en pause (S25) destinée à mettre en pause l’augmentation de la quantité de charge de l’élément piézoélectrique lors d’une période de mise en pause (Tr) après la première période d’augmentation ;une deuxième partie de commande d’augmentation destinée à augmenter la quantité de charge de l’élément piézoélectrique après la période de mise en pause, la période de mise en pause comprenant une période située juste avant l’ouverture de la soupape de commande.
- 2. Dispositif de commande d’injection de carburant selon la revendication 1, dans lequel la période de mise en pause comprend un moment où la soupape de commande est ouverte.
- 3. Dispositif de commande d’injection de carburant selon la revendication1 ou 2, dans lequel la partie de commande de mise en pause maintient la quantité de charge de l’élément piézoélectrique à une valeur constante.
- 5 4. Dispositif de commande d’injection de carburant selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la partie de commande de mise en pause poursuit la période de mise en pause jusqu’à ce que le courant électrique circulant dans l’élément piézoélectrique devienne nul.
- 10 5. Dispositif de commande d’injection de carburant selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la vitesse d’augmentation de la quantité de charge par la deuxième partie de commande d’augmentation est supérieure à la vitesse d’augmentation de la quantité de charge par la première partie de commande d’augmentation.
- 15 6. Dispositif de commande d’injection de carburant selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la partie de commande d’ouverture de soupape augmente la tension maximale appliquée à l’élément piézoélectrique et retarde la période de mise en pause si la pression du carburant fourni dans l’injecteur de carburant est élevée.
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