WO2003044360A1 - Systeme d'injection pour moteur a combustion interne - Google Patents

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WO2003044360A1
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Eric Condemine
Vincent Basso
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Peugeot Citroën Automobiles SA
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/447—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston means specially adapted to limit fuel delivery or to supply excess of fuel temporarily, e.g. for starting of the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/40—Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator

Definitions

  • the invention relates to an injection system for an internal combustion engine provided with a common fuel injection rail.
  • Patent application US5839413 discloses a system which makes it possible to reduce the starting time of a common rail motor.
  • the principle of this system consists in making the common rail communicate not only to a high pressure pump but also to a low pressure circuit thanks to two calibrated non-return valves (a first low pressure and a second high pressure).
  • the low pressure circuit has a low pressure accumulator which makes it possible to maintain a stable pressure lower than that delivered when the high pressure pump is at full load.
  • the low pressure circuit already compresses the fuel in the common rail. Then, when the high pressure pump exerts a pressure higher than that prevailing in the low pressure circuit, the low pressure valve, which previously allowed the low pressure flow to pass, will close in favor of the second valve.
  • the common rail is finally pressurized only by the high pressure pump.
  • the invention proposes an injection system of simple constitution for an internal combustion engine making it possible to shorten the starting time in order to adapt these engines to "stop and start".
  • the invention relates to an injection system for an internal combustion engine comprising at least one injection means, means for supplying fuel under pressure, an accumulator common to each injection means containing pressurized fuel supplied by said supply means, characterized in that it further comprises, between each injection means and said accumulator, a pressurized fuel storage device supplied by said accumulator, said storage device being suitable for starting releasing said stored pressurized fuel to its associated injection means in order to supply pressurized fuel more quickly than with said supply means alone.
  • This system makes it possible to keep the existing structure and to adapt it “stop and start” by shortening the start-up time.
  • each pressurized fuel storage device comprises a first channel which, connecting said accumulator and one of said injection means, comprises at least one reservoir and at least two controlled opening means respectively located between the accumulator and the tank and between the tank and said injection means to selectively allow the tank to be filled with pressurized fuel coming from said accumulator or to empty the tank to supply said injection means.
  • This configuration has the advantage of not having to install an additional compression source recovers pressurized fuel from the accumulator.
  • said controlled opening means are solenoid valves.
  • Each pressure fuel storage device according to the invention advantageously comprises in addition a second channel which, in parallel with the first, only allows, thanks to a non-return valve, the passage of fuel from said accumulator to said means d injection to allow the injection means to be supplied directly by said accumulator. This allows, after the start-up phases, that the injection is carried out “normally”, that is to say that each injection means is supplied by the same pressurized fuel accumulator.
  • an injection system 1 intended to be used in an internal combustion engine. It mainly consists of a high pressure pump 2, a common rail 3, a storage device 4 and an injector 5. A single injector 5 is visible but of course, the common rail 3 may by example supply as much injector 5 as cylinders present in the engine.
  • the high pressure pump 2 supplies the common rail 3 with pressurized fuel. This widely used and well-known configuration will not be described in more detail in this patent.
  • the storage device 4 connects the common rail 3 and the injector 5 by two channels 6, 7 joining before arriving at the injector 5.
  • the first channel 6 is provided with a non-return valve 8, preventing the flow of fuel from passing from the injector 5 to the common rail 3 but allowing the reverse flow.
  • the second channel 7 includes a reservoir 9, a pressure sensor 10 and two solenoid valves 11, 12. In the example illustrated in FIG. 1, the latter 11, 12, located respectively on either side of the reservoir 9, selectively and independently of one another open part of the channel 7. The sensor 10 detects the pressure prevailing in the reservoir 9.
  • the senor 10 When the engine is started for the first time, the tank 9 being empty, the sensor 10 indicates that there is no pressure. The solenoid valve 10 is then put in its open position and the second 11 in its closed position. When the high pressure pump 2 supplies the common rail 3 with pressurized fuel, fuel will pass through the channel 6 and the channel 7 of each storage device 4 associated with an injector 5.
