FR2812693A1

FR2812693A1 - Systeme d'alimentation de carburant d'un moteur a combustion interne d'un vehicule automobile

Info

Publication number: FR2812693A1
Application number: FR0110450A
Authority: FR
Inventors: Klaus Joos; Jens Wolber; Thomas Frenz; Markus Amler; Hansjoerg Bochum
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2002-02-08
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: FR2812693B1; JP2002097977A; ITMI20011659A0; ITMI20011659A1; DE10038560A1; DE10038560B4

Abstract

Système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne de véhicule comprenant une première pompe (2) qui alimente une première zone de pression (5) et une seconde pompe (6) qui prend le carburant de la première zone (5) et le transmet à la seconde zone de pression (8). Un accumulateur de pression (9) dans la seconde zone (8) est relié aux injecteurs (11) pour injecter directement dans la chambre de combustion (12). Un moyen (16) de régulation et de commande de pression est associé à la seconde zone de pression (8). La seconde pompe (6) est une pompe électrique et le moyen (16) ainsi que la seconde pompe (6) constituent un ensemble (21).

Description

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Etat de la technique La présente invention concerne un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, notamment d'un véhicule automobile, comprenant - au moins une chambre de combustion, - au moins une première pompe qui fournit du carburant à une première zone de pression, - au moins une seconde pompe qui transfère le carburant de la première zone de pression à une seconde zone de pression, - au moins un accumulateur de pression dans la seconde zone de pression, - des injecteurs pour injecter directement du carburant de la seconde zone de pression dans la chambre de combustion, - au moins un moyen qui régule et/ou commande la pression dans la seconde zone de pression, la seconde pompe étant une pompe électrique.

Des exigences de plus en plus strictes se posent pour les moteurs à combustion interne notamment de véhicules automobiles, pour réduire la consommation de carburant et l'émission des gaz d'échappement tout en augmentant la puissance. Pour cela, les moteurs à combustion interne actuels sont équipés d'un système d'alimentation en carburant qui régule l'alimentation de la chambre de combustion de manière électronique, notamment à l'aide d'un appareil de commande à calculateur.

Dans un système d'injection directe d'essence il faut que le carburant soit injecté à une certaine pression dans la chambre de combustion. Pour cela il est prévu un accumulateur de pression dans lequel on pompe le carburant à l'aide d'une pompe et on le met à une pression élevée. A partir de là le carburant est alors injecté directement dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne par l'intermédiaire des injecteurs.

Selon le document DE 195 48 278 A1, on connaît un procédé et un dispositif de commande d'un moteur à combustion interne avec une injection à haute pression notamment pour les moteurs à allumage non commandé. Une pompe de pré-alimentation fournit du carburant à une zone basse pression et de là une pompe à haute pression fournit le carburant à une zone haute pression à savoir une rampe commune. La pompe de pré-alimentation fournit le carburant à partir du réservoir à la

zone basse pression. Cette pompe est une pompe électrique. En parallèle à la pompe électrique de carburant on a une soupape de limitation de pression qui, en cas de dépassement d'une certaine pression, renvoie le carburant à la zone basse pression et de là dans le réservoir du véhicule. Dans la zone haute pression on a un capteur de pression qui détecte la pression dans la rampe commune. De plus, entre la zone haute pression et le réservoir du véhicule on a une soupape de régulation de pression qui, en fonction d'un courant de commande et à partir d'une certaine pression réglable, renvoie le carburant de la zone haute pression dans le réservoir. La pompe à carburant, électrique, est régulée en vitesse de rotation par un signal de commande pour adapter son débit à la demande instantanée du moteur. En cas de défaut du système on peut utiliser la soupape de régulation de pression comme soupape de secours pour diminuer rapidement la pression dans la rampe commune.

