Brevet FR2821123A1 — publié le 20020823

brusquement l' instant d'ouverture dudit injecteur (1). 28211 23 Etat de la technique L'invention concerne une pompe à carDurant à haute pres- sion pour un moteur à combustion interne comprenant une pompe à pis- ton, une conduite d'alimentation de carburant, une conduite haute s pression, la pompe à pistons débitant du carburant d'une conduite d'alimentation dans la conduite haute pression, avec une soupape de commande de débit qui commande une dérivation de la pompe à pistons, ainsi qu'un accumulateur à membrane. Dans cette pompe de carburant à haute pression utilisée o par exemple dans des installations d'injection à rampe commune, la sou- pape de commande de dosage assure le réglage du débit de la pompe à pistons. Dès que la pompe à carburant a débité suffisamment de carbu- rant dans la conduite haute pression, la soupape de dosage de débit s'ouvre et établit la liaison hydraulique entre la conduite haute pression et la conduite de carburant. En conséquence, la pompe à pistons ne déhite plus dans la conduite haute pression, mais dans l'alimentation. Cette ré- gulation de la pompe à pistons améliore le rendement de la pompe à haute pression, car la pompe à pistons reçoit beaucoup moins de travail lors- qu'elle fonctionne uniquement par rapport à la faible pression régnant dans la conduite d'alimentation en carburant. Par l'ouverture de la soupape de dosage, la dérivation et la conduite d'alimentation en carburant reçoivent brutalement une montée en pression conduisant à des sollicitations mécaniques considérables de l'installation d'indection. Pour absorber au moins en partie ces pointes de :5 pression, il est prévu un accumulateur à membrane dans la conduite d'alimentation en carburant. Pendant la course d'aspiration de la pompe à pistons, il rè- gne une très faible pression dans la conduite d'alimentation en carburant, ce qui entrane le risque de formations de bulles de vapeur et le risque de so cavitations. La pression est faible dans la conduite d'alimentation en car- burant, car la quantité de carburant aspirée par la pompe à pistons est supérieure à la quantité de carburant qui arrive dans la conduite d'alimentation. Dans cette situation, l'accumulateur à membrane main- tient au moins en partie la pression dans la conduite d'alimentation en s5 carburant de façon à s'opposer efficacement au développement de bulles de vapeur. Si l'accumulateur à membrane est par exemple neutralisé par la rupture de sa membrane, la dérivation et la conduite d'alimentation 28211 23 en carburant sont exposées pleinement aux pointes de pression évoquées ci-dessus, ce qui aboutit à plus ou moins long terme à leur destruction. De plus sans accumulateur à membrane, on risque des effets de cavitation pendant la course d'aspiration de la pompe à pistons, ce qui endommage s également cette pompe. La présente invention a pour but de développer une pompe à carburant à haute pression pour un moteur à combustion interne, com- prenant un accumulateur à membrane, et cette pompe en cas de dé- faillance de l'accumulateur à membrane ne produit pas de pointes de o pression inacceptables, et permet d'éviter l'effet de cavitation dans la pompe à haute pression. A cet effet, l'invention concerne une pompe à carburant à haute pression du type défini ci-dessus, caractérisée en ce qu'une mem- brane de l'accumulateur à membrane commande une vanne à 2/2 voies s installée dans la conduite d'alimentation de carburant pour que cette vanne à 2/2 voies soit ouverte lorsque les deux côtés de la membrane sont soumis à une différence de pression, et que cette vanne à 2/2 voies soit fermée si des deux côtés de la membrane règne la même pression. Avantages de l' invention o En cas de rupture de la membrane ou autre défaut d'étanchéité dans l'accumulateur à membrane, il y aura un équilibrage des pressions dans la pompe à carburant à haute pression, entre les es paces séparés par la membrane, ce qui neutralise l'accumulateur à mem brane. La variation de position de la membrane en cas d'équilibrage des s pressions est utilisée pour commander la vanne à 2/2 voies qui coupe l'alimentation en carburant