Brevet FR2741672A1 — publié le 19970530

Système d'alimentation de carburant La présente invention concerne un système pour alimenter en carburant sous haute pression les cylindres d'un moteur à combustion interne. En particulier, la présente invention concerne un système d'alimentation de carburant du type dans lequel une pompe à carburant est agencée pour fournir du carburant sous haute pression à une conduite d'alimentation, en vue de maintenir la conduite d'alimentation sous pression élevée. Une pluralité d'injecteurs sont connectés à la conduite d'alimentation, les injecteurs pouvant être commandés individuellement en vue d'injecter du carburant depuis la conduite d'alimentation dans les cylindres d'un moteur associé. A cet effet, la présente invention concerne un système d'alimentation de carburant comprenant une pompe à carburant pour fournir du carburant sous haute pression à une conduite d'alimentation, une pluralité d'injecteurs connectés à la conduite d'alimentation et des moyens servant à fournir du carburant, via les injecteurs, à des cylindres respectifs d'un moteur associé, et une soupape de commande reliée à la conduite d'alimentation et servant à contrôler la pression de carburant dans la conduite d'alimentation. Le système d'alimentation de carburant comprend en outre, de manière avantageuse, un ensemble de commande de carburant pour commander l'alimentation en carburant de la pompe à carburant. De préférence, la pompe à carburant est agencée pour fournir un nombre relativement élevé d'impulsions de carburant sous haute pression à la conduite d'alimentation, à chaque cycle de fonctionnement de la pompe. Un tel agencement est avantageux grâce au fait que la pression de carburant régnant dans la conduite de carburant reste à un niveau relativement uniforme au cours du fonctionnement. L'invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un système d'alimentation de carburant selon une forme de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne X-X de la figure 1; la figure 3 est une vue à plus grande échelle d'une modification d'une partie de la figure 2; la figure 4 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 1; la figure 5 est une vue à plus grande échelle d'une autre partie de la figure 1 et la figure 6 est un diagramme d'échelonnement temporel relatif à la forme de réalisation de la figure 1. Le système d'alimentation de carburant illustré sur les dessins annexés comprend une pompe à carburant 10, à laquelle est fourni du carburant via un dispositif d'étranglement 12. La pompe à carburant 10 comprend un corps de pompe 14 globalement cylindrique, pourvu de trois trous traversants 16. Les trous traversants 16 sont espacés axialement les uns des autres et sont espacés angulairement les uns des autres d'un angle de 60 . Deux pistons de pompage 18 sont prévus dans chacun des trous traversants 16, les pistons 18 étant agencés pour pouvoir se déplacer en va-et-vient dans les trous traversants 16. L'extrémité extérieure de chaque piston 18 est agencée pour coopérer avec un dispositif à patin et rouleau 20, dont le rouleau 22 est agencé pour s'engager contre la surface de came d'une bague de came rotative 24, la bague de came 24 comprenant quatre lobes de came espacés angulairement les uns des autres d'un même angle, comme représenté sur la figure 2. La bague de came 24 est connectée à un arbre d'entraînement 26 qui est agencé pour être entraîné à une vitesse associée à la vitesse du moteur, l'arbre d'entraînement 26 étant pourvu d'une zone à diamètre réduit 28 de manière que, si la pompe à carburant 10 devait se coincer, la zone à diamètre réduit 28 subirait un cisaillement, limitant ainsi l'endommagement résultant du blocage de la pompe à carburant 10. L'extrémité de l'arbre d'entraînement 26 faisant face à la bague de came 24 est pourvue d'une bride 30 s'étendant vers l'extérieur qui, de manière adjacente à sa périphérie, est pourvue de quatre passages taraudés s'étendant axialement, espacés du même angle les uns des autres. La surface périphérique extérieure de la bague de came 24 est pourvue de quatre gorges 32 (voir la figure 2), chaque gorge 32 étant alignée sur l'un des passages prévus dans la bride d'arbre d'entraînement 30. Un organe formant support annulaire 34 est en butée contre l'extrémité de la bague de came 24 distante de l'arbre d'entraînement 26, l'organe 34 et la bague de came 24 étant fixés à l'arbre d'entraînement 26 au moyen de quatre boulons 36, chaque boulon 36 traversant une ouverture ménagée dans l'organe 34, l'une des gorges 32 prévue