Le document DE 198 53 823 A1 décrit un procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne appliqué notamment à un véhicule automobile selon lequel le carburant est fourni par une première pompe à carburant, généralement un moteur électrique et par une seconde pompe à haute pression usuellement mécanique à un accumulateur de pression du moteur. La quantité de carburant débitée peut être modifiée pour influencer de manière correspondante la première pompe à carburant à moteur électrique. De cette manière, on alimente l'accumulateur de pression avec la quantité de carburant nécessaire. Le débit de la première pompe est commandé en fonction de la quantité de carburant à injecter et/ ou du régime du moteur à combustion interne et/ ou de la température de l'air aspiré et/ou de la tension de la batterie selon un champ de caractéristiques. Pour compenser les tolérances des différentes pompes à carburant ainsi que les variations liées au vieillissement, ce document décrit la possibilité de compenser le champ de caractéristiques à chaque démarrage du moteur à combustion interne.

Pour la compensation, on compare par exemple la valeur réelle de la pression dans l'accumulateur de pression et la valeur de consigne de la pression dans la mémoire en fonction de la quantité de carburant demandée. Suivant la comparaison de la valeur réelle déterminée de la valeur de consigne de la pression dans l'accumulateur de pression, on compense le champ de caractéristiques. La pression dans l'accumulateur de pression se détecte à l'aide d'un capteur de pression équipant le circuit à haute pression. Pour commander la pression dans l'accumulateur à

haute pression, l'accumulateur à haute pression comporte une soupape de commande de pression qui renvoie le carburant en excédent dans le réservoir du véhicule. La soupape de commande de pression peut être ouverte ou fermée par un signal d'entrée. II est en outre prévu un appareil de commande électronique qui reçoit le signal de sortie du capteur de pression et génère les signaux d'entrée destinés à la première pompe à carburant et à la soupape de commande de pression. Ces moyens permettent à la commande électronique d'agir sur le débit de la première pompe à carburant et sur la pression dans la zone à haute pression par la soupape de commande de pression.

Selon le document DE 199 03 272.6-13 non publié antérieurement, on connaît un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne notamment appliqué à un véhicule automobile selon lequel le carburant est pompé directement par une pompe dans l'accumulateur de pression et à partir de là des injecteurs l'injectent directement dans le moteur à combustion interne. Ce document décrit ainsi des possibilités d'entraîner mécaniquement la pompe, c'est-à-dire par un couplage rigide sur le moteur à combustion interne ou encore de réaliser la pompe comme pompe électrique. L'ensemble du système selon ce document DE 199 03 272.6-13, comprend une pompe électrique à carburant qui fournit du carburant du réservoir à une zone basse pression. A partir de cette zone basse pression, le carburant est fourni par une pompe à haute pression à la zone de pression ou rampe commune. Dans cette zone de pression, le carburant est injecté directement par des injecteurs dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. La zone de haute pression du système comporte en outre un capteur de pression et une soupape de commande de pression. A la fois la pompe à haute pression électrique et le capteur de pression, les injecteurs et la soupape de commande de pression sont reliés à un appareil de commande qui entre autres à partir des données fournies par le capteur de pression, assure au moins la commande de la pompe à haute pression électrique, celle des injecteurs et celle de la soupape de commande de pression.

Pour commander le carburant débité, ce document décrit la possibilité de réguler la vitesse de rotation de la pompe électrique à carburant selon le débit demandé. La commande de la soupape de commande de pression se fait selon des rapports de travail différents, chaque fois constants, choisis selon l'état de fonctionnement par exemple le fonctionnement normal ou le démarrage. La particularité de ce document

DE 199 03 272.6-13 est que la pompe à haute pression est réalisée et di- mensionnée pour que dans une faible durée en particulier en moins de quelques rotations, le moteur à combustion interne dispose de la pression suffisante pour injecter du carburant dans ces chambres de combustion, à partir de l'accumulateur de pression.

Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients et solutions connus et concerne à cet effet un système d'alimentation en carburant de moteur à combustion interne notamment applicable à un véhicule automobile, caractérisé en ce que - le moyen qui régule et/ou commande la pression et la seconde pompe constituent un ensemble et/ ou, - le moyen qui régule et/ou commande la pression est intégré à la seconde pompe.

