Brevet FR2787519A1 — publié le 20000623

L'invention concerne un dispositif d'injection, notamment pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant une pompe d'alimentation, servant à mettre en circulation le liquide à injecter provenant d'un réservoir, une pompe à haute pression, reliée du côté entrée à la pompe d'alimentation et servant à l'injection, au moyen d'au moins un injecteur, du liquide mis en circulation par la pompe d'alimentation, et un premier organe de purge disposé entre la pompe d'alimentation et la pompe à haute pression et servant à purger la zone à basse pression située entre la pompe d'alimentation et la pompe à haute pression. L'invention concerne également un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif d'injection. Dans les dispositifs connus d'injection de moteurs Diesel, il est par exemple possible que, lorsque le réservoir de carburant est complètement vide, de l'air parvienne dans le dispositif d'injection, ce qui exige qu'une purge du dispositif d'injection soit ensuite effectuée. Ainsi, dans le cas de ce qu'il est convenu d'appeler un dispositif d'injection à rampe commune comportant une pompe à haute pression et une pompe d'alimentation montée en amont, l'air situé dans le dispositif d'injection peut avoir pour effet que la pression nécessaire au démarrage du moteur ne s'établisse pas ou ne s'établisse qu'avec un certain retard. C'est pourquoi, dans les dispositifs connus d'injection à rampe commune, des valves de purge sont disposées dans la zone à basse pression située entre la pompe d'alimentation et la pompe à haute pression, afin de purger la zone à basse pression et d'empêcher ainsi l'entrée d'air dans les chambres de refoulement de la pompe à haute pression. Une situation problématique se présentant dans le cas de ce type de purge réside dans le fait que, dans la zone à basse pression, les valves de purge, qui remplissent en même temps la fonction de valve de balayage, ne s'ouvrent qu'à une pression qui est supérieure à la pression d'ouverture des soupapes d'admission de la pompe à haute pression. De ce fait, d'une part, lors du démarrage, tout le débit de refoulement de la pompe d'alimentation est mis à la disposition de la pompe à haute pression, sans que du carburant ne s'échappe par la valve de purge (valve de balayage), ce qui entraînerait une perte de pression. D'autre part, dans le cas de ce type de purge, lorsqu'une zone à basse pression est totalement remplie d'air, l'établissement d'une pression n'est pas possible ou ne l'est qu'avec un certain retard, étant donné que la pompe d'alimentation ne peut comprimer que difficilement l'air, contenu dans la zone à basse pression, jusqu'à la pression d'ouverture de la valve de purge. C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir un dispositif d'injection, du type générique défini en introduction, qui présente une purge améliorée de la zone à basse pression. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'injection, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que, du côté sortie, le premier organe de purge débouche dans une zone présentant une pression plus faible que celle régnant dans la zone à basse pression et purge la zone à basse pression à une pression qui est inférieure à la pression nécessaire au fonctionnement de la pompe à haute pression. Dans le même but, l'invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un dispositif d'injection, du type générique défini en introduction, comportant les opérations suivantes consistant à ouvrir une vanne de commande disposée entre la pompe d'alimentation et la pompe à haute pression, à mettre en marche la pompe d'alimentation et la pompe à haute pression, à mesurer la pression d'injection produite par la pompe à haute pression, à comparer la pression d'injection mesurée à une valeur de seuil préfixée et à fermer la vanne de commande pendant une durée préfixée lors d'un franchissement de la valeur de seuil vers le bas. I it 1 l F L'invention se base sur l'enseignement technique général consistant à disposer, dans la zone à basse pression du dispositif d'injection située entre la pompe d'alimentation et la pompe à haute pression, au moins un organe de purge qui purge déjà la zone à basse pression à une pression qui est inférieure à la pression nécessaire au fonctionnement de la pompe à haute pression. Cette réponse de l'organe de purge qui a lieu très tôt est importante dans le cas d'une assez faible pression, étant donné que, sinon, pour une zone à basse pression complètement remplie d'air, la pompe d'alimentation n'est pas en mesure d'établir la pression minimale nécessaire pour que l'organe de purge réponde. Ici et par la suite, le terme organe de purge doit être compris d'une manière générale et englobe, entre autres, des étranglements (ou orifices calibrés) et