Brevet FR2498686A1 — publié le 19820730

I Dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur P à combustion interne La présente invention concerne un dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne ou à explosion, du type comprenant un accumulateur dans lequel du carburant est emmagasiné sous une haute pression, un injecteur qui reçoit le carburant de l'accumulateur, un organe à commande électrique destiné à ouvrir une soupape dans l'injecteur en permettant ainsi au carburant d'alimenter le moteur, et une pompe servant à alimenter l'accumulateur en carburant. De tels dispositifs sont connus dans la technique, I un exemple en étant donné dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 4.091.184. La pression du carburant qui arrive au moteur dépend de la pression du carburant qui se trouve dans l'accumulateur, et dans certains types de moteurs il est souhaitable d'être en mesure de faire varier la pression à laquelle le carburant alimente le moteur en fonction de l'effort demandé au moteur et de sa vitesse. Etant donné que l'effort demandé au moteur et sa vitesse peuvent varier très rapidement, il est nécessaire de faire en sorte que la I pression qui règne à l'intérieur de l'accumulateur soit elle- même en mesure de varier rapidement. Dans les dispositifs connus, les accumulateurs se présentent sous deux formes, la première consistant en un réservoir de volume important dans lequel du carburant est pompé, la compressibilité du carburant et le grand volume de ce réservoir servant à i empêcher une variation importante de pression pendant que le carburant est délivré au moteur, et permettant également d'éviter une chute de pression excessive due à la lenteur de! la réaction des régulateurs de pression mécaniques. I L'autre type d'accumulateur fait appel à du gaz sous pression pour maintenir la pression d'un volume donné t de carburant emmagasiné. Dans ce cas, bien que le volume de l carburant soit plus petit, le volume du gaz à pression normale | est grand. Dans les deux cas, il n'est pas facile d'ajuster | rapidement la pression en raison des volumes des fluides de travail. I L'objectif de la présente invention est de procurer un dispositif d'alimentation en carburant du type spécifié ci-dessus, mais sous une forme simple et commode. Selon l'invention, dans un dispositif d'alimentation en carburant du type spécifié ci-dessus, l'accumulateur a un faible volume et il est prévu un transducteur pour fournir un signal électrique indicatif de la pression qui règne dans l'accumulateur, un dispositif à soupape à commande électrique pour commander le débit de ladite pompe, un circuit électrique de commande pour ledit dispositif à soupape, ledit signal électrique formant un premier signal pour ledit circuit de commande, et un montage électrique servant à fournir un second signal d'entrée audit circuit de commande, ledit second signal d'entrée variant en fonction d'un paramètre opératoire du moteur associé, ledit circuit de commande agissant en commandant ledit dispositif à soupape de telle façon que la pression qui règne dans ledit accumulateur varie en fonction dudit second signal d'entrée. Un exemple de dispositif de commande de carburant conforme à l'invention va maintenant être décrit avec référence aux dessins annexés, sur lesquels: La Figure 1 est un dessin schématique représentant les éléments actifs d'un injecteur de carburant, ainsi qu'une partie du dispositif associé d'alimentation en carburant; La Figure 2 est une élévation de côté en coupe de la pompe qui alimente l'accumulateur en carburant sous pression; La Figure 3 est une coupe suivant la ligne AA de la Figure 2; La Figure 4 est une coupe suivant la ligne BB de la Figure 2; et La Figure 5 est un schéma simplifié du circuit de commande électrique. Reportons-nous d'abord à la Figure 1 des dessins. L'injecteur à pompe qui y est représenté est destiné à alimenter en carburant un cylindre d'un moteur à allumage par compression, étant entendu que dans. la pratique le moteur comporte autant d'injecteurs du type représenté sur la Figure 