WO2010069971A1 - Dispositif d'injection de carburant pour moteur a injection directe de vehicule automobile - Google Patents

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WO2010069971A1
WO2010069971A1 PCT/EP2009/067220 EP2009067220W WO2010069971A1 WO 2010069971 A1 WO2010069971 A1 WO 2010069971A1 EP 2009067220 W EP2009067220 W EP 2009067220W WO 2010069971 A1 WO2010069971 A1 WO 2010069971A1
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fuel
injection
engine
direct
motor vehicle
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PCT/EP2009/067220
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Inventor
Sébastien Potteau
Vanessa Picron
Jonathan Castel
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Valeo Systemes De Controle Moteur
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    • F02M57/06—Fuel-injectors combined or associated with other devices the devices being sparking plugs
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    • F02M27/04—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by electric means, ionisation, polarisation or magnetism
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    • 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
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection device for direct injection engine of a motor vehicle.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the direct injection of gasoline from a combustion engine.
  • injection devices comprising fuel injectors for a direct injection engine comprise a nozzle provided with at least one injection orifice arranged at one end of the injector so as to spray the fuel inside.
  • a combustion chamber in the form of fine droplets.
  • injectors operate at increasingly higher injection pressures and that they have injection orifices whose diameters are smaller and smaller in order to generate small fuel droplets. diameter in order to get a better fuel spray.
  • these fuel droplets of small diameter sprayed substantially improve the air-fuel mixture in the combustion chamber, and therefore allow to ensure satisfactory combustion reactions within these same combustion chambers.
  • high pressure pumps do not can provide a sufficiently high pressure to obtain an effective spraying of fuel in the combustion chamber of the engine. Therefore, during the first laps of the engine, the vehicle releases large quantities of unburned hydrocarbons, unburned hydrocarbons being responsible for excessive pollution of the vehicle.
  • the invention aims to provide a fuel injection device for direct injection engine of a motor vehicle to overcome the use of high-pressure pumps of high cost while ensuring better fuel combustion during starting phases of the engine.
  • the invention proposes a fuel injection device for a motor vehicle direct injection engine comprising at least one direct injector for spraying said fuel into a combustion chamber of said engine and at least one ignition means for the combustion of said pulverized fuel in said combustion chamber, said fuel injection device being characterized in that it comprises:
  • said means for electing said fuel said means for electrising being integrated with said at least one direct injector; said fuel electrified under pressure being atomized in said combustion chamber during passage through at least one injection port of said at least one direct injector;
  • a voltage supply source common to said means for electrifying said fuel and said at least one ignition means for the combustion of said atomized fuel in said combustion chamber.
  • atomizing is meant the action of reducing a liquid into fine particles; the diameter of the particles being substantially between 10 and 30 micrometers.
  • the fuel injector according to the invention makes it possible to spray or atomize in the form of fine droplets of the electrified fuel in the combustion chamber of the engine and initiate the combustion of the fuel by means of a common voltage supply source.
  • the electrification of the fuel thus creates electrostatic forces within the fuel contributing to the efficient spraying of the fuel, in particular by the repulsion of the electrostatic forces of the fuel droplets with the formation of a fuel jet in the form of a mist formed fine droplets.
  • the fuel injection device for direct injection engine of a motor vehicle may have one or more additional characteristics below, considered individually or according to all the technically possible combinations: said voltage supply source is formed by a resonant RLC circuit; said voltage supply source is a voltage source supplying a peak voltage greater than or equal to 1 OkV; said voltage supply source is a voltage source delivering a peak voltage of between 30 and 40kV; the device comprises a low pressure pump for pressurizing said fuel; said low pressure pump is a gear pump or a piston pump; said means for electrifying said fuel are formed by an electrode; said ignition means is formed by a plasma candle; said ignition means is formed by a multi-spark plug.
  • the invention also relates to a system comprising an electric motor and a fuel injection device for direct injection engine of a motor vehicle according to the invention, said low pressure pump of said device being powered by said electric motor.
  • FIG. 1 is a block diagram of a fuel injection device for direct injection engine of a motor vehicle according to the invention
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an embodiment of a direct injector of an injection device according to the invention
  • FIG. 1 is a block diagram of a fuel injection device 10 for direct injection engine of a motor vehicle according to the invention.
