FR2795774A1

FR2795774A1 - Circuit d'injection comportant une pompe perfectionnee

Info

Publication number: FR2795774A1
Application number: FR9908285A
Authority: FR
Inventors: Gilles Hervot; Pierre Lucien Michel Lacome
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-05
Anticipated expiration: 2019-06-29
Also published as: FR2795774B1

Abstract

L'invention propose un circuit d'injection (10) de carburant pour un moteur d'un véhicule automobile, du type qui comporte, montés en série d'amont en aval, un réservoir (12) de carburant et une pompe (14) qui alimente en carburant au moins un injecteur (16) électromagnétique, notamment par l'intermédiaire d'une rampe (18) d'injection,caractérisé en ce que la pompe (14) comporte des moyens internes de lubrification sous pression qui sont indépendants d'un circuit de lubrification du moteur thermique.

Description

"Circuit d'injection comportant une pompe perfectionnée" L'invention concerne un circuit d'injection de carburant. L'invention concerne plus particulièrement un circuit d'injection de carburant pour un moteur d'u n véhicule automobile, du type qui comporte, montés en série d'amont en aval, un réservoir de carburant et une pompe qui alimente en carburant au moins un injecteur électromagnétique, notamment par l'intermédiaire d'une rampe d'injection.

On connaît de nombreux exemples de circuits d'injection de carburant.

Conventionnellement, il s'agit de circuits dans lesquels circule un carburant liquide tel que du supercarburant ou du gazole. Un tel carburant présente l'avantage de posséder un point d'ébullition généralement situé au dessus de la température ambiante, ce qui permet de réaliser facilement et à moindre frais l'étanchéité des circuits considérés.

Par ailleurs les circuits de ce type destinésà l'emploi d'u n carburant visqueux comme le gazole comportent conventionnellement une première pompe basse pression, généralement une pompeà palettes ouà engrenages, qui est appelée "pompe de gavage", et qui alimente une deuxième pompe haute pression, notamment une pompeà pistons, qui est appelée "pompe d'injection" et qui est destinéeà alimenter en carburant un des injecteurs électromagnétiques qui sont disposés dans la culasse du moteur du véhicule.

Dans de nombreux cas, les première pompe de gavage et deuxième pompe d'injection sont réunies sous la forme d'une pompe double unique qui possède des moyens d'entraînement et de lubrification communs.

La lubrification du coulissement des pistons dans leurs chambres, et l'étanchéité de ces chambres est assurée directement par le gazole, tandis que la lubrification des paliers de la première pompe de gavage et de la deuxième pompe est assurée par ma mise sous pression d'huile en provenance d'un circuit d'huile du moteur.

Dans le cadre de l'adaptation de tels circuitsà l'utilisation de carburants volatils comme le Gaz de Pétrole Liquéfié, communément appelé "GPL", ou comme le Diméthyl Éther, communément appelé "DME", qui possèdent un point d'ébullition bas, de l'ordre de -25'C, se pose le problème de l'étanchéité des circuits et d'une lubrification adaptée.

Les carburants très volatils, et par conséquent très fluides, comme le GPL ou le DME, sont stockés sous pression à leur pression de vapeur. Pour garantir leur état liquide en toutes conditions dans les tuyaux, il est nécessaire de surcomprimer le liquide. De ce fait, la première pompe de gavage est immergée dans le réservoir. Pour cette raison, il est connu de n'utiliser en aval du réservoir qu'une pompe d'injection simpleà pistons pour alimenter les injecteurs du moteur.

Toutefois, cette disposition présente un inconvénient majeur qui est lié au fait que ces carburants ne sont pasà même, de par leur fluidité, d'assurer une lubrification correcte au niveau des pistons de la pompe d'injection.

Ainsi, ces carburants sont susceptibles, lors de l'arrêt du moteur comm-e lors de son fonctionnement, de fuir au niveau des pistons de la pompe d'injection et de pénétrer dans le carter d'huile de la pompe d'injection.Il en résulte une pollution par le carburant de l'huile de la pompe d'injection, et indirectement une pollution de l'huile du moteur, ce qui tendà réduire ses capacités de lubrification.

