EP1133637A1 - Dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur a combustion interne, a injection directe - Google Patents

Dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur a combustion interne, a injection directe

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EP1133637A1
EP1133637A1 EP99960995A EP99960995A EP1133637A1 EP 1133637 A1 EP1133637 A1 EP 1133637A1 EP 99960995 A EP99960995 A EP 99960995A EP 99960995 A EP99960995 A EP 99960995A EP 1133637 A1 EP1133637 A1 EP 1133637A1
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pump
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pressure
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Jean-Jacques Kerjean
Alain Aubourg
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Continental Automotive France SAS
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Siemens Automotive SA
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other 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
    • F02M63/02Fuel-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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/02Fuel-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
    • F02M63/0225Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M55/00Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025Common rails

Definitions

  • the present invention relates to a fuel supply device for an internal combustion engine with direct injection and more particularly to such a device comprising a ) a fuel tank, b) first means for pumping the fuel contained in said tank, delivering fuel brought to a first pressure level higher than atmospheric pressure, c) second pumping means supplied by said first means and delivering fuel brought to a second pressure level, higher than the first, to at least one injector of said fuel in an engine cylinder and d) means for recycling excess fuel not injected into the engine to said second pumping means and said tank .
  • the device shown comprises a fuel tank 1, a pump 2 supplied by the tank 1 and associated with a pressure regulator 3 for delivering fuel to a second pump 5, through a filter 4, the fuel delivered by the pump 2 being brought to a first pressure level higher than atmospheric pressure, but relatively low, hence the name of "low pressure pump” given to the pump 2.
  • the second pump 5 still records the fuel pressure, up to a second level, higher than the first, suitable for supplying fuel injectors 6 1 , 6 2 , 6 5 , 6 4 mounted on a ramp 7 for supplying fuel to the cylinders of a combustion engine internal direct injection (not shown).
  • Pump 2 is commonly driven by an electric motor powered by the vehicle battery, and pump 5 by the internal combustion engine itself.
  • the pressure of the fuel delivered by the pump 5, called “high pressure pump”, is fixed by a regulator
  • a sensor 10 delivers to the computer 9 a signal representative of the pressure of the fuel contained in the ramp 7, to allow the computer to regulate the fuel pressure in this ramp to the required predetermined level.
  • the computer 9 is commonly constituted by the engine operating management computer, controlling among other things the injectors 6 ⁇ (i from 1 to 4 in the example shown).
  • the fuel not delivered by the injectors 6i is returned to the tank to be recycled, through a conduit 11,12, brought to atmospheric pressure.
  • a part 12 of this conduit also serves as a leakage conduit for the low pressure pump 2, when the pressure of the fuel which it delivers exceeds the level fixed by the regulator 3, a calibrated valve for example.
  • the drawback of such a device is that, in addition to the overall loss of efficiency which results from the following, all of the fuel not delivered to the injectors is returned to the tank, which, taking into account the heating experienced by this fuel during its passage in the ramp 7, leads to a significant generation of fuel vapors in the tank.
  • the flow of the high pressure pump is then carried out in a closed circuit with the exception of a supply of fuel from the low pressure pump compensating for the consumption of the injectors.
  • This fuel then heats up considerably, and, when the engine stops, generates in particular at the inlet of the high pressure pump a "plug" of vapors.
  • the high pressure pump 5 having only a low volumetric efficiency when the internal combustion engine which drives it runs at low speed, it is only when the liquid fuel supplied by the low pressure pump 2 has driven these vapors from the 'entry of the high pressure pump that it can supply the ramp 7 and the injectors 6i with a fuel at suitable high pressure.
