Brevet FR2777605A1 — publié le 19991022

DISPOSITIF D'ALIMENTATION ALTERNEE POUR MOTEURS THERMIQUES. La présente invention a pour objet un dispositif de bicarburation ou d'alimentation alternée en carburants, pour des moteurs thermiques à allumage commandé ou à allumage par compression. Pour des raisons écologiques, on cherche actuellement à utiliser des carburants propres, à faible quantité de rejets polluants. Parmi ceux-ci, on peut citer le GPL-c (gaz de pétrole liquéfiés-carburant). Mais les stations de distribution sont encore en nombre insuffisant et le conducteur peut pallier cet inconvénient par un fonctionnement temporaire à l'essence. C'est pour cette raison que sont apparus des systèmes de bicarburation, le moteur pouvant être alimenté au choix du conducteur en essence ou en GPL-c. Une telle utilisation requiert toutefois, en principe, deux circuits séparés pour éviter un mixage des deux carburants, chacun d'eux comprenant: un réservoir, une pompe d'alimentation par exemple électrique, des canalisations, une rampe d'alimentation, un jeu d'injecteurs, (deux injecteurs étant montés par cylindre) et une centrale électronique de commande de l'injection pour chaque carburant. La présente invention a pour objet de pallier cet inconvénient et elle vise à simplifier au maximum un dispositif d'alimentation alternée en carburant. Selon l'invention, le dispositif d'alimentation, notamment en carburants pour moteurs thermiques, comprenant un jeu d'injecteurs , un injecteur étant monté sur un cylindre, reliés à un réservoir de carburant et une unité électronique de commande d'injection, est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rampe d'injection reliée alternativement à deux réservoirs par l'intermédiaire de vannes commandées par l'unité électronique de commande. Ainsi, on n'utilise qu'un seul injecteur par cylindre à partir d'une seule rampe d'alimentation commune aux deux carburants. ou de deux rampes d'alimentation (une rampe par carburant) avec une seule unité de commande. Selon une autre caractéristique de l'invention, des circuits séparés permettent la circulation continue des deux carburants, chaque réservoir étant équipé d'une pompe de préférence immergée. Le carburant utilisé circule en permanence, mais le second carburant peut également circuler de manière continue en dehors de la rampe unique ou à travers une ou deux rampes, l'une des deux rampes étant alors isolée des injecteurs. Dans un premier mode de réalisation, on n'utilise qu'une seule rampe équipée de quatre injecteurs. le dispositif comprend, en amont et en aval de la rampe deux vannes à trois voies permettant l'entrée ou la sortie du premier carburant, l'alimentation du second carburant étant arrêtée ou entrée-sortie du second carburant le premier n'étant plus alimenté. Chacune des vannes 3 voies peut être remplacée par deux vannes 2 voies permettant respectivement l'entrée et la sortie du premier et second carburant. Dans un second mode de réalisation, le dispositif d'alimentation comporte deux rampes, une pour chaque carburant, ces rampes étant reliées à un injecteur par cylindre. Mais il est encore possible de gérer l'amenée alternée des carburants avec un seul calculateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins qui représentent - La figure 1, une vue schématique de principe d'un dispositif d'alimentation alternée à une seule rampe; - La figure 2, un graphique montrant le passage d'un carburant à l'autre - La figure 3, un schéma d'une alimentation alternée avec des vannes à quatre voies; - La figure 4, un mode de réalisation dans lequel les vannes sont superposées; - La figure 5, un schéma d'alimentation alternée à deux rampes; - Les figure 6, 6a et 6b, des schémas d'alimentation alternée à deux rampes à commande électrique; - La figure 7, une vue d'ensemble d'un dispositif d'alimentation alternée selon l'invention - La figure 8, un autre molltaye des deux rampes. Dans ce qui suit, on désignera un premier carburant, par exemple de l'essence par "carburant A" et un second carburant, par exemple du GPL-c par "carburant 3 l'amenée à une et/ou aux rampes d'injection étant commandée par l'unité électronique de commande de l'injection en fonction d'informations provenant d'un commutateur et de divers capteurs. Sur les figures 1 à 4, on n'utilise qu'une seule rampe 1 sur laquelle sont montés quatre injecteurs I1 à I4, avec un seul injecteur par cylindre. Aux extrémités de la rampe 1 sont montées une vanne