  • the injection device 10, according to the invention is a direct fuel injection device preferably gasoline type but the invention is also applicable for the direct injection of a diesel type fuel.
  • the injection device 10 comprises a rail 2 for storing the pressurized fuel, the rail 2 being connected to four direct injectors 20, each of the direct injectors 20 dosing and spraying the fuel in a combustion chamber of an injection engine direct.
  • an injection device comprises as many direct injectors as the engine comprises cylinders and therefore combustion chambers.
  • the rail 2 is supplied with fuel by a tank 4, the fuel being pressurized by means of a low pressure pump 6 before its injection into the rail 2.
  • a pressure sensor 3 makes it possible to check the fuel pressure at any time. inside the rail 2 in order to guarantee a substantially constant fuel pressure for supplying the direct injectors 20.
  • the direct injectors 20 are formed of a nozzle situated at one of the ends of the injectors in which injection orifices of small diameters are arranged in such a way as to allow the fuel to be sputtered under pressure in the combustion chambers of the engine in the form of a liquid jet of fuel in the form of a mist of fine droplets.
  • the number of injection orifices of an injector, as shown, conventionally varies between five and twelve or more; these injection ports being regularly spaced.
  • the direct injectors 20 also incorporate means for elect ⁇ ser the pressurized fuel from the rail 2 before its spraying through the orifices of the nozzle of the injector.
  • the means for electing the fuel makes it possible to inject electrostatic charges into the fuel by using voltages of several kilovolts and low intensities in order to electrify the flow of fuel passing through the direct injectors 20.
  • the electrification of the fuel thus creates electrostatic forces within the liquid contributing to the efficient spraying of the fuel through the orifices of the nozzle and the formation of very fine droplets at the outlet of the injector 20, the very small droplets having tendency to repel each other.
  • the high-pressure pump of a known direct injection device design is replaced by the low-pressure pump 6 which is a gear type or type pump. piston, depending on the required pressure.
  • the drive of the low pressure pump is performed by means of an electric motor 5 for supplying the low pressure pump independently of the engine.
  • the high pressure pumps of a known direct injection device design are coupled in constant coupling with the heat engine, which typically requires complex solutions for decoupling in high engine speeds.
  • the electric motor 5 makes it possible to supply the low-pressure pump 6 instantaneously, so as to provide a sufficiently high fuel pressure in the rail 2 in order to obtain a good atomization of the fuel as soon as possible. the first turns of the engine, thus limiting the release of polluting components and ensuring good fuel combustion.
  • the low pressure pump 6, according to the invention provides a pressure of less than 100 bar.
  • the use of a low pressure pump makes it possible to dispense with the use of the heat engine as a fuel supply source for the fuel compression pump, thus reducing the costs of producing an injection device. fuel efficiency and increase engine efficiency during start-up phases.
  • the low pressure pump 6 is, for example, a gear pump for providing a pressure of the order of 20 to 30 bar.
  • the low pressure pump 6 is preferably a piston pump.
  • the injection device 10 comprises a pressure return 7 coupled to a solenoid valve (not shown) disposed between the rail 2 and the low-pressure pump 6 thus making it possible to guarantee a constant fuel pressure at the interior of the rail 2.
  • the low pressure pump 6 is fed so as to produce a pressure greater than the pressure necessary for the spraying of the fuel, taking into account the leakage rates caused by the Direct injectors 20.
  • the pressure return 7 then makes it possible to create an additional leakage flow calibrated so as to guarantee a substantially constant pressure of the fuel in the rail 2.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrostatic fuel injector of a direct injection device according to the invention.
  • the injector 20 comprises a nozzle 21 provided with an injection end 23 in the form of a cylindrical portion 25, extended by a conical portion 26.
  • the conical portion 26 has injection orifices 28 of cylindrical shapes the number of which varies conventionally between five and twelve, and of which two injection orifices 28 are represented in FIG.
  • Each injection orifice 28 passes through the conical portion 26 so as to open on the one hand outside the nozzle 21, and on the other hand in an interior space defined by the nozzle 21.
  • the injector 20 also comprises a needle 22 capable of dosing the fuel entering the combustion chamber.
