FR2736098A1 - Arrangement for dosing and injecting fuel for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne des pompes à utiliser dans des moteurs et, en particulier, bien que non exclusivement, des pompes à carburant à utiliser dans des moteurs à combustion interne à injection directe. The present invention relates to pumps for use in engines and, in particular, although not exclusively, fuel pumps for use in internal combustion engines with direct injection.
Il est nécessaire de disposer de moteurs à combustion interne pour fournir du carburant depuis une source de carburant, typiquement le réservoir de carburant, à la ou aux chambre(s) de combustion du moteur, afin de lui faire subir une combustion, fournissant de ce fait la force motrice pour entraîner le moteur. L'amenée de carburant depuis la source de carburant au moteur nécessite typiquement une pompe à carburant. It is necessary to have internal combustion engines to supply fuel from a fuel source, typically the fuel tank, to the combustion chamber (s) of the engine, in order to subject it to combustion, providing this is the driving force to drive the engine. Fuel delivery from the fuel source to the engine typically requires a fuel pump.
Généralement, les pompes à carburant utilisées dans des moteurs à combustion interne classiques, à injection directe, sont des pompes à carburant à entraînement électrique, qui permettent de fournir la quantité souhaitée de carburant au moteur en réponse à la demande du conducteur. Generally, the fuel pumps used in conventional internal combustion engines, with direct injection, are electrically driven fuel pumps, which make it possible to supply the desired quantity of fuel to the engine in response to the demand of the driver.
De telles pompes sont disposées normalement dans un réservoir de carburant d'un véhicule et sont dimensionnées de façon à satisfaire aux demandes de carburant maximales du moteur, tout en permettant, en outre, une certaine recirculation du carburant vers le réservoir de carburant. Dans le cas où le moteur est actionné à une faible puissance, il existe des quantités significatives de carburant en excès qui sont ramenées au réservoir de carburant et, par conséquent, une consommation d'énergie significative a lieu inutilement au niveau de la pompe à carburant. Ceci est particulièrement vrai dans les moteurs à injection de carburant, étant donné qu'il est généralement nécessaire que la pression de carburant soit raisonnablement élevée, typiquement de l'ordre de 3 à 5 bars.En outre, du fait que la pompe à carburant électrique consomme des quantités relativement élevées d'énergie, même si le moteur fonctionne à une faible puissance, une quantité de chaleur significative est normalement appliquée au carburant provenant de la pompe, donnant lieu à une production de vapeur de carburant.Such pumps are normally arranged in a fuel tank of a vehicle and are dimensioned so as to meet the maximum fuel demands of the engine, while also allowing some recirculation of the fuel to the fuel tank. In the event that the engine is operated at low power, there are significant amounts of excess fuel which are returned to the fuel tank and, therefore, significant energy consumption unnecessarily takes place at the fuel pump. . This is especially true in fuel injection engines, since it is generally necessary for the fuel pressure to be reasonably high, typically in the range of 3 to 5 bar, furthermore because the fuel pump Electric consumes relatively high amounts of energy, even if the engine is running at low power, a significant amount of heat is normally applied to fuel from the pump, resulting in the production of fuel vapor.
En vue d'éviter le gaspillage d'énergie par les pompes à carburant, certains dispositifs ont été développés en vue d'obtenir une meilleure adaptation de l'amenée de carburant de la pompe à carburant selon les demandes de carburant du moteur. Usuellement, ceci nécessite que le fonctionnement de la pompe à carburant soit placé sous la commande d'une unité de commande, généralement une unité de commande électronique (ECU), dans laquelle la pompe est efficacement mise en service ou hors service selon la demande de carburant du moteur. Un dispositif d'accumulation est normalement utilisé pour maintenir une amenée de carburant à la pression requise pour le moteur, tandis que la pompe est mise hors service.Cependant, de tels dispositifs présentent le problème qui est que, lorsque les demandes de carburant pour un moteur sont sujettes à varier durant l'utilisation, la commutation répétée de mise en service et hors service de la pompe à carburant peut donner lieu à une usure accélérée de la pompe. En outre, bien que de telles pompes "évoluées" fournissent une plus faible consommation d'énergie que les dispositifs cités plus haut, elles sont typiquement plus compliquées et plus coûteuses et utilisent normalement encore une conduite de retour vers le réservoir de carburant, pour assurer qu'aucun problème de vapeur de carburant ne se produise au niveau du dispositif d'injection de carburant. In order to avoid wastage of energy by the fuel pumps, certain devices have been developed with a view to obtaining a better adaptation of the fuel supply from the fuel pump according to the fuel demands of the engine. Usually, this requires that the operation of the fuel pump be placed under the control of a control unit, generally an electronic control unit (ECU), in which the pump is efficiently put into service or out of service according to the demand of engine fuel. An accumulation device is normally used to maintain a fuel supply at the pressure required for the engine, while the pump is out of service; however, such devices have the problem that when fuel demands for a engine are subject to change during use, repeated switching on and off of the fuel pump may result in accelerated wear of the pump. Furthermore, although such "advanced" pumps provide lower energy consumption than the devices mentioned above, they are typically more complicated and more expensive and normally still use a return line to the fuel tank, to ensure that no fuel vapor problem occurs at the fuel injection device.
En outre encore, le fonctionnement des pompes à carburant électriques, qu'il soit commandé selon la demande en carburant ou autrement, implique la nécessité d'une puissance électrique pour le moteur, ce qui peut être désavantageux dans certaines applications, par exemple des applications pour petits moteurs, comme des scooters motorisés, des moteurs hors-bord et analogues. Furthermore, the operation of electric fuel pumps, whether controlled according to the fuel demand or otherwise, implies the need for electrical power for the engine, which can be disadvantageous in certain applications, for example applications for small engines, such as motorized scooters, outboard motors and the like.
