Brevet FR2006405A1 — publié le 19691226

La présente invention se rapporte à une soupape de commande pour pompe d'injection de combustible utilisée pour l'alimentation d'un moteur à combustion interne à pistons et qui comprend un élément mobile et un siège qui entoure cet élément» 5 les soupapes de commande des pompes d'injection de combus tible des moteurs à combustion interne sont soumises en fonctionnement à des pressions élevées auxquelles elles s'ouvrent ou se ferment. C'est .ainsi que, par exemple, une soupape d*aspiration commandée, qui détermine le début d'une injection, se 10 ferme au cours de la course de refoulement du piston de la pompe. Pendant le mouvement de fermeture de cette soupape, il s'établit en amont de la soupape, sous l'effet du refoulement, une liaute pression qui entraîne un écoulement à grande vitesse du combustible qui reflue dans la conduite d'aspiration. 15 Une soupape de commande qui sert de soupape d'exééàent s'ouvre à la pression maximale d'injection pour faire cesser l'opération d'injection. Dans ce cas également, le combustible pénètre à grande vitesse dans la soupape, ce qui engendre une onde de pression qui accélère la colonne de combustible qui se 20 trouve au-dessous de la soupape^.' Le résultat est une dépression ou formation de vide qui conduit à des phénomènes de cavitation. Dans les deux cas, aussi bien pour la soupape d'aspiration commandée que pour la soupape d'excédent commandée, l'écoulement du combustible à grande vitesse à travers la soupape de comman-25 de a pour conséquence une rapide usure de cette soupape par érosion ou par cavitation. Les phénomènes de cavitation se manifestent en particulier sur la soupape d'aspiration qui se ferme pendant le reflux du combustible lorsque la pression croît. Sous l'effet de la fermeture de cette soupape, il se produit 30 dans la conduite de combustible reliée à cette soupape, sous l'effet de l'inertie de la colonne de combustible en mouvement, une dépression qui a pour conséquence des phénomènes de cavitation. Pour protéger les soupapes des phénomènes mentionnés ci-35 dessus, on a cherché à agencer, dans les conduites de combustible qui commuxLiçfuent avec les soupapes de commande, des organes particuliers destinés à réduire les chocs de pression ou freiner l'écoulement du combustible. G'est ainsi qu'il a déjà été proposé d'agencer dans les conduites d'aspiration des pompes à 69 09739 2 2006405 combustible dans lesquelles il se produit un reflux à travers une soupape d'excédent, des amortisseurs qui étaient formés, par exemple par des pistons chargés par des ressorts et qui se déplaçaient dans des cylindres appropriés. Ces amortisseurs ont 5 certes pour effet de réduire les chocs de pression dans les conduites mais ils sont à peine efficaces pour protéger de la formation de dépressions et de vides, qui conduisent à la cavitation car ils ont une inertie trop grande pour pouvoir accompagner les rapides variations de pression qui se manifestent dans 10 le cas de cavitation» Par ailleurs, il a déjà é.té proposé de prévoir dans les conduites de combustible mentionnées plus haut un ou plusieurs étranglements connectés en une cascade. Ces étranglements ont toutefois l'inconvénient de limiter trop fortement l'écoulement 15 du combustible. Il n'est pas possible de leur donner les dimensions qui seraient nécessaires pour étrangler l'écoulement à grande vitesse qui ne se manifeste que pendant un court instant. L'invention vise à réaliser une soupape de commande qui soit appropriée pour éviter les phénomènes mentionnés ci-dessus 20 et qui soit exempte des inconvénients des dispositifs connus. Elle vise à réaliser à cet effet un étranglement qui n'agisse que pendant tm temps bref en fonction de la course, qui ne soit actif que pendant le temps très court, pendant lequel les hautes vitesses se manifestent et qui se place à l'instant où l'élémerfc 25 mobile de la soupape se trouve dans le voisinage du siège, c'est à-dire, dans le cas d'une soupape d'aspiration