FR2644516A1

FR2644516A1 - Dispositif pour regler en fonction des besoins l'alimentation en carburant d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2644516A1
Application number: FR9003338A
Authority: FR
Inventors: Charles Henry Tuckey
Original assignee: Walbro Corp
Current assignee: Walbro Corp
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 1990-09-21
Anticipated expiration: 2010-03-15
Also published as: DE4002433A1; CA2010029A1; GB2229554A; JPH066934B2; JPH02298660A; US4926829A; GB9004273D0; FR2644516B1; GB2229554B; DE4002433C2

Abstract

Dispositif pour régler en fonction des besoins l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne. Une pompe 12 électrique délivre du carburant sous pression, d'un réservoir 14, 16 à un injecteur 27-32 alimentant le moteur 22, et un régulateur 26 de pression renvoie l'excès de carburant du moteur au réservoir. Un étranglement 50, placé dans la conduite 24 de retour du carburant, y crée une contre-pression décelée par un détecteur 52 de pression placé entre le régulateur 26 et l'étranglement 50, qui commande la pompe 12 en fonction inverse de la pression de carburant dans la conduite 24. Application : modulation de la pompe 12 en fonction de la vitesse du moteur.

Description

i La présente invention se rapporte aux dispositifs d'alimentation en

carburant pour moteurs à combustion interne et, plus particulièrement, à un dispositif destiné à régler l'alimentation en carburant en fonction des besoins. Dans les dispositifs courants d'alimentation d'un moteur en carburant, une pompe à débit constant refoule vers le moteur le carburant d'un réservoir, et le carburant

en excédent est renvoyé, du moteur au réservoir. Ce carbu-

rant en retour apporte de la chaleur du moteur au réser-

voir et y augmente donc la température et la tension de vapeur. Non seulement l'évacuation à l'atmosphère du surplus de vapeur pose des problèmes de pollution, mais encore elle a une action nuisible sur la consommation de carburant. Si la température du carburant du réservoir est trop élevée, ce carburant est susceptible de créer un tampon de vapeur et de désamorcer la pompe, notamment si le niveau du carburant est relativement bas. Le fonctionnement en continu de la pompe augmente aussi la consommation d'énergie tout en diminuant la durée de service de cette

pompe et celle du filtre de carburant.

Le brevet US-A-4 649 884 décrit un dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne, dans lequel une électropompe à débit constant fournit du carburant sous pression, provenant d'un réservoir, à une rampe distributrice montée sur le moteur. La quantité de carburant en excédent, qu'un régulateur de pression renvoie au réservoir,est fonction de la différence des pressions dans cette rampe et dans le collecteur d'admission d'air du moteur. Plusieurs injecteurs sont disposés entre ladite rampe et ce collecteur, leurs orifices étant adjacents aux orifices d'admission du mélange carburant/air des divers cylindres. Le brevet US-A-4 789 308 décrit un dispositif d'alimentation en carburant pour moteur à combustion

interne, dans lequel la pression de refoulement d'une élec-

tropompe est surveillée, et le courant qui alimente le

moteur de cette pompe est réglé en fonction de cette pres-

sion de refoulement. Bien que les dispositifs décrits dans

les brevets précités visent les problèmes et inconvénients mentisn-

nés des dispositifs usuels d'alimentation en carburant,

d'autres améliorations restent souhaitables.

Le dispositif d'alimentation en carburant d'un

moteur à combustion interne comporte une source de carbu-

rant, équipée d'une pompe à moteur électrique qui réagit à

l'application d'énergie électrique en délivrant du carbu-

rant sous pression. Le collecteur d'admission d'air du moteur fournit de l'air de combustion aux divers cylindres de ce moteur, et un injecteur au moins est monté entre la

source de carburant et ce collecteur. Des appareils détec-

teurs de pression, avantageusement un appareil incorporé

détectant les différences de pressions, décèlent les pres-

sions à l'entrée de l'injecteur et dans le collecteur et délivrent un signal électrique qui varie en fonction de la différence de pressions constatée. Le moteur électrique de la pompe est alimenté en fonction de cette différence de

pressions, avantageusement par l'intermédiaire d'un ampli-

ficateur analogique ou numérique de modulation de la lar-

geur ou durée des impulsions du signal, qui délivre au moteur une énergie électrique pulsée continue, sous une fréquence constante et à un rapport cyclique d'impulsions (ou rythme de consigne) qui varie en fonction du signal de différence de pressions. La pression du carburant à