Un autre inconvénient encore des pompes à carburant électriques est le coût relatif de la pompe et des composants associés d'amenée et de commande de puissance nécessaires à cette fin. Ceci peut être particulièrement important dans certaines applications de petits moteurs, comme on l'a indiqué ci-dessus et/ou dans des pays dans lesquels les économies atteintes pour les fabriquants de moteurs et les utilisateurs finaux sont critiques, comme dans le cas, par exemple, des pays en voie de développement. Yet another disadvantage of electric fuel pumps is the relative cost of the pump and associated supply and power control components necessary for this purpose. This may be particularly important in certain small engine applications, as noted above and / or in countries where the savings achieved for engine manufacturers and end users are critical, as in the case of example, developing countries.
Il est également important dans certaines applications, telles que les scooters motorisés, que le poids et l'espace du moteur soit maintenu à une valeur minimale. L'utilisation d'une pompe électrique peut, par conséquent, être désavantageuse dans de telles applications. It is also important in some applications, such as motorized scooters, that the weight and space of the engine is kept to a minimum. The use of an electric pump can therefore be disadvantageous in such applications.
Par conséquent, le but de la présente invention est de proposer des pompes, notamment pour des liquides, qui remédient au moins à certains des inconvénients indiqués ci-dessus. Consequently, the aim of the present invention is to provide pumps, in particular for liquids, which remedy at least some of the drawbacks indicated above.
Conformément à ce but, la présente invention propose un dispositif de dosage et d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne, le dispositif comprenant une pompe comportant:
une chambre de pompage d'air dans laquelle la pression d'air régnant dans la chambre fluctue périodiquement,
une chambre de pompage de carburant ayant une entrée et une sortie,
une chambre d'actionnement associée à ladite chambre de pompage de carburant et communiquant avec ladite chambre de pompage d'air, de manière que la pression régnant dans ladite chambre d'actionnement fluctue selon une fréquence correspondant à la fluctuation de la pression d'air dans la chambre de pompage d'air,
caractérisé en ce que ladite chambre de pompage de carburant est séparée de la chambre d'actionnement par un organe de pompage réagissant aux variations de la pression dans la chambre d'actionnement, pour pomper ainsi du carburant vers et depuis ladite chambre de pompage de carburant.In accordance with this aim, the present invention provides a device for metering and injecting fuel for an internal combustion engine, the device comprising a pump comprising:
an air pumping chamber in which the air pressure prevailing in the chamber fluctuates periodically,
a fuel pumping chamber having an inlet and an outlet,
an actuation chamber associated with said fuel pumping chamber and communicating with said air pumping chamber, so that the pressure prevailing in said actuation chamber fluctuates at a frequency corresponding to the fluctuation of the air pressure in the air pumping chamber,
characterized in that said fuel pumping chamber is separated from the actuating chamber by a pumping member responsive to changes in the pressure in the actuating chamber, thereby pumping fuel to and from said fuel pumping chamber .
Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif de dosage et d'injection du carburant fournit des quantités, dosées discrètes de carburant en aval de la chambre de pompage de carburant, à une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Dans ce cas, le carburant pompé via la chambre de pompage de carburant peut être entraîné dans de l'air pompé par la chambre de pompage d'air, en aval de la pompe, pour être fourni à la ou aux chambre(s) de combustion du moteur. In a preferred embodiment, the fuel metering and injection device supplies discrete metered quantities of fuel downstream of the fuel pumping chamber to a combustion chamber of an internal combustion engine. In this case, the fuel pumped via the fuel pumping chamber can be entrained in air pumped by the air pumping chamber, downstream of the pump, to be supplied to the chamber (s) combustion of the engine.
Il a été reconnu que les moteurs qui utilisent un dispositif d'injection de carburant pour injecter une quantité dosée de carburant, à l'aide d'un gaz comprimé ("deux dispositifs fluidiques") offraient certains avantages, notamment lorsque ce dispositif est utilisé pour injecter directement du carburant dans une ou plusieurs chambres de combustion d'un moteur à deux temps. Dans de tels dispositifs, en plus de la nécessité de fournir des sources de carburant et d'air pressurisés, il peut également être nécessaire de prévoir un moyen de régulation de pression en aval de la pompe, pour contrôler le différentiel de pression entre le carburant et le gaz du côté d'échappement de la pompe de carburant, et un compresseur pour permettre un dosage de carburant précis et une injection satisfaisante.Le différentiel peut être maintenu à une valeur prédéterminée, de préférence relativement constante. Cependant, certains dispositifs peuvent être rendus plus tolérants à un plus grand différentiel de pression, par exemple à l'aide d'un dosage de carburant à déplacement positif. Du fait que la pression de carburant fournie par la pompe est directement en relation avec la pression de gaz, le dispositif présente une caractéristique de "suivi" inhérente, où des variations de la pression de gaz donnent lieu à des variations correspondantes de la pression du carburant, mais ayant en définitive un effet réduit sur le différentiel de pression. It has been recognized that engines which use a fuel injection device to inject a metered amount of fuel, using a compressed gas ("two fluidic devices") offer certain advantages, in particular when this device is used to inject fuel directly into one or more combustion chambers of a two-stroke engine. In such devices, in addition to the need to provide sources of fuel and pressurized air, it may also be necessary to provide a pressure regulating means downstream of the pump, to control the pressure differential between the fuel and the gas on the exhaust side of the fuel pump, and a compressor to allow precise fuel metering and satisfactory injection. The differential can be maintained at a predetermined value, preferably relatively constant. However, some devices can be made more tolerant of a greater pressure differential, for example using a positive displacement fuel metering. Since the fuel pressure supplied by the pump is directly related to the gas pressure, the device has an inherent "tracking" characteristic, where variations in the gas pressure give rise to corresponding variations in the pressure of the fuel, but ultimately having a reduced effect on the pressure differential.
