Brevet FR2924174A1 — publié le 20090529

Domaine de l'invention La présente invention concerne une pompe à carburant à haute pression pour un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne comportant un boîtier, un élément de transfert à mouvement cyclique ainsi qu'une soupape de sortie. Etat de la technique Le document DE 195 39 885 Al décrit un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe d'essence (encore appelé système BDE). Le système d'alimentation en carburant comprend une pompe à carburant à haute pression qui transfert le carburant de la zone de basse pression à la zone de haute pression. Cette dernière comporte une conduite collectrice de carburant encore appelée � rail � ou � rampe commune �. La pompe à carburant à haute pression est une pompe ayant un piston à mouvement cyclique, une soupape d'entrée et une soupape de sortie. En parallèle à la pompe à carburant à haute pression, il est prévu un clapet antiretour qui s'ouvre en direction de la zone haute pression et permet, au démarrage du moteur à combustion interne, le passage de la pression provenant de la zone basse pression vers la zone haute pression. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une pompe à carburant à haute pression offrant de bonnes caractéristiques de démarrage au moteur à combustion interne associé tout en étant d'une construction simple. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne une pompe à carburant à haute pression du type défini ci-dessus, caractérisée par un clapet antiretour intégré dans la soupape de sortie, ce clapet s'ouvrant en direction de la zone haute pression, et la différence de pression de son ouverture est inférieure à la différence de pression d'ouverture de la soupape de sortie. La pompe à carburant à haute pression selon l'invention présente l'avantage qu'au cours de la phase de refroidissement du moteur à l'arrêt, il règne dans la zone haute pression, une pression plus faible, le clapet antiretour s'ouvre et permet d'équilibrer les pressions entre la zone haute pression et la zone basse pression. On diminue ainsi l'aspiration des gaz de la zone haute pression et on peut même l'éviter totalement ce qui permet ensuite un redémarrage plus simple et plus rapide du moteur. L'intégration du clapet antiretour dans la soupape de sortie ne nécessite pas ou peu de modification constructive des pompes à carburant à haute pression existantes. En particulier, on évite dans celles-ci des perçages ou des conduites supplémentaires. Selon l'invention, la pompe à carburant à haute pression repose sur la considération que même le système de carburant y compris la zone haute pression et la pompe à carburant à haute pression refroidissent après l'arrêt du moteur à combustion interne. La variation de volume liée à la température du carburant emprisonné dans la zone haute pression par rapport à la variation des composants de structure peut faire que la pression régnant dans la zone haute pression chute plus rapidement jusqu'à un niveau bas et une dépression. Or, cette dépression peut engendrer l'aspiration de carburant ce qui retardera le démarrage suivant du moteur car le volume dégazé doit d'abord être comprimé puis rempli de carburant liquide. Tous ces inconvénients sont évités par la pompe à carburant à haute pression selon l'invention dont la construction proprement dite peut être conservée de façon inchangée. Selon un développement avantageux de la pompe à carburant à haute pression le clapet antiretour est intégré dans un élément de la soupape de sortie. Cela permet même de ne pas modifier la construction de base de la soupape de sortie ce qui réduit d'autant les moyens constructifs à mettre en oeuvre. On a constaté que la dynamique de la soupape de sortie n'était pratiquement pas influencée par le faible poids, très réduit de la réalisation du clapet antiretour. Selon un développement l'élément de la soupape de sortie comporte un siège de soupape pour un élément de soupape en forme de bille du clapet antiretour. Ce clapet antiretour est d'une construction particulièrement simple ; il fonctionne de manière fiable en assurant une bonne étanchéité entre la zone haute pression et la zone basse pression. L'élément de soupape de forme sphérique ou en forme de bille du clapet antiretour peut être placé dans une cage fixée à l'élément de la soupape de sortie. Cette cage comporte de préférence des perçages transversaux pour le passage d'une