De plus, le GPL et le DME sont des carburantsà fort coefficient de dilatation qui, lorsqu'ils passent de l'état liquide à l'état gazeux, multiplient leur volume par un facteur proche de300, et le DME est un carburant plus instable que le GPL.

Ainsi, une fuite minime de DME qui se propagerait dans le carter d'huile du moteur du véhicule pourrait risquer de provoquer une explosion qui détériorerait le moteur.

Une première solution au problème de la fuite des pistons de la pompe d'injection adéjà été proposée qui consisteà relier le carter de la pompe d'injectionà un circuit de récupération qui aspire les vapeurs de carburant et d'huile en suspension dans le carter de pompe.

Le circuit de récupération comporte un filtreà charbon actif, aussi appelé "canister", qui sépare l'huile du carburant et alimente un conduit de retour de l'huile décantée vers le carter de la pompe.

Toutefois, cette solution présente de nombreux inconvénients.

Le carburantpiégé dans le canister est renvoyé vers le moteur, dans certaines conditions, via l'admission d'air et un système de dosage, notamment commandé par un moteur pas à pas.

Il existe aussi une architecture dont s'inspire la présente invention, dans laquelle le compresseur est un composantà part entière ajouté dans le circuit.Il aspire les vapeurs dans le réservoir "de décantation" dont il maintient la pression inférieureà la pression atmosphérique, et les refoule dans le réservoir de carburant.

Le circuit de récupération augmente considérablement le volume occupé dans le compartiment moteur du véhicule par le circuit d'injection de carburant. Cet encombrement le rend impropreà l'implantation dans le compartiment moteur d'un véhicule de tourisme courant, et il le rend seulement utilisable sur des véhicules de grandes dimensions tels que des véhicules utilitaires.

Par ailleurs, la lubrification de la pompe d'injection par barbotage étant insuffisante lorsque celle-ci fonctionne avec du DME ou du GPL, il est indispensable d'utiliser une pompeà huile basse pression supplémentaire pour assurer la lubrification des paliers de la pompe d'injection, ce qui augmente encore l'encombrement du circuit de carburant.

Enfin, le circuit de récupération n'aspire que les vapeurs d'huile et de carburant qui sont en suspension dans le carter de la pompe d'injection au dessus d'un niveau d'huile du carter de la pompe, mais il ne traite pas l'huile du carter de la pompe d'injection.

Orà ce stade, le carburant, qui est (notamment dans le cas du DME) particulièrement miscible avec l'huile, adéjà pollué l'huile du carter de la pompe, et donc indirectement celle du moteur du véhicule.

Cette pollution peut avoir des conséquences graves sur le pouvoir lubrifiant de l'huile, et donc provoquer une usure accélérée des paliers du moteur et de la pompe.

Pour résoudre ces inconvénients, l'invention propose d'assurer la lubrification de la pompe d'injection indépendam ment de celle du moteur du véhicule et de réunir en un seul et même organe au moins la pompeà huile basse pression et la pompe d'injectionà carburant.