  • the present invention therefore aims to provide a fuel supply device for an internal combustion engine with direct injection of the type described in the preamble to this description, and which does not have the drawbacks set out above.
  • a fuel supply device for an internal combustion engine with direct injection comprising a) a reservoir of fuel, b) first means for pumping the fuel contained in said tank, delivering fuel brought to a first pressure level higher than atmospheric pressure, c) second pumping means supplied by said first means and delivering fuel brought to a second pressure level, higher than the first, at least one injector of said fuel in a cylinder of the engine and, d) means for recycling excess fuel not injected into the engine to said second pumping means and said tank, this device being remarkable in that said recycling means comprise a conduit traversed simultaneously by said excess fuel and the fuel d delivered by said first pumping means and in that a pressure regulator forming part of said first pumping means is placed downstream of said conduit.
  • the device according to the present invention combines the respective advantages of the devices of the prior art shown in Figures 1 and 2 of the accompanying drawing, while limiting the drawbacks.
  • the conduit traversed simultaneously by the excess fuel and the fuel delivered by the first pumping means terminates on the inlet of a pump forming part of the second pumping means.
  • FIGS. 1 and 2 are diagrams of fuel supply devices of the prior art, described in the preamble to this description, and
  • FIGS. 3 and 4 are diagrams of first and second embodiments of the device according to one invention, respectively.
  • a fuel tank 1 1, first pumping means constituted by a pump 2 and a "low pressure” regulator 3, a filter 4, second pumping means constituted by a pump 5 and a "high pressure” regulator 8, a fuel supply manifold 7 of a plurality of injectors 6i, a conduit 11 for recycling fuel not absorbed by the injectors, a computer 9 controlling the injectors 6 ⁇ and the regulator 8, the computer receiving to do this a signal from a fuel pressure sensor 10.
  • the low pressure pump 2 is driven by an electric motor while the high pressure pump 5 is driven by the internal combustion engine with direct injection supplied by the device according to the invention.
  • the excess fuel, not absorbed by the injectors 6i is recycled directly into the inlet of the high pressure pump 5 through a conduit 15, through the filter 4, and not returned directly to the tank.
  • the low pressure pump 2 itself delivers fresh fuel from the tank into the duct 15 upstream of the filter 4.
  • a fuel return pipe to the tank is supplied in parallel with the "high pressure" pump 5.
  • this duct 14 starts from the inlet 13 of the pump 5 to return fuel 1 not absorbed by this "high pressure” pump to the tank 1, the regulator 3 "low pressure” being placed in this conduit 14.
  • the return duct 14 ′ is “pitted” in the low pressure part of the body of the pump 5.
  • the high pressure pump is supplied with a mixture of "hot” fuel coming from the rail 7 supplied with high pressure fuel and "fresh” fuel at low pressure, from tank 1 and this in both the embodiment of FIG. 3 and that of the Figure 4.
  • the fuel mixture thus established is delivered to pump 5, at a low pressure adjusted by regulator 3 associated with pump 2.
  • the injection of fuel by the pump 2 into the pipe 11 for "leaking" the excess hot fuel coming from the rail 7 causes condensation of the fuel vapors possibly contained in the fuel coming from the rail.
  • the high pressure pump 5 is then supplied with a fuel at least largely purged of fuel vapors, which allows rapid priming of this pump when the engine starts, and this whether the latter is hot or cold.
  • the fuel contained in the rail 7 or in the duct 11 contains residual fuel vapors which would not have been fully condensed by the fresh fuel injected by the pump 2 in the duct 11, these vapors are evacuated quickly through line 14 at low pressure ( Figure 3) or through line 14 '( Figure 4) to tank 1 at atmospheric pressure.
  • the fuel circuit between the rail 7 and the high pressure pump 5, does not contain parts at atmospheric pressure. Upstream of the pump 5, the fuel remains at the low pressure set by the regulator 3, even after the engine has stopped

