Brevet FR2920038A1 — publié le 20090220

L'invention se situe dans le domaine des systèmes d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne. La présente invention concerne plus particulièrement un système de ce type qui comprend : - une pompe haute pression d'alimentation en carburant d'un accumulateur hydraulique sous pression, ce dernier alimentant au moins un injecteur dudit moteur, - une pompe de transfert de carburant, vers ladite pompe haute pression, - un régulateur de débit piloté, installé entre la pompe de transfert et la pompe à haute pression, - un régulateur de pression, positionné en aval de la pompe de transfert, - et au moins un injecteur supplémentaire. L'accumulateur hydraulique sous pression est également connu sous l'appellation "rampe commune" ou "common rail" en anglais. Il constitue une réserve de carburant sous haute pression pour les injecteurs qui alimentent à leur tour le moteur en carburant. Ainsi, ces injecteurs peuvent être alimentés à pression constante, même en cas de forte demande de carburant. Dans la suite de la description et des revendications, le terme "injecteur supplémentaire" désigne un injecteur distinct de ceux qui alimentent le moteur et dont le nombre varie en fonction du nombre de cylindres de celui-ci. Plus précisément, cet injecteur supplémentaire est un système électromécanique qui, soumis à une différence de pression entre l'amont et l'aval du circuit dans lequel il se trouve, permet de doser une quantité de carburant sous l'action d'une commande électrique. Selon une application particulière de l'invention, cet "injecteur supplémentaire" est destiné à injecter du carburant dans le passage des gaz d'échappement d'un moteur Diesel, en amont d'un filtre à particules, et ce, dans le but de le régénérer. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à ce type d'application et pourrait être utilisé dans un moteur à essence. Pour mémoire, on rappellera ci-après le principe de régénération d'un filtre à particules, par injection de gazole à l'échappement, en faisant référence à la figure 1 jointe. Celle-ci est un schéma représentant le passage des gaz d'échappement pour un moteur équipé d'un tel filtre. Sur cette figure, on peut voir que les gaz d'échappement G qui sortent du moteur sont dirigés par un passage à l'échappement P, vers un catalyseur d'oxydation CO placé en amont d'un filtre à particules F. Les gaz d'échappement sortent du moteur à une température Tl. Du carburant Ca est injecté sous forme liquide à l'intérieur du passage P, à l'aide d'un 10 injecteur I. Une partie de l'énergie thermique fournie par les gaz d'échappement est utilisée pour vaporiser ce carburant Ca, tandis qu'une autre partie est transportée vers les parois du passage P par convection. La température des gaz d'échappement descend donc à une température T2, inférieure à Tl. 15 Le carburant Ca sous forme vaporisée pénètre dans le catalyseur d'oxydation CO où il est oxydé. La réaction d'oxydation étant fortement exothermique, il se produit un dégagement de chaleur Q et les gaz d'échappement sortent du catalyseur CO à une température T3, supérieure à la température T2 à laquelle ils y étaient entrés. Cette température T3 doit être suffisamment élevée 20 pour pouvoir brûler les particules stockées dans le filtre F et régénérer ainsi celui-ci. Enfin, les gaz d'échappement sortent à une température T4 inférieure à T3. La figure 1 est un schéma de principe. On notera que l'injection de carburant pourrait être effectuée en amont ou en aval de la turbine, dans le cas des moteurs suralimentés. Par ailleurs, le catalyseur d'oxydation CO et le filtre à 25 particules F ne sont pas forcément proches l'un de l'autre dans le parcours des gaz d'échappement. La température T3 peut alors baisser par échange avec les parois du passage avant que les gaz ne parviennent jusqu'au filtre F. Les concentrations de carburant liquide, c'est-à-dire mal vaporisé, dans le fond du passage d'échappement sont à proscrire. 30 Pour garantir une bonne vaporisation du carburant à l'intérieur du passage P des gaz d'échappement, il est nécessaire d'avoir au niveau de la buse de l'injecteur I, une bonne qualité de pulvérisation du carburant. Par "bonne qualité de pulvérisation", on entend une bonne répartition géométrique du jet de carburant dans le passage d'échappement P, ainsi qu'une bonne maîtrise de la taille des 35 gouttelettes de carburant à la sortie de la buse de l'injecteur I. Pour obtenir ce résultat, il est impératif de gérer le niveau de la pression d'alimentation en carburant de l'injecteur I. Par ailleurs, cette pression doit être garantie quelque soit le débit consommé par cet injecteur, dans les limites de son domaine d'utilisation bien 5 évidemment. De plus, à des fins d'optimisation (coût, encombrement...), il