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Patent Searching and Data


Title:
HIGH-PRESSURE FLUID INJECTION CIRCUIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/100245
Kind Code:
A1
Abstract:
A fluid capable of generating pressure waves circulates inside a high-pressure fluid circuit. Said pressure waves can generate pressure peaks which can damage the high-pressure fluid circuit. According to the invention, a pressure wave attenuator (14) comprising a cylinder, a rod (22) and several plates (24) is provided in order to reduce the pressure waves and the pressure peaks. The plates (23) are disposed and embodied in such a way that a narrow passage inside the cylinder is permitted thereby. The narrow passage modifies the regular movement of fluid into an irregular movement of fluid, reducing the pressure peaks by 50 % of their initial value.

Inventors:
CADEDDU LEONARDO (IT)
Application Number:
PCT/EP2003/005482
Publication Date:
December 04, 2003
Filing Date:
May 26, 2003
Export Citation:
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Assignee:
VHIT S P A VACUUM & HYDRAULIC (IT)
CADEDDU LEONARDO (IT)
International Classes:
F02M37/00; F02M57/02; F02M55/02; F02M63/00; (IPC1-7): F02M37/00
Foreign References:
US5540206A1996-07-30
DE19516358C11996-08-22
US4271807A1981-06-09
US5516266A1996-05-14
DE19854551A12000-05-31
EP1052396A22000-11-15
Attorney, Agent or Firm:
Hurwic, Aleksander (FREINAGE Service Brevets, 12, rue de Stalingrad DRANCY, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Circuit d'injection de fluide à haute pression (1) comportant une pompe d'injection de fluide à basse pression (2) reliée par des conduits (3, 3.1) à un réservoir (6) d'une part, et à au moins un injecteur. pompe (8) destiné à délivrer le fluide à forte pression d'autre part, caractérisé en ce qu'il comporte un amortisseur d'ondes de pression (14) interposé entre une sortie de la pompe en direction de l'injecteur. pompe et l'injecteur. pompe.
2. Circuit (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'amortisseur est placé dans un corps (4) de la pompe (2).
3. Circuit (1) selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que l'amortisseur (14) comporte un cylindre (15) dans lequel est insérée une tige (22) portant au moins un plateau (23).
4. Circuit (1) selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'une surface (26) d'une section (24) du plateau (23) correspond au moins à la moitié d'une surface (20) d'une section (18) d'une partie centrale (17) du cylindre (15) et qu'un périmètre (25) du plateau (23) épouse partiellement un périmètre (19) de la section (18) du cylindre (15).
5. Circuit (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'une distance (36) séparant un premier point d'une portion (31) du périmètre (25) du plateau (23) épousant le périmètre (19) du cylindre (15) d'une part, d'un deuxième point du périmètre (25) du plateau (23) n'épousant pas le périmètre (19) du cylindre (15) d'autre part, cette distance étant mesurée selon un axe (38) perpendiculaire à l'axe (30) de la tige (22) est de 4,5 millimètres.
6. Circuit (1) selon l'une des revendications 4 à 5 caractérisé en ce qu'une distance (37) séparant un deuxième point d'une portion (32) du périmètre (25) du plateau (23) n'épousant pas le périmètre (19) du cylindre (15) d'une part, d'un troisième point d'une portion (31) du périmètre (19) du cylindre (15) n'épousant pas le périmètre (25) du plateau (23), cette distance étant mesurée selon un axe (38) perpendiculaire à l'axe (30) de la tige (22) est de 1,5 millimètres.
7. Circuit (1) selon l'une des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que la tige (22) comporte plusieurs plateaux (23) et que ces plateaux (23) sont disposés sur la tige (22) les uns à la suite des autres selon une mme distance (27).
8. Circuit (1) selon l'une des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que les plateaux (23) sont identiques et sont orientés selon un angle (29) différent d'un plateau (23) à un autre par rapport à un axe (30) défini par la tige (22).
9. Circuit (1) selon la revendication 8 caractérisé en ce que les plateaux (23) sont orientés les uns par rapport aux autres selon un angle de 180° par rapport à l'axe (30).
10. Circuit (1) selon l'une des revendications 9 à 10 caractérisé en ce que le plateau (23) est disposé perpendiculairement à l'axe (30).
11. Circuit (1) selon. la.. revendication. 4 et selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisé en ce qu'une portion (32) du périmètre (25) du plateau (23) qui n'épouse pas le périmètre (19) du cylindre (15) ainsi qu'une portion (34) du périmètre (25) du cylindre (15) qui n'est pas épousé par le périmètre (25) du plateau (23) délimitent un orifice latéral (35) par rapport à l'axe (30).
12. Circuit (1) selon les revendications 3 à 11 caractérisé en ce que la tige (22) comporte six piateaux (23) délimitant cinq compartiments (28) ouverts à l'intérieur du cylindre (15).
Description:
Circuit d'injection de fluide à haute pression La présente invention concerne un circuit d'injection de fluide à haute pression. L'invention a pour but d'augmenter la performance du circuit d'injection de fluide à haute pression. L'invention est plus particulièrement destinée au domaine de l'automobile mais peut également s'appliquer dans d'autres domaines. Dans le domaine de l'automobile, ce circuit permet d'injecter un fluide à haute pression à l'intérieur d'au moins un cylindre d'un moteur. Dans ce cas, le fluide est un carburant.