l'entrée de l'injecteur est, par conséquent, réglée automa-

tiquement de manière à maintenir dans cet injecteur une différence de pressions constante - correspondant à la différence entre les pressions dans la rampe distributrice de carburant et dans le collecteur d'admission d'air, de manière à réduire le volume de carburant en circulation et

donc la chaleur cédée par le moteur et délivrée au réser-

voir, et de manière à faire fonctionner la pompe en fonc-

tion des besoins en carburant. Un inconvénient du disposi-

tif décrit ci-dessus réside dans le fait que le circuit électronique commandant la pompe réagit directement à la pression à l'injecteur, laquelle peut varier de manière importante en service normal. Cela revient à dire que la pression de carburant à l'entrée de l'injecteur est réglée directement par la pompe. Il s'ensuit que le circuit de réglage est trop sensible, le rythme de vitesse du moteur étant continuellement modifié et réajusté.

L'invention a notamment pour but de fournir un dis-

positif d'alimentation en carburant qui: - maintient une différence de pressions constante

dans l'appareil qui délivre le carburant, tel qu'un injec-

teur, de façon que la quantité de carburant fournie pendant une durée de fonctionnement donnée de cet injecteur reste sensiblement constante et indépendante des variations de la pression dans le collecteur d'admission d'air;

- peut être obtenu économiquement dans une fabrica-

tion en série de dispositifs d'alimentation en carburant pour automobiles, par exemple, et reste fiable pendant une très longue durée, voire pendant toute la durée de service du véhicule; - fournit le carburant à la demande et diminue donc la consommation d'énergie tout en augmentant la durée de service de la pompe et du filtre à carburant; - réduit la quantité de chaleur que le moteur cède

au réservoir, en réduisant ainsi à leur minimum les incon-

vénients mentionnés dûs à la vaporisation du carburant; - comporte un circuit électronique commandant la

pompe en fonction des besoins en carburant, avec refroidis-

sement de ce circuit électronique par le carburant qui

circule dans le dispositif d'alimentation en carburant.

Ces buts et d'autres encore sont atteints, conformé-

ment à la présente invention, grâce à un dispositif d'ali-

mentation en carburant pour moteur à combustion interne,

qui comporte une source de carburant équipée d'une électro-

pompe, qui réagit à l'application d'énergie électrique en

délivrant du carburant sous pression. Un appareil distribu-

teur, tel qu'un injecteur, est relié à cette source de manière à faire passer une quantité réglable de carburant, de cette source au collecteur d'un moteur. Un régulateur de pression renvoie à la source, par une conduite de retour,

le carburant se trouvant en excès à l'entrée de l'injec-

teur. Conformément à l'invention, un agencement est destiné à déceler le passage du carburant dans cette conduite de retour, ce qui indique qu'il y a trop de carburant à l'entrée de l'injecteur. La vitesse de la pompe est alors réduite de manière correspondante, en fonction inverse du

débit dans cette conduite de retour.

L'agencement, qui constate le passage de carburant dans la conduite de retour, comporte avantageusement un étranglement ménagé dans cette conduite, destiné à freiner ce passage et à créer donc une contrepression dans cette conduite. Un détecteur de pression communiquant avec ladite

conduite réagit à une différence entre cette contre-

pression et la pression atmosphérique en émettant un signal

électrique de pression, et la pompe est entrainée en fonc-

tion de ce signal. De cette manière, la pression du carbu-

rant à l'entrée de l'injecteur est réglée automatiquement, de façon à maintenir dans cet injecteur une différence de pression constante, à réduire le volume de carburant en

circulation et donc l'apport d'énergie thermique au réser-

voir constituant la source de carburant et à faire agir la pompe en fonction des besoins en carburant. Une soupape s'ouvre en cas de surpression dans la conduite de retour de façon à renvoyer le carburant directement dans le réservoir. Dans une forme de réalisation avantageuse de la présente invention, la source de carburant est un réservoir secondaire ou caisson, disposé dans le réservoir principal, la pompe étant logée dans ce caisson de manière à délivrer à l'injecteur le carburant contenu dans ledit caisson. Un

éjecteur comporte un conduit qui fait communiquer le cais-

son avec le réservoir qui l'entoure, l'étranglement de la conduite de retour étant constitué par un orifice étroit agencé et disposé par rapport au conduit de manière que, en passant dans cet orifice, le carburant en retour y aspire

dans le caisson le. carburant du réservoir. Le circuit élec-

tronique de commande de la pompe, qui peut être numérique ou analogique est formé sur une plaquette à circuit imprimé. Cette plaquette est montée sur un corps en une matière conductrice de la chaleur, percé d'un canal dans lequel passe le carburant en circulation, de façon que ce

carburant prélève de la chaleur du circuit et le refroi-

disse efficacement.