est préférable d'avoir une unique source d'alimentation sous pression de carburant, aussi bien pour l'injecteur supplémentaire que pour la pompe haute pression qui alimente l'accumulateur hydraulique sous pression. Par exemple, une source de 10 pression peut-être réalisée par l'association d'une pompe et d'un régulateur de pression. Le document FR 06 55643 propose un système d'injection de carburant pour moteur à combustion interne, dans lequel une pompe de transfert permet l'alimentation en carburant de la pompe haute pression et d'un injecteur 15 supplémentaire indépendant. Dans le mode de réalisation décrit, cette pompe de transfert est une pompe mécanique, intégrée dans le module de pompage haute-pression. Un tel système ne permet toutefois pas d'alimenter l'injecteur et la pompe haute pression avec des gammes de pression différentes. 20 Or en fonction des besoins fonctionnels de l'injecteur supplémentaire et de la pompe haute-pression, il peut être utile d'avoir des pressions différentes à l'entrée de l'injecteur supplémentaire et de la pompe haute pression, tout en ayant une source de pression unique. L'invention a pour but de résoudre ces inconvénients de l'état de la 25 technique et d'offrir un système qui permette de garantir des pressions d'alimentation différentes en carburant à l'injecteur supplémentaire et à la pompe haute pression, et ce, à partir d'une unique source de mise sous pression. Ces gammes de pression doivent également être assurées de manière précise : -à l'entrée de l'injecteur supplémentaire, pour éviter les problèmes 30 évoqués précédemment lorsqu'il est utilisé pour la régénération d'un filtre à particules, - à l'entrée de la pompe haute pression (de son régulateur de débit), pour garantir un bon fonctionnement du moteur, en termes de performances, fiabilité et faible émission de polluants. 35 A cet effet, l'invention concerne un système d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne, comprenant : - une pompe haute pression d'alimentation en carburant d'un accumulateur hydraulique sous pression, ce dernier alimentant au moins un injecteur dudit moteur, -une pompe de transfert de carburant, vers ladite pompe haute 5 pression, -un régulateur de débit piloté, installé entre la pompe de transfert et la pompe haute pression, - un régulateur de pression, positionné en aval de la pompe de transfert, 10 - et au moins un injecteur supplémentaire. Conformément à l'invention, ledit injecteur supplémentaire est alimenté en carburant par la pompe de transfert, ledit système comprend un régulateur de pression additionnel régulé en différentiel de pression, positionné en aval de ladite pompe de transfert, afin de délivrer une pression de carburant 15 différente entre ladite pompe haute pression et ledit injecteur supplémentaire, ladite pompe de transfert étant conformée de façon à délivrer une pression qui correspond au besoin en pression le plus élevé entre l'injecteur supplémentaire et ladite pompe haute pression. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de 20 l'invention, prises seules ou en combinaison : - le système comprend une conduite à deux branches, qui relie ladite pompe de transfert audit injecteur supplémentaire via sa première branche, et au régulateur de débit installé en amont de la pompe haute pression, via sa seconde branche et le régulateur de pression régulé en différentiel de pression est monté sur 25 la seconde branche, en série avec ledit régulateur de débit et en amont de celui-ci, de façon que la pression du carburant à l'entrée de la pompe à haute pression soit inférieure à celle régnant à l'entrée de l'injecteur supplémentaire ; - le système comprend une conduite à deux branches, qui relie ladite pompe de transfert audit injecteur supplémentaire via sa première branche, et au 30 régulateur de débit installé en amont de la pompe haute pression, via sa seconde branche et le régulateur de pression régulé en différentiel de pression est monté sur la première branche, en série avec ledit injecteur et en amont de celui-ci, de façon que la pression du carburant à l'entrée de l'injecteur supplémentaire soit inférieure à celle régnant à l'entrée de la pompe haute pression ; 35 - ladite pompe de transfert est une pompe électrique, logée dans le réservoir de carburant ; - la pompe de transfert est une pompe mécanique, intégrée au module d'alimentation haute pression ; -l'injecteur supplémentaire est un injecteur à l'échappement qui permet d'injecter du carburant dans le passage des gaz d'échappement en amont d'un 5 filtre à particules, en vue de le régénérer. L'invention concerne également un moteur à combustion interne, équipé du système précité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en 10 représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible. Sur