amont 2 et une vanne aval 3. Sur la figure 1, le carburant A rentre dans la rampe 1 par la vanne 2 et en sort par la vanne 3. Une rotation de valeur déterminée des deux boisseaux de vannes, par exemple 900, interrompt la circulation du carburant A dans la rampe 1 et établit une circulation du carburant B. La commande desdites vannes par une rotation de 900 de la tige de commande peut être simultanée pour l'entrée et la sortie ou déphasée pour optimiser le moment de passage d'un carburant à l'autre. Ce système a pour avantage la simplicité mais présente l'inconvénient de couper un circuit de carburant alors que le second n'est pas encore alimenté. eia peut entraîner des dysfonctionnements (à-coups au passage d'un carburant à l'autre, retard, percolation). Et il rend possible le mélange temporaire des deux carburants qui se trouvent simultanément dans la rampe lors du passage de l'un à 1 'autre. Pour remédier au premier inconvénient le circuit peut être organisé comme schématisé sur le graphique de la figure 2 qui représente le passage d'un carburant A au carburant B. Pendant un temps T extrêmement bref, le moteur n'est plus alimenté, les entrées et sorties des deux carburants étant fermées. Afin de réduire cette durée, un décalage est organisé entre les deux vannes 2 et 3 de sorte que dans la vanne 2 la coupure de l'alimentation en carburant A soit retardée par rapport à l'entrée de carburant B. On peut également organiser les fermetures et ouvertures des vannes 2 et 3 pour rendre insensible la commutation et minimiser le mélange des carburants (par exemple en laissant pendant un temps très court la sortie de la vanne 3 ouverte après ouverture de la vanne 2 alimentée par le second carburant. La figure 3 est un schéma plus détaillé que celui de la figure 1, sur laquelle on retrouve la rampe unique 1 et deux électrovannes à quatre voies 2 et 3. Ces vannes sont reliées respectivement à un réservoir 4 de carburant A et à un réservoir 5 de carburant B. Dans le réservoir 4, se trouve une pompe immergée 6, une pompe 7 étant prévue dans le réservoir 5. Les vannes à quatre voies permettent une circulation permanente des deux carburants, seul l'un de ceux-ci passant par la rampe 1 en fonction de la position des vannes. Les références 8 et 9 schématisent des limiteurs de pression unidirectionnels ou des orifices d'étranglement. Pendant que le moteur fonctionne avec le carburant A qui se trouve dans le réservoir 4, le carburant traverse la vanne 2 selon le passage C.D. et la vanne 3 selon le passage E.F. alors que le carburant B circule à travers la vanne 2 selon le trajet G.H. et la vanne 3 selon le trajet I.J. sans passer par la rampe 1. Par rotation de 900 des deux vannes à quatre voies, la rampe est alimentée avec le second carburant selon le circuit G.D. dans la vanne 2 et selon le trajet E.J. dans la vanne 3 de sorte que le second carburant parcourt la rampe 1 alors que le carburant A n'alimente plus le moteur et continue à circuler par le circuit CH-IF. Cette disposition permet de laisser en circulation les deux carburants, un seul alimentant le moteur. Comme indiqué précédemment, les ouvertures et fermetures des vannes peuvent être déphasées pour favoriser ia commutation et limiter le mixage des carburants. Les deux vannes 2 et 3 peuvent être montées en amont et en aval comme précédemment. Elles peuvent également être superposées comme représenté sur la figure 4 , ie circuit le trajet HI étant alors intégré à l'ensemble des deux vannes. Dans un souci de simplicité, seul un circuit d'alimentation de la rampe en carburant a été représente sur cette figure. L'ensemble peut être disposé en un endroit quelconque approprié du dispositif d'alimentation. Les deux vannes à quatre voies séparées ou non sont commandées respectivement par un ou deux servomoteurs sous la dépendance de l'unité électronique de commande. La solution à deux vannes quatre voies et un seul servomoteur version simplifiée n'est pas exclusive de solutions permettant une circulation analogue des carburants réalisée avec des vannes multiples. Le deuxième problème, résultant du mélange temporaire des carburants A et B dans les injecteurs, la rampe et, par les conduits jusqu'aux réservoirs peut être résolu par une installation à deux rampes d'alimentation séparées. Bien entendu, ces deux rampes sont connectées aux injecteurs I1 à I4. Une rampe est alors prévue pour chaque carburant contrairement au mode de réalisation précédent. La réalisation