1 qu'il y a de cylindres. La partie commune de l'ensemble du dispositif d'alimentation en carburant comporte un accumulateur dans lequel du carburant liquide est emmagasiné sous une haute pression, ce carburant étant acheminé d'une source de carburant 12 à l'accumulateur au moyen d'une pompe 11. Il est également prévu, en tant que partie intégrante du dispositif commun, une pompe à carburant 13 à faible pression. Les dispositifs d'alimentation en carburant 0 proprement ditscomportent une tête d'injecteur représentée schématiquement en 14 et comportant un cylindre 15 dans lequel peut coulisser un élément de soupape 16 à gradin. L'extrémité la plus étroite de cet élément de soupape a une forme qui lui permet de coopérer avec un siège ménagé à l'une des extrémités du cylindre de manière à commander le débit de carburant par des orifices 17 vers un cylindre ou une chambre de combustion correspondant du moteur auquel le dispositif est associé. Il est également prévu un premier conduit 18 qui communique avec | une admission 19, laquelle étant en communication constante | 0 avec l'accumulateur. Le conduit communique avec le cylindre, par son extrémité éloignée du siège, si bien que la | pression du carburant qui se trouve dans l'accumulateur est apppliquée à l'extrémité la plus large de l'élément de soupape 16, en poussant ainsi ce dernier en contact avec le siège. L'autre extrémité du cylindre communique avec un autre conduit , qui communique lui-même avec l'une des extrémités d'une chambre cylindrique 21. La chambre 21 a une forme à gradin, avec une partie plus étroite entre ses extrémités, et un piston de déplacement 22 peut y coulisser. Dans la partie 0 plus étroite de la chambre se trouve également le corps d'un i élément de soupape 23 comportant une tête 24 qui peut être j poussée en contact avec un siège ménagé dans la paroi de la | chambre 21, au moyen d'un ressort de compression 25 à boudin. La tête de l'élément de soupape 23 est exposée à la pression | de carburant délivré par la pompe 13 au moyen d'un passage 26 communiquant avec une autre admission 27. L'extrémité la j plus large de la chambre reçoit un piston 28 qui touche le piston de déplacement 22 et qui a une section plus grande J que ce dernier. Il convient que la section de la surface terminale du piston 28 soit environ le double de celle du piston de déplacement. Par ailleurs, l'espace annulaire entourant le piston de déplacement et l'extrémité la plus large de la chambre 21 communique avec une sortie de vidange 29 qui, lorsque le moteur fonctionne, est reliée à une canalisation, de telle sorte que tout carburant s'écoulant par la sortie 29 est renvoyé au réservoir d'alimentation 12. L'autre extrémité de la partie la plus large de la chambre 21 est reliée à un conduit d'alimentation 30, lequel peut être mis en communication avec l'admission 19 ou avec la sortie 29 au moyen d'une première soupape 31 et d'une seconde soupape 32, respectivement, qui sont commandées par des solénoldes. Ces soupapes comportent des bobinages respectifs 33 et 38 qui, lorsqu'ils sont mis sous tension, provoquent l'ouverture de la soupape associée, et l'alimentation en courant électrique des bobinages est commandée par un circuit de commande 34 qui, en outre, reçoit un signal de demande d'un transducteur 35 et également un signal provenant d'un bobinage 36 associé auxpistons 22 et 28. Dans la position représentée, les deux soupapes sont fermées et le piston de déplacement 22 se trouve à une certaine distance de l'élément de soupape 23. Quand la soupape 31 s'ouvre, le conduit d'alimentation 30 est mis en communication avec l'admission 19 et par conséquent du carburant, à la pression de l'accumulateur, agit sur le piston 28. Celui-ci, ainsi que le piston de déplacement, se déplacent vers le bas, si l'on regarde le dessin, et du carburant est envoyé dans le conduit 20 au moyen d'un passage situé entre les extrémités de l'élément de soupape 23. En raison de la différence de section du piston 28 et du piston 22, la pression de carburant dans le conduit 20 est nettement