Brevet FR2824363A1 — publié le 20021108

SP lS903 JC1 1 2824363 Dispositif de démarrage L'invention se rapporte à un dispositif de démarrage pour moteurs dotés d'une rampe commune d' injection de carburant. De nos jours, les constructeurs automobiles cherchent les s technologies qui leur permettraient de concevoir des véhicules automobiles moins polluants. Tout d'abord parce que les conducteurs des véhicules sont plus sensibles que jamais à l'écologie mais surtout parce que les normes sur les rejets entrant en vigueur sont de plus en plus sévères. o Une des solutions envisagées par les constructeurs pour réduire les rejets polluants consiste à arrêter du moteur lorsque celui-ci n'est pas sollicité, comme par exemple à un feu rouge. Cette technique est plus généralement appelée "stop and start". En effet, I'arrêt du moteur va permettre s d'abaisser la consommation en carburant et donc de diminuer les rejets polluants. Cette baisse des rejets est significative surtout en ville o la forte concentration des signalisations routières oblige à régulièrement s'arrêter et o il se forme souvent des bouchons. o Cette technique du "stop and start" s'applique facilement avec les moteurs dont l'injection dans chaque cylindre est pilotée individuellement. Cependant tel n'est pas le cas avec les moteurs dotés d'une rampe commune (ou "common rail") q ui, elle, gère l' injection de plusieurs cylind res en même s temps. En effet, le démarrage actuel de ces moteurs "common rail" à jet de carburant haute pression est trop "lent" pour que le "stop and start" leur soit applicable. Cette lenteur est induite par le temps requis à la pompe haute pression pour compresser le carburant présent dans la rampe commune o jusqu'à la pression minimale nécessaire au fonctionnement des injecteurs. Ainsi, pour que les moteurs à rampe commune puissent fonctionner en "stop and start", il est nécessaire de raccourcir leur temps de démarrage. 2 2824363 La demande de brevet US5839413 divulgue un système qui permet de réduire le temps de démarrage d'un moteur "common rail". Le principe de ce système consiste à faire communiquer la rampe commune non seulement à une pompe haute pression mais également à un circuit basse pression grâce à deux clapets antiretour tarés (un premier basse pression et un deuxième haute pression). Le circuit basse pression possède un accumulateur basse pression qui permet de maintenir une pression stable inférieure à celle délivrée o lorsque la pompe haute pression est à pleine charge. Ainsi au démarrage alors que la pompe haute pression est mise en marche, le circuit basse pression compresse déjà le carburant dans la rampe commune. Puis, quand la pompe haute pression exerce une pression supérieure à celle règnant dans le circuit s basse pression, le clapet basse pression, qui laissait passer jusqu'alors le flux basse pression, va se fermer au profit du deuxième clapet. La rampe commune est finalement mise en pression uniqu-ement par la pompe haute pression. Le temps de montée en pression grâce à ce système est o donc raccourcie. Cependant cette technique n'est pas satisfaisante d'une part parce qu'elle est trop complexe à mettre en _uvre et d'autre part parce qu'elle n'est pas assez rapide pour que son application au "stop and start" soit agréable à l'usage. Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients rencontrés dans l'art antérieur. Ainsi, I'invention propose un dispositif de démarrage de constitution simple pour moteur à combustion interne, qui peut s'intégrer en occasionnant peu de modifications au moteur et qui permet so de raccourcir le temps de démarrage de manière à permettre l'adaptation de ces moteurs au "stop and start". A cet effet, I'invention propose un dispositif de démarrage pour moteur à combustion interne comprenant un moyen accumulateur de carburant sous pression, des moyens d'alimentation de carburant sous pression et au moins un moyen d 'i njection fou rn i en carbu rant par le moyen 3 2824363 accumulateur caractérisé en ce qu'il comporte en plus un dispositif stockeur