De manière appropriée, le dispositif comprend comme moyen de régulation de pression, un moyen d'accumulation en aval de la pompe de carburant comprenant un moyen sensible à la pression, en contact à la fois avec le carburant et le gaz fournis, pour maintenir entre eux une pression sensiblement égale. Le moyen d'accumulation peut également servir à amortir toute fluctuation ou pic de pression qui peut avoir lieu concernant la pression de gaz ou de carburant. En outre, le moyen d'accumulation fournit également un volume souhaitable en amont du moyen d'injection de carburant, de manière que, si le moyen d'injection de carburant utilise une certaine quantité de la pression de gaz et/ou de carburant dans le dispositif, tandis que le piston du compresseur effectue une course d'induction, aucune chute notable de la pression de carburant et de gaz n'a lieu en aval de la pompe. Suitably, the device comprises as pressure regulating means, an accumulation means downstream of the fuel pump comprising pressure-sensitive means, in contact with both the fuel and the gas supplied, to maintain between them substantially equal pressure. The accumulation means can also be used to dampen any fluctuation or pressure spike that may take place concerning the pressure of gas or fuel. In addition, the accumulation means also provides a desirable volume upstream of the fuel injection means, so that, if the fuel injection means uses a certain amount of the gas and / or fuel pressure in the device, while the compressor piston performs an induction stroke, no significant drop in fuel and gas pressure takes place downstream of the pump.
En variante, ou en plus, un moyen de régulation de pression, tel qu'un orifice, peut également être prévu dans le dispositif, en aval de la pompe, pour réduire la pression de gaz à une valeur inférieure à la pression de carburant, de manière que le carburant puisse être dosé dans le gaz afin d'être injecté ainsi dans le moteur, par exemple par un injecteur classique de dosage de type à pression/temps. Selon le type de dispositif de commande utilisé pour commander le moteur, il peut n'y avoir aucune nécessité supplémentaire de réguler la pression de gaz et/ou d'air. Par exemple, si le débit de carburant du moteur est commandé par un signal de vitesse du moteur opérant en boucle fermée, toute variation du différentiel de pression de gaz/carburant qui peut affecter le dosage du carburant est compensée automatiquement par le dispositif de commande. As a variant, or in addition, a pressure regulating means, such as an orifice, can also be provided in the device, downstream of the pump, to reduce the gas pressure to a value lower than the fuel pressure, so that the fuel can be metered into the gas in order to be injected thus into the engine, for example by a conventional metering injector of the pressure / time type. Depending on the type of control device used to control the engine, there may be no additional need to regulate the gas and / or air pressure. For example, if the engine fuel flow is controlled by a closed-loop engine speed signal, any variation in the gas / fuel pressure differential that may affect the fuel metering is automatically compensated for by the control device.
Dans un mode de réalisation préféré, la chambre de pompage d'air est la chambre de compression d'un compresseur d'air utilisé pour fournir de l'air comprimé à un dispositif d'injection de carburant, pour injecter des quantités dosées de carburant à un moteur. Généralement, le compresseur d'air est constitué d'une pompe de type à déplacement en va-et-vient, ayant une chambre de compression dont le volume se dilate et diminue selon le déplacement en va-et-vient en son sein d'un piston. Lors d'une dilatation,
I'air est amené dans la chambre de compression et, lors d'une contraction, il en est évacué.In a preferred embodiment, the air pumping chamber is the compression chamber of an air compressor used to supply compressed air to a fuel injection device, to inject metered amounts of fuel to an engine. Generally, the air compressor consists of a pump of the reciprocating movement type, having a compression chamber whose volume expands and decreases according to the reciprocating movement within it. A piston. During dilation,
The air is brought into the compression chamber and, during a contraction, it is evacuated.
De préférence, la chambre d'actionnement de la pompe est directement reliée à la chambre de compression du compresseur à air. Preferably, the actuation chamber of the pump is directly connected to the compression chamber of the air compressor.
Ainsi, la dilatation et la contraction du volume de la chambre de compression, lorsqu'elle communique avec la chambre d'actionnement, provoquent des fluctuations de pression dans la chambre d'actionnement et, par conséquent, une variation de la pression dans la chambre de pompage.Thus, the expansion and contraction of the volume of the compression chamber, when it communicates with the actuation chamber, cause pressure fluctuations in the actuation chamber and, consequently, a variation of the pressure in the chamber pumping.
Dans une forme particulièrement avantageuse, les chambres de pompage de carburant et de pompage d'air sont formées d'un seul tenant, pour faciliter une communication entre la chambre d'actionnement de la pompe et la chambre de compression du compresseur. Ceci réduit l'espace mort entre la chambre d'actionnement et la chambre de compression du compresseur, permettant d'obtenir un plus grand rendement du compresseur. Un tel agencement présente des avantages de poids et d'encombrement, par rapport aux pompes électriques classiques. In a particularly advantageous form, the fuel pumping and air pumping chambers are formed in one piece, to facilitate communication between the actuating chamber of the pump and the compression chamber of the compressor. This reduces the dead space between the actuation chamber and the compressor compression chamber, allowing greater efficiency of the compressor. Such an arrangement has advantages of weight and size, compared to conventional electric pumps.
Généralement, le piston d'un tel compresseur est entraîné par rapport à la vitesse du vilebrequin du moteur et, ainsi, le compresseur fonctionne par rapport à la vitesse du moteur. Cependant, le compresseur n'est typiquement pas actionné à la vitesse du moteur. Des dispositifs d'entraînement appropriés, tels que des dispositifs d'entraînement à courroie ou à engrenage, peuvent être incorporés pour permettre au compresseur de fonctionner à tout rapport souhaité de la vitesse du moteur. Generally, the piston of such a compressor is driven relative to the speed of the engine crankshaft and, thus, the compressor operates relative to the speed of the engine. However, the compressor is typically not operated at engine speed. Appropriate drives, such as belt or gear drives, can be incorporated to allow the compressor to operate at any desired speed ratio of the engine.