L'invention va être décrite ci-dessous de manière plus détaillée, et à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est un schéma d'une forme de réalisation avantageuse d'un dispositif d'alimentation en carburant selon la présente invention; la figure 2 est une coupe verticale d'une enceinte destinée à loger le circuit électronique qui commande la pompe du dispositif représenté sur la figure 1; et la figure 3 est une coupe à plus grande échelle de la partie du dispositif de la figure 1 entourée par le

cercle 3.

La figure 1 représente une forme de réalisation avantageuse d'un dispositif 10 d'alimentation en carburant selon l'invention, comprenant une pompe 12 à carburant entrainé par un moteur électrique, qui est disposée dans un caisson 14 logé dans un réservoir 16 de carburant. Par une

conduite 18, cette pompe 12 délivre du carburant sous pres-

sion à une rampe distributrice 20 montée sur un moteur 22.

L'excédent de carburant dans cette rampe 20 est renvoyé au réservoir 16 par une conduite 24 de retour de carburant dans laquelle est monté un régulateur 26 de pression. Des injecteurs 27 à 32 de carburant sont montés entre la rampe et un collecteur 34 d'admission d'air, fixé au moteur 22, les orifices de ces divers injecteurs 27 à 32 étant adjacents aux lumières 36-42 d'admission du mélange carburant/air dans les cylindres du moteur. Le passage de

référence ou d'aération du régulateur 26 de pression commu-

nique avec le collecteur 34, de sorte que toute circulation du carburant dans ce régulateur 26 et dans la conduite 24

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de retour indique en fait qu'il y a dans la rampe 20 trop de carburant par rapport à la quantité nécessaire pour maintenir constante une différence de pressions dans les

injecteurs 27 à 32.

Tel qu'il a été décrit jusqu'à présent, ce dispositif 10 d'alimentation en carburant est celui qui a été exposé dans

le brevet US-A-4 649 884 précité. Un régulateur 26 appro-

prié de la pression d'un carburant est décrit dans le brevet US-A-4 646 700. L'air de combustion peut être fourni au collecteur 34, en passant dans un filtre ou dispositif analogue à la pression atmosphérique ou être fourni par un turbocompresseur ou analogue entraîné par le moteur et délivrant cet air sous une pression qui varie avec le régime de ce moteur et/ou avec l'ouverture du papillon, etc... Les injecteurs 27-32 peuvent être commandés par des électro-aimants par exemple, actionnés par un ordinateur de commande de bord (non représenté). Conformément à la présente invention, la conduite 24 de retour comporte un équipement destiné à mesurer le débit du carburant qui y circule - c'est-à-dire du carburant en excédent de celui qui est nécessaire dans

la rampe 20 - et à créer des signaux électriques de com-

mande correspondants de manière à diminuer la vitesse de la

pompe en fonction de leur nature.

Plus précisément, un étranglement 50 est placé dans la conduite 24 de retour en-aval du régulateur 26 de pression, afin de réduire le débit dans cette conduite de carburant et d'y créer ainsi une contre-pression dont la

valeur varie en fonction inverse de la quantité de carbu-

rant exigée dans les injecteurs. Un détecteur 52 de pres-

sion est branché sur cette conduite 24 entre l'étranglement

et le régulateur 26,et il délivre des signaux électri-

ques en fonction de la différence entre la pression du carburant dans ladite conduite 24 de retour et la pression atmosphérique environnante. Ce détecteur 52 est relié à un amplificateur 54 de modulation de la largeur des impulsions des signaux. Cet amplificateur est aussi alimenté en énergie électrique-continue par l'équipement électrique du

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véhicule et il émet des signaux composés d'impulsions & largeur ou durée modulée, destinés à alimenter en courant électrique le moteur de la pompe 12. Ces signaux modulés sont avantageusement émis par l'amplificateur 54 à fréquence constante et à un rapport cyclique d'impulsions qui varie en fonction, ou mieux en fonction linéaire

inverse, des signaux émis par le détecteur 52 de pression.