commandée, juste avant la fermeture de la soupape et, dans le cas d'une soupape d'excédent commandée, juste après l'ouverture de la soupapeo Lorsque l'élément mobile de la soupape est soulevé, l'étrangle-30 ment doit être inactif et le combustible doit pouvoir s'écouler sensiblement sans étranglement. Ce résultat est obtenu par le fait que l'élément mobile de la soupape et le siège de cette dernière sont munis chacun d'une saillie annulaire, les deux saillies étant dirigées l'une vers l'autre, et formant en combi-35 naison l'étranglement qui agit sur le débit de çombustiELe, la saillie de l'élément mobile étant déûalée dans le sens de l'ouverture de l'élément mobile par rapport à la saillie du siège de telle façon que la section de l'étranglement.s'agrandisse lorsque l'élément mobile de la soupape décrit sa course dans le 69 09739 3 2006405 sens de l'ouverture. Il est possible de munir l'élément mobile de la soupape, entre sa surface d'appui sur son siège et la saillie, d'une surface présentant une courbure continue dont la zone marginale su-5 périeure, considérée en coupe axiale, forme un petit angle avec la surface d'appui et dont la zone marginale inférieure est o-rientée vers l'extérieur en s'éloignant de l'axe de l'élément mobile. Geci a pour effet de guider l'écoulement à grande vitesse le long de l'élément mobile de la soupape sans qu'il ne 10 puisse se manifester d'érosion notable sur l'élément mobile de la soupape. A ce sujet, il est possible de munir le siège, au-dessus de sa saillie annulaire d'une surface qui, en coupe axiale, est sensiblement perpendiculaire à la tangente à la surface courbe 15 de la partie marginale inférieure de l'élément mobile. On obtient ainsi d'une façon simple la dissipation de l'énergie cinétique du combustible en tourbillons et on évite la cavitation ou l'érosion sur la soupape. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res-20 sortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif et nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ces dessins, la figure 1 est une vue en coupe d'une soupape de comman-25 de suivant l'invention, qui est représentée à gauche en position fermée et à droite en position ouverte ; les figures 2 et 3 représentent des coupes d'une pompe à injection de combustible dans lesquelles la soupape d'aspiration commandée et la soupape d'excédent sont représentées dans 30 des positions qui correspondent, l'une au début et l'autre à la fin d'une injection ; la figure 4 est un diagramme expliquant le fonctionnement d'une soupape de commande qui sert de soupape d'aspiration ; la figure 5 est un diagramme correspondant à la figure 4 35 pour le cas où la soupape est utilisée comme soupape d'excédent. La soupape de commande représentée sur la figure 1 comprend un élément mobile 1 qui est guidé par sa queue cylindrique 2 dans un alésage correspondant pratiqué dans un siège 3. L'élément mobile est muni d'une partie supérieure élargie 4 - :opy 69 09739 4 2006405 constituant le plateau de la soupape et qui présente une surface d'appui 5. A cette surface d'appui 5 fait suite une surface 6 qui présente une courbure continue et qui se termine par une saillie annulaire 7» Cette saillie annulaire 7 est suivie d'une 5 autre surface courbe 8 qui se termine finalement par la surface cylindrique 2. L'extrémité inférieure de l'élément mobile est munie, d'une façon connue, d'une surface d'extrémité 9 qui est plate ou légèrement incurvée et que le mécanisme de commande attaque, pendant le fonctionnement, pour soulever l'élément mo-10 bile de la soupape par rapport au siège. Le siège 3 est muni d'une' surface d'appui 10 qui est a-daptée à la forme de la surface d'appui 5 de l'élément mobile de la soupape. A cette surface d'appui 10 font suite des surfaces cylindres 11, 12 qui, avec l'élément mobile, délimitent 15 une chambre d'étranglement 13» A l'extrémité inférieure de la chambre d'étranglement 13 se trouve une saillie annulaire 14 qui, en combinaison avec la saillie annulaire 7 