  • the needle 22 is arranged inside the space created by the cylindrical portion 25 along an axis 24 also corresponding to a longitudinal main axis of the nozzle 21 and more generally of the injector 20.
  • the needle 22 has a tapered end 31 so that when it is lowered, a portion of the outer surface of the end 31 embraces a portion of the inner surface of the conical portion 26 so that it obstructs the Injection orifices 28.
  • the needle 22 is controlled in displacement by means of a device of the piezo or solenoid type.
  • the injector 20 is then in a closing phase. This closing phase can then be followed by an opening phase of the injector 20 in which the needle 22 slides towards the top of the injector 20 along the axis 24.
  • the fuel circulates inside the injector 20, in a substantially annular free space 30 situated between the injection nozzle 21 and the needle 22, in a main direction of flow represented schematically by an arrow, so that to join the injection ports 28 and the combustion chamber of the engine when the injector 20 is in the opening phase.
  • the injector 20 also comprises means for electrifying the fuel before it is sprayed into the combustion chamber of the engine.
  • the fuel is electrically charged by flowing through an electric field formed between an electrode (not shown) and the body of the nozzle 21 injection.
  • the electrode is arranged so that it passes vertically through the nozzle 21 and so that the tip of the electrode is in contact with the fuel before it is sprayed into the combustion chamber.
  • the electrode is arranged, for example, inside the needle 22 along the axis 24 and is connected to a negative terminal of a high voltage generator while the body of the nozzle 21 is connected to a reference potential.
  • the fuel passes through the electric field present in the nozzle 21 and electrically charges before its spraying so that the charged droplets have electric repulsion forces thus helping its spraying in the form of a cloud of fine droplets.
  • the electrode is formed by materials adapted to the emission of an electric charge field.
  • the fuel In order to obtain a good atomization of the fuel with fuel droplets having a diameter substantially between 10 and 30 microns, the fuel must be loaded by high voltages of the order of several tens of kilovolts.
  • the electrostatic injection device 10 is powered by a high voltage generator 50.
  • the high voltage generator 50 is formed typically by a very resonant RLC circuit having in series an electrical resistance R, a coil L and a capacitor C.
  • the amplitude across the capacitor C is amplified thereby allowing provide a very large voltage amplitude of the order of a few tens of kilovolts.
  • a controlled ignition system 40 makes it possible to ignite the air-fuel mixture as a result of spraying the fuel electrified by the injector 20 into the combustion chamber.
  • the ignition system 40 comprises a multi-spark type spark plug or plasma type to ignite the charge of the combustion chamber.
  • plasma jet a plasma type candle also called "plasma jet” to improve the ignition performance of the load of the combustion chamber.
  • the tip 41 of the spark plug has its end facing the combustion chamber of the vehicle to produce an electric arc in the combustion chamber for ignition of the fuel mixture.
  • the high voltage generator 50 feeds both the injector 20 to electrify the fuel flow using voltages of several kilovolts and low intensities to increase the quality of the fuel spraying and also controls the ignition of the ignition system 40 for combustion of the fuel mixture in the combustion chamber of the engine.
  • a common high voltage generator 50 is made possible by the operation of the combustion engine. Indeed, in a first step, the high voltage generator 50 electrifies the fuel during the particular injection of it into the combustion chamber, then in a second step, when the fuel injection is performed, the high voltage generator 50 supplies the spark plug 40 for igniting the fuel mixture in the combustion chamber.
  • the fuel injection device of a direct injection engine comprises a single high voltage generator for atomizing the fuel by means of direct electrostatic injector in the form of very fine droplets of electrified fuel in the combustion chamber and for supplying the ignition means for the combustion of the fuel injected into the combustion chamber.
  • the electrification of the fuel substantially improves the atomization of the fuel by avoiding the use of an expensive high pressure pump to ensure good atomization of the fuel in the combustion chamber of the engine.
  • the design of the direct mjectors device according to the invention makes it possible to overcome the use of ancillary devices for limiting the pump / heat engine coupling.