Lorsque la pression dans la conduite 24 de retour est faible, par exemple dans les périodes d'accélération du

moteur, durant lesquelles la demande en carburant à con-

sommer est forte, ce rapport cyclique des impulsions des

signaux de sortie de l'amplificateur est élevé. Par consé-

quent, la valeur moyenne de l'énergie électrique continue

fournie à la pompe 12 est élevée, et cette pompe fonction-

ne en conséquence. D'autre part, lorsque la contre-pression du carburant dans cette conduite 24 de retour est élevée, par exemple lorsque le moteur tourne au ralenti et consomme donc peu de carburant, le rapport cyclique des impulsions ou signaux de sortie

de l'amplificateur est faible en conséquence,et la pompe tourne moins vite.

Dans une forme préférée de réalisation de l'inven-

tion représentée sur les figures 1 et 3, l'étranglement 50 est constitué par l'orifice de la buse d'un éjecteur 56, lequel comporte un conduit 58 coudé à angle droit, qui fait communiquer l'orifice 60 d'entrée du caisson 14 avec le réservoir 16 qui entoure ce caisson. Par conséquent, le carburant en retour qui passe dans l'orifice 50 sous forte pression aspire du carburant du réservoir à travers une manche filtrante 62 et délivre au caisson par l'orifice 60 ce carburant aspiré et celui qui a été renvoyé. On constate donc que ce carburant en retour est délivré au caisson 14 plutôt qu'au réservoir 16, qui entoure ce caisson, ce qui

contribue à diminuer le transfert, au carburant de ce réser-

voir 16,de l'énergie thermique dudit carburant en retour et contribue donc à réduire la formation de vapeur dans ledit réservoir. Une soupape 80 de sûreté (figure 3) comporte une bille 82 repoussée par un ressort 84 de façon à obturer un

orifice 86 opposé à l'orifice 50. Si la poussée du carbu-

rant sous pression de la conduite 24 de retour devient

supérieure à la force du ressort 84, ce carburant est ren-

voyé directement dans le réservoir 16. Cette soupape 80 empêche donc la pression d'augmenter de manière excessive dans la conduite de retour, comme ce serait le cas si le circuit électronique de commande tombait en panne et laissait la pompe 12 fonctionner à plein régime, quelles que soient les conditions de service. Il convient de régler la pression d'ouverture de cette soupape 80 à une valeur supérieure à la valeur maximale de la plage de service de

ce circuit de commande.

La figure 2 représente le circuit électronique de commande de la pompe, y compris le détecteur 52 de pression et l'amplificateur 54, formé sur une plaquette 64 à circuit

imprimé qui est montée sur un corps 66 en une matière con-

ductrice de la chaleur, telle que de l'acier inoxydable. Ce corps 66 est percé d'un canal 68, comportant un orifice d'entrée 70 destiné à être mis en communication au moyen de tubes souples convenables avec le régulateur 26 de pression

et un orifice 72 de sortie, destiné à être mis en communi-

cation par des tubes souples convenables avec l'orifice 50 de l'éjecteur 56 (fig.!'. Le corps 66 est donc monté dans la conduite 24 de retour, si bien que le carburant qui passe dans cette conduite 24 prélève de la chaleur du circuit

électronique de commande de la pompe et refroidit efficace-

ment ce circuit. Le détecteur 52 de pression comporte un passage d'entrée qu'un canal latéral 74 du corps 66 fait

communiquer avec le canal principal 68, entre l'étrangle-

ment 50 et ce régulateur 26 logés dans la conduite 24 de retour de carburant, et un second passage 88 d'entrée débouchant à l'atmosphère. La plaquette 64 et le détecteur 52 sont recouverts d'un couvercle 76, de façon à former une enceinte monobloc 78. Bien entendu, l'amplificateur 54 peut

être analogique ou numérique et peut comporter une struc-

ture numérique à base de microprocesseur(s).

Il a donc été décrit divers aspects de formes de réalisation d'un dispositif d'alimentation en carburant, qui répondent parfaitement au but recherché. La pompe à carburant est actionnée à la demande, contrairement aux pompes à débit constant de l'art antérieur, ce qui réduit la consommation d'énergie et augmente la durée de service possible de cette pompe et du filtre 62 à carburant. Puisque cette pompe n'est actionnée qu'en fonction des besoins, le volume de carburant renvoyé au réservoir est fortement réduit, ce qui réduit la quantité de chaleur apportée à ce réservoir. Par conséquent, les problèmes dûs à vaporisation du carburant sont également réduits à leur minimum. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter certaines modifications au dispositif d'alimentation en carburant représenté et

décrit. C'est ainsi, par exemple, qu'il est possible d'uti-

liser pour la circulation du carburant, des électropompes d'autres types, telles qu'une pompe mécanique dont le débit

est modulé par un électro-aimant à commande électronique.