de la pompe à pistons. Dans ces conditions, le moteur à combusffon interne s'arrête et l'installation d'indection ne subit aucun dommage. Du fait de la simplicité de la construction, le coût de cette protection contre une surpression est faible; de plus étant donné l'encombrement nécessaire, très réduit, la sécurité de surpression peut être intégrée dans les pompes à carburant à haute pression existantes sans nécessiter d'importantes modifications constructives. On supprime ainsi des coûts de développement importants. La sécurité de surpression 3s selon l'invention est de plus beaucoup plus économique qu'une variante d'équipement de l'installation d'injection avec un capteur de pression dans l'accumulateur à membrane ou dans l'alimentation en carburant et une 28211 23 fonction de surveillance correspondante dans l'appareil de commande de l'installation d'indection. Selon une variante de l'invention, l'accumulateur à mem- brane est un accumulateur à membrane chargé par un ressort, de sorte s qu 'ind ép end amment du typ e de défaut d' étanch éité o u d' end o mmagem ent de la membrane, on disposera d'une force d'actionnement déterminée pour commander la vanne à 2/2 voies. Selon un autre développement de l'invention, la vanne à 2/2 voies est une vanne à siège et dans ces conditions, d'une manière o particulièrement avantageuse; la vanne à siège comporte une buse et un organe d'obturation fixé à la membrane, et la buse comporte un siège d'étanchéité coopérant avec l'organe d'obturation. Ainsi, on protège de manière simple et très fiable, la pompe à haute pression contre des pressions trop élevées. s En variante, la vanne à 2/2 voies peut être un distributeur à tiroir, ce qui permet de bénéficier des avantages du distributeur à tiroir dans la pompe à haute pression selon l'invention. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'accumulateur à membrane est prévu dans l'alimentation en carburant, o ce qui améliore l'alimentation de la pompe à pistons pendant la course d'aspiration. En variante, l'accumulateur à membrane peut également être installé dans la dérivation, ce qui permet d'amortir les pointes de pression au voisinage immédiat de l'endroit de leur création et de réaliser s une protection plus efficace de la pompe à carburant à haute pression contre de telles pointes de pression. Selon un autre développement de l'invention, la vanne à 2/2 voies comporte au moins un organe d'étranglement ou un diaphragme et l'organe d'étranglement ou le diaphragme permettent en position de fermeture de la vanne à 2/2 voies, dans une faible mesure, l'aspiration de carburant de la conduite d'alimentation de carburant vers la pompe à pistons. Dans ce cas, suivant une autre caractéristique, le dia- phragme est réalisé comme perçage transversal dans la buse. Ainsi en cas 3s de défaillance de l'accumulateur à membrane, le moteur à combustion interne pourra continuer à fonctionner avec une alimentation réduite en carburant et ainsi des pressions réduites dans la conduite à haute pres- sion. Le conducteur du véhicule équipé d'une telle pompe à haute pres 28211 23 sion peut bénéficier d'un fonctionnement de secours lui permettant de re- joindre le garage le plus proche. Du fait de la réduction du débit de carbu- rant et de la réduction de puissance qui en découle du moteur à combustion interne, l'appareil de commande reconnaîtra un fonctionne s ment défectueux du moteur et activera un témoin comme par exemple un voyant du tableau de bord. Dessins De plus, la dérivation débouche dans un segment de la c o ndu ite d' alimentation en carburant en aval de l' accumulateur à mem o brane. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins an nexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma par blocs d'un exemple de réalisation d'une s installation d'indection selon l'invention, - la figure 2 montre un premier mode de réalisation d'un accumulateur à membrane selon l'invention avec une protection de surpression, et - la figure 3 montre un second mode de rénlisation d'un accumulateur à membrane selon l'invention équipé d'une protection de surpression. Description des modes de réalisation: La figure 1 montre un schéma par blocs d'une installation d'injection pour moteur à combustion interne, cette installation étant équipée d'une pompe à carburant 1. La pompe à carburant à haute pres- sion 1 est alimentée en carburant à partir du réservoir 5 par 2s l'intermédiaire d'une alimentation en carburant 3, 3a, 3b. Le carburant est débité par une pompe électrique basse pression 7, à partir du réservoir en débitant dans l'alimentation en carburant 3. Un régulateur basse pression 9 règle la pression dans la conduite d'alimentation 3. La pompe à haute pression 1 selon l'invention dans l'exemple de réalisation représenté ici, débite par une conduite haute pression 11 dans une rampe commune 13 reliée aux injecteurs 15. La rampe commune 13 comporte une soupape de limitation de pression 17 et un capteur de pression 19. La figure 1 ne montre pas l'appareil de com- mande qui assure la régulation et la commande de l'installation 3s d'injection, les lignes de transmission des signaux, les lignes d'alimentation électriques et des autres moyens. La pompe à carburant à haute pression 1 comporte par exemple une pompe à pistons 21 réalisée comme pompe à pistons ra diaux. La pompe à pistons 21 débite du carturant de la conduite d'alimentation 3 dans la conduite haute pression 11. Pour éviter un retour du carburant de la conduite haute pression 11 dans la pompe à pistons 21 et de cette pompe 21 dans la conduite d'alimentation 3b, il est prévu s un premier clapet anti-retour 23 dans la conduite haute pression 11 et un second clapet anti-retour 25 dans la conduite d'alimentation 3b. La régulation de débit de la pompe à pistons 21 est assurée par une dérivation 27 reliant la conduite haute pression 11 à la conduite d'alimentation 3 et par une soupape de dosage ou de commande de débit o 29 installée dans la dérivation 27. Lorsque la soupape de commande de débit 29 est ouverte (comme représenté à la figure 1), la pompe à pistons 21 ne débite pas de carburant vers la conduite haute pression 11 mais uniquement dans la dérivation 27. s Dès que la soupape de commande de débit 29 est fermée, pendant la course d'alimentation de la pompe à pistons 21, il s'établit une pression dans cette pompe 21 et celle-ci débit dans la conduite haute pression 11 dès que la pression dans la pompe 21 dépasse celle régnant dans la conduite haute pression 11 en aval du premier clapet anti-retour 23. Si l'on ouvre la soupape de commande de débit 29 pendant la course de transfert, cela induit une pointe de pression dans la conduite d'alimentation 3; cette pointe de pression (coup de bélier) peut endomma- ger les composants en amont de la pompe à pistons 21 à savoir le réser s voir 5, la pompe basse pression 7, le régulateur basse pression 9 ou les éléments de liaison tels que les raccords rapides de la pompe à haute pression. Pour atténuer ces pointes de pression, la conduite d'alimentation en carburant 3 est équipée d'un accumulateur à membrane 31. L'accumulateur à membrane 31 qui n'est représenté ici que de ma nière schématique, se compose d'un boitier 33 dont la cavité est subdivi- sée en deux chambres par une membrane 35. Si la membrane 35 est intacte, elle sépare de manière étanche au liquide, les deux chambres. Dans la première chambre du boitier 33, on a un ressort de compression 37 qui s'appuie contre la membrane 35 et contre le boitier 33. La seconde 3s chambre du boitier 33 est reliée à la conduite d'alimentation en carburant 3 et ainsi elle est remplie de carburant. Dès que la pointe de pression dé- crite ci-dessus arrive dans l'accumulateur à membrane, le ressort de com pression 37 se comprime et absorbe ainsi l'énergie de la pointe de pres- sion. Si pendant la course d'aspiration, la pompe à pistons 21 aspire du carburant de la conduite d'alimentation 3, avec une vitesse éle s vée, cela provoque une forte chute de pression dans la conduite d'alimentation de carburant 3, 3a, 3b, car la puissance débitée par la pompe basse pression 7 n'est pas suffisante pour compenser cette aug- mentation brutale de la demande. Dès que la pression chute dans la con- duite d'alimentation 3, le ressort de compression 37 pousse la membrane o 35 de