Un circuit d'injection de fluide comporte un réservoir de fluide, une pompe hydraulique d'injection de fluide à basse pression (environ 10 bars soit environ 1 000 000 de Pascals) et au moins un injecteur-pompe. Le réservoir, la pompe d'injection et l'injecteur-pompe sont reliés par des conduits permettant au fluide de circuler depuis le réservoir via la pompe d'injection jusqu'à l'injecteur-pompe pour ensuite circuler de nouveau et revenir, pour son surplus, dans le réservoir. La pompe prélève un fluide provenant du réservoir et augmente la pression de ce fluide jusqu'à une basse pression. Dans un exemple, cette basse pression est sous une pression de 10 bars. Ce fluide sous basse pression est ensuite expulsé de la pompe d'injection à travers les conduits. Parmi les conduits du circuit, un distributeur répartit ce fluide sous basse pression à différents injecteurs- pompes. Puis chaque injecteur-pompe augmente la pression jusqu'à 300 bars maximum et l'injecte dans son propre cylindre à la pression de 2050 bars maximum après ouverture d'une électrovanne.

Un circuit d'injection comportant de tels injecteurs-pompes pouvant délivrer un fluide à haute pression présente l'avantage d'tre plus performant qu'un circuit comportant une pompe d'injection délivrant une pression d'injection plus faible. Dans un exemple, une haute pression d'injection peut correspondre à environ 2000 bars. Cependant, à haute pression, la pompe ou les conduits du circuit peuvent s'abîmer, et la performance d'un tel circuit diminue sensiblement.

Dans l'invention, on a recherché la cause de ces détériorations et on a cherché en particulier à renforcer les divers éléments du circuit. Ceci a été en vain ou, autrement, à grand frais. On a alors eu l'idée de détecter l'allure temporelle transitoire de la pression régnant dans le circuit lors de son

fonctionnement.

II est apparu alors que la délivrance d'un fluide à haute pression pouvait entraîner la formation d'une onde de pression. Cette onde de pression est la conséquence d'une ouverture et d'une fermeture rapide de l'électrovanne de l'injecteur-pompe. Suite à la fermeture rapide de l'électrovanne, une onde de pression peut naître et se propager le long du fluide, et dans le sens inverse de l'écoulement du fluide.

Cette onde de pression peut également entraîner la formation de pics de pression. Lorsque ces pics de pression sont trop élevés, il peut arriver que ces pics endommagent des éléments contenus dans le circuit d'injection, diminuant les performances du circuit d'injection. à haute pression. Par exemple, des pics de pressions de 60 bars peuvent tre obtenus pour des pressions délivrées à 2 000 bars et endommager les éléments contenus dans le circuit d'injection.

Dans l'état de la technique, les circuits d'injection de fluide n'étaient pas affectés par cette onde de pression du fait que la mise sous pression du fluide était réalisée à basse pression et du fait que les éléments contenus dans ces circuits étaient suffisamment solides pour ne pas tre abîmés par ces ondes de pressions.

