Brevet FR2936842A1 — publié le 20100409

Domaine de l'invention La présente invention concerne un système d'injection à réservoir de moteur à combustion interne comprenant une partie basse pression dans laquelle, une conduite basse pression relie un réservoir à carburant et une pompe à carburant à une pompe haute pression, la pompe à carburant transférant le carburant du réservoir à carburant dans la direction de la pompe haute pression. Etat de la technique Dans le cas de moteurs à combustion équipés d'un système d'injection à réservoir connu plus généralement sous la dénomination de système d'injection à rampe commune, on génère la pression et on assure l'injection du carburant de façon découplée. Le carburant est transféré en permanence par une pompe à carburant sous une pression de l'ordre de 0,3 - 0,7 MPa (c'est-à-dire 3 - 7 bars) du réservoir de carburant vers une pompe à haute pression qui transfère le carburant sous une pression élevée allant jusqu'à environ 200 MPa (c'est-à-dire 2000 bars) dans un système de conduite servant de réservoir haute pression encore appelé rampe. En fonction des signaux de commande fournis par une unité de commande, le carburant du réservoir à haute pression est injecté par des injecteurs dans les chambres de combustion des cylindres. La fonction du réservoir à haute pression est de stocker le carburant à haute pression. Les systèmes d'injection à réservoir ou systèmes d'injection à rampe commune, se composent d'une partie basse pression et d'une partie haute pression ; la partie basse pression assure l'alimentation en carburant de la partie haute pression. La partie basse pression comprend un réservoir à carburant, un préfiltre, éventuellement un moyen de chauffage du carburant, un filtre à carburant, une pompe à carburant et une conduite basse pression de carburant ; la partie haute pression se compose quant à elle d'une pompe haute pression, d'une conduite haute pression de carburant, d'un réservoir haute pression avec une soupape de régulation de pression, de capteurs de pression pour la rampe commune et de limiteurs de débit ainsi que d'injecteurs. Pour reconduire le carburant de la partie haute pression dans le réservoir à carburant, il y a en outre 2 des conduites de retour de carburant qui reconduisent par exemple le carburant destiné à la commande hydraulique des injecteurs, de la partie haute pression vers le réservoir de carburant. Sous une pression systématique élevée dans la partie haute pression du système d'injection, le problème est que lors de la détente du carburant pour passer de la pression systématique (ou encore pression du système) de l'ordre de 200 MPa (c'est-à-dire 2000 bars) de la partie haute pression jusqu'à environ la pression atmosphérique dans la conduite de retour de carburant l'énergie de pression, ainsi libérée est convertie en énergie thermique ; cela se traduit par un réchauffage du carburant retournant dans le réservoir de carburant. On rencontre un échauffement supplémentaire du carburant situé dans le réservoir de carburant aux températures extérieures élevées et par suite de la chaleur dégagée par le moteur à combustion, lorsqu'il fonctionne à pleine charge. Comme en particulier, les gazoles n'assurent plus une lubrification suffisante de la pompe haute pression à partir de certaines températures, le rendement de la pompe haute pression diminue à mesure que la température du carburant augmente. C'est pourquoi, il est connu selon l'état de la technique, de prévoir dans la conduite de retour de carburant, un radiateur pour refroidir le carburant, qui revient de la partie haute pression dans le réservoir à carburant. On rencontre toutefois ainsi la difficulté qu'en particulier, aux températures extérieures élevées, la température du carburant dans le réservoir augmente à un niveau tel, que malgré le refroidissement du carburant dans la conduite de retour de carburant, le rendement de la pompe haute pression reste faible. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif destiné à un moteur à combustion interne permettant d'améliorer le rendement de la pompe d'injection lorsque le carburant si trouvent dans le réservoir et à des températures élevées et pouvant être intégré de manière simple dans le système d'injection à réservoir (ou système d'injection à rampe commune) du moteur à combustion. 