Brevet FR2625263A1 — publié le 19890630

Système d'alimentation en combustible L'invention concerne un système d'alimentation en combustible pour des moteurs à combustion interne, avec une pompe à combustible entraînée par le moteur à combustion in- terne et avec une pompe d'alimentation préliminaire réalisée sous la forme d'une pompe hydraulique qui est entraînée par le combustible de retour provenant de la pompe à combustible. Des systèmes d'alimentation en combustible sont né- cessaires pour des moteurs à combustion interne montés dans des véhicules automobiles. La demande de brevet DE-OS 2 804 550 indique un sys- tème d'alimentation en combustible dans lequel une quantité excédentaire refoulée par une pompe à combustible est envoyée à une pompe à jet placée dans le réservoir en tant que pompe d'alimentation préliminaire, ce qui offre l'avantage que, compte tenu de la pression accrue du côté aspiration de la pompe à combustible, des bulles de gaz ne doivent pas se pro- duire dans la conduite d'aspiration. Des pompes à combustible mécaniques sont montées sur le moteur à combustion interne et entraînées par celui-ci et elles présentent généralement une quantité excédentaire non demandée par le moteur à combustion interne laquelle quantité peut être comprimée, ce qui permet, par rapport au système d'alimentation bien connu, une augmentation considérable de l'énergie de refoulement pour l'alimentation préliminaire en combustible. L'invention repose sur l'idée d'utiliser des quanti- tés excédentaires sous haute pression renvoyées pour l'entrai- nement de pompes d'alimentation préliminaires conformées en pompes hydrauliques. En ce qui concerne les pompes hydrau- liques, on peut envisager la mise en oeuvre de pompes à pistons différentielsdont le piston plus petit est sollicité par la quantité excédentaire sous haute pression et dont le piston plus grand refoule vers la pompe à combustible une quantité d'alimentation préliminaire suffisante qui est cependant sou- mise à une pression beaucoup moins grande que la quantité excédentaire. En partant du système d'alimentation en combustible décrit plus haut et de l'objectif recherché, à savoir d'uti- liser des quantités excédentaires sous haute pression de pompes à combustible pour une alimentation préliminaire, l'in- vention a pour objet de créer un nouveau système d'alimenta- tion en combustible. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait qu'un accumulateur de pression avec chambre de détente est disposé entre les conduites reliant la pompe à combustible et la pompe hydraulique, que l'afflux de combustible de la pompe hydraulique vers l'accumulateur de pression est commandé par une soupape qui s'ouvre lorsque la chambre de détente de l'ac- cumulateur de pression est vide et qui reste ensuite ouverte aussi longtemps que dure l'arrivée de combustible, et que le combustible renvoyé par l'intermédiaire d'une conduite forcée est injecté dans une chambre de l'accumulateur de pression située entre la soupape et la pompe hydraulique et respective- ment la conduite débouchant dans la chambre de travail de la- dite pompe hydraulique. Des particularités avantageuses consistent en ce que la soupape contrôlant l'afflux de combustible de la pompe hy- draulique vers l'accumulateur de pression est commandée par un régulateur de pression différentielle et par une paroi mobile de l'accumulateur de pression, qu'une section d'embouchure d'une conduite forcée prévue pour le combustible de retour est obturée lorsque la soupape est ouverte, que des chambres for- mées de part et d'autre du régulateur de pression différen- tielle sont reliées par une conduite d'étranglement, et qu'il est prévu, parallèlement à la conduite d'étranglement, une conduite de décharge contrôlée par une soupape unidirection- nelle. Selon une autre caractéristique particulière, la pompe hydraulique est réalisée sous la forme d'une pompe à piston différentiel et respectivement d'une pompe à membrane étagée dont la course de travail augmente le volume d'une chambre de refoulement tout en tendant un ressort de rappel de piston et respectivement de membrane. Il est avantageux que la paroi mobile de l'accumula- teur de