  • the solenoid valve 1 0 being open, the fuel will then be introduced into the tank 9 without being able to go any further, the solenoid valve 11 being closed.
  • the fuel which is in the channel 6 passes through the non-return valve 8 and thus feeds the injector 5.
  • the high pressure pump 2 will gradually increase the pressure to provide, after a moment, a pressure high enough to reach the minimum operating pressure of the injectors 5.
  • a pressure sensor (not shown) located in each injector 5 makes it possible to determine said minimum pressure and then controls the injection. The engine can then be started.
  • the sensor 10 of the storage device 4 in the same way detects whether the necessary pressure in the tank 9 (which may be much higher than that mentioned in the previous paragraph) is reached.
  • the solenoid valve 10 at this time will be put in its closed position and will therefore trap pressurized fuel in the tank 9. The engine is now ready to operate in "stop and start” mode.
  • the solenoid valve 1 2 When the start control is actuated again and the sensor 1 0 detects pressure, the solenoid valve 1 2 is placed in the open position and therefore releases the pressurized fuel to its associated injector 5. In Indeed, the non-return valve 8 prevents this fuel from going up along the channel 6 towards the common rail 3.
  • the high pressure pump 2 being partially supplied with energy by the engine timing belt (not shown), the starting of the latter will have an accelerating effect on the rise in pressure of the high pressure pump 2. The shortening of the starting will therefore to be further multiplied.
  • the high pressure pump 2 will supply a higher pressure in the common rail 3 compared to that prevailing at the inlet of the injector 5.
  • the non-return valve 8 will then let the fuel s '' flow through the channel 6 to the injector 5.
  • the solenoid valve 12 is returned to the closed position and then the solenoid valve 11 is reopened.
  • the normal fuel injection cycle can then take place.
  • the solenoid valve 11 closes and traps fuel under pressure in the tank 9 again.
  • the restart cycle cited and repeated several times allows, thanks to this injection system, a motor with a common ramp to operate in "stop and start".
  • the fact that there is a storage device 4 for each injector 5 allows a small volume of reservoir 9 compared to that of the common rail 3.
  • the reservoir 9 will preferably be dimensioned so that two injections can be carried out before the pump high pressure 2 takes over.
  • the present invention is not limited to the example illustrated but is susceptible to various variants and modifications which will appear to those skilled in the art.
  • configurations of channel 7 with a single solenoid valve or a technology different from the solenoid valves can be envisaged.
  • the strategy of the first start can be different, for example by filling the reservoir 9 only after a few injections.

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Abstract

L'invention se rapporte à un système d'injection (1) pour moteur à combusion interne comprenant au moins un moyen d'injection (5), des moyens d'alimentation de carburant sous pression (2), un accumulateur (3) commun à chaque moyen d'injection (5) contenant du carburant sous pression fourni par lesdits moyens d'alimentation. Selon l'invention, le système (1) comporte de plus, entre chaque moyen d'injection (5) et ledit accumulateur, un dispositif stockeur de carburant sous pression (4) alimenté par ledit accumulateur, ledit dispositif stockeur étant apte lors du démarrage à libérer ledit carburant sous pression stocké vers son moyen d'injection assicié en vue de lui fournir du carburant sous une pression suffisante plus rapidement qu'avec lesdits moyens d'alimentation seuls. L'invention trouve son application notamment dans le domaine communément appelé « stop and start ».

Description

Système d'iniection pour moteur à combustion interne
L'invention se rapporte à un système d'injection pour moteur à combustion interne muni d'une rampe commune d'injection de carburant.
De nos jours, les constructeurs automobiles cherchent les technologies qui leur permettraient de concevoir des véhicules automobiles moins polluants. Tout d'abord parce que les conducteurs des véhicules sont plus sensibles que jamais à l'écologie mais surtout parce que les normes sur les rejets entrant en vigueur sont de plus en plus sévères.
