Brevet FR2795774A1 — publié le 20010105

"Circuit d'injection comportant une pompe perfectionnée" L'invention concerne un circuit d'injection de carburant. L'invention concerne plus particulièrement un circuit d'injection de carburant pour un moteur d'u n véhicule automobile, du type qui comporte, montés en série d'amont en aval, un réservoir de carburant et une pompe qui alimente en carburant au moins un injecteur électromagnétique, notamment par l'intermédiaire d'une rampe d'injection. On connaît de nombreux exemples de circuits d'injection de carburant. Conventionnellement, il s'agit de circuits dans lesquels circule un carburant liquide tel que du supercarburant ou du gazole. Un tel carburant présente l'avantage de posséder un point d'ébullition généralement situé au dessus de la température ambiante, ce qui permet de réaliser facilement et à moindre frais l'étanchéité des circuits considérés. Par ailleurs les circuits de ce type destinés à l'emploi d'u n carburant visqueux comme le gazole comportent conventionnellement une première pompe basse pression, généralement une pompe à palettes ou à engrenages, qui est appelée "pompe de gavage", et qui alimente une deuxième pompe haute pression, notamment une pompe à pistons, qui est appelée "pompe d'injection" et qui est destinée à alimenter en carburant un des injecteurs électromagnétiques qui sont disposés dans la culasse du moteur du véhicule. Dans de nombreux cas, les première pompe de gavage et deuxième pompe d'injection sont réunies sous la forme d'une pompe double unique qui possède des moyens d'entraînement et de lubrification communs. La lubrification du coulissement des pistons dans leurs chambres, et l'étanchéité de ces chambres est assurée directement par le gazole, tandis que la lubrification des paliers de la première pompe de gavage et de la deuxième pompe est assurée par ma mise sous pression d'huile en provenance d'un circuit d'huile du moteur. Dans le cadre de l'adaptation de tels circuits à l'utilisation de carburants volatils comme le Gaz de Pétrole Liquéfié, communément appelé "GPL", ou comme le Diméthyl Éther, communément appelé "DME", qui possèdent un point d'ébullition bas, de l'ordre de -25'C, se pose le problème de l'étanchéité des circuits et d'une lubrification adaptée. Les carburants très volatils, et par conséquent très fluides, comme le GPL ou le DME, sont stockés sous pression à leur pression de vapeur. Pour garantir leur état liquide en toutes conditions dans les tuyaux, il est nécessaire de surcomprimer le liquide. De ce fait, la première pompe de gavage est immergée dans le réservoir. Pour cette raison, il est connu de n'utiliser en aval du réservoir qu'une pompe d'injection simple à pistons pour alimenter les injecteurs du moteur. Toutefois, cette disposition présente un inconvénient majeur qui est lié au fait que ces carburants ne sont pas à même, de par leur fluidité, d'assurer une lubrification correcte au niveau des pistons de la pompe d'injection. Ainsi, ces carburants sont susceptibles, lors de l'arrêt du moteur comm-e lors de son fonctionnement, de fuir au niveau des pistons de la pompe d'injection et de pénétrer dans le carter d'huile de la pompe d'injection. Il en résulte une pollution par le carburant de l'huile de la pompe d'injection, et indirectement une pollution de l'huile du moteur, ce qui tend à réduire ses capacités de lubrification. De plus, le GPL et le DME sont des carburants à fort coefficient de dilatation qui, lorsqu'ils passent de l'état liquide à l'état gazeux, multiplient leur volume par un facteur proche de 300, et le DME est un carburant plus instable que le GPL. Ainsi, une fuite minime de DME qui se propagerait dans le carter d'huile du moteur du véhicule pourrait risquer de provoquer une explosion qui détériorerait le moteur. Une première solution au problème de la fuite des pistons de la pompe d'injection a déjà été proposée qui consiste à relier le carter de la pompe d'injection à un circuit de récupération qui aspire les vapeurs de carburant et d'huile en suspension dans le carter de pompe. Le circuit de récupération comporte un filtre à charbon actif, aussi appelé "canister", qui