EP3964704A1 - Pompe haute pression et ensemble d'injection directe et indirecte de carburant(s) comportant une fonction de mise a l arret de la pompe haute pression - Google Patents

Pompe haute pression et ensemble d'injection directe et indirecte de carburant(s) comportant une fonction de mise a l arret de la pompe haute pression Download PDF

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EP3964704A1
EP3964704A1 EP21184418.8A EP21184418A EP3964704A1 EP 3964704 A1 EP3964704 A1 EP 3964704A1 EP 21184418 A EP21184418 A EP 21184418A EP 3964704 A1 EP3964704 A1 EP 3964704A1
Authority
EP
European Patent Office
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pressure pump
piston
high pressure
fuel
pusher
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21184418.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Pierre Millon
William POMMERY
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP3964704A1 publication Critical patent/EP3964704A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/105—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive hydraulic drive
    • 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
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/30—Varying fuel delivery in quantity or timing with variable-length-stroke pistons

Definitions

  • the present invention relates to a set of double injection, direct and indirect, of fuel(s) in a heat engine.
  • the invention relates more particularly to an assembly for the dual injection of gasoline and liquid gas in a combustion engine with positive ignition of a motor vehicle.
  • motor vehicles equipped with a heat or internal combustion engine must comply with so-called anti-pollution standards, and in particular with European emission standards, known as Euro standards, which are regulations of the European Union setting the maximum limits of polluting emissions for rolling vehicles.
  • anti-pollution standards and in particular with European emission standards, known as Euro standards, which are regulations of the European Union setting the maximum limits of polluting emissions for rolling vehicles.
  • Euro standards European emission standards
  • Thermal engines can be carburetion, petrol, diesel, gas or petrol-gas bi-fuel.
  • Direct injection heat engines are known in which a fuel injector sprays fuel directly into a combustion chamber delimited by a cylinder hollowed out in a cylinder block of the engine, a sliding piston and a lower wall of a cylinder head mounted on the crankcases.
  • the injector has an injection end which opens into the combustion chamber.
  • This type of engine requires a high power fuel injector to cope with the high pressures prevailing in the combustion chamber.
  • Indirect injection heat engines are known in which an injector injects fuel into the air intake circuit upstream (in the direction of air circulation) of the combustion chamber.
  • the fuel is not injected into the cylinder but upstream in an intake channel or in an intake distributor so that the fuel and the intake air mix optimally and homogeneously. This allows for better combustion and thus reduces the formation of fine particles which constitute one of the problems of modern engines.
  • the fuel vaporizes under the effect of heat and burns optimally once it reaches the combustion chamber.
  • the invention relates in particular to a dual-fuel engine, for example based on gasoline and LPG gas.
  • the gasoline fuel is injected directly into one of the combustion chambers of the engine, while the gas fuel is injected indirectly upstream (according to the direction of air circulation) of the combustion chambers of the engine, in particular in intake channels hollowed out in the cylinder head of the engine.
  • a dual gasoline injection system also called “dual injection system” is a liquid fuel injection system to ensure the supply of an intake duct connected to the combustion chambers of the cylinders of a heat engine (Injection via the supply line or PFI injection), and ensure fuel injection directly into the combustion chambers (Direct injection, also called GDI for “Gasoline Direct Injection” and/or MPI for “Multi Point Injection”).
  • Direct injection also called GDI for “Gasoline Direct Injection” and/or MPI for “Multi Point Injection”.
  • the injection system In the case of a direct injection system, which is done at high pressure, the injection system is also called “High pressure injection”.
  • the high pressure pump is for example integrated into the cylinder head and/or the cylinder head cover of the thermal engine and a rotating cam actuates the high pressure pump by acting on an axial piston of the high pressure pump, directly or via a simple or roller mechanical pusher.
  • the two injection modes can be combined depending on the operating conditions of the heat engine.
  • the invention aims to propose another solution by allowing in particular a stoppage of the petrol fuel supply by the high-pressure pump when switching to LPG gas fuel.
  • the invention also proposes a heat engine, characterized in that it comprises a high pressure pump according to the invention.
  • the invention finally proposes a heat engine, characterized in that it comprises a set of double injection, direct and indirect, of fuel(s) according to any one of the invention.
  • FIG. 1 Schematically represented in figure 1 a system 110 of double injection according to the state of the art.
  • gasoline is transferred from a tank 112 by a low pressure pump 114 which is for example an electric pump capable of compressing the fuel for example at a pressure of approximately 5 bars.
  • a low pressure pump 114 which is for example an electric pump capable of compressing the fuel for example at a pressure of approximately 5 bars.
  • the low pressure pump 114 sends the fuel into a line 116 which is a supply line for a low pressure zone 118.
  • the high pressure zone 120 is connected to a pipe 128 equipped with a high pressure piston pump 130 whose function is to increase the low pressure of approximately 5 bars prevailing in the supply pipe 116 up to a high pressure for example equal to about 100 bar.