Une des solutions envisagées par les constructeurs pour réduire les rejets polluants consiste à arrêter du moteur lorsque celui-ci n'est pas sollicité, comme par exemple à un feu rouge. Cette technique est plus généralement appelée "stop and start". En effet, l'arrêt du moteur va permettre d'abaisser la consommation en carburant et donc de diminuer les rejets polluants. Cette baisse des rejets est significative surtout en ville où la forte concentration des signalisations routières oblige à régulièrement s'arrêter et où il se forme souvent des bouchons.
Cette technique du "stop and start" s'applique facilement avec les moteurs dont l'injection dans chaque cylindre est pilotée individuellement. Cependant tel n'est pas le cas avec les moteurs dotés d'une rampe commune (ou "common rail") qui, elle, gère l'injection de plusieurs cylindres en même temps.
En effet, le démarrage actuel de ces moteurs dotés d'une rampe commune à jet de carburant haute pression est trop "lent" pour que le "stop and start" leur soit applicable. Cette lenteur est induite par le temps requis à la pompe haute pression pour compresser le carburant présent dans la rampe commune jusqu'à la pression minimale nécessaire au fonctionnement des injecteurs. Ainsi, pour que les moteurs à rampe commune puissent fonctionner en "stop and start", il est nécessaire de raccourcir leur temps de démarrage.
La demande de brevet US5839413 divulgue un système qui permet de réduire le temps de démarrage d'un moteur à rampe commune. Le principe de ce système consiste à faire communiquer la rampe commune non seulement à une pompe haute pression mais également à un circuit basse pression grâce à deux clapets anti-retour tarés (un premier basse pression et un deuxième haute pression). Le circuit basse pression possède un accumulateur basse pression qui permet de maintenir une pression stable inférieure à celle délivrée lorsque la pompe haute pression est à pleine charge.
Ainsi au démarrage alors que la pompe haute pression est m ise en marche, le circuit basse pression compresse déjà le carburant dans la rampe commune. Puis, quand la pompe haute pression exerce une pression supérieure à celle régnant dans le circuit basse pression, le clapet basse pression, qui laissait passer jusqu'alors le flux basse pression, va se fermer au profit du deuxième clapet. La rampe commune est finalement mise en pression uniquement par la pompe haute pression.
Le temps de montée en pression grâce à ce système est donc diminué. Cependant cette technique n'est pas satisfaisante d'une part parce qu'elle est trop complexe à mettre en œuvre et d'autre part parce qu'elle n'est pas assez rapide pour que son application au "stop and start" soit agréable à l'usage.
Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients rencontrés dans l'art antérieur. Ainsi, l'invention propose un système d'injection de constitution simple pour moteur à combustion interne permettant de raccourcir le temps de démarrage en vue d'adapter ces moteurs au "stop and start". A cet effet, l'invention se rapporte à un système d'injection pour moteur à combustion interne comprenant au moins un moyen d'injection, des moyens d'alimentation de carburant sous pression, un accumulateur commun à chaque moyen d'injection contenant du carburant sous pression fourni par lesdits moyens d'alimentation caractérisé en ce qu'il comporte de plus, entre chaque moyen d'injection et ledit accumulateur, un dispositif stockeur de carburant sous pression alimenté par ledit accumulateur, ledit dispositif stockeur étant apte lors du démarrage à libérer ledit carburant sous pression stocké vers son moyen d'injection associé en vue de lui fournir carburant sous pression plus rapidement qu'avec lesdits moyens d'alimentation seuls. Ce système permet de garder la structure existante et de l'adapter « stop and start » en raccourcissant le temps de démarage.
Avantageusement, chaque dispositif stockeur de carburant sous pression , selon l'invention, comporte un premier canal qui, reliant ledit accumulateur et un desdits moyens d'injection, comporte au moins un réservoir et au moins deux moyens d'ouverture pilotée respectivement situé entre l'accumulateur et le réservoir et entre le réservoir et ledit moyen d'injection pour permettre sélectivement de remplir le réservoir de carburant sous pression venant dudit accumulateur ou de vider le réservoir pour alimenter ledit moyen d'injection. Cette configuration à l'avantage de ne pas avoir à implanter une source de compression supplémentaire récupère du carburant sous pression venant de l'accumulateur.
