FR3132124A1 - High-pressure fuel system for the direct injection of liquid fuel into a dual-fuel internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Ce système d’alimentation à haute pression (33) pour l’injection directe de carburant liquide dans un moteur à combustion interne à bicarburation d’un véhicule automobile configuré pour brûler un carburant liquide et un carburant gazeux, comprend une pompe à haute pression (34) destinée à être alimentée en carburant par un circuit à basse pression (53) et alimentant des injecteurs (48),et est caractérisé en ce qu’il comprend en l’aval des injecteurs (48) au moins un circuit de retour (52) vers le circuit à basse pression (53). Figure pour l’abrégé : Fig 3This high pressure supply system (33) for the direct injection of liquid fuel into a bi-fuel internal combustion engine of a motor vehicle configured to burn a liquid fuel and a gaseous fuel, comprises a high pressure pump ( 34) intended to be supplied with fuel by a low-pressure circuit (53) and supplying injectors (48), and is characterized in that it comprises downstream of the injectors (48) at least one return circuit ( 52) to the low pressure circuit (53). Figure for abstract: Fig 3
Description
La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne, et plus particulièrement les moteurs comprenant un double système de carburation dont au moins un système d’alimentation de carburant liquide comprenant une pompe à haute pression et des injecteurs.The present invention relates to the field of internal combustion engines, and more particularly to engines comprising a double carburetion system including at least one liquid fuel supply system comprising a high pressure pump and injectors.
Plus particulièrement, l’invention concerne le refroidissement d’une pompe à haute pression et des injecteurs.More particularly, the invention relates to the cooling of a high pressure pump and injectors.
Dans un moteur à combustion interne, la carburation par gaz, par exemple par gaz de pétrole liquéfié, d’acronyme « GPL », ou par gaz naturel comprimé, d’acronyme « GNC » permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre, notamment le dioxyde de carbone, ainsi que les émissions polluantes par rapport à une carburation par injection d’un carburant liquide, par exemple de l’essence pure, ou un mélange d’essence et d’éthanol, voire de l’éthanol pur.In an internal combustion engine, gas carburation, for example by liquefied petroleum gas, acronym “LPG”, or by compressed natural gas, acronym “CNG”, makes it possible to reduce greenhouse gas emissions. , in particular carbon dioxide, as well as polluting emissions compared to carburetion by injection of a liquid fuel, for example pure gasoline, or a mixture of gasoline and ethanol, or even pure ethanol .
Toutefois, le carburant de type gaz pose certains problèmes techniques, tel qu’un besoin d’être chauffé pour le démarrage du moteur, et des problèmes logistiques puisque seulement peu de points d’approvisionnement sont disponibles pour les utilisateurs. Ainsi, il est nécessaire de conserver une carburation à base liquide, en général à base d’essence, afin d’assurer le démarrage du moteur et l’autonomie du véhicule exigée par les utilisateurs.However, gas-type fuel poses certain technical problems, such as a need to be heated for engine starting, and logistical problems since only few supply points are available to users. Thus, it is necessary to maintain liquid-based carburetion, generally gasoline-based, in order to ensure engine starting and the vehicle autonomy required by users.
La combustion par gaz utilise un allumage commandé, de sorte que dans une double carburation, la carburation par gaz sera de préférence associée à une carburation à base d’essence.Gas combustion uses spark ignition, so in dual carburetion, gas carburetion will preferably be combined with gasoline-based carburetion.
Un moteur à double carburation gaz et essence, ou plus généralement liquide, est contraint de respecter les mêmes normes réglementaires qu’un moteur à simple carburation.An engine with dual gas and gasoline carburetion, or more generally liquid, is required to comply with the same regulatory standards as a single carburetion engine.
La technologie dite à injection directe d’essence, d’acronyme « IDE » permet une injection de carburant directement dans les cylindres de moteur. L’injection directe permet d’abaisser la consommation de carburant et les émissions de dioxyde de carbone, ainsi que de réduire les émissions de polluants.So-called direct gasoline injection technology, acronym “IDE”, allows fuel injection directly into the engine cylinders. Direct injection helps lower fuel consumption and carbon dioxide emissions, as well as reducing pollutant emissions.
La carburation par gaz est de ce fait généralement associée à une carburation à injection directe d’essence.Gas carburation is therefore generally associated with direct gasoline injection carburation.
Dans un système de carburation de type IDE, l’injection de carburant (essence et/ou éthanol) est réalisée directement dans la chambre de combustion, à haute pression, afin de garantir une pulvérisation correcte du carburant dans les cylindres du moteur tout en conservant la capacité d’introduire une quantité suffisante de carburant dans les cylindres entre chaque combustion. Un système de carburation de type IDE comprend donc des injecteurs directs, à raison de un par cylindre du moteur, et une pompe à haute pression de carburant liquide.In an IDE type carburetion system, fuel injection (petrol and/or ethanol) is carried out directly into the combustion chamber, at high pressure, in order to guarantee correct spraying of the fuel in the engine cylinders while maintaining the ability to introduce a sufficient quantity of fuel into the cylinders between each combustion. An IDE type carburetion system therefore includes direct injectors, one per engine cylinder, and a high pressure liquid fuel pump.