des valves de purge qui sont par exemple soumises à l'action d'un ressort et ne s'ouvrent qu'à une pression minimale préfixée. En outre, le terme organe de purge ne doit pas être limité à des organes de purge à fonctionnement automatique qui purgent automatiquement la zone à basse pression lorsqu'une pression minimale préfixée est franchie vers le haut. Au contraire, il est également possible de commander d'une manière active l'organe de purge en fonction de grandeurs de mesure déterminées, afin d'adapter le déroulement de la purge à la situation de fonctionnement de l'agencement de purge, la pression actuelle dans la zone à basse pression ou, dans le cas de dispositifs d'injection à rampe commune, ce qu'il est convenu d'appeler la pression de rampe (pression d'injection) étant par exemple envisageable en tant que grandeur de mesure. Suivant une variante de l'invention, il est prévu, disposée entre la pompe d'alimentation et la pompe à haute pression, une vanne de commande qui commande le débit volumique en provenance de la pompe d'alimentation à destination de la pompe à haute pression, l'organe de purge étant disposé entre la pompe d'alimentation et la , 11 vanne de commande et débouchant, du côté sortie, dans le retour de la pompe à haute pression, de sorte que de l'air présent situé dans le dispositif d'injection est refoulé par la pompe d'alimentation dans le retour de la pompe à haute pression. Suivant une autre variante de la présente invention, un organe de purge est disposé entre la vanne de commande et la pompe à haute pression, l'organe de purge débouchant, du côté sortie, à l'endroit du côté d'admission de la pompe d'alimentation. Cet agencement de l'organe de purge offre l'avantage que même de l'air situé entre la valve de commande et la pompe à haute pression est purgé hors du dispositif d'injection. Suivant une autre variante de l'invention, des dispositions sont en outre prises pour permettre le démarrage même dans le cas d'un circuit à basse pression complètement rempli d'air. Dans ce cas en effet, en combinaison avec l'agencement de purge décrit précédemment, la pompe d'alimentation travaille en court- circuit, étant donné que ce sont des conditions de pression pratiquement identiques qui règnent du côté admission et du côté de refoulement de la pompe d'alimentation et que la vanne de commande est complètement ouverte pour le remplissage nécessaire de la pompe à haute pression. Par conséquent, dans le cas du dispositif de purge précédemment décrit, lorsque la zone à basse pression est complètement remplie d'air, l'établissement de la pression nécessaire pour le démarrage n'est pas possible ou ne l'est qu'avec un certain retard. C'est pourquoi, dans cette variante de l'invention, il est prévu, lors du démarrage et pendant une durée préfixée, de fermer la vanne de commande située entre la pompe d'alimentation et la pompe à haute pression, afin de produire la pression nécessaire pour l'expulsion de l'air en le faisant sortir par l'organe de purge. En cas de nécessité, la fermeture temporaire de la vanne de commande peut être répétée plusieurs fois jusqu'à ce que le démarrage soit possible. y li i Enfin, suivant une variante de l'invention, une pompe supplémentaire est prévue afin d'assister la pompe d'alimentation, la pompe supplémentaire étant à entraînement électrique dans la forme préférée de mise en oeuvre de l'invention. De préférence, la pression de sortie de la pompe supplémentaire est supérieure à la pression d'ouverture des soupapes d'admission de la pompe à haute pression. Le dispositif d'injection conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - le premier organe de purge et/ou le second organe de purge sont réalisés sous forme d'étranglements, le ou les étranglements étant agencés d'une manière telle que le débit de liquide traversant l'étranglement, est beaucoup plus faible que le débit de refoulement de la pompe d'alimentation, - il comprend un capteur de pression, relié, du côté entrée, à la pompe à haute pression et servant à mesurer la pression d'injection produite par la pompe à haute pression, et par une unité de commande reliée, du côté entrée, au capteur de pression et fermant temporairement la vanne de commande située dans la zone à basse pression dans le cas d'une pression d'injection trop basse, afin de permettre une purge même dans le cas d'une zone à basse pression complètement remplie d'air, - en amont de la pompe d'alimentation, il est prévu, pour l'assister, une pompe supplémentaire reliée, du côté entrée, au réservoir, - le second organe de purge est monté en série avec une valve antiretour, afin d'empêcher que la pompe supplémentaire ne refoule du carburant vers la pompe à haute pression en le faisant passer par le second organe de purge. Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter la particularité suivante: 1 I: - la vanne de commande est fermée et ouverte d'une manière répétée jusqu'à ce que la pression d'injection franchisse vers le haut la valeur de seuil préfixée. Il ressort de l'exposé qui précède que le principe de purge conforme à l'invention se prête d'une manière particulièrement avantageuse à une utilisation dans des dispositifs d'injection de moteurs à combustion interne, ce qu'il est convenu d'appeler des dispositifs d'injection à rampe commune devant notamment être cités en tant que domaine préféré d'utilisation. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à de telles applications, mais est utilisable dans toutes les situations dans lesquelles un liquide est injecté sous une pression élevée. D'autres développements avantageux de l'invention sont exposés ci- après en détail en liaison avec la description du mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, faite en regard des figures. On voit: à la figure 1, un dispositif d'injection conforme à l'invention comportant un étranglement servant à la purge de la zone à basse pression, l'étranglement étant disposé entre la pompe d'alimentation et la vanne de commande, à la figure 2, un dispositif d'injection conforme à la figure 1 comportant un étranglement supplémentaire pour la purge de la zone à basse pression, disposé entre la vanne de commande et la pompe à haute pression, à la figure 3, un dispositif d'injection conforme à la figure 2 comportant une pompe supplémentaire servant à assister la pompe d'alimentation et, à la figure 4, sous forme d'un organigramme, le processus de fonctionnement des dispositifs d'injection représentés aux figures 2 et 3. Le dispositif d'injection représenté à la figure 1 sert à injecter un carburant Diesel dans les chambres de combustion d'un moteur Diesel à quatre cylindres. Ce carburant Diesel est d'abord pompé dans un réservoir de carburant 3 par une pompe d'alimentation 1, en traversant un filtre de carburant 2, la pompe d'alimentation 1 étant 1 - ri - entraînée mécaniquement par le moteur par l'intermédiaire d'un arbre 4. Il est prévu, disposé en parallèle à la pompe d'alimentation 1, un régulateur de pression préalable 5, à fonctionnement automatique, qui maintient constante la pression de sortie de la pompe d'alimentation 1, du carburant étant renvoyé automatiquement vers le côté d'admission de la pompe d'alimentation 1 lorsqu'une valeur de consigne préfixée est franchie vers le haut. Ensuite, le carburant est envoyé, en passant par une vanne de commande 6, à une pompe à haute pression 7 qui produit la pression d'injection élevée nécessaire et est reliée du côté sortie à quatre injecteurs 8.1 à 8.4, afin d'injecter le carburant dans les chambres de combustion. Il est prévu, disposé en aval de la pompe à haute pression 7, un régulateur de haute pression 9 qui est commandé par une unité de commande électronique 10 et règle une pression d'injection préfixée, du carburant étant renvoyé dans le retour de la pompe à haute pression 7 et retournant dans le réservoir de carburant 3 lorsque la pression d'injection voulue est franchie vers le haut. Par ailleurs, les quatre injecteurs 8.1 à 8.4 sont reliés à une conduite de fuite commune qui permet un retour du débit de fluide de carburant dans le réservoir de carburant 3. Une valve de balayage 11 est en outre disposée entre la pompe d'alimentation 1 et la vanne de commande 6, cette valve de balayage 11 permettant le balayage de la pompe à haute pression 7 au moyen de carburant. Toutefois, la valve de balayage 11 ne s'ouvre qu'à une pression qui est supérieure à la pression d'ouverture des soupapes d'admission de la pompe à haute pression 7, de sorte que, lorsque la zone à basse pression est complètement remplie d'air, la valve de balayage 11 n'est pas en mesure de purger cette zone à basse pression. Conformément à l'invention, dans le présent exemple de réalisation, le dispositif d'injection comprend un étranglement 12 qui est disposé entre la pompe 1 I Er d'alimentation 1 et la vanne de commande 6 et, du côté sortie, débouche dans le retour de la pompe à haute pression 7. De ce fait, de l'air présent situé dans le dispositif d'injection est refoulé par la pompe d'alimentation 1 dans le retour de la pompe à haute pression 7, de sorte que, dans le cas de faibles quantités d'air dans la zone à basse pression, une purge est obtenue. L'étranglement 12 est agencé d'une manière telle que le débit de refoulement de la pompe d'alimentation 1 est beaucoup plus grand que le débit de carburant passant par l'étranglement 12. Cette condition est importante, étant donné que, dans le cas contraire, lorsque la zone à basse pression est complètement purgée, l'étranglement 12 provoquerait une perte de charge dans la zone à basse pression. La figure 2 représente un autre exemple de