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Abstract

Il comprend: a) un réservoir de carburant (1); b) des premiers moyens de pompage (2, 3) du carburant contenu dans le réservoir (1), délivrant du carburant porté à un premier niveau de pression supérieur à la pression atmosphérique; c) des deuxièmes moyens de pompage (5, 8) alimentés par les premiers moyens (2, 3) et délivrant du carburant porté à un deuxième niveau de pression, supérieur au premier, à des injecteurs (6i) du carburant dans les cylindres du moteur; et d) des moyens de recyclage du carburant excédentaire non injecté dans le moteur. Suivant l'invention, les moyens de recyclage comprennent un conduit (15) parcouru simultanément par le carburant excédentaire et le carburant délivré par les premiers moyens de pompage, un régulateur de pression (3) formant partie des premiers moyens de pompage (2, 3) étant placé en aval du conduit (15).

Description

Dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, à injection directe La présente invention est relative à un dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe et plus particulièrement, à un tel dispositif comprenant a) un réservoir de carburant, b) des premiers moyens de pompage du carburant contenu dans ledit réservoir, délivrant du carburant porté à un premier niveau de pression supérieur à la pression atmosphérique, c) des deuxièmes moyens de pompage alimentés par lesdits premiers moyens et délivrant du carburant porté à un deuxième niveau de pression, supérieur au premier, à au moins un injecteur dudit carburant dans un cylindre du moteur et d) des moyens de recyclage du carburant excédentaire non injecté dans le moteur vers lesdits deuxièmes moyens de pompage et ledit réservoir.
On connaît, notamment dans des véhicules automobiles propulsés par un moteur à combustion interne à injection directe, des dispositifs de ce type, représentés aux figures 1 et 2 du dessin annexé. A la figure 1, le dispositif représenté comprend un réservoir 1 de carburant, une pompe 2 alimentée par le réservoir 1 et associée à un régulateur de pression 3 pour délivrer du carburant à une deuxième pompe 5, à travers un filtre 4, le carburant délivré par la pompe 2 étant porté à un premier niveau de pression supérieur à la pression atmosphérique, mais relativement bas, d'où le nom de "pompe basse pression" donné à la pompe 2. La deuxième pompe 5 relève encore la pression du carburant, jusqu'à un deuxième niveau, supérieur au premier, convenant à l'alimentation d' injecteurs de carburant 61,62,65,64 montés sur une rampe 7 d'alimentation en carburant des cylindres d'un moteur à combustion interne à injection directe (non représenté) . La pompe 2 est couramment entraînée par un moteur électrique alimenté par la batterie du véhicule, et la pompe 5 par le moteur à combustion interne lui-même.
La pression du carburant délivré par la pompe 5, dite "pompe haute pression", est fixée par un régulateur
8, qui peut être un régulateur mécanique tel qu'un clapet taré par exemple, ou un régulateur électromécanique, tel qu'une électrovanne commandée par un calculateur 9. Dans ce dernier cas, un capteur 10 délivre au calculateur 9 un signal représentatif de la pression du carburant contenu dans la rampe 7, pour permettre au calculateur d'assurer la régulation de la pression du carburant dans cette rampe au niveau prédéterminé requis. Le calculateur 9 est couramment constitué par le calculateur de gestion du fonctionnement du moteur, commandant entre autres les injecteurs 6ι (i de 1 à 4 dans l'exemple représenté) .
Le carburant non débité par les injecteurs 6i est renvoyé au réservoir pour être recyclé, par un conduit 11,12, mis à pression atmosphérique. Une partie 12 de ce conduit sert également de conduit de fuite pour la pompe basse pression 2, quand la pression du carburant qu'elle délivre dépasse le niveau fixé par le régulateur 3, un clapet taré par exemple. L'inconvénient d'un tel dispositif est que, outre la perte d'efficacité globale qui résulte de ce qui suit, l'intégralité du carburant non délivré aux injecteurs est renvoyée au réservoir, ce qui, compte tenu de 1 ' échauffement subi par ce carburant lors de son passage dans la rampe 7, conduit à une génération importante de vapeurs de carburant dans le réservoir.
Ces vapeurs sont susceptibles de saturer alors rapidement une cartouche de filtrage, à charbon actif par exemple, raccordant l'espace libre du réservoir 1 à l'atmosphère, en conduisant ainsi à une pollution de cette dernière.
On a tenté de résoudre ce problème au moyen d'une variante du dispositif précédent, représentée à la figure 2 du dessin annexé, dans laquelle le conduit 11 est raccordé directement au filtre 4, en parallèle avec la sortie de la pompe basse pression 2.
Dans cette configuration, on constate que le débit de fuite de la rampe 7 est renvoyé intégralement vers l'entrée de la pompe haute pression 5 sous la pression générée par la pompe basse pression 2 et régulée par le régulateur 3.