  • the fuel is then injected directly into each of the cylinders of the combustion engine, not shown, by three high pressure injectors 132 providing direct injection from the high pressure zone 120.
  • the low pressure pump 114 also sends the fuel into a line 128 which is a supply line to a high pressure zone 120 of the fuel injection system 110.
  • Supply line 116 is equipped with a pressure regulator 122 which maintains the pressure in supply line 116 at a substantially constant value.
  • the low pressure zone 118 comprises a pipe 124 which is directly connected to a tank 113 of LPG gas.
  • the low pressure zone 118 is here in the form of a low pressure tubular ramp, which is connected to three low pressure injectors 126 which inject gas fuel into the intake duct, not shown, of the combustion engine.
  • the low pressure zone may comprise only a single low pressure injector which injects fuel into the intake duct.
  • the intake duct is connected to the various combustion chambers, not shown, of the cylinders of the combustion engine.
  • a cylinder head 10 of a three-cylinder heat engine which is associated with a cylinder head cover 12 which is fixed to it along a parting plane 14.
  • the cylinder head cover 14 comprises a tubular body 16 which extends along an axis A orthogonal to an axis X which is here the axis of rotation of a camshaft 22.
  • the axis A of the tubular body 16 intersects with the axis X of the camshaft 22 which carries and drives in rotation a cam 20 with three lobes for actuating the high pressure pump 130.
  • the cam 20 acts on a piston, not shown, of the high pressure pump 130.
  • the tubular body 16 is in the form of a stepped cylinder whose end section 15 of larger diameter houses the body of the high-pressure pump 130 which is fixed by means of screws 26 to the tubular body.
  • the high-pressure pump 130 is shown in section in the form of a cylindrical block and the reference 29 has designated a radial end face which is an end face of a sliding axial piston of the pump.
  • the three-lobed cam acts cyclically on the end 29 of the sliding piston of the high-pressure pump 130.
  • a sliding mechanical pusher of constant axial length for actuating the high pressure pump is interposed axially between the cam and the axial end 29 of the piston of the high pressure pump 130
  • a pusher 24 of controlled variable axial length is interposed axially along the axis A between the drive cam 20 and the end face 29 of the piston of the high pressure pump 130, and the assembly comprises a system for controlling the length of the pusher of variable axial length as a function of at least one fuel injection control parameter in the combustion chamber, between a state of actuation of the high pressure pump and a disengaged state with stoppage of the high pressure pump.
  • the pusher 24 of controlled variable axial length is here a hydraulic pusher of controlled axial length which is mounted in the inner section 17 of smaller diameter of the tubular body 16.
  • the invention thus consists in replacing a sliding mechanical pusher of constant axial length for actuating the high-pressure pump by a hydraulic pusher of controlled variable length.
  • the axial length of the hydraulic tappet varies between a maximum value corresponding to the actuation state of the high pressure pump and a minimum value corresponding to the stop state of the high pressure pump.
  • Hydraulic tappets are a known technology used for controlling the actuation of combustion engine valves in order, for example, to deactivate an engine cylinder. You can either use a classic friction tappet or derive a version with a roller to reduce friction between the cam and the tappet.
  • a design of a hydraulic tappet 24 is for example similar to that of the hydraulic valve tappet described and shown in the documents DE9306685U1 and DE19728100A1 (INA-Schaeffler) whose content can be referred to.
  • FIG. 4 An example of such a hydraulic tappet is shown in figure 4 and 5 .
  • the figure 4 represents a hydraulic tappet 24 in axial section.
  • the pusher 24 consists of a radially outer tubular piston 202 which includes a hollow tubular cylindrical jacket 203.
  • the pusher 24 is received in an axially sliding manner in the section 17 of the body 16.
  • the upper part 203a of the radially outer piston 202 is capable of being actuated by one or two cams, not shown in figure 4 and 5 , say big race.
  • the outer tubular piston 202 houses a radially inner coaxial tubular piston 204.
  • the upper part 205 of the internal piston 204 is adapted to be actuated by a cam, not shown, called a short stroke cam.
  • a helical compression spring 201 is mounted compressed axially between the two external coaxial pistons 202, 204 so as to permanently urge the external piston axially upwards (considering the figure 4 and 5 ) away from the internal coaxial piston 204.
  • the lower axial end of the spring 201 rests on a flange 200 which is integral with the internal piston 204
  • a controlled hydraulic compensation element 206 is arranged inside the internal piston 204.
  • a controlled mechanism for coupling the two pistons 202 and 204 is arranged at the upper part and it comprises in particular a radial coupling piston 209.
  • Movement of the coupling radial piston 209 towards a stopper 210 causes the hydraulic tappet 24 to be coupled to the stroke of the long stroke cams.
  • Opposed radial housings 207 and 208 for coupling piston 209 extend into sections 211, 212 which extend from portions 203a, 205.