pression agisse sur une lame de ressort rattachée à la soupape. Une autre particularité avantageuse consiste en ce que, en l'absence de pression dans la conduite menant à un mé- langeur, la soupape ou la membrane est maintenue, par un élé- ment sensible à la pression, dans une position dans laquelle la soupape reste fermée même lorsque l'accumulateur de pres- sion est entièrement ou partiellement vide, et que dans la conduite d'aspiration est insérée une soupape de commande qui, en l'absence de pression dans la conduite menant au mélangeur, interrompt la communication avec la chambre située en aval de la soupape entre la pompe hydraulique et l'accumulateur de pression et établit en même temps, par l'intermédiaire d'une conduite de retour, une liaison entre la conduite menant à la chambre de refoulement de la pompe à combustible et le réser- voir. Il est avantageux que la soupape de commande soit actionnée par la membrane supplémentaire agissant sur la mem- brane et respectivement sur la soupape ou par une membrane sé- parée. - Dans un autre mode de réalisation, la soupape de com- mande est actionnée de manière électromagnétique. Selon une caractéristique particulière de l'inven- tion, il est prévu que la conduite menant au réservoir est constituée par une conduite de retour d'une soupape de régu- lation de pression placée dans la conduite menant au mélan- geur du moteur à combustion interne. Selon une autre particularité de l'invention, une section de conduite équipée d'une soupape unidirectionnelle est insérée entre la conduite d'aspiration et la conduite de retour. Il est également avantageux que la membrane supplé- mentaire soit reliée à la première membrane par l'intermé- diaire d'un système de liaison coulissant ou qu'elle agisse sur l'embout de piston de la soupape. Enfin, il est possible, dans le cadre de la présente invention, de prévoir plus d'une pompe hydraulique. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente un exemple de réalisation avec démarrage manuel, la figure 2 représente un exemple de réalisation avec démarrage automatique. La fig. 1 montre une pompe à combustible mécanique bien connue montée sur un moteur à combustion interne 2 et en- traîné par celui-ci par l'intermédiaire d'un arbre à cames 3. La pompe à combustible 1 comprend une conduite 4 pour l'aspiration et une conduite 5 menant vers un dispositif mé- langeur 6 du moteur à combustion interne 2. De cette conduite ou directement de la pompe 1 part une conduite forcée 7. Dans ce dernier cas, l'afflux dans la conduite forcée 7 peut être commandé par une soupape 8 qui réagit à la position d'un piston de pompe 9, ce qui permet de régler un débit déterminé en tant que quantité excédentaire. Dans un réservoir de combustible 10 est intégrée une pompe hydraulique 11 servant de pompe d'alimentation prélimi- naire. Cette pompe hydraulique 11 comprend un piston différen- tiel 14 rendu étanche par des membranes 12, 13 et formant une chambre de travail 15 d'un diamètre réduit, une chambre de re- foulement 16 d'un diamètre plus grand et une chambre d'aspira- tion 17. La chambre d'aspiration 17 communique, par l'intermé- diaire d'une manchette 18 agissant comme soupape unidirection- nelle, avec le réservoir 10 et comporte un ressort 19 qui est monté entre le piston différentiel 14 et le carter 20 et tendu lors de l'augmentation du volume de la chambre de refoulement 16. La chambre de travail 15, la chambre de refoulement 16 et la chambre d'aspiration 17 sont reliées entre elles par l'intermédiaire de soupapes unidirectionnelles 21, 22 s'ou- vrant en direction de la chambre de travail 15. La chambre de travail 15 est reliée, par l'intermédiaire d'une conduite 23, à un accumulateur de pression 24 avec chambre de détente 25 disposé à l'extérieur du réservoir 10. La conduite 23 dé- bouche, tout comme la conduite forcée 7, dans une chambre 27 de l'accumulateur de pression 24 ménagée en amont d'une soupape 26. La soupape 26 est reliée à une membrane 28 agissant en tant que régulateur de pression différentielle et chargée par un ressort 29 dans le sens de fermeture de la soupape 26. La membrane 28 assure l'étanchéité d'une chambre 30 située en aval de la