Brevet FR2755472A1 — publié le 19980507

DISPOSITIF D'ALIMENTATION A HAUTE PRESSION DISPOSITIF D'ALIMENTATION A HAUTE PRESSION D'INJECTEURS D'ESSENCE POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE La presente invention concerne une pompe d'alimentation à haute pression d'injecteurs d'essence pour moteurs 3 explosion. Les moteurs à explosion dans lesquels l'essence est introduite dans les cylindres par injection sont connus et d'un usage courant. Cependant, les pompes connues ne délivrent l'essence qu'à une pression assez faible, de sorte que l'on ne peut pas bénéficier de tous les avantages que procure le principe de l'injection dite a haute pression. Dans le brevet 94-07493 déposé le 17 juin 1994, par la demanderesse, on a décri t une pompe a plateaux biais et pistons axiaux susceptibles de fournir un débit d'essence à haute pression vers des injecteurs. Cette pompe présente l'avantage d'être très simple et donc tres bon marché tout en ne grippant pas malgré le fait que l'essence n'a pratiquement aucun pourvoir lubrifiant, en particulier l'essence sans plomb. Des pompes selon ledit brevet 94-07493 ont été mises en service sur des prototypes et ont donné satisfaction en ce sens qu'elles fournissaient, sans grippage, de l'essence sans plomb à une pression de 140 bars. Cependant, il s'est avéré que ces pompes ne pouvaient pas être utilisées pour des véhicules automobiles diffusés en grande série car elles présentent deux inconvénients. Le premier est qu'en cas de panne seche, c'est à dire lorsque l'utilisateur négligeant a oublié de refaire le plein de son réservoir, la pompe tourne à sec ce q u i provoque pratiquement son grippage ; c e q u i transforme la panne seche, qui est en soi un incident bénin, en incident grave. Le deuxieme provient de ce que pour diminuer la pollution engendrée par les moteurs à explosion on introduit dans l'essence des additifs divers, qui ont pour but d'améliorer la combustion ; or, il s'avare que ces additifs de combustion sont extrêmement corrosifs de sorte que les surfaces des pièces en contact glissant sont, assez rapidement, gravement détériorés. Pour éliminer cet inconvénient, on a conçu une pompe double : une première pompe constituée par une pompe hydraulique et une deuxième pompe dont les moyens réalisant l'aspiration et le refoulement du liquide sont actionnés par le déplacement du liquide hydraulique pompé par la première. Cette pompe double a fait l'objet de la demande de brevet 96.07043 déposée le 7 juin 1996, par la demanderesse. Cette pompe supprime les deux inconvénients précités. Une nouvelle difficulté est apparue aujourd'hui. Il faut en effet pour qu'un moteur puisse tourner à plein régime, déterminer la cylindrée de la pompe en fonction des conditions extrêmes d'utilisation du moteur, à savoir . fonctionnement à régime maximum et pleine charge. Cela défini donc un débit maximum de la pompe lequel est fourni en permanence ; de sorte que, en dehors des ces conditions extrêmes d'utilisation, la pompe fournit un débit excédentaire, qu.i est retourné au réservoir. Mais l'essence ainsi ramenée au réservoir se trouve avoir été échauffée par la compression, de sorte que de 1' essence chaude est ramenée en permanence au réservoir. Au fur et à mesure que le réservoir se vide, 1' essence devient de plus en plus chaude et cela au point que le risque d'explosion du réservoir devient considérable. Il s'avare donc nécessaire de moduler le débit de la pompe en fonction des exigences du moteur. Il serait parfaitement possible de réaliser la première pompe sous la forme d'une pompe à débit variable en utilisant un plateau biais à inclinaison variable comme cela est réalisé par les pompes de la série dite "VDP" produites par la demanderesse. Mais une telle pompe serait beaucoup trop onéreuse pour la production automobile en grande sérine. La présente invention a pour objet de résoudre ce dernier problème de façon économique. Le dispositif selon la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comporte une pompe double telle que celle décrite dans la demande de brevet 96.07043, mais dans laquelle chaqu.e piston de la pompe hydraulique est muni de moyens permettant d'annuler en tout ou partie le débit pompé par ledit piston. La présente invention concerne donc un dispositif pour l'alimentation à haute pression d'injecteurs d'essence pour moteurs à