  • the sections 211 of the tubular piston 202 delimit two approximately semi-circular storage chambers 213, 214 (First chambers 213 and second storage chambers 214) for the hydraulic fluid.
  • the figure 5 shows that two separate passages 215, 216 (First passage 215 and second passage 216) are arranged in the jacket 203.
  • passages 215, 216 serve for the separate supply of hydraulic fluid to the coupling means 209 on the one hand and to the hydraulic compensation element 206 on the other hand.
  • a thin-walled tubular part 217 for example manufactured by stamping, is arranged inside the tubular piston 202.
  • This tubular part 217 is applied in the direction of the cam against the sections 211 of the tubular piston 202.
  • the tubular part 217 merges into a sleeve 218.
  • the sleeve 218 is generally liquid-tight along the inner sleeve 219 of the sleeve 203.
  • the tubular part 217 thus delimits the first and second storage chambers 213, 214 below the sleeve 203 in the direction away from the cam.
  • a first channel 220 is formed in the sleeve 218 of the tubular part 217 in the axial direction.
  • This channel 220 opens into the first storage chamber 213 on the cam side.
  • a passage 221 (see figure 4 ) for the hydraulic fluid in front of the coupling means 209 (Which is not shown in more detail) is realized.
  • the second passage 216 is located in the sleeve 203, axially in the direction of the cam with respect to the first passage 215.
  • This second passage 216 opens here in the second storage chamber 214. From the second storage chamber 214, a hydraulic fluid connection (Not shown in more detail) to the hydraulic compensation element 206 is made.
  • a dual-flow feed is achieved by which the hydraulic compensation element 206 and the coupling means 209 can be actuated separately.
  • An excellent tight hydraulic separation of the storage chambers 213 and 214 is achieved, so that the hydraulic fluid therein cannot escape undesirably, nor pass into the other storage chamber 214, 213 respectively.
  • the pressurized oil from the internal combustion engine is used to control the hydraulic tappet.
  • the free lower axial end of the internal coaxial piston 204 of the hydraulic tappet 204 is in contact and in permanent axial support against the radial end face 29 of the piston of the high pressure pump 130, while the free external face of the part upper 203a of the outer coaxial piston 202 is in contact and in permanent axial support with the cam 20.

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Abstract

La présente invention a pour objet un ensemble de double injection, directe et indirecte, de carburant comprenant une pompe haute pression à piston et une came tournante (20) d'actionnement de la pompe haute pression qui agit sur un piston axial (29) de la pompe, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande de l'actionnement de la pompe haute pression avec une fonction de mise à l'arrêt de la pompe haute pression qui comprend un élément (24) de longueur axiale variable commandée qui est interposé axialement entre la came (20) d'entraînement et le piston (29) de la pompe haute pression (130) et- un système de commande de l'élément de longueur axiale variable commandée en fonction d'au moins un paramètre de commande de l'injection de carburant.

Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention concerne un ensemble de double injection, directe et indirecte, de carburant (s) dans un moteur thermique.
  • L'invention concerne plus particulièrement un ensemble de double injection d'essence et de gaz liquide dans un moteur à combustion et à allumage commandé de véhicule automobile.
    • Arrière-plan technique
  • Pour améliorer la qualité de l'air, les véhicules automobiles équipés d'un moteur thermique ou à combustion interne doivent être conformes à des normes dites d'antipollution, et notamment à des normes européennes d'émission, dites normes Euro qui sont des règlements de l'Union Européenne fixant les limites maximales de rejets polluants pour les véhicules roulants.
  • Ces normes sont de plus en plus strictes s'appliquant aux véhicules neufs. Leur objectif est de réduire la pollution atmosphérique due au transport routier.
  • Les moteurs thermiques peuvent être à carburation, essence, diesel, gaz ou à bicarburation essence-gaz.
  • Pour les moteurs thermiques à bicarburation essence et gaz liquide qui fait appel à un mélange butane et propane, il est connu d'utiliser le carburant souhaité en fonction des conditions de fonctionnement et d'utilisation.
  • On connait des moteurs thermiques à injection directe dans lesquels un injecteur de carburant pulvérise du carburant directement dans une chambre à combustion délimitée par un cylindre creusé dans un carter-cylindres du moteur, un piston coulissant et une paroi inférieure d'une culasse montée sur le carter-cylindres.
  • L'injecteur présente une extrémité d'injection qui débouche dans la chambre de combustion. Ce type de moteur nécessite un injecteur de carburant de forte puissance pour faire face aux pressions élevées régnant dans la chambre à combustion.
  • On connait les moteurs thermiques à injection indirecte dans lesquels un injecteur injecte du carburant dans le circuit d'admission d'air en amont (selon le sens de circulation d'air) de la chambre de combustion. Le carburant n'est pas injecté dans le cylindre mais en amont dans un canal d'admission ou dans un répartiteur d'admission pour que le carburant et l'air d'admission se mélangent de manière optimale et homogène. Cela permet d'avoir une meilleure combustion et de réduire ainsi la formation de particules fines qui constituent un des problèmes des moteurs modernes.