soupape 26 par rapport à la chambre de détente 25 et comporte une conduite d'étranglement 31 ainsi qu'une conduite de décharge 33 contrôlée par une soupape unidirec- tionnelle 32 qui relient entre elles les deux chambres 30, 25. Un disque de diaphragme 36 fixé sur une membrane 35 qui assure l'étanchéité de la chambre de détente 25 par rap- port à une chambre 34 communiquant avec l'atmosphère comprend deux saillies 37 qui sont appliquées, par la force d'un res- sort 38 placé dans la chambre 34 communiquant avec l'atmo- sphère, contre une lame de ressort 40 enserrée entre des re- bords 39 du carter et la soupape 26 et provoquent une défor- mation élastique de ladite lame de ressort de telle façon que la soupape 26 reliée à cette dernière est ouverte. La conduite 4 de la pompe à combustible 1 prévue pour l'aspiration débouche dans la chambre 27 de l'accumulateur de pression 24. La soupape 26 est équilibrée par un canal de décharge 41 et un embout de piston 42 de la soupape 26, l'embout de piston 42 obturant la section d'embouchure de la conduite for- cée 7 lorsque la soupape 26 est ouverte. La membrane 35 de la chambre de détente 25 comprend un autre disque de diaphragme 43 dont un appendice 44 dépasse, à travers une ouverture de carter 45, vers l'extérieur et com- porte une poignée permettant le déplacement manuel de la mem- brane 35. La fig. 2 montre une conformation alternative du sys- tème d'alimentation de la fig. 1 dans laquelle l'appendice 44 à déplacer manuellement est remplacé par une membrane supplé- mentaire 50 qui assure l'étanchéité de la chambre 34 communi-. quant avec l'atmosphère par rapport à une chambre supplémen- taire 51 laquelle est reliée, par l'intermédiaire d'une déri- vation 52, à la conduite 5 et dans laquelle la pression est donc égale à celle régnant dans ladite conduite 5. La membrane est chargée par un ressort 53 dans le sens d'une diminution du volume de la chambre 51 et reliée à la membrane 35. Dans la conduite 4 est insérée une soupape de commande 55 qui réagit à la pression dans la conduite 5 et interrompt la liai- son avec la chambre 30 en établissant simultanément une commu- nication avec une conduite 56 laquelle débouche dans le ré- servoir 10. Dans ce cas, la liaison est constituée par une conduite de retour 56 qui part d'une soupape de régulation de pression 57 placée dans la conduite 5. La section de conduite 58 située entre la conduite 4 et la conduite de retour 56 com- prend une soupape unidirectionnelle 59 dont la fonction est décrite ci-après. Fonctionnement Avant la première mise en service du moteur à combus- tion interne 2, le système d'alimentation en combustible sui- vant la fig. 1 est rempli de combustible par l'intermédiaire de la poignée 46 du disque de diaphragme 43, c'est-à-dire que la chambre de détente 25 de l'accumulateur de pression 24 est, elle aussi, remplie de combustible, mais il est également pos- sible de prendre d'autres mesures d'aération comme cela sera encore indiqué plus tard en regard de la fig. 2. Lors du démarrage du moteur à combustion interne 2, la pompe à combustible 1 est entraînée par l'arbre à cames 3 et aspire dans la conduite 4 soumise à la pression de l'accu- mulateur de pression 24, du combustible qui afflue de la cham- bre de détente 25, par l'intermédiaire de la conduite d'étran- , glement 31 et de la conduite de décharge 33, sous la pression créée par le membrane 35 et le ressort tendu 38. Lors de la course de refoulement, le combustible est envoyé de la pompe à combustible 1 remplie vers le dispositif mélangeur 6, et le moteur à combustion interne 2 démarre. De par sa construction, la pompe à combustible 1 est conçue pour un débit bien supérieur à celui nécessaire pour le fonctionnement du moteur, ce qui entraîne à chaque course de refoulement le débit d'une quantité excédentaire qui, par l'intermédiaire de la conduite forcée 7, arrive dans l'accumu- lateur de pression 24 en amont de la soupape 26 alors fermée, et est injectée dans la chambre de travail 15 de la pompe hy- draulique 11 par l'intermédiaire de la conduite 23 laquelle débouche, elle aussi, dans cette zone. Le renvoi se fait au moins à la même pression que celle prévue pour le