L'organe de pompage peut comprendre un piston ou un dispositif monté coulissant, de type à diaphragme, de manière que les chambres de pompage et d'actionnement soient séparées par une membrane en un matériau quelconque souhaité sensible à la pression. Ainsi, selon les variations de la pression de gaz, I'action, par exemple par flexion, de
L'organe de pompage ou du diaphragme permet aux pressions régnant dans la chambre d'actionnement et les chambres de pompage d'être sensiblement équivalentes.The pumping member may comprise a piston or a sliding mounted device, of the diaphragm type, so that the pumping and actuating chambers are separated by a membrane of any desired pressure-sensitive material. Thus, according to variations in the gas pressure, the action, for example by bending, of
The pumping member or diaphragm allows the pressures prevailing in the actuation chamber and the pumping chambers to be substantially equivalent.
Lâ pompe comprend typiquement un boîtier conçu pour incorporer les chambres de pompage et d'actionnement, et l'organe de pompage entre elles. Pour des applications destinées à des moteurs, la pompe peut être dimensionnée selon la capacité souhaitée d'amenée de liquide ou de carburant. The pump typically includes a housing designed to incorporate the pumping and actuating chambers, and the pumping member therebetween. For applications intended for motors, the pump can be dimensioned according to the desired capacity for supplying liquid or fuel.
Cependant, comme on le conçoit, durant le fonctionnement du moteur, la température du gaz contenu dans la chambre de compression du compresseur peut augmenter jusqu'à des niveaux qui nécessitent le refroidissement du boîtier de la pompe et, en particulier, de la partie du boîtier de la pompe qui est en contact avec le boîtier du compresseur. Tout refroidissement, à l'aide d'eau ou d'un autre agent de refroidissement, peut être effectué de manière souhaitable de manière à ne produire aucun différentiel de pression de gaz entre la chambre de compression du compresseur et la chambre d'actionnement de la pompe. En variante, tout différentiel peut être compensé par une conception appropriée du dispositf d'amenée de liquide /gaz de manière à maintenir un différentiel souhaité quelconque entre les pressions de liquide et de gaz.Dans un dispositf reposant sur un différentiel constant entre le carburant et le gaz devant être amenés à un moteur, via des injecteurs servant à fournir du carburant sous l'action d'une pression de gaz, ceci peut être très important. However, as will be understood, during the operation of the engine, the temperature of the gas contained in the compression chamber of the compressor can increase to levels which require cooling of the pump housing and, in particular, of the part of the pump housing which is in contact with the compressor housing. Any cooling, using water or another coolant, can be done desirably so as to produce no gas pressure differential between the compressor compression chamber and the actuation chamber. the pump. Alternatively, any differential can be compensated by an appropriate design of the liquid / gas supply device so as to maintain any desired differential between the liquid and gas pressures. In a device based on a constant differential between the fuel and the gas having to be brought to an engine, via injectors serving to supply fuel under the action of a gas pressure, this can be very important.
En outre, en raison de la température du gaz dans les chambres de compression et d'actionnement et, également en raison de l'environnement de travail global de la pompe, une certaine production de vapeur de carburant peut avoir lieu dans la chambre de pompage de la pompe. Par conséquent, dans le cas où la pompe est utilisée à titre de pompe à carburant pour un moteur à combustion interne, un séparateur de vapeur approprié peut être inclus en aval de la sortie de la chambre de pompage, pour traiter toute vapeur de carburant qui peut être produite. In addition, due to the temperature of the gas in the compression and actuation chambers and, also due to the overall working environment of the pump, some production of fuel vapor may take place in the pumping chamber. of the pump. Therefore, in the case where the pump is used as a fuel pump for an internal combustion engine, a suitable vapor separator can be included downstream of the outlet of the pumping chamber, to treat any fuel vapor which can be produced.
De préférence, la sortie de la chambre de pompage de la pompe est une sortie de carburant qui relie la pompe à un dispositif d'injection de carburant d'un moteur, à la manière d'un "parcours en cul-de-sac". Preferably, the outlet of the pumping chamber of the pump is a fuel outlet which connects the pump to a fuel injection device of an engine, in the manner of a "dead end route" .
C'est-à-dire qu'il n'existe pas de conduite de retour pour le carburant, afin de permettre une recirculation depuis un dispositif d'injection de carburant vers le côté d'admission de la pompe.That is, there is no fuel return line to allow recirculation from a fuel injection device to the intake side of the pump.
Les soupapes d'admission du compresseur peuvent être réglées pour assurer qu'un niveau prédéterminé de vide soit fourni par le compresseur, pour pouvoir actionner le diaphragme du moyen de pompage afin de remplir suffisamment la chambre de pompage. The compressor intake valves can be adjusted to ensure that a predetermined level of vacuum is provided by the compressor, so that the diaphragm of the pumping means can be actuated to sufficiently fill the pumping chamber.
A cet égard, le carburant à amener à la chambre de pompage de carburant peut ne pas être alimenté par gravité et, ainsi, tout en gardant à l'esprit l'élasticité naturelle du moyen de pompage (diaphragme), un certain vide est nécessaire pour pouvoir soutirer du carburant depuis le réservoir de carburant dans la chambre de pompage. In this respect, the fuel to be brought to the fuel pumping chamber may not be fed by gravity and, thus, while keeping in mind the natural elasticity of the pumping means (diaphragm), a certain vacuum is necessary. to be able to draw fuel from the fuel tank in the pumping chamber.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel la pompe n'est pas formée d'un seul tenant avec la tête du compresseur et notamment lorsqu'elle est utilisée à titre de pompe à carburant pour un moteur à combustion interne, la pompe peut être disposée dans un réservoir de carburant, la conduite d'amenée de carburant vers le moteur étant disposée dans la conduite reliant la source de pression de fluide, qui est le compresseur, à la pompe. Lorsque le pompage du carburant repose sur une pression provenant de la source de pression de fluide, disponible au niveau de la chambre de gaz, toute rupture ou fuite de la conduite reliant la source à la pompe provoque une défaillance de la pompe et empêche le pompage du carburant.La conduite de carburant peut être disposée de façon concentrique dans la conduite d'amenée de fluide pressurisé, ce qui fournit également ainsi une protection supplémentaire à la conduite de carburant. In another embodiment of the invention, in which the pump is not formed integrally with the head of the compressor and in particular when it is used as a fuel pump for an internal combustion engine, the pump can be arranged in a fuel tank, the fuel supply line to the engine being arranged in the line connecting the source of fluid pressure, which is the compressor, to the pump. When fuel pumping is based on pressure from the fluid pressure source available at the gas chamber, any break or leak in the line connecting the source to the pump will cause the pump to fail and prevent pumping The fuel line can be arranged concentrically in the pressurized fluid supply line, thereby also providing additional protection to the fuel line.