  • Le carburant se vaporise sous l'effet de la chaleur et brûle de manière optimale une fois arrivé dans la chambre de combustion.
  • L'invention concerne notamment un moteur à bicarburation, par exemple à base d'essence et de gaz GPL.
  • De façon connue, le carburant essence est de injecté directement dans une des chambres de combustion du moteur, tandis que le carburant gaz est injecté de façon indirecte en amont (selon le sens de circulation d'air) des chambres à combustion du moteur, notamment dans des canaux d'admission creusés dans la culasse du moteur.
  • Un système de double d'injection d'essence, encore appelé « système d'injection double », est un système d'injection de carburant liquide pour assurer l'alimentation d'un conduit d'admission relié aux chambres de combustion des cylindres d'un moteur thermique (Injection par la conduite d'alimentation ou injection PFI), et assurer l'injection de carburant directement dans les chambres de combustion (Injection directe, encore appelée GDI pour « Gasoline Direct Injection » et/ou MPI pour « Multi Point Injection »).
  • Dans un système d'injection du carburant dans le conduit d'admission d'air, il règne en général une basse pression et c'est pourquoi cette injection est aussi appelée « Injection basse pression ».
  • Dans le cas d'un système d'injection directe, qui se fait à haute pression, le système d'injection est aussi appelé « Injection à haute pression ».
  • Dans un tel système de double injection de carburant, on a à la fois un ou des injecteurs basse pression injectant indirectement du carburant en amont de la soupape d'admission d'air, c'est-à-dire des injecteurs pour le conduit d'admission, et aussi des injecteurs haute pression dont chacun injecte du carburant directement dans une chambre de combustion. La pompe haute pression est par exemple intégrée à la culasse et/ou au couvre culasse du moteur thermique et une came tournante actionne la pompe haute pression en agissant sur un piston axial de la pompe haute pression, directement ou par l'intermédiaire d'un poussoir mécanique simple ou à galet.
  • Un exemple de conception de l'entraînement par came(s) ou excentrique(s) des pistons d'une pompe haute pression est divulgué par le document US2004109775A1
  • Les deux modes d'injection peuvent être combinés en fonction des conditions de fonctionnement du moteur thermique.
  • Pour les moteurs à bicarburation, il est connu d'effectuer des phases de démarrage en utilisant du carburant essence pour assurer les démarrages par tout temps, et notamment par temps froids, puis de basculer ensuite vers une utilisation du carburant gaz afin de réduire les émissions de gaz nocifs et leur impact sur l'environnement.
  • Lors de phases d'injection indirecte avec interruption de l'injection directe, le carburant présent dans la pompe haute pression est comprimé, mais il ne circule plus car il n'y a pas de consommation de carburant par les injecteurs d'injection directe, ni recirculation du carburant dans les pompes à essence.
  • On connait des problèmes de cokéfaction des extrémités des injecteurs débouchant dans les chambres à combustion, notamment quand le moteur a basculé en utilisation du carburant gaz et que du carburant essence est présent dans la buse de l'injecteur. La pompe haute pression étant toujours en fonctionnement, elle est apte à alimenter lesdits injecteurs en permanence.
  • Différentes solutions pour remédier à ce problème proposent des protections thermiques des extrémités des buses d'injecteurs.
  • L'invention vise à proposer une autre solution en permettant notamment un arrêt de l'alimentation en carburant essence par la pompe haute pression lors de la bascule en carburant gaz GPL.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention propose une pompe haute pression à piston pour l'alimentation en carburant d'au moins un injecteur d'injection directe de carburant dans au moins une chambre de combustion, notamment d'un moteur thermique à allumage commandé, et qui comprend un système d'actionnement de la pompe haute pression comportant :
    • une came tournante d'actionnement de la pompe haute pression qui agit sur un piston axial de la pompe haute pression par l'intermédiaire d'un poussoir qui est interposé axialement entre la came d'entraînement et le piston de la pompe haute pression,
    caractérisée en ce que :
    • le poussoir est un poussoir de longueur axiale variable commandée ;
    • l'ensemble comporte un système de commande de la longueur du poussoir de longueur axiale variable en fonction d'au moins un paramètre de commande de l'injection de carburant dans ladite chambre de combustion, entre un état d'actionnement de la pompe haute pression et un état d'arrêt de la pompe haute pression.