plus élevée que la pression de l'accumulateur, avec ce résultat que l'élément de soupape 16 est soulevé de son siège, si bien que du carburant peut couler vers le moteur en traversant les orifices 17. Cet écoulement de carburant se poursuit jusqu'à ce que le piston de déplacement 22 vienne en 2498686 I i :ontact avec l'élément de soupape 23, en soulevant ainsi ce lernier de son siège et en abaissant la pression qui règne i lans le conduit 20 à celle qui règne au niveau de l'admission 27. Par suite de l'abaissement de pression dans le conduit 20, L'élément de soupape 16 est poussé sur son siège, et t L'écoulement de carburant vers le moteur cesse. La course du piston de déplacement 22 est limitée par un collet sur son j pourtour. j La soupape 31 est alors fermée et la soupape 32 | ouverte, avec ce résultat que le conduit d'alimentation 30 I est mis en communication avec la sortie de vidange 29. Lorsque j cette communication est établie, l'élément de soupape 23 est maintenu dans sa position ouverte par la pression de carburant j qui règne dans le passage 26, et le carburant à basse pression; qui se trouve dans ce passage coule dans la chambre 21 et déplace vers le haut, si l'on regarde la Figure 1, le piston de déplacement 22 et le piston 28. Un signal indiquant l'étendue du déplacement est fourni par le bobinage 26 et est transmis au circuit de commande 34. Le circuit de commande 34 compare le signal produit par le bobinage 36 au signal produit par le transducteur 35 et, quand la quantité t appropriée de carburant a coulé dans la chambre 21, la | soupape 32 est fermée. La fermeture de la soupape 32 crée une sorte de sas hydraulique dans le passage 30 et le déplacement i des pistons 22 et 28 est stoppé. L'élément de soupape 23 s'applique alors sur son siège sous l'effet du ressort 25, et | les divers éléments du dispositif prennent les positions J représentées sur la Figure 1, la pression qui règne dans le} cylindre 15 étant sensiblement égale à la pression du carburant j délivrée par la source 13. L'accumulateur 10 a un petit volume en dépit du fait qu'il alimente en carburant tous les injecteurs à pompe du dispositif d'alimentation en carburant, et il convient, comme c'est le cas sur la Figure 2, qu'il soit formé dans le carter de la pompe. Reportons-nous aux Figures 2, 3 et 4. On voit que J la pompe comprend un corps en plusieurs parties désigné dans son ensemble par le repère numérique 40 et comportant une t première partie 41 comportant elle-même un bloc cylindrique 42 à lumières qui fait saillie de l'une de ses faces. Ce bloc à lumières est entouré par un rotor 43 de forme creuse dans lequel est ménagé une cavité cylindrique axiale. Par ailleurs, le rotor comporte un prolongement 44 qui fait saillie à l'extérieur du corps, ce prolongement étant soutenu par des paliers dans la paroi de fond d'une partie creuse 45 du corps, cette partie creuse entourant une partie réduite de la partie 41 du corps. Le rotor 43 est muni, dans cet exemple particulier, de quatre alésages radiaux 46, disposés régulièrement en cercle, dans lesquels sont logés des pistons plongeurs respectifs 47. La surface périphérique du rotor a une forme cylindrique et le rotor est entouré, à une certaine distance, is par une bague annulaire 48 dont la surface périphérique interne est attaquée par les extrémités extérieures des pistons plongeurs. La bague annulaire 48 est montée sur des rouleaux 49 dont seuls quelques-uns sont représentés, à l'intérieur d'une autre bague annulaire 50 qui est fixée à l'intérieur de la partie creuse 45 du corps. Les bagues annulaires 48 et 50, ainsi que le rotor, sont poussées vers la face terminale de la partie 41 du corps par une plaque latérale 51 qui attaque les bagues annulaires et le rotor, cette plaque latérale étant poussée par des ressorts de compression 52 qui sont logés dans des évidements appropriés de la partie creuse du corps. L'axe géométrique de la surface interne de la bague annulaire 50 est disposé excentriquement par rapport à l'axe de rotation du rotor, et il en est donc de même de la surface interne de la bague 48. Le bloc 42 comporte deux lumières ménagées dans sa surface périphérique, l'une d'elles, désignée par le repère numérique 53, constituant la lumière de sortie pour la pompe formée par les pistons plongeurs, et étant reliée à l'accumulateur 10 au moyen de clapets 54 de non retour. L'autre lumière, désignée par le repère 55, constitue l'admission pour la pompe à pistons plongeurs et est reliée à un évidement 56A sur le pourtour de la partie 41 du corps. 