La pompe à haute pression d’un système de carburation de type IDE est entraînée généralement par un élément du moteur à combustion interne, par exemple un arbre à cames avec un poussoir intermédiaire. La pompe à haute pression est ainsi fixée sur le moteur et chauffe lors du fonctionnement de ce dernier.The high pressure pump of an IDE type carburetion system is generally driven by an element of the internal combustion engine, for example a camshaft with an intermediate tappet. The high pressure pump is thus fixed on the engine and heats up when the latter is operating.
Le carburant à l’intérieur de la pompe à haute pression est sensible au phénomène de cavitation, car des conditions hydrodynamiques propices à son apparition peuvent apparaître en phase d’aspiration dans la pompe à haute pression, notamment à cause des chutes de pression. Le phénomène de cavitation peut entraîner des dommages importants de la pompe à haute pression. Il est donc nécessaire d’éviter la formation de cavitation en maintenant une température suffisamment basse à l’intérieur de la pompe à haute pression.The fuel inside the high pressure pump is sensitive to the phenomenon of cavitation, because hydrodynamic conditions conducive to its appearance can appear during the suction phase in the high pressure pump, in particular because of pressure drops. The cavitation phenomenon can cause significant damage to the high pressure pump. It is therefore necessary to avoid the formation of cavitation by maintaining a sufficiently low temperature inside the high pressure pump.
De plus, chaque injecteur direct se situe à proximité d’un cylindre du moteur et a une extrémité en contact avec les gaz de combustion. Sa température doit donc être également maintenue suffisamment basse pour éviter tout endommagement.In addition, each direct injector is located near an engine cylinder and has one end in contact with the combustion gases. Its temperature must therefore also be kept low enough to avoid any damage.
Classiquement, sur un moteur à carburation unique de type IDE, la circulation de carburant dans le système de carburation suffit à le refroidir, le débit consommé par le moteur étant assez élevé pour maintenir la température suffisamment basse dans la pompe à haute pression et dans les injecteurs directs.Conventionally, on a single carburetion engine of the IDE type, the circulation of fuel in the carburetion system is sufficient to cool it, the flow consumed by the engine being high enough to keep the temperature sufficiently low in the high pressure pump and in the direct injectors.
Néanmoins, sur un moteur à double carburation, par exemple à carburation à gaz et à carburation de type IDE, il n’y a pas assez de débit de carburant passant à travers le système de carburation de type IDE lors du fonctionnement du moteur en mode de carburation à gaz pour assurer le refroidissement du système de carburation de type IDE. Le système de carburation de type IDE nécessite alors un système de refroidissement dédié.However, on a dual carbureted engine, for example gas carbureted and IDE type carburetion, there is not enough fuel flow passing through the IDE type carburetion system when operating the engine in mode gas carburetor to ensure cooling of the IDE type carburetion system. The IDE type carburetion system then requires a dedicated cooling system.
Une solution existante consiste à insérer sur le moteur une chambre de liquide de refroidissement autour de la pompe à haute pression.An existing solution consists of inserting a coolant chamber on the engine around the high pressure pump.
On peut se référer à cet égard au document DE 10 2013 206 433 – A1 qui décrit des systèmes de refroidissement extérieurs à la pompe à haute pression.In this regard, reference can be made to document DE 10 2013 206 433 – A1 which describes cooling systems external to the high pressure pump.
Toutefois, une telle solution impose un volume supplémentaire sur le moteur dans un environnement particulièrement contraint entre les différents éléments du moteur et la zone vide d’éléments mécaniques à l’intérieur du véhicule pour garantir la sécurité des piétons en cas de choc avec le véhicule. De plus, cette solution ne permet pas de refroidir les injecteurs.However, such a solution imposes an additional volume on the engine in a particularly constrained environment between the different elements of the engine and the empty zone of mechanical elements inside the vehicle to guarantee the safety of pedestrians in the event of an impact with the vehicle. . In addition, this solution does not allow the injectors to be cooled.
Une autre solution existante consiste à injecter lors des phases de carburation au gaz la quantité d’essence nécessaire et suffisante pour refroidir le système de carburation de type IDE. Le carburant brûlé dans la chambre de combustion à chaque cycle est alors un mélange de gaz et d’essence.Another existing solution consists of injecting during the gas carburetion phases the necessary and sufficient quantity of gasoline to cool the IDE type carburetion system. The fuel burned in the combustion chamber during each cycle is then a mixture of gas and gasoline.