ces dessins : - la figure 1 est un schéma représentant un exemple de passage à l'échappement d'un moteur Diesel, équipé d'un filtre à particules, - les figures 2 et 3 sont des schémas de l'architecture hydraulique du 15 système d'injection de carburant conforme à l'invention, dans le cas où la pression nécessaire à l'injecteur supplémentaire est supérieure à celle nécessaire à la pompe haute pression, respectivement lorsque la pompe de transfert est une pompe intégrée au module haute pression et lorsqu'elle est déportée, c'est-à-dire située dans le réservoir de carburant, 20 - les figures 4 et 5 sont des schémas de l'architecture hydraulique du système d'injection de carburant conforme à l'invention, dans le cas où la pression nécessaire à l'injecteur supplémentaire est inférieure à celle nécessaire à la pompe haute pression, respectivement lorsque la pompe de transfert est une pompe intégrée au module haute pression et lorsqu'elle est déportée, c'est-à-dire située dans le 25 réservoir de carburant. Dans la suite de la description, les éléments identiques qui apparaissent sur différentes figures porteront les mêmes références numériques. En se reportant à la figure 2, on peut voir un système d'injection de carburant comprenant une pompe de transfert 11 qui alimente une pompe haute 30 pression 20 en carburant, à partir d'un réservoir référencé 3. A cet effet, une conduite 71 relie le réservoir 3 à ladite pompe de transfert 11. La pompe haute pression 20 envoie le carburant sous haute pression à un accumulateur hydraulique ou "rampe commune" non représentée sur les figures. 35 La sortie de refoulement de la pompe de transfert 11 est relié par une conduite 72 à la pompe haute pression 20. Sur cette conduite 72, et immédiatement en amont de la pompe haute pression 20, se trouve un régulateur de débit 21 qui a pour rôle d'envoyer la juste quantité de carburant à ladite pompe haute pression 20, en fonction de l'instruction émise par un calculateur, non représenté sur les figures. Une conduite de retour 73 relie un point de la conduite 72 situé en amont du régulateur de débit 21, au réservoir 3. Cette conduite de retour 73 est équipée d'un régulateur de pression 6 ou "soupape de surpression", qui autorise le retour de l'excédent de carburant vers le réservoir 3. Ce régulateur de pression 6 est positionné entre la pompe de transfert et le réservoir 3. La conduite 72 constitue l'une des branches d'une conduite à deux branches qui relie la pompe de transfert 1 l à la pompe haute pression 20. La seconde branche de cette conduite, référencée 74 relie la pompe de transfert 11 à l'injecteur supplémentaire 4. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, un régulateur de pression 5, régulé en différentiel de pression est installé sur la canalisation 72, entre le point d'intersection avec la conduite 74 et le point d'intersection avec la conduite de retour 73. Ce régulateur de pression 5 est réglé de façon à maintenir en permanence une pression plus élevée dans la partie amont de la conduite 72, référencée 720, que dans la partie aval de cette conduite, référencée 721. Dans ce mode de réalisation, l'injecteur supplémentaire 4 a besoin d'une pression de carburant supérieure à celle de la pompe haute pression 20. Cette architecture hydraulique permet de délivrer une pression en carburant donnée dans la conduite 74 et la portion 720 de la conduite 72, à titre d'exemple une pression voisine de 6 bars (6.105 Pa) et de maintenir en aval du régulateur 5, c'est-à-dire dans la portion 721, une pression inférieure, par exemple voisine de 4 bars (4.105 Pa), afin d'alimenter la pompe haute pression 20. Le régulateur de pression 5 régulé en différentiel de pression est un dispositif hydraulique bien connu de l'homme du métier, et ne sera pas décrit ici en détails. Il comprend un ressort, destiné à repousser un obturateur sur son siège, le tarage de ce ressort permettant de garantir une différence de pression constante entre l'amont et l'aval de la conduite sur laquelle il est positionné. Dans 35 l'exemple précité, lte différentiel de pression est de 2 bars (2.105 Pa). Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2 la pompe de transfert 11 est une pompe mécanique intégrée au module de pompage haute pression 2a. Ce dernier intègre également le régulateur de débit 21. La figure 3 illustre une variante du système représenté sur la figure 2, 5 dans laquelle la pompe de transfert, référencée 12, est positionnée en dehors du module de pompage qui porte alors la référence 2b. Cette pompe de transfert 12 est de préférence une pompe électrique, intégrée au réservoir 3. A des fins de sécurité, une conduite 710 relie la sortie de la pompe de 10 transfert 12 au réservoir 3, cette conduite 710 étant équipée d'un clapet de surpression 120. Les autres éléments du système restent inchangés. La figure 4 illustre un second mode de réalisation de l'invention, dans lequel le régulateur de pression régulé en différentiel de pression 5 est installé, non 15 plus sur la branche 72 comme précédemment, mais sur la branche 74 de la conduite qui relie la pompe de transfert 11 à l'injecteur supplémentaire 4. En conséquence, la conduite 72 et la portion 740 de la conduite 74 située en amont du régulateur de pression 5 sont à une pression supérieure à celle régnant dans la portion 741 de la branche 74, située en aval du régulateur 5 et qui 20 alimente l'injecteur 4. Une conduite de retour 75 relie un point de la portion 741 de la conduite 74 situé en amont de l'injecteur supplémentaire 4 et en aval du régulateur 5, au réservoir de carburant 3. De plus, dans ce mode de réalisation, la pompe de transfert 11 fait 25 partie du module haute pression qui porte alors la référence 2c. Enfin, la figure 5 représente une variante de réalisation du second mode de réalisation de la figure 4. Dans ce cas, et de façon similaire à ce qui a été décrit pour la figure 3, la pompe de transfert référencée 12 est une pompe électrique excentrée, c'est-à-30 dire positionnée à l'intérieur du réservoir de carburant 3. Dans les quatre modes de réalisation qui viennent d'être décrits, la pompe de transfert 11 ou 12, est configurée de façon à supporter une pression de carburant qui corresponde au besoin en pression le plus élevé entre l'injecteur supplémentaire 4 et la pompe haute pression 20. REVENDICATIONS , 1. Système d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne, comprenant : - une pompe haute pression (20) d'alimentation en carburant d'un accumulateur hydraulique sous pression, ce dernier alimentant au moins un 5 injecteur dudit moteur, - une pompe (11, 12) de transfert de carburant vers ladite pompe haute pression (20), - un régulateur de débit (21) piloté, installé entre la pompe de transfert (11, 12) et la pompe haute pression (20), 10 - un régulateur de pression (6), positionné en aval de la pompe de transfert (11, 12), - et au moins un injecteur supplémentaire (4), caractérisé en ce que ledit injecteur supplémentaire (4) est alimenté en carburant par la pompe de transfert (1l, 12), en ce que ledit système comprend 15 un régulateur de pression (5) régulé en différentiel de pression, positionné en aval de ladite pompe de transfert (11, 12), afin de délivrer une pression de carburant différente entre ladite pompe haute pression (20) et ledit injecteur supplémentaire (4), ladite pompe de transfert (11, 12) étant conformée de façon à délivrer une pression qui correspond au besoin en pression le plus élevé entre l'injecteur 20 supplémentaire (4) et ladite pompe haute pression (20). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comprend une conduite à deux branches, qui relie ladite pompe de transfert (11, 12) audit injecteur supplémentaire (4) via sa première branche (74), et au régulateur de débit (21) installé en amont de la pompe haute pression (20), via sa seconde branche 25 (72) et en ce que le régulateur de pression (5) régulé en différentiel de pression est monté sur la seconde branche (72), en série avec ledit régulateur de débit (21) et en amont de celui-ci, de façon que la pression du carburant à l'entrée de la pompe haute pression (20) soit inférieure à celle régnant à l'entrée de l'injecteur supplémentaire (4). 30 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comprend une conduite à deux branches, qui relie ladite pompe de transfert (11, 12) audit injecteur supplémentaire (4) via sa première branche (74), et au régulateur de débit (21) installé en amont de la pompe haute pression (20), via sa seconde branche(72) et en ce que le régulateur de pression (5) régulé en différentiel de pression est monté sur la prernière branche (74), en série avec ledit injecteur (4) et en amont de celui-ci, de façon que la pression du carburant à l'entrée de l'injecteur supplémentaire (4) soit inférieure à celle régnant à l'entrée de la pompe haute pression (20). 4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pompe de transfert est une pompe électrique (12) logée dans le réservoir de carburant (3). 5. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce 10 que la pompe de transfert est une pompe mécanique (11) intégrée au module d'alimentation haute pression. 6. Système d'injection de carburant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injecteur supplémentaire (4) est un injecteur à l'échappement qui permet d'injecter du carburant dans le passage des gaz 15 d'échappement en amont d'un filtre à particules, en vue de le régénérer. 7. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un système conformé à l'une des revendications précédentes.