Un développement particulièrement avantageux du système d'alimentation en carburant selon l'invention est caractérisé en ce que la seconde pompe est séparée par construction du bloc moteur entourant la chambre de combustion. Cette séparation de construction offre d'une part des avantages pour réaliser l'enceinte dans la chambre du moteur, ce qui est un avantage important dans la réalisation des véhicules actuels. D'autre part, la séparation assure également un découplage thermique du bloc moteur entourant la chambre de combustion, ce qui est avantageux notamment pour des cas de démarrage à chaud car le carburant qui est chaud après l'arrêt du moteur du véhicule et se trouve encore dans la pompe ne continue pas de chauffer.

De façon avantageuse, on a une installation de régulation de vitesse de rotation pour commander la seconde pompe et un appareil de commande pour commander et/ ou réguler l'installation de régulation de vitesse de rotation. Cette installation de régulation de vitesse de rotation selon l'invention peut être commandée à la demande d'une manière particulièrement avantageuse et efficace, car la vitesse de rotation sera adaptée à la demande respective du moteur à combustion interne. On a un autre développement avantageux en ce que l'appareil de commande est la commande du moteur à combustion interne et cet appareil de commande est en outre utilisé pour commander le moyen qui assure la régulation et/ou la commande de la pression. L'avantage de cette réalisation est de supprimer un appareil de commande supplémentaire pour la commande et/ ou la régulation de l'installation de régulation de vitesse de ro-

tation. Cela se répercute de manière positive sur l'encombrement et le coût.

De façon avantageuse, le moyen qui régule et/ou commande la pression est un régulateur de pression et/ou une soupape de limitation de pression et/ou une soupape de commande de pression et/ou une soupape de commande de débit. En combinaison il est avantageux de prévoir un capteur de pression dans la seconde zone de pression et dans le cas d'un développement préférentiel, que ce capteur soit monté ou intégré dans l'ensemble formé du moyen de régulation et/ ou de commande de pression et de la seconde pompe. Ce développement de l'invention permet en pratique de réaliser un ensemble pour créer la pression, détecter la pression et influencer la pression, ce qui donne pratiquement un système d'alimentation en carburant totalement autonome.

Un développement avantageux prévoit de transmettre un signal représentant la valeur de la pression du capteur de pression à l'appareil de commande ou à la commande du moteur. Cela permet de transmettre le signal par une ligne directe ou par une ligne indirecte en particulier le système bus du véhicule (par exemple le système CAN).

Un développement préférentiel du système d'alimentation en carburant prévoit d'associer un dispositif d'allumage à la chambre de combustion pour allumer le carburant dans la chambre de combustion. Il est en outre avantageux de concevoir le moteur à combustion interne pour que le carburant dans la chambre de combustion, au moins pour un premier mode de fonctionnement, soit injecté au cours de la phase de compression et dans un second mode de fonctionnement soit injecté dans la phase d'aspiration. L'utilisation en particulier de l'injection directe et de l'injection dans les deux modes de fonctionnement différents en combinaison avec le système d'alimentation en carburant selon l'invention, se traduit par une conception particulièrement économe en carburant, peu encombrante et peu coûteuse du moteur à combustion interne.

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre un premier mode de réalisation du système d'alimentation en carburant selon l'invention, - la figure 2 montre un second mode de réalisation du système d'alimentation en carburant selon l'invention.

La figure 1 montre un système d'injection de carburant applicable à un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile; le système d'alimentation en carburant est un système à rampe commune notamment pour un moteur à injection directe d'essence (pour des systèmes BDE).