Un tel procédé est décrit dans la demande de brevet FR2009671 de la demanderesse. Selon ce procédé, un premier injecteur est adapté à l’injection indirecte d’un carburant gazeux de type GPL par exemple, et un deuxième injecteur est adapté à l’injection directe d’un carburant liquide de type essence par exemple. L’inconvénient de cette solution est qu’elle entraîne une surconsommation d’essence, lorsque le moteur fonctionne au gaz et que la température du système de carburation de type IDE est trop élevée.Such a process is described in the applicant's patent application FR2009671. According to this method, a first injector is adapted to the indirect injection of a gaseous fuel of the LPG type for example, and a second injector is adapted to the direct injection of a liquid fuel of the gasoline type for example. The disadvantage of this solution is that it leads to excess gasoline consumption when the engine runs on gas and the temperature of the IDE type carburetion system is too high.
Le document US 20090320774 divulgue un procédé de pilotage de moteur à combustion interne pouvant fonctionner avec du carburant liquide ou gazeux, qui prévoit, lors du fonctionnement du moteur au gaz, de refroidir avec du carburant liquide un composant chargé thermiquement du moteur, par exemple la buse de l’injecteur. Ce procédé présente l’inconvénient d’augmenter la consommation d’essence.Document US 20090320774 discloses a method for controlling an internal combustion engine that can operate with liquid or gaseous fuel, which provides, during operation of the gas engine, to cool a thermally charged component of the engine with liquid fuel, for example the injector nozzle. This process has the disadvantage of increasing fuel consumption.
La demande de brevet FR 2109201 de la demanderesse divulgue une pompe à haute pression comprenant une sortie de carburant liquide à basse pression reliée à la chambre basse pression et configurée pour créer un débit continu de carburant liquide au travers du clapet d’entrée et de la chambre à basse pression pendant le fonctionnement du moteur avec le carburant gazeux. Ce débit continu permet de refroidir la pompe à haute pression mais pas les injecteurs de carburant.The applicant's patent application FR 2109201 discloses a high pressure pump comprising a low pressure liquid fuel outlet connected to the low pressure chamber and configured to create a continuous flow of liquid fuel through the inlet valve and the low pressure chamber during engine operation with gaseous fuel. This continuous flow cools the high pressure pump but not the fuel injectors.
Une solution existante (« The new Audi 2.0l g-tron – another step for the sustainable mobility of the future » - AUDI, Internationales Wiener Motorensymposium 2017) consiste à refroidir la pompe à haute pression par l’intermédiaire d’une cale contenant une chambre de liquide de refroidissement entre le moteur et la semelle de la pompe à haute pression. Avec ou sans cale, cette solution présente plusieurs inconvénients. Surélever la pompe à haute pression par rapport à sa position d’origine sur le moteur sur lequel est installée la double carburation, est contraire à la règlementation, car cela correspond à faire pénétrer un élément mécanique dans la zone de sécurité réservée à la protection des piétons en cas de choc. Cette solution nécessite également l’installation d’un circuit d’alimentation de liquide de refroidissement, alimenté depuis une partie froide du circuit de refroidissement du moteur éloignée de la pompe à haute pression, et qui traverse le compartiment moteur dont l’architecture est déjà très contrainte. Enfin, cette solution ne permet pas de refroidir les injecteurs.An existing solution (“The new Audi 2.0l g-tron – another step for the sustainable mobility of the future” - AUDI, Internationales Wiener Motorensymposium 2017) consists of cooling the high pressure pump via a wedge containing a coolant chamber between the engine and the high pressure pump sole. With or without a wedge, this solution has several disadvantages. Raising the high pressure pump compared to its original position on the engine on which the dual carburetion is installed, is contrary to the regulations, because this corresponds to causing a mechanical element to enter the safety zone reserved for the protection of the pedestrians in the event of an impact. This solution also requires the installation of a coolant supply circuit, supplied from a cold part of the engine cooling circuit distant from the high pressure pump, and which crosses the engine compartment whose architecture is already very constrained. Finally, this solution does not allow the injectors to be cooled.
Au vu de ce qui précède, le but de l’invention est de proposer un système d’alimentation à haute pression pour système d’injection de carburant pour moteur fonctionnant à double carburation qui n’augmente pas la consommation d’essence, qui refroidit à la fois la pompe à haute pression et les injecteurs, et qui augmente le moins possible le volume utilisé par la pompe à haute pression.In view of the above, the aim of the invention is to provide a high pressure supply system for a fuel injection system for an engine operating with dual carburetion which does not increase gasoline consumption, which cools both the high pressure pump and the injectors, and which increases the volume used by the high pressure pump as little as possible.
L’invention a pour objet un système d’alimentation à haute pression pour l’injection directe de carburant liquide dans un moteur à combustion interne à bicarburation d’un véhicule automobile configuré pour brûler un carburant liquide et un carburant gazeux.The subject of the invention is a high-pressure supply system for the direct injection of liquid fuel into a dual-fuel internal combustion engine of a motor vehicle configured to burn a liquid fuel and a gaseous fuel.
