FR2940371A1 - Fuel injection assembly for internal combustion engine, has chamber whose stress unit forces displacement of wall based on changes of temperature of fuel transferred via pipe and adjusts capacity of assembly based on temperature of fuel - Google Patents
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Abstract
Description
ENSEMBLE D'INJECTION DE CARBURANT La présente invention concerne, de façon générale, le domaine de l'injection de carburant pour moteurs à 5 combustion interne. Plus particulièrement, l'invention concerne un ensemble d'injection de carburant comportant au moins un injecteur de carburant et au moins un réservoir de carburant reliés entre eux par une conduite de retour de 10 carburant, l'ensemble comportant en outre une chambre reliée à ladite conduite et disposée entre l'injecteur et le réservoir. Un des problèmes inhérents à l'injection de carburant par des injecteurs est de s'assurer que le 15 carburant d'alimentation de l'injecteur est relativement liquide et homogène et ne comporte pas de carburant vaporisé. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un ensemble d'injection permettant de réduire 20 le risque que du carburant liquide vienne à se vaporiser lors de son passage dans l'ensemble d'injection et notamment lors de phases d'arrêt prolongé du moteur. A cette fin, l'ensemble d'injection de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en 25 donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce que la chambre comprend une paroi de chambre mobile de manière à faire varier le volume intérieur de la chambre et en ce qu'il comporte un moyen mécanique de contrainte de la paroi de chambre 30 adapté pour forcer le déplacement de ladite paroi en fonction de variations de la température du carburant transféré via ladite conduite de retour et pour ainsi adapter la capacité de contenance en carburant de l'ensemble d'injection en fonction de la température du carburant transféré via ladite conduite. Grâce à l'invention on peut donc adapter la capacité de contenance de carburant de l'ensemble d'injection (c'est-à-dire le volume interne de l'ensemble d'injection prévu pour recevoir du carburant) en fonction de la température du carburant transitant par la conduite de retour de carburant allant de l'injecteur au réservoir de carburant. Cette caractéristique de l'invention peut être mise à profit pour éviter ou du moins réduire le risque d'apparition de zones de faible pression dans l'ensemble d'injection ce qui permet de réduire le risque de vaporisation de carburant dans l'ensemble d'injection. L'invention peut donc être utilisée pour maintenir un niveau de pression de carburant relativement élevé dans l'ensemble d'injection afin de favoriser le maintien du carburant dans sa phase liquide et ainsi éviter des défauts d'injections qui peuvent être causés par la présence de carburant gazeux. On peut également faire en sorte que ladite paroi mobile possède une face intérieure orientée vers l'intérieur de la chambre pour être au contact du carburant et une face extérieure orientée vers un espace clos contenant un gaz compressible. Ce mode de réalisation permet de faire en sorte qu'une seule des faces de la paroi soit en contact avec le carburant contenu dans l'ensemble de l'invention l'autre face étant en contact avec un gaz compressible qui a pour fonction d'exercer une force élastique sur cette paroi tendant à déplacer cette paroi de manière à compresser le carburant liquide contenu dans la chambre. La compression élastique de la paroi permet de maintenir un niveau de pression minimum du carburant et cela indépendamment de la température du carburant. On peut également faire en sorte que le moyen mécanique de contrainte soit une pièce métallique de taux de dilatation thermique au moins égal à 12,0x10 6 et que cette pièce soit disposée de manière à être en contact avec le carburant transféré via ladite conduite de retour. Le fait que cette pièce soit en contact avec le carburant permet d'améliorer la vitesse de transfert de chaleur entre le carburant et la pièce de manière à réduire le temps de réaction entre le moment d'une variation de température de carburant et le moment de la variation dimensionnelle correspondante de la pièce métallique. Le choix d'une valeur du coefficient de dilatation thermique suffisamment importante favorise la capacité de variation de volume de la chambre tout en permettant de rendre le dispositif de l'invention relativement compact. On peut également faire en sorte que la pièce métallique soit conformée en spirale. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to the field of fuel injection for internal combustion engines. More particularly, the invention relates to a fuel injection assembly comprising at least one fuel injector and at least one fuel tank interconnected by a fuel return line, the assembly further comprising a chamber connected to said pipe and disposed between the injector and the reservoir. One of the problems inherent in fuel injection by injectors is to ensure that the feed fuel of the injector is relatively liquid and homogeneous and has no vaporized fuel. In this context, the object of the present invention is to propose an injection assembly making it possible to reduce the risk that liquid fuel will vaporize during its passage through the injection assembly and in particular during stopping