De manière avantageuse, lesdits moyens d'ouverture pilotée, selon l'invention, sont des électrovannes. Chaque dispositif stockeur de carburant sous pression , selon l'invention , comporte, avantageusement, en plus un deuxième canal qui, en parallèle du premier, autorise uniquement, grâce à un clapet anti-retour, le passage du carburant dudit accumulateur vers ledit moyen d'injection afin de permettre l'alimentation des moyens d'injection directement par ledit accumulateur. Cela permet, après les phases de démarrage, que l'injection soit réalisée « normalement », c'est- à-dire que chaque moyen d'injection soit alimenté par le même accumulateur de carburant sous pression.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après faite en référence à la figure unique représentant un schéma simplifié du système d'injection selon l'invention.
Dans l'exemple illustré à la figure 1 , on peut voir un système d'injection 1 , selon l'invention , destiné à être utilisé dans un moteur à combustion interne. Il se compose principalement d'une pompe haute pression 2, d'une rampe commune 3, d'un dispositif de stockage 4 et d'un injecteur 5. U n seul injecteur 5 est visible mais bien entendu, la rampe commune 3 pourra par exemple alimenter autant d'injecteur 5 que de cylindres présents dans le moteur.
La pompe haute pression 2 alimente la rampe commune 3 en carburant sous pression. Cette configuration très utilisée et très connue ne sera pas plus détaillée dans ce brevet.
Dans l'exemple illustré, on peut voir que le dispositif de stockage 4 relie la rampe commune 3 et l'injecteur 5 par deux canaux 6, 7 se rejoignant avant d'arriver à l'injecteur 5.
Le premier canal 6 est muni d'un clapet anti-retour 8, empêchant au flux de carburant de passer de l'injecteur 5 vers la rampe commune 3 mais autorisant le flux inverse. Le deuxième canal 7 comporte un réservoir 9, un capteur de pression 1 0 et deux électrovannes 11 , 12. Dans l'exemple illustré à la figure 1 , ces dernières 11 , 12, situées respectivement de part et d'autres du réservoir 9, permettent sélectivement et indépendamment l'une de l'autre l'ouverture d'une partie du canal 7. Le capteur 10 détecte la pression régnant dans le réservoir 9.
Lors du premier démarrage du moteur, le réservoir 9 étant vide, le capteur 10 indique qu'il n'y a pas de pression. L'électrovanne 10 est alors mise dans sa position ouverte et la seconde 11 dans sa position fermée. Quand la pompe haute pression 2 alimente la rampe commune 3 en carburant sous pression, du carburant va passer dans le canal 6 et le canal 7 de chaque dispositif de stockage 4 associé à un injecteur 5.
L'électrovanne 1 0 étant ouverte, le carburant va alors s'introduire dans le réservoir 9 sans pouvoir aller plus loin, l'électrovanne 11 étant fermée. Le carburant qui est dans le canal 6 passe au travers du clapet anti-retour 8 et ainsi alimente l'injecteur 5.
La pompe haute pression 2 va au fur et mesure augmenter la pression pour fournir, au bout d'un moment, une pression suffisamment haute pour atteindre la pression minimale de fonctionnement des injecteurs 5. Un capteur de pression (non représenté) situé dans chaque injecteur 5 permet de déterminer ladite pression minimale et commande alors l'injection. Le moteur peut alors être démarré.
Le capteur 10 du dispositif de stockage 4 de la même manière détecte si la pression nécessaire dans le réservoir 9 (qui peut être bien supérieure à celle citée au paragraphe précédent) est atteinte. L'électrovanne 10 à ce moment sera mise dans sa position fermée et emprisonnera donc du carburant sous pression dans le réservoir 9. Le moteur est désormais prêt à fonctionner en mode « stop and start » .
Lorsque la commande de démarrage est à nouveau actionnée et que le capteur 1 0 détecte de la pression, l'électrovanne 1 2 est mise en position ouverte et relâche donc le carburant sous pression vers son injecteur associé 5. En effet, le clapet anti-retour 8 empêche que ce carburant remonte le long du canal 6 vers la rampe commune 3.