dans la bague de came 24 et coopérant avec les taraudages prévus dans les passages taraudés de la bride d'arbre d'entraînement 30. L'arbre d'entraînement 26 et l'organe 34 sont montés rotatifs dans un boîtier 28 au moyen de paliers 40 appropriés. Chacun des dispositifs à patin et rouleau 20 est rappelé contre la surface de came de la bague de came 24 au moyen de ressorts 42 logés dans des alésages 44 ménagés dans le corps de pompe 14, les ressorts 42 prenant de manière appropriée la forme de ressorts hélicoïdaux coniques. En vue d'éviter tout mouvement excessif vers l'intérieur des pistons 18, en particulier lorsque la pompe est restée au repos pendant une certaine durée, l'extrémité extérieure de chaque piston 18 est pourvue d'une cavité dans laquelle s'engage un circlip 46 (voir la figure 2), les circlips 46 étant agencés pour coopérer avec le corps de pompe 14 en vue de limiter tout mouvement vers l'intérieur des pistons 18. En vue de maintenir l'alignement des dispositifs à patin et rouleau 20 par rapport aux pistons 18, au cours du fonctionnement, le corps de pompe 14 est pourvu de six gorges 48 s'étendant axialement, espacées les unes des autres du même angle, comme représenté sur la figure 2. Chaque gorge 48 reçoit l'un des dispositifs à patin et rouleau 20, limitant ainsi tout mouvement angulaire des dispositifs à patin et rouleau 20. En vue de limiter tout mouvement axial des dispositifs à patin et rouleau 20, les parties de chaque gorge 48 non occupées par les dispositifs à patin et rouleau 20 sont remplies de pièces rapportées 50. Les pièces rapportées 50 situées du côté de l'arbre d'entraînement de chacun des dispositifs à patin et rouleau sont réalisées d'une seule pièce avec un capuchon d'extrémité 52 fixé au corps de pompe 14, au moyen de boulons 54. Les pièces rapportées 50 individuelles sont prévues dans les parties de chaque gorge 48 situées du côté de chaque dispositif à patin et rouleau 20, à distance de l'arbre d'entraînement 26, ces pièces rapportées 50 étant fixées à demeure par des vis de réglage individuelles 56, comme représenté sur la figure 2. Chacun des trous traversants 16 est connecté, via des clapets anti- retour 58 respectifs et des passages individuels indiqués en pointillés 60 sur la figure 1, à un orifice d'entrée 62 prévu à l'extrémité du corps de pompe 14 à distance de l'arbre d'entraînement 26. Chaque soupape d'admission 58 est prévue dans un alésage 64 respectif ménagé dans le corps de pompe 14, l'extrémité extérieure de l'alésage 64 étant filetée. L'extrémité intérieure de l'alésage 64 communique avec le trou traversant 16 respectif et présente un diamètre réduit, un corps de soupape 66 coopérant de manière étanche avec la surface de l'alésage 64. Le corps de soupape 66 est fixé dans l'alésage 64 au moyen d'un organe fileté 68 qui coopère de manière étanche avec la zone filetée de l'alésage 64. Le corps de soupape 66 comprend un passage s'étendant axialement, dans lequel peut se déplacer en va-et-vient un opercule 70, l'opercule 70 comprenant, à son extrémité intérieure, une tête agrandie qui est déplacée pour venir au contact d'un siège prévu sur le corps de soupape 66, au moyen d'un ressort 72. Le dispositif d'étranglement 12 mentionné ci-dessus communique avec l'orifice d'admission 62. Le dispositif d'étranglement 12 comprend un organe d'étranglement 74 qui est réglable axialement dans un alésage 76 sous l'effet d'un dispositif d'actionnement à solénoïde 78, qui agit sur un ressort hélicoïdal 80, de manière appropriée un ressort conique. Comme représenté sur la figure 5, l'organe d'étranglement 74 peut se déplacer entre une position dans laquelle il recouvre une pluralité d'entrées 82, agencées pour recevoir du carburant sous une pression relativement faible depuis une pompe d'alimentation 73 appropriée, et une position dans laquelle les entrées 82 sont ouvertes, permettant ainsi au carburant de s'écouler dans le dispositif d'étranglement 12 vers l'orifice d'admission 62. Le dispositif d'étranglement 12 comprend une tige 84 s'étendant axialement, définissant une butée élastique avec laquelle coopère le ressort 80 pour agir sur le solénoïde. La tige 84 et l'organe d'étranglement 74 comprennent des passages s'étendant axialement, qui permettent à la pression de carburant d'agir sur les deux extrémités de l'organe d'étranglement 74, la pression agissant sur l'organe d'étranglement 74 étant ainsi équilibrée. La présence de la tige 84 évite au carburant provenant des entrées 82 d'être projeté autour du ressort 80 et évite ainsi l'instabilité que cette