EP0903491A2 - Circuit d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne et à injection directe - Google Patents

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EP0903491A2
EP0903491A2 EP98402189A EP98402189A EP0903491A2 EP 0903491 A2 EP0903491 A2 EP 0903491A2 EP 98402189 A EP98402189 A EP 98402189A EP 98402189 A EP98402189 A EP 98402189A EP 0903491 A2 EP0903491 A2 EP 0903491A2
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EP
European Patent Office
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needle
chamber
pressure
fuel
injection circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98402189A
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German (de)
English (en)
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EP0903491A3 (fr
Inventor
Bertrand Hauet
Christian Ozenfant
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP0903491A2 publication Critical patent/EP0903491A2/fr
Publication of EP0903491A3 publication Critical patent/EP0903491A3/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/38—Pumps characterised by adaptations to special uses or conditions
    • F02M59/42—Pumps characterised by adaptations to special uses or conditions for starting of engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection circuit. for an internal combustion engine and direct injection.
  • the invention relates more particularly to a circuit injection system for an internal combustion engine and direct injection, of the type comprising at least one injector which is supplied with fuel under high pressure by a pipe connected to the outlet of a high pressure pump the entrance of which is itself connected, by a conduit, to a low pressure pump that draws fuel from a Fuel tank.
  • the fuel injectors are calibrated for operate optimally when supplied with fuel at a pressure equal to a nominal pressure.
  • the injection circuits for engines with direct injection must include a high pump pressure capable of delivering fuel under such supply pressure.
  • the injection circuit therefore comprises a first low pressure pump, called booster pump, which feeds a high pressure pump which feeds directly the injectors.
  • the injectors are supplied with fuel at a pressure below their nominal pressure for which they are calibrated, which on the one hand requires significantly increase the length of time injection and, on the other hand, which prevents having a good control of the geometry of the injected fuel jet and the degree of spraying.
  • the rise in pressure of the high pump pressure is further slowed down because it provides, simultaneously, a flow of fuel towards the injectors.
  • the invention proposes a new design of a circuit fuel injection, characterized in that the circuit includes means for closing the outlet of the pump high pressure as long as the pressure supplied by it does not reaches a threshold pressure.
  • FIG. 1 shows an injection circuit for fuel 10 for an internal combustion engine (not shown) and direct injection.
  • the invention is particularly applicable to the direct injection and spark ignition engines.
  • the injection circuit 10 is intended to supply fuel under pressure from injectors 12 with fuel taken from a tank 14.
  • the supply circuit 10 includes a first low pressure pump 16, also called booster pump, which is for example immersed in the reservoir 14 and which is driven by an electric motor 18 so as to provide fuel under low pressure, through a conduit 20, at the inlet 22 of a high pressure pump 24.
  • the high pressure pump 24 is preferably driven by the internal combustion engine, for example by the crankshaft or by a camshaft.
  • the output 26 of the high pressure pump 24 supplies the injectors 12 via a pipeline supply 28.
  • the injection circuit 10 includes means which allow shut off the outlet 26 of the high pressure pump 24 as long as the fuel pressure supplied by this pump 24 has not reaches a predetermined threshold level.
  • a 30 sequence valve is interposed in line 28 a 30 sequence valve.
  • This 30 sequence valve is normally closed to prevent traffic fuel between an upstream section 32 and a downstream section 34 of line 28.
  • the sequence valve 30 is only opened when the fuel pressure in the upstream section 32, so the fuel pressure supplied by the high pump pressure 24, has reached a predetermined threshold level.
  • a relief valve 36 is provided which is fitted as a diversion in the downstream section 34 and which allows the return of fuel to tank 14 in the event of pressure excessive in line 28.
  • the high pump pressure 24 is first of all rotated without having to provide fuel flow since its outlet 26 is located closed by the sequence valve 30.
  • the pressure rise of the high pressure pump 24 is fast and when it has reached a threshold level predetermined, the valve 30 opens and the injectors 12 are supplied with fuel under sufficient pressure to allow them to inject fuel into the cylinders in good conditions allowing easy combustion of the fuel.
  • the relief valve 36 is arranged downstream of the sequence valve 30.
  • valve 36 upstream of the discharge valve 30, which in particular allows better protect the high pressure pump from possible failure, for example of valve 30.
  • FIGS. 3 and 4 show a device 38 which combines a simple and compact valve sequence 30 and a relief valve 36 in the same valve body 40 which forms a body for regulating the fuel supply pressure.
  • the regulation 38 includes an input channel 42 and a outlet 44 which are arranged in the valve body 40, which are intended to be connected respectively to the upstream sections 32 and downstream 34 of the pipe 28, and which each open out respectively in a first 46 and in a second 48 chamber fitted in the valve body 40.
  • the first 46 and the second 48 rooms are cylindrical of revolution and they are separated one of the other by a transverse wall 50 in which is an orifice which allows the two rooms to communicate with each other and that forms a seat 52 for a needle 54 mounted movably in the valve body 40.