dispositif mélangeur, par exemple sous 3 à 4 bars. Le piston différentiel 14 sollicité par cette quan- tité excédentaire sous pression est déplacé, avec chaque nouvel afflux, jusqu'à ce que la chambre de refoulement 16 qui s'agrandit alors ait atteint son volume maximum et que le res- sort 19 situé à l'intérieur de la chambre d'aspiration 17 ait en même temps été tendu au maximum. La chambre de refoulement grandissante recueille, par l'intermédiaire de la soupape uni- directionnelle 21, du combustible provenant de la chambre d'aspiration 17 au fur et à mesure que le volume de la chambre d'aspiration 17 diminue. Dès que la chambre de détente 25 de l'accumulateur de pression 24 est vide, les deux saillies 37 du disque de dia- phragme 36 poussent la lame de ressort 40 dans une position provoquant l'ouverture de la soupape 26, ce qui entraîne l'ob- turation de la section d'embouchure de la conduite forcée 7 par l'embout du piston 42. Le poussoir de la pompe à combus- tible 1 agit alors sur un ressort d'accouplement, ce qui pro- voque l'interruption de la course de refoulement. L'ouverture de la soupape 26 provoque une chute de pression dans la chambre de travail 15 de la pompe hydraulique 11, ce qui a pour effet que le ressort 19 tendu déplace le piston différentiel 14 dans le sens d'une diminution des cham- bres de refoulement et de travail 16, 15. De ce fait, le combustible contenu dans les chambres de refoulement et de travail 16, 15 est poussé, par l'intermé- diaire de la soupape unidirectionnelle 22 et respectivement de la conduite 23, dans la chambre 27 située entre la soupape 26 et la membrane 28 agissant comme régulateur de pression diffé- rentielle, ce qui a pour effet que, d'une part, la membrane 28 occupe une position dans laquelle la soupape 26 reste ouverte et que, d'autre part, le combustible est injecté, par l'inter- médiaire de la conduite d'étranglement 31, dans la chambre de détente 25 jusqu'à ce que celle-ci soit remplie ou qu'aucun combustible n'arrive plus de la pompe hydraulique 11 de ma- nière que la membrane 28 prend une position dans laquelle la soupape 26 est à nouveau fermée. Pendant le refoulement de la pompe hydraulique 11, la chambre d'aspiration 17 s'est agrandie et a aspiré du combus- tible contenu dans le réservoir 10. Le retour de la quantité excédentaire qui recommence maintenant du fait que l'embout du piston 42 relié à la soupape 26 a dégagé la section d'embou- chure de la conduite forcée 7 à la suite de la fermeture de la soupape 26, provoque une nouvelle aspiration de combustible dans la chambre de refoulement 16. Le système d'alimentation en combustible représenté dans la fig. 2 diffère de celui décrit ci-dessus en ce que l'aération se fait automatiquement, c'est-à-dire qu'il est possible de renoncer à la poignée du disque de diaphragme. Toutes les autres fonctions sont identiques à celles décrites en regard de la fig. 1. Avant la première mise en service ou après la vidange du système, le piston différentiel 14 de la pompe hydraulique 11 se trouve dans la position opposée à celle représentée dans la fig. 1, c'est-à-dire que la chambre d'aspiration 17 contient du combustible, la chambre de refou- lement 16 présente son volume minimum et est éventuellement remplie d'air. Etant donné que la pression à l'intérieur de la conduite 5 ne dépasse pas la pression barométrique, la mem- brane 50 est appliquée, sous l'action du ressort 53, contre la paroi de l'accumulateur de pression 24. Le membrane 35 ratta- chée par un système coulissant est alors maintenue dans une position dans laquelle la soupape 26 reste fermée, et cela même lorsque l'accumulateur de pression est entièrement ou partiellement vidé. La soupape de commande 55 intercalée dans la conduite 4 et constituée, par exemple, par une soupape hydraulique ou par une électrovanne, a interrompu, conformément à la faible pression à l'intérieur de la conduite 5, la liaison entre la chambre 30 et la pompe à combustible 1 (et éventuellement éta- bli une liaison avec la conduite de retour 56). Lors de la mise en marche du moteur à combustion in- terne, la pompe à combustible 1 est entraînée par l'arbre à cames 3 et aspire, par l'intermédiaire de la