projection provoque. Comme illustré sur la figure 1, le dispositif d'étranglement 12 est fixé à une plaque d'extrémité 86 fixée au boîtier 38 au moyen de boulons 88. Le carburant provenant de la pompe d'alimentation 73 est également fourni à l'intérieur du boîtier 38 en vue de fournir une lubrification aux paliers 40 et aux dispositifs à patin et rouleau 20. Un orifice 53 est ménagé dans le boîtier, pour permettre au carburant en excès de s'échapper du boîtier 38. Chacun des trous traversants 16 communique en outre, via des clapets anti-retour de sortie 90 respectifs et des passages indiqués en pointillés 91 sur la figure 1, avec un orifice de sortie 92 du corps de pompe 14. Les soupapes de sortie 90, comme représenté sur la figure 3, comprennent chacune un corps de soupape 94 qui est en contact de filetage dans un alésage 96, diamétralement opposé à la soupape d'entrée 58 d'un trou traversant 16 respectif, l'alésage 96 communiquant avec le trou traversant 16. Le corps de soupape 94 comprend une zone cylindrique creuse logeant un ressort 98 qui coopère avec un opercule 100, déplaçant l'opercule 100 pour venir au contact d'un siège formé dans l'alésage 96. La figure 2 concerne une modification de la soupape de sortie illustrée sur la figure 3, le dispositif de la figure 2 comprenant en outre un organe d'appui 102 avec lequel coopère l'opercule 100 et vers lequel est déplacé cet opercule 100. Le corps de soupape 94 de ce dispositif comprend une pluralité de jambages qui coopèrent avec l'organe d'appui 102, fixant l'organe d'appui 102 dans l'alésage 96, de manière à former une étanchéité entre l'organe d'appui et le corps de pompe 14. Les soupapes d'entrée et de sorties 58, 90 sont chacune situées de manière adjacente aux trous traversants 16, en vue de minimiser l'espace mort et d'améliorer ainsi le rendement de la pompe. Il est évident que les soupapes d'entrée et de sortie peuvent être remplacées par toutes autres clapets anti-retour appropriés. L'orifice de sortie 92 communique avec un passage d'alimentation 104 s'étendant dans le boîtier 110 d'une soupape de commande 112, le passage 104 communiquant à son tour avec une conduite d'alimentation 106. La connexion entre l'orifice de sortie 92 et le passage d'alimentation 104 est exposée à une pression élevée et, en vue d'assurer qu'une bonne étanchéité soit formée entre ces deux derniers, une olive déformable 93 est prévue dans l'orifice de sortie 92. Comme illustré schématiquement sur la figure 1, la conduite d'alimentation 106 communique avec une pluralité de buses d'injection 108, chacune d'entre elles étant agencées pour fournir du carburant depuis la conduite d'alimentation 106 à un cylindre d'un moteur associé. Comme illustré sur les figures 1 et 4, la soupape de commande 112 comprend un corps de soupape 114 globalement cylindrique, ayant un alésage le traversant, un opercule 116 pouvant se déplacer axialement dans l'alésage et s'engager contre un siège prévu dans l'alésage. L'alésage comprend un passage annulaire, la partie de l'opercule 116 s'étendant dans le passage comprenant une surface de poussée angulaire contre laquelle peut agir du carburant sous haute pression provenant du passage d'alimentation 104 tendant à lever l'opercule 116 du siège, du carburant sous haute pression provenant du passage d'alimentation 104 étant fourni au passage via une conduite d'alimentation 118. Une pièce d'écartement 102 est en butée contre l'extrémité du port de soupape 114, la pièce d'écartement 120 définissant une chambre de ressort 120 logeant un ressort 124 agencé pour agir sur l'extrémité de l'opercule 116, afin de déplacer l'opercule 116 pour venir au contact du siège. La chambre de ressort 122 reçoit du carburant par la conduite d'alimentation 118, via un passage étranglé 126. Un agencement de soupape 128 actionné par un solénoïde communique avec la chambre de ressort 122 de manière que, lors de son activation, du carburant provenant de la chambre de ressort 122 s'échappe vers un drain à faible pression, la pression du carburant agissant sur l'extrémité de l'opercule 116 étant ainsi réduite. Une telle réduction de pression donne lieu a un état au-delà duquel la pression de carburant agissant sur la surface de poussée est suffisante pour lever l'opercule 116 depuis son siège, à l'encontre de l'action du ressort 124 et de la force imputable à la pression de carburant dans la chambre de ressort 122. Une fois que le déplacement de cet opercule 116 a eu lieu, le carburant provenant du passage d'alimentation 104 peut s'échapper via la soupape de