  • the invention has been particularly described for the direct injection of a gasoline type fuel; However, the invention is also applicable to the direct injection of a diesel type fuel, however a pressure adjustment is necessary in order to obtain an effective spray of this type of fuel whose spray pressures are greater.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile comportant au moins un injecteur direct (20) pour la pulvérisation dudit carburant dans une chambre de combustion dudit moteur et au moins un moyen d'allumage (40) pour la combustion dudit carburant pulvérisé dans ladite chambre de combustion. Le dispositif d'injection de carburant comporte en outre des moyens pour électriser ledit carburant, lesdits moyens pour électriser étant intégrés audit au moins un injecteur direct (20); ledit carburant électrisé sous pression étant atomisé dans ladite chambre de combustion lors du passage au travers d'au moins un orifice d'injection (28) dudit au moins un injecteur direct (20); une source d'alimentation en tension (50) commune auxdits moyens pour électriser ledit carburant et audit au moins un moyen d'allumage (40) pour la combustion dudit carburant atomisé dans ladite chambre de combustion.

Description

DISPOSITIF D'INJECTION DE CARBURANT POUR MOTEUR A INJECTION DIRECTE DE VEHICULE AUTOMOBILE.
La présente invention concerne un dispositif d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile.
L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans l'injection directe d'essence d'un moteur à combustion.
Il est connu que des dispositifs d'injection comportant des injecteurs de carburant pour moteur à injection directe comportent une buse pourvue d'au moins un orifice d'injection agencé à une extrémité de l'injecteur de façon à pulvériser le carburant à l'intérieur d'une chambre à combustion sous forme de fines gouttelettes.
Il est également connu que de tels injecteurs fonctionnent à des pressions d'injection de plus en plus élevées et qu'ils présentent des orifices d'injection dont les diamètres sont de plus en plus faibles dans le but de générer des gouttelettes de carburant de petit diamètre afin d'obtenir une meilleure pulvérisation du carburant.
Ainsi, ces gouttelettes de carburant de faibles diamètres pulvérisées améliorent sensiblement le mélange air-carburant dans la chambre de combustion, et permettent par conséquent d'assurer des réactions de combustion satisfaisantes à l'intérieur de ces mêmes chambres de combustion.
Cependant, la conception connue des dispositifs d'injection décrits précédemment nécessite l'utilisation de pompes performantes de coût élevé afin d'obtenir des pressions d'injection suffisamment importantes.
De plus, il est connu que ces pompes haute pression sont entraînées par le moteur thermique par couplage mécanique au moyen d'une courroie ou encore d'un arbre à came du moteur afin de fournir des niveaux de pression requis.
De ce fait, lors des phases de démarrage du moteur, notamment pendant les premiers tours du moteur, les pompes haute pression ne peuvent fournir une pression suffisamment importante permettant d'obtenir une pulvérisation efficace du carburant dans la chambre de combustion du moteur. Dès lors, au cours des premiers tours du moteur, le véhicule rejette en grande quantité des hydrocarbures non brûlés, les hydrocarbures non brûlés étant responsables d'une pollution excessive du véhicule.
Dans ce contexte, l'invention vise à fournir un dispositif d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile permettant de s'affranchir de l'utilisation de pompes haute pression de coût élevé tout en assurant une meilleure combustion du carburant lors des phases de démarrage du moteur.
A cette fin, l'invention propose un dispositif d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile comportant au moins un injecteur direct pour la pulvérisation dudit carburant dans une chambre de combustion dudit moteur et au moins un moyen d'allumage pour la combustion dudit carburant pulvérisé dans ladite chambre de combustion, ledit dispositif d'injection de carburant étant caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens pour électnser ledit carburant, lesdits moyens pour électriser étant intégrés audit au moins un injecteur direct ; ledit carburant électrisé sous pression étant atomisé dans ladite chambre de combustion lors du passage au travers d'au moins un orifice d'injection dudit au moins un injecteur direct ;
- une source d'alimentation en tension commune auxdits moyens pour électriser ledit carburant et audit au moins un moyen d'allumage pour la combustion dudit carburant atomisé dans ladite chambre de combustion.
On entend par atomiser, l'action de réduire un liquide en fines particules ; le diamètre des particules étant sensiblement compris entre 10 et 30 micromètres. Ainsi, l'injecteur de carburant selon l'invention permet de pulvériser ou d'atomiser sous la forme de fines gouttelettes du carburant électrisé dans la chambre de combustion du moteur et d'amorcer la combustion du carburant au moyen d'une source d'alimentation en tension commune.