Le système d’alimentation comprend une pompe à haute pression destinée à être alimentée en carburant par un circuit à basse pression et alimentant des injecteurs. Il est caractérisé en ce qu’il comprend en aval des injecteurs au moins un circuit de retour vers le circuit à basse pression.The fuel system includes a high pressure pump intended to be supplied with fuel by a low pressure circuit and supplying injectors. It is characterized in that it comprises, downstream of the injectors, at least one return circuit towards the low pressure circuit.
Par exemple, la pompe à haute pression comprend un corps de pompe comprenant une entrée de carburant à basse pression débouchant dans un conduit d’admission de carburant, une sortie de carburant à haute pression et une chambre de compression reliant le conduit d’admission de carburant à la sortie de carburant à haute pression.For example, the high pressure pump comprises a pump body comprising a low pressure fuel inlet opening into a fuel inlet conduit, a high pressure fuel outlet and a compression chamber connecting the fuel inlet conduit. fuel to the high pressure fuel outlet.
Avantageusement, la pompe à haute pression est configurée pour créer un débit continu de carburant liquide à travers le corps de pompe pendant le fonctionnement du moteur avec le carburant gazeux.Advantageously, the high pressure pump is configured to create a continuous flow of liquid fuel through the pump body during operation of the engine with the gaseous fuel.
Avantageusement, chaque injecteur est muni d’un clapet permettant de contrôler le passage du carburant liquide depuis l’injecteur dans le circuit de retour situé à son aval.Advantageously, each injector is provided with a valve making it possible to control the passage of liquid fuel from the injector into the return circuit located downstream.
Selon une caractéristique, le clapet est mécanique.According to one characteristic, the valve is mechanical.
Avantageusement, le clapet est taré à une valeur suffisamment supérieure à la pression de fonctionnement nominale du système à injection directe d’essence et/ou d’éthanol.Advantageously, the valve is calibrated to a value sufficiently higher than the nominal operating pressure of the direct injection system of gasoline and/or ethanol.
Selon une autre caractéristique, le clapet est piloté électriquement.According to another characteristic, the valve is electrically controlled.
Avantageusement, le clapet est piloté en position ouverte pendant la phase d’alimentation en combustible gazeux du moteur et piloté en position fermée pendant la phase d’alimentation en combustible liquide du moteur.Advantageously, the valve is controlled in the open position during the gaseous fuel supply phase of the engine and controlled in the closed position during the liquid fuel supply phase of the engine.
L’invention a encore pour objet un moteur à combustion interne à bicarburation d’un véhicule automobile configuré pour brûler un carburant liquide et un carburant gazeux caractérisé en ce qu’il comprend un système d’alimentation à haute pression tel que décrit précédemment.The invention also relates to a dual-fuel internal combustion engine of a motor vehicle configured to burn a liquid fuel and a gaseous fuel, characterized in that it comprises a high pressure supply system as described above.
L’invention a encore pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend un moteur à combustion interne tel que décrit précédemment.The invention also relates to a motor vehicle characterized in that it comprises an internal combustion engine as described above.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other aims, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings in which:
Sur la
Cette architecture est donnée à titre d’exemple et ne limite pas l’invention à la seule configuration de l’architecture présentée.This architecture is given as an example and does not limit the invention to the sole configuration of the architecture presented.
Dans l’exemple illustré, le moteur à combustion interne 1 comprend, de manière non limitative, trois cylindres 2 en ligne, un collecteur d’admission d’air frais 3, un collecteur d’échappement 4 et un système de turbo-compression 5.In the example illustrated, the internal combustion engine 1 comprises, without limitation, three cylinders 2 in line, a fresh air intake manifold 3, an exhaust manifold 4 and a turbo-compression system 5 .
Les cylindres 2 sont alimentés en air par l’intermédiaire du collecteur d’admission 3, ou répartiteur d’admission, lui-même alimenté par une conduite 6 pourvue d’un filtre à air 7 et du compresseur 5b du turbocompresseur 5 du moteur 1.The cylinders 2 are supplied with air via the intake manifold 3, or intake distributor, itself supplied by a pipe 6 provided with an air filter 7 and the compressor 5b of the turbocharger 5 of the engine 1 .