réalisation d'un dispositif d'injection conforme à l'invention qui correspond dans une large mesure au dispositif d'injection décrit précédemment et représenté à la figure 1, de sorte qu'à la figure 2, les mêmes repères sont utilisés pour les éléments constitutifs ou groupes structurels se correspondant et qu'on se réfère à cet égard à la description qui précède. En supplément aux particularités représentées à la figure 1, ce dispositif d'injection comprend un autre étranglement 13 pour la purge de la zone à basse pression, cet étranglement 13 étant disposé entre la vanne de commande 6 et la pompe à haute pression 7 et débouchant, du côté sortie, à l'endroit du côté d'admission de la pompe d'alimentation 1. Cet étranglement 13 est, lui aussi, agencé d'une manière telle que le débit de refoulement de la pompe d'alimentation 1 est beaucoup plus grand que le débit de carburant passant par l'étranglement 13, afin que cet étranglement 13 ne provoque pas de perte de charge dans la zone à basse pression. Un avantage de cette présence de l'étranglement 13 réside dans le fait que même de l'air situé dans la zone comprise entre la vanne de commande 6 et la pompe à haute pression 7 peut être J I1Ir évacué. En ce qui concerne le processus de fonctionnement de ce dispositif d'injection, on se reportera à l'organigramme représenté à la figure 4 et à la description associée. La figure 3 représente enfin un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention qui correspond pour l'essentiel au dispositif d'injection représenté à la figure 2 et fonctionne également d'une manière correspondant au processus de fonctionnement représenté à la figure 4. Par ailleurs, ce dispositif d'injection comprend une pompe supplémentaire 15 qui est entraînée par un moteur électrique 16 et est montée en amont de la pompe d'alimentation 1 en vue de l'assister, la pression de sortie de la pompe supplémentaire 15 étant suffisamment élevée pour dépasser la pression d'ouverture des soupapes d'admission de la pompe. L'étranglement 13 est monté en série avec une valve antiretour 17, afin d'empêcher qu'en régime de coupure d'alimentation du véhicule automobile, c'est-à-dire avec la vanne de commande 6 fermée et donc en l'absence d'injection de carburant, la pompe supplémentaire 15 ne refoule du carburant vers la pompe à haute pression 7 en le faisant passer par l'étranglement 13, en dérivation par rapport à la vanne de commande 6. La figure 4 représente enfin, sous forme d'organigramme, un processus, conforme à l'invention, de fonctionnement des dispositifs d'injection représentés aux figures respectivement 2 et 3, ce processus favorisant d'une manière supplémentaire la purge de la zone à basse pression au moyen d'une opération particulière de commande de la vanne de commande 6. Dans le cas du dispositif d'injection représenté à la figure 1, le problème se pose que, lorsque la zone à basse pression est complètement remplie d'air, par exemple une fois que le réservoir de carburant 3 est vide, le démarrage ne soit pas possible ou ne le soit que difficilement. En effet, dans ce cas, la même pression règne du côté admission et du côté refoulement de la A 1 il L pompe d'alimentation 1, de sorte que cette pompe travaille en court-circuit, étant donné que la vanne de commande 6 est complètement ouverte par l'unité de commande 10, afin d'assurer le remplissage nécessaire de la partie à haute pression. Au début, on actionne le démarreur du moteur Diesel, si bien que la pompe d'alimentation 1 et la pompe à haute pression 7 sont entraînées par l'arbre 4. En outre, la vanne de commande 6 est complètement ouverte par l'unité de commande 10, afin de fournir la quantité nécessaire de carburant aux injecteurs 8.1 à 8.4. La vanne de régulation de pression préalable 5 et la vanne de régulation de haute pression 9 sont d'abord fermées, étant donné que, pour chacune, la pression est inférieure à la valeur de consigne préfixée respective. L'unité de commande 10 mesure alors, au moyen du capteur de pression 14, la pression d'injection appliquée sur les injecteurs 8.1 à 8.4 et compare celle-ci à une valeur de seuil préfixée Pso.