  • Needle 54 in the shape of a pointed truncated cone axially forward, extends axially forward from a front end of a needle head 58 which is mounted sliding in a cylindrical housing 60 of the valve body 40.
  • the front end of the needle head 58 defines sealingly, towards the rear, the first chamber 46 which is connected to the upstream section 32 of the pipe 28, which thus has a variable volume depending on the position axial of the needle head 58 in its housing 60.
  • the second chamber 48 is also of variable volume and it is delimited at the front by an axial end face rear of a stepped piston 62 which is slidably mounted axially in a corresponding stepped bore 64.
  • the piston stepped 62 thus comprises a rear section 61 of small diameter and a front section 63 of large diameter, both cylindrical of revolution.
  • a front axial end face of the front section 63 of the piston 62 delimits in the valve body 40 a third variable volume chamber 66 which is connected by a tube 68 to the first chamber 46 so that the pressure of fluid in the third chamber 66 is equal to that which prevails in the first chamber 46, that is to say equal to the pressure fuel supplied by the high pressure pump 24.
  • Each of the sections 61, 63 of the piston 62 slides from tightly in the corresponding part of bore 64 thanks to a seal 65, 67.
  • fuel may pass through one seals and accumulate in the part of the bore which is between the two seals 65, 67 which are carried by the piston 62.
  • there is provision for an evacuation of fuel 69 which is connected to the fuel tank 14 and which opens into a transverse annular face of the body of valve 40 which delimits the two parts of different diameters of bore 64. The infiltrated fuel is therefore evacuated to the tank 14.
  • piston 62 and the needle head 58 can cooperate with each other in pushing according to the axial direction by a push rod 70 which extends axially between the rear axial end face of the piston 62 and a front end of the needle 64, through the orifice forming a seat 52.
  • sequence valve 30 prevents feed fuel injectors 12.
  • the high pump pressure 24 is rotated and begins to charge fuel, it is received in the first room 46 and in the third room 66. As soon as these two chambers are filled with fuel, the pump 24 has more to deliver fuel and it can go up in pressure very fast way.
  • the pressurized fluid then flows between the needle 54 and seat 52 to first fill the second chamber 58 then flow through the outlet channel 44 in direction of the downstream section 34 of the pipeline 28 and injectors 12.
  • the cross section of the third chamber 66 is greater than that of the second chamber 48, and the fuel pressure in the second chamber 48 can only exceed that in the third chamber 66, so that the resulting from the actions of fuel under pressure on the piston 62 is directed axially towards the rear in the direction of a opening of the needle 54.
  • the cross sections of the first 46 and the second 48 room are equal so that, when the needle is open, the action of each of the fluids contained in the two chambers on the needle body, formed of the needle head 58 and the piston 62, is zero.
  • valve body 40 incorporates the relief valve 36 which limits the fuel pressure in the downstream section 34 of the line 28, according to the configuration of circuit 10 in figure 1, which therefore protects the injectors against excessive pressure.
  • the relief valve 36 has a auxiliary chamber 74 which is connected by a first pipe 76 to the outlet channel 44 of the valve 30 and by a second line 78 to the vehicle tank 14.
  • a frusto-conical shutter 80 is stressed, for example by an elastic washer of Belleville 82 type, in support against a corresponding frustoconical seat formed at the outlet of the first pipe 76 in the auxiliary chamber 74.
  • the fuel under pressure exerts a force on the shutter 80 greater than that exerted by the elastic washer 82, which forces the opening of the relief valve 36, as illustrated in the Figure 4, allowing fuel to reach directly the reservoir 14 by limiting the pressure in the outlet channel 44 of the sequence valve 30.
  • the relief valve 36 opens only for a pressure higher than normal injector supply pressure 12 so that in normal operation of circuit 10, the needle 54 is open and valve 36 is closed, contrary to what is illustrated in figure 4.
  • circuit 10 fuel injection system has a non-return valve 84 which is interposed in line 28 so as to delimit a upstream section 32 of a downstream section 34 and which prevents any fluid circulation in line 28 from downstream to upstream.
  • a pressure intensifier 86 is mounted bypassing the high pressure pump 24 and the valve non-return valve 84, between line 20 which connects the pump to low pressure 16 at the high pressure pump 24 and the downstream section 34 of the line 28.
  • the pressure intensifier 86 which is more precisely illustrated in FIG. 6, is produced under the in the form of a stepped piston 88 which is slidably mounted in a corresponding stepped bore 90 formed in a body of multiplier 92.
  • the piston 88 thus comprises a rear section 93 of large diameter which delimits, at the front, a rear chamber 94 with variable volume, and a front section 96 of small diameter which delimits, at the rear, a corresponding front chamber 98.
  • the rear chamber 94 is connected to the conduit 20, in upstream of the high pressure pump 24, while the chamber before 98 is connected to the downstream section 34 of the pipe 28, in downstream of the pump 24.
  • the boost pressure is communicated to the chamber rear 94 and there is exerted on the piston 62 a pressure equal to this booster pressure multiplied by the section area rear 93 of large diameter of the piston 62.