Pour limiter l'endommagement des éléments contenus dans un circuit d'injection de fluide sous pression et en particulier de fluide à haute pression, il aurait pu tre possible de réaliser des conduits plus larges et plus épais.

Cependant cette solution aurait rendu encombrante l'utilisation d'un tel circuit d'injection de fluide dans un véhicule. Elle n'aurait de toute façon pas résolu le problème de la pompe.

Pour atténuer ces ondes de pression potentiellement génératrices de pics de pression, l'invention prévoit en conséquence un amortisseur d'ondes de pression interposé dans les conduits du circuit d'injection de fluide à haute pression. Dans un exemple, cet amortisseur est réalisé de telle manière qu'il oblige le fluide à suivre en plusieurs voies des chemins de longueur différentes. La direction du fluide est telle que le fluide doit passer à travers des sections de passage étroites pour que le mouvement du fluide s'accélère. En s'accélérant ce mouvement de fluide crée des turbulences.

Ces turbulences rompent le mouvement régulier du fluide, atténuant alors l'onde de pression et les pics de pression qui en résultent.

Dans cet exemple, l'amortisseur comporte un cylindre, à l'intérieur duquel est disposée une tige. Cette tige est munie de plateaux, lesquels plateaux délimitent des compartiments ouverts. Le fluide circule à travers ces compartiments par l'intermédiaire de sections de passage étroites.

L'invention a donc pour objet un circuit d'injection de fluide à haute pression comportant une pompe d'injection de fluide à basse pression reliée par des conduits à un réservoir d'une part, et à au moins un injecteur-pompe destiné à délivrer le fluide à forte pression d'autre part, caractérisé en ce qu'il comporte un amortisseur d'ondes de pression interposé entre une sortie de la pompe en direction de l'injecteur-pompe et l'injecteur-pompe.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure 1 : une représentation schématique d'un circuit d'injection de fluide à haute pression, selon l'invention ; - Figure 2 : une représentation graphique d'au moins un ordre de commande d'une électrovanne en fonction du temps, selon l'invention ; - Figure 3 : une coupe longitudinale d'un amortisseur d'onde de pression, selon l'invention ; - Figure 4 : une coupe transversale d'un amortisseur d'onde de pression, selon l'invention ; - Figure 5 : une représentation tridimensionnelle d'un amortisseur d'onde, selon l'invention ; - Figure 6 : une représentation schématique d'une onde de pression en fonction de la distance parcourue, selon l'invention ; - Figure 7 : une représentation graphique d'une onde de pression en fonction du temps.

La figure 1 montre un circuit d'injection de fluide à haute pression 1 comportant une pompe-d'injection 2 de fluide à basse pression reliée par des conduits 3.1 et 3 à un réservoir 6 de fluide 5 et à au moins un injecteur- pompe 8 respectivement, selon l'invention.

La pompe 2 est incorporée dans un corps 4. Une alimentation en fluide dans un tel circuit s'effectue de la manière suivante. La pompe 2 aspire le fluide 5 contenu dans le réservoir 6 par le conduit 3.1. Dans un exemple, il peut s'agir d'un réservoir de carburant, tel que le gazole. Une fois monté en

pression à l'intérieur de la pompe 2, le fluide 5 est envoyé à travers des conduits 3. Dans un exemple, la pompe basse pression 2 augmente la pression du fluide de 10 bars environ. Les conduits 3 comportent ici un distributeur 7 relié à au moins un injecteur-pompe 8. Dans un exemple, le distributeur 7 est relié à quatre injecteurs-pompes 8. L'injecteur-pompe 8 est relié à un cylindre 9 d'un moteur (non représenté) à l'intérieur duquel coulisse un piston 9.1. L'injecteur-pompe est destiné à expulser un volume de fluide à forte pression par un orifice (non représenté) obturé au repos par une aiguille d'injecteur (non représentée). Dans un exemple, la pression du fluide au moment de son expulsion de l'injecteur-pompe est de 2050 bars. L'injecteur- pompe 8 est également muni d'une électrovanne 10 dont l'ouverture 11 et la fermeture 12 sont commandées par un ordre Oi, figure 2. Par exemple, l'ouverture 11 et la fermeture 12 de l'électrovanne 10 de chacun des injecteurs-pompes 8 sont commandées par un ordre de commande 01 à 04, figures 1 et 2. L'électrovanne permet ainsi d'autoriser une alimentation intermittente en fluide de chaque injecteur-pompe. En réponse à cet ordre, l'électrovanne 10 peut se trouver en phase d'ouverture 11 ou de fermeture 12. L'ouverture peut tre prédéterminée pendant une période 13 transitoire de façon à permettre une pré-injection de fluide dans l'injecteur-pompe. Le fluide est ensuite comprimé à l'intérieur de l'injecteur-pompe jusqu'à 300 bars. A 300 bars, l'aiguille de l'injecteur est délogée de l'orifice de l'injecteur- pompe. Le fluide est alors expulsé dans le cylindre du moteur à une pression de 2050 bars environ étant donné que l'arrivée de carburant dans l'injecteur- pompe est supérieure à la quantité pouvant s'échapper par l'orifice de l'injecteur-pompe.