phases. extended engine. To this end, the injection assembly of the invention, moreover, conforming to the generic definition given in the preamble defined above, is essentially characterized in that the chamber comprises a mobile chamber wall so as to make vary the internal volume of the chamber and in that it comprises a mechanical means of constraint of the chamber wall 30 adapted to force the displacement of said wall as a function of variations in the temperature of the fuel transferred via said return line and for thus adapting the capacity of fuel capacity of the injection assembly as a function of the temperature of the fuel transferred via said pipe. Thanks to the invention, it is therefore possible to adapt the fuel capacity capacity of the injection assembly (that is to say the internal volume of the injection assembly intended to receive fuel) as a function of the fuel temperature passing through the fuel return line from the injector to the fuel tank. This feature of the invention can be used to avoid or at least reduce the risk of occurrence of low pressure zones in the injection assembly which reduces the risk of fuel vaporization in the entire assembly. 'injection. The invention can therefore be used to maintain a relatively high fuel pressure level in the injection assembly in order to promote the maintenance of the fuel in its liquid phase and thus avoid injection defects that can be caused by the presence gaseous fuel. It can also be ensured that said movable wall has an inner face facing the interior of the chamber to be in contact with the fuel and an outer face oriented towards an enclosed space containing a compressible gas. This embodiment makes it possible to ensure that only one of the faces of the wall is in contact with the fuel contained in the assembly of the invention, the other face being in contact with a compressible gas whose function is to exert an elastic force on this wall tending to move this wall so as to compress the liquid fuel contained in the chamber. The elastic compression of the wall makes it possible to maintain a minimum fuel pressure level regardless of the fuel temperature. It can also be ensured that the mechanical stressing means is a metallic piece of thermal expansion rate of at least 12.0x10 6 and that this part is arranged to be in contact with the fuel transferred via said return pipe. . The fact that this part is in contact with the fuel makes it possible to improve the speed of heat transfer between the fuel and the workpiece in such a way as to reduce the reaction time between the moment of a change in fuel temperature and the moment of reaction. the corresponding dimensional variation of the metal part. The choice of a sufficiently large value of the coefficient of thermal expansion favors the volume variation capacity of the chamber while allowing the device of the invention to be relatively compact. It can also be done so that the metal part is shaped spiral.
Ce mode de réalisation permet de réduire les dimensions de la pièce sans pour autant réduire sa capacité de variation dimensionnelle avec la température. On peut également faire en sorte que la pièce métallique soit en aluminium ou en étain. This embodiment makes it possible to reduce the dimensions of the part without reducing its capacity for dimensional variation with temperature. It can also ensure that the metal part is aluminum or tin.
Ces matériaux ont l'avantage d'avoir des coefficients de dilatation thermique importants tout en étant particulièrement résistants dans le temps notamment aux questions de corrosion. On peut également faire en sorte que la paroi mobile de la chambre soit un piston monté coulissant et auquel est lié ledit moyen mécanique de contrainte. L'avantage d'utiliser un piston pour générer une paroi de chambre mobile est que le volume interne de la chambre peut ainsi varier de façon linéaire en fonction du coulissement du piston. These materials have the advantage of having significant coefficients of thermal expansion while being particularly resistant over time in particular to corrosion issues. It is also possible for the movable wall of the chamber to be a slidably mounted piston to which said mechanical stressing means is bonded. The advantage of using a piston to generate a movable chamber wall is that the internal volume of the chamber can thus vary linearly as a function of the sliding of the piston.
On peut également faire en sorte que l'ensemble d'injection de l'invention comporte un clapet disposé sur la conduite de retour, entre la chambre et le réservoir et adapté pour autoriser le passage de carburant provenant dudit au moins un injecteur vers le réservoir lorsque la pression de carburant entre le clapet et l'injecteur dépasse un seuil haut de pression prédéterminé et pour interdire ce passage de carburant lorsque cette pression de carburant est inférieure à un seuil bas prédéterminé. It can also be ensured that the injection assembly of the invention comprises a valve disposed on the return pipe, between the chamber and the reservoir and adapted to allow the passage of fuel from said at least one injector towards the reservoir. when the fuel pressure between the valve and the injector exceeds a predetermined high pressure threshold and to prohibit this passage of fuel when the fuel pressure is below a predetermined low threshold.