L'électrisation du carburant crée ainsi des forces électrostatiques au sein du carburant contribuant à la pulvérisation efficace du carburant, notamment par la répulsion des forces électrostatiques des gouttelettes de carburant avec la formation d'un jet de carburant sous la forme d'une brume formée de fines gouttelettes.
Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le dispositif d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : ladite source d'alimentation en tension est formée par un circuit RLC résonant ; ladite source d'alimentation en tension est une source de tension délivrant une tension crête supérieure ou égale à 1 OkV ; ladite source d'alimentation en tension est une source de tension délivrant une tension crête comprise entre 30 et 4OkV ; - le dispositif comporte une pompe basse pression pour la mise sous pression dudit carburant ; ladite pompe basse pression est une pompe à engrenage ou une pompe à piston ; lesdits moyens pour électriser ledit carburant sont formés par une électrode ; ledit moyen d'allumage est formé par une bougie à plasma ; ledit moyen d'allumage est formé par une bougie multi-étincelles. L'invention a également pour objet un système comportant un moteur électrique et un dispositif d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'invention, ladite pompe basse pression dudit dispositif étant alimentée par ledit moteur électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un dispositif d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'invention ;
- la figure 2 est un schéma de principe illustrant un mode de réalisation d'un injecteur direct d'un dispositif d'injection selon l'invention ;
Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence sauf précision contraire.
La figure 1 est un schéma fonctionnel d'un dispositif d'injection 10 de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'invention.
Le dispositif d'injection 10, selon l'invention, est un dispositif d'injection directe de carburant préférentiellement de type essence mais l'invention est également applicable pour l'injection directe d'un carburant de type diesel.
Le dispositif d'injection 10 comporte un rail 2 pour le stockage du carburant sous pression, le rail 2 étant relié à quatre injecteurs directs 20, chacun des injecteurs directs 20 dosant et pulvérisant le carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à injection directe. Typiquement, un dispositif d'injection comporte autant d'injecteurs directs que le moteur comporte de cylindres et par conséquent de chambres de combustion.
Le rail 2 est alimenté en carburant par un réservoir 4, le carburant étant mis sous pression au moyen d'une pompe basse pression 6 avant son injection dans le rail 2. Un capteur de pression 3 permet de vérifier à tout moment la pression du carburant à l'intérieur du rail 2 afin de garantir une pression de carburant sensiblement constante pour l'alimentation des injecteurs directs 20. Les injecteurs directs 20 sont formés d'une buse située à une des extrémités des injecteurs dans laquelle des orifices d'injection de faibles diamètres sont agencés de façon à permettre une pulvérisation du carburant sous pression dans les chambres de combustion du moteur sous la forme d'un jet liquide de carburant sous forme d'une brume de fines gouttelettes. Le nombre d'orifices d'injection d'un injecteur, tel que représenté, varie classiquement entre cinq et douze, voire plus ; ces orifices d'injection étant espacés de façon régulière.
Les injecteurs directs 20 intègrent également des moyens pour électπser le carburant sous pression provenant du rail 2 avant sa pulvérisation à travers les orifices de la buse de l'injecteur.
Les moyens pour électnser le carburant permettent d'injecter des charges électrostatiques dans le carburant en utilisant des tensions de plusieurs kilovolts et de faibles intensités dans le but d'électriser le flux de carburant traversant les injecteurs directs 20.
L'électrisation du carburant crée ainsi des forces électrostatiques au sein du liquide contribuant à la pulvérisation efficace du carburant à travers les orifices de la buse et à la formation de très fines gouttelettes à la sortie de l'injecteur 20, les très fines gouttelettes ayant tendance à se repousser les unes des autres.
Ainsi l'utilisation de cette énergie supplémentaire, par électnsation du carburant, permet de réduire significativement la pression à fournir par les pompes nécessaire pour atteindre les performances attendues avec une pulvérisation de carburant et notamment de l'essence. Ceci se traduit par une réduction significative de la pression du carburant nécessaire dans le rail 2 et dans les injecteurs directs 20.