sépare l'huile du carburant et alimente un conduit de retour de l'huile décantée vers le carter de la pompe. Toutefois, cette solution présente de nombreux inconvénients. Le carburant piégé dans le canister est renvoyé vers le moteur, dans certaines conditions, via l'admission d'air et un système de dosage, notamment commandé par un moteur pas à pas. Il existe aussi une architecture dont s'inspire la présente invention, dans laquelle le compresseur est un composant à part entière ajouté dans le circuit. Il aspire les vapeurs dans le réservoir "de décantation" dont il maintient la pression inférieure à la pression atmosphérique, et les refoule dans le réservoir de carburant. Le circuit de récupération augmente considérablement le volume occupé dans le compartiment moteur du véhicule par le circuit d'injection de carburant. Cet encombrement le rend impropre à l'implantation dans le compartiment moteur d'un véhicule de tourisme courant, et il le rend seulement utilisable sur des véhicules de grandes dimensions tels que des véhicules utilitaires. Par ailleurs, la lubrification de la pompe d'injection par barbotage étant insuffisante lorsque celle-ci fonctionne avec du DME ou du GPL, il est indispensable d'utiliser une pompe à huile basse pression supplémentaire pour assurer la lubrification des paliers de la pompe d'injection, ce qui augmente encore l'encombrement du circuit de carburant. Enfin, le circuit de récupération n'aspire que les vapeurs d'huile et de carburant qui sont en suspension dans le carter de la pompe d'injection au dessus d'un niveau d'huile du carter de la pompe, mais il ne traite pas l'huile du carter de la pompe d'injection. Or à ce stade, le carburant, qui est (notamment dans le cas du DME) particulièrement miscible avec l'huile, a déjà pollué l'huile du carter de la pompe, et donc indirectement celle du moteur du véhicule. Cette pollution peut avoir des conséquences graves sur le pouvoir lubrifiant de l'huile, et donc provoquer une usure accélérée des paliers du moteur et de la pompe. Pour résoudre ces inconvénients, l'invention propose d'assurer la lubrification de la pompe d'injection indépendam ment de celle du moteur du véhicule et de réunir en un seul et même organe au moins la pompe à huile basse pression et la pompe d'injection à carburant. Dans ce but, l'invention propose un circuit d'injection, notamment de DME, du type précédemment décrit, caractérisé en ce que la pompe comporte des moyens internes de lubrification sous pression qui sont indépendants d'un circuit de lubrification du moteur thermique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la pompe est une pompe double comportant une pompe à huile basse pression, notamment une pompe à palettes ou à engrenages, et une pompe à carburant haute pression, notamment à pistons qui possèdent des moyens communs d'entraînement et des moyens communs de lubrification, - la pompe à huile basse pression aspire de l'huile dans un carter d'huile de la pompe double pour la refouler à travers un circuit d'huile pour lubrifier les paliers des deux pompes, - le circuit d'huile comporte au moins un filtre, - la pompe à carburant haute pression comporte au moins un premier piston destiné à alimenter ledit au moins injecteur en carburant volatil, - la pompe double comporte au moins un conduit qui est agencé au dessus d'un niveau d'huile du carter de la pompe double et qui communique avec un réservoir de décantation indépendant pour recueillir les vapeurs d'huile et de carburant en suspension dans le carter, - le réservoir de décantation communique avec le circuit d'huile par l'intermédiaire d'un conduit de décharge qui est relié à un régulateur de pression interposé en série dans le circuit d'huile et qui débite dans le réservoir de décantation au dessus de son niveau d'huile décantée, - le réservoir de décantation et le carter d'huile de la pompe double sont reliés, en dessous du niveau d'huile décantée du réservoir et en dessous du niveau d'huile du carter de la pompe double, par des conduits ne permettant qu'un sens unique de circulation de l'huile, notamment un conduit d'envoi de l'huile décantée du réservoir de