3 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un système d'injection de carburant à réservoir ou système d'injection à rampe commune de moteur à combustion interne du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'un radiateur de carburant est interposé entre le réservoir de carburant et la pompe haute pression dans la conduite basse pression. Ainsi, le carburant est transféré en permanence par la pompe à carburant sous une pression de l'ordre de 0,3 - 0,7 MPa (c'est-à-dire 3 - 7 bars) du réservoir à carburant vers la pompe haute pression et entre le réservoir à carburant et la pompe à haute pression, il est prévu un radiateur de carburant, qui abaisse la température du carburant. La température du carburant est ainsi abaissée par le radiateur à carburant, de préférence à une température inférieure à 70°C. Grâce au refroidissement du carburant dans la partie basse pression du système d'injection à réservoir ou système d'injection à rampe commune, on a l'avantage d'assurer une lubrification suffisante de la pompe à haute pression. En outre, comme le carburant est refroidi, la pompe à carburant a un rendement élevé ce qui se traduit par une influence positive à la fois sur la consommation de carburant et sur la nature des gaz d'échappement émis par le moteur à combustion. En outre, et de manière avantageuse, les composants du système d'injection traversés par le carburant et qui se trouvent en aval du radiateur à carburant, ne sont exposés qu'à des contraintes thermiques réduites ce qui améliore la fiabilité et la durée de vie du moteur à combustion. Selon un mode de réalisation de l'invention, le radiateur à carburant est installé entre la pompe à carburant et la pompe haute pression de sorte que le radiateur à carburant se trouve du côté refoulement de la pompe à carburant. On peut ainsi prévoir d'intégrer la pompe à carburant dans le réservoir à carburant (pompe interne au réservoir). Dans le cas d'une telle pompe interne, on utilise de préférence une pompe électrique fonctionnant par exemple selon le principe du refoulement, et pouvant être constituée par une pompe à cellules à roulements. La pompe à carburant interne au réservoir qui 4 est entraînée par un moteur électrique est de ce fait indépendante de l'entraînement de la pompe haute pression, ce qui permet une alimentation permanente de carburant en direction de la pompe haute pression, indépendamment du régime du moteur à combustion. Du côté aspiration de la pompe électrique à carburant interne au réservoir, on peut prévoir un préfiltre qui sépare dans une première étape, les impuretés grossières du carburant provenant du réservoir. Selon un autre développement de l'invention, le radiateur de carburant est installé entre le réservoir à carburant et la pompe à carburant. La pompe à carburant se trouve ainsi à l'extérieur du réservoir à carburant et le radiateur à carburant est situé du côté aspiration de la pompe à carburant. Cela permet par exemple de réaliser la pompe à carburant sous la forme d'une pompe électrique et de l'intégrer en tant que pompe à carburant en ligne dans la conduite basse pression. Selon une variante d'une pompe électrique à carburant, on peut également prévoir que la pompe à carburant soit entraînée en commun avec la pompe haute pression. A cet effet, la pompe à carburant est, de préférence, une pompe de transfert à engrenage intégrée dans la pompe haute pression. L'entraînement de la pompe de transfert à engrenage se fait par un embrayage, un pignon ou une courroie crantée couplée à l'entraînement de la pompe haute pression. Selon un autre développement avantageux de l'invention, le filtre à carburant est installé en amont du radiateur à carburant dans le sens de passage du carburant. Comme variante selon l'invention, le filtre à carburant peut toutefois également être installé en aval du radiateur à carburant dans le sens de passage du carburant. Comme la pression du carburant diminue à sa traversée du filtre à carburant, il est possible en installant le filtre à carburant en amont ou en aval du radiateur de carburant dans le sens de passage