Dès lors que les besoins en pression pour la pulvérisation du carburant sont réduits, la pompe haute pression d'une conception connue de dispositif d'injection directe, est remplacée par la pompe basse pression 6 qui est une pompe de type à engrenage ou de type à piston, selon la pression requise. L'entrainement de la pompe basse pression est réalisé au moyen d'un moteur électrique 5 permettant d'alimenter la pompe basse pression indépendamment du moteur thermique. En effet, les pompes hautes pressions d'une conception de dispositif d'injection directe connue sont couplées en couplage constant avec le moteur thermique, ce qui nécessite généralement de disposer de solutions complexes pour le découplage dans les hauts régimes moteur.
De plus, lors des phases de démarrage du moteur, le moteur électrique 5 permet d'alimenter la pompe basse pression 6 instantanément, de façon à fournir une pression de carburant dans le rail 2 suffisamment élevée afin d'obtenir une bonne pulvérisation du carburant dès les premiers tours du moteur, limitant ainsi le rejet de composants polluants et garantissant une bonne combustion du carburant.
Typiquement la pompe basse pression 6, selon l'invention, fournie une pression inférieure à 100 bars.
De ce fait, il n'est plus indispensable de disposer d'une pompe haute pression pour la compression du carburant dans le circuit d'injection du dispositif ainsi que l'obtention d'une pulvérisation du carburant autorisant de hautes performances moteur. L'utilisation d'un injecteur de carburant électrostatique combiné à l'utilisation d'une pompe basse pression permet désormais d'obtenir une pulvérisation du carburant de qualité.
De plus, l'utilisation d'une pompe basse pression permet de s'affranchir de l'utilisation du moteur thermique comme source d'alimentation de la pompe de compression du carburant, réduisant ainsi les coûts de réalisation d'un dispositif d'injection direct de carburant et augmentant l'efficacité du moteur lors des phases de démarrage.
Préférentiellement, la pompe basse pression 6 est, par exemple, une pompe à engrenage permettant de fournir une pression de l'ordre de 20 à 30 bars. Pour des pressions supérieures à 30 bars, la pompe basse pression 6 est préférentiellement une pompe à piston.
Selon un mode préférentiel de l'invention, le dispositif d'injection 10 comporte un retour 7 de pression couplé à une électrovanne (non représentée) disposé entre le rail 2 et la pompe basse pression 6 permettant ainsi de garantir une pression constante de carburant à l'intérieur du rail 2. Pour cela, la pompe basse pression 6 est alimentée de façon à produire une pression supérieure à la pression nécessaire pour la pulvérisation du carburant en prenant en compte les débits de fuite occasionnés par les injecteurs directs 20. Le retour 7 de pression permet alors de créer un débit de fuite supplémentaire calibré de façon à garantir une pression sensiblement constante du carburant dans le rail 2.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est possible de d'affranchir de l'utilisation d'un retour 7 de pression en pilotant le moteur électrique de façon à garantir une pression constante dans le rail 2 en tenant compte des débits de fuite occasionnés par les injecteurs directs 20.
La figure 2 est schéma de principe illustrant un injecteur de carburant électrostatique d'un dispositif d'injection directe selon l'invention. L'injecteur 20 comporte une buse 21 pourvue d'une extrémité d'injection 23 se présentant sous la forme d'une portion cylindrique 25, prolongée par une portion conique 26. La portion conique 26 comporte des orifices d'injections 28 de formes cylindriques dont le nombre varie classiquement entre cinq et douze, et dont deux orifices d'injections 28 sont représentés sur la figure 2.
Chaque orifice d'injection 28 traverse la portion conique 26 de façon à déboucher d'une part à l'extérieure de la buse 21 , et d'autre part dans un espace intérieur défini par la buse 21.
L'injecteur 20 comporte également une aiguille 22 apte à doser le carburant entrant dans la chambre de combustion. L'aiguille 22 est agencée à l'intérieur de l'espace créé par la portion cylindrique 25 selon un axe 24 correspondant également à un axe principal longitudinal de la buse 21 et plus généralement de l'injecteur 20.