décantation vers le carter de la pompe double et un conduit de retour de l'huile du carter de la pompe double vers le réservoir de décantation, - le réservoir de décantation comporte, au dessus du niveau d'huile décantée, une canalisation de récupération des gaz décantés de carburant qui est reliée à un compresseur pour liquéfier les gaz décantés de carburant, ce compresseur débitant dans le réservoir du véhicule à travers un clapet de décharge, - le compresseur est constitué d'au moins un deuxième piston de la pompe à carburant haute pression, - l'huile de lubrification est une huile fluorée qui n'est pas miscible avec les carburants volatils contenant du diméthyl éther. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un circuit d'injection selon l'invention la figure 2 est un schéma de principe d'une partie d'un circuit d'injection comportant une pompe double selon l'invention et qui est destinée à fonctionner avec du DME ; - la figure 3 est un schéma de principe d'une partie d'un circuit d'injection comportant une pompe double formant compresseur conformément à l'invention et qui est plus particulièrement destinée à fonctionner avec du DME. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté à la figure 1 l'ensemble d'un circuit 10 d'injection réalisé conformément à l'invention. De manière connue, le circuit d'injection 10 de carburant comporte, d'amont en aval, un réservoir 12 de carburant, une électrovanne 20, et une pompe 14 qui alimente en carburant au moins un injecteur électromagnétique 16 par l'intermédiaire d'une rampe d'injection 18. Un conduit 13 d'entrée de carburant relie l'électrovanne 20 à la pompe 14, un conduit 15 de sortie de carburant relie la pompe 14 à la rampe d'injection et un premier conduit 17 de retour de carburant relie la pompe 14 au réservoir 12. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, et de façon non limitative de celle-ci, le circuit d'injection 10 est prévu pour fonctionner avec un carburant volatil tel que du dyméthyl-éther (DME) ou du gaz de pétrole liquéfié (GPL). Du fait de la volatilité de tels carburants, le circuit d'injection 10 ne nécessite pas de pompe de gavage extérieure au réservoir du type de celles que l'on rencontre conventionnellement dans les circuits d'injection utilisant des carburants lourds comme du supercarburant ou du gazole. Le circuit d'injection comporte donc seulement la pompe 14 qui alimente la rampe 18 d'injection. De manière connue, le circuit d'injection 10 comporte, en parallèle avec son conduit 15 de sortie de carburant, une soupape de décharge 22 et une électrovanne de décharge 24 qui sont destinées, lorsque le carburant est en surpression dans la portion du circuit 10 qui est comprise entre la pompe 14 et la rampe d'injection 18, à favoriser le retour d'une partie de celui-ci vers le réservoir 12 par l'intermédiaire d'un deuxième conduit de retour 26. Un conduit 28 de décharge des injecteurs 16 est de surcroît relié au conduit de retour 26, pour permettre notamment une purge des injecteurs 16 lorsque le moteur est arrêté et que le carburant liquide résiduel contenu dans les injecteurs 16 se vaporise spontanément du fait de la baisse de pression du carburant dans les dits injecteurs 16. Enfin, conformément à l'invention, la pompe 14 comporte des moyens internes de lubrification sous pression (non représentés sur la figure 1) qui sont indépendants d'un circuit de lubrification du moteur thermique. Ces moyens internes de lubrification sous pression seront décrits plus explicitement en référence au figures 2 et 3 conjointement à la description de la pompe 14. Le détail de réalisation de cette pompe 14 est maintenant décrit en référence aux figures 2 et 3. Conformément à l'invention, et comme l'illustrent les figures 2 et 3, la pompe d'alimentation 14 est une pompe double qui comporte une pompe à huile 30 basse pression, notamment une pompe à palettes ou à engrenages, et une pompe à carburant 32 haute pression, notamment une pompe à pistons 34. La pompe double 14 comporte des moyens communs d'entraînement de la pompe à huile 30 basse pression et de la pompe à carburant 32 haute pression et des moyens communs