Cet agencement est particulièrement utile dans des applications marines, dans lesquelles l'existence d'une conduite de carburant pressurisé (dans ce cas, entre le réservoir de carburant et le moteur) peut impliquer des problèmes de sécurité. Le présent agencement résout de tels problèmes, étant donné que, si la conduite de carburant se rompt, L'amenée de gaz prévue comprimé pour actionner la pompe est également supprimée.This arrangement is particularly useful in marine applications, where the existence of a pressurized fuel line (in this case, between the fuel tank and the engine) may involve safety concerns. The present arrangement solves such problems since, if the fuel line breaks, the supply of compressed gas intended to operate the pump is also eliminated.
Le dispositif décrit ci-dessus permet d'éviter l'utilisation d'une pompe à carburant électrique et, du fait que la pompe peut fonctionner en fonction de la vitesse du moteur, en raison d'une articulation au vilebrequin du moteur, le dispositif de commande peut être simplifié, le carburant étant injecté selon la vitesse du moteur. Le fait de prévoir de placer la pompe à proximité du compresseur à gaz ou à air, ce qui est plus avantageux, bien que non essentiel, offre également l'avantage d'une compacité. The device described above makes it possible to avoid the use of an electric fuel pump and, since the pump can operate according to the speed of the engine, due to an articulation at the crankshaft of the engine, the device can be simplified, the fuel being injected according to the engine speed. Providing to place the pump near the gas or air compressor, which is more advantageous, although not essential, also offers the advantage of compactness.
L'invention va être mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de cette dernière, faite en se référant au dessin annexé qui est un diagramme schématique d'un dispositif de dosage et d'injection de carburant pour un moteur, utilisant une pompe selon la présente invention. The invention will be better understood on reading the following description of a preferred embodiment of the latter, made with reference to the accompanying drawing which is a schematic diagram of a metering and fuel injection device for an engine, using a pump according to the present invention.
Le dispositif comprend une pompe de dosage de carburant 5 ayant une chambre de carburant 12 et une chambre de gaz 14, séparées par un organe de pompage constituant un moyen sensible à la pression. Dans ce cas, le moyen sensible à la pression est un diaphragme 4 en un matériau flexible, tel qu'un polymère. Cependant, la pompe de dosage de carburant 5 ne nécessite pas de comprendre un organe de pompage de type à diaphragme, qui peut être en variante du type à déplacement en va-et-vient avec un piston servant d'organe de pompage, comme décrit ci-après. The device comprises a fuel metering pump 5 having a fuel chamber 12 and a gas chamber 14, separated by a pumping member constituting a pressure-sensitive means. In this case, the pressure-sensitive means is a diaphragm 4 made of a flexible material, such as a polymer. However, the fuel metering pump 5 does not need to include a diaphragm type pumping member, which may alternatively be of the reciprocating type with a piston serving as a pumping member, as described below.
La chambre de gaz 14 communique, par un conduit 6, avec la chambre de compression 13 d'un compresseur à gaz 1, utilisé pour amener du gaz devant être utilisé selon des quantités dosées de propulsion de carburant vers un moteur, via l'injecteur 24. Typiquement, le gaz utilisé à cette fin est de l'air et le compresseur à gaz 1 est un compresseur à air, typiquement utilisé pour l'amenée d'air aux injecteurs d'un moteur, qui peut être un moteur à deux temps à injection directe. The gas chamber 14 communicates, via a conduit 6, with the compression chamber 13 of a gas compressor 1, used to supply gas to be used in metered amounts of fuel propulsion to an engine, via the injector 24. Typically, the gas used for this purpose is air and the gas compressor 1 is an air compressor, typically used for supplying air to the injectors of an engine, which can be a two-engine direct injection time.
Classiquement, le compresseur à air 1 est entraîné selon la vitesse du moteur et, par conséquent, une articulation mécanique peut être effectuée entre le vilebrequin du moteur et le vilebrequin du compresseur à air 1. Des dispositifs d'entraînement appropriés à courroie ou à engrenage peuvent être utilisés à cette fin, pour permettre au compresseur à air 1 de fonctionner à tout rapport souhaité de la vitesse du moteur. Conventionally, the air compressor 1 is driven according to the speed of the engine and, consequently, a mechanical articulation can be effected between the crankshaft of the engine and the crankshaft of the air compressor 1. Suitable drive devices with belt or gear can be used for this purpose, to allow the air compressor 1 to operate at any desired speed ratio of the engine.
De l'air est fourni à la chambre de compression 13 du compresseur à air 1, via un clapet anti-retour d'admission d'air 7. De façon analogue, une soupape d'arrêt 8 est prévue, à travers laquelle de l'air comprimé est fourni depuis la chambre de compression 13, pour être utilisé dans le dosage du carburant vers le moteur. La soupape d'arrêt 8 assure qu'il n'existe pas de retour d'air comprimé vers la chambre de compression 13 du compresseur à air 1. Air is supplied to the compression chamber 13 of the air compressor 1, via an air intake check valve 7. Likewise, a shut-off valve 8 is provided, through which Compressed air is supplied from the compression chamber 13, for use in the metering of fuel to the engine. The shut-off valve 8 ensures that there is no return of compressed air to the compression chamber 13 of the air compressor 1.