combustion interne du type constitué par l'association de deux pompes : d'une part une pompe hydraulique à plateau biais et pistons axiaux ; d'autre part, une deuxieme pompe dont les moyens mobiles réalisant l'aspiration et le refoulement sont animés d'un mouvement alternatif dans un sens puis dans un autre par le déplacement du liquide hydrau.lique refoulé puis réaspiré par la première pompe dans un volume divisé de façon étanche en deux parties par lesdits éléments mobiles ; ce déplacement alternatif provoquant l'aspiration et le refoulement par des clapets anti-retour d'admission et de refoulement situés dans la deuxième partie dudit volume, le refoulement étant realisé à la même pression que la pression hydraulique de la première pompe, caractérisée par le fait que chaque piston de la première pompe est muni d'ouvertures Lr res pouvant être occultés en tout ou en partie par une chemise mobile, toutes les chemises mobiles étant déplacées ensemble par un organe de commande commun asservi aux conditions de fonctionnement du moteur. De préférence, la canalisation de sortie de la deuxieme pompe débouche dans une chambre de grand volume maintenue la pression voulue voulue d'injection et jouant un rôle analogue à celui d'un accumulateur hydraulique de façon à annuler le régime pulsatoîre ainsi obtenu. A titre d'exemple et pour faciliter la compréhension de l'invention on a représente aux dessins annexés Fig.1 une vue en coupe longitudinale de la pompe double selon l'invention les pièces étant dans la position pou.r laquelle le débit est maximum. Fig.2 une vue de la pompe double selon l'invention les pièces étant dans la position pour laquelle le débit est nul. Fig.3 une vue selon A-A de la face du plateau biais des figures 1 et 2. Les figures 1 et 2 illustrent une pompe double analogue à celle objet de la demande de brevet français 96.07043 déposée le 7 juin 1996 par la demanderesse, Elle comporte une pompe double constituée par l'association de deux pompes, comme cela est décrit dans ladite demande de brevet. A savoir d'une part, une pompe hydraulique I qui actionne les éléments de pompage d'une pompe II, La pompe hydraulique I est une pompe à plateaux biais et pistons axiaux ; c'est à dire qu'elle comporte un plateau biais 1 solidaire d'un arbre moteur 2 porté par des roulements 3 placés dans le corps de pompe. Une pluralité de pistons creux 4 parallèles à l'axe de 1 'a r b r e 2 prennent appui contre la face i n c 1 i n é e d u plateau biais 1 et sont ainsi animés d'un mouvement alternatif de v a et vient. Les pistons creux 4 ont une tête sphérique qui repose dans un logement conique pratiqué dans un plot creux 5 qui glisse sur 1 a face avant du plateau biais 1. Sur cette face avant du plateau biais 1 est gravée une lunule 8. Lors de la phase d'aspirations chaque plot 5 passe en glissant au dessus de la lunule, ce qui met en communication l'intérieur des pistons creux 4 et la chambre 9 dans laquelle se débat le plateau biais 1. Cette chambre 9 est en communication par un orifice 9a avec une réserve d'huile qui peut être un réservoir de liquide hydraulique ou l'huile du moteur à combustion. Lors de la phase de refoulement le liquide se trouvant dans les cylindres 12, dans lesquels coulissent les pistons 4, est refoulé par 1 'autre extrémité desdits pistons. Dans les pompes hydrauliques connues de ce type, l'extrémité des cylindres par lesquels le liquide est refoulé est muni d'un clapet anti-retour de façon que, lors du mouvement inverse du piston, le liquide refoulé ne soit pas respiré, Par contre, dans le cas présent les cylindres 12 dans lesquels coulissent les pistons 4 ne comportent pas de clapet anti-retour ; il en résulte que le liquide hydraulique refoulé par chaque piston 4 est ensuite ré-aspire. Chaque piston 4 est soit contretenu par un ressort 7 comme cela est décrit dans la demande de brevet 96.07043 ; soit maintenu en contact contre la face du plateau biais 1 par une collerette 6 prenant appui sur l'arrière des têtes spheriques des pistons 4, cette collerette étant contretenue par un poussoir central 7, poussé par un ressort 7a. Chaque cylindre 12, dans lequel coulisse un piston 4, communique par une canalisation 20 avec un volume 13, ménagé dans le corps de la deuxième pompe II divisé par une membrane souple 2 4 en deux parties 13 a et 13b. La membrane 24 est contretenue par un poussoir 15 soumis à l'action d'un ressort 15a. La partie 13b du volume 13 communique d'une part avec une canalisation d'arrivée d'essence 18 et d'autre part avec une canalisation de refoulement d'essence sous haute pression 19. Sur r la canalisation d'arrivée 18 est disposee un clapet anti-retour 16 qui permet à l'essence d'arriver dans le volume 13b. Sur la canalisation de refoulement sous pression 19 est disposé un clapet anti-retour 17 qui permet à l'essence sous pression de sortir du volume 13b pour aller dans la canalisation 19. Toutes les canalisations 18 sont reliées à une canalisation commune d'entrée 28 en provenance du reservoir d'essence au moyen d'un collecteur 28a. De meme, toutes les canalisations 19 sont relies aux injecteurs par une canalisation commune de sortie 29 au moyen d'un collecteur 29a. Le liquide hydraulique refoulé par les pistons 4 dans les cylindres 12 est refoulé dans les parties 13a des volumes 13. Lors du mouvement retour des pistons 4 le liquide se trouvant en 13a est refoulé dans le cylindre 12 d'oU. il vient. Chaque membrane 24 est donc ainsi animée d'un mouvement alternatif de va et vient. Lors du mouvement "aller", provoque par le refoulement du liquide hydraulique du cylindre 12 dans la partie 13a, l'essence se trouvant dans 13b est refoulé à travers le clapet anti-retour 17 dans la canalisation 29. Lors du mouvement "retour" chaque ressort 15a repousse la membrane correspondante 24 ce qui permet l'introduction d'essence dans la partie 13b du volume 13, à travers le clapet anti-retour 16 en provenance de la canalisation 28. Chaque piston 4 est creux, c'est à dire qu'il est traversé de part en part par une canalisation 30. D'autre part, les pistons 4 sont portés par deux supports 31 et 32 percés d'orifices dans lesquels coulissent lesdits pistons. Les orifices percés dans le support 31 sont désignés par la référence 33, tandis que les orifices percés dans le support 32 constituent les cylindres 12 mentionnés plus haut. Dans ce but, l'épaisseur du support 32 est plus grande que la course maxima des pistons 4. L'espace compris entre les supports 31 et 32 constitue une chambre annulaire 35. Dans cet espace 35 chaque piston 4 est partiellement recouvert par une chemise coulissante 34. Ces chemises coulissantes sont toutes reliées à une bielle de commande 38 de façon à pouvoir coulisser entre deux positions extrêmes, la première étant illustrée à la figure 1, la seconde étant illustrée à la figure 2. Dans la position représentée à la figure 1, lesdites chemises 34 occultent les perçages 36 qui font communiquer la canalisation interne 30 de chaque piston 4 avec la chambre annulaire 35. Dans la position représentée à la figure 2, les chemises 34 découvrent lesdits perçages 36. Le poussoir 7, contretenant la collerette 6 est traversé par une canalisation 37 qui fait communiquer entre elles les deux chambres 9 et 35. Ainsi lorsque, sous l'effet de la bielle de commande 38, les chemises 34 sont dans la position représentée à la figure 2, le liquide hydraulique refoulé par chaque piston 4 reflue par les canalisations 30 et 36 jusque dans la chambre annulaire 35, et, de là, par le perçage 37 dans la chambre 9. Il en résulte que le débit de la pompe hydraulique I est nul, donc que les membranes 24 ne sont animés d'aucun mouvement et n'exercent aucune action de pompage et de refoulement sous pression d'essence vers les injecteurs : le débit d'essence vers les injecteurs est donc également nul. Lorsque, sous l'effet de la commande 38, les chemises 34 sont dans la position représentée à la figure 1, les perçages 36 sont occultés par lesdites chemises et le débit de la pompe hydraulique I est maximum. Il en résulte que le débit d'essence vers les injecteurs est également maximum. Entre ces deux positions extrêmes tous les débits intermédiaires peuvent être obtenus en fonction de la position des chemises 34, position déterminée par la position de la bielle 38 qui est asservie au fonctionnement du moteur par tout dispositif de contrôle approprie. Il en résulte que le débit de sortie de la pompe II est régulé en fonction du débit d'essence qui est nécessaire à l'injection et qu'il n'y a aucune circulation d'essence excédentaire en r e t o u r v e r s le réservoir. Il est à noter toutefois que le débit d'essence ainsi obtenu est un débit pulsé. En effet, si par exempleS les chemises 34 sont en u.ne position telle que seulement 10% du débit maximum de la pompe I soit délivré dans la partie 13a du volume 13, cela signifie que cette pompe I ne fournit aucun débit pendant 90% de la course de chaque piston ou encore qutil n'y a de débit que sur 10% de la course de chaque piston. Cela a pour effet que le débit est un débit puisé. Cet inconvénient n'existerait pas si la pompe I était une pompe dont le débit était régulé par variation de l'inclinaison du plateau biais 1. Il en résulte donc un inconvénient qu'il faut supprimer. Dans ce but, on dispose en aval de la sortie 29 et en amont des injecteurs un dispositif éliminant ces pulsations. Ce dispositif peut avantageusement être constitué de façon analogue à un accumulatelir hydraulique c'est à dire constitué par une capacité ayant un volume important par rapport au débit fourni aux injecteurs et maintenu. sous pression constante, On obtient ainsi un débit d'injection correspondant exactement aux besoins en essence du moteur, sans retour au réservoir, ce débit étant régulier, c'est à dire sans pulsions. REVENDICATIONS 10 Dispositif d'alimentation à haute pression dtinjecteurs d'essfnce pour moteurs à combustion interne du type constitué par l'association de deux pompes : d'une part une pompe hydraulique (I) à plateau biais (1) et pistons axiaux (4) d'autre part une deuxième pompe (Il), dont les moyens mobiles (24), réalisant l'aspiration et le refoulement à haute pression de l'essence à injecter, sont animés d'un mouvement alternatif dans un sens puis dans l'autre par le déplacement du liquide hydraulique refoulé puis réaspire par la premiere pompe (I) dans un volume (13) divisé de façon étanche en deux parties (13a, 13b) par lesdits moyens mobiles (24) ; ce déplacement alternatif des moyens mobiles (24) dans ledit volume (13) en deux parties (13a, 13b) provoquant l'aspiration et le refoulement, par des clapets anti-retour d'admission (16) et de refoulement (17) situés dans la deuxieme partie (13b) du volume (13), le refoulement étant réalisé à la même pression que la pression hydraulique fournie par la première pompe (I) ; caractérisé par le fait que chaque piston (4) de la pompe hydraulique (I) est muni d'ouvertures (36) pouvant être occultés, en tout ou en partie, par une chemise mobile (34), toutes les chemises mobiles (34) étant déplacées ensemble par un organe de commande (38) asservi aux conditions de fonctionnement du moteur. 20 Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les pistons coulissent dans deux supports (31, 32) percés d'orifices (33, 12) > ces deux supports étant séparés l'un de 1 'autre par un espace annulaire, constituant une chambre (35), dans laquelle se déplacent les chemises (34) entre deux positions extrêmes, l'une pour laquelle les orifices (36) n'étant pas masqués par les chemises (34) la totalité du liquide refoulé par chaque piston (4) reflue dans la chambre annulaire (35) par les orifices (36) des pistons le débit de la pompe (I) étant nul ; l'autre pour laquelle tous les orifices (36) etant masqués par les chemises (34) chaque piston (4) refoule dans le volume (13) la totalité du liquide hydraulique aspiré, le débit de la pompe (I) étant alors maximum. 3"- Dispositif selon la revendication 2 dans lequel les chemises (34) peuvent occuper toutes les positions intermédiaires comprises entre les deux positions extrêmes ; de sorte que le débit de la pompe (I) peut être régulé pour toutes les valeurs comprises entre un débit nul et un débit maximum. 4"- Dispositif selon la revendication 3 dans lequel toutes les chemises (34) sont attelées a un organe de commande commun (38) lequel est asservi à tout dispositif de commande approprié pour réguler le débit d'essence à haute pression en fonction des besoins en alimentation du moteur sans que de l'essence à haute pression ne soit retourné au réservoir. 50 Dispositif selon la revendication 4 dans lequel un dispositif amortisseur est disposé an aval de la sortie (29) de la deuxième pompe (II) et en amont des injecteurs pour annuler l'effet de pulsation provoqué par la première pompe (I). 6"- Dispositif selon la revendication 5 dans lequel le dispositif amortisseur est une capacité de volume important par rapport au débit d'essence, maintenu sous la pression d'injection par tout moyen approprié, à la maniere d'un accumulateur hydraulique.