de lubrification de ces mêmes pompes 30 et 32. Ainsi, les moyens communs de lubrification de la première pompe 30 à huile basse pression et de la deuxième pompe 32 à carburant haute pression comportent un carter commun 36 qui contient de l'huile de lubrification 38 pour la lubrification des paliers des deux pompes 30 et 32, et qui est relié à un circuit d'huile 44 associé spécifiquement à la pompe double 14. Ce circuit d'huile 44 est indépendant d'un circuit d'huile (non représenté) du moteur du véhicule. Avantageu sement, il ne nécessite ainsi pas d'être vidangé aussi fréquemment que le circuit d'huile du moteur du véhicule, et il peut même être rempli à vie. La pompe 30 à huile basse pression comporte un raccord de sortie 40 et un raccord d'entrée 42. Le raccord de sortie 40 aspire l'huile 38 du carter 36 et la refoule dans le circuit d'huile 44, notamment un circuit d'huile extérieur, pour lubrifier les paliers de la première pompe 30 à huile basse pression et de la deuxième pompe 32 à carburant haute pression comme représenté sur les figures 2 et 3. De manière connue, un filtre 46 est interposé dans le circuit d'huile 44 à la sortie du raccord de sortie 40 de la première pompe basse pression 30 de façon à filtrer les impuretés qui seraient susceptibles d'être contenues dans l'huile 38. La lubrification des paliers de la première pompe 30 et de la deuxième pompe 32 s'effectue par exemple par aspersion d'huile sous pression, le circuit d'huile 44 étant branché sur le corps de la pompe double 14 au niveau d'un raccord d'aspersion 48. De manière connue, la pompe 32 à carburant haute pression comporte au moins un premier piston 34 qui est destiné à alimenter la rampe 18 d'alimentation des injecteurs 16, précédemment décrite en référence à la figure 1, avec le carburant volatil choisi. A cet effet, la chambre correspondante du premier piston 34 comporte une entrée 50 de carburant qui est reliée au conduit 13 d'entrée de carburant précédemment décrit en référence à la figure 1, et une sortie 52 de carburant qui débite le carburant sous pression dans le conduit de sortie 15, précédemment décrit en référence à la figure 1, au travers d'un clapet anti-retour 54. Par ailleurs, pour recycler les gaz de carburant volatil et l'huile qui sont mélangés et en suspension dans le carter 36 d'huile de la pompe double 14, la pompe double 14 comporte un conduit 56 qui est agencé au dessus du niveau de l'huile 38 du carter 36 de la pompe double 14 et qui communique avec un réservoir 58 de décantation indépendant faisant partie du circuit d'huile 44. Le réservoir de décantation 58 permet la décantation de l'huile et du carburant qui se séparent dans le réservoir 58 en gaz G de carburant et en huile 60 sous forme liquide, qui occupe, du fait de la gravité, le fond du réservoir 58. Le conduit 56, qui relie le carter d'huile 36 de la pompe double 14 au réservoir de décantation 58 est agencé au niveau de l'huile 60 de décantation de façon à permettre la décantation des vapeurs d'huile et de carburant sans que ne se produise de dissolution du carburant dans l'huile 60 de décantation, comme ce pourrait être le cas si les gaz d'huile et de carburant mélangés traversaient l'huile 60 liquide du fond du réservoir 58. De plus, dans le cas de l'utilisation d'un carburant contenant du diméthyl éther (DIVIE), l'huile utilisée est de préférence une huile fluorée qui permet avantageusement que le DME ne se dissolve dans l'huile au niveau de son contact intime avec la surface du niveau d'huile décantée 60 du réservoir 58. Par ailleurs, le réservoir de décantation 58 et le carter d'huile 36 de la pompe double 14 sont avantageusement reliés en dessous du niveau de l'huile décantée 60 du réservoir 58 et en dessous du niveau d'huile 38 du carter 36 de la pompe double 14 par des conduits ne permettant chacun qu'un sens unique de circulation de l'huile. Ainsi le circuit d'huile 44 comporte un conduit 61 d'envoi de l'huile 60 décantée du réservoir 58 de décantation vers le carter 36 de la pompe double 14, qui est relié au raccord d'entrée 42 de la pompe double 14, et un conduit 63 de retour de l'huile 38 du carter 36 de la pompe