section de conduite 58, de la soupape unidirectionnelle 59 et de la conduite de retour 56, du combustible contenu dans le réser- voir, lequel combustible parvient au dispositif mélangeur et, par l'intermédiaire de la conduite 7, représentée ici sous forme de dérivation de la conduite forcée 5, à la chambre 27 et, par l'intermédiaire de la conduite 23, à la chambre de travail 15 de la pompe hydraulique 11. Le piston différentiel 14 sollicité par cette quan- tité de combustible augmente le volume de la chambre de refou- lement 16 laquelle se remplit alors du combustible contenu dans la chambre d'aspiration 17. Dès que la pression à l'inté- rieur de la conduite 5 est montée, la membrane 50 est poussée, contre la force du ressort 53, dans une position dans laquelle le mouvement de la membrane 35 n'est plus influencé par le système de liaison coulissant 54, et la soupape de commande établit la liaison entre les sections de la conduite 4. Du fait que l'accumulateur de pression 24 est vide, la membrane 35 provoque l'ouverture de la soupape 26, l'embout du piston 42 obturant la section d'embouchure de la conduite forcée 7 lorsque la soupape 26 est ouverte. Comme cela a été décrit en regard de la fig. 2, l'ouverture de la soupape 26 provoque l'injection du combus- tible contenu dans les chambres de refoulement et de travail 16, 15, par l'intermédiaire de la soupape unidirectionnelle 22 et respectivement de la conduite 23, dans la chambre 27 située entre la soupape 26 et la membrane 28 agissant comme régula- teur de pression différentielle, ce qui a pour effet que, d'une part, la membrane 28 est amenée dans une position dans laquelle la soupape 26 reste ouverte et que, d'autre part, du combustible est injecté, par l'intermédiaire de la conduite d'étranglement 31, dans la chambre de détente 25 jusqu'à ce que celle-ci soit remplie ou qu'aucun combustible n'afflue plus de la pompe hydraulique 11 avec pour conséquence le fait que la membrane 28 occupe une position dans laquelle la sou- pape 26 est à nouveau fermée. La soupape unidirectionnelle 59 insérée dans la section de conduite 58 assure que la pression supérieure régnant dans la conduite 4 lors du refoulement de la pompe hydraulique ne passe pas dans la conduite de retour 56. L'actionnement de la soupape de commande 55 peut se faire par la membrane 50 ou par une membrane séparée ou encore de manière électromagnétique. La membrane 50 peut également agir directement sur la soupape 26, c'est-à-dire sur l'embout du piston 42. Selon le choix du rapport d'action des surfaces du piston différentiel 14 et de la force du ressort 19, le rem- plissage de la chambre de détente 25 de l'accumulateur de pression 24 se fait sous une pression prédéterminée et supé- rieure à la pression barométrique. Le fait d'éviter des bulles de gaz dans la conduite d'aspiration de la pompe a permis d'obtenir les avantages bien connus tels qu'un démarrage à chaud fiable et un fonctionne- ment sans perturbation du moteur à combustion interne, la réa- lisation se faisant sans recours à des pompes électriques dont la mise en oeuvre est coQteuse et à l'origine de perturbations et d'émissions de bruit. Pour des réservoirs de combustible compliqués, il est également possible d'utiliser plusieurs pompes hydrauliques. il REVENDICATIONS 1. - Système d'alimentation en combustible pour des moteurs à combustion interne, avec une pompe à combustible en- traînée par le moteur à combustion interne et avec une pompe d'alimentation préliminaire réalisée sous la forme d'une pompe hydraulique qui est entraînée par le combustible de retour provenant de la pompe à combustible, c a r a c t é r i s é e n c e qu'un accumulateur de pression (24) avec chambre de détente (25) est disposé entre les conduites (23, 4) reliant la pompe à combustible (1) et la pompe hydraulique (11), que l'afflux de combustible de la pompe hydraulique (11) vers l'accumulateur de pression (24) est commandé par une soupape (26) qui s'ouvre lorsque la chambre de détente (25) de l'ac- cumulateur de pression (24) est vide et qui reste ensuite ouverte aussi longtemps que dure l'arrivée de combustible, et que le combustible renvoyé par l'intermédiaire d'une conduite forcée (7) est injecté dans une chambre (27) de l'accumulateur de pression (24) située entre la soupape (26) et la pompe hy- draulique (11) et respectivement la conduite (23). 