commande 112 vers un drain approprié à faible pression. Lorsque l'organe d'actionnement à solénoïde de l'ensemble de soupape 128 est désactivé, la soupape actionnée par solénoïde 128 se ferme, la pression de carburant régnant dans la chambre de ressort 122 augmentant ainsi et l'on atteint un état au-delà duquel la pression régnant dans la chambre de ressort 122 et la force élastique agissant sur l'opercule 116 sont suffisantes pour déplacer l'opercule 116 afin de venir au contact du siège. La purge de carburant via la soupape de commande 112 est par conséquent terminée. Une telle soupape de commande 112 a un temps de réponse relativement rapide et, au cours du fonctionnement, elle est actionnée pour maintenir la pression de carburant dans la conduite d'alimentation 106 à un niveau relativement uniforme. Si la pression de carburant régnant dans la conduite d'alimentation 106 dépasse un niveau prédéterminé, la soupape de commande 112 est actionnée pour permettre au carburant de s'échapper par cette dernière, jusqu'à ce que la pression ait chuté à un niveau acceptable. Au cours du fonctionnement, une quantité appropriée de carburant provenant de la pompe d'alimentation 73 est fournie, via l'étranglement 12, à l'orifice d'admission 62 du corps de pompe 14. Comme représenté sur les figures 1 et 2, l'un des couples de piston 18 occupe sa position la plus intérieure. La rotation de la bague de came 24 entraîne que les rouleaux 22 associés à ces pistons 18 descendent le long des flancs des lobes de came, les dispositifs à patin et rouleau 20 étant déplacés vers l'extérieur par les ressorts 42. Le carburant fourni à l'orifice d'admission 62 s'écoule le long des passages 60, à travers la soupape d'admission 58, la pression du carburant fournie par la pompe d'alimentation 73 étant suffisante pour déplacer l'opercule 70 à l'encontre de l'action exercée par la ressort 72 et entre dans le trou traversant 16, poussant les pistons vers l'extérieur. La rotation prolongée de la bague de came 24 fait que le lobe suivant parmi les lobes de came s'engage contre les dispositifs à patin et rouleau 20, poussant des dispositifs à patin et rouleau 20, et ainsi les pistons 18, vers l'intérieur. Le mouvement vers l'intérieur effectué par les pistons pressurise le carburant se trouvant dans le trou traversant 16, si bien que la soupape d'admission 58 se ferme, le carburant étant pompé depuis le trou traversant 16 via la soupape de sortie 90. Le carburant est fourni à l'orifice d'évacuation 92 du corps de pompe 14, via les passages 91 au niveau desquels il est fourni via le passage d'alimentation 104 à la conduite d'alimentation 106. Les autres couples de pistons 18 fonctionnent de la même manière que celle décrite ci-dessus, mais sont décalés par rapport aux couples précités de pistons, avec pour résultat que, pour chaque rotation complète de la bague de came 24, douze impulsions de carburant sont fournies à l'orifice de sortie 92. Un tel nombre relativement grand d'impulsions, une quantité relativement faible de carburant étant fournie à chaque impulsion, donne lieu au fait que la pression de carburant régnant dans la conduite d'alimentation reste sensiblement constante. Bien que le mode de réalisation illustré comprenne trois couples de pistons et une bague de came ayant quatre lobes de came espacés du même angle les uns des autres, il est évident que d'autres agencements sont possibles, mais il est préférable pour la relation entre le nombre de pistons et les lobes de came qu'un nombre relativement élevé d'impulsions de carburant soient fournies à la conduite d'alimentation à chaque rotation de la bague de came. La figure 6 représente un diagramme typique de positionnement temporel illustrant le fait qu'il existe un certain chevauchement entre la fin du pompage par l'un des perçages 16 et le commencement du pompage par un autre des perçages 16. La figure 6 comprend également un diagramme typique de positionnement temporel dans le cas o la bague de came comprend deux lobes de came plutôt que quatre, comme décrit précédemment. L'arrivée de douze impulsions de carburant à la conduite d'alimentation 106 à chaque rotation de la bague de came 24 permet à plusieurs impulsions de carburant d'être fournies entre chaque injection de carburant aux cylindres d'un moteur associé. De manière appropriée, le système d'alimentation en carburant est agencé de manière que l'une des impulsions soit fournie au début de chaque injection de carburant au moteur. Un tel agencement améliore le contrôle de la pression de carburant dans la conduite