  • Selon d'autres caractéristiques de la pompe :
    • le poussoir de longueur axiale variable commandée est un poussoir hydraulique apte à transmettre ou non la poussée de la came au piston axial de la pompe haute pression ; et le système de commande de la longueur du poussoir hydraulique comporte un circuit de liquide sous pression qui est relié de manière commandée à une chambre de commande du poussoir hydraulique ;
    • le poussoir hydraulique comporte deux pistons coaxiaux dont l'un coopère avec ladite came, et dont l'autre coopère avec le piston axial de la pompe haute pression et qui sont liés axialement entre eux par des moyens de couplage axial qui sont commandés en fonction de l'alimentation de ladite chambre de commande du poussoir hydraulique ;
    • un ressort est monté comprimé axialement entre les deux pistons coaxiaux ;
  • L'invention propose aussi un ensemble de double injection, directe et indirecte, de carburant(s) dans au moins une chambre de combustion d'un cylindre d'un moteur thermique à allumage commandé comprenant :
    • une pompe haute pression à piston qui alimente en carburant une zone d'injection directe en amont d'au moins un injecteur d'injection directe de carburant dans ladite chambre de combustion ; et
    • une came tournante d'actionnement de la pompe haute pression qui agit sur un piston axial de la pompe haute pression par l'intermédiaire d'un poussoir qui est interposé axialement entre la came d'entraînement et le piston de la pompe haute pression,
    caractérisé en ce que :
    • le poussoir est un poussoir de longueur axiale variable commandée ;
    • l'ensemble comporte un système de commande de la longueur du poussoir de longueur axiale variable en fonction d'au moins un paramètre de commande de l'injection de carburant dans ladite chambre de combustion, entre un état d'actionnement de la pompe haute pression et un état d'arrêt de la pompe haute pression.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'ensemble :
    • le poussoir de longueur axiale variable commandée est un poussoir hydraulique apte à transmettre ou non la poussée de la came au piston axial de la pompe haute pression ; et le système de commande de la longueur du poussoir hydraulique comporte un circuit de liquide sous pression qui est relié de manière commandée à une chambre de commande du poussoir hydraulique ;
    • le poussoir hydraulique comporte deux pistons coaxiaux dont l'un coopère avec ladite came, et dont l'autre coopère avec le piston axial de la pompe haute pression et qui sont liés axialement entre eux par des moyens de couplage axial qui sont commandés en fonction de l'alimentation de ladite chambre de commande du poussoir hydraulique ;
    • le ressort est monté comprimé axialement entre les deux pistons coaxiaux.
  • L'invention propose encore un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe haute pression selon l'invention.
  • L'invention propose enfin un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de double injection, directe et indirecte, de carburant(s) selon l'une quelconque l'invention.
    • Brève descriptions des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
    • [Fig.1] - la figure 1 est une représentation schématique d'un ensemble de double injection, directe et indirecte, de carburants dans trois cylindres d'un moteur à combustion à essence et à gaz GPL ;
    • [Fig.2] - la figure 2 est une vue en perspective d'une culasse de moteur à combustion à essence à trois cylindres avec son couvre-culasse intégrant une pompe d'injection à haute pression commandée selon l'invention ;
    • [Fig.3] - la figure 3 est une vue en coupe par un plan radial passant par l'axe du piston de la pompe haute pression de la figure2 ;
    • [Fig.4] - la figure 4 est une vue en coupe par un plan axial d'un exemple de réalisation d'un poussoir hydraulique commandé associé à la commande de la pompe d'injection à haute pression ;
    • [Fig.5] - la figure 5 est une vue en coupe axiale selon un autre plan du poussoir de la figure 5.
    Description détaillée de l'invention
  • On a représenté schématiquement à la figure 1 un système 110 d'injection double selon l'état de la technique.
  • Dans le système 110, de l'essence est transférée depuis un réservoir 112 par une pompe basse pression 114 qui est par exemple une pompe électrique capable de comprimer le carburant par exemple à une pression d'environ 5 bars.
  • La pompe basse pression 114 envoie le carburant dans une canalisation 116 qui est une conduite d'alimentation d'une zone basse pression 118.
  • La zone haute pression 120 est reliée à une canalisation 128 équipée d'une pompe haute pression 130 à piston dont la fonction est d'augmenter la basse pression d'environ 5 bars régnant dans la conduite d'alimentation 116 jusqu'à une haute pression par exemple égale à environ 100 bars.
  • Le carburant est alors injecté directement dans chacun des cylindres non représentés du moteur thermique par trois injecteurs haute pression 132 assurant une injection directe à partir de la zone haute pression 120.
  • La pompe basse pression 114 envoie aussi le carburant dans une canalisation 128 qui est une conduite d'alimentation d'une zone haute pression 120 du système d'injection de carburant 110.
  • La conduite d'alimentation 116 est équipée d'un régulateur de pression 122 qui maintient la pression dans la conduite d'alimentation 116 à une valeur pratiquement constante.
  • La zone basse pression 118 comporte une canalisation 124 qui est reliée directement à un réservoir 113 de gaz GPL.