l'accumulateur à membrane 31 en direction de la seconde chambre et expulse ainsi le carburant de l'accumulateur 31 en retour dans la con- duite de carburant 3. L'accumulateur à membrane 31 a ainsi deux fonc- tions: d'une par il protège l'installation d'indection contre les chocs de pression dangereux, et d'autre part il assure une alimentation suffisante s en carburant de la conduite d'alimentation 3b vers la pompe à pistons 21 pendant la course d'aspiration. Lorsque la membrane 35 de l'accumulateur à membrane 31 perd son étanchéité, le carburant passe également dans la première chambre, si bien que l'accumulateur à membrane ne peut plus fonction ner. La figure 2 montre un premier exemple de réalisation d'un accumulateur à membrane 31 selon l'invention avec une protection contre la surpression. Cet accumulateur est représenté en coupe. Les mêmes pièces que ci-dessus portent les mêmes références. Le boîtier 33 de s l'accumulateur à membrane 31 est réalisé en deux parties. Les deux par- ties du boîtier portent les références 33a, 33b. La première chambre 39 de l'accumulateur à membrane 31 loge le ressort de compression 37 qui s'appuie par le plateau d'appui 41 contre la membrane 35. L'alimentation 3a débouche dans la seconde chambre 43 de l'accumulateur à membrane. so Un organe de fermeture 45 en forme de bille est prévu sur la face infé- rieure de la membrane 35. Cet organe s'appuie contre une buse 47. Le carburant aspiré par le piston de pompe 21 non représenté à la figure 2, doit alors traverser la buse 47 avant d'arriver par le second segment 3b de la con duite d' alimentation d e c arburant 3 au nive au du se c ond clap et an ss ti-retour 25 et enfin dans la pompe à pistons. Dans la position représentée, le ressort de compression 37 pousse l'organe d'obturation 45 contre le siège d'étanchéité 49 de la buse et assure ainsi l'étanchéité du premier segment 3a de l'alimentation en carburant en la séparant du second segment 3b. La pompe à pistons 21 ne peut plus aspirer de carburant et le moteur à combustion interne s'arréte. Cette situation représentée à la figure 2 ne se présente que si la méme pression règne dans la première chambre 39 et dans la seconde s chambre 43. Cela peut se produire en cas de rupture de la membrane 35 ou si son étanchéité par rapport au boitier 33 disparait. Dans ce cas, l'accumulateur à membrane 31 ne peut plus assurer sa fonction d' amortissement, de sorte qu'il convient d' arréter le moteur à combustion interne. Méme à l'arrét du moteur, si la pompe basse pression 7 non re o présentée à la figure 2, ne débite pas, il règne un tel équilibre de pression. Dès que la pompe basse pression 7 débite du carburant, la membrane 35 est soulevée par la pression du carburant dans la seconde chambre 43; l'organe d'obturation quitte le siège d'étanchéité 49 et la pompe à pistons 21 peut aspirer du carburant. On crée ainsi de manière simple une pro s tection contre la surpression grâce à la réalisation d'un organe d'obturation 45 sur la face inférieure de la membrane 35 et d'une buse 47 dans le second segment 3b du conduit d'alimentation en carburant; cette protection évite que le système d'indection de carburant ne soit endomma gé à cause d'une membrane 35 défaillante. La figure 3 montre un second exemple de réalisation d'une pompe à haute pression selon l'invention avec un accumulateur à mem brane 31, l'ensemble n'étant représenté que partiellement. Ce second exemple de réalisation se distingue du premier exemple représenté à la figure 2 essentiellement en ce que la face inférieure de la membrane 35 est s réalisée comme organe d'obturation et la buse 47 a un bord rabattu fonc tionnant comme siège d'étanchéité 49. Ce mode de réalisation est particu lièrement économique et très compact. La buse 47 du second exemple de réalisation comporte un perçage transvereal 51 fonctionnant comme organe d'étranglement ou de so diaphragme et méme si la membrane 35 est appliquée contre le siège d'étanchéité 49, on peut avoir un passage réduit de carburant du premier segment 3a de la conduite d'alimentation en carburant vers le second segment 3b de ce conduit. Ainsi, le moteur à combustion interne