En se référant à la caractéristique du clapet anti-retour d'admission d'air 7, ce dernier est réglé de manière idéale pour assurer qu'un niveau prédéterminé souhaité de vide soit fourni dans la chambre de compression du compresseur à air 1, afin d'actionner le diaphragme 4 ou n'importe quel organe de pompage que l'on souhaite utiliser pour obtenir un remplissage suffisant de la chambre de carburant 12. A cet égard, une amenée de carburant par gravité vers la pompe, peut ne pas être utilisée et, du fait de l'élasticité du diaphragme 4, un certain vide est nécessaire pour amener le diaphragme vers le bas et soutirer du carburant dans la chambre de carburant 12. Ce qui vient d'être décrit peut s'étendre, par analogie, à d'autres pompes et organes de pompage. With reference to the characteristic of the air intake check valve 7, the latter is ideally adjusted to ensure that a desired predetermined level of vacuum is supplied in the compression chamber of the air compressor 1, in order to actuate the diaphragm 4 or any pumping member which it is desired to use to obtain sufficient filling of the fuel chamber 12. In this regard, a supply of fuel by gravity to the pump, may not be used and, due to the elasticity of the diaphragm 4, a certain vacuum is necessary to bring the diaphragm down and draw fuel into the fuel chamber 12. What has just been described may extend, by analogy , to other pumps and pumping devices.
Il est évident que, par la communication de la chambre de compression 13 du compresseur à air 1 via le conduit 6, avec la chambre de gaz 14 de la pompe à carburant 5, La chambre de gaz 14 est exposée à la fois à des pressions négatives et positives, lorsque le piston 2 se déplace dans le compresseur à air 1. It is obvious that, by the communication of the compression chamber 13 of the air compressor 1 via the conduit 6, with the gas chamber 14 of the fuel pump 5, The gas chamber 14 is exposed to both pressures negative and positive, when the piston 2 moves in the air compressor 1.
Lors d'une course descendante du piston 2, la chambre de compression 13 du compresseur à air 1 se dilate, tandis qu'une pression essentiellement négative en son sein déplace le diaphragme 4 vers le bas. During a downward stroke of the piston 2, the compression chamber 13 of the air compressor 1 expands, while an essentially negative pressure within it displaces the diaphragm 4 downwards.
Ceci correspond à un cycle de remplissage de la pompe à carburant 5 et la soupape d'arrêt d'admission de carburant 9 a tendance à s'ouvrir, à l'encontre de la force d'un ressort déplaçant normalement la soupape 9 vers une position fermée. Le carburant s'écoule dans la chambre de carburant 12, tout en occupant son volume, qui a été choisi de façon à contenir un certain volume de carburant, typiquement selon un ou plus typiquement selon plusieurs cas de dosages de carburant.This corresponds to a filling cycle of the fuel pump 5 and the fuel intake shut-off valve 9 tends to open, against the force of a spring normally moving the valve 9 towards a closed position. The fuel flows into the fuel chamber 12, while occupying its volume, which has been chosen so as to contain a certain volume of fuel, typically according to one or more typically according to several cases of fuel dosages.
Lors d'une course ascendante du piston 2, le diaphragme 4 se déplace vers le haut. Dans le même cycle, de l'air se trouvant sensiblement à la même pression que le carburant est expulsé via la soupape d'arrêt 8 dans la conduite de gaz 27. During an upward stroke of the piston 2, the diaphragm 4 moves upwards. In the same cycle, air at substantially the same pressure as the fuel is expelled via the shut-off valve 8 in the gas line 27.
Cependant, pour différentes raisons, telles qu'un retard dans le dispositif ou les soupapes de sûreté, le carburant et le gaz expulsés de la chambre de carburant 12 de la pompe de dosage de carburant 5 et de la chambre de compression 13 du compresseur à air 1 peuvent être exposés à un faible différentiel de pression. Par conséquent, un moyen d'égalisation de pression, tel qu'un accumulateur 26, ayant également un diaphragme 15 séparant les réservoirs de carburant et de gaz 16, 17 respectivement, peut également être disposé dans le dispositif pour obtenir une égalisation substantielle de la pression et un meilleur degré de commande au niveau du régulateur de pression 25 subséquent, qui est également placé entre les conduites de gaz et de carburant.L'accumulateur 26 peut comprendre de manière appropriée des ressorts de déplacement (non représentés), agissant de chaque côté du diaphragme 15. However, for various reasons, such as a delay in the device or the safety valves, the fuel and the gas expelled from the fuel chamber 12 of the fuel metering pump 5 and from the compression chamber 13 of the compressor to air 1 may be exposed to a small pressure differential. Consequently, a pressure equalization means, such as an accumulator 26, also having a diaphragm 15 separating the fuel and gas tanks 16, 17 respectively, can also be arranged in the device to obtain a substantial equalization of the pressure and a better degree of control at the subsequent pressure regulator 25, which is also placed between the gas and fuel lines. The accumulator 26 may suitably include displacement springs (not shown), acting on each side of the diaphragm 15.
Le moyen de régulation de pression 25 représenté présente un diaphragme 19 séparant la chambre de carburant 20 d'une chambre de gaz 21. Le diaphragme 19 est déplacé par un ressort 29, dont la caractéristique est choisie de manière appropriée pour fournir un différentiel de pression souhaité entre la pression du carburant et la pression du gaz dans le dispositif. Un tel différentiel de pression est particulièrement souhaitable dans un dispositf d'injection de carburant à deux fluides, dans lequel il est typiquement nécessaire que la pression du carburant soit supérieure à la pression de l'air, pour le dosage dans l'air en vue de son entraînement subséquent. The pressure regulating means 25 shown has a diaphragm 19 separating the fuel chamber 20 from a gas chamber 21. The diaphragm 19 is moved by a spring 29, the characteristic of which is suitably chosen to provide a pressure differential desired between fuel pressure and gas pressure in the device. Such a pressure differential is particularly desirable in a two-fluid fuel injection device, in which it is typically necessary for the fuel pressure to be higher than the air pressure, for metering in air in view of his subsequent training.