La figure 1 montre sous la référence 1, un réservoir de carburant dans lequel est intégrée une pompe à carburant 2, électrique. Un appareil de commande central du moteur (par exemple un système MOTRONIC/ROBERT BOSCH) 3 est relié par une ligne de commande 4 à la pompe à carburant 2 pour réguler la vitesse de rotation de la pompe 2 et/ou la commander. Le carburant est fourni par la pompe 2 à partir du réservoir 1 par une première conduite de pression 5 à une seconde pompe 6. La seconde pompe 6 est une pompe à haute pression, électrique, formée par exemple de la combinaison d'un moteur électrique et d'une pompe mécanique. Une ligne de commande 7 relie la pompe à haute pression 6 à la commande 3 du moteur; la commande 3 du moteur influence ainsi le fonctionnement de la pompe à haute pression 6. Le carburant mis à pression élevée par la pompe à haute pression 6, arrive par l'intermédiaire de la conduite à haute pression 8 dans un accumulateur de pression 9 ou rampe commune.

A partir de cet accumulateur à haute pression 9, le carburant est fourni par des conduites à haute pression 10 aux injecteurs 11. Les injecteurs 11 injectent le carburant directement dans les chambres de combustion 12 du moteur à combustion interne. La représentation de la figure 1 montre schématiquement une seule chambre de combustion 12. Les injecteurs 11 sont également reliés par des lignes de commande 13 à la commande 3 du moteur. Les lignes de commande 13 permettent à partir de la commande 3 du moteur, de définir individuellement chaque point d'injection et la durée de l'injection par les injecteurs 11. Au niveau de l'accumulateur de pression 9, il est en outre prévu un capteur de pression 14 qui mesure la pression dans l'accumulateur de pression 9. Le résultat de cette mesure est transmis par une ligne de transmission de signaux 15 à la commande 3 du moteur. A partir des données de pression fournies par le capteur de pression 14, la commande 3 peut commander par une ligne de commande 17 un moyen de régulation et/ou de commande de pression 16. Le moyen de régulation et/ ou de commande de pression 16 selon l'invention est fixé directement sur la pompe à haute pression 6 ou est intégré à la pompe 6. Dans tous les cas, la pompe à haute pression 6

et une unité 21 constituent un ensemble séparé du bloc moteur entourant la chambre de combustion 12 et qui est indiquée ici par l'unité 22. Le carburant en excédent (quantité excédentaire) passe du moyen de régulation et/ou de commande de pression 16 par une conduite 24 en retour dans la première zone de pression 5 devant la pompe à haute pression 6.

La référence 18 désigne une installation de régulation de vitesse de rotation pour commander la pompe à haute pression 6 ; pour cela celle-ci est reliée par la ligne de commande 20 à la pompe à haute pression 6. Les signaux définissant la vitesse de rotation pour commander l'installation de régulation de vitesse de rotation 18 sont appliqués à l'installation de régulation de vitesse de rotation 18 par une ligne de commande 19 à partir de l'appareil de commande 3 du moteur.

La figure 1 montre plusieurs autres lignes 23 reliées à la commande 3 du moteur. Ces lignes 23 schématisent les liaisons entre l'appareil de commande de moteur 13 et d'autres composants du véhicule qui ne sont pas présentés à la figure 1.

Comme moyens 16 de régulation et/ ou de commande de pression, on peut utiliser par exemple un régulateur de pression et/ou une soupape de limitation de pression et/ou une soupape de commande de pression et/ou une soupape de commande de débit. Si dans le cas d'un régulateur de pression on utilise un régulateur mécanique (intégrant un ressort mécanique) on peut supprimer le capteur de pression 14. Dans le cas d'une soupape de limitation de pression, d'une soupape de commande de pression ou d'une soupape de commande de débit, à commande électrique, on assure la commande en fonction des données fournies par le capteur de pression 14 à l'aide de l'appareil de commande 3 du moteur.