Le turbocompresseur 5 comporte essentiellement une turbine 5a entraînée par les gaz d’échappement et un compresseur 5b monté sur le même axe ou arbre que la turbine 5a et assurant une compression de l’air distribué par le filtre à air 7, dans le but d’augmenter la quantité (débit massique) d’air admise dans les cylindres 2 du moteur 1. La turbine 5a peut être du type « à géométrie variable », c’est-à-dire que la roue de la turbine est équipée d’ailettes à inclinaison variable afin de moduler la quantité d’énergie prélevée sur les gaz d’échappement, et ainsi la pression de suralimentation.The turbocharger 5 essentially comprises a turbine 5a driven by the exhaust gases and a compressor 5b mounted on the same axis or shaft as the turbine 5a and ensuring compression of the air distributed by the air filter 7, with the aim of increase the quantity (mass flow) of air admitted into the cylinders 2 of the engine 1. The turbine 5a can be of the "variable geometry" type, that is to say that the turbine wheel is equipped with Variable inclination fins in order to modulate the quantity of energy taken from the exhaust gases, and thus the boost pressure.
En ce qui concerne le collecteur d’échappement 4, celui-ci récupère les gaz d’échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l’extérieur, par l’intermédiaire d’un conduit d’échappement des gaz 8 débouchant sur la turbine 5a du turbocompresseur 5 et par une ligne d’échappement 9 montée en aval de ladite turbine 5a.Concerning the exhaust collector 4, it recovers the exhaust gases resulting from combustion and evacuates the latter to the outside, via a gas exhaust conduit 8 opening onto the turbine 5a of the turbocharger 5 and by an exhaust line 9 mounted downstream of said turbine 5a.
A titre d’exemple nullement limitatif, le moteur 1 comprend un système 10 de dépollution des gaz de combustion du moteur. Le système 10 de dépollution ne sera pas davantage décrit.By way of non-limiting example, the engine 1 includes a system 10 for depolluting the engine's combustion gases. The depollution system 10 will not be described further.
Le moteur 1 est associé à un système de carburation à injection directe de carburant liquide comprenant, par exemple, des injecteurs de carburant (non référencés) injectant un carburant liquide, tel que par exemple de l’essence pure, ou un mélange d’essence et d’éthanol, directement dans chaque cylindre 2 à partir d’un réservoir 11 de carburant liquide.The engine 1 is associated with a carburetion system with direct injection of liquid fuel comprising, for example, fuel injectors (not referenced) injecting a liquid fuel, such as for example pure gasoline, or a mixture of gasoline and ethanol, directly into each cylinder 2 from a tank 11 of liquid fuel.
Le moteur 1 est associé à un second système de carburation (non représenté) par injection de gaz dans les cylindres 2 à partir d’un réservoir 12 de carburant gazeux.The engine 1 is associated with a second carburetion system (not shown) by injection of gas into the cylinders 2 from a tank 12 of gaseous fuel.
Par « gaz », on entend du gaz de pétrole liquéfié, d’acronyme « GPL », ou du gaz naturel comprimé, d’acronyme « GNC ».By “gas”, we mean liquefied petroleum gas, acronym “LPG”, or compressed natural gas, acronym “CNG”.
Le système de carburation à injection directe de carburant liquide (essence et/ou éthanol) comprend une pompe à haute pression (non représentée sur la
Un exemple connu de pompe à haute pression est illustré sur la
La pompe à haute pression 13 comprend un corps de pompe 14 sensiblement cylindrique comprenant une entrée 15 de carburant à basse pression débouchant dans un conduit d’admission 16 de carburant, une sortie 17 de carburant à haute pression et une chambre de compression 18 reliant le conduit d’admission 16 de carburant à la sortie 17 de carburant à haute pression.The high pressure pump 13 comprises a substantially cylindrical pump body 14 comprising a low pressure fuel inlet 15 opening into a fuel inlet conduit 16, a high pressure fuel outlet 17 and a compression chamber 18 connecting the fuel inlet conduit 16 to high pressure fuel outlet 17.
La pompe 13 comprend en outre une chambre 19 à basse pression reliée au conduit d’admission 16 de carburant et un plongeur 20 mobile en translation dans le corps de pompe 14.The pump 13 further comprises a low pressure chamber 19 connected to the fuel intake conduit 16 and a plunger 20 movable in translation in the pump body 14.
La pompe 13 comprend un bouchon 21, fixe par rapport au corps, dans lequel coulisse la tige du plongeur 20.The pump 13 includes a plug 21, fixed relative to the body, in which the rod of the plunger 20 slides.
La chambre à basse pression 19 est située axialement sous le piston du plongeur 20.The low pressure chamber 19 is located axially under the piston of the plunger 20.
Tel qu’illustré, la pompe 13 comprend un clapet 22 d’entrée de la chambre de compression 18, un clapet 23 de sortie de la chambre de compression 18 et un clapet 24 de décharge du circuit haute pression.As illustrated, the pump 13 comprises an inlet valve 22 of the compression chamber 18, an outlet valve 23 of the compression chamber 18 and a valve 24 for discharge from the high pressure circuit.