d'énergie s'alimentant grâce à la pression règnant dans led it moyen accomulateu r et en ce q ue le dispositif stockeur d'énergie est apte à fournir au démarrage s ladite énergie emmagasinée de façon à offrir un deuxième moyen de compression du carburant permettant audit moteur de démarrer plus rapidement Cette invention permet ainsi d'éviter les modifications structurelles lourdes, de ne pas avoir à fournir trop d'énergie to supplémentaire par rapport à celle nécessaire actuellement et de fournir aux injecteurs une pression suffisante pour lancer le moteur jusqu'à ce que la pompe haute pression prenne le relais. Selon l'invention, les moyens d'alimentation en carburant s comportent, de manière avantageuse, une pompe haute pression alimentant en carburant ledit moyen accumulateur et un clapet antiretour autorisant un sens de circulation du carburant uniquement de ladite pompe vers ledit moyen accumulateur. Ce système permet, lors de la libération de o ladite énergie' que la pression soit confinée dans le moyen accumulateur et ainsi procure la pression minimale nécessaire aux moyens d'injection. Avantageusement, ledit moyen stockeur d'énergie est. selon l'invention, situé à une des deux extrémités dudit moyen s accumulateur et comporte un piston, un ressort situé entre ledit piston et ladite extrémité, au moins une première butée statique et au moins une deuxième butée mobile permettant de limiter la course dudit piston. Ce dispositif simple permet donc de facilement adapter au "stop and start" les moteurs existants. Selon un aspect de l'invention, ladite première butée statiq ue est. avantageusement, apte à accueillir led it piston afin de limiter la contrainte du ressort. 4 2824363 De manière avantageuse, lesdites deuxièmes butées comportent des moyens de pilotage permettant, pendant le fonctionnement du moteur, d'empêcher le mouvement du piston de lad ite extrémité vers l'intérieur d ud it moyen accomulateur et, pendant le démarrage, d'autoriser ce même mouvement. Cette simple paire de butée permet de relâcher ou de garder en contrainte l'ensemble piston - ressort. Enfin, avantageusement selon l'invention, les moyens de pilotage sont de type électromagnétique pour une compacité et to une précision optimale des outils. D'autres particularités et avantages apparatront à la lecture de la description ci-après faite en référence à la figure unique représentant une vue schématique du dispositif de démarrage selon l'invention. Dans l'exemple illustré à la figure 1, on peut voir que l'élément central du dispositif de démarrage représenté généralement en (1) est le moyen accumulateur de carburant (2) ou rampe commune. Sensiblement de forme cylindrique, il est relié à des moyens d'alimentation en carburant (3), à un o moyen stockeur d'énergie (4) et à des moyens d'injection (5). Les moyens d'alimentation en carburant (3), tout d'abord, comportent, dans l'exemple illustré, une pompe haute pression (6) permettant de compresser le carburant présent dans le moyen accumulateur (2), un conduit (7), comportant un clapet antiretour (8), qui réalise la liaison entre la pompe (6) et le moyen accumulateur (2). Le clapet (8), dans l'exemple illustré, autorise le sens de circulation du carburant seulement de la pompe haute pression (6) vers le moyen accumulateur (2). Ensuite, les moyens d'injection (5) dans l'exemple illustré sont constitués de canalisations (9) et d'injecteurs (10). De plus dans cet exemple, il s'agit d'un moteur à rampe commune gérant l'injection de quatre cylindres. A ce titre, il y a quatre canal isations (9) permettant de transporter le carb u rant sous pression du moyen accumulateur (2) vers les quatre injecteurs 2824363 (10). Chacun des injecteurs distribue le carburant sous pression dans chaque chambre de combustion (non représentées). Enfin dans l'exemple illustré à la figure 1, le dispositif (1) comporte un moyen stockeur d'énergie (4) coopérant avec le moyen accumulateur de carburant (2). Ledit moyen stockeur d'énergie est constitué principalement d'un piston (11), d'un ressort (12) et