Dans le système d'alimentation en carburant selon l'invention, la commande 3 telle que représentée, n'est pas la commande du moteur à combustion interne mais un appareil de commande quelconque, différent qui peut également être intégré dans l'ensemble 21. Dans les mêmes conditions, il est possible de répartir les fonctions représentées à la figure 1 de la commande de moteur 3 de manière totalement variable entre la commande de moteur et un autre appareil de commande. De plus, il est possible d'intégrer l'installation de régulation de vitesse de rotation 18 dans l'ensemble 21. Cela permet de commander l'ensemble 21 par de simples lignes de commande (c'est-à-dire sans transmettre de puissance significative) à partir de la commande de moteur 3. Une autre possibilité consiste à intégrer l'installation de régulation de vitesse de rotation 18 (y

compris des étages de commande de puissance) dans l'appareil de commande ou la commande de moteur.

L'un des avantages importants de la séparation constructive entre la pompe à haute pression 6 et l'unité du bloc moteur 22 réside dans le découplage thermique des unités. Dans le montage par bride, par ailleurs habituel d'une pompe mécanique à haute pression sur le bloc moteur, le couplage thermique provoque un échauffement important du carburant qui se trouve dans la pompe lorsqu'on arrête le véhicule, le moteur étant chaud. Dans un tel cas, lors du redémarrage, on peut rencontrer des difficultés liées à la formation de bulles de vapeur et ainsi à des défauts de fonctionnement et/ou des ratés d'allumage. Un autre avantage important de la séparation constructive réside dans la répartition souple des composants dans l'enceinte du moteur. Le volume disponible sous le capot peut ainsi s'utiliser de manière très souple.

Le signal fourni par le capteur de pression 14 qui représente d'une manière quelconque une pression, sera comme le montre la figure 1, transmis par une ligne 15 à la commande 3 du moteur. Le système d'alimentation en carburant selon l'invention prévoit ainsi que pour transmettre le signal il n'y a pas de ligne directe mais une ligne indirecte telle que le système du bus du véhicule (notamment le bus CAN). Toutes les autres lignes de transmission de signal et de commande représentées à la figure 1, peuvent se réaliser à la fois comme des lignes de transmission directes ou des lignes indirectes par un système de bus (par exemple le bus CAN).

La figure 2 montre un second exemple de réalisation du système d'alimentation en carburant selon l'invention. A la figure 2, on a prévu les mêmes références pour les éléments correspondant à ceux de la figure 1. La description suivante se limitera aux différences entre la figure 2 et la figure 1. La différence principale des modes de réalisation des figures 1 et 2 est que le capteur de pression 14' est également intégré à l'ensemble 21' et il est par exemple installé sur la pompe à haute pression 6 ou intégré dans celle-ci. Dans ce cas également, les signaux représentés par une pression sont transmis à l'appareil de commande de moteur 3 par une ligne de transmission de signaux 15'. L'unité du bloc moteur 22' qui en résulte est entourée d'un trait pointillé comme à la figure 1.

Dans le système d'alimentation en carburant selon l'invention, la commande 3 du moteur agit de différentes manières sur l'alimentation en carburant. Dans l'hypothèse que dans la commande du

moteur, du fait des conditions de pression régnant à ce moment et des requêtes du conducteur du véhicule on détermine la quantité de carburant nécessaire au moteur à combustion interne, il est d'une part possible de commander préalablement la vitesse de rotation de la pompe électrique à carburant 2 par une ligne de commande 4. D'autre part, comme composant influent on a le moyen 16 qui régule et/ou commande la pression et reçoit des ordres de la commande 3 du moteur par la ligne de commande 17. Enfin, on dispose de l'installation de régulation de vitesse de rotation 18 par laquelle on régule la vitesse de rotation de la pompe à haute pression 6. Ces différentes mesures combinées donnent un système d'alimentation en carburant qui fonctionne de manière idéale selon la demande et présente en même temps une faible consommation propre d'énergie. L'économie de carburant ainsi rendue possible par l'utilisation d'un système d'alimentation en carburant commandé à la demande par rapport à un système d'alimentation en carburant classique (non régulé) se situe dans l'ordre de grandeur de 1 à 2 % de la consommation totale de carburant du véhicule.