Dans ce but, l'invention propose un circuit d'injection, notamment de DME, du type précédemment décrit, caractérisé en ce que la pompe comporte des moyens internes de lubrification sous pression qui sont indépendants d'un circuit de lubrification du moteur thermique.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la pompe est une pompe double comportant une pompeà huile basse pression, notamment une pompeà palettes ouà engrenages, et une pompeà carburant haute pression, notammentà pistons qui possèdent des moyens communs d'entraînement et des moyens communs de lubrification, - la pompeà huile basse pression aspire de l'huile dans un carter d'huile de la pompe double pour la refoulerà travers un circuit d'huile pour lubrifier les paliers des deux pompes, - le circuit d'huile comporte au moins un filtre, - la pompeà carburant haute pression comporte au moins un premier piston destinéà alimenter ledit au moins injecteur en carburant volatil, - la pompe double comporte au moins un conduit qui est agencé au dessus d'un niveau d'huile du carter de la pompe double et qui communique avec un réservoir de décantation indépendant pour recueillir les vapeurs d'huile et de carburant en suspension dans le carter, - le réservoir de décantation communique avec le circuit d'huile par l'intermédiaire d'un conduit de décharge qui est reliéà un régulateur de pression interposé en série dans le circuit d'huile et qui débite dans le réservoir de décantation au dessus de son niveau d'huile décantée, - le réservoir de décantation et le carter d'huile de la pompe double sont reliés, en dessous du niveau d'huile décantée du réservoir et en dessous du niveau d'huile du carter de la pompe double, par des conduits ne permettant qu'un sens unique de circulation de l'huile, notamment un conduit d'envoi de l'huile décantée du réservoir de décantation vers le carter de la pompe double et un conduit de retour de l'huile du carter de la pompe double vers le réservoir de décantation, - le réservoir de décantation comporte, au dessus du niveau d'huile décantée, une canalisation de récupération des gaz décantés de carburant qui est reliéeà un compresseur pour liquéfier les gaz décantés de carburant, ce compresseur débitant dans le réservoir du véhiculeà travers un clapet de décharge, - le compresseur est constitué d'au moins un deuxième piston de la pompeà carburant haute pression, - l'huile de lubrification est une huile fluorée qui n'est pas miscible avec les carburants volatils contenant du diméthyl éther.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtrontà la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure1 est un schéma de principe d'un circuit d'injection selon l'invention la figure 2 est un schéma de principe d'une partie d'un circuit d'injection comportant une pompe double selon l'invention et qui est destinéeà fonctionner avec du DME ; - la figure3 est un schéma de principe d'une partie d'un circuit d'injection comportant une pompe double formant compresseur conformémentà l'invention et qui est plus particulièrement destinéeà fonctionner avec du DME.

Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.

On a représentéà la figure1 l'ensemble d'un circuit10 d'injection réalisé conformémentà l'invention.

De manière connue, le circuit d'injection10 de carburant comporte, d'amont en aval, un réservoir 12 de carburant, une électrovanne 20, et une pompe 14 qui alimente en carburant au moins un injecteur électromagnétique16 par l'intermédiaire d'une rampe d'injection18. Un conduit13 d'entrée de carburant relie l'électrovanne 20à la pompe 14, un conduit15 de sortie de carburant relie la pompe 14à la rampe d'injection et un premier conduit17 de retour de carburant relie la pompe 14 au réservoir 12.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, et de façon non limitative de celle-ci, le circuit d'injection10 est prévu pour fonctionner avec un carburant volatil tel que du dyméthyl-éther (DME) ou du gaz de pétrole liquéfié (GPL). Du fait de la volatilité de tels carburants, le circuit d'injection10 ne nécessite pas de pompe de gavage extérieure au réservoir du type de celles que l'on rencontre conventionnellement dans les circuits d'injection utilisant des carburants lourds comme du supercarburant ou du gazole. Le circuit d'injection comporte donc seulement la pompe 14 qui alimente la rampe18 d'injection.

De manière connue, le circuit d'injection10 comporte, en parallèle avec son conduit15 de sortie de carburant, une soupape de décharge 22 et une électrovanne de décharge 24 qui sont destinées, lorsque le carburant est en surpression dans la portion du circuit10 qui est comprise entre la pompe 14 et la rampe d'injection18, à favoriser le retour d'une partie de celui-ci vers le réservoir 12 par l'intermédiaire d'un deuxième conduit de retour26. Un conduit28 de décharge des injecteurs16 est de surcroît relié au conduit de retour26, pour permettre notamment une purge des injecteurs16 lorsque le moteur est arrêté et que le carburant liquide résiduel contenu dans les injecteurs16 se vaporise spontanément du fait de la baisse de pression du carburant dans les dits injecteurs16.

Enfin, conformémentà l'invention, la pompe 14 comporte des moyens internes de lubrification sous pression (non représentés sur la figure1) qui sont indépendants d'un circuit de lubrification du moteur thermique. Ces moyens internes de lubrification sous pression seront décrits plus explicitement en référence au figures 2 et3 conjointementà la description de la pompe 14.

Le détail de réalisation de cette pompe 14 est maintenant décrit en référence aux figures 2 et3. Conformémentà l'invention, et comme l'illustrent les figures 2 et3, la pompe d'alimentation 14 est une pompe double qui comporte une pompeà huile30 basse pression, notamment une pompeà palettes ouà engrenages, et une pompeà carburant32 haute pression, notamment une pompeà pistons 34.