à rampes séparees 1,1', illustrez sur la figure 5 comporte quatre vannes deux voies 2,3,2'3', une en amont et une en aval de chaque rampe 1,1'. Des clapets antiretour 10 sont montés dans chaque conduit de liaison entre les rampes et les injecteurs. Mais les vannes à commandes séparées ou regroupées avec double clapets antiretour par injecteur ont pour inconvénient de nécessiter l'arrêt de la pompe correspondant au carburant non utilisé avec les problèmes induits. La figure 6 représente un autre mode de réalisation dans lequel quatre vannes deux voies 2 sont commandées par voie électrique par un servomoteur 22 lui-même commandé par l'unité centrale 11 permettant de réduire au minimum le mixage des carburants dans le corps des injecteurs. Comme cela apparaît sur la figure 6, les vannes 2 sont reliées mécaniquement par une tringle 23. Les figures 6a et 6b sont des coupes horizontales d'une vanne 2 dans une position d'alimentation et carburant A et en carburant B respectivement. Sur la figure 6a, le boisseau 24 met en communication la canalisation venant du réservoir 4 avec l'injecteur correspondant I. Après rotation de 1800 environ, comme représenté sur la figure 6b, l'alimentation de l'injecteur par le carburant A est coupée et l'injecteur est relié au réservoir 5 contenant le carburant B. Ainsi, le servomoteur 22 autorise une commutation rapide de l'ensemble des vannes 2 d'un carburant à l'autre. Dans ce cas, le carburant non utilisé circule ou non en fonction des besoins. La réalisation selon la figure 7 à partir de deux vannes trois voies avec angle de commande de 1800 pour passer d'un carburant à l'autre permet de laisser chaque pompe d'alimentation en fonctionnement permanent et d'assurer ainsi le balayage de chaque rampe 1,1'. On retrouve sur la figure 7 les deux réservoirs 4 et 5 des deux carburants A et B, munis de pompes immergées 6 et 7. Sur cette figure le réservoir de carburant B, par exemple du GPL-c, est de volume supérieur à celui du réservoir 4 qui contient, par exemple de l'essence. A partir de chaque réservoir, un circuit alimente une rampe 1,1', chaque rampe étant reliée au même jeu d'injecteurs I. Dans chaque circuit est montée une vanne trois voies 3,3' qui est commandée par l'unité électronique 11 et qui permet soit de faire passer le carburant considéré par la rampe correspondante ou non. Un circuit 25 permet de relier d'un point de vue électronique les différents composants du système entre eux. L'unité de commande 11 est connectée aux injecteurs I par des liaisons (non représentées), à une série de capteurs 12 qui informe l'unité centrale de l'état du système , et à une série d'actionneurs 13 tels que bobines d'électrovannes, pompes électriques etc. Un commutateur 14 , associé à des jauges, permet de connaître à tout moment l'état de remplissage des réservoirs 4 et 5. L'unité électronique 11 comprend, par ailleurs un microprocesseur et des mémoires gérant les richesses des mélanges carburant-comburant et les courbes d'allumage. Le mode de réalisation de la figure 8 comporte une vanne trois voies motorisée sur le circuit du premier carburant A et une vanne trois voies motorisée sur le circuit du second carburant. Un clapet anti-retour est monté entre chaque injecteur et la rampe du premier carburant et un piston 16 est monté entre chaque injecteur I et la rampe 1' du second carburant. Ce piston, commandé par la différence de pression entre les points 17 (en aval de la pompe) et 18 (entrée du réservoir 5) permet le passage du second carburant B de la rampe 1' à l'injecteur I et, quand il est rappelé par son ressort, joue également le rôle de clapet anti-retour. En fonctionnement avec le premier carburant A, la rampe correspondante est alimentée par la pompe électrique 6 et le retour au réservoir s'effectue par la décharge du régulateur de pression 19. les clapets anti-retour 15 entre rampes essence et les injecteurs I sont ouverts. Les pistons 16 contrôlant l'arrivée du second carburant B ferment l'arrivée de celui-ci sur les injecteurs. Cette fermeture est obtenue en positionnant la vanne 3' à trois voies du circuit du carburant B pour que la pression après pompe électrique 7 soit appiiquée au-dessus et en dessous du piston 16, celuici étant maintenu en position fermée par la charge du ressort. Pour commuter le fonctionnement avec le carburant B, il suitit de commander simultanément les deux vannes trois voies. - la vanne trois voies côté essence met en communication i