L'aiguille 22 comporte une extrémité 31 de forme conique de sorte que lorsqu'elle est abaissée, une partie de la surface extérieure de l'extrémité 31 épouse une partie de la surface intérieure de la portion conique 26 de sorte qu'elle obstrue les orifices d'injections 28. L'aiguille 22 est commandée en déplacement au moyen d'un dispositif de type piezzo ou encore à solénoïde. Lorsque les orifices d'injections 28 sont obstrués, l'injecteur 20 se trouve alors dans une phase de fermeture. Cette phase de fermeture peut ensuite être suivie d'une phase d'ouverture de l'injecteur 20 dans laquelle l'aiguille 22 coulisse vers le haut de l'injecteur 20 selon l'axe 24.
Le carburant circule à l'intérieur de l'injecteur 20, dans un espace libre 30 sensiblement de forme annulaire situé entre la buse d'injection 21 et l'aiguille 22, selon une direction principale d'écoulement représentée schématiquement par une flèche, afin de rejoindre les orifices d'injections 28 et la chambre de combustion du moteur lorsque l'injecteur 20 est en phase d'ouverture.
L'injecteur 20 comporte également des moyens pour électriser le carburant avant sa pulvérisation dans la chambre de combustion du moteur.
Pour cela, le carburant se charge électriquement en circulant au travers d'un champ électrique formé entre une électrode (non représentée) et le corps de la buse 21 d'injection.
L'électrode est disposée de sorte qu'elle traverse verticalement la buse 21 et de manière à ce que la pointe de l'électrode soit en contact avec le carburant avant sa pulvérisation dans la chambre de combustion. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'électrode est agencée par exemple, à l'intérieur de l'aiguille 22 selon l'axe 24 et est reliée à une borne négative d'un générateur haute tension alors que le corps de la buse 21 est relié à un potentiel de référence.
Ainsi, le carburant traverse le champ électrique présent dans la buse 21 et se charge électriquement avant sa pulvérisation de sorte que les gouttelettes chargées possèdent des forces électriques de répulsion aidant ainsi sa pulvérisation sous la forme d'un nuage de fines gouttelettes. L'électrode est formée par des matériaux adaptés à l'émission d'un champ de charge électrique.
Afin d'obtenir une bonne atomisation du carburant avec notamment des gouttelettes de carburant ayant un diamètre sensiblement compris entre 10 et 30 micromètres, le carburant doit être chargé par de hautes tensions de l'ordre de plusieurs dizaines de kilovolts.
Le dispositif d'injection électrostatique 10 est alimenté par un générateur haute tension 50. Le générateur haute tension 50 est formé typiquement par un circuit RLC très résonant comportant en série une résistance électrique R, une bobine L et une capacité C.
Lorsque le générateur haute tension 50 est alimenté par une haute tension à une fréquence sensiblement égale à la fréquence de résonnance fc ≈ [/(2πφL x C) ) du circuit RLC, l'amplitude aux bornes de la capacité C est amplifiée permettant ainsi de fournir une amplitude de tension très importante de l'ordre de quelques dizaines de kilovolts.
Un système d'allumage 40 commandé permet d'allumer le mélange air-carburant à la suite de la pulvérisation du carburant électrisé par l'injecteur 20 dans la chambre de combustion.
Le système d'allumage 40 comporte une bougie de type multi- étincelles ou encore de type plasma pour allumer la charge de la chambre de combustion.
On utilisera préférentiellement une bougie de type plasma également appelée « à jet de plasma » permettant d'améliorer les performances d'allumage de la charge de la chambre de combustion.
La pointe 41 de la bougie a son extrémité en regard avec la chambre de combustion du véhicule afin de produire un arc électrique dans la chambre de combustion pour l'inflammation de mélange carburé. Le générateur haute tension 50 alimente à la fois l'injecteur 20 pour électriser le flux de carburant en utilisant des tensions de plusieurs kilovolts et de faibles intensités pour augmenter la qualité de la pulvérisation du carburant et commande également l'allumage du système d'allumage 40 pour la combustion du mélange carburé dans la chambre de combustion du moteur.