d'alimentation 106, en particulier lorsque la pompe fonctionne au-dessous de sa capacité maximale. Au cours du fonctionnement, l'étranglement 12 est commandé de manière que la quantité de carburant lui étant fournie soit sensiblement égale à la quantité de carburant fournie via les buses d'injection 108. La pression du carburant régnant dans la conduite d'alimentation 106 est par conséquent maintenue à un niveau relativement constant et il est envisagé que ce système fonctionne avec du carburant à une pression d'à peu près 1600 bars. La présence des ressorts 42 entraîne que les rouleaux 22 restent en contact avec la surface de came, à la fois lorsque la pompe fonctionne à sa capacité de pompage maximale et lorsque de plus faibles quantités de carburant sont pompées. Il est avantageux qu'un tel contact soit maintenu du fait qu'il entraîne que la pompe fonctionne de manière plus uniforme que dans le cas o les rouleaux 22 peuvent quitter la surface de came, par exemple lorsque la pompe ne fonctionne pas à sa capacité maximale. La présence des ressorts 42 constitue également un avantage étant donné que le poids des dispositifs à patin et rouleau 20 est porté, au moins en partie, par les ressorts 42, ainsi, les forces de gravité agissant sur les plongeurs suite au poids des dispositifs à patin et rouleau 20 sont réduites. Bien que la quantité de carburant fournie soit contrôlée par l'étranglement 12 et que le nombre relativement grand d'impulsions donne lieu au fait que la conduite d'alimentation 106 se trouve à une pression relativement constante, il peut y avoir des cas dans lesquels la pression régnant dans la conduite d'alimentation 106 augmente de manière inacceptable. Dans ces circonstances, la soupape de commande 112 est actionnée comme décrit ci-dessus pour purger le carburant depuis la conduite d'alimentation 106, réduisant ainsi la pression jusqu'à ce qu'elle chute dans une plage acceptable. En plus de la soupape de commande 112 servant de soupape de compensation comme décrit ci-dessus, ou en variante, la soupape de commande 112 peut servir de soupape de sûreté agencée pour s'ouvrir lorsque la pression de carburant dans la conduite d'alimentation devient de manière inacceptable élevée, en vue d'empêcher ou de limiter tout endommagement du système d'alimentation en carburant. Comme on le conçoit, le système d'alimentation en carburant peut fonctionner sans étranglement, la pompe de carburant recevant du carburant de manière non régulée et, ainsi, fonctionnant à tout moment à sa capacité maximale. La pression de carburant régnant dans la conduite d'alimentation sort alors de façon régulière de la plage souhaitée, la soupape de commande purgeant ainsi de façon régulière du carburant depuis la conduite d'alimentation. Comme on le conçoit, lorsque cette soupape de commande purge du carburant vers un drain à faible pression, cet agencement est inefficace par rapport à celui décrit ci-dessus. Les injecteurs 108 peuvent être de tout type approprié et ne sont pas décrits ici en détails. Un type particulièrement approprié de soupape est analogue à la soupape de commande décrite ci-dessus, la sortie de la soupape formant une buse ayant une ou plusieurs petites ouvertures agencées pour fournir du carburant à un injecteur d'un moteur associé. En variante, les injecteurs peuvent être du type actionnables par une pression de carburant, l'alimentation en carburant sous haute pression à ces derniers étant contrôlée par une soupape séparée. 1 2 2741672 1 2 REVENDICATIONS 1.- Système d'alimentation de carburant comprenant une pompe à carburant (10) pour fournir du carburant sous haute pression à une conduite d'alimentation (106), une pluralité d'injecteurs (108) connectés à la conduite d'alimentation (106), et des moyens servant à fournir du carburant, via les injecteurs (108), à des cylindres respectifs d'un moteur associé, et une soupape de commande (112) reliée à la conduite d'alimentation (106) et servant à contrôler la pression de carburant dans la conduite d'alimentation (106). 2.- Système d'alimentation de carburant selon la revendication 1, comprenant en outre un ensemble de commande de carburant (12, 18, 20, 24, 26, 34) pour commander l'alimentation en carburant de la pompe à carburant (10). 3.- Système d'alimentation de carburant selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la pompe à carburant (10) est agencée pour fournir un nombre relativement élevé d'impulsions de carburant sous haute pression à la conduite d'alimentation (106), à chaque cycle de fonctionnement de la pompe (10).