  • the piston 62 exerts on the fuel contained in the chamber before 98 an effort which results in a pressure higher than that prevailing in the rear chamber 94, in the ratio of the effective surfaces respective of the two chambers 98, 94.
  • non-return valve 84 opens and the fuel supply to the injectors 12 is then directly performed by the high pressure pump 24.
  • the piston 88 of the pressure intensifier 86 moves axially backwards towards its initial position, thus allowing the front chamber 98 to fill with fuel for the next start of the engine.
  • the backward movement piston 88 can be assisted by a compression spring 100 which is interposed between a front face 102 rear section 93 of piston 88 and an annular transverse face 104 turned towards the rear of bore 90 which delimits the two parts of different diameters of this bore 90.
  • an evacuation 106 of fuel which opens into the annular face 104 to avoid fuel that infiltrates from the rear chamber, the along the rear section 93 of the piston 88, does not hinder displacements of the piston 88.
  • This evacuation 106 is connected to the fuel tank 14, and it allows for example to provide for a brief seal between the rear section 93 piston 88 and the corresponding part of bore 90.
  • This second embodiment of the invention is therefore particularly advantageous in that it makes it possible to supply the injectors 12 with fuel under sufficient pressure even before the high pressure pump 24 has reached a such operating pressure.

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Abstract

L'invention concerne un circuit d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne et à injection directe, du type comportant au moins un injecteur (12) qui est alimenté en carburant sous haute pression par une canalisation (28) reliée à la sortie (26) d'une pompe à haute pression (24) dont l'entrée (22) est elle-même reliée, par un conduit (20), à une pompe à basse pression (16) qui puise le carburant dans un réservoir de carburant (14), caractérisé en ce que le circuit (10) comporte des moyens (30, 84, 86) pour obturer la sortie (26) de la pompe à haute pression (24) tant que la pression fournie par celle-ci n'a pas atteint une pression de seuil. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un circuit d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne et à injection directe.
L'invention concerne plus particulièrement un circuit d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne et à injection directe, du type comportant au moins un injecteur qui est alimenté en carburant sous haute pression par une canalisation reliée à la sortie d'une pompe à haute pression dont l'entrée est elle-même reliée, par un conduit, à une pompe à basse pression qui puise le carburant dans un réservoir de carburant.
Les injecteurs de carburant sont calibrés pour fonctionner de manière optimale lorsqu'ils sont alimentés en carburant sous une pression égale à une pression nominale.
Dans les moteurs à injection indirecte, dans lesquels l'injection se fait en dehors du cylindre, la pression d'alimentation en carburant est généralement assez faible, de l'ordre de 3 bars.
Au contraire, lorsque le moteur est à injection directe, c'est-à-dire que le carburant est injecté directement dans le cylindre, la pression d'alimentation en carburant nécessaire est bien supérieure, de l'ordre de 30 à 120 bars pour les moteurs à allumage commandé.
De la sorte, les circuits d'injection pour les moteurs à injection directe doivent comporter une pompe à haute pression capable de délivrer du carburant sous une telle pression d'alimentation.
Généralement, le circuit d'injection comporte donc une première pompe à basse pression, dite pompe de gavage, qui alimente une pompe à haute pression, laquelle alimente directement les injecteurs.
Or, on s'est aperçu que, au démarrage du moteur, la pompe à haute pression ne peut pas fournir immédiatement le carburant sous haute pression à la pression demandée.
Il en résulte donc que les injecteurs sont alimentés en carburant à une pression inférieure à leur pression nominale pour laquelle ils sont calibrés, ce qui d'une part nécessite d'augmenter de manière importante la durée du temps d'injection et, d'autre part, ce qui empêche d'avoir une bonne maítrise de la géométrie du jet de carburant injecté et du degré de pulvérisation.
Or, notamment dans la phase délicate de démarrage du moteur, cette mauvaise maítrise des conditions d'injection du carburant est très pénalisante.
De plus, la montée en pression de la pompe haute pression est encore ralentie du fait qu'elle fournit, simultanément, un débit de carburant en direction des injecteurs.