d'adapter la puissance de refroidissement du radiateur à carburant à la vitesse de passage du carburant. Dans le cas d'un radiateur à carburant installé entre le réservoir à carburant et la pompe à carburant dans le sens de passage du carburant, il peut être prévu, selon l'invention, d'installer le filtre à carburant entre la pompe à carburant et la pompe haute pression dans le sens de passage du carburant. Il en résulte l'avantage que la puissance de refroidissement du radiateur à carburant installé du côté aspiration de la pompe à carburant est pas modifiée si le filtre à carburant qui se trouve du côté refoulement de la pompe à carburant 5 est encombré de particules et que, de ce fait, la vitesse de passage du carburant diminue. En plus, du montage séparé du radiateur à carburant et du filtre à carburant, un autre mode de réalisation de l'invention prévoit de réaliser le filtre à carburant et le radiateur à carburant sous la forme d'un module. L'intégration du radiateur à carburant dans le filtre à carburant a l'avantage de diminuer l'encombrement pour loger le radiateur à carburant et le filtre dans l'enceinte du moteur à combustion. Selon un autre développement de l'invention, on peut également envisagé entre le filtre à carburant et la pompe haute pression, un autre radiateur à carburant assurant un refroidissement supplémentaire du carburant dans la partie basse pression du système d'injection à réservoir directement en amont de la pompe haute pression. Selon l'invention, le refroidissement du carburant peut se faire de manière active mais aussi passive, par le radiateur à carburant. Dans le cas d'un refroidissement passif du carburant, le radiateur à carburant comporte un serpentin de refroidissement constitué par un segment de conduite avec un tracé en méandres réalisé de préférence en un matériau ayant une forte conductivité thermique. Dans l'application du moteur à combustion interne selon l'invention à un véhicule, le radiateur à carburant selon l'invention peut être installé au niveau du plancher du véhicule, de sorte que pendant le déplacement du véhicule, le vent de circulation refroidisse le carburant. Le plancher du véhicule comporte à cet effet de préférence des ailettes de refroidissement qui augmentent la surface du radiateur de carburant assurant l'échange de chaleur. Le refroidissement du carburant est ainsi possible sans fournir d'énergie supplémentaire. Selon un autre développement de l'invention, le radiateur à carburant peut toutefois également être intégré dans le système de refroidissement du moteur à combustion. Le radiateur à carburant peut alors comporter par exemple un serpentin de refroidissement ayant un segment de conduite en forme de méandres situé dans le radiateur à eau ou à air du moteur à combustion interne, de sorte que le carburant soit refroidi en même temps que le moteur. On peut en outre envisager d'intégrer le radiateur à carburant dans le circuit de refroidissement d'une installation de climatisation de sorte que, pendant le fonctionnement de cette installation, le carburant soit également refroidi de manière active. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation préférentiels représentés dans les dessins, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma hydraulique de la partie basse pression d'un système d'injection à réservoir d'un moteur à combustion comportant une pompe à carburant, électrique intégrée dans le réservoir à carburant et un radiateur à carburant installé sur le côté refoulement de la pompe électrique à carburant ainsi qu'un filtre à carburant installé en aval, dans le sens de passage du carburant, - la figure 2 est un schéma hydraulique de la partie basse pression d'un système d'injection à réservoir d'un moteur à combustion comportant une pompe à carburant, électrique intégrée dans le réservoir à carburant, et un filtre à carburant installé sur le côté refoulement de la pompe électrique à carburant, ainsi qu'un radiateur à carburant installé en aval dans le sens de passage du carburant, - la figure 3 est un schéma hydraulique de la partie basse pression d'un système d'injection à réservoir d'un moteur à combustion comportant une pompe à carburant entre le réservoir à