EP0995030B1 - Pompe d'injection directe de combustible pour moteur a allumage commande et systeme d'injection comportant une telle pompe - Google Patents

Pompe d'injection directe de combustible pour moteur a allumage commande et systeme d'injection comportant une telle pompe Download PDF

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EP0995030B1
EP0995030B1 EP98936458A EP98936458A EP0995030B1 EP 0995030 B1 EP0995030 B1 EP 0995030B1 EP 98936458 A EP98936458 A EP 98936458A EP 98936458 A EP98936458 A EP 98936458A EP 0995030 B1 EP0995030 B1 EP 0995030B1
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pump
injection
chamber
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Michel Poirier
Jérôme Piaton
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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
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
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    • F02M37/12—Feeding by means of driven pumps fluid-driven, e.g. by compressed combustion-air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston

Definitions

  • the invention relates to pumps intended for injection. direct fuel into the combustion chambers of a spark ignition engine.
  • the fuels used in positive ignition engines do not lubricate the surfaces with which they are in contact.
  • Positive displacement piston pumps fuel directly, risk of seizure.
  • the pressure cannot be regulated of these pumps, whose displacement is fixed, only by dissipating energy in a return path, which deteriorates the energy balance, heats fuel and can cause cavitations.
  • a pump comprising chambers of fuel compression each delimited by a membrane separated by hydraulic fluid from a piston actuated by a turntable.
  • the piston stroke and the volume of liquid occupying the compartment delimited by the piston and the membrane is constant, which leaves entirely the problem of regulating flow and pressure remains injection.
  • the present invention aims to provide an injection pump at high pressure responding better than those previously known to the requirements of the practice, in particular in that that it allows simple regulation of the volume moved by the pump, and this with a construction that virtually eliminates the risk of seizure.
  • the invention provides in particular a pump according to the claim 1.
  • each room fill intermediate occupied by a hydraulic fluid having a lubricating action, an adjusting action adding to its anti-seizing action.
  • This adjustment action can be progressive or all or nothing.
  • progressiveness can be obtained by adjusting the cross-section of a fluid return leak hydraulic discharge, using a solenoid valve analog control or step by step.
  • the presence of a leak reduces the displacement imposed on the membrane by the piston.
  • the modules can be assigned each to a room combustion engine. However, it is more advantageous to use several injectors controlled, generally by electromagnetic path, which allows to have a source single pressurized fuel supply.
  • the modules can be connected to an injection rail common supplying all the injectors, the number of sets in service being chosen according to the regime of the engine.
  • Any of the sets can be put out service simply by connecting the compartment to the landfill.
  • the pump module shown schematically in Figure 1 comprises a housing 10 made of several assembled parts, delimiting a fuel supply chamber 12 under high pressure. Room 12 communicates with the outside by an inlet nozzle 14 and a discharge nozzle 16. Check valves are interposed between the end caps and room 12.
  • the feed chamber 12 has a movable wall constituted by a flexible membrane 18, generally in elastomer.
  • the periphery of the membrane 18 is pinched between two of the component parts of the housing 10.
  • On the membrane 18 is supported by a cup 20 provided with a rim intended to lean on a stop ring 22 of the housing.
  • a spring return 24 tends to apply the rim of the cup against the stop ring 22, thereby fixing the position of membrane rest.
  • the membrane 18 separates the chamber 12 from a compartment 26 delimited by a bore 28 formed in the housing and by a piston 30 which is animated, during operation of the pump, a back and forth movement usually caused by a rotary cam 32.
  • a spring 33 exerting a weak force compared to the force of the spring 24, tends to maintain the piston 30 pressing against cam 32.
  • the compartment 26 is intended to contain a liquid hydraulic (which can be engine oil) under a pressure adjustable either gradually or in all or nothing. In the first case, we can gradually modify the effective displacement of the membrane 18 during the movement back and forth of the piston and therefore the flow rate of the pump.
  • a liquid hydraulic which can be engine oil
  • the pressure in compartment 26 can for example be switched using a three-way solenoid valve. This valve can be provided to isolate the chamber 26, the connect to a specific pressure source or connect it to a discharge tarpaulin.
  • the compartment 26 is connected, by a intake check valve 34, to a source such as engine oil inlet 36.
  • the pump comprises several assemblies each having a supply chamber 12 and a compartment 26.
  • rooms 12 are arranged side by side and the cups 20 move in the vertical direction of the figure.
  • Pistons 30 move on the contrary in radially arranged bores and are controlled by the same cam 32 or plate.
  • the pistons move parallel to each other others in the same axial direction.
  • the connections between the chambers 12 can be those shown in Figure 3 when the pump has three sets regularly distributed around the axis of the housing 10.
  • the inlet nozzle 14 is connected, by non-return valves respective, to the chambers by two holes 40 of the box arranged in a V.
  • the discharge end piece 16 is connected, by mutually orthogonal bores 42, to recesses 43 placed at the exit of rooms 12.
  • the holes open at the periphery of the housing by extensions not shown, closed by the traffic jam.
  • FIG 4 shows, by way of example, a system injection using a pump of the kind shown in Figure 1 (only one module being shown.
  • the discharge nozzle 16 is connected to a distribution ramp 44 fitted with a valve 46 overpressure safety and accumulator 48.
  • the distribution ramp supplies the injectors 50, of which opening in sequence is caused by a generator electric pulse 52 controlled by a computer 54, in which is loaded a software fixing the strategy of piloting of injectors and pump.
  • the calculator 54 can have a classic general constitution. He receives signals representative of the operating parameters engine position (throttle position, angular position of the flywheel, exhaust composition, etc.) as well as the output signal from a pressure sensor 55 which prevails in the distribution ramp 44.
  • the computer deduces from this data the flow to be supplied by the pump and controls the solenoid valve 56 accordingly. Piloting the solenoid valve 56 by the management computer 54 can occur at a frequency much lower than the frequency pump actuation. Because the flow is controlled by adjusting the effective displacement of the membrane, therefore the volume driven back and forth from piston, there is no pressure drop comparable to that caused by a rolling of the fuel on a back to the tank.
  • the pump will consist of several sets or modules, i.e. will have a constitution of the kind shown in Figures 2 and 3. Each set will have its own solenoid valve 56 or its own distributor, and may be ordered all or nothing.
  • the sets or modules advantageously have 28 compartments and 12 different chambers.
  • the pistons different sets can have diameters different and in particular contact surfaces with the liquid varying in geometric progression.
  • a difference between membrane surfaces provides different flow rates for the same cam rotation speed and for the same piston stroke, simply by connecting one or more of the compartments at the landfill.