veine de fluide, et peut être réalisée par exemple en acier V2A ; elle permet de tenir la bille de manière imperdable contre l'élément de la soupape de sortie ce qui lui garantit un fonctionnement fiable. Un développement est caractérisé en ce que l'élément du clapet antiretour est guidé sans rotation par la cage. On réduit ainsi les pertes de charge lors du passage du flux sur le clapet antiretour. En variante, l'élément de soupape en forme de bille du clapet antiretour peut être logé dans une cavité de l'élément de la soupape de sortie et y être fixé par une partie en saillie. Une telle partie en saillie peut être réalisée par une déformation plastique du bord de la cavité, par exemple par un sertissage. Cette réalisation est d'une construction peu encombrante et ne modifie pratiquement pas les conditions d'écoulement dans la zone de la soupape de sortie. De plus, on réduit le nombre d'opérations et celui des pièces à installer ce qui est synonyme d'économie. De manière particulièrement avantageuse l'élément de soupape du clapet antiretour est uniquement sollicité en direction du siège de soupape par la pression hydraulique agissant dans le sens de la fermeture. La différence de pression nécessaire à l'ouverture du clapet antiretour est dans ce cas minimale ce qui évite d'une manière particulièrement efficace le dégazage car lors du refroidissement de la zone haute pression, le clapet antiretour s'ouvre plus tôt. Selon une variante constructive particulièrement simple l'élément du clapet antiretour comporte une pièce plate, souple, fixée à l'élément de soupape de la soupape de sortie en coopérant avec un siège plat prévu dans cette soupape. La pièce plate peut par exemple être soudée à l'élément du clapet antiretour. Elle peut être une tôle à ressort ce qui améliore l'étanchéité du clapet antiretour. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne comprenant une pompe à carburant à haute pression avec une soupape de sortie intégrant un clapet antiretour, - la figure 2 est une vue en coupe partielle détaillée de la pompe à carburant à haute pression de la figure 1, - la figure 3 est une coupe des éléments de la soupape de sortie et du clapet antiretour selon une variante de réalisation, et - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 dans une autre variante de réalisation. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne porte globalement la référence 10. Ce système comprend un réservoir à carburant 12 dans lequel une pompe électrique 14 transfert le carburant à une conduite basse pression 16. Un régulateur basse pression 18 est relié à cette conduite. La conduite basse pression 16 traverse un filtre 20 pour alimenter une pompe à carburant haute pression 22 indiquée figure 1 par un cartouche en pointillé. La pompe à carburant à haute pression 22 comprime le carburant à une pression très élevée et le transfert par une conduite haute pression 24 à une conduite collectrice 26 encore appelée � rail � ou � rampe commune �. Plusieurs injecteurs 28 sont raccordés à cette conduite d'injection directe du carburant dans les chambres de combustion associées (non représentées). Un capteur de pression 30 détecte la pression régnant dans la rampe 26 et transmet des signaux correspondant à une installation de commande et de régulation non représentée. La pompe à carburant à haute pression 22 comprend un élément de transfert à mouvement cyclique réalisé sous la forme d'un piston 32 ; cet élément de transfert délimite une chambre de transfert 34 réalisée dans le boîtier 33 de la pompe à carburant à haute pression 4 22. La chambre de transfert 34 est reliée par une soupape d'entrée 36, commandée, et par un amortisseur de pression 38 côté basse pression à la conduite basse pression 16. La chambre de transfert 34 est également reliée par une soupape de sortie 40 et un clapet antiretour 42 intégré dans cette conduite pour être relié à la conduite haute pression 24. La soupape de limitation de pression 44 relie la conduite haute pression 24 à la chambre de transfert 34. Comme cela apparaît entre autres à la figure 2, la soupape de sortie 40 comporte un élément de soupape 46 en forme de disque poussé par un ressort de soupape 48 contre un siège de soupape 50 de la soupape de sortie 40 dans le boîtier 33 de la pompe à carburant à haute pression 22. Le ressort de soupape 48 s'appuie ainsi contre une coupelle à ressort 52 pressée dans le boîtier 33. L'élément de