L'utilisation d'un générateur haute tension 50 commun est rendue possible par le fonctionnement du moteur à combustion. En effet, dans un premier temps, le générateur haute tension 50 électrisé le carburant lors notamment de l'injection de celui-ci dans la chambre de combustion, puis dans un second temps, lorsque l'injection de carburant est effectuée, le générateur haute tension 50 alimente la bougie 40 pour l'allumage du mélange carburé dans la chambre de combustion.
Ainsi selon l'invention, le dispositif d'injection de carburant d'un moteur à injection directe comporte une générateur haute tension unique permettant d'atomiser le carburant au moyen d'injecteur direct électrostatique sous forme de très fines gouttelettes de carburant électrisé dans la chambre de combustion et permettant d'alimenter les moyens d'allumage pour la combustion du carburant injecté dans la chambre de combustion. L'électrisation du carburant permet d'améliorer sensiblement l'atomisation du carburant en s'affranchissant de l'utilisation d'une pompe haute pression coûteuse pour garantir une bonne atomisation du carburant dans la chambre de combustion du moteur.
L'utilisation d'une pompe basse pression entraînée par un moteur électrique permet de découpler l'entrainement de la pompe du régime moteur, ce qui permet également une meilleure montée en pression et une meilleure pulvérisation du carburant lors du démarrage du moteur.
Enfin, à haut régime moteur, la conception du dispositif d'mjecteurs directs selon l'invention permet de s'affranchir de l'utilisation de dispositifs annexes de limitation du couplage pompe/moteur thermique.
L'invention a été particulièrement décrite pour l'injection directe d'un carburant de type essence ; toutefois l'invention est également applicable à l'injection directe d'un carburant de type diesel, cependant un ajustement des pressions est nécessaire afin d'obtenir une pulvérisation efficace de ce type de carburant dont les pressions de pulvérisation sont plus importantes.
Il est à noter que les gains de pression sont particulièrement intéressants dans le cas où l'invention est utilisée avec un carburant de type essence.
L'utilisation d'une pompe basse pression grâce à l'électrisation du carburant permet également de réduire les pressions dans le circuit de circulation du carburant et notamment dans le rail reliant les injecteurs directs. Il est alors possible d'utiliser des matériaux plus économiques que l'aluminium pour le rail tels que par exemple des matériaux plastiques résistant aux basses pressions requises.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 . Dispositif (10) d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile comportant au moins un mjecteur direct (20) pour la pulvérisation dudit carburant dans une chambre de combustion dudit moteur et au moins un moyen d'allumage (40) pour la combustion dudit carburant pulvérisé dans ladite chambre de combustion, ledit dispositif d'injection (10) de carburant étant caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens pour électriser ledit carburant, lesdits moyens pour électriser étant intégrés audit au moins un injecteur direct (20) ; ledit carburant électrisé sous pression étant atomisé dans ladite chambre de combustion lors du passage au travers d'au moins un orifice d'injection (28) dudit au moins un injecteur direct (20) ;
- une source d'alimentation en tension (50) commune auxdits moyens pour électriser ledit carburant et audit au moins un moyen d'allumage (40) pour la combustion dudit carburant atomisé dans ladite chambre de combustion.
2. Dispositif (10) d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite source d'alimentation en tension (50) est formée par un circuit RLC résonant.
3. Dispositif (10) d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que ladite source d'alimentation en tension (50) est une source de tension délivrant une tension crête supérieure ou égale à 1 OkV.
4. Dispositif (10) d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite source d'alimentation en tension (50) est une source de tension délivrant une tension crête comprise entre 30 et 4OkV.
5. Dispositif (10) d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte une pompe basse pression (6) pour la mise sous pression dudit carburant.
6. Dispositif (10) d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite pompe basse pression (6) est une pompe à engrenage ou une pompe à piston.
7. Dispositif (10) d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que lesdits moyens pour électriser ledit carburant sont formés par une électrode.
8. Dispositif (10) d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce ledit moyen d'allumage (40) est formé par une bougie à plasma.
9. Dispositif (10) d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce ledit moyen d'allumage (40) est formé par une bougie multi-étincelles.
10. Système caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique (5) et un dispositif (10) d'injection de carburant pour moteur à injection directe de véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 9, ladite pompe basse pression (6) dudit dispositif étant alimentée par ledit moteur électrique (5).
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