carburant et la pompe haute pression ainsi qu'un filtre à carburant et un radiateur à carburant, installés l'un derrière l'autre entre le réservoir à carburant et la pompe à carburant dans le sens de passage du carburant, - la figure 4 est un schéma hydraulique de la partie basse pression d'un système d'injection à réservoir d'un moteur à combustion 7 comportant une pompe à carburant entre le réservoir à carburant et une pompe haute pression, ainsi qu'un ensemble formé d'un radiateur à carburant et d'un filtre à carburant installés l'un derrière l'autre entre le réservoir à carburant et la pompe à carburant dans le sens de passage du carburant, - la figure 5 est un schéma hydraulique de la partie basse pression d'un système d'injection à réservoir d'un moteur à combustion comportant une pompe à carburant entre un réservoir à carburant et une pompe haute pression, le côté aspiration de la pompe à carburant étant équipé d'un radiateur à carburant et le côté refoulement étant équipé d'un filtre à carburant. Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 1 à 5 montrent de manière schématique une partie basse pression 1 d'un système d'injection à réservoir ou système d'injection à rampe commune 24 d'un moteur à combustion interne non représenté de manière détaillée. Ce système comprend un réservoir à carburant 4 équipé d'une pompe à carburant 6, 8, un radiateur à carburant 12, un filtre à carburant 10 et une pompe haute pression 14 ; ces différents composants sont reliés par une conduite basse pression 2. La pompe à carburant 6, 8 transfère ainsi en permanence le carburant sous une pression d'environ 0,6 MPa (c'est-à-dire 6 bars) et avec un débit allant jusqu'à 190 1/h, à partir du réservoir à carburant 4 par la conduite basse pression 2 dans la direction de la flèche 22 vers la pompe haute pression 14 ; à partir de là, le carburant arrive dans la partie haute pression 20 du système d'injection à réservoir 24 et est transféré par une conduite haute pression 16 sous une pression élevée allant jusqu'à 200 MPa (c'est-à-dire 2000 bars) dans le réservoir haute pression 18. Un certain nombre d'injecteurs non représentés sont reliés au réservoir haute pression 18. Ces injecteurs injectent le carburant de manière commandée en phase par l'intermédiaire d'injecteurs dans la chambre de combustion de chaque cylindre du moteur à combustion. La pompe haute pression 14 qui constitue l'interface entre la partie basse pression 1 et la partie haute pression 20 du système d'injection à réservoir 24, a pour fonction de fournir toujours suffisamment de carburant quel que soit le mode de fonctionnement du 8 moteur à combustion ; la pompe haute pression 14 génère en permanence, c'est-à-dire de manière indépendante de l'injection, la pression systématique pour le réservoir à haute pression 18. C'est ainsi que par exemple, pour un véhicule de tourisme, on met en oeuvre des pompes à pistons radiaux à 3, 2 et 1 pistons comme pompe haute pression 14 pour générer des pressions de carburant élevées. La pompe haute pression 14 est ainsi lubrifiée par le carburant et est entraînée d'une manière non détaillée aux figures à partir du moteur à combustion par un embrayage, un pignon, une chaîne ou une courroie crantée. Pour éliminer les particules telles que par exemple les particules de rouille, les impuretés minérales et les particules d'usure métallique contenues dans le carburant il est prévu dans la partie basse pression 1 du système d'injection à réservoir 24, un filtre à carburant 10 qui garantit une pureté minimale du carburant et augmente ainsi la durée de vie des composants exposés à l'usure du système d'injection à réservoir 24, en particulier des injecteurs. Dans le cas de gazole, le filtre à carburant 10 a en plus de la fonction de filtrage des particules, également comme fonction de séparer l'eau émulsifiée et non dissoute du carburant de manière à éviter les dommages par corrosion du système d'injection à réservoir 24. Comme quelques moteurs à combustion réagissent d'une manière très sensible aux impuretés, on peut en plus de l'intégration du filtre à carburant 10 dans la conduite basse pression 2, prévoir également un préfiltre non représenté de manière détaillée dans les figures, installé du côté aspiration ou du côté refoulement de la pompe à carburant 6, électrique représentée à la figure 1 et à la figure 2 située dans le réservoir à carburant 4. En outre, la partie basse pression 1 du système d'injection à réservoir 24, comporte un radiateur à carburant 12 qui refroidit le carburant transféré dans la direction d'écoulement indiquée par la flèche 22 à une température nécessaire pour assurer une lubrification suffisante et le refroidissement de la pompe haute pression 14 directement par le carburant et ainsi un rendement élevé de la pompe haute pression 14. 