Cette variante, si elle pallie les inconvénients du dispositif précédent, comporte néanmoins ses inconvénients propres.
En effet, le débit de la pompe haute pression s'effectue alors en circuit fermé à l'exception d'un apport de carburant en provenance de la pompe basse pression compensant la consommation des injecteurs. Ce carburant s'échauffe alors considérablement, et, lors de l'arrêt du moteur, génère en particulier à l'entrée de la pompe haute pression un "bouchon" de vapeurs .
Le bon fonctionnement des dispositifs du type décrit ci-dessus est notamment conditionné par leur capacité à assurer une montée en pression rapide et sûre du carburant fourni aux injecteurs, lors d'un démarrage du moteur, à froid ou à chaud. Il peut ne pas en être ainsi du fait de la présence d'un bouchon de vapeurs de carburant à l'entrée de la pompe haute pression 5, bouchon qui résulte, par exemple, du phénomène évoqué ci-dessus de vaporisation ou de "percolation" du carburant pendant un arrêt du moteur, dû à
1 ' échauffement du carburant liquide à haute pression contenu dans la rampe 7 et dans les conduits raccordés à l'entrée de la pompe 5, sous l'effet des calories stockées dans les parties métalliques du moteur. La pompe haute pression 5 n'ayant qu'un faible rendement volumétrique quand le moteur à combustion interne qui l'entraîne tourne à bas régime, c'est seulement lorsque le carburant liquide fourni par la pompe basse pression 2 a chassé ces vapeurs de l'entrée de la pompe haute pression que celle-ci peut alimenter la rampe 7 et les injecteurs 6i avec un carburant à la haute pression convenable.
La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe du type décrit en préambule de la présente description, et qui ne présente pas les inconvénients exposés ci-dessus.
On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe comprenant a) un réservoir de carburant, b) des premiers moyens de pompage du carburant contenu dans ledit réservoir, délivrant du carburant porté à un premier niveau de pression supérieur à la pression atmosphérique, c) des deuxièmes moyens de pompage alimentés par lesdits premiers moyens et délivrant du carburant porté à un deuxième niveau de pression, supérieur au premier, à au moins un injecteur dudit carburant dans un cylindre du moteur et, d) des moyens de recyclage du carburant excédentaire non injecté dans le moteur vers lesdits deuxièmes moyens de pompage et ledit réservoir, ce dispositif étant remarquable en ce que lesdits moyens de recyclage comprennent un conduit parcouru simultanément par ledit carburant excédentaire et le carburant délivré par lesdits premiers moyens de pompage et en ce qu'un régulateur de pression formant partie desdits premiers moyens de pompage est placé en aval dudit conduit.
Comme on le verra plus loin en détail, le dispositif suivant la présente invention cumule les avantages respectifs des dispositifs de la technique antérieure représentés aux figures 1 et 2 du dessin annexé, tout en en limitant les inconvénients.
Suivant l'invention, le conduit parcouru simultanément par le carburant excédentaire et le carburant délivré par les premiers moyens de pompage aboutit sur l'entrée d'une pompe formant partie des deuxièmes moyens de pompage .
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel :
- les figures 1 et 2 sont des schémas de dispositifs d'alimentation en carburant de la technique antérieure, décrits en préambule de la présente description, et
- les figures 3 et 4 sont des schémas de premiers et deuxièmes modes de réalisation du dispositif suivant 1 ' invention, respectivement .
Aux figures 3 et 4, des repères numériques, éventuellement affectés d'un "prime", identiques à des repères utilisés aux figures 1 et 2, repèrent des éléments ou organes identiques ou similaires.
C'est ainsi qu'on retrouve sur les figures 3 et 4, un réservoir de carburant 1, des premiers moyens de pompage constitués par une pompe 2 et un régulateur "basse pression" 3, un filtre 4, des deuxièmes moyens de pompage constitués par une pompe 5 et un régulateur "haute pression" 8, une rampe 7 d'alimentation en carburant d'une pluralité d' injecteurs 6i, un conduit 11 de recyclage du carburant non absorbé par les injecteurs, un calculateur 9 commandant les injecteurs 6ι et le régulateur 8, le calculateur recevant pour ce faire un signal d'un capteur 10 de pression de carburant . Classiquement, la pompe 2 basse pression est animée par un moteur électrique alors que la pompe 5 haute pression est animée par le moteur à combustion interne à injection directe alimenté par le dispositif suivant 1 ' invention. Suivant l'invention, le carburant excédentaire, non absorbé par les injecteurs 6i est recyclé directement dans l'entrée de la pompe haute pression 5 par un conduit 15, à travers le filtre 4, et non pas renvoyé directement au réservoir. La pompe basse pression 2 débite elle-même du carburant frais venu du réservoir dans le conduit 15 en amont du filtre 4.