Dans le but d'apporter une solution à ces problèmes, l'invention propose une nouvelle conception d'un circuit d'injection de carburant, caractérisé en ce que le circuit comporte des moyens pour obturer la sortie de la pompe à haute pression tant que la pression fournie par celle-ci n'a pas atteint une pression de seuil.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
  • la canalisation qui relie la pompe à haute pression à l'injecteur comporte une soupape de décharge ;
  • une valve à séquence est interposée dans la canalisation qui relie la sortie de la pompe à haute pression à l'injecteur ;
  • la valve à séquence comporte un pointeau susceptible d'isoler un tronçon amont de la canalisation d'un tronçon aval, le pointeau est solidaire d'un corps de pointeau qui est monté coulissant dans un corps de valve de manière à délimiter dans le corps de valve trois chambres à volume variable, une première chambre est reliée au tronçon amont de la canalisation de telle sorte que la pression de carburant dans la chambre sollicite le corps de pointeau dans le sens d'une ouverture du pointeau, une deuxième chambre est reliée au tronçon aval de la canalisation de telle sorte que la pression de carburant dans la chambre sollicite le corps de pointeau dans le sens d'une fermeture du pointeau, la première et la deuxième chambre présentent une même section efficace de manière que leurs actions sur le corps de pointeau s'annulent lorsque la pression du carburant est identique dans les tronçons amont et aval de la canalisation, une troisième chambre est reliée au tronçon amont de la canalisation de telle sorte que la pression de carburant dans la chambre sollicite le corps de pointeau dans le sens d'une ouverture du pointeau, et le corps de pointeau est sollicité par des moyens élastiques dans le sens d'une fermeture du pointeau ;
  • les moyens élastiques sont tarés pour maintenir le pointeau en position de fermeture lorsque la pression dans le tronçon amont de la canalisation est inférieure à une pression d'ouverture prédéterminée ;
  • la première et la deuxième chambre sont agencées chacune de part et d'autre d'une paroi du corps de valve dans laquelle est aménagée un orifice qui forme un siège pour le pointeau ;
  • le corps de pointeau est réalisé en deux parties qui coopèrent l'une avec l'autre selon la direction axiale de coulissement par une tige de poussée qui s'étend au travers du siège du pointeau ;
  • la deuxième et la troisième chambre sont délimitées dans le corps de valve par les deux faces d'extrémité axiale d'un piston étagé qui coulisse axialement dans un alésage étagé du corps de valve ;
  • la troisième chambre présente une section efficace supérieure à celle de la deuxième chambre ;
  • la première chambre est délimitée par une tête de pointeau qui est montée coulissante dans un logement cylindrique du corps de valve, qui porte le pointeau, et qui est sollicitée axialement vers une position de fermeture par les moyens élastiques ;
  • la soupape de décharge est agencée dans le corps de valve ;
  • un clapet anti-retour est interposé dans la canalisation qui relie la sortie de la pompe à haute pression à l'injecteur de manière à délimiter un tronçon amont et un tronçon aval et à empêcher tout refoulement du carburant de l'aval vers l'amont, et le circuit comporte un multiplicateur de pression qui est agencé en parallèle à la pompe à haute pression entre le conduit qui relie les deux pompes et le tronçon aval de la canalisation d'alimentation de l'injecteur ;
  • le multiplicateur de pression comporte un piston étagé qui coulisse axialement dans un alésage étagé formé dans un corps de multiplicateur de manière à délimiter dans ce dernier deux chambres amont et aval à volume variable qui sont respectivement reliées au conduit et au tronçon aval de la canalisation, et la section efficace de la chambre amont est supérieure à celle de la chambre aval ;
  • le piston est sollicité par des moyens élastiques qui tendent à l'amener dans une position dans laquelle le volume de la chambre amont est minimal tandis que celui de la chambre aval est maximal ;
  • le moteur est un moteur à combustion interne à allumage commandé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 est un schéma illustrant de manière symbolique un circuit d'injection conforme aux enseignements de l'invention ;
  • la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1, illustrant une variante de réalisation de l'invention ;
  • la figure 3 est une vue en coupe illustrant de manière schématique un organe de régulation d'un circuit d'injection selon l'invention comportant un pointeau représenté en position de fermeture ;
  • la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3 dans laquelle le pointeau est en position d'ouverture ;
  • la figure 5 est un schéma illustrant un second mode de réalisation de l'invention comportant un multiplicateur de pression ; et
  • la figure 6 est une vue schématique en coupe du multiplicateur de pression du circuit d'injection de la figure 5.
On a représenté sur la figure 1 un circuit d'injection de carburant 10 pour un moteur à combustion interne (non représenté) et à injection directe.
L'invention trouve notamment à s'appliquer dans les moteurs à injection directe et à allumage commandé.
Le circuit d'injection 10 est destiné à alimenter en carburant sous pression des injecteurs 12 avec du carburant prélevé dans un réservoir 14. S'agissant de moteurs à injection directe, le circuit d'alimentation 10 comporte une première pompe à basse pression 16, dite aussi pompe de gavage, qui est par exemple immergée dans le réservoir 14 et qui est entraínée par un moteur électrique 18 de manière à fournir du carburant sous basse pression, par l'intermédiaire d'un conduit 20, à l'entrée 22 d'une pompe à haute pression 24.
La pompe à haute pression 24 est de préférence entraínée par le moteur à combustion interne, par exemple par le vilebrequin ou par un arbre à came.
La sortie 26 de la pompe à haute pression 24 alimente les injecteurs 12 par l'intermédiaire d'une canalisation d'alimentation 28.
Conformément aux enseignements de l'invention, le circuit d'injection 10 comporte des moyens qui permettent d'obturer la sortie 26 de la pompe à haute pression 24 tant que la pression du carburant fournie par cette pompe 24 n'a pas atteint un niveau de seuil prédéterminé.
A cet effet, on a interposé dans la canalisation 28 une valve à séquence 30. Cette valve à séquence 30 est normalement fermée de manière à empêcher toute circulation du carburant entre un tronçon amont 32 et un tronçon aval 34 de la canalisation 28.