La pompe double 14 comporte des moyens communs d'entraînement de la pompeà huile30 basse pression et de la pompeà carburant32 haute pression et des moyens communs de lubrification de ces mêmes pompes30 et32.

Ainsi, les moyens communs de lubrification de la première pompe30 à huile basse pression et de la deuxième pompe32 à carburant haute pression comportent un carter commun36 qui contient de l'huile de lubrification38 pour la lubrification des paliers des deux pompes30 et32, et qui est reliéà un circuit d'huile 44 associé spécifiquementà la pompe double 14. Ce circuit d'huile 44 est indépendant d'un circuit d'huile (non représenté) du moteur du véhicule. Avantageu sement, il ne nécessite ainsi pas d'être vidangé aussi fréquemment que le circuit d'huile du moteur du véhicule, et il peut même être remplià vie.

La pompe30 à huile basse pression comporte un raccord de sortie 40 et un raccord d'entrée 42. Le raccord de sortie 40 aspire l'huile38 du carter36 et la refoule dans le circuit d'huile 44, notamment un circuit d'huile extérieur, pour lubrifier les paliers de la première pompe30 à huile basse pression et de la deuxième pompe32 à carburant haute pression comme représenté sur les figures 2 et3.

De manière connue, un filtre 46 est interposé dans le circuit d'huile 44à la sortie du raccord de sortie 40 de la première pompe basse pression30 de façonà filtrer les impuretés qui seraient susceptibles d'être contenues dans l'huile38. La lubrification des paliers de la première pompe30 et de la deuxième pompe32 s'effectue par exemple par aspersion d'huile sous pression, le circuit d'huile 44 étant branché sur le corps de la pompe double 14 au niveau d'un raccord d'aspersion 48.

De manière connue, la pompe32 à carburant haute pression comporte au moins un premier piston 34 qui est destinéà alimenter la rampe18 d'alimentation des injecteurs 16, précédemment décrite en référenceà la figure1, avec le carburant volatil choisi.A cet effet, la chambre correspondante du premier piston 34 comporte une entrée50 de carburant qui est reliée au conduit13 d'entrée de carburant précédemment décrit en référenceà la figure1, et une sortie52 de carburant qui débite le carburant sous pression dans le conduit de sortie 15, précédemment décrit en référenceà la figure1, au travers d'un clapet anti-retour 54.

Par ailleurs, pour recycler les gaz de carburant volatil et l'huile qui sont mélangés et en suspension dans le carter36 d'huile de la pompe double 14, la pompe double 14 comporte un conduit56 qui est agencé au dessus du niveau de l'huile38 du carter36 de la pompe double 14 et qui communique avec un réservoir58 de décantation indépendant faisant partie du circuit d'huile 44.

Le réservoir de décantation58 permet la décantation de l'huile et du carburant qui se séparent dans le réservoir58 en gazG de carburant et en huile60 sous forme liquide, qui occupe, du fait de la gravité, le fond du réservoir58.

Le conduit56, qui relie le carter d'huile36 de la pompe double 14 au réservoir de décantation58 est agencé au niveau de l'huile60 de décantation de façonà permettre la décantation des vapeurs d'huile et de carburant sans que ne se produise de dissolution du carburant dans l'huile60 de décantation, comme ce pourrait être le cas si les gaz d'huile et de carburant mélangés traversaient l'huile60 liquide du fond du réservoir58.

De plus, dans le cas de l'utilisation d'un carburant contenant du diméthyl éther (DIVIE), l'huile utilisée est de préférence une huile fluorée qui permet avantageusement que le DME ne se dissolve dans l'huile au niveau de son contact intime avec la surface du niveau d'huile décantée60 du réservoir58.

Par ailleurs, le réservoir de décantation58 et le carter d'huile36 de la pompe double 14 sont avantageusement reliés en dessous du niveau de l'huile décantée60 du réservoir58 et en dessous du niveau d'huile38 du carter36 de la pompe double 14 par des conduits ne permettant chacun qu'un sens unique de circulation de l'huile.

