Brevet FR2940371A1 — publié le 20100625

ENSEMBLE D'INJECTION DE CARBURANT La présente invention concerne, de façon générale, le domaine de l'injection de carburant pour moteurs à 5 combustion interne. Plus particulièrement, l'invention concerne un ensemble d'injection de carburant comportant au moins un injecteur de carburant et au moins un réservoir de carburant reliés entre eux par une conduite de retour de 10 carburant, l'ensemble comportant en outre une chambre reliée à ladite conduite et disposée entre l'injecteur et le réservoir. Un des problèmes inhérents à l'injection de carburant par des injecteurs est de s'assurer que le 15 carburant d'alimentation de l'injecteur est relativement liquide et homogène et ne comporte pas de carburant vaporisé. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un ensemble d'injection permettant de réduire 20 le risque que du carburant liquide vienne à se vaporiser lors de son passage dans l'ensemble d'injection et notamment lors de phases d'arrêt prolongé du moteur. A cette fin, l'ensemble d'injection de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en 25 donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce que la chambre comprend une paroi de chambre mobile de manière à faire varier le volume intérieur de la chambre et en ce qu'il comporte un moyen mécanique de contrainte de la paroi de chambre 30 adapté pour forcer le déplacement de ladite paroi en fonction de variations de la température du carburant transféré via ladite conduite de retour et pour ainsi adapter la capacité de contenance en carburant de l'ensemble d'injection en fonction de la température du carburant transféré via ladite conduite. Grâce à l'invention on peut donc adapter la capacité de contenance de carburant de l'ensemble d'injection (c'est-à-dire le volume interne de l'ensemble d'injection prévu pour recevoir du carburant) en fonction de la température du carburant transitant par la conduite de retour de carburant allant de l'injecteur au réservoir de carburant. Cette caractéristique de l'invention peut être mise à profit pour éviter ou du moins réduire le risque d'apparition de zones de faible pression dans l'ensemble d'injection ce qui permet de réduire le risque de vaporisation de carburant dans l'ensemble d'injection. L'invention peut donc être utilisée pour maintenir un niveau de pression de carburant relativement élevé dans l'ensemble d'injection afin de favoriser le maintien du carburant dans sa phase liquide et ainsi éviter des défauts d'injections qui peuvent être causés par la présence de carburant gazeux. On peut également faire en sorte que ladite paroi mobile possède une face intérieure orientée vers l'intérieur de la chambre pour être au contact du carburant et une face extérieure orientée vers un espace clos contenant un gaz compressible. Ce mode de réalisation permet de faire en sorte qu'une seule des faces de la paroi soit en contact avec le carburant contenu dans l'ensemble de l'invention l'autre face étant en contact avec un gaz compressible qui a pour fonction d'exercer une force élastique sur cette paroi tendant à déplacer cette paroi de manière à compresser le carburant liquide contenu dans la chambre. La compression élastique de la paroi permet de maintenir un niveau de pression minimum du carburant et cela indépendamment de la température du carburant. On peut également faire en sorte que le moyen mécanique de contrainte soit une pièce métallique de taux de dilatation thermique au moins égal à 12,0x10 6 et que cette pièce soit disposée de manière à être en contact avec le carburant transféré via ladite conduite de retour. Le fait que cette pièce soit en contact avec le carburant permet d'améliorer la vitesse de transfert de chaleur entre le carburant et la pièce de manière à réduire le temps de réaction entre le moment d'une variation de température de carburant et le moment de la variation dimensionnelle correspondante de la pièce métallique. Le choix d'une valeur du coefficient de dilatation thermique suffisamment importante favorise la capacité de variation de volume de la chambre tout en permettant de rendre le dispositif de l'invention relativement compact. On peut également faire en sorte que la pièce métallique soit conformée en spirale. Ce mode de réalisation permet de réduire les dimensions de la pièce sans pour autant réduire sa capacité de variation dimensionnelle avec la température. On peut également faire en sorte que la pièce métallique soit en aluminium ou en étain. Ces matériaux ont l'avantage d'avoir des coefficients de dilatation thermique importants tout en étant particulièrement résistants dans le temps notamment aux questions de corrosion. On peut également faire en sorte que la paroi mobile de la chambre soit un piston monté coulissant et auquel est lié ledit moyen mécanique de contrainte. L'avantage d'utiliser un piston pour générer une paroi de chambre mobile est que le volume interne de la chambre peut ainsi varier de façon linéaire en fonction du coulissement du piston. On peut également faire en sorte que l'ensemble d'injection de l'invention comporte un clapet disposé sur la conduite de retour, entre la chambre et le réservoir et adapté pour autoriser le passage de carburant provenant dudit au moins un injecteur vers le réservoir lorsque la pression de carburant entre le clapet et