double 14 vers le réservoir 58 de décantation. De la sorte, selon le principe des vases communicants, les deux niveaux de l'huile 38 du carter 36 de la pompe 14 et de l'huile 60 du réservoir 58 sont égaux. La figure 2 illustre un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel la pompe à carburant 32 haute pression est une pompe à deux pistons 34 qui servent tous deux à pomper le carburant. On a donc représenté sur la figure 2 une pompe à carburant haute pression à deux pistons 34 comportant deux entrées 50 de carburant et deux sorties de carburant 52. Les deux sortie 52 de carburant débitent le carburant sous pression dans le conduit de sortie 15, décrit précédemment en référence à la figure 1, au travers de deux clapets anti-retour associés 54. Dans cette configuration, les vapeurs d'huile et de carburant en suspension dans le carter 36 de la pompe 14 sont aspirées par le conduit 56 décanté dans le réservoir 58, puis le carburant gazeux G est recomprimé par l'intermédiaire d'un compresseur 62 indépendant avant d'être réacheminé par le compresseur 62 en phase liquide vers le réservoir 12 au travers d'un clapet de décharge 64 qui est agencé en aval du compresseur 62. Le conduit de retour 17 est relié en aval du clapet de décharge 64 et permet le retour du carburant vers le réservoir 12 précédemment décrit en référence à la figure 1. La figure 3 illustre un second mode de réalisation de l'invention dans lequel les gaz G issus de la décantation des vapeurs d'huile et de carburant sont recomprimés, avant d'être ré-introduits dans le réservoir 12, par l'intermédiaire d'un compresseur, interne à la pompe double 14, qui est constitué de l'un des deux pistons 34 de la pompe 32 à carburant. Dans cette configuration, un seul des deux pistons 34 de la pompe à carburant pompe effectivement le carburant en direction de la rampe d'alimentation 18, tandis que l'autre piston 34 recomprime les gaz de décantation G pour les amener en phase liquide avant leur introduction dans le réservoir d'huile. En sortie de ce piston 34 de recompression, une canalisation 65 de récupération de carburant suivie d'un clapet de décharge 64 analogue à celui décrit précédemment en référence à la figure 2 permet d'éviter des retours de carburant liquide de la pompe 32. Le compresseur formé du piston 34 débite donc le carburant vers le conduit de retour 17 précédemment décrit en référence à la figure 1 au travers du clapet de décharge 64. Avantageusement, dans ce deuxième mode de réalisation, un seul des pistons 34 étant dévolu au pompage du carburant en direction de la rampe 18, on peut notamment envisager de faire tourner la pompe 32 haute pression de carburant à une vitesse double de celle décrite dans le premier mode de réalisation en référence à la figure 2, de façon a garantir un débit optimal de carburant. Par ailleurs, que le compresseur qui permet la recompression des gaz G de décantation soit constitué d'un compresseur indépendant 62 ou d'un des pistons 34 de la pompe double 14, le circuit d'huile 44 est susceptible d'être réalisé suivant deux variantes qui peuvent être associées indifféremment aux deux modes de réalisation du compresseur précédemment décrit aux figures 2 et 3. La figure 3 illustre une première variante de réalisation de l'invention dans lequel le circuit d'huile 44 est un circuit simple, et dans lequel le raccord 40 de sortie d'huile de la pompe à huile basse pression 30 débite directement l'huile au travers du filtre 46 vers le raccord d'aspersion 48. Un tel circuit d'huile 44 permet, en étant réduit à sa plus simple expression, de réduire le coût de fabrication d'une telle pompe double 14. Comme l'illustre la figure 2, le circuit d'huile 44 peut aussi comporter en seconde variante de réalisation de l'invention, un régulateur de pression 66 qui est susceptible en cas de surpression d'huile dans le circuit d'huile 44 de dériver une partie de l'huile pompée 38 vers le réservoir de décantation 58 de façon à maintenir une pression de lubrification constante dans le carter 36 de la pompe double 14. Le régulateur 66 de pression débite dans le réservoir de décantation 58 au dessus de son niveau d'huile 