Ce mode de réalisation permet de maintenir un niveau de pression minimum à l'intérieur de la portion de conduite située entre le clapet et ledit au moins un injecteur y compris lorsque la circulation de carburant entre l'injecteur et le réservoir est interrompue. This embodiment makes it possible to maintain a minimum pressure level inside the portion of pipe located between the valve and the at least one injector, including when the fuel flow between the injector and the reservoir is interrupted.
Ainsi lorsque le moteur est à l'arrêt le dispositif de l'invention permet de conserver une pression de carburant entre l'injecteur et le clapet réduisant ainsi le risque de vaporisation de carburant lorsque le moteur est à l'arrêt et soumis à de basses températures. Thus, when the engine is stationary, the device of the invention makes it possible to maintain a fuel pressure between the injector and the valve, thus reducing the risk of fuel vaporization when the engine is stationary and subjected to low pressure. temperatures.
On peut également faire en sorte que le clapet soit adapté pour interdire le passage de carburant du réservoir vers l'injecteur. It can also be done so that the valve is adapted to prohibit the passage of fuel from the tank to the injector.
Ce clapet antiretour est particulièrement utile pour éviter à des vapeurs de carburants ou à des impuretés de pénétrer en amont du clapet par rapport au sens d'écoulement du carburant de l'injecteur vers le réservoir. On peut également faire en sorte que le seuil bas prédéterminé de pression soit compris entre 0.5 et 20 Mégapascals, et préférentiellement égal à 1 Mégapascal. Ce mode de réalisation de l'invention est particulièrement utile puisqu'en maintenant une telle pression minimale entre l'injecteur et le clapet on réduit le risque de vaporisation du carburant dans cette zone de l'ensemble d'injection. On peut également faire en sorte que l'ensemble d'injection comporte une pompe de mise sous pression de carburant adaptée pour alimenter ledit au moins un injecteur en carburant, l'injecteur étant disposé entre la pompe et la conduite de retour de carburant de telle manière que le carburant transitant par l'injecteur et par la conduite de retour reste sous pression tout au long de ce transfert. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure 1 annexée qui représente l'ensemble d'injection selon l'invention. Comme annoncé précédemment et présenté par la figure 1, l'invention concerne un ensemble d'injection de carburant 1 pour moteur à combustion interne. Cette invention concerne également un moteur comprenant l'ensemble de l'invention. This non-return valve is particularly useful for preventing fuel vapors or impurities from entering the valve upstream relative to the direction of flow of the fuel from the injector to the reservoir. It is also possible to ensure that the predetermined low pressure threshold is between 0.5 and 20 megapascals, and preferably equal to 1 megapascal. This embodiment of the invention is particularly useful since maintaining such a minimum pressure between the injector and the valve reduces the risk of vaporization of the fuel in this area of the injection assembly. It can also be ensured that the injection assembly comprises a fuel pressurization pump adapted to feed the at least one fuel injector, the injector being disposed between the pump and the fuel return line of such a fuel injection pump. way that the fuel passing through the injector and the return pipe remains under pressure throughout this transfer. Other features and advantages of the invention will emerge clearly from the description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended FIG. 1 which represents the injection assembly according to the invention. As previously announced and presented in FIG. 1, the invention relates to a fuel injection assembly 1 for an internal combustion engine. This invention also relates to an engine comprising the whole of the invention.
L'ensemble d'injection de l'invention comporte un réservoir de carburant 3 et un injecteur de carburant 2 qui sont reliés entre eux via une conduite d'alimentation en carburant 15 sur laquelle est placée une pompe de transfert de carburant 14. L'injecteur est un injecteur de type piézoélectrique commandé électroniquement de manière à ce que celui-ci autorise sélectivement l'injection dans une chambre de combustion de carburant acheminé via la conduite 15. The injection assembly of the invention comprises a fuel tank 3 and a fuel injector 2 which are interconnected via a fuel supply line 15 on which a fuel transfer pump 14 is placed. injector is an electronically controlled piezoelectric injector so that it selectively allows the injection into a combustion chamber of fuel conveyed via line 15.