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Description

L'invention concerne les pompes destinées à l'injection directe de carburant dans les chambres de combustion d'un moteur à allumage commandé. Contrairement au gazole utilisé dans les moteurs Diesel, les carburants utilisés dans les moteurs à allumage commandé (essence et gaz de pétrole liquifié) ne lubrifient pas les surfaces avec lesquelles ils sont en contact. Les pompes volumétriques à piston comprimant directement le carburant, présentent en conséquence des risques de grippage. De plus, on ne peut réguler la pression de ces pompes, dont la cylindrée est fixe, qu'en dissipant de l'énergie dans une voie de retour, ce qui détériore le bilan énergétique, échauffe le carburant et peut provoquer des cavitations.
Pour réduire le risque de grippage, on a déjà proposé (FR-A-2 603 347) une pompe comprenant des chambres de compression du carburant délimitées chacune par une membrane séparée par un fluide hydraulique d'un piston actionné par un plateau tournant. La course du piston et le volume de liquide occupant le compartiment délimité par le piston et la membrane est constante, ce qui laisse entièrement subsister le problème du réglage du débit et de la pression d'injection.
On connaít par ailleurs (US-A-5 520 523) une pompe d'injection comprenant, dans un boítier, une chambre d'alimentation d'un circuit d'injection, séparée par une membrane déformable d'un compartiment délimité par un alésage du boítier et par un piston destiné à être animé d'un mouvement de va et vient en fonctionnement. La chambre est reliée à une alimentation en carburant et au circuit d'injection par des clapets anti-retour. La pression du liquide qui occupe le compartiment peut être ajustée.
La présente invention vise à fournir une pompe d'injection à haute pression répondant mieux que celles antérieurement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle autorise une régulation simple du volume déplacé par la pompe, et cela avec une construction qui élimine pratiquement le risque de grippage.
L'invention propose notamment une pompe conforme à la revendication 1.
On voit que l'invention fait remplir à chaque chambre intermédiaire occupée par un fluide hydraulique, ayant une action lubrifiante, une action de réglage s'ajoutant à son action anti-grippage. Cette action de réglage peut être progressive ou en tout ou rien.
Dans le second cas, il suffit de relier un des compartiments à la décharge pour annuler le débit fourni par le module correspondant.
Dans le premier cas, la progressivité peut être obtenue en réglant la section d'une fuite de retour du fluide hydraulique à la décharge, à l'aide d'une électrovanne à commande analogique ou pas à pas. La présence d'une fuite réduit le déplacement imposé à la membrane par le piston.
Les modules peuvent être affectés chacun à une chambre de combustion du moteur. Toutefois, il est plus avantageux d'utiliser plusieurs injecteurs commandés, généralement par voie électromagnétique, ce qui permet d'avoir une source unique d'alimentation en carburant sous pression.
Les modules peuvent être reliés à une rampe d'injection commune alimentant tous les injecteurs, le nombre d'ensembles en service étant choisi en fonction du régime du moteur.
N'importe lequel des ensembles peut être mis hors service simplement en reliant le compartiment à la décharge.
On peut ainsi adapter le fonctionnement de la pompe de façon simple afin de prendre en compte les conditions de charge du moteur, et notamment d'obtenir facilement un mélange pauvre en régime nominal, autorisé par l'injection directe, et un mélange riche lors du démarrage du moteur ou lors de transitoires. Ce réglage par tout ou rien peut être utilisé avec le réglage progressif par ajustement continu de la pression ou substitué à lui.
Il est particulièrement avantageux d'utiliser plusieurs modules ayant des compartiments d'alimentation de section droite et/ou de capacités différentes. Un tel échelonnement permet d'optimiser le rendement global et la régularité du couple d'entraínement mécanique en sélectionnant de façon appropriée les modules rendus actifs.
Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaítront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique en coupe de la partie hydraulique ensemble ou module de pompe ;
  • la figure 2 est une vue en coupe partielle d'une pompe comprenant plusieurs ensembles reliés à une alimentation et à une rampe de distribution commune ;
  • la figure 3 est une vue de dessus schématique de la figure 2 ;
  • la figure 4 est un schéma d'ensemble d'un système d'injection comportant une pompe du genre montré en figure 1 ;
  • la figure 5 montre une répartition possible des cylindrées de plusieurs ensembles appartenant à une même pompe.
Le module de pompe montré schématiquement en figure 1 comporte un boítier 10 en plusieurs pièces assemblées, délimitant une chambre 12 d'alimentation en carburant sous haute pression. La chambre 12 communique avec l'extérieur par un embout d'admission 14 et un embout de refoulement 16. Des clapets anti-retour sont interposés entre les embouts et la chambre 12.
La chambre d'alimentation 12 comporte une paroi mobile constituée par une membrane souple 18, généralement en élastomère. La périphérie de la membrane 18 est pincée entre deux des pièces constitutives du boítier 10. Sur la membrane 18 s'appuie une coupelle 20 munie d'un rebord destiné à s'appuyer sur un anneau de butée 22 du boítier. Un ressort de rappel 24 tend à appliquer le rebord de la coupelle contre l'anneau de butée 22, en fixant ainsi la position de repos de la membrane.
La membrane 18 sépare la chambre 12 d'un compartiment 26 délimitée par un alésage 28 ménagé dans le boítier et par un piston 30 qui est animé, lors du fonctionnement de la pompe, d'un mouvement de va et vient provoqué en général par une came rotative 32. Un ressort 33 exerçant une force faible comparée à la force du ressort 24, tend à maintenir le piston 30 en appui contre la came 32.
Le compartiment 26 est destiné à contenir un liquide hydraulique (qui peut être l'huile du moteur) sous une pression réglable soit progressivement, soit en tout ou rien. Dans le premier cas, on peut modifier progressivement le déplacement effectif de la membrane 18 lors du mouvement de va et vient du piston et donc le débit de la pompe.
La pression dans le compartiment 26 peut par exemple être commutée à l'aide d'une électrovanne à trois voies. Cette vanne peut être prévue pour isoler la chambre 26, la relier à une source de pression déterminée ou la relier à une bâche de décharge. Le compartiment 26 est relié, par un clapet anti-retour d'admission 34, à une source telle qu'une arrivée d'huile moteur 36.
Pour obtenir un débit nominal, pour une vitesse de rotation donnée de la came 32, il suffit de laisser la pression dans le compartiment 26 s'établir librement. La coupelle 20 vient en butée contre l'anneau 22 lorsque le piston recule. Lorsque le piston avance, la membrane 18 se déplace, les pressions sur ses deux faces restant équilibrées.
La pompe comporte plusieurs ensembles ayant chacun une chambre d'alimentation 12 et un compartiment 26. Dans le cas de la figure 2, où les organes déjà représentés en figure 1 portent le même numéro de référence, les chambres 12 sont disposées côte-à-côte et les coupelles 20 se déplacent dans le sens vertical de la figure. Les pistons 30 se déplacent au contraire dans des alésages disposés radialement et sont commandés par une même came 32 ou plateau. Dans une variante, les pistons se déplacent parallèlement les uns aux autres dans une même direction axiale.
Les liaisons entre les chambres 12 peuvent être celles montrées en figure 3 lorsque la pompe comporte trois ensembles régulièrement répartis autour de l'axe du boítier 10. L'embout d'admission 14 est relié, par des clapets anti-retour respectifs, aux chambres par deux perçages 40 du boítier disposés en V. L'embout de refoulement 16 est relié, par des perçages mutuellement orthogonaux 42, à des chambrages 43 placés à la sortie des chambres 12. Pour être réalisables, les perçages débouchent à la périphérie du boítier par des prolongements non représentés, obturés par des bouchons.
La figure 4 montre, à titre d'exemple, un système d'injection utilisant une pompe du genre montré en figure 1 (un seul module étant représenté. L'embout de refoulement 16 est relié à une rampe de distribution 44 munie d'une soupape 46 de sécurité contre les surpressions et d'un accumulateur 48. La rampe de distribution alimente les injecteurs 50 dont l'ouverture en séquence est provoquée par un générateur d'impulsion électrique 52 commandé par un calculateur 54, dans lequel est chargé un logiciel fixant la stratégie de pilotage des injecteurs et de la pompe. Le calculateur 54 peut avoir une constitution générale classique. Il reçoit des signaux représentatifs des paramètres de fonctionnement du moteur (position du papillon d'air, position angulaire du volant du moteur, composition des gaz d'échappement, etc.) ainsi que le signal de sortie d'un capteur 55 de la pression qui règne dans la rampe de distribution 44. Le calculateur déduit, de ces données, le débit à fournir par la pompe et commande l'électrovanne 56 en conséquence. Le pilotage de l'électrovanne 56 par le calculateur 54 de gestion peut s'effectuer à fréquence beaucoup plus faible que la fréquence de mise en action de la pompe. Du fait que le débit est commandé par réglage du déplacement effectif de la membrane, donc du volume refoulé pour un va et vient du piston, il n'y a pas de perte de charge comparable à celle provoquée par un laminage du carburant sur un trajet de retour vers le réservoir.
En général, la pompe comportera plusieurs ensembles ou modules, c'est-à-dire aura une constitution du genre montré en figures 2 et 3. Chaque ensemble sera muni de sa propre électrovanne 56 ou de son propre distributeur, et pourra être commandée en tout ou rien.
Les ensembles ou modules ont avantageusement des compartiments 28 et des chambres 12 différentes. Les pistons des différents ensembles peuvent avoir des diamètres différents et notamment des surfaces de contact avec le liquide variant en progression géométrique. Une différence entre les surfaces de membrane fournit des débits différents pour une même vitesse de rotation de la came et pour la même course du piston, simplement en reliant un ou plusieurs des compartiments à la décharge. On peut ainsi réaliser une loi de variation du débit progressive, surtout en échelonnant les surfaces suivant une progression géométrique. Si on donne par exemple aux cylindrées de trois ensembles les valeurs V, 2V et 3V illustrées en tirets sur la figure 5, on peut obtenir un échelonnement des débits allant, par cycle, de V jusqu'à 6V.
D'autres répartitions de cylindrées sont possibles. Avec par exemple des volumes individuels V, 2V et 8V, on peut arriver à une variation de volume allant de 1V à 11V, avec simplement une discontinuité entre 3V et 8V, souvent acceptable.