Ainsi le circuit d'huile 44 comporte un conduit61 d'envoi de l'huile60 décantée du réservoir58 de décantation vers le carter36 de la pompe double 14, qui est relié au raccord d'entrée 42 de la pompe double 14, et un conduit63 de retour de l'huile38 du carter36 de la pompe double 14 vers le réservoir58 de décantation.

De la sorte, selon le principe des vases communicants, les deux niveaux de l'huile38 du carter36 de la pompe 14 et de l'huile60 du réservoir58 sont égaux. La figure 2 illustre un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel la pompeà carburant32 haute pression est une pompeà deux pistons 34 qui servent tous deuxà pomper le carburant.

On a donc représenté sur la figure 2 une pompeà carburant haute pressionà deux pistons 34 comportant deux entrées50 de carburant et deux sorties de carburant52. Les deux sortie52 de carburant débitent le carburant sous pression dans le conduit de sortie15, décrit précédemment en référenceà la figure1, au travers de deux clapets anti-retour associés 54.

Dans cette configuration, les vapeurs d'huile et de carburant en suspension dans le carter36 de la pompe 14 sont aspirées par le conduit56 décanté dans le réservoir58, puis le carburant gazeuxG est recomprimé par l'intermédiaire d'un compresseur62 indépendant avant d'être réacheminé par le compresseur62 en phase liquide vers le réservoir 12 au travers d'un clapet de décharge 64 qui est agencé en aval du compresseur62. Le conduit de retour17 est relié en aval du clapet de décharge 64 et permet le retour du carburant vers le réservoir 12 précédemment décrit en référenceà la figure1.

La figure3 illustre un second mode de réalisation de l'invention dans lequel les gazG issus de la décantation des vapeurs d'huile et de carburant sont recomprimés, avant d'être ré-introduits dans le réservoir 12, par l'intermédiaire d'un compresseur, interneà la pompe double 14, qui est constitué de l'un des deux pistons 34 de la pompe32 à carburant.

Dans cette configuration, un seul des deux pistons 34 de la pompeà carburant pompe effectivement le carburant en direction de la rampe d'alimentation18, tandis que l'autre piston 34 recomprime les gaz de décantationG pour les amener en phase liquide avant leur introduction dans le réservoir d'huile. En sortie de ce piston 34 de recompression, une canalisation65 de récupération de carburant suivie d'un clapet de décharge 64 analogueà celui décrit précédemment en référenceà la figure 2 permet d'éviter des retours de carburant liquide de la pompe32. Le compresseur formé du piston 34 débite donc le carburant vers le conduit de retour17 précédemment décrit en référenceà la figure1 au travers du clapet de décharge 64.

Avantageusement, dans ce deuxième mode de réalisation, un seul des pistons 34 étant dévolu au pompage du carburant en direction de la rampe18, on peut notamment envisager de faire tourner la pompe32 haute pression de carburantà une vitesse double de celle décrite dans le premier mode de réalisation en référenceà la figure 2, de façon a garantir un débit optimal de carburant.

Par ailleurs, que le compresseur qui permet la recompression des gazG de décantation soit constitué d'un compresseur indépendant62 ou d'un des pistons 34 de la pompe double 14, le circuit d'huile 44 est susceptible d'être réalisé suivant deux variantes qui peuvent être associées indifféremment aux deux modes de réalisation du compresseur précédemment décrit aux figures 2 et3.

La figure3 illustre une première variante de réalisation de l'invention dans lequel le circuit d'huile 44 est un circuit simple, et dans lequel le raccord 40 de sortie d'huile de la pompeà huile basse pression30 débite directement l'huile au travers du filtre 46 vers le raccord d'aspersion 48. Un tel circuit d'huile 44 permet, en étant réduità sa plus simple expression, de réduire le coût de fabrication d'une telle pompe double 14.