soupape 46 comporte un perçage central traversant 54 dont le diamètre est inférieur d'un multiple au diamètre du siège de soupape 50 de la soupape de sortie 40. Le perçage traversant 54 est couvert du côté opposé à celui tourné vers la chambre de transfert 34, par une cage 56 soudée au coin 58 (voir figure 1) à l'élément de soupape 46. La cage 56 a globalement une forme de chapeau cylindrique circulaire et comporte plusieurs orifices dont seulement deux orifices radiaux portant les références 60 apparaissent à la figure 1. Entre la cage 56 et l'élément de soupape 46 de la soupape de sortie 40, il est prévu un élément de soupape 62 en forme de bille ou de sphère pour le clapet antiretour 42. Le bord du perçage traversant 54 tourné vers l'élément de soupape 62 constitue un siège de soupape 64 (voir figure 1) pour l'élément de soupape de forme sphérique ou de bille 62. Les figures 1 et 2 montrent que l'extension axiale de la cage 56 est suffisante pour que l'élément de soupape en forme de bille ou de sphère 62 puisse se soulever du siège de soupape 64. On remarque en outre que le siège de soupape 64 a une forme légèrement conique et en coopérant avec la cage 56, il constitue un moyen de guidage pour l'élément de soupape de forme sphérique 62. Le clapet antiretour 42 ne comporte pas de ressort de soupape qui solliciterait l'élément de soupape de forme sphérique 62. En fonctionnement normal, la pompe à carburant à haute pression 22 fonctionne comme suit. Pour la course d'aspiration du piston 32, l'élément 46 de la soupape de sortie 40 est appliqué contre le siège de soupape 50 ; l'élément 62 du clapet antiretour 42 est appliqué contre le siège de soupape 64. La soupape d'entrée 36 est ouverte de sorte que le carburant peut passer de la conduite basse pression 16 dans la chambre de transfert 34. Lors d'une course de transfert du piston 32, la soupape d'entrée 36 se ferme mais peut néanmoins être ouverte de force pour commander la quantité transférée. Lorsque la différence de pression d'ouverture respective entre la chambre de transfert 34 et la conduite haute pression 24 est dépassée, le clapet antiretour 42 s'ouvre de même que la soupape de sortie 40 si bien que le carburant sous haute pression est repoussé de la chambre de transfert 34 dans la rampe commune 26. Le moteur à combustion interne chauffe en fonctionnement normal comme le système de carburant 10 ou les composants de structure faisant partie de ce système tels que par exemple la rampe commune 26, la conduite haute pression 24 et aussi la pompe à carburant à haute pression 22. Après l'arrêt du moteur à combustion interne et du système d'alimentation en carburant 10, les composants du système refroidissent y compris le carburant retenu dans la rampe commune 26 et dans la conduite haute pression 24. A cause des coefficients de dilatation thermique différents d'une part du carburant retenu dans la rampe commune 26 et de celui retenu dans la conduite haute pression 24 et d'autre part des composants de structure de la rampe commune 26 et de la conduite haute pression 24, la pression du carburant emprisonné chute. Dès que la pression régnant dans la conduite haute pression 24 et dans la rampe 26 descend en dessous de la pression régnant dans la chambre de transfert 34 (après l'arrêt du moteur à combustion interne et du système d'alimentation en carburant 10, il devrait régner dans la chambre de transfert 34 une pression comprise entre la basse pression normale et la pression ambiante) l'élément de soupape 62 de forme sphérique se soulève de son siège de soupape 64 ; cela se traduit par un équilibrage des pressions dans la conduite basse pression 16 par la chambre de transfert 34 et le clapet antiretour 42 jusque dans la conduite haute pression 24 et plus loin dans la rampe commune 26. On évite de cette manière que la pression dans la rampe 26 descende à un niveau tel qu'il se produit un fort dégazage de carburant à cause de la dépression. Le guidage étroit de l'élément de soupape en forme de bille 62 dans la cage 56 assure que le passage du fluide lorsque le clapet antiretour 42 est ouvert ne mette pas en rotation l'élément de soupape 62 en forme de bille (ou de sphère). Comme le clapet antiretour 42 ne comporte pas de ressort de soupape, il s'ouvre déjà pour une très faible différence de pressions entre la conduite haute pression 24 et la chambre de transfert 34 ; cette différence de pression peut être