peut fonctionner en mode de secours; la quantité de carburant, limitée à tra ss vers le perçage transversal 51 aboutit à une réduction de la vitesse de ro tation et de la puissance fournie par le moteur à combustion interne. De plus, il n'y aura pas de pointes de pression élevées lors de l'ouverture de la soupape de commande de débit 29 comme lorsque le moteur à combus 28211 23 tion interne tourne à pleine charge. On évite ainsi efficacement le risque d'endommagement par les chocs de pression et par l'effet de cavitation dans la pompe à pistons 21. Dans le second exemple de réalisation selon la figure 3, la s dérivation 27 débouche dans le segment 3b de l'alimentation en carburant 3. Ainsi la membrane 35 n'est sollicitée que sur une petite surface avec les pointes de pression provenant de la dérivation 27, ce qui augmente de manière significative sa durce de vie. De plus les pointes de pression de la dérivation 27 sont amorties par le perçage transversal 51 fonctionnant o comme organe d'étranglement, si bien que l'amplitude de la pression agis- sant sur les parties du système basse pression situé en amont de l'accumulateur à membrane 31 est réduite de manière significative. On réduit ainsi les contraintes mécaniques par exemple celles agissant sur le segment de conduite 3a de la conduite d'alimentation en carburant, sur le régulateur basse pression 9 et sur la pompe basse pression 7, c'est-àdire que l'on augmente leur fiabilité. 28211 23 REVENDICATIONS 1 ) Pompe à carDurant à haute pression pour un moteur à combustion interne comprenant une pompe à piston, une conduite d'alimentation de carburant (3), une conduite haute pression (11), la pompe à pistons (21) s débitant du carburant d'une conduite d'alimentation (3, 3a, 3b) dans la conduite haute pression (11), avec une soupape de commande de débit (29) qui commande une dérivation (27) de la pompe à pistons (21), ainsi qu'un accumulateur à membrane (31), caractérisée en ce qu' o une membrane (35) de l'accumulateur à membrane (31) commande une vanne à 2/2 voies installée dans la conduite d'alimentation de carburant (3) pour que cette vanne à 2/2 voies soit ouverte lorsque les deux côtés de la membrane (35) sont soumis à une différence de pression, et que cette vanne à 2/2 voies soit fermée si des deux côtés de la membrane (35) règne is la même pression. 2 ) Pompe à carburant à haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accumulateur à membrane (31) est un accumulateur à membrane chargé par un ressort. 3 ) Pompe à carburant à haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que la vanne à 2/2 voies est une vanne à siège. 4 ) Pompe à carburant à haute pression selon la revendication 3, caractérisée en ce que la vanne à siège comporte une buse (47) et un organe d'obturation (45) fxé à la membrane (35), et la buse (47) comporte un siège d'étanchéité (49) coopérant avec l'organe d'obturation (45). ) Pompe à carburant à haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que la vanne à 2/2 voies est un distributeur à tiroir. 3s 6 ) Pompe à carburant à haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que 28211 23 l'accumulateur à membrane (31) est installé dans la conduite d'alimentation de carburant (3). 7 ) Pompe à carburant à haute pression selon la revendication 1, s caractérisée en ce que l'accumulateur à membrane (31) est installé dans la dérivation (27). 8 ) Pompe à carburant à haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que o la vanne à 2/2 voies comporte au moins un organe d'étranglement ou un diaphragme et l'organe d'étranglement ou le diaphragme permettent en position de fermeture de la vanne à 2/2 voies, dans une faible mesure, l' aspiration de carbu rant d e la conduite d' alimentation de carbu rant (3) vers la pompe à pistons (1). 9 ) Pompe à carburant à haute pression selon la revendication 8, caractérisée en ce que le diaphragme est un perçage transversal (51) réalisé dans la buse (47). 10 ) Pompe à carburant à haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dérivation (27) débouche dans un segment (3b) de la conduite d'alimentation en carburant (3) en aval de l'accumulateur à membrane (31).