A cet égard, un moyen de régulation de pression 18, tel qu'un orifice à étendue fixe ou variable, peut également être placé dans la conduite de gaz 27, de manière que la pression du gaz puisse être réduite à une valeur inférieure à la pression du carburant, de sorte que le carburant puisse être dosé dans le gaz afin d'être injecté ainsi dans le moteur. In this regard, a pressure regulating means 18, such as a fixed or variable extent orifice, can also be placed in the gas line 27, so that the gas pressure can be reduced to a value lower than the fuel pressure, so that the fuel can be metered into the gas to be injected into the engine.
Selon une relation de temps avec le cycle du moteur, le carburant est typiquement dosé via un injecteur de carburant 22 de type à pression/temps, dans la chambre 23 à partir de laquelle le gaz propulse le carburant dans une chambre de combustion du moteur, via un autre injecteur de type à pression/temps 24, qui peut être de type à champignon ou à téton. Le fonctionnement de l'un ou des deux injecteurs peut être soumis à la commande d'une unité de commande électronique (ECU), qui commande la durée d'ouverture de l'injecteur pour une charge de moteur particulière et des conditions de vitesse particulières. According to a time relationship with the engine cycle, the fuel is typically metered via a fuel injector 22 of the pressure / time type, into the chamber 23 from which the gas propels the fuel into a combustion chamber of the engine, via another injector of the pressure / time type 24, which can be of the mushroom or nipple type. The operation of one or both injectors may be subject to the control of an electronic control unit (ECU), which controls the duration of opening of the injector for a particular engine load and particular speed conditions .
Les moyens de régulation de pression 25 utilisés, décrits ci-dessus, ne sont cependant pas limités aux types décrits et d'autres types de régulateurs de pression peuvent être évidents à l'Homme du métier, à la lecture de cette description. The pressure regulating means 25 used, described above, are not however limited to the types described and other types of pressure regulators can be obvious to a person skilled in the art, on reading this description.
Une variante possible peut impliquer le remplacement de l'accumulateur 26 et du régulateur de pression 25 par un simple régulateur de pression, bien que ceci ne puisse pas fournir la meilleure performance du dispositif. A possible variant may involve replacing the accumulator 26 and the pressure regulator 25 with a simple pressure regulator, although this may not provide the best performance of the device.
Certaines autres caractéristiques du dispositif sont à présent décrites. Certain other characteristics of the device are now described.
La pompe de dosage de carburant 5 est formée à proximité, de préférence d'un seul tenant avec la tête du compresseur à air 1. Bien que ceci ne soit pas strictement nécessaire, un positionnement éloigné de la pompe de dosage de carburant 5 depuis le compresseur à air 1 rallonge le conduit 6 et peut nuire au rendement de la pompe 5. En outre, la proximité du compresseur à air 1 et de la pompe de dosage de carburant 5 fournit un espace et, potentiellement, un avantage de poids ou d'encombrement.The fuel metering pump 5 is formed in proximity, preferably in one piece with the head of the air compressor 1. Although this is not strictly necessary, positioning away from the fuel metering pump 5 from the air compressor 1 extends duct 6 and can adversely affect the performance of pump 5. In addition, the proximity of air compressor 1 and fuel metering pump 5 provides space and, potentially, a weight or weight advantage. '' clutter.
Cependant, la proximité de la pompe de dosage de carburant 5 par rapport au compresseur à air 1 peut, dans certaines applications, créer certains problèmes, I'un d'entre eux pouvant être qu'un degré de chaleur est produit par le compresseur à air 1 durant le fonctionnement, avec le risque résultant d'une production de vapeur dans la chambre de carburant 12. However, the proximity of the fuel metering pump 5 to the air compressor 1 can, in some applications, create certain problems, one of which may be that a degree of heat is produced by the air compressor. air 1 during operation, with the risk resulting from the production of steam in the fuel chamber 12.
Ainsi, il peut être souhaitable d'inclure un séparateur de vapeur pour éliminer cette vapeur en aval de la soupape de sûreté 10, pour éviter l'inconvénient d'un écoulement possible en raison de la présence de vapeur dans la conduite de carburant 28.Thus, it may be desirable to include a vapor separator to eliminate this vapor downstream of the safety valve 10, to avoid the inconvenience of a possible flow due to the presence of vapor in the fuel line 28.
A titre de variante, ou en plus, de l'addition d'un séparateur de vapeur, on peut prévoir un refroidissement du boîtier de la pompe de dosage de carburant 5 et, en particulier, de la partie du boîtier de la pompe qui est en contact avec le boîtier du compresseur à air 1. Des conduits de refroidissement appropriés, alimentés en eau ou en autres agents de refroidissement appropriés, peuvent être prévus dans la partie inférieure du boîtier à cette fin. L'effet de refroidissement peut aider à empêcher la formation de vapeur dans la chambre de carburant 12. As a variant, or in addition, of the addition of a vapor separator, provision may be made for cooling the housing of the fuel metering pump 5 and, in particular, of the part of the housing of the pump which is in contact with the air compressor housing 1. Suitable cooling conduits, supplied with water or other suitable cooling agents, may be provided in the lower part of the housing for this purpose. The cooling effect can help prevent the formation of vapor in the fuel chamber 12.
Le type de fonctionnement de la pompe la rend essentiellement auto-aspirante, en ce que tout air apparaissant dans la chambre de carburant ou de pompage 12 est pompé. Dans le cas où aucun carburant n'est contenu dans la chambre de pompage, le taux d'aspiration est essentiellement déterminé par le déplacement du moyen de pompage. Ceci détermine le nombre de cycles qui sont nécessaires pour établir une avancée en cul-desac du carburant dans la chambre de pompage. The type of operation of the pump makes it essentially self-aspirating, in that any air appearing in the fuel or pumping chamber 12 is pumped. In the case where no fuel is contained in the pumping chamber, the suction rate is essentially determined by the displacement of the pumping means. This determines the number of cycles that are required to establish a fuel surge in the pumping chamber.