L'ouverture de la valve à séquence 30 ne se fait que lorsque la pression de carburant dans le tronçon amont 32, donc la pression de carburant fournie par la pompe à haute pression 24, a atteint un niveau de seuil prédéterminé.
Par ailleurs, dans le but de protéger notamment les injecteurs 12 d'une pression d'alimentation en carburant excessive, on a prévu une soupape de décharge 36 qui est aménagée en dérivation dans le tronçon aval 34 et qui permet le retour du carburant vers le réservoir 14 en cas de pression excessive dans la canalisation 28.
Ainsi, lors du démarrage du moteur, la pompe à haute pression 24 est tout d'abord entraínée en rotation sans devoir fournir de débit de carburant puisque sa sortie 26 se trouve obturée par la valve de séquence 30. Il en résulte que la montée en pression de la pompe à haute pression 24 est rapide et que, lorsque celle-ci a atteint un niveau de seuil prédéterminé, la valve 30 s'ouvre et les injecteurs 12 sont alimentés avec du carburant sous une pression suffisante pour leur permettre d'injecter le carburant dans les cylindres dans de bonnes conditions permettant une combustion aisée du carburant.
Dans ce premier exemple de réalisation de l'invention illustré à la figure 1, la soupape de décharge 36 est agencée en aval de la valve de séquence 30.
Toutefois, comme on peut le voir sur la figure 2 qui illustre une variante de ce premier mode de réalisation, on peut aussi prévoir de disposer la soupape 36 en amont de la valve de décharge 30, ce qui permet notamment de mieux protéger la pompe à haute pression d'une éventuelle défaillance, par exemple de la valve 30.
On a représenté sur les figures 3 et 4 un dispositif 38 qui regroupe de manière simple et compacte une valve de séquence 30 et une soupape de décharge 36 dans un même corps de valve 40 qui forme un organe de régulation de la pression d'alimentation en carburant.
Comme on peut le voir sur la figure 3, le dispositif de régulation 38 comporte un canal d'entrée 42 et un canal de sortie 44 qui sont aménagés dans le corps de valve 40, qui sont destinés à être reliés respectivement aux tronçons amont 32 et aval 34 de la canalisation 28, et qui débouchent chacun respectivement dans une première 46 et dans une deuxième 48 chambre aménagées dans le corps de valve 40.
La première 46 et la deuxième 48 chambre sont cylindriques de révolution et elles sont séparées l'une de l'autre par une paroi transversale 50 dans laquelle est aménagé un orifice qui permet aux deux chambres de communiquer l'une avec l'autre et qui forme un siège 52 pour un pointeau 54 monté mobile dans le corps de valve 40.
Le pointeau 54, en forme de tronc de cône pointé axialement vers l'avant, s'étend axialernent vers l'avant depuis une extrémité avant d'une tête de pointeau 58 qui est montée coulissante dans un logement cylindrique 60 du corps de valve 40. Ainsi, l'extrémité avant de la tête de pointeau 58 délimite de manière étanche, vers l'arrière, la première chambre 46 qui est reliée au tronçon amont 32 de la canalisation 28, laquelle présente ainsi un volume variable en fonction de la position axiale de la tête de pointeau 58 dans son logement 60.
La deuxième chambre 48 est aussi à volume variable et elle est délimitée à l'avant par une face d'extrémité axiale arrière d'un piston étagé 62 qui est monté coulissant axialement dans un alésage étagé correspondant 64. Le piston étagé 62 comporte ainsi un tronçon arrière 61 de petit diamètre et un tronçon avant 63 de grand diamètre, tous deux cylindriques de révolution.
Une face d'extrémité axiale avant du tronçon avant 63 du piston 62 délimite dans le corps de valve 40 une troisième chambre à volume variable 66 qui est reliée par une tubulure 68 à la première chambre 46 de telle sorte que la pression de fluide dans la troisième chambre 66 est égale à celle qui règne dans la première chambre 46, c'est-à-dire égale à la pression de carburant fournie par la pompe à haute pression 24.
Chacun des tronçons 61, 63 du piston 62 coulisse de manière étanche dans la partie correspondante de l'alésage 64 grâce à un joint d'étanchéité 65, 67. Toutefois, vu la pression du carburant, il est possible que du carburant franchisse l'un des joints et vienne s'accumuler dans la partie de l'alésage qui est comprise entre les deux joints 65, 67 qui sont portés par le piston 62. Pour éviter qu'une telle infiltration ne gêne les déplacements du piston 62, il est prévu une évacuation de carburant 69 qui est reliée au réservoir de carburant 14 et qui débouche dans une face annulaire transversale du corps de valve 40 qui délimite les deux parties de diamètres différents de l'alésage 64. Le carburant infiltré est donc évacué vers le réservoir 14.
Par ailleurs, le piston 62 et la tête de pointeau 58 peuvent coopérer l'un avec l'autre en poussée selon la direction axiale par une tige de poussée 70 qui s'étend axialement entre la face d'extrémité axiale arrière du piston 62 et une extrémité avant du pointeau 64, au travers de l'orifice formant siège 52.