  • La zone basse pression 118 est ici en forme d'une rampe tubulaire basse pression, qui est reliée à trois injecteurs basse pression 126 qui injectent du carburant gaz dans le conduit d'admission, non représenté, du moteur thermique.
  • En variante, la zone basse pression peut ne comporter qu'un seul injecteur basse pression qui injecte du carburant dans le conduit d'admission.
  • Le conduit d'admission est relié aux différentes chambres de combustion, non représentées, des cylindres du moteur à combustion.
  • On a représenté à la figure 2 une culasse 10 d'un moteur thermique à trois cylindres qui est associée à un couvre-culasse 12 qui lui est fixé selon un plan de joint 14.
  • Ces deux composants sont par exemple réalisés par moulage en alliage léger.
  • Le couvre-culasse 14 comporte un corps tubulaire 16 qui s'étend selon un axe A orthogonal à un axe X qui est ici l'axe de rotation d'un arbre à cames 22.
  • Comme on peut le voir en coupe à la figure 3, l'axe A du corps tubulaire 16 est sécant avec l'axe X de l'arbre à cames 22 qui porte et entraîne en rotation une came 20 à trois lobes d'actionnement de la pompe haute pression 130.
  • La came 20 agit sur un piston, non représenté, de la pompe haute pression 130.
  • Le corps tubulaire 16 se présente sous la forme d'un cylindre étagé dont le tronçon d'extrémité 15 de plus grand diamètre loge le corps de la pompe haute pression 130 qui est fixé au moyen de vis 26 sur le corps tubulaire.
  • La pompe haute pression 130 est représentée en coupe sous la forme d'un bloc cylindrique et on a désigné par la référence 29 une face radiale d'extrémité qui est une face d'extrémité d'un piston axial coulissant de la pompe.
  • De manière connue, la came trilobée agit cycliquement sur l'extrémité 29 du piston coulissant de la pompe haute pression 130.
  • A cet effet, un poussoir mécanique coulissant de longueur axiale constante d'actionnement de la pompe haute pression est interposé axialement entre la came et l'extrémité axiale 29 du piston de la pompe haute pression 130 Conformément aux enseignements de l'invention, un poussoir 24 de longueur axiale variable commandée est interposé axialement selon l'axe A entre la came 20 d'entraînement et la face d'extrémité 29 du piston de la pompe haute pression 130, et l'ensemble comporte un système de commande de la longueur du poussoir de longueur axiale variable en fonction d'au moins un paramètre de commande de l'injection de carburant dans la chambre de combustion, entre un état d'actionnement de la pompe haute pression et un état débrayé avec arrêt de la pompe haute pression.
  • A titre d'exemple non limitatif, le poussoir 24 de longueur axiale variable commandée est ici un poussoir hydraulique de longueur axiale commandée qui est monté dans le tronçon interne 17 de plus petit diamètre du corps tubulaire 16.
  • On a aussi représenté à la figure 3 un tronçon 18 de la rampe d'alimentation en huile sous pression du poussoir hydraulique 24.
  • L'invention consiste ainsi à remplacer un poussoir mécanique coulissant de longueur axiale constante d'actionnement de la pompe haute pression par un poussoir hydraulique de longueur variable commandée.
  • Plus précisément, la longueur axiale du poussoir hydraulique varie entre une valeur maximale correspondant à l'état d'actionnement de la pompe haute pression et une valeur minimale correspondant à l'état d'arrêt de la pompe haute pression.
  • Les poussoirs hydrauliques sont une technologie connue utilisée pour la commande de l'actionnement des soupapes des moteurs à combustion afin par exemple de désactiver un cylindre du moteur. On peut au choix utiliser un poussoir à frottement classique ou en dériver une version avec un rouleau pour réduire les frottements entre la came et le poussoir.
  • Une conception d'un poussoir hydraulique 24 est par exemple analogue à celle du poussoir hydraulique de soupape décrit et représenté dans les documents DE9306685U1 et DE19728100A1 (INA-Schaeffler) au contenu duquel on pourra se reporter.
  • Un exemple d'un tel poussoir hydraulique est représenté aux figures 4 et 5.
  • La figure 4 représente un poussoir hydraulique 24 en coupe axiale.
  • A titre d'exemple, le poussoir 24 est constitué d'un piston tubulaire radialement externe 202 qui comporte une chemise cylindrique tubulaire creuse 203.
  • Par l'intermédiaire de cette chemise 203, le poussoir 24 est reçu de manière coulissante axialement dans le tronçon 17 du corps 16.
  • La partie supérieure 203a du piston radialement externe 202 est apte à être actionnée par une ou deux cames, non représentées aux figures 4 et 5, dites de grande course.
  • Le piston tubulaire externe 202 loge un piston tubulaire coaxial radialement interne 204.
  • La partie supérieure 205 du piston interne 204 est apte à être actionnée par une came non représentée, dite de petite course.