En fonctionnement normal du système d’injection directe d’essence et/ou d’éthanol, le plongeur 20 est entraîné par une came (non représentée) et par l’intermédiaire d’un poussoir (non représenté), généralement à raison d’un cycle de pompage par cycle de combustion du moteur.In normal operation of the direct gasoline and/or ethanol injection system, the plunger 20 is driven by a cam (not shown) and via a pusher (not shown), generally at a rate of one pumping cycle per engine combustion cycle.
Le carburant est poussé dans la pompe à haute pression 13 à une pression d’alimentation de l’ordre de 3 bars à 6 bars par une pompe à basse pression (non représentée) au travers de l’entrée 15 de carburant.The fuel is pushed into the high pressure pump 13 at a supply pressure of the order of 3 bar to 6 bar by a low pressure pump (not shown) through the fuel inlet 15.
Lors de la phase d’aspiration du carburant dans la chambre de compression 18 par le plongeur 20, le clapet d’entrée 22 non piloté est ouvert et le carburant arrive depuis l’entrée 15 de carburant et la chambre basse pression 19 pendant que le plongeur 20 descend de son point mort haut jusqu’à son point mort bas. Les clapets de sortie 23 et de décharge 24 sont maintenus fermés par la force de leur ressort (non référencés) respectif.During the phase of suction of fuel into the compression chamber 18 by the plunger 20, the uncontrolled inlet valve 22 is open and the fuel arrives from the fuel inlet 15 and the low pressure chamber 19 while the plunger 20 descends from its top dead center to its bottom dead center. The outlet 23 and discharge 24 valves are held closed by the force of their respective springs (not referenced).
Lors de la phase de contrôle de la quantité de carburant pompée, c’est-à-dire lorsque le plongeur 20 commence à remonter de son point mort bas, un volume de carburant est expulsé de la chambre de compression 18 au travers du clapet 22 d’entrée ouvert vers l’entrée 15 et la chambre à basse pression 19. Les clapets de sortie 23 et de décharge 24 sont maintenus fermés par la force de leur ressort (non référencés) respectif et par la pression de carburant présent à la sortie 17.During the phase of controlling the quantity of fuel pumped, that is to say when the plunger 20 begins to rise from its bottom dead center, a volume of fuel is expelled from the compression chamber 18 through the valve 22 inlet open towards the inlet 15 and the low pressure chamber 19. The outlet 23 and discharge valves 24 are kept closed by the force of their respective spring (not referenced) and by the fuel pressure present at the outlet 17.
Lorsque le volume restant dans la chambre de compression 18 correspond à la quantité à pomper, le clapet d’entrée 22 est piloté en position fermée.When the volume remaining in the compression chamber 18 corresponds to the quantity to be pumped, the inlet valve 22 is controlled to the closed position.
Lors de la phase de compression du carburant dans la chambre de compression 18 et dans la sortie 17, le carburant est expulsé de la chambre de compression 18 par le clapet de sortie 23 pendant que le plongeur 20 continue sa montée jusqu’à son point mort haut.During the fuel compression phase in the compression chamber 18 and in the outlet 17, the fuel is expelled from the compression chamber 18 by the outlet valve 23 while the plunger 20 continues its rise to its dead center high.
Le carburant comprimé transite dans le tuyau à haute pression 25, situé en amont d’une rampe à haute pression 26. La rampe 26 permet de constituer une réserve de carburant et de distribuer le carburant à l’entrée de chaque injecteur 27 via leurs coupelles 28 respectives. Lorsque les injecteurs 27 sont commandés électriquement, les aiguilles 29 qui sont guidées dans les corps des injecteurs 27 se lèvent et permettent au carburant de s’écouler à l’intérieur des injecteurs 27 et ainsi de refroidir le corps 30, l’aiguille 29, la bille 31 et le nez 32 de chaque injecteur 27. Chaque injecteur 27 correspond à un cylindre 2 du moteur 1.The compressed fuel passes through the high pressure pipe 25, located upstream of a high pressure rail 26. The rail 26 makes it possible to build up a fuel reserve and distribute the fuel to the inlet of each injector 27 via their cups 28 respective. When the injectors 27 are electrically controlled, the needles 29 which are guided in the bodies of the injectors 27 rise and allow the fuel to flow inside the injectors 27 and thus cool the body 30, the needle 29, the ball 31 and the nose 32 of each injector 27. Each injector 27 corresponds to a cylinder 2 of the engine 1.
En fonctionnement du moteur sur un carburant alternatif, c’est-à-dire sans utiliser le système à injection directe d’essence, le plongeur 20 est toujours entraîné par la came qui n’est pas débrayable.When operating the engine on an alternative fuel, that is to say without using the direct gasoline injection system, the plunger 20 is always driven by the cam which cannot be disengaged.