de deux séries de butée (13, 14). Le piston (11) est mobile à l'intérieur du moyen o accumulateur de carburant sous pression (2). Le déplacement du piston (11) est rendu étanche grâce à un moyen de liaison (15), comme un joint annulaire ou un segment, contenu à sa périphérie. Le ressort (12) précédemment cité, préférentiellement de type hélicodal, est relié dans l'exemple illustré entre l'extrémité du moyen accumulateur (2b), opposée à l'extrémité (2a) sur laquelle est relié le conduit (7), et le piston (11). Enfin, le moyen stockeur d'énergie (4) dispose de deux séries de butée (13, 14). La première série, formée par une o butée unique (13), est statique et de forme annulaire. Elle est solidarisée à l'intérieur du moyen accumulateur (2) entre son extrémité (2b) et le piston (11). Dans l'exemple illustré, la deuxième série, composée de deux butées (14), est mobile de manière à pouvoir coopérer avec le piston (11) pour rendre ce dernier (11) immobile dans la rampe (2). Cette coopération peut être réalisée par exemple à l'aide d'une solidarisation du type tenon (14) mortaise (11). Ainsi, cette deuxième série de butée (14) tantôt autorise tantôt empêche le passage du piston (11) à sa proximité. Préférentiellement, la commande de so pilotage de ces deux butées mobiles est du type électromagnétique. Au premier démarrage du moteur "common rail" comportant l'invention, le piston (11) du moyen stockeur d'énergie (4) est en position de repos (correspondant au 6 2824363 ressort -12- en équilibre) et la deuxième série de butées (14) autorise le passage du piston (11) à sa proximité. Le piston est donc dans la position la plus éloignée de l'extrémité (2b). Ce premier démarrage est donc effectué comme pour un moteur classique. La pompe haute pression (6) va fournir en carburant sous pression le moyen accumulateur (2) grâce au conduit (7). Quand la pression, arrivant aux injecteurs (10) par les canalisations (9), est suffisante pour les actionner, le moteur est mis en marche. oC'est pendant cette première mise en route du moteur et pendant son fonctionnement que le moyen stockeur d'énergie (4) va être actionné. En effet grâce à la pression élevée règnant dans le moyen accumulateur (2), le piston (11) va être déplacé de l'intérieur dudit accumulateur vers son extrémité (2b) comprimant ainsi le ressort (12). Le tarage du ressort (12) est tel par rapport à la pression dans le moyen accumulateur (2) que le piston (11) va très rapidement être poussé dans la région (2b) o la butée unique (13) est située. Les deux butées mobiles (14) vont alors être activées de manière à bloquer le o mouvement du piston (11). Ainsi, lors de l'arrêt du moteur, le piston (11) va rester sensiblement à sa position de manière à stocker de l'énergie en retenant le ressort (12) sous contrai nte. Lors des démarrages suivants, le moyen stockeur d'énergie (4) étant sous contrainte, le moteur va pouvoir démarrer beaucoup plus rapidement et ainsi va rendre possible de le faire fonctionner en "stop and start". Ainsi lors du démarrage, la pompe (6) est mise en action. Elle va fournir une faible pression au début puis va monter progressivement o en intensité par le conduit (7) au travers du clapet (8). A partir d'une pression seuil, les deux butées mobiles (14) dans l'exemple illustré vont autoriser à nouveau le mouvement du piston (11). Cette liberté du piston (11) va permettre de relâcher le ressort (12) de la contrainte à laquelle il était soumis. Ce relâchement va propuiser le piston (11) vers 7 2824363 I'intérieur du moyen accumulateur (2) occasionnant une forte surpression du carburant dans ledit moyen accumulateur. Le clapet (8), du fait que la pression à la sortie de la pompe haute pression (6) (pas encore à pleine charge) est s inférieure à celle du moyen accumulateur (2), va alors se fermer et donc condamner temporairement le conduit (7). Grâce à ce clapet (8), la pression générée par l'activation du moyen stockeur d'énergie (4) (suffisante pour démarrer le moteu r) est co nfince dans le moyen accu mu lateu r (2). La o première