Notamment dans la combinaison de l'application à une injection directe d'essence on arrive à des avantages de consommation particulièrement élevés. De manière caractéristique pour l'injection directe d'essence, le carburant est injecté dans la chambre de combustion au moins dans un premier mode de fonctionnement pendant la phase de compression; dans un second mode de fonctionnement, il est injecté pendant la phase d'aspiration. Le second mode de fonctionnement correspondant à une injection pendant la phase d'aspiration, est pratiquement le mode de fonctionnement homogène d'un véhicule ; dans ce cas la puissance est commandée en première ligne par l'air alimentant la chambre de combustion. Dans ce cas, la commande de puissance se fait par l'intermédiaire du volet d'étranglement. Au contraire, dans le premier mode de fonctionnement, il n'y a pratiquement pas d'étranglement et la puissance est influencée en première ligne par la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion. En particulier dans ce mode de fonctionnement encore appelé mode stratifié, la demande de carburant du moteur à combustion interne est plus faible et on peut abaisser la vitesse de rotation de la pompe à haute pression 6.

Un autre avantage important des ensembles 21, 21' est de faciliter aux différents constructeurs de véhicules l'adaptation d'un sys-

tème d'injection directe d'essence (système BDE) à des moteurs à combustion interne, existants.

Claims

REVENDICATIONS 1') Système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, notamment d'un véhicule automobile, comprenant - au moins une chambre de combustion (12), - au moins une première pompe (2) qui fournit du carburant à une première zone de pression (5), - au moins une seconde pompe (6) qui transfère le carburant de la première zone de pression (5) à une seconde zone de pression (8), - au moins un accumulateur de pression (9) dans la seconde zone de pression (8), - des injecteurs (11) pour injecter directement du carburant de la seconde zone de pression (8, 9) dans la chambre de combustion (12), - au moins un moyen (16) qui régule et/ou commande la pression dans la seconde zone de pression (8), la seconde pompe (6) étant une pompe électrique, caractérisé en ce que - le moyen (16) qui régule et/ou commande la pression et la seconde pompe (6) constituent un ensemble (21, 21 1 et/ ou, - le moyen (16) qui régule et/ ou commande la pression est intégré (21, 211 à la seconde pompe (6).
2 ) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde pompe (6) est séparée par construction du bloc moteur (22) entourant la chambre de combustion (12).
3 ) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une installation de régulation de vitesse de rotation (18) commande (20) la seconde pompe (6) et un appareil de commande (3) assure la commande (19) et/ ou la régulation de l'installation de régulation de vitesse de rotation (18).
4 ) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil de commande (3) est la commande du moteur à combustion interne et une commande (19) du moyen (18) qui régule et/ ou commande la pression est assurée par la commande (3) du moteur.

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5 ) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (16) qui régule et/ou commande la pression est un régulateur de pression et/ou une soupape de limitation de pression et/ou une soupape de commande de pression et/ou une soupape de commande de débit.
6 ) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1, caractérisé par au moins un capteur de pression (14) dans la seconde zone de pression (8,9).
7 ) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur de pression (141 est prévu dans l'ensemble constructif (211 pour le moyen (16) qui régule et/ou commande la pression et la seconde pompe (6).
8 ) Système d'alimentation en carburant selon l'une quelconque des revendications 3 et 6, caractérisé en ce qu' un signal représentant une valeur de pression est transmis par le capteur de pression (14, 141 à l'appareil de commande (3) (15, 15@.
9 ) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 8, caractérisé en ce que la transmission du signal est assurée par une ligne de signal directe (14, 14@ ou une ligne de signal indirecte par le système du bus du véhicule notamment le bus CAN.
10 ) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de combustion (12) comporte au moins un dispositif d'allumage du carburant.
11 ) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carburant est injecté dans la chambre de combustion (12) au moins dans un premier mode de fonctionnement pendant la phase de compres-

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Sion et dans un second mode de fonctionnement pendant la phase d'aspiration.