extrémité de la rampe essence (avant le régulateur de pression 19) avec la pression du réservoir 4. La pression chute dans la rampe essence et les clapets anti-retour entre rampe essence et injecteurs se referment - la vanne 3' à trois voies du circuit de carburant B applique la pression régnant dans le réservoir 5 au dessus des quatre pistons 16 ( dont un seul apparaît sur ia figure). La différence de pression entre les points 17 et iâ du circuit pousse le piston en comprimant le ressort de rappel 20 et ouvre les circuits rampe l'-injecteurs I, en alimentant ceux-ci avec le carburant B. L'exploitation de ces systèmes d'alimentation d'un même injecteur par plusieurs carburants permettant successivement le fonctionnement avec ces carburants peut permettre d'intégrer la fonction antivol. Il suffit donc de commander, à partir du ou des calculateurs électroniques du système d'injection les vannes motorisées pour couper l'alimentation des injecteurs pour chaque carburant. Par ailleurs, les systèmes qui viennent d'être décrits n'utilisant qu'un jeu d'injecteurs pour plusieurs carburants permettent de simplifier la commande électronique des injecteurs en n'utilisant qu'un seul calculateur comportant en mémoire les cartographies richesse-essence (temps d'ouverture des injecteurs en fonctionnement essence) et richesse GPL-c (temps d'ouverture des injecteurs en alimentation GPL-c). Le processeur peut également inclure les deux cartographies d'allumage (lois d'allumage pour l'essence et ie GPL-c) et permettre de simplifier ie circuit d'allumage. Les dispositions précédentes peuvent être étendues à d'autres bi-carburations. Une autre extension permet une carburation avec trois carburants. I1 va de soi que de nombreuses variantes peuvent être apportées, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de i'invention. En particulier, l'invention peut trouver des applications autres que celle des moteurs thermiques sur ie même principe de commutation des vannes en évitant ie mélange des fluides. REVENDTCIONS 10 Dispositif d'alimentation notamment en carburants pour moteurs thermiques à injection, comprenant un jeu d'injecteurs (I), un injecteur étant monté sur un cylindre, reliés à un réservoir de carburant (4,5) et une unité électronique (11) de commande d'injection, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rampe d'injection (1,1') reliée alternativement à deux réservoirs (4,5) par l'intermédiaire de vannes (2,3,2',3'), commandées par l'unité de commande (11). 2 Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits d'alimentation des deux carburants (A,B) sont simultanément ouverts. 30 Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une seule rampe (1) reliée par des vannes (2,3) à deux voies respectivement disposées en aval et en amont de la rampe (1). 4 Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la rampe (1) est reliée alternativement à l'un ou l'autre des réservoirs (4,5) par l'intermédiaire de deux vannes (2,3) à quatre voies. 50 Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce en ce que les deux vannes (2,3) sont superposées et incluent un circuit de liaison intégré. 60 Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux rampes (1,1') reliées chacune à un réservoir (4,5) et toutes les deux à un jeu unique d'injecteurs, par deux séries de vannes (2,2,3,3e). 70 Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce l'unité électronique de commande (11) est connectée à un ensemble de capteurs (12) et agit en fonction de son programme interne sur des actionneurs. 8" Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que, chaque circuit d'alimentation des rampes (1,1') est connecté à un réservoir (4,5) par l'intermédiaire d'une vanne à trois voies (3,3'), les injecteurs étant reliés à un premier circuit par des clapets anti-retour (15) et au second circuit par des pistons (16) chacun de ceux-ci étant armé par un ressort de rappel (20). 9" Dispositif d'alimentation selon la revendication 8, caractérisé en ce que, de part et d'autre du piston est appliquée dans un premier état de la vanne (3') la différence de pressions entre la sortie de pompe (17j et l'entrée du réservoir (18) et, dans un second état de la vanne (3'), la même pression de part et d'autre du piston. 10 Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un servomoteur (22) est relié mécaniquement à des vannes (2) par une tringle (23) pour provoquer la commutation instantanée d'un carburant à un autre.