L'injecteur 2 est également lié au réservoir de carburant via une conduite de retour de carburant 4 qui permet au carburant non injecté par l'injecteur 2 de revenir vers le réservoir de carburant 3 et de tourner en boucle tant qu'il n'est pas effectivement injecté. The injector 2 is also connected to the fuel tank via a fuel return line 4 which allows the fuel not injected by the injector 2 to return to the fuel tank 3 and turn in a loop as long as it is not actually injected.
Une chambre 5 est reliée à la conduite de retour 4 de façon à ce que du carburant puisse transiter librement entre la conduite de retour 4 et la chambre 6. Cette chambre 5 possède une paroi mobile qui est en l'occurrence un piston 6 monté mobile dans la chambre. Ce piston 6 en se déplaçant fait varier le volume intérieur V de la chambre 5. Un moyen mécanique de contrainte 8 de la paroi 6 est disposé entre un point fixe vis-à-vis de la conduite de retour 4 et le piston 6. Ce moyen mécanique 8 est constitué par un serpentin métallique en spirale. Le métal du moyen mécanique 8 est préférentiellement de l'aluminium de taux de dilatation thermique égal à 12,0x10-6. Cette pièce métallique 8 se trouve en majeure partie placée dans la chambre 5 et se trouve plongée dans le carburant de telle manière que toute variation de température de ce dernier entraine une dilatation de la pièce 8. Lors de cette dilatation, la pièce 8 exerce un effort sur la paroi 6 du piston 6 et l'entraine en déplacement vis-à-vis du reste de la chambre. Il en résulte dès lors une variation du volume V de la chambre et par conséquent de la capacité de l'ensemble à contenir du carburant. Pour favoriser le rappel du piston dans une position donnée ce piston possède une face 10 orientée vers l'intérieur de la chambre 5 et une face extérieure 11 orientée vers un espace clos contenant un gaz compressible préférentiellement inerte. Ainsi le déplacement du piston entraîne conjointement la modification du volume V de la chambre et du volume de l'espace clos résultant ainsi à une variation de taux de compression du gaz contenu dans l'espace clos 12. Un clapet 13 est disposé entre la jonction entre la chambre 5 et la conduite de retour 4 de manière à permettre le passage de carburant de l'injecteur 2 vers le réservoir 3 lorsque la pression de carburant entre le clapet et l'injecteur est supérieure à un seuil prédéterminé qui en l'occurrence est réglé à 1 Mégapascal par l'intermédiaire du ressort 16 de tarage de clapet 13. Ce clapet 13 joue également le rôle de clapet anti retour car il est adapté pour interdire le passage de fluide au travers du clapet dans un sens allant du réservoir 3 vers l'injecteur 2. Le principe de l'ensemble de l'invention 1 est basé sur la dilatation du matériau de la pièce 8 qui est en aluminium et éventuellement en étain choisi pour son coefficient de dilatation thermique important. Cette pièce 8 qui est plongée dans le carburant transitant via la conduite de retour se dilate en fonction de la température du carburant. L'élévation de température T va dilater la pièce en forme de serpentin 8, ce dernier poussant alors le piston 6 vers le haut du volume ce qui autorise la dilatation du carburant. Le fonctionnement est inverse lors de la phase de refroidissement. En effet lors du refroidissement du carburant (par exemple après l'arrêt du moteur) la pièce 8 se rétracte et tire le piston auquel elle est attachée vers le vas du volume V ce qui permet de compenser les variations de volume du carburant et permet ainsi de réduire un phénomène de vaporisation de carburant. Le mouvement du piston vers le bas peut être favorisé par le fluide se trouvant dans l'espace clos 12 qui est en vis-à-vis de la face extérieure 11 du piston 6. L'adaptation dans le temps du volume du circuit de retour de carburant (c'est-à-dire du circuit entre l'injecteur et le clapet qui comprend la chambre 5) évite l'apparition de poche de vapeur. A chamber 5 is connected to the return line 4 so that fuel can flow freely between the return line 4 and the chamber 6. This chamber 5 has a movable wall which is in this case a piston 6 mounted movably in the bedroom. This piston 6 moving varies the internal volume V of the chamber 5. A mechanical constraint means 8 of the wall 6 is disposed between a fixed point vis-à-vis the return line 4 and the piston 6. This mechanical means 8 is constituted by a spiral metal coil. The metal of the mechanical means 8 is preferably aluminum of thermal expansion rate equal to 12.0x10-6. This metal part 8 is mostly placed in the chamber 5 and is immersed in the fuel such that any variation in temperature of the latter causes an expansion of the part 8. During