60 décantée par l'intermédiaire d'un conduit 67 de décharge. Le circuit de carburant 10 proposé permet donc de récupérer les gaz G de carburant issus des fuites internes de la pompe haute pression 32, ce qui est un avantage appréciable en termes d'économie de carburant et de protection de l'environnement. REVENDICATIONS 1. Circuit d'injection (10) de carburant pour un moteur d'un véhicule automobile, du type qui comporte, montés en série d'amont en aval, un réservoir (12) de carburant et une pompe (14) qui alimente en carburant au moins un injecteur (16) électromagnétique, notamment par l'intermédiaire d'une rampe (18) d'injection, caractérisé en ce que la pompe (14) comporte des moyens internes de lubrification sous pression qui sont indépendants d'un circuit de lubrification du moteur thermique. 2. Circuit d'injection (10) de carburant selon la revendication précédente caractérisé en ce que la pompe (14) est une pompe double (14) comportant une pompe (30) à huile basse pression, notamment une pompe à palettes ou à engrenages, et une pompe (32) à carburant haute pression, notamment à pistons (34), qui' possèdent des moyens communs d'entraînement et des moyens communs de lubrification. 3. Circuit d'injection (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pompe (30) à huile basse pression aspire de l'huile (38) dans un carter (36) d'huile de la pompe (14) double pour la refouler à travers un circuit d'huile (44) pour lubrifier les paliers des deux pompes (30, 32). 4. Circuit d'injection (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit d'huile (44) comporte au moins un filtre (46). 5. Circuit d'injection (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la pompe (32) à carburant haute pression comporte au moins un premier piston (34) destiné à alimenter ledit au moins injecteur (16) en carburant volatil. 6. Circuit d'injection (10) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la pompe double (14) comporte au moins un conduit (56) qui est agencé au dessus d'un niveau d'huile (38) du carter (36) de la pompe double (14) et qui communique avec un réservoir (58) de décantation indépendant pour recueillir les vapeurs d'huile et de carburant (G) en suspension dans le carter. 7. Circuit d'injection (10) selon la revendication précédente prise en combinaison avec Pu n e des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le réservoir (58) de décantation communique avec le circuit d'huile (44) par l'intermédiaire d'un conduit de décharge (67) qui est relié à un régulateur (66) de pression interposé dans le circuit d'huile et qui débite dans le réservoir de décantation (58) au dessus de son niveau d'huile (60) décantée. 8. Circuit d'injection (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le réservoir (58) de décantation et le carter (36) d'huile de la pompe (14) double sont reliés, en dessous du niveau d'huile décantée (60) du réservoir (58) et en dessous du niveau d'huile (38) du carter (36) de la pompe (14) double, par des conduits (61, 63) ne permettant qu'un sens unique de circulation de l'huile, notamment un conduit d'envoi (61) de l'huile décantée (60) du réservoir (58) de décantation vers le carter (36) de la pompe double (14) et un conduit (63) de retour de l'huile (38) du carter (36) de la pompe double (14) vers le réservoir (58) de décantation. 9. Circuit d'injection (58) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le réservoir (58) de décantation comporte, au dessus du niveau d'huile (60) décantée, une canalisation (65) de récupération des gaz (G) décantés de carburant qui est reliée à un compresseur (62) pour liquéfier les gaz décantés (G) de carburant, ce compresseur (62) débitant dans le réservoir (12) du véhicule à travers un clapet (64) de décharge. 10. Circuit d'injection (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le compresseur est constitué d'au moins un deuxième piston (34) de la pompe (32) à carburant haute pression. 11. Circuit d'injection (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'huile de lubrification (38, 60) est une huile fluorée qui n'est pas miscible avec les carburants volatils contenant du diméthyl éther.