Un retour de fluide en direction du réservoir s'effectue de la manière suivante. Le fluide circule dans le sens contraire du sens suivi par le fluide lors de l'alimentation du circuit lorsque l'électrovanne s'ouvre à nouveau.

L'excès de fluide nécessaire pour une montée en pression efficace à l'intérieur de l'injecteur-pompe retourne alors dans le réservoir par d'autres conduits (non représentés) différents des conduits 3.

Selon l'invention, le circuit d'injection de fluide à haute pression 1 comporte un amortisseur d'onde de pression 14. L'amortisseur 14 est interposé entre une sortie de la pompe 2 en direction de l'injecteur-pompe 8 et l'injecteur-pompe 8, figure 1. Plus précisément et de préférence,

l'amortisseur 14 est situé à l'intérieur du corps 4 de la pompe 2, à l'endroit où se situe la sortie de la pompe en direction de l'injecteur-pompe 8. II pourrait toutefois tre disposé à un autre endroit le long des conduits 3, de préférence en amont du distributeur 7. Cet amortisseur 14, comporte dans un exemple un cylindre 15, figure 4 avec une partie externe 16 pleine et une partie centrale 17 creuse. Une coupe transversale de l'amortisseur permet de visualiser une section transversale 18 de la partie centrale 17 du cylindre 15, figure 4. Sur cette section transversale 18, il est possible de distinguer un périmètre 19, une surface 20, et un centre 21. Dans un exemple préféré, le cylindre 15 est circulaire, figure 4, mais ce cylindre 15 peut également tre rectangulaire.

A l'endroit où se situe le centre 21 de cette partie centrale 17 est insérée une tige 22, figures 3,5. Cette tige 22 comporte au moins un plateau 23. La coupe transversale de l'amortisseur 14 permet également de visualiser une section transversale 24 du plateau 23, figure 4. Cette section transversale 24 permet de distinguer un périmètre 25 et une surface 26. La tige 22 comporte plusieurs plateaux 23, figures 3,4 et 5. Sur la figure 3, on peut visualiser un plateau 23 en pointillé situé en dessous du plateau 23 présent dans le plan du dessin. Dans l'exemple préféré, la tige 22 comporte six plateaux 23 et a une longueur de soixante millimètres, figures 3 et 5. Les plateaux 23 sont disposés sur la tige 22 les uns à la suite des autres selon une mme distance 27. A l'intérieur de la partie centrale 17 du cylindre 15, les plateaux 23 délimitent des compartiments 28. Dans l'exemple préféré, les plateaux 23 ont la forme d'un disque coupé selon une corde et délimitent cinq compartiments 28, figures 3, 4 et 5.

Les plateaux 23 sont identiques et les normales à leurs cordes sont orientées selon un angle 29 différent d'un plateau à un autre par rapport à un axe 30 défini par la tige 22 et passant par le centre 21. De préférence, les plateaux 23 sont orientés, alternativement, les uns par rapport aux autres selon un angle de 180° par rapport à l'axe 30 de la tige 22, figures 4 et 5. Les plateaux 23 sont disposés perpendiculairement à l'axe 30, figure 3. Dans un autre exemple, il serait possible de prévoir une orientation d'un angle différent de 180° produisant une progression hélicoïdale de ces orientations.