A cause du carburant laminé au travers du clapet d’entrée 22 par les mouvements du plongeur 20, de l’absence de renouvellement de carburant dans la pompe à haute pression 13, ainsi que de la température de l’environnement de ladite pompe, la température du carburant dans la pompe à haute pression 13 augmente et atteint les conditions de cavitation. Il est ainsi nécessaire de refroidir la pompe à haute pression dans ces phases de fonctionnement du moteur sans utilisation du système à injection directe d’essence.Because of the fuel laminated through the inlet valve 22 by the movements of the plunger 20, the absence of fuel renewal in the high pressure pump 13, as well as the temperature of the environment of said pump, the fuel temperature in the high pressure pump 13 increases and reaches cavitation conditions. It is therefore necessary to cool the high pressure pump in these phases of engine operation without use of the direct gasoline injection system.
La
La pompe 34 comprend un corps de pompe 35 sensiblement cylindrique comprenant une entrée 36 de carburant à basse pression débouchant dans un conduit d’admission 37 de carburant, une sortie 38 de carburant à haute pression et une chambre de compression 39 reliant le conduit d’admission 37 de carburant à la sortie 38 de carburant à haute pression.The pump 34 comprises a substantially cylindrical pump body 35 comprising a low pressure fuel inlet 36 opening into a fuel inlet conduit 37, a high pressure fuel outlet 38 and a compression chamber 39 connecting the fuel conduit 37. fuel inlet 37 to high pressure fuel outlet 38.
La pompe 34 comprend en outre une chambre 40 à basse pression reliée au conduit d’admission 37 de carburant et un plongeur 41 mobile en translation dans le corps de pompe 35.The pump 34 further comprises a low pressure chamber 40 connected to the fuel intake conduit 37 and a plunger 41 movable in translation in the pump body 35.
La pompe 34 comprend un bouchon 42, fixe par rapport au corps, dans lequel coulisse la tige du plongeur 41.The pump 34 includes a plug 42, fixed relative to the body, in which the rod of the plunger 41 slides.
La chambre à basse pression 40 est située axialement sous le piston du plongeur 41.The low pressure chamber 40 is located axially under the piston of the plunger 41.
Tel qu’illustré, la pompe 34 comprend un clapet 43 d’entrée de la chambre de compression 39, un clapet 44 de sortie de la chambre de compression 39 et un clapet 45 de décharge du circuit haute pression reliant la chambre haute pression 39 et la sortie 38 de carburant.As illustrated, the pump 34 comprises an inlet valve 43 of the compression chamber 39, an outlet valve 44 of the compression chamber 39 and a discharge valve 45 of the high pressure circuit connecting the high pressure chamber 39 and fuel outlet 38.
Le fonctionnement normal du système d’injection directe d’essence est identique à celui de l’état de la technique décrit en référence à la
En fonctionnement du moteur sur un carburant alternatif, c’est-à-dire sans utiliser le système à injection directe d’essence, le plongeur 41 est toujours entraîné par la came qui n’est pas débrayable et la pompe à basse pression (non représentée) est configurée pour acheminer le carburant liquide (essence) dans la pompe à haute pression 34 au travers de l’entrée 36.When operating the engine on an alternative fuel, that is to say without using the direct gasoline injection system, the plunger 41 is always driven by the cam which is not disengageable and the low pressure pump (not shown) is configured to convey the liquid fuel (gasoline) into the high pressure pump 34 through the inlet 36.
La fermeture du clapet d’entrée 43 permet de mettre en pression le carburant dans la chambre de compression 39.Closing the inlet valve 43 allows the fuel to be pressurized in the compression chamber 39.
Le carburant comprimé transite dans le tuyau à haute pression 46, situé en amont d’une rampe à haute pression 47. La rampe 47 permet de constituer une réserve de carburant et de distribuer le carburant à l’entrée de chaque injecteur 48 via leurs coupelles 49 respectives.The compressed fuel passes through the high pressure pipe 46, located upstream of a high pressure rail 47. The rail 47 makes it possible to build up a fuel reserve and distribute the fuel to the inlet of each injector 48 via their cups 49 respective.
Les injecteurs étant continuellement fermés lorsque le moteur fonctionne au gaz, un clapet mécanique 50 intégré au corps 51 de chaque injecteur 48 permet d’évacuer le carburant vers le circuit de retour 52 correspondant, relié à son aval au circuit basse pression 53 qui alimente la pompe 34. Chaque injecteur 48 est donc muni d’un clapet 50 et relié à un circuit de retour 52 correspondant.The injectors being continuously closed when the engine is running on gas, a mechanical valve 50 integrated into the body 51 of each injector 48 makes it possible to evacuate the fuel towards the corresponding return circuit 52, connected downstream to the low pressure circuit 53 which supplies the pump 34. Each injector 48 is therefore provided with a valve 50 and connected to a corresponding return circuit 52.