2. - Système d'alimentation en combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape (.26) contrô- lant l'afflux de combustible de la pompe hydraulique (11) vers l'accumulateur de pression (24) est commandée par un régula- teur de pression différentielle ( 28) et par une paroi mobile (35) de l'accumulateur de pression (24). 3. - Système d'alimentation en combustible selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une sec- tion d'embouchure d'une conduite forcée (7) prévue pour le combustible de retour est obturée lorsque la soupape (26) est ouverte. 4. - Système d'alimentation en combustible selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que des chambres (30, 25) formées de part et d'autre du régulateur de pression différentielle (28) sont reliées par une conduite d'étranglement (31). 5. - Système d'alimentation en combustible selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte, parallèle- ment à la conduite d'étranglement (31), une conduite de dé- charge (33) contrôlée par une soupape unidirectionnelle (32). 6. - Système d'alimentation en combustible selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pompe hydraulique (11) est réalisée sous la forme d'une pompe à pis- ton différentiel et respectivement à membrane étagée (14) dont la course de travail augmente le volume d'une chambre de re- foulement (16) tout en tendant un ressort de rappel de piston et respectivement de membrane (19). 7. - Système d'alimentation en combustible selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi mobile (35) de l'accumulateur de pression (24) agit sur une lame de ressort (40) rattachée à la soupape (26). 8. - Système d'alimentation en combustible selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, en l'absence de pression dans la conduite (5) menant à un mélan- geur (6), la soupape (26) ou la membrane (35) est maintenue, par un élément (50) sensible à la pression, dans une position dans laquelle la soupape (26) reste fermée même lorsque l'ac- cumulateur de pression (24) est entièrement ou partiellement vide, et que dans la conduite d'aspiration (4) est insérée une soupape de commande (55) qui, en l'absence de pression dans la conduite (5) menant au mélangeur, interrompt la communication avec la chambre (30) située en aval de la soupape (26) et éta- blit en même temps, par l'intermédiaire d'une conduite de re- tour (56), une liaison entre la conduite (4) menant à la cham- bre de refoulement de la pompe à combustible (1) et le réser- voir (10). 9. - Système d'alimentation en combustible selon la revendication 8, caractérisé en ce que la soupape de commande (55) est actionnée par la membrane supplémentaire (50) agis- sant sur la membrane (35) et respectivement sur la soupape (26) ou par une membrane séparée. 10. - Système d'alimentation en combustible selon la revendication 8, caractérisé en ce que la soupape de commande (55) est actionnée de manière électromagnétique. 11. - Système d'alimentation en combustible selon l'une des revendications 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que la conduite (56) menant au réservoir (10) est constituée par une conduite de retour d'une soupape de régulation de pression (57) placée dans la conduite (5) menant au mélangeur du moteur à combustion interne. 12. - Système d'alimentation en combustible selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'une section de conduite (58) équipée d'une soupape unidirectionnelle (59) est insérée entre la conduite d'aspiration (4) et la conduite de retour (56). 13. - Système d'alimentation en combustible selon la revendication 8 et respectivement l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la membrane (50) est reliée à la membrane (35) par l'intermédiaire d'un système de liaison cou- lissant (54) ou qu'elle agit sur l'embout de piston (42) de la soupape (26). 14. - Système d'alimentation en combustible selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il pré- voit la mise en oeuvre de plus d'une pompe hydraulique (11).