  • Un ressort hélicoïdal de compression 201 est monté comprimé axialement entre les deux pistons coaxiaux externe 202, 204 de manière à solliciter en permanence le piston externe axialement vers le haut (en considérant les figures 4 et 5) en éloignement du piston coaxial interne 204.
  • L'extrémité axiale inférieure du ressort 201 est en appui sur une collerette 200 qui est solidaire du piston interne 204
  • Un élément commandé de compensation hydraulique 206 est agencé à l'intérieur du piston interne 204.
  • Un mécanisme commandé d'accouplement des deux pistons 202 et 204 est agencé à la partie supérieure et il comporte notamment un piston radial d'accouplement 209.
  • Un déplacement du piston radial d'accouplement 209 en direction d'un élément d'arrêt 210 amène le poussoir hydraulique 24 à être couplé à la course des cames de grande course.
  • Dans la position d'accouplement représentée à la figure 4, le poussoir hydraulique 24 ne suit que la course de la came associée au piston radialement interne 204.
  • Des logements radiaux opposés 207 et 208 pour le piston d'accouplement 209 s'étendent dans des tronçons 211, 212 qui s'étendent à partir des parties 203a, 205.
  • Dans la direction circonférentielle, les tronçons 211 du piston tubulaire 202 délimitent deux chambres de stockage approximativement semi-circulaires 213, 214 (Premières chambres 213 et secondes chambres 214 de stockage) pour le fluide hydraulique.
  • La figure 5 montre que deux passages séparés 215, 216 (Premier passage 215 et deuxième passage 216) sont disposés dans la chemise 203.
  • Ces passages 215, 216 servent à l'alimentation séparée en fluide hydraulique des moyens d'accouplement 209 d'une part et de l'élément de compensation hydraulique 206 d'autre part.
  • A l'intérieur du piston tubulaire 202, comme l'homme du métier peut également le voir à la figure 4, seule une partie tubulaire à paroi mince 217, par exemple fabriquée par emboutissage, est disposée. Cette partie tubulaire 217 est appliquée dans le sens de la came contre les tronçons 211 du piston tubulaire 202. En direction de la valve d'échange de gaz et radialement à l'extérieur, la partie tubulaire 217 se confond dans un manchon 218. Le manchon 218 est globalement étanche aux liquides le long de la chemise intérieure 219 de la chemise 203. La partie tubulaire 217 délimite ainsi les premières et deuxièmes chambres de stockage 213, 214 en dessous de la chemise 203 dans le sens éloigné de la came.
  • A partir du premier passage 215 (voir figure 5), un premier canal 220 est formé dans le manchon 218 de la partie tubulaire 217 selon la direction axiale. Ce canal 220 débouche dans la première chambre de stockage 213 côté came. A partir de cette première chambre de stockage 213, un passage 221 (voir figure 4) pour le fluide hydraulique en face des moyens d'accouplement 209 (Qui n'est pas représenté plus en détail) est réalisé. Diamétralement opposé au premier passage 215, le deuxième passage 216 est situé dans la chemise 203, axialement dans le sens de la came par rapport au premier passage 215. Ce deuxième passage 216 débouche ici dans la deuxième chambre de stockage 214. A partir de la deuxième chambre de stockage 214, une connexion de fluide hydraulique (Non représentée plus en détail) à l'élément de compensation hydraulique 206 est réalisée.
  • Une alimentation double flux est réalisée grâce à laquelle l'élément 206 de compensation hydraulique et les moyens d'accouplement 209 peuvent être actionnés séparément. Une excellente séparation hydraulique étanche des chambres de stockage 213 et 214 est réalisée, de sorte que le fluide hydraulique qui s'y trouve ne peut pas s'échapper de manière indésirable, ni passer dans l'autre chambre de stockage 214, 213 respectivement.
  • Pour le fonctionnement et la commande de ce type de poussoir hydraulique on pourra& par exemple se reporter au document intitulé « INA - Valve Train Components - Technology and Failure Diagnosis - (Pages 17 à 20) - © Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co.KG »
  • On peut ajouter à un tel système, une loi de pilotage du système car il faut maintenir la pression rail et injecteur pour leur étanchéité. La fermeture de l'injecteur étant dépendante de la pression dans le rail. Une pression minimale en fonctionnement continu est assurée.
  • L'huile sous pression du moteur thermique est utilisée pour la commande du poussoir hydraulique.
  • Dans la mise en œuvre selon l'invention, et comme on peut le voir à la figure 3, l'extrémité axiale inférieure libre du piston coaxial interne 204 du poussoir hydraulique 204 est en contact et en appui axial permanent contre la face radiale d'extrémité 29 du piston de la pompe haute pression 130, tandis que la face externe libre de la partie supérieure 203a du piston coaxial externe 202 est en contact et en appui axial permanent avec la came 20.