Suivant l'invention encore, un conduit de renvoi de carburant au réservoir est alimenté en parallèle avec la pompe "haute pression" 5.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, ce conduit 14 part de l'entrée 13 de la pompe 5 pour renvoyer au réservoir 1 du carburant non absorbé par cette pompe "haute pression", le régulateur 3 "basse pression" étant placé dans ce conduit 14.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, le conduit de renvoi 14' est "piqué" dans la partie à basse pression du corps de la pompe 5.
Il ressort de ce qui précède que, suivant la présente invention, la pompe haute pression est alimentée par un mélange de carburant "chaud" en provenance de la rampe 7 alimentée en carburant à haute pression et de carburant "frais" à basse pression, en provenance du réservoir 1 et ceci aussi bien dans le mode de réalisation de la figure 3 que dans celui de la figure 4. Le mélange de carburant ainsi établi est délivré à la pompe 5, à une basse pression réglée par le régulateur 3 associé à la pompe 2.
On tire de cet agencement divers avantages , non obtenus ensemble auparavant.
En premier lieu, l'injection de carburant par la pompe 2 dans le conduit 11 de "fuite" du carburant excédentaire chaud venant de la rampe 7 provoque une condensation des vapeurs de carburant éventuellement contenues dans le carburant venu de la rampe. La pompe haute pression 5 est alors alimentée avec un carburant au moins largement purgé en vapeurs de carburant, ce qui permet l'amorçage rapide de cette pompe au démarrage du moteur, et ceci que celui-ci soit chaud ou froid. En second lieu, si le carburant contenu dans la rampe 7 ou dans le conduit 11 contient des vapeurs de carburant résiduelles qui n'auraient pas été entièrement condensées par le carburant frais injecté par la pompe 2 dans le conduit 11, ces vapeurs s'évacuent rapidement par le conduit 14 à basse pression (figure 3) ou par le conduit 14' (figure 4) vers le réservoir 1 à la pression atmosphérique .
En troisième lieu, le circuit de carburant, entre la rampe 7 et la pompe haute pression 5, ne contient pas de parties à la pression atmosphérique. En amont de la pompe 5, le carburant reste à la basse pression fixée par le régulateur 3, y compris après l'arrêt du moteur
(et donc des pompes 2 et 5) . On limite ainsi la quantité de vapeurs de carburant qui peut se former dans le circuit par le phénomène de "percolation" évoqué plus haut. L'absence d'entrée d'air entre la rampe 7 et la pompe 5 empêche le vidage de cette partie du circuit, pendant les arrêts du moteur.
Enfin, la circulation simultanée à basse pression, dans le conduit 15, du carburant excédentaire chaud venu de la rampe 7 et du carburant frais fourni par la pompe 2, permet de baisser la température du carburant renvoyé au réservoir 1. On limite ainsi considérablement la quantité de vapeurs de carburant renvoyée dans le réservoir, et donc la vitesse de saturation de la cartouche (non représentée) de filtrage de ces vapeurs, qui équipe classiquement un tel réservoir.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe, comprenant a) un réservoir (1) de carburant, b) des premiers moyens de pompage (2,3) du carburant contenu dans ledit réservoir, délivrant du carburant porté à un premier niveau de pression supérieur à la pression atmosphérique, c) des deuxièmes moyens de pompage (5,8) alimentés par lesdits premiers moyens (2,3) et délivrant du carburant porté à un deuxième niveau de pression, supérieur au premier, à au moins un injecteur (6j.) dudit carburant dans un cylindre du moteur et, d) des moyens de recyclage du carburant excédentaire non injecté dans le moteur vers lesdits deuxièmes moyens de pompage (5,8) et ledit réservoir (1) , caractérisé en ce que lesdits moyens de recyclage comprennent un conduit (15) parcouru simultanément par ledit carburant excédentaire et le carburant délivré par lesdits premiers moyens de pompage (2,3) et en ce qu'un régulateur de pression (3) formant partie desdits premiers moyens de pompage (2,3) est placé en aval dudit conduit (15).
2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conduit (15) aboutit sur l'entrée (13) d'une pompe (5) formant partie desdits deuxièmes moyens de pompage (5,8).
3. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit régulateur de pression (3) est placé dans un conduit (14;14') de renvoi de carburant audit réservoir (1).
4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ledit conduit (14) est piqué sur l'entrée de ladite pompe (5).
5. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ledit conduit (14') est piqué sur une partie de ladite pompe (5) traversée par du carburant au premier niveau de pression.
6. Véhicule automobile propulsé par un moteur à combustion interne à injection directe, équipé du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5.
EP99960995A 1998-11-27 1999-11-22 Dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur a combustion interne, a injection directe Expired - Lifetime EP1133637B1 (fr)

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