de l'élément mobile 1, forme un étranglement. A la saillie 14, fait suite une chambre 15 d'où partent des perçages 16 qui - conduisent à 20 une conduite de combustible non représentée. Ainsi qu'il ressort du dessin, dans une coupe axiale, la tangente à la surface 6 et la surface d'appui forment entre elles un angle aigu a dont la présence est nécessitée par la fabrication et qui doit £tre aussi petit que possible. En règle 25 générale, cet angle est de 2 à 5°. Une tangente t à.la courbe de la coupe axiale de la partie marginale- inférieure de la surface 6 est, consiÊrée dans le sens de l'écoulement du combustible, orientée dans le sens qui s'éloigne de l'axe de l'élément mobile. A l'endroit où la tangente t coupe la courbe de la sur— 30 face interne du siège, ce siège présente une surface 17 qui est sensiblement perpendiculaire à la tangente t. La surfa.ce 17 s© prolonge suffisamment loin dans le sens horizontal pour être encore coupée par la tangente t lorsque la soupape est ouverte, c'est-à-dire lorsque l'élément mobile est soulevé. 35 Ainsi qu'il ressort également de la figure 1, la saillie annulaire 7 de l'élément mobile 1 est décalée par rapport à la saillie 14 du siège dans le sens de l'ouverture de la soupape* c'est-à-dire vers le haut, sur le dessin. Ceci a pour conséquence que la section la plus étroite, entre les saillies 7 et 14, CÔPy 69 09739 5 2006405 et qui forme l'étranglement commence à s'élargir aussitôt que débute la course de soulèvement de l'élément mobile dans le sens de l'ouverture, c'est-à-dire en partant de la position représentée et en se dirigeant vers le jb.au.to Dans le mouvement oppo-5 sé, c'est-à-dire dans un mouvement de fermeture de la soupape, on obtient grâce à cette caractéristique, un rétrécissement continuel de l'étranglement jusqu'au moment où cet étranglement atteint sa section minimale, ce qui se produit à l'instant de la fermeture de la soupape. 10 Sur les figures 2 et 3a on a représenté schématiquement une pompe à combustible 20 qui est équipée d'une soupape d'aspiration 21 et d'une soupape d'excédent 22 qui sont réalisées conformément à la soupape représentée sur la figure 1. Ces soupapes sont agencées dans un corps 23 dans lequel un piston de 15 pompe 25 est guidé dans un alésage • approprié 24-. Le piston 25 est actionné d'une façon connue par une came d'injection 26 et, dans son mouvement, il actionne des leviers 27, 28 qui agissent par l'intermédiaire de poussoirs 29, 30, sur-les éléments mobiles des soupapes 21, 22. Dans le corps 23 est formée une 20 chambre de pompe 31 gui est raccordée, par l'intermédiaire d'une soupape de pression 32, à une conduite de refoulement, non représentée, qui conduit à un injecteur automatique. La soupape d'aspiration 21 se trouve dans un canal d'entrée 33 qui est raccordée à une conduite d'alimentation non représentée. La 25 soupape d'excédent 22 commande l'écoulement du combustible dans un canal 34- gui est relié à une conduite d'excédent non représentée. Pendant la course d'aspiration de la pompe, c'est-à-dire pendant le déplacement du piston 35 de haut en bas, les soupa-30 pes 22 et 32 sont fermées. La soupape d*aspiration 21 est soulevée, par la dépression qui règne dans la chambre 31 de la pompe, de sorte que le combustible peut pénétrer du canal 33 dans la chambre de la pompe. Lors d'un mouvement ascendant du piston 25 qui commence 35 dans la position qui est représentée sur la figure 2, une partie du combustible qui se trouve dans l'alésage 24 et dans la chambre 31 de la pompe est tout d'abord refoulée à travers la soupape d'aspiration 21. Toutefois, en même temps, le levier 27 tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et i I f - copy 69 09739 6 2006405 fait descendre le poussoir 29» Ceci commande un. mouvement de fermeture de la soupape 21. Selon la manière dont la section d'écoulement^ dans la soupape diminue, la pression intérieure de la chambre 31 de la poflrpe croît0 Juste avant la fermeture de 5 l'élément mobile de la soupape 21, