Brevet FR2765635A1 — publié le 19990108

POMPE D'INJECTION DIRECTE DE COMBUSTIBLE POUR MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE ET SYSTEME D'INJECTION COMPORTANT UNE TELLE POMPE L'invention concerne les pompes destinées à l'injection directe de carburant dans les chambres de combustion d'un moteur à allumage commandé. Contrairement au gazole utilisé dans les moteurs Diesel, les carburants utilisés dans les moteurs à allumage commandé (essence et gaz de pétrole liquifié) ne lubrifient pas les surfaces avec lesquelles ils sont en contact. Les pompes volumétriques à piston comprimant directement le carburant, utilisées à l'heure actuelle, présentent en conséquence des risques de grippage. De plus, on ne peut réguler la pression de ces pompes, dont la cylindrée est fixe, qu'en dissipant de l'énergie dans une voie de retour, ce qui détériore le bilan énergétique, échauffe le carburant et peut provoquer des cavitations. Pour réduire le risque de grippage, on a déjà proposé (FR-A-2 603 347) une pompe comprenant des chambres de compression du carburant délimitées chacune par une membrane séparée par un fluide hydraulique d'un piston actionné par un plateau tournant. La course du piston et le volume de liquide occupant le compartiment délimité par le piston et la membrane est constante, ce qui laisse entièrement subsister le problème du réglage du débit et de la pression d'injection. La présente invention vise à fournir une pompe d'injection à haute pression répondant mieux que celles antérieurement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle autorise une régulation simple du volume injecté à chaque mise en action de la pompe, et cela avec une construction qui élimine pratiquement le risque de grippage. Dans ce but, l'invention propose notamment une pompe d'injection comprenant, dans un boîtier, au moins une chambre d'alimentation d'un circuit d'injection, séparée par une membrane déformable d'un compartiment délimité par un alésage du boîtier et par un piston destiné à être animé d'un mouvement de va et vient en fonctionnement, ladite chambre étant reliée à une alimentation en carburant et au circuit d'injection par des clapets anti-retour, caractérisée par des moyens permettant d'ajuster la pression du liquide qui occupe le compartiment et en conséquence le déplacement effectif de la membrane. On voit que l'invention fait remplir à la chambre intermédiaire occupée par un fluide hydraulique, ayant une action lubrifiante, une action de réglage s'ajoutant à son action anti-grippage. Cette action de réglage peut être progressive ou en tout ou rien. Dans le second cas, il suffit de relier le compartiment à la décharge pour annuler le débit fourni. Dans le premier cas, la progressivité peut être obtenue en réglant la section d'une fuite de retour du fluide hydraulique à la décharge, à l'aide d'une électrovanne à commande analogique ou pas à pas. La présence d'une fuite réduit le déplacement imposé à la membrane par le piston. Plusieurs modules comprenant chacun une chambre, une membrane déformable et un compartment délimité par un piston, peuvent être prévus et affectés chacun à une chambre de combustion du moteur. Toutefois, il est plus avantageux d'utiliser des injecteurs commandés, généralement par voie électromagnétique, ce qui permet d'avoir une source unique d'alimentation en carburant sous pression. Dans ce cas, il est souvent avantageux de disposer, dans un même boîtier, plusieurs ensembles ou modules reliés à une rampe d'injection commune alimentar.- tous les injecteurs, le nombre d'ensembles en service étant choisi en fonction du régime du moteur. En particulier, n'importe lequel des ensembles peut être mis hors service simplement en reliant le compartiment à la décharge. On peut ainsi adapter le fonctionnement de la pompe de façon simple afin de prendre en compte les conditions de charge du moteur, et notamment d'obtenir facilement un mélange pauvre en régime nominal, autorisé par l'injection directe, et un mélange riche lors du démarrage du moteur ou lors de transitoires. Ce réglage par tout ou rien peut être utilisé avec le réglage progressif par ajustement continu de la pression ou substitué à lui. I1 est particulièrement avantageux d'utiliser dans ce cas plusieurs ensembles ayant des compartiments d'alimentation de capacités différentes. Un tel échelonnement permet d'optimiser le rendement global et la régularité du couple d'entraînement mécanique en sélectionnant de façon appropriée les ensembles rendus actifs. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe de la partie hydraulique d'une pompe à un seul ensemble - la figure 2 est une vue en coupe partielle d'une pompe comprenant plusieurs ensembles reliés à une alimentation et à une rampe de distribution commune - la figure 3 est une vue de dessus schématique de la figure 2 - la figure 4 est un schéma d'ensemble d'un système d'injection comportant une pompe du genre montré en figure 1 - la figure 5 montre une répartition possible des cylindrées de plusieurs ensembles appartenant à une même pompe. La pompe montrée schématiquement en figure 1 comporte un boîtier 10 en plusieurs pièces assemblées, délimitant une chambre 12 d'alimentation en carburant sous haute pression. La chambre 12 communique avec l'extérieur par un embout d'admission 14 et un embout de refoulement 16. Des clapets anti-retour sont interposés entre les embouts et la chambre 12. La chambre d'alimentation 12 comporte une paroi mobile constituée par une membrane souple 18, généralement en élastomère. La périphérie de la membrane 18 est pincée entre deux des pièces constitutives du boîtier 10. Sur la membrane 18 s'appuie une coupelle 20 munie d'un rebord destiné à s'appuyer sur un anneau de butée 22 du boîtier. Un ressort de rappel 24 tend à appliquer le rebord de la coupelle contre l'anneau de butée 22, en fixant ainsi la position de repos de la membrane. La membrane 18 sépare la chambre 12 d'un compartiment 26 délimitée par un alésage 28 ménagé dans le boîtier et par un piston 30 qui est animé, lors du fonctionnement de la pompe, d'un mouvement de va et vient provoqué en général par une came rotative 32. Un ressort 33 exerçant une force faible comparée à la force du ressort 24, tend à maintenir le piston 30 en appui contre la came 32. Le compartiment 26 est destiné à recevoir un liquide hydraulique (qui peut être l'huile nu moteur) sous une pression réglable soit progressivement, soit en tout ou rien. Dans le premier cas, on peut modifier progressivement le déplacement effectif de la membrane 18 lors du mouvement de va et vient du piston et donc le débit de la pompe. La pression dans le compartiment 26 peut par exemple être commutée à laide d'une électrovanne à trois voies. Cette vanne peut être prévue pour isoler la chambre 26, la relier à une source de pression ou la relier à une bâche de décharge. Le compartiment 26 est relié, par un clapet antiretour d'admission 34, à une arrivée d'huile moteur 36. Pour obtenir un débit nominal, pour une vitesse de rotation donnée de la came 32, il suffit de laisser la pression dans le compartiment 26 s'établir librement. La coupelle 20 vient en butée contre l'anneau 22 lorsque le piston recule. Lorsque le piston avance, la membrane 18 se déplace, les pressions sur ses deux faces restant équilibrées. Dans un mode avantageux de réalisation, la pompe comporte plusieurs ensembles ayant chacun une chambre d'alimentation 12 et un compartiment 26. Dans le cas de la figure 2, où les organes déjà représentés en figure 1 portent le même numéro de référence, les chambres 12 sont disposées côte-à-côte et les coupelles 20 se déplacent dans le sens vertical de la figure. Les pistons 30 se déplacent au contraire dans des alésages disposés radialement et sont commandés par une même came 32 ou plateau. Dans une variante, les pistons se déplacent parallèlement les uns aux autres dans une même direction axiale. Les liaisons entre les chambres 12 peuvent être celles montrées en figure 3 lorsque la pompe comporte trois ensembles régulièrement répartis autour de l'axe du boîtier 10. L'embout d'admission 14 est relié, par des clapets antiretour respectifs, aux chambres par deux perçages 40 du boîtier disposés en V. L'embout de refoulement 16 est relié, par des perçages mutuellement orthogonaux 42, à des chambrages 43 placés à la sortie des chambres 12. Pour être réalisables, les perçages débouchent à la périphérie du boîtier par des prolongements non représentés, obturés par des bouchons. La figure 4 montre, à titre dzexemple, un système d'injection utilisant une pompe du genre montré en figure 1. L'embout de refoulement 16 est relié à une rampe de distribution 44 munie d'une soupape 46 de sécurité contre les surpressions et d'un accumulateur 48. La rampe de distribution alimente les injecteurs 50 dont l'ouverture en séquence est provoquée par un générateur d'impulsion électrique 52 commandé par un calculateur 54, dans lequel est chargé un logiciel fixant la stratégie de pilotage des injecteurs et de la pompe. Le calculateur 54 peut avoir une constitution générale classique. I1 reçoit des signaux représentatifs des paramètres de fonctionnement du moteur (position du papillon d'air, position angulaire du volant du moteur, composition des gaz d'échappement, etc.) ainsi que le signal de sortie d'un capteur 55 de la pression qui règne dans la rampe de distribution 44. Le calculateur déduit, de ces données, le débit à fournir par la pompe et commande l'électrovanne 56 en conséquence. Le pilotage de l'électrovanne 56 par le calculateur 54 de gestion peut s'effectuer à fréquence beaucoup plus faible que la fréquence de mise en action de la pompe. Du fait que le débit est commandé par réglage du déplacement effectif de la membrane, donc du volume refoulé pour un va et vient du piston, il n'y a pas de perte de charge comparable à celle provoquée par un laminage du carburant sur un trajet de retour vers le réservoir. En général, la pompe comportera plusieurs ensembles, c'est-à-dire aura une constitution du genre montré en figures 2 et 3. Chaque ensemble sera muni de sa propre électrovanne 56 ou de son propre distributeur, et pourra être commandée en tout ou rien. Les ensembles ont avantageusement des compartiments 28 et des chambres 12 différentes. Les pistons des différents ensembles peuvent avoir des diamètres différents et notamment des surfaces variant en progression géométrique. Une différence entre les surfaces de membrane fournit des débits différents pour une même vitesse de rotation de la came et pour la même course du piston. On peut ainsi réaliser une loi de variation du débit progressive, surtout en échelonnant les surfaces suivant une progression géométrique. Si on donne par exemple aux cylindrées de trois ensembles les valeurs V, 2V et 3V illustrées en tirets sur la figure 5, on peut obtenir un échelonnement des débits allant, par cycle, de V jusqu'à 6V. D'autres répartitions de cylindrées sont possibles. Avec par exemple des volumes individuels V, 2V et 8V, on peut arriver à une variation de volume allant de 1V à 11V, avec simplement une discontinuité entre 3V et 8V, souvent acceptable. REVENDICATIONS 1. Pompe d'injection comprenant, dans un boîtier (10) au moins une chambre (12) d'alimentation d'un circuit d'injection, séparée par une membrane déformable (18) d'un compartiment (26) délimité par un alésage (28) du boîtier et par un piston (30) animé d'un mouvement de va et vient, ladite chambre (12) étant reliée à une alimentation en caburant et au circuit d'injection par des clapets antiretour respectifs, caractérisée par des moyens permettant d'ajuster en permanence la pression du liquide qui occupe le compartiment (26). 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le compartiment est relié à une admission de fluide hydraulique par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (34) et à une électrovanne (56) d'isolement du compartiment et de décharge. 3. Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre (12) contient une coupelle (20) repoussée par un ressort (24) vers la membrane, munie de moyens limitant les déplacements qu'elle impose à la membrane. 4. Pompe selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs ensembles ayant chacun une chambre d'alimentation (12) et un compartiment (26), les pistons délimitant les différents compartiments étant actionnés par une même came (32). 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que les pistons (30) des différents ensembles ont des diamètres différents. 6. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que les pistons ont des surfaces variant en progression géométrique. 7. Système d'injection de combustible pour moteur à allumage commandé, comprenant une pompe selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée par des moyens pour commander indépendamment les pressions dans les différents compartiments. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent une électrovanne (36) par compartiment.