this expansion, the part 8 exerts a force on the wall 6 of the piston 6 and drives it in displacement vis-à-vis the rest of the chamber. This therefore results in a variation of the volume V of the chamber and therefore the capacity of the assembly to contain fuel. To promote the return of the piston in a given position this piston has a face 10 facing the inside of the chamber 5 and an outer face 11 facing a closed space containing a compressible gas preferentially inert. Thus the displacement of the piston causes the modification of the volume V of the chamber and the volume of the enclosed space, thus resulting in a variation in the compression ratio of the gas contained in the enclosed space. A valve 13 is disposed between the junction between the chamber 5 and the return line 4 so as to allow the passage of fuel from the injector 2 to the reservoir 3 when the fuel pressure between the valve and the injector is greater than a predetermined threshold which in this case is set to 1 megapascal via the valve setting spring 16 13. This valve 13 also acts as a non-return valve because it is adapted to prevent the passage of fluid through the valve in a direction from the reservoir 3 to the injector 2. The principle of the assembly of the invention 1 is based on the expansion of the material of the part 8 which is aluminum and optionally tin chosen for its expansion coefficient t hermetic important. This piece 8 which is immersed in the fuel passing through the return pipe expands according to the fuel temperature. The rise in temperature T will expand the coil-shaped part 8, the latter then pushing the piston 6 to the top of the volume which allows the expansion of the fuel. The operation is reversed during the cooling phase. Indeed, during the cooling of the fuel (for example after stopping the engine) the part 8 retracts and pulls the piston to which it is attached to the vas of the volume V which makes it possible to compensate for the variations in the volume of the fuel and thus allows to reduce a phenomenon of fuel vaporization. The downward movement of the piston can be facilitated by the fluid in the confined space 12 which is opposite the outer face 11 of the piston 6. The adaptation in time of the volume of the return circuit fuel (that is to say, the circuit between the injector and the valve which comprises the chamber 5) avoids the appearance of steam pocket.
Le dimensionnement de l'ensemble de l'invention est calculé à l'aide des valeurs suivantes : - Variation de volume de la chambre nécessaire pour compenser la variation de masse volumique du carburant OV=0.35 cm3 pour une variation de température de carburant OT=120°C. - Coefficient de dilatation de l'aluminium a=23x10 - Pour un diamètre de piston de 2 cm, on a une surface de paroi 6 Spiston= 3,1415*10-4 m2. The dimensioning of the assembly of the invention is calculated using the following values: - Variation of volume of the chamber necessary to compensate for the variation of the density of the fuel OV = 0.35 cm3 for a variation of temperature of fuel OT = 120 ° C. - Coefficient of expansion of aluminum a = 23x10 - For a piston diameter of 2 cm, there is a Spiston wall surface 6 = 3,1415 * 10-4 m2.
On sait dès lors que l'allongement nécessaire de la pièce 8 doit être AL= ALV/Spiston = 1.11mm. It is known therefore that the necessary elongation of the part 8 must be AL = ALV / Spiston = 1.11mm.
Dès lors la longueur initiale Lo nécessaire de la pièce 8 doit être : Lo= AL/( a*0) =39cm. La conformation du matériau de pièce 8 en serpentin permet de respecter une contrainte d'encombrement, et en se référant au diamètre du piston de 2cm on a alors un serpentin d'environ 6 boucles. La présente invention s'applique particulièrement au domaine des ensembles d'injection comportant plusieurs injecteurs alimentés par un même rail de carburant haute pression. En l'occurrence selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention l'ensemble comporte plusieurs injecteur reliés aux conduites d'alimentation 15 et de retour 4. From now on the initial length Lo necessary of the piece 8 must be: Lo = AL / (a * 0) = 39cm. The conformation of the piece material 8 serpentine can meet a constraint of size, and with reference to the piston diameter of 2 cm is then a coil of about 6 loops. The present invention is particularly applicable to the field of injection assemblies comprising several injectors fed by the same high pressure fuel rail. In this case, according to a preferred embodiment of the invention, the assembly comprises a plurality of injector connected to the supply and return lines 4.
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