Enfin, on peut voir sur les figures 2, 3 et 4 que la tête de pointeau 58 est sollicitée axialement vers l'avant par un ressort hélicoïdal de compression qui coopère avec son extrémité axiale arrière pour forcer le pointeau 54 contre son siège 52 et ainsi interrompre toute circulation de carburant entre le canal d'entrée 42 et le canal de sortie 44.
Ainsi, en l'absence de pression de carburant dans les trois chambres 46, 48, 66, ce qui est le cas lorsque le moteur est à l'arrêt, la valve de séquence 30 empêche l'alimentation en carburant des injecteurs 12.
De la sorte, au démarrage du moteur, la pompe à haute pression 24 est entraínée en rotation et elle commence à débiter du carburant, celui-ci est reçu dans la première chambre 46 et dans la troisième chambre 66. Dès que ces deux chambres sont remplies de carburant, la pompe 24 n'a plus à débiter de carburant et elle peut monter en pression de manière très rapide.
La pression de fluide augmente alors dans les deux chambres 46, 66, et elle tend à solliciter d'une part la tête de pointeau 58 et d'autre part le piston 62 axialement vers l'arrière, c'est-à-dire vers la gauche en considérant les figures, à l'encontre de l'action du ressort 72. On notera que l'intégralité de l'effort résistant étant alors fourni par le ressort 72, le piston 62 vient en appui axialement vers l'arrière par la tige de poussée 70 contre le pointeau 54 pour forcer celui-ci vers sa position d'ouverture.
Lorsque la force exercée par le carburant sous pression dans la première 46 et dans la troisième 66 chambre. qui est égale à la pression du carburant fourni par la pompe à haute pression 24 multipliée par la somme des sections efficaces des deux chambres, a atteint une valeur supérieure à la force exercée par le ressort 72, l'ensemble formé par le piston 62 et par la tête de pointeau 58 coulisse axialement vers l'arrière pour provoquer l'ouverture du pointeau 54, ainsi que cela est représenté sur la figure 4.
Le fluide sous pression s'écoule alors entre le pointeau 54 et le siège 52 pour remplir tout d'abord la deuxième chambre 58 puis s'écouler par le canal de sortie 44 en direction du tronçon aval 34 de la canalisation 28 et des injecteurs 12.
Lorsque du carburant sous pression apparaít dans la deuxième chambre 54, il exerce sur la face arrière du piston 62 une force qui tend à repousser le piston 62 axialement vers l'avant, ce qui diminue d'autant la force exercée à l'encontre du ressort 72.
Toutefois, la section efficace de la troisième chambre 66 est supérieure à celle de la deuxième chambre 48, et la pression du carburant dans la seconde chambre 48 ne peut excéder celle dans la troisième chambre 66, si bien que la résultante des actions du carburant sous pression sur le piston 62 est dirigée axialement vers l'arrière dans le sens d'une ouverture du pointeau 54.
De préférence, les sections efficaces de la première 46 et de la deuxième 48 chambre sont égales de telle sorte que, lorsque le pointeau est ouvert, l'action de chacun des fluides contenus dans les deux chambres sur le corps de pointeau, formé de la tête de pointeau 58 et du piston 62, est nulle.
Ainsi, lorsque le pointeau 54 est ouvert, le carburant peut s'écouler librement au travers de la valve à séquence 30 et ainsi alimenter les injecteurs 12.
Par ailleurs, le corps de valve 40 selon l'invention incorpore la soupape de décharge 36 qui permet de limiter la pression de carburant dans le tronçon aval 34 de la canalisation 28, selon la configuration du circuit 10 de la figure 1, et qui permet donc de protéger les injecteurs contre une pression excessive.
Ainsi, la soupape de décharge 36 comporte une chambre auxiliaire 74 qui est reliée par une première conduite 76 au canal de sortie 44 de la valve 30 et par une seconde conduite 78 au réservoir du véhicule 14.
Un obturateur tronconique 80 est sollicité, par exemple par une rondelle élastique de type Belleville 82, en appui contre un siège tronconique correspondant formé au débouché de la première conduite 76 dans la chambre auxiliaire 74.
Ainsi, lorsque la pression dans le canal de sortie 44 augmente au-delà d'une certaine valeur, le carburant sous pression exerce une force sur l'obturateur 80 supérieure à celle exercée par la rondelle élastique 82, ce qui force l'ouverture de la soupape de décharge 36, comme illustré à la figure 4, permettant ainsi au carburant de rejoindre directement le réservoir 14 en limitant la pression dans le canal de sortie 44 de la valve de séquence 30. Bien entendu, la soupape de décharge 36 ne s'ouvre que pour une pression supérieure à la pression normale d'alimentation des injecteurs 12 de sorte qu'en fonctionnement normal du circuit 10, le pointeau 54 est ouvert et la soupape 36 est fermée, contrairement à ce qui est illustré à la figure 4.
On a représenté sur la figure 5 le principe d'un deuxième mode de réalisation de l'invention qui permet de fournir très tôt à l'injecteur 12 du carburant sous une pression suffisante. Des éléments identiques ou similaires à ceux décrits précédemment seront désignés par les mêmes chiffres de référence.