injection peut donc avoir lieu. Suite à cette première injection, le moteur va être lancé avant que la pompe (6) ne soit arrivée à pleine charge. La pompe (6) étant partiellement alimentée en énergie par l'arbre moteur (non représenté), le démarrage de ce dernier va avoir un effet accélérateur à la montée en pression de la pompe (6). Le raccourcissement du démarrage va donc être décuplé. Au bout d'un certain temps, la pompe (11) va fournir une pression supérieure à celle règnant dans le moyen accumulateur (2). Le clapet antiretour (8) va alors s'ouvrir sous o l'effet de la pression sortant de la pompe (6) et donc va faire communiquer, au travers du conduit (7), la pompe haute pression (6) avec le moyen accumulateur de carburant (2). Le cycle normal de distribution et d'injection de carburant peut alors avoir lieu. s A nouveau pendant ce cycle, le piston (11) du moyen stockeur (4) va être actionné de manière à compresser son ressort (12) associé pour ainsi pouvoir fournir une énergie suffisante pour raccourcir le prochain démarrage. Le cycle cité et répété plusieurs fois permet, grâce à ce so dispositif de démarrage, à un moteur à rampe commune de fonctionner en "stop and start". Préférentiellement, la surpression apportée par le moyen stockeur d'énergie (4) est tarée pour que deux injections puissent être réalisées avant que la pompe haute pression (6) prenne ie relais. Bien sûr, I'invention ne saurait se limiter à l'exemple exposé dans le présent brevet. Ainsi, les moyens de pilotage du type électromagnétique peuvent être d'un tout autre type. De même, la liaison tenon - mortaise citée à titre d'exemple entre les butées mobiles (14) et le piston (11) peut bien être différente. Enfin, la surpression dans ledit moyen accumulateur peut être réalisé à l'aide d'un dispositif mécanique élastique pré- contraint à déclenchement passif. Le pilotage de ce dispositif o pouvant par exemple se réaliser à l'aide d'une pression (10 - bars) fournie par la pompe HP. Cette pression commande alors le désindexage de l'organe pré-contraint qui, en se relâchant, fournit ladite surpression. 9 2824363 REVENDICATIONS 1. Dispositif de démarrage (1) pour moteur à combustion interne comprenant des moyens d'alimentation de carburant sous pression (3), un moyen accumulateur de carburant sous s pression (2) et au moins un moyen d'iniection (5) fourni en carburant par le moyen accumulateur (2) caractérisé en ce qu'il comporte en plus un dispositif stockeur d'énergie (4) s'alimentant grâce à la pression règnant dans ledit moyen accumulateur et en ce que le dispositif stockeur d'énergie (4) o est apte à fournir au démarrage ladite énergie emmagasinée de façon à offrir un deuxième moyen de compression du carburant permettant audit moteur de démarrer plus rapidement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que s les moyens d'alimentation (3) comportent une pompe haute pression (6) alimentant en carburant ledit moyen accumulateur et un clapet antiretour (8) autorisant un sens de circulation du carburant uniquement de ladite pompe vers ledit moyen accumulateur. o 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit moyen stockeur d'énergie est situé à une (2b) des deux extrémités dudit moyen accumulateur de carburant et qu'il comporte un piston (11), un ressort (12) situé entre ledit piston et ladite extrémité, au moins une première butée s statique (13) et au moins une deuxième butée mobile (14) permettant de limiter la course dudit piston. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite première butée statique est apte à accueillir ledit piston afin de limiter la contrainte du ressort (12). JO 2824363 5. Dispositif Solon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdites deuxièmes butées mobiles (14) comportent des moyens de pilotage permettant, pendant le fonctionnement du moteur, d'empêcher le mouvement du piston (11) de ladite extrémité vers l'intérieur dudit moyen accumulateur et, pendant le démarrage, d'autoriser ce même mouvement. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que