Comme l'illustre la figure 2, le circuit d'huile 44 peut aussi comporter en seconde variante de réalisation de l'invention, un régulateur de pression66 qui est susceptible en cas de surpression d'huile dans le circuit d'huile 44 de dériver une partie de l'huile pompée38 vers le réservoir de décantation58 de façonà maintenir une pression de lubrification constante dans le carter36 de la pompe double 14. Le régulateur66 de pression débite dans le réservoir de décantation58 au dessus de son niveau d'huile60 décantée par l'intermédiaire d'un conduit67 de décharge.

Le circuit de carburant10 proposé permet donc de récupérer les gazG de carburant issus des fuites internes de la pompe haute pression32, ce qui est un avantage appréciable en termes d'économie de carburant et de protection de l'environnement.

Claims

REVENDICATIONS 1. Circuit d'injection(10) de carburant pour un moteur d'un véhicule automobile, du type qui comporte, montés en série d'amont en aval, un réservoir (12) de carburant et une pompe (14) qui alimente en carburant au moins un injecteur (16) électromagnétique, notamment par l'intermédiaire d'une rampe(18) d'injection, caractérisé en ce que la pompe (14) comporte des moyens internes de lubrification sous pression qui sont indépendants d'un circuit de lubrification du moteur thermique. 2. Circuit d'injection(10) de carburant selon la revendication précédente caractérisé en ce que la pompe (14) est une pompe double (14) comportant une pompe(30) à huile basse pression, notamment une pompeà palettes ouà engrenages, et une pompe(32) à carburant haute pression, notammentà pistons (34), qui' possèdent des moyens communs d'entraînement et des moyens communs de lubrification. 3. Circuit d'injection(10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pompe(30) à huile basse pression aspire de l'huile(38) dans un carter(36) d'huile de la pompe (14) double pour la refoulerà travers un circuit d'huile (44) pour lubrifier les paliers des deux pompes(30, 32). 4. Circuit d'injection(10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit d'huile (44) comporte au moins un filtre (46). 5. Circuit d'injection(10) selon l'une quelconque des revendications 2à 4, caractérisé en ce que la pompe(32) à carburant haute pression comporte au moins un premier piston (34) destinéà alimenter ledit au moins injecteur(16) en carburant volatil. 6. Circuit d'injection(10) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la pompe double (14) comporte au moins un conduit(56) qui est agencé au dessus d'un niveau d'huile(38) du carter(36) de la pompe double (14) et qui communique avec un réservoir(58) de décantation indépendant pour recueillir les vapeurs d'huile et de carburant (G) en suspension dans le carter. 7. Circuit d'injection(10) selon la revendication précédente prise en combinaison avec Pu n e des revendications3 ou 4, caractérisé en ce que le réservoir(58) de décantation communique avec le circuit d'huile (44) par l'intermédiaire d'un conduit de décharge(67) qui est reliéà un régulateur(66) de pression interposé dans le circuit d'huile et qui débite dans le réservoir de décantation(58) au dessus de son niveau d'huile(60) décantée. 8. Circuit d'injection(10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le réservoir(58) de décantation et le carter(36) d'huile de la pompe (14) double sont reliés, en dessous du niveau d'huile décantée(60) du réservoir(58) et en dessous du niveau d'huile(38) du carter (36) de la pompe (14) double, par des conduits(61, 63) ne permettant qu'un sens unique de circulation de l'huile, notamment un conduit d'envoi(61) de l'huile décantée(60) du réservoir(58) de décantation vers le carter(36) de la pompe double (14) et un conduit(63) de retour de l'huile(38) du carter(36) de la pompe double (14) vers le réservoir(58) de décantation. 9. Circuit d'injection(58) selon l'une quelconque des revendications6 à 8, caractérisé en ce que le réservoir(58) de décantation comporte, au dessus du niveau d'huile(60) décantée, une canalisation(65) de récupération des gaz(G) décantés de carburant qui est reliéeà un compresseur(62) pour liquéfier les gaz décantés(G) de carburant, ce compresseur(62) débitant dans le réservoir (12) du véhiculeà travers un clapet (64) de décharge. 10. Circuit d'injection(10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le compresseur est constitué d'au moins un deuxième piston (34) de la pompe(32) à carburant haute pression. 11. Circuit d'injection(10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'huile de lubrification(38, 60) est une huile fluorée qui n'est pas miscible avec les carburants volatils contenant du diméthyl éther.