Le circuit à haute pression 33, qui est alors un circuit fermé 33, est alimenté par un circuit à basse pression 53 et comprend dans le sens amont vers aval une pompe à haute pression 34, un tuyau à haute pression 46, une rampe à haute pression 47, des injecteurs 48 munis d’un clapet 50 par injecteur et des circuits de retour 52 reliés à leur aval au circuit à basse pression 53.The high pressure circuit 33, which is then a closed circuit 33, is supplied by a low pressure circuit 53 and comprises in the upstream to downstream direction a high pressure pump 34, a high pressure pipe 46, a high pressure ramp pressure 47, injectors 48 provided with a valve 50 per injector and return circuits 52 connected downstream to the low pressure circuit 53.
Le circuit fermé 33 permet le renouvellement de carburant dans la pompe à haute pression 34 et dans les injecteurs 48. Le renouvellement de carburant permet d’abaisser la température de la pompe à haute pression 34 et de refroidir le corps 51 des injecteurs 48.The closed circuit 33 allows the renewal of fuel in the high pressure pump 34 and in the injectors 48. The renewal of fuel makes it possible to lower the temperature of the high pressure pump 34 and to cool the body 51 of the injectors 48.
Afin d’optimiser le refroidissement de la partie basse de l’injecteur, en particulier la bille 54 et le nez 55, le clapet 50 est placé le plus près possible du nez en fonction des possibilités pratiques d’intégration des circuits de retour 52 dans la culasse.In order to optimize the cooling of the lower part of the injector, in particular the ball 54 and the nose 55, the valve 50 is placed as close as possible to the nose according to the practical possibilities of integrating the return circuits 52 into the cylinder head.
Afin de garantir que, lors du fonctionnement normal du système d’injection directe d’essence et/ou d’éthanol, l’intégralité du carburant comprimé envoyé par la pompe 34 aux injecteurs 48 est injectée dans les cylindres du moteur, les clapets mécaniques 50 sont tarés à une valeur suffisamment supérieure à la pression de fonctionnement nominale du système à injection directe d’essence et/ou d’éthanol. Cette valeur de tare peut par exemple être égale à 380 bars dans le cas d’une pression moyenne nominale du système à injection directe de 350 bars, avec des variations de pression de plus ou moins 20 bars.In order to guarantee that, during normal operation of the direct gasoline and/or ethanol injection system, all of the compressed fuel sent by the pump 34 to the injectors 48 is injected into the engine cylinders, the mechanical valves 50 are calibrated to a value sufficiently higher than the nominal operating pressure of the gasoline and/or ethanol direct injection system. This tare value can for example be equal to 380 bars in the case of a nominal average pressure of the direct injection system of 350 bars, with pressure variations of plus or minus 20 bars.
Lors des phases de fonctionnement du moteur au gaz, la pompe 34 doit générer une pression supérieure au tarage des clapets 50, pour vaincre la résistance des clapets mécaniques 50 et envoyer le carburant dans les circuits de retour 52. Cette dépense d’énergie peut s’avérer gênante dans le bilan global de dépenses énergétiques.During the operating phases of the gas engine, the pump 34 must generate a pressure greater than the setting of the valves 50, to overcome the resistance of the mechanical valves 50 and send the fuel into the return circuits 52. This energy expenditure can be prove to be annoying in the overall balance of energy expenditure.
Une variante optimisée présentée ci-après consiste à remplacer les clapets mécaniques 50 par des clapets commandés électriquement, pilotables vers une position quelconque entre une position complétement ouverte représentée dans la
Le mode de réalisation de la
On a représenté dans la
Grâce aux clapets pilotés 56 représentés dans les figures 4 et 5, le carburant est dirigé soit vers les circuits de retour 52, lorsque la carburation s’effectue au gaz et avec les clapets 56 en position ouverte, soit vers le nez 55 de l’injecteur, lorsque la carburation s’effectue à l’essence et/ou à l’éthanol et avec les clapets 56 en position fermée.Thanks to the piloted valves 56 shown in Figures 4 and 5, the fuel is directed either towards the return circuits 52, when the carburetion is carried out with gas and with the valves 56 in the open position, or towards the nose 55 of the injector, when carburetion is carried out with gasoline and/or ethanol and with the valves 56 in the closed position.
Dans le mode de réalisation avec clapets pilotés 56, les clapets 56 ne bloquent pas le passage du carburant vers les circuits de retour 52 lorsque la carburation s’effectue au gaz et qu’ils sont en position ouverte, ce qui permet de réduire la consommation énergétique globale du système.In the embodiment with pilot-operated valves 56, the valves 56 do not block the passage of fuel towards the return circuits 52 when carburetion is carried out with gas and they are in the open position, which makes it possible to reduce consumption overall energy of the system.
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|---|---|---|---|
| FR2200643A FR3132124A1 (en) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | High-pressure fuel system for the direct injection of liquid fuel into a dual-fuel internal combustion engine |
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| Publication Number | Publication Date |
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- 2022-01-25 FR FR2200643A patent/FR3132124A1/en active Pending
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