l'injecteur dépasse un seuil haut de pression prédéterminé et pour interdire ce passage de carburant lorsque cette pression de carburant est inférieure à un seuil bas prédéterminé. Ce mode de réalisation permet de maintenir un niveau de pression minimum à l'intérieur de la portion de conduite située entre le clapet et ledit au moins un injecteur y compris lorsque la circulation de carburant entre l'injecteur et le réservoir est interrompue. Ainsi lorsque le moteur est à l'arrêt le dispositif de l'invention permet de conserver une pression de carburant entre l'injecteur et le clapet réduisant ainsi le risque de vaporisation de carburant lorsque le moteur est à l'arrêt et soumis à de basses températures. On peut également faire en sorte que le clapet soit adapté pour interdire le passage de carburant du réservoir vers l'injecteur. Ce clapet antiretour est particulièrement utile pour éviter à des vapeurs de carburants ou à des impuretés de pénétrer en amont du clapet par rapport au sens d'écoulement du carburant de l'injecteur vers le réservoir. On peut également faire en sorte que le seuil bas prédéterminé de pression soit compris entre 0.5 et 20 Mégapascals, et préférentiellement égal à 1 Mégapascal. Ce mode de réalisation de l'invention est particulièrement utile puisqu'en maintenant une telle pression minimale entre l'injecteur et le clapet on réduit le risque de vaporisation du carburant dans cette zone de l'ensemble d'injection. On peut également faire en sorte que l'ensemble d'injection comporte une pompe de mise sous pression de carburant adaptée pour alimenter ledit au moins un injecteur en carburant, l'injecteur étant disposé entre la pompe et la conduite de retour de carburant de telle manière que le carburant transitant par l'injecteur et par la conduite de retour reste sous pression tout au long de ce transfert. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure 1 annexée qui représente l'ensemble d'injection selon l'invention. Comme annoncé précédemment et présenté par la figure 1, l'invention concerne un ensemble d'injection de carburant 1 pour moteur à combustion interne. Cette invention concerne également un moteur comprenant l'ensemble de l'invention. L'ensemble d'injection de l'invention comporte un réservoir de carburant 3 et un injecteur de carburant 2 qui sont reliés entre eux via une conduite d'alimentation en carburant 15 sur laquelle est placée une pompe de transfert de carburant 14. L'injecteur est un injecteur de type piézoélectrique commandé électroniquement de manière à ce que celui-ci autorise sélectivement l'injection dans une chambre de combustion de carburant acheminé via la conduite 15. L'injecteur 2 est également lié au réservoir de carburant via une conduite de retour de carburant 4 qui permet au carburant non injecté par l'injecteur 2 de revenir vers le réservoir de carburant 3 et de tourner en boucle tant qu'il n'est pas effectivement injecté. Une chambre 5 est reliée à la conduite de retour 4 de façon à ce que du carburant puisse transiter librement entre la conduite de retour 4 et la chambre 6. Cette chambre 5 possède une paroi mobile qui est en l'occurrence un piston 6 monté mobile dans la chambre. Ce piston 6 en se déplaçant fait varier le volume intérieur V de la chambre 5. Un moyen mécanique de contrainte 8 de la paroi 6 est disposé entre un point fixe vis-à-vis de la conduite de retour 4 et le piston 6. Ce moyen mécanique 8 est constitué par un serpentin métallique en spirale. Le métal du moyen mécanique 8 est préférentiellement de l'aluminium de taux de dilatation thermique égal à 12,0x10-6. Cette pièce métallique 8 se trouve en majeure partie placée dans la chambre 5 et se trouve plongée dans le carburant de telle manière que toute variation de température de ce dernier entraine une dilatation de la pièce 8. Lors de cette dilatation, la pièce 8 exerce un effort sur la paroi 6 du piston 6 et l'entraine en déplacement vis-à-vis du reste de la chambre. Il en résulte dès lors une variation du volume V de la chambre et par conséquent de la capacité de l'ensemble à contenir du carburant. Pour favoriser le rappel du piston dans une position donnée ce piston possède une face 10 orientée vers l'intérieur de la chambre 5 et une face extérieure 11 orientée vers un espace clos contenant un gaz compressible préférentiellement inerte. Ainsi le déplacement du piston entraîne conjointement la modification du volume V de la chambre et du volume de l'espace clos résultant ainsi à une variation de taux de compression du gaz contenu dans l'espace clos 12. Un clapet 13 est disposé entre la jonction entre la chambre 5 et la conduite de retour 4 de manière à permettre le passage de carburant de l'injecteur 2 vers le réservoir 3 lorsque la pression de carburant entre le clapet et l'injecteur est supérieure à un seuil prédéterminé qui en l'occurrence est réglé à 1 Mégapascal par l'intermédiaire du ressort 16 de tarage de clapet 13. Ce clapet 13 joue également le rôle de clapet anti retour car il est adapté pour interdire le passage de fluide au travers du clapet dans un sens allant du réservoir 3 vers l'injecteur 2. Le principe de l'ensemble de l'invention 1 est basé sur la dilatation du matériau de la pièce 8 qui est en aluminium et éventuellement en étain choisi pour son coefficient de dilatation thermique important. Cette pièce 8 qui est plongée dans le carburant transitant via la conduite de retour se dilate en fonction de la température du carburant. L'élévation de température T va dilater la pièce en forme de serpentin 8, ce dernier poussant alors le piston 6 vers le haut du volume ce qui autorise la dilatation du carburant. Le fonctionnement est inverse lors de la phase de refroidissement. En effet lors du refroidissement du carburant (par exemple après l'arrêt du moteur) la pièce 8 se rétracte et tire le piston auquel elle est attachée vers le vas du volume V ce qui permet de compenser les variations de volume du carburant et permet ainsi de réduire un phénomène de vaporisation de carburant. Le mouvement du piston vers le bas peut être favorisé par le fluide se trouvant dans l'espace clos 12 qui est en vis-à-vis de la face extérieure 11 du piston 6. L'adaptation dans le temps du volume du circuit de retour de carburant (c'est-à-dire du circuit entre l'injecteur et le clapet qui comprend la chambre 5) évite l'apparition de poche de vapeur. Le dimensionnement de l'ensemble de l'invention est calculé à l'aide des valeurs suivantes : - Variation de volume de la chambre nécessaire pour compenser la variation de masse volumique du carburant OV=0.35 cm3 pour une variation de température de carburant OT=120°C. - Coefficient de dilatation de l'aluminium a=23x10 - Pour un diamètre de piston de 2 cm, on a une surface de paroi 6 Spiston= 3,1415*10-4 m2. On sait dès lors que l'allongement nécessaire de la pièce 8 doit être AL= ALV/Spiston = 1.11mm. Dès lors la longueur initiale Lo nécessaire de la pièce 8 doit être : Lo= AL/( a*0) =39cm. La conformation du matériau de pièce 8 en serpentin permet de respecter une contrainte d'encombrement, et en se référant au diamètre du piston de 2cm on a alors un serpentin d'environ 6 boucles. La présente invention s'applique particulièrement au domaine des ensembles d'injection comportant plusieurs injecteurs alimentés par un même rail de carburant haute pression. En l'occurrence selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention l'ensemble comporte plusieurs injecteur reliés aux conduites d'alimentation 15 et de retour 4. REVENDICATIONS1) Ensemble d'injection de carburant (1) comportant au moins un injecteur de carburant (2) et au moins un réservoir de carburant (3) reliés entre eux par une conduite de retour de carburant (4), l'ensemble comportant en outre une chambre (5) reliée à ladite conduite (4) et disposée entre l'injecteur (2) et le réservoir (3), caractérisé en ce que la chambre (5) comprend une paroi de chambre mobile (6) de manière à faire varier le volume intérieur (V) de la chambre (5) et en ce qu'il comporte un moyen mécanique de contrainte (8) de la paroi de chambre (6) adapté pour forcer le déplacement de ladite paroi (6) en fonction de variations de la température (T) du carburant transféré via ladite conduite de retour (4) et pour ainsi adapter la capacité de contenance en carburant de l'ensemble d'injection en fonction de la température (T) du carburant transféré via ladite conduite (4). 2) Ensemble d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi mobile (6) possède une face intérieure (10) orientée vers l'intérieur de la chambre (5) pour être au contact du carburant et une face extérieure (11) orientée vers un espace clos contenant un gaz compressible. 3) Ensemble d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen mécanique de contrainte (8) est une pièce métallique (8) de taux de dilatation thermique au moins égal à 12,0x10-6 et en ce que cette pièce est disposée de manière à être en contact avec le carburant transféré via ladite conduite de retour (4). 4) Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce métallique (8) est conformée en spirale. 5) Ensemble selon l'une quelconque des 5 revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la pièce métallique (8) est en aluminium ou en étain. 6) Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi mobile (6) de la chambre (5) est un piston (6) monté 10 coulissant et auquel est lié ledit moyen mécanique de contrainte (8). 7) Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un clapet (13) disposé sur la conduite de retour 15 (4), entre la chambre (5) et le réservoir (3) et adapté pour autoriser le passage de carburant provenant dudit au moins un injecteur (2) vers le réservoir (3) lorsque la pression de carburant (P) entre le clapet (13) et l'injecteur (2) dépasse un seuil haut de pression 20 prédéterminé et pour interdire ce passage de carburant lorsque cette pression de carburant est inférieure à un seuil bas prédéterminé. 8) Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le clapet (13) est adapté pour 25 interdire le passage de carburant du réservoir (3) vers l'injecteur (2). 9) Ensemble selon l'une au moins des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le seuil bas prédéterminé de pression est compris entre 0.5 et 20 Mégapascals, et 30 préférentiellement égal à 1 Mégapascal. 10) Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe (14) de mise sous pression de carburant adaptée pour alimenter ledit au moins un injecteur en carburant, l'injecteur étant disposé entre la pompe et la conduite de retour de carburant de telle manière que le carburant transitant par l'injecteur (2) et par la conduite de retour reste sous pression tout au long de ce transfert.