2498686 j Le rotor tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, si l'on regarde la Figure 3, et le centre de la surface interne,| de la bague 50 est décalé vers la droite par rapport à l'axe de rotation du rotor, toujours quand on regarde la Figure 3. Par suite, quand les extrémités intérieures des alésages 46 ' sont mises en communication avec la lumière 55, du carburant sous pression, ainsi que cela sera expliqué, alimente. l'extrémité intérieure de l'alésage pour provoquer un | déplacement du piston plongeur vers l'extérieur. Ce mouvement l se poursuit sur sensiblement 1800, et lorsque la rotation | continue les pistons plongeurs commencent à se déplacer j vers l'intérieur, temps pendant lequel les extrémités intérieures de l'alésage communiquent avec la rainure de sortie 53. Par suite, du carburant est envoyé à l'accumulateur par l'intermédiaire du clapet 54 de non retour. En alternance par rapport aux alésages 56 sont disposées des fentes radiales 56 ayant des extrémités borgnes situées à une certaine distance vers l'extérieur de la surface périphérique interne du rotor. Ces fentes vont jusqu'au! pourtour du rotor et portent respectivement des ailettes 57. i Par ailleurs, dans la surface terminale de la partie 41 du. corps qui est attaquée par les bagues 48 et 50 et par le rotor, sont formées deux lumières 58 et 59 en forme d'arc de cercle. La lumière 58 constitue la lumière d'admission pour la pompe à ailettes constituée par les ailettes et est t reliée à une admission de carburant 61 à l'extérieur du corps. La lumière 59 constitue la lumière de sortie pour la pompe à È ailettes et est reliée à un évidement 60 ménagé près de | l'évidement 56A. En supposant pour le moment que les deux ) évidements 56A et 60 sont mis en communication mutuelle, 1 lorsque le rotor tourne, les ailettes jouent le rôle d'une I pompe en aspirant du carburant de l'admission 61 et en l'en- voyant vers la lumière d'admission 55 de la pompe à pistons i plongeurs. L'agencement est tel que le déplacement de la pompe à ailettes est plus important que le déplacement de la pompe à pistons plongeurs et que la pression de refoulement de la pompe à ailettes est commandée par l'action des ' ressorts 52 qui poussent la plaque 51. Au cas o la pression. s'élèverait au-dessus d'une valeur prédéterminée, la plaque 51 serait déplacée axialement contre l'action des ressorts 52 et la pression de refoulement de la pompe à ailettes serait maîtrisée. La quantité de carburant à haute pression qui s'écoule vers l'accumulateur 10 est commandée par une soupape désignée dans son ensemble par le repère numérique 62, qui commande la communication entre les évidements 56A et 60. Cette soupape est à commande électromagnétique. On peut régler la pression qui règne dans l'accumulateur 10 en faisant varier le courant qui passe dans le bobinage du dispositif d'actionnement à soupape. Reportons-nous à la Figure 5. On voit qu'il est prévu un circuit régulateur 63 dont le signal de sortie est un signal de carburant requis. Pour que ce circuit régulateur détermine ce signal, il lui est fourni un signal de carburant demandé en provenance du transducteur 35 qui est associé à la pédale d'accélérateur du véhicule, et un signal de vitesse provenant d'un circuit décodeur 64 auquel est transmis un signal provenant d'un transducteur 65 qui est associé à une pièce tournante du moteur. Le signal de carburant requis, ainsi que le signal de vitesse du décodeur sont envoyés dans un circuit 66 qui détermine la synchronisation voulue de l'arrivée du carburant dans le moteur associé. Le