Claims (8)

  1. Pompe d'injection comprenant, dans un boítier (10), plusieurs modules ayant chacun au moins une chambre (12) d'alimentation d'un circuit d'injection, séparée par une membrane déformable (18) d'un compartiment (26) délimité par un alésage (28) du boítier et par un piston (30) animé d'un mouvement de va et vient, ladite chambre (12) étant reliée à une alimentation en carburant et au circuit d'injection par des clapets anti-retour respectifs, des moyens étant prévus pour ajuster indépendamment la pression du liquide qui occupe chaque compartiment (26), tous les pistons étant commandés par un même organe.
  2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque compartiment est relié à une admission de fluide hydraulique par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (34) et à une électrovanne (56) d'isolement du compartiment et de décharge.
  3. Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre (12) contient une coupelle (20) repoussée par un ressort (24) vers la membrane, munie de moyens limitant les déplacements qu'elle impose à la membrane.
  4. Pompe selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que toutes les chambres d'alimentation (12) sont reliées entre elles.
  5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que les pistons (30) des différents modules ont des diamètres différents.
  6. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que les pistons ont des surfaces de contact avec le liquide variant en progression géométrique.
  7. Système d'injection de combustible pour moteur à allumage commandé, comprenant une pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens d'ajustement de la pression sont prévus pour à volonté relier chaque compartiment à une bâche de décharge ou l'en séparer.
  8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent une électrovanne (36) par compartiment.
EP98936458A 1997-07-07 1998-07-07 Pompe d'injection directe de combustible pour moteur a allumage commande et systeme d'injection comportant une telle pompe Expired - Lifetime EP0995030B1 (fr)

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