De même, bien qu'on préfère actuellement moduler la largeur des impulsions de tension de commande de la pompe, il serait possible de moduler la fréquence du courant ou de régler l'intensité ou la tension d'un courant continu. Il n'est pas indispensable non plus de loger la pompe 12 à carburant dans un caisson 14, comme décrit conformément à l'aspect le plus général de l'invention, bien qu'une telle position soit souhaitable pour les raisons exposées précédemment.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne, comprenant une source (14, 16) de carburant, équipée d'une pompe (12) qui réagit à l'application d'énergie électrique en débitant du carburant sous pression, un collecteur (34) d'admission d'air, des organes (27-32) débiteurs du carburant, reliés à la source

(14) et destinés à délivrer à ce collecteur (34) des quan-

tités dosées de ce carburant, un régulateur (26) de pression qui comporte un premier passage d'entrée sensible

à la pression du carburant à l'entrée de ces organes débi-

teurs (27-32), un passage d'entrée de référence communi-

quant avec le collecteur (34) et un passage de sortie qu'une conduite de retour (24) fait communiquer avec la

source (14, 16), ce régulateur (26) réagissant à une diffé-

rence prédéterminée de pressions dans ces organes (27-32) en renvoyant l'excédent de carburant à la source (14) par cette conduite (24) de retour, et un agencement destiné à fournir de l'énergie électrique à la pompe (12), dispositif

caractérisé en ce que cet agencement comprend un étrangle-

ment (50) placé dans la conduite (24) de retour entre le régulateur (26) de pression et la source (14, 16) et destiné à limiter le débit du carburant dans cette conduite (24) de retour et à y créer une contrepression entre cet étranglement (50) et ce régulateur (26), un détecteur (52) de différence de pressionsqui comporte un premier canal (74) d'entrée communiquant avec la conduite de retour entre l'étranglement (50) et le régulateur (26), un second passage (88) d'entrée débouchant à l'atmosphère, et un circuit de sortie destiné à émettre un signal électrique en fonction directe de la-différence entre la contre-pression

et la pression ambiante, créée par la circulation du carbu-

rant dans cette conduite (24) de retour,et un circuit (54,

64) destiné à appliquer à la pompe (12) une énergie élec-

trique variant en fonction inverse de ce signal du détec-

teur (52).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement fournissant l'énergie comporte un

amplificateur (54) à modulation de la largeur des impul-

sions de signal, qui réagit aux signaux du détecteur (52) en appliquant à la pompe (12) des impulsions d'un courant électrique continu modulé avec une fréquence constante et à un rapport cyclique d'impulsions qui varie en fonction de

ces signaux.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'il comporte un corps (66) en matière thermoconduc-

trice, percé d'un canal (68) de passage du carburant, branché dans la conduite (24) de retour, le circuit qui fournit l'énergie à la pompe (12) étant monté sur ce corps (66) de façon à être refroidi par le carburant qui circule

dans ce passage (68).

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'agencement qui fournit l'énergie, y compris le détecteur (52) et l'amplificateur (54), qui réagit aux signaux de ce détecteur, comprend un circuit imprimé sur

une plaquette (64) montée sur le corps (66).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'agencement qui fournit l'énergie comporte, encore des éléments (54, 64) destinés à appliquer & la pompe (12) une énergie de courant continu, créée par des impulsions dont la largeur est modulée, à une fréquence constante et à un rapport cyclique d'impulsions, qui varie

en fonction des signaux de pression.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 4,

dans lequel la source de carburant comprend un réservoir (16) et un caisson (14) monté dans ce réservoir (16), la pompe (12) étant logée dans ce caisson (14) de façon à délivrer le carburant que celui-ci contient aux organes débiteurs (27-32), et des éléments étant destinés à alimenter ledit caisson en carburant provenant du réservoir

(16), dispositif caractérisé en ce que ces éléments d'ali-

mentation du caisson (14) comprennent un éjecteur (56) comportant un conduit (58) qui fait communiquer le caisson (14) avec le réservoir (16), et un orifice étroit (50) qui constitue l'étranglement et qui est agencé et disposé par rapport à ce conduit (58) de façon que le carburant en retour, qui passe par cet orifice (50), aspire dans le caisson (14), par ledit conduit (58), le carburant du réservoir (16).

7. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 6,

caractérisé en ce qu'il comporte une soupape (80) qui, en cas de trop forte contre-pression dans la conduite (24) de retour, réagit en renvoyant le carburant dans le réservoir

(16) en contournant l'étranglement (50).