9 Dans les modes de réalisation représentés à la figure 1 et à la figure 2, la partie basse pression 1 du système d'injection à réservoir 24, comporte une pompe électrique à carburant 6 non représentée de manière détaillée, qui possède son moteur propre et est installée dans le réservoir à carburant 4. Le radiateur à carburant 12 est installé sur le côté refoulement de la pompe électrique à carburant 6. Selon la figure 1, le carburant refoulé par la pompe électrique à carburant 6, traverse tout d'abord le radiateur à carburant 12 avant d'être filtré par le filtre à carburant 10. Comme la pompe électrique à carburant 6 refoule en permanence du carburant dans la conduite basse pression 2, la vitesse d'écoulement du carburant dans la direction d'écoulement représentée par la flèche 22, est ainsi indépendante du niveau d'encombrement du filtre à carburant 10 et de sa résistance hydraulique. Le radiateur à carburant 12 peut ainsi être défini directement en fonction du débit de la pompe à carburant 6. Dans le cas du montage de la figure 2, le radiateur à carburant 12 est en revanche installé en aval du filtre à carburant 10, de sorte que le carburant soit refroidi à la température requise, directement en amont de la pompe haute pression 14. Du fait de la perte de charge dans le filtre à carburant 10, la vitesse d'écoulement du carburant dans la zone du radiateur à carburant 12 représentée à la figure 2, est inférieure à celle du montage de la figure 1 pour une même puissance de la pompe électrique à carburant 6. Contrairement à la partie basse pression 1 représentée à la figure 1 et à la figure 2, selon le montage représenté aux figures 3, 4 et 5 le radiateur à carburant 12 est monté sur le côté aspiration de la pompe à carburant 8. La pompe à carburant 8 est ainsi extérieure au réservoir à carburant 4 et intégrée dans la conduite basse pression 2 en constituant une pompe à carburant dite en ligne. L'entraînement de la pompe à carburant 8 peut être, dans ce cas, couplé à l'entraînement de la pompe haute pression 14 ce qui donne une forme compacte à la partie basse pression 1. Dans les modes de réalisation représentés à la figure 3 et à la figure 4, le radiateur à carburant 12 et aussi le filtre à carburant 10, se situent sur le côté aspiration, c'est-à-dire en amont de la pompe 10 à carburant 8. Selon la représentation de la figure 3, le filtre à carburant 10 est placé en amont du radiateur à carburant 12, et la conduite basse pression 2 le relie directement au réservoir à carburant 4; ainsi, le carburant aspiré dans le réservoir à carburant 4, passe dans le sens de l'écoulement donné par la flèche 12 à travers le filtre à carburant 10 et parvient dans le radiateur à carburant 12, avant que la pompe à carburant 8 ne le transfère ensuite vers la pompe haute pression 14. Dans le mode de réalisation de la figure 4, le radiateur à carburant 12 est installé en amont du filtre à carburant 10 de sorte que le carburant aspiré dans le réservoir à carburant 4 soit tout d'abord refroidi par le radiateur à carburant 12, puis filtré par le filtre à carburant 10 et ensuite transféré par la pompe à carburant 8 vers la pompe haute pression 14. Du fait de la diminution de la vitesse d'écoulement du carburant dans le filtre à carburant 10, la vitesse d'écoulement du carburant dans le radiateur à carburant 12 du montage de la figure 3 est selon les circonstances, inférieure à sa vitesse dans le montage de la figure 4. En variante des modes de réalisation représentés à la figure 3 et à la figure 4, selon la représentation de la figure 5, le radiateur à carburant 12 est installé sur le côté