circuit 66 est divisé en trois parties, dont l'une est responsable de la détermination de la synchronisation à mesure que la quantité de carburant requise varie, la seconde partie étant responsable de la variation de la synchronisation de l'arrivée du carburant en fonction de la vitesse du moteur, et la troisième étant une référence qui permet la synchronisation statique de l'arrivée de carburant. Le signal de sortie du circuit 66 est appliqué à un comparateur 67. Un autre signal d'entrée pour le comparateur 67 est fourni par un circuit intégrateur 68 qui reçoit du décodeur 64 le signal de vitesse du moteur. Il est prévu un circuit 69 de détermination de la position du moteur, qui reçoit des signaux de deux transducteurs 70 et 71, le transducteur 70 émettant des signaux à chaque tour du moteur, en nombre égal à la moitié du nombre de cylindres du moteur (six dans cet exemple), et le transducteur 71 délivrant un signal à chaque deux tours du moteur. Le circuit 69 a six sorties, une pour chaque cylindre du moteur. Le signal fourni par le comparateur est envoyé à une porte ET 72, ainsi qu'un signal provenant de la sortie correspondante du circuit 69, de telle sorte que le signal provenant de la porte ET apparait au moment requis pour l'arrivée de carburant. Cela prend en compte la variation de synchronisation requise pour les vitesses et les charges différentes de moteur. Le signal de sortie de la porte ET 72 est envoyé dans un circuit d'excitation 73 qui alimente en courant électrique le bobinage 33 de l'injecteur. Le bobinage 33 reste sous tension jusqu'à ce que le signal de la porte ET soit coupé. Le signal provenant de la porte ET 72 est également fourni à un circuit 74 de retard d'impulsions qui reçoit également un signal de vitesse du circuit décodeur 64. Le r8le de ce circuit de retard est de retarder l'impulsion fournie par la porte ET jusqu'à ce qu'un temps suffisant se soit écoulé pour que l'arrivée de carburant ait lieu. Le signal de sortie du circuit de retard 74 est envoyé à l'une des entrées d'un circuit monostable 75 qui, lorsqu'un signal !5 est reçu du circuit de retard, met sous tension un circuit d'excitation 76 qui alimente le bobinage 38 en courant électrique. La soupape 32 s'ouvre donc en permettant au carburant d'arriver de la source 13. Le transducteur 36 délivre un signal, au moyen d'un circuit convertisseur 77, à }O l'une des entrées d'un comparateur de carburant 78. Ce comparateur reçoit un second signal d'entrée du circuit régulateur 63 et, quand le signal provenant du transducteur indique que la quantité requise de carburant a été fournie par la source 13, le comparateur fournit un signal d'arrêt au circuit monostable 75, lequel change d'état pour arrêter l'alimentation du bobinage 38 en courant électrique. Le circuit 69 fournit des signaux à d'autres circuits propres aux autres injecteurs, et en outre les signaux de vitesse, de carburant et de synchronisation sont fournis à ces autres circuits. On voit sur la Figure 5 la soupape 62 et comment le courant est fourni à cette soupape par un circuit électrique d'alimentation 79 qui est commandé par un comparateur 80. Ce comparateur reçoit un premier signal- d'un transducteur de pression 8i qui délivre un signal indicatif de la pression qui règne dans l'accumulateur 10. L'autre signal d'entrée du comparateur 80 est fourni par le circuit 66. Ce signal représente la pression d'accumulateur voulue, et le circuit 66 fait varier ce signal en fonction de la vitesse et de l'effort demandé au moteur, le signal représentant l'effort demandé au moteur étant représenté par le signal de carburant voulu délivré par le circuit régulateur 63. Le circuit 66 - consiste en un diagramme de synchronisation et un diagramme de pression et contient en mémoire les données appropriées au moteur particulier qui doit être alimenté par le dispositif d'alimentation en carburant. Dans un exemple particulier, le volume maximal de carburant requis à délivrer est de 40 mm3 par injection de carburant au moteur, et la chute de pression de l'accumulateur, pour une valeur