Selon l'invention, la surface 26 du plateau 23 correspond au moins à la moitié de la surface 20 de la section 18 de la partie centrale 17 du cylindre

15. Le périmètre 25 du plateau 23 épouse également partiellement le périmètre 19 de la partie centrale 17 de la section 18 du cylindre 15, figure 4.

Le périmètre 25 du plateau 23 possède une portion 31 et une portion 32. La portion 31 épouse le périmètre 19 du cylindre 15 alors que la portion 32 ne l'épouse pas, figure 4.

Le périmètre 19 du cylindre 15 possède également une portion 33 épousant le plateau 23 et une portion 34 ne l'épousant pas. Ainsi la portion 32 du plateau 23 et la portion 34 du cylindre 15 délimitent un orifice latéral 35 par rapport à l'axe 30 défini par la tige 22, figure 4. Du fait de la présence de cet orifice latéral 35 sur chaque plateau 23, les compartiments 28 sont ouverts à l'intérieur du cylindre 15, figure 3.

Le plateau 23 est réalisé de telle manière que, selon un axe 38 perpendiculaire à l'axe 30 défini par la tige 22, un point de la portion 31 du périmètre 25 du plateau 23 est séparé d'un autre point de la portion 32 du périmètre 25 d'une distance 36.

De plus, un point de la portion 32 est séparé d'un point de la portion 34 selon l'axe 38 perpendiculaire à l'axe 30 de la tige 22 d'une distance 37.

Dans l'exemple préféré, la distance 36 est de 4,5 millimètres et la distance 37 est de 1,5 millimètres, pour un diamètre de 6 millimètres à plus ou moins 20%. On obtient ainsi un bon compromis entre la taille et la robustesse.

Lorsque le fluide 5 sous basse pression est injecté à l'intérieur des conduits 3, le fluide 5 subit sur son parcours une légère dépression, figure 6.

Cette légère dépression, ou perte de charge, est représentée par une courbe 39 linéaire décroissante. en fonction de la distance parcourue à l'intérieur des conduits 3. Le fluide 5 en mouvement percute l'électrovanne 10 au moment de la fermeture de cette dernière. Le. fluide 5 est injecté à l'intérieur du cylindre 9 par une ouverture et une fermeture rapide de l'électrovanne 10. La fermeture 12 rapide de l'électrovanne 10 commandée par l'ordre 0 provoque une onde de pression 40, figure 6. Cette onde 40 se déplace dans le sens contraire du déplacement du fluide 5 dans le cas de l'alimentation en fluide du circuit. Ce déplacement en sens contraire se produit depuis l'injecteur- pompe 8 jusqu'à l'endroit où se situe la pompe 2.

Cette onde de pression 40 se déplace dans l'espace et dans le temps, figures 6 et 7. Cette onde de pression 40 émet au moins un pic de pression 41 suite à la fermeture de l'électrovanne 10, figure 7. Par exemple, sur la

figure 7 sont représentés quatre pics de pression 41 d'une onde de pression 40 résultant de l'ouverture 11 et de la fermeture 12. successives de l'électrovanne 10 de chacun des quatre injecteurs-pompes 8 de fluide. Ces pics de pression 41 peuvent atteindre jusqu'à une pression de 60 bars.

Les orifices latéraux 35 et la disposition des plateaux 23 les uns au- dessus des autres créent des rétrécissements et des élargissements de sections à l'intérieur du cylindre 15 de l'amortisseur 14. Ces rétrécissements et ces élargissements de sections obligent le fluide à rompre sa trajectoire rectiligne. L'onde inverse doit passer par les mmes endroits.

Le fluide 5 sortant de la pompe 2 pénètre à l'intérieur de l'amortisseur 14. La trajectoire 42 du fluide à l'intérieur du cylindre 15 a une forme sinusoïdale, figure 3. A l'extrémité opposée où le fluide 5 entre, l'onde de pression 40 pénètre à l'intérieur du cylindre 15 et décrit une mme trajectoire 43 visible en pointillés sur la figure 3. Le fluide 5 sous pression crée des turbulences à l'intérieur des compartiments 28 après son passage à travers les orifices latéraux 35 atténuant sensiblement les pics de pressions de l'onde de pression jusqu'à 50% de leur valeur maximale.