considérablement plus faible que la différence de pression d'ouverture de la soupape de sortie 40 ; cette dernière étant pratiquement définie par la force exercée par le ressort de soupape 48. Pendant la course de transfert du piston 32, l'élément de soupape en forme de bille 62 du clapet antiretour 42 est sollicité uniquement par la pression hydraulique agissant dans le sens de la fermeture à partir de la conduite haute pression 24 vers la chambre de transfert 34 pour être appliqué contre le siège de soupape 64. La section relativement faible du perçage traversant 54 dans l'élément de soupape 46 assure toutefois qu'en mode de fonctionnement normal de la pompe haute pression de carburant 22, le fonctionnement de la soupape de sortie 40 n'est pas affecté par la course de transfert du piston 32. La figure 3 montre une variante de réalisation d'un clapet antiretour 42 qui sera décrite ci-après. Il s'agit d'éléments et de zones qui ont des fonctions équivalentes à celles des éléments et zones déjà décrites ci-dessus et portent de ce fait les mêmes références. Leur description détaillée ne sera pas reprise. Dans le mode de réalisation de la figure 3, il n'y a ni cage ni élément de soupape en forme de bille ou de sphère. Au lieu de cela, on utilise comme élément de soupape pour le clapet antiretour 42, une simple pièce plate, flexible sous la forme d'une tôle élastique 62 fixée à l'élément de soupape 46 de la soupape de sortie 40 par un cordon de soudure au laser 66 pour coopérer avec le siège plat 64 prévu à cet endroit. La figure 4 montre une autre forme de réalisation d'un clapet antiretour 42 : l'élément de soupape 46 de la soupape de sortie 40 comporte une cavité ou logement de réception 68 formé par un segment élargi du perçage traversant 54. Ce logement de réception 68 reçoit complètement un élément de soupape 62 en forme de bille du clapet antiretour 42. L'élément de soupape 62 est tenu de manière garantie dans la chambre de réception 68 par un bord de sertissage 70. io REVENDICATIONS 1 °) Pompe à carburant à haute pression (22) pour un système d'alimentation en carburant (10) d'un moteur à combustion interne comportant un boîtier (33), un élément de transfert (32) à mouvement cyclique ainsi qu'une soupape de sortie (40), caractérisée par un clapet antiretour (42) intégré dans la soupape de sortie (40), ce clapet s'ouvrant en direction de la zone haute pression (24, 26), et la différence de pression de son ouverture est inférieure à la différence de pression d'ouverture de la soupape de sortie (40). 2°) Pompe à carburant à haute pression (22) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le clapet antiretour (42) est intégré dans un élément (46) de la soupape de sortie (40). 3°) Pompe à carburant à haute pression (22) selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément (46) de la soupape de sortie (40) comporte un siège de soupape (64) pour un élément de soupape (62) en forme de bille du clapet antiretour (42). 4°) Pompe à carburant à haute pression (22) selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément (62) en forme de bille du clapet antiretour (42) est installé dans une cage (56) tenue par l'élément (46) de la soupape de sortie (40). 5°) Pompe à carburant à haute pression (22) selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'élément (62) du clapet antiretour (42) est guidé sans rotation par la cage (56). 6°) Pompe à carburant à haute pression (22) selon la revendication 3, caractérisée en ce quei0 l'élément de soupape (62) en forme de bille du clapet antiretour (42) est logé dans une chambre de réception (68) de l'élément (46) de la soupape de sortie (40) en y étant retenu par une partie en saillie (70). 7°) Pompe à carburant à haute pression (22) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de soupape (62) du clapet antiretour (42) est uniquement sollicité en direction du siège de soupape (64) par la pression hydraulique agissant dans le sens de la fermeture. i0 8°) Pompe à carburant à haute pression (22) selon la revendication 2 ou les revendications 2 et 7, caractérisée en ce que l'élément du clapet antiretour (42) comporte une pièce plate (62), 15 souple, fixée à l'élément de soupape (46) de la soupape de sortie (40) en coopérant avec un siège plat (64) prévu dans cette soupape. 9°) Pompe à carburant à haute pression (22) selon la revendication 8, caractérisée en ce que 20 l'élément plat est une tôle élastique (62). 25