aspiration ou en amont de la pompe à carburant 8 et le filtre à carburant 10 est installé sur le côté refoulement ou en aval de la pompe à carburant 8. Du fait du montage du radiateur à carburant 12 du côté aspiration, en amont de la pompe à carburant 8 et du montage du filtre à carburant 10 du côté refoulement, en aval de la pompe à carburant 8, la vitesse d'écoulement et la pression du carburant dans la conduite basse pression 2, côté aspiration, ne dépendent pas de la limitation du débit de carburant par les particules accumulées dans le filtre à carburant 10. La pompe à carburant 8, le filtre à carburant 10 et la pompe haute pression 14, peuvent être regroupés en un unique composant ; le filtre à carburant 10 peut être fixé de manière amovible et ainsi interchangeable au boîtier logeant la pompe à carburant 8 et la pompe haute pression 14. Selon un mode de réalisation de l'invention non représenté dans les figures, le filtre à particules 10 ainsi que le 11 radiateur à carburant 12 peuvent être installés sur le côté pression, c'est-à-dire en aval de la pompe à carburant 8 elle-même extérieure au réservoir à carburant 4. Le radiateur à carburant 12 représenté aux figures 1 à 5 peut avoir non seulement la forme représentée d'un serpentin de refroidissement avec un tracé en méandres, mais également une autre forme. On peut évidemment envisager aussi de munir le radiateur à carburant 12 de nervures ou ailettes de refroidissement augmentant la surface rayonnant la chaleur. Le radiateur à carburant 12 peut être refroidi de manière passive par le vent de circulation passant sur le véhicule, mais aussi de manière active par une veine d'air générée par un ventilateur ou encore en intégrant le radiateur à carburant 12 dans le circuit de refroidissement du moteur à combustion ou d'une installation de climatisation. 20 REVENDICATIONS1°) Système d'injection à réservoir de moteur à combustion interne comprenant une partie basse pression (1) dans laquelle, une conduite basse pression (2) relie un réservoir à carburant (4) et une pompe à carburant (6, 8) à une pompe haute pression (14), la pompe à carburant (6, 8) transférant le carburant du réservoir à carburant (4) dans la direction (22) de la pompe haute pression (14), caractérisé en ce qu' un radiateur à carburant (12) est interposé entre le réservoir de carburant (4) et la pompe haute pression (14) dans la conduite basse pression (2). 2°) Système d'injection à réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le radiateur à carburant (12) est installé entre la pompe à carburant (6, 8) et la pompe haute pression (14) dans le sens de passage (22) du carburant. 3°) Système d'injection à réservoir selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pompe à carburant (6) est installée dans le réservoir à carburant (4). 4°) Système d'injection à réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le radiateur à carburant (12) est installé entre le réservoir à carburant (4) et la pompe à carburant (8) dans le sens de passage (22) du carburant. 5°) Système d'injection à réservoir selon la revendication 1, caractérisé par un filtre à carburant (10) prévu dans la partie basse pression (1), ce filtre à carburant étant installé en amont ou en aval du radiateur à carburant (12) dans la direction de passage (22) du carburant. 5 10 15 2013 6°) Système d'injection à réservoir selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le filtre à carburant (10) est installé entre la pompe à carburant (8) et la pompe haute pression (14) dans le sens de passage (22) du carburant. 7°) Système d'injection à réservoir selon la revendication 5, caractérisé en ce que le radiateur à carburant (12) est intégré dans le réservoir à carburant (10). 8°) Système d'injection à réservoir selon la revendication 1, caractérisé par un autre radiateur à carburant, installé dans la partie basse pression (1). 9°) Système d'injection à réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le radiateur à carburant (12) est intégré dans le circuit de refroidissement du moteur à combustion. 10°) Système d'injection à réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le radiateur à carburant (12) est placé au niveau du plancher du véhicule. 25