Comme on peut le voir sur cette figure, le circuit 10 d'injection de carburant comporte un clapet anti-retour 84 qui est interposé dans la canalisation 28 de manière à délimiter un tronçon amont 32 d'un tronçon aval 34 et qui empêche toute circulation de fluide dans la canalisation 28 de l'aval vers l'amont.
Par ailleurs, un multiplicateur de pression 86 est monté en dérivation de la pompe à haute pression 24 et du clapet anti-retour 84, entre le conduit 20 qui relie la pompe à basse pression 16 à la pompe à haute pression 24 et le tronçon aval 34 de la canalisation 28. Le multiplicateur de pression 86, qui est plus précisément illustré sur la figure 6, est réalisé sous la forme d'un piston étagé 88 qui est monté coulissant dans un alésage étagé correspondant 90 formé dans un corps de multiplicateur 92.
Le piston 88 comporte ainsi un tronçon arrière 93 de grand diamètre qui délimite, à l'avant, une chambre arrière 94 à volume variable, et un tronçon avant 96 de petit diamètre qui délimite, à l'arrière, une chambre avant 98 correspondante.
La chambre arrière 94 est reliée au conduit 20, en amont de la pompe à haute pression 24, tandis que la chambre avant 98 est reliée au tronçon aval 34 de la canalisation 28, en aval de la pompe 24.
Ainsi, lorsque la pompe de gavage 16 est mise en route, ce qui est rendu possible, grâce à son moteur électrique, avant que le moteur du véhicule ne soit effectivement mis en rotation, la pression de gavage est communiquée à la chambre arrière 94 et il est exercé sur le piston 62 une pression égale à cette pression de gavage multipliée par la surface du tronçon arrière 93 de grand diamètre du piston 62.
Dans la chambre avant 98, il subsiste du carburant ainsi que cela sera expliqué par la suite. Aussi, le piston 62 exerce sur le carburant contenu dans la chambre avant 98 un effort qui se traduit par une pression supérieure à celle régnant dans la chambre arrière 94, dans le rapport des surfaces efficaces respectives des deux chambres 98, 94.
Cette pression, élevée, est donc transmise au carburant contenu dans le tronçon aval 34 de la canalisation 28 qui provoque la fermeture du clapet anti-retour 84. Ainsi, dans une première phase de fonctionnement de ce dispositif 10, les injecteurs 12 sont alimentés en carburant sous haute pression fourni par le multiplicateur de pression 86.
Le clapet anti-retour 84 étant fermé, la sortie 26 de la pompe à haute pression 24 est obturée et la pompe 24 peut ainsi très rapidement monter en pression. Éventuellement, on peut prévoir de munir le circuit 10 d'une soupape de décharge 36 agencée par exemple en dérivation entre le tronçon amont 32 de la canalisation 28 et le réservoir 14.
Lorsque la pression délivrée par la pompe à haute pression 24 devient supérieure à la pression délivrée par le multiplicateur de pression 86, le clapet anti-retour 84 s'ouvre et l'alimentation en carburant des injecteurs 12 est alors directement effectuée par la pompe à haute pression 24. A ce moment-là, sous l'effet de l'augmentation de pression dans la chambre avant 98, le piston 88 du multiplicateur de pression 86 recule axialement vers l'arrière, vers sa position initiale, permettant ainsi à la chambre avant 98 de se remplir de carburant pour le prochain démarrage du moteur thermique.
Éventuellement, le mouvement de retour vers l'arrière du piston 88 peut être assisté par un ressort de compression 100 qui est interposé entre une face avant 102 tronçon arrière 93 du piston 88 et une face transversale annulaire 104 tournée vers l'arrière de l'alésage 90 qui délimite les deux parties de diamètres différents de cet alésage 90.
Par ailleurs, on a prévu une évacuation 106 de carburant qui débouche dans la face annulaire 104 pour éviter que du carburant qui s'infiltrerait depuis la chambre arrière, le long du tronçon arrière 93 du piston 88, ne fasse obstacle aux déplacements du piston 88. Cette évacuation 106 est reliée au réservoir de carburant 14, et elle permet par exemple de ne prévoir qu'une étanchéité succincte entre le tronçon arrière 93 du piston 88 et la partie correspondante de l'alésage 90.
Ce second mode de réalisation de l'invention est donc particulièrement avantageux en ce qu'il permet d'alimenter les injecteurs 12 avec du carburant sous une pression suffisante avant même que la pompe à haute pression 24 n'ait atteint une telle pression de fonctionnement.

Claims (15)

  1. Circuit d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne et à injection directe, du type comportant au moins un injecteur (12) qui est alimenté en carburant sous haute pression par une canalisation (28) reliée à la sortie (26) d'une pompe à haute pression (24) dont l'entrée (22) est elle-même reliée, par un conduit (20), à une pompe à basse pression (16) qui puise le carburant dans un réservoir de carburant (14),
       caractérisé en ce que le circuit (10) comporte des moyens (30, 84, 86) pour obturer la sortie (26) de la pompe à haute pression (24) tant que la pression fournie par celle-ci n'a pas atteint une pression de seuil.