*. Si la valeur de seuil est dépassée, le démarrage du moteur a alors lieu d'une manière classique. Si, en revanche, la pression d'injection mesurée ne s'élève pas, dans les limites d'une durée préfixée, jusqu'à la valeur de seuil préfixée Psol,. cela doit être attribué d'une manière qui est habituelle au fait que la zone à basse pression est remplie d'air dans une large mesure. Pour favoriser la purge, la vanne de commande 6 est alors fermée par l'unité de commande 10 pendant une durée préfixée, à la suite de quoi la pression d'injection est de nouveau mesurée par le capteur de pression 14. Ce cycle de fermeture de la vanne de commande 6 et de mesure de la pression d'injection est alors répété jusqu'à ce que cette pression d'injection dépasse la valeur de seuil préfixée. L'invention ne se limite pas dans sa réalisation aux exemples de réalisation préférés indiqués précédemment. Au contraire, il est possible d'imaginer un certain nombre de variantes qui utilisent la solution 7 1lr F représentée, même avec des réalisations d'une conception qui diffèrent dans le principe. -o sil REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection, notamment pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant une pompe d'alimentation (1), servant à mettre en circulation le liquide à injecter provenant d'un réservoir (3), une pompe à haute pression (7), reliée du côté entrée à la pompe d'alimentation (1) et servant à l'injection, au moyen d'au moins un injecteur (8.1 à 8.4), du liquide mis en circulation par la pompe d'alimentation (1), et un premier organe de purge (12) disposé entre la pompe d'alimentation (1) et la pompe à haute pression (7) et servant à purger la zone à basse pression située entre la pompe d'alimentation (1) et la pompe à haute pression (7), caractérisé en ce que, du côté sortie, le premier organe de purge (12) débouche dans une zone présentant une pression plus faible que celle régnant dans la zone à basse pression et purge la zone à basse pression à une pression qui est inférieure à la pression nécessaire au fonctionnement de la pompe à haute pression (7). 2. Dispositif d'injection suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une vanne de commande (6) est disposée entre la pompe d'alimentation (1) et la pompe à haute pression (7), afin de commander le débit de liquide en provenance de la pompe d'alimentation (1) à destination de la pompe à haute pression (7), le premier organe de purge (12) étant disposé, du côté entrée, entre la pompe d'alimentation (1) et la vanne de commande (6) et débouchant, du côté sortie, dans le retour de la pompe à haute pression (7). 3. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une vanne de commande (6) est disposée entre la pompe d'alimentation (1) et la pompe à haute pression (7), afin de commander le débit de liquide en provenance de la pompe d'alimentation (1) à destination de la pompe à 7i 1 TUr r haute pression (7), tandis qu'il est prévu, disposé entre la vanne de commande (6) et la pompe à haute pression (7), un second organe de purge (13) qui débouche, du côté sortie, à l'endroit du côté d'admission de la pompe d'alimentation (1). 4. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier organe de purge (12) et/ou le second organe de purge (13) sont réalisés sous forme d'étranglements, le ou les étranglements (12, 13) étant agencés d'une manière telle que le débit de liquide traversant l'étranglement (12, 13) est beaucoup plus faible que le débit de refoulement de la pompe d'alimentation (1). 5. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par un capteur de pression (14), relié, du côté entrée, à la pompe à haute pression (7) et servant à mesurer la pression d'injection produite par la pompe à haute pression (7), et par une unité de commande (10) reliée, du côté entrée, au capteur de pression (14) et fermant temporairement la vanne de commande (6) située dans la zone à basse pression dans le cas d'une pression d'injection trop basse, afin de permettre une purge même dans le cas d'une zone à basse pression complètement remplie d'air. 6. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'en amont de la pompe d'alimentation (1), il est prévu, pour l'assister, une pompe supplémentaire (15) reliée, du côté entrée, au réservoir (3). 7. Dispositif d'injection suivant la revendication 6 lorsqu'elle dépend de la revendication 3, caractérisé en ce que le second organe de purge (13) est monté en série avec une valve antiretour (17), afin d'empêcher que la pompe supplémentaire (15) ne refoule du carburant vers la pompe à haute pression (7) en le faisant passer par le second organe de purge (13). 8. Procédé de mise en oeuvre d'un dispositif d'injection suivant l'une des revendications 5 à 7, a1n rUL caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes consistant: - à ouvrir une vanne de commande (6) disposée entre la pompe d'alimentation (1) et la pompe à haute pression (7), - à mettre en marche la pompe d'alimentation (1) et la pompe à haute pression (7), - à mesurer la pression d'injection produite par la pompe à haute pression (7), - à comparer la pression d'injection mesurée à une valeur de seuil préfixée et - à fermer la vanne de commande (6) pendant une durée préfixée lors d'un franchissement de la valeur de seuil vers le bas. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la vanne de commande (6) est fermée et ouverte d'une manière répétée jusqu'à ce que la pression d'injection franchisse vers le haut la valeur de seuil préfixée.