Cette pression relâchée étant supérieure à la pression minimale de fonctionnement de son injecteur associé 5, l'injection peut avoir lieu plus rapidement que s'il avait fallu attendre que la pompe haute pression 2 fournisse seule ladite pression minimale. Le moteur peut donc être démarré plus tôt.
La pompe haute pression 2 étant partiellement alimentée en énergie par la courroie de distribution du moteur (non représentée), le démarrage de ce dernier va avoir un effet accélérateur à la montée en pression de la pompe haute pression 2. Le raccourcissement du démarrage va donc être encore multiplié.
Au bout d'un certain temps, la pompe haute pression 2 va fournir une pression supérieure dans la rampe commune 3 par rapport à celle régnant à l'entrée de l'injecteur 5. Le clapet anti-retour 8 va alors laisser le carburant s'écouler au travers du canal 6 vers l'injecteur 5. A ce moment, l'électrovanne 12 est remise en position fermée puis l'électrovanne 11 est réouverte. Le cycle normal d'injection de carburant peut alors avoir lieu. Comme précisé précédemment, quand la pression nécessaire, détectée par le capteur 10, est atteinte dans le réservoir 9, l'électrovanne 11 se ferme et emprisonne à nouveau du carburant sous pression dans le réservoir 9.
Le cycle de redémarrage cité et répété plusieurs fois permet, grâce à ce système d'injection, à un moteur doté d'une rampe commune de fonctionner en "stop and start". Le fait qu'il y ait un dispositif de stockage 4 pour chaque injecteur 5 autorise un volume de réservoir 9 petit par rapport à celui de la rampe commune 3. Le réservoir 9 sera dimensionné préférentiellement pour que deux injections puissent être réalisées avant que la pompe haute pression 2 prenne le relais. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, des configurations du canal 7 avec une seule électrovanne ou une technologie différente des électrovannes peuvent être envisagées. Egalement, la stratégie du premier démarrage peut être différente, par exemple en remplissant le réservoir 9 seulement après quelques injections.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 . Système d'injection (1 ) pour moteur à combustion interne comprenant au moins un moyen d'injection (5), des moyens d'alimentation de carburant sous pression (2), un accumulateur (3) commun à chaque moyen d'injection (5) contenant du carburant sous pression fourni par lesdits moyens d'alimentation caractérisé en ce qu'il comporte de plus, entre chaque moyen d'injection (5) et ledit accumulateur, un dispositif stockeur de carburant sous pression (4) alimenté par ledit accumulateur, ledit dispositif stockeur étant apte lors du démarrage à libérer ledit carburant sous pression stocké vers son moyen d'injection associé en vue de lui fournir du carburant sous une pression suffisante plus rapidement qu'avec lesdits moyens d'alimentation seuls.
2. Système d'injection (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque dispositif stockeur de carburant sous pression (4) comporte un premier canal (7) qui, reliant ledit accumulateur et un desdits moyens d'injection , comporte au moins un réservoir (9) et au moins deux moyens d'ouverture pilotée (11 , 12) respectivement situé entre l'accumulateur (3) et le réservoir (9) et entre le réservoir (9) et ledit moyen d'injection pour permettre sélectivement de remplir le réservoir de carburant sous pression (9) venant dudit accumulateur ou de vider le réservoir (9) pour alimenter ledit moyen d'injection.
3. Système d'injection (1 ) selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ouverture pilotée sont des électrovannes.
4. Système d'injection (1 ) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque dispositif stockeur de carburant sous pression (4) comporte en plus un deuxième canal (6) qui, en parallèle du premier (7), autorise uniquement, grâce à un clapet anti-retour (8), le passage du carburant dudit accumulateur vers ledit moyen d'injection afin de permettre l'alimentation des moyens d'injection (5) directement par ledit accumulateur.
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EP1448887B1 (fr) 2005-04-06
FR2832462A1 (fr) 2003-05-23
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