Comme indiqué ci-dessus, la pompe de dosage de carburant 5 ne nécessite pas d'être du type à diaphragme. Plutôt que de comprendre un diaphragme 4 à titre d'organe de pompage, L'organe de pompage peut être un élément, tel qu'un organe formant disque, déplacé de manière appropriée par un ressort ou un moyen analogue, pour servir de piston flottant. As indicated above, the fuel metering pump 5 need not be of the diaphragm type. Rather than comprising a diaphragm 4 as a pumping member, the pumping member may be an element, such as a disc member, suitably displaced by a spring or the like, to serve as a floating piston .
Par un tel moyen, il peut être possible d'éviter l'utilisation d'un régulateur de pression séparé afin d'assurer le différentiel de pression souhaité entre le carburant et l'air. En particulier, la force du ressort agissant sur le piston peut être réglée de façon à établir le différentiel de pression entre le carburant et l'air, en aval de la pompe et évite la nécessité d'un régulateur de pression. By such means, it may be possible to avoid the use of a separate pressure regulator to provide the desired pressure differential between the fuel and the air. In particular, the force of the spring acting on the piston can be adjusted so as to establish the pressure differential between the fuel and the air, downstream of the pump and avoids the need for a pressure regulator.
A cet égard, on comprendra que la pression régnant dans la chambre de compression 13 du compresseur à air 1 effectue des cycles entre des valeurs positives et négatives, en réponse au déplacement en va-et-vient en son sein du piston 2. In this regard, it will be understood that the pressure prevailing in the compression chamber 13 of the air compressor 1 cycles between positive and negative values, in response to the reciprocating movement within it of the piston 2.
L'addition du ressort impose l'application d'une pression de ressort sur le carburant contenu dans la chambre de carburant 12, qui s'ajoute à la pression imposée par le déplacement positif du piston, telle que produite par la compression de l'air dans le compresseur. The addition of the spring requires the application of a spring pressure on the fuel contained in the fuel chamber 12, which is added to the pressure imposed by the positive displacement of the piston, as produced by the compression of the air in the compressor.
De cette manière, la pression de carburant suit la pression de l'air, mais est décalée de cette dernière d'une valeur qui est consécutive de la pression de ressort agissant sur le piston de la pompe de dosage de carburant 5. Par une sélection appropriée de la caractéristique d'élasticité, la pression du ressort peut fournir le différentiel souhaité entre les pressions de carburant et d'air et la nécessité d'un régulateur de pression peut être évitée. In this way, the fuel pressure follows the air pressure, but is offset from the latter by a value which is consecutive to the spring pressure acting on the piston of the fuel metering pump 5. By a selection Appropriate elasticity characteristic, the spring pressure can provide the desired differential between fuel and air pressures and the need for a pressure regulator can be avoided.
A cet égard, on comprendra que le pic négatif de la pression produite par le compresseur à air 1 doit être suffisamment supérieur à la pression d'élasticité que le piston est capable de surmonter lors de la course descendante du piston de compresseur 2, sinon il est impossible de soutirer du carburant dans la chambre de carburant 12 de la pompe de dosage de carburant 5. In this regard, it will be understood that the negative peak of the pressure produced by the air compressor 1 must be sufficiently greater than the elasticity pressure which the piston is capable of overcoming during the downward stroke of the compressor piston 2, otherwise it It is impossible to draw fuel from the fuel chamber 12 of the fuel metering pump 5.
En variante, la soupape d'admission d'air 7 peut être modifiée pour s'ouvrir légèrement plus tard lors de la phase d'induction du compresseur à air 1, pour fournir un vide ou un plus grand vide en son sein. Par exemple, la soupape d'admission d'air 7 peut être déplacée par un ressort ou un moyen analogue, pour permettre de produire un certain niveau de vide dans la chambre de compression 13, avant qu'elle s'ouvre pour permettre un écoulement d'air ou de gaz en son sein. Dans une autre modification, une valve à membrane adaptée peut être utilisée, ayant initialement une certaine résistance à l'ouverture, mais une fois ouverte, pouvant rester ouverte sans présenter une trop grande action de pression d'aspiration. Alternatively, the air intake valve 7 can be modified to open slightly later during the induction phase of the air compressor 1, to provide a vacuum or a greater vacuum within it. For example, the air intake valve 7 can be moved by a spring or the like to allow a certain level of vacuum to be produced in the compression chamber 13 before it opens to allow flow. air or gas within it. In another modification, a suitable membrane valve can be used, initially having a certain resistance to opening, but once opened, being able to remain open without having too great a suction pressure action.
On comprendra également que l'organe de pompage 4 de la pompe 5 de la présente invention peut être remplacé par un élément double, par exemple, un organe de pompage à diaphragme double, tel que celui décrit dans une demande de brevet de la demanderesse, déposée le 30 juin 1995. It will also be understood that the pumping member 4 of the pump 5 of the present invention can be replaced by a double element, for example, a pumping member with double diaphragm, such as that described in a patent application by the applicant, filed June 30, 1995.
Un tel moyen de pompage peut fournir un différentiel de pression prédéterminé entre le carburant et l'air fourni par la pompe 5, en aval de cette dernière.Such pumping means can provide a predetermined pressure differential between the fuel and the air supplied by the pump 5, downstream of the latter.
Le cadre d'application de la présente invention n'est pas limité aux modes de réalisation détaillés décrits ci-dessus et différentes modifications peuvent être apportées, sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, mais sans limitation, l'application de la pompe de la présente invention n'est pas limitée à l'amenée de carburant à un moteur. The scope of the present invention is not limited to the detailed embodiments described above and various modifications can be made, without departing from the scope of the invention. In particular, but without limitation, the application of the pump of the present invention is not limited to supplying fuel to an engine.
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