  2. Circuit d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation (28) qui relie la pompe à haute pression (24) à l'injecteur (12) comporte une soupape de décharge (36).
  3. Circuit d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une valve à séquence (30) est interposée dans la canalisation (28) qui relie la sortie (26) de la pompe à haute pression (24) à l'injecteur (12).
  4. Circuit d'injection selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valve à séquence (30) comporte un pointeau (54) susceptible d'isoler un tronçon amont (32, 42) de la canalisation (28) d'un tronçon aval (34, 44), en ce que le pointeau (54) est solidaire d'un corps de pointeau (58, 62) qui est monté coulissant dans un corps de valve (40) de manière à délimiter dans le corps de valve trois chambres à volume variable (46, 48, 66), en ce qu'une première chambre (46) est reliée au tronçon amont (32) de la canalisation de telle sorte que la pression de carburant dans la chambre (46) sollicite le corps de pointeau (58) dans le sens d'une ouverture du pointeau (54), en ce qu'une deuxième chambre (48) est reliée au tronçon aval (34) de la canalisation (28) de telle sorte que la pression de carburant dans la chambre (48) sollicite le corps de pointeau (62) dans le sens d'une fermeture du pointeau (54), en ce que la première (46) et la (48) deuxième chambre présentent une même section efficace de manière que leurs actions sur le corps de pointeau (58, 62) s'annulent lorsque la pression du carburant est identique dans les tronçons amont (32) et aval (34) de la canalisation (28), en ce qu'une troisième chambre (66) est reliée au tronçon amont (62) de la canalisation de telle sorte que la pression de carburant dans la chambre (66) sollicite le corps de pointeau (62) dans le sens d'une ouverture du pointeau (54), et en ce que le corps de pointeau est sollicité par des moyens élastiques (72) dans le sens d'une fermeture du pointeau (54).
  5. Circuit d'injection selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens élastiques (72) sont tarés pour maintenir le pointeau (54) en position de fermeture lorsque la pression dans le tronçon amont (32) de la canalisation (28) est inférieure à une pression d'ouverture prédéterminée.
  6. Circuit d'injection selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première (46) et la deuxième chambre (48) sont agencées chacune de part et d'autre d'une paroi (50) du corps de valve (40) dans laquelle est aménagée un orifice qui forme un siège (52) pour le pointeau (54).
  7. Circuit d'injection selon la revendication 6, caractérisé en ce que le corps de pointeau est réalisé en deux parties (58, 62) qui coopèrent l'une avec l'autre selon la direction axiale de coulissement par une tige de poussée (70) qui s'étend au travers du siège (52) du pointeau (54).
  8. Circuit d'injection selon la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième (48) et la troisième chambre (66) sont délimitées dans le corps de valve (40) par les deux faces d'extrémité axiale d'un piston étagé (62) qui coulisse axialement dans un alésage étagé (64) du corps de valve (40).
  9. Circuit d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes 4 à 8, caractérisé en ce que la troisième chambre (66) présente une section efficace supérieure à celle de la deuxième chambre (48).
  10. Circuit d'injection selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la première chambre (46) est délimitée par une tête de pointeau (58) qui est montée coulissante dans un logement cylindrique (60) du corps de valve (40), qui porte le pointeau (54), et qui est sollicitée axialement vers une position de fermeture par les moyens élastiques (72).
  11. Circuit d'injection selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que la soupape de décharge (36) est agencée dans le corps de valve (40).
  12. Circuit d'injection selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un clapet anti-retour (84) est interposé dans la canalisation (28) qui relie la sortie (26) de la pompe à haute pression (24) à l'injecteur (12) de manière à délimiter un tronçon amont (32) et un tronçon aval (34) et à empêcher tout refoulement du carburant de l'aval vers l'amont, et en ce que le circuit (10) comporte un multiplicateur de pression (86) qui est agencé en parallèle à la pompe à haute pression (24) entre le conduit (20) qui relie les deux pompes (16, 24) et le tronçon aval (34) de la canalisation d'alimentation (28) de l'injecteur (12).
  13. Circuit d'injection selon la revendication 12, caractérisé en ce que le multiplicateur de pression (86) comporte un piston étagé (88) qui coulisse axialement dans un alésage étagé (90) formé dans un corps de multiplicateur (92) de manière à délimiter dans ce dernier deux chambres amont (94) et aval (98) à volume variable qui sont respectivement reliées au conduit (20) et au tronçon aval (34) de la canalisation (28), et en ce que la section efficace de la chambre amont (94) est supérieure à celle de la chambre aval (98).
  14. Circuit d'injection selon la revendication 13, caractérisé en ce que le piston (88) est sollicité par des moyens élastiques (100) qui tendent à l'amener dans une position dans laquelle le volume de la chambre amont (94) est minimal tandis que celui de la chambre aval (98) est maximal.
  15. Circuit d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est un moteur à combustion interne à allumage commandé.
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