initiale de 500 ATS, est de 10 % environ. A partir de cela et en supposant une compression du carburant de 0,7 % pour 100 ATS, le volume de l'accumulateur-est de 12 cm3 environ. Le dispositif qui est représenté sur la Figure 1 nécessite en fait qu'un volume de carburant plus important soit emmagasiné, en raison de l'augmentation de section du piston 28 par rapport à celle du piston 22. Si la section du piston 28 est le double de la section du piston 22, le volume de l'accumulateur doit être multiplié par un facteur égal à 2. Par ailleurs, il est nécessaire de prévoir une marge pour tenir compte des pertes de carburant à la fin de l'arrivée du carburant. Le fait que l'accumulateur 10 a un petit volume signifie que l'on peut modifier rapidement sa pression en agissant sur la soupape 22, en permettant ainsi à la pression à laquelle le carburant alimente les injecteurs, de varier rapidement. Pour un moteur à grande vitesse de rotation, et en particulier pour un moteur à plus de quatre cylindres, bien qu'en théorie le volume de l'accumulateur n'ait pas besoin d'être augmenté, il peut en fait être nécessaire de prévoir plus d'un accumulateur, chaque accumulateur desservant un certain nombre d'injecteurs. Cela a pour but de laisser le temps aux ondes de choc de s'amortir. Le cas échéant, un circuit de commutation peut être prévu entre le comparateur 80 et le circuit d'alimentation 79 pour éviter une variation de la pression de l'accumulateur pendant que du carburant est délivré. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, comprenant un accumulateur (10) dans lequel du carburant est emmagasiné sous une haute pression, un injecteur (14) qui reçoit du carburant de l'accumulateur, un organe à commande électrique destiné à ouvrir une soupape (16, 31, 32) dans l'injecteur pour permettre à du carburant d'arriver au moteur, une pompe (11) destinée à alimenter l'ac- cumulateur en carburant, caractérisé en ce que l'accumulateur (10) a un petit volume, et en ce que le dispositif comporte un transducteur (35,65) destiné à délivrer un signal électri- que indicatif de la pression qui règne dans l'accumulateur, un dispositif à soupape à commande électrique servant à comman- der le débit de ladite pompe, un circuit électrique de comman- de (34, 67) pour ledit dispositif à soupape, ledit signal élec- trique formant un premier signal d'entrée pour ledit circuit de commande, un montage électrique (66) destiné à délivrer un second signal d'entrée audit circuit de commande, ledit second signal d'entrée variant en fonction d'un paramètre opératoire du moteur associé, et ledit circuit de commande agissant en commandant ledit dispositif à soupape de telle sorte que la pression qui règne dans ledit accumulateur varie en fonction dudit second signal d'entrée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit accumulateur (10) a un volume de 12,0 centi- mètres cubes environ, en supposant une arrivée de carburant de ,0 millimètres cubes et une chute de 10% de la pression initiale de l'accumulateur évaluée à 700 ATM, avec une com- pression de 0,7% du carburant pour 100 ATM. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ledit montage électrique (66) comporte un diagramme de pression dans lequel sont emmagasi- nées des données concernant les pressions d'accumulateur voulues pour une gamme de valeurs des paramètres opératoires du moteur. 4. Dispositif selon la revendication 3, carac.térisé en ce 2498686 t I et la vitesse du moteur, ledit montage électrique réagissant également à la quantité de carburant fournie à chaque instant au moteur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que ledit circuit de commande comporte un comparateur auquel sont délivrés lesdits premier et second J signaux d'entrée. 6. Dispositif selon la revendication 1 ou la | revendication 2, caractérisé en ce que ladite pompe comprend X une pompe à haute pression et une pompe à basse pression, | ledit dispositif à soupape agissant en réglant le débit de carburant entre ladite pompe à basse pression et ladite pompe i à haute pression. I jl I I i