  • En fonction de la position commandée du piston radial d'accouplement 209 :
    • soit les deux pistons coaxiaux 202 et 204 sont solidaires axialement et la came 20 agit « normalement » sur le piston de la pompe à haute pression par l'intermédiaire du poussoir hydraulique 24 qui est de longueur constante ;
    • soit les deux pistons coaxiaux 202 et 204 ne sont pas solidaires axialement l'un de l'autre et la came 20 - qui agit sur le piston externe 202 - ne provoque aucun déplacement axial du piston interne 204, la longueur axiale du poussoir hydraulique 24 variant cycliquement et librement en fonction de la position angulaire de la came 20.

Claims (10)

  1. Pompe haute pression (130) à piston pour l'alimentation en carburant d'au moins un injecteur (132) d'injection directe de carburant dans au moins une chambre de combustion, notamment d'un moteur thermique à allumage commandé, et qui comprend un système d'actionnement de la pompe haute pression comportant :
    - une came tournante (20) d'actionnement de la pompe haute pression qui agit sur un piston axial (29) de la pompe haute pression (130) par l'intermédiaire d'un poussoir (24) qui est interposé axialement entre la came (20) d'entraînement et le piston (29) de la pompe haute pression (130),
    caractérisée en ce que :
    - le poussoir (24) est un poussoir de longueur axiale variable commandée ;
    - l'ensemble comporte un système de commande de la longueur du poussoir de longueur axiale variable en fonction d'au moins un paramètre de commande de l'injection de carburant dans ladite chambre de combustion, entre un état d'actionnement de la pompe haute pression et un état d'arrêt de la pompe haute pression.
  2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que :
    - le poussoir (24) de longueur axiale variable commandée est un poussoir hydraulique apte à transmettre ou non la poussée de la came (20) au piston axial (29) de la pompe haute pression (130) ; et
    - le système de commande de la longueur du poussoir hydraulique (24) comporte un circuit de liquide sous pression qui est relié (221) de manière commandée à une chambre de commande du poussoir hydraulique (24).
  3. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le poussoir hydraulique (24) comporte deux pistons coaxiaux (202, 204) dont l'un (202) coopère avec ladite came (20), et dont l'autre (204) coopère avec le piston axial de la pompe haute pression et qui sont liés axialement entre eux par des moyens (209) de couplage axial qui sont commandés en fonction de l'alimentation de ladite chambre de commande du poussoir hydraulique.
  4. Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un ressort (201) est monté comprimé axialement entre les deux pistons coaxiaux (202, 204).
  5. Ensemble de double injection, directe et indirecte, de carburant(s) dans au moins une chambre de combustion d'un cylindre d'un moteur thermique à allumage commandé comprenant :
    - une pompe haute pression (130) à piston qui alimente en carburant une zone d'injection directe (120) en amont d'au moins un injecteur (132) d'injection directe de carburant dans ladite chambre de combustion ; et
    - une came tournante (20) d'actionnement de la pompe haute pression qui agit sur un piston axial (29) de la pompe haute pression (130) par l'intermédiaire d'un poussoir (24) qui est interposé axialement entre la came (20) d'entraînement et le piston (29) de la pompe haute pression (130)
    caractérisé en ce que :
    - le poussoir (24) est un poussoir de longueur axiale variable commandée ;
    - l'ensemble comporte un système de commande de la longueur du poussoir de longueur axiale variable en fonction d'au moins un paramètre de commande de l'injection de carburant dans ladite chambre de combustion, entre un état d'actionnement de la pompe haute pression et un état d'arrêt de la pompe haute pression.
  6. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que :
    - le poussoir (24) de longueur axiale variable commandée est un poussoir hydraulique apte à transmettre ou non la poussée de la came (20) au piston axial (29) de la pompe haute pression (130) ; et
    - le système de commande de la longueur du poussoir hydraulique (24) comporte un circuit de liquide sous pression qui est relié (221) de manière commandée à une chambre de commande du poussoir hydraulique (24).
  7. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le poussoir hydraulique (24) comporte deux pistons coaxiaux (202, 204) dont l'un (202) coopère avec ladite came (20), et dont l'autre (204) coopère avec le piston axial de la pompe haute pression et qui sont liés axialement entre eux par des moyens (209) de couplage axial qui sont commandés en fonction de l'alimentation de ladite chambre de commande du poussoir hydraulique.
  8. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un ressort (201) est monté comprimé axialement entre les deux pistons coaxiaux (202, 204).
  9. Moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe haute pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
  10. Moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de double injection, directe et indirecte, de carburant(s) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8.
EP21184418.8A 2020-09-04 2021-07-08 Pompe haute pression et ensemble d'injection directe et indirecte de carburant(s) comportant une fonction de mise a l arret de la pompe haute pression Withdrawn EP3964704A1 (fr)

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"INA - Valve Train Components - Technology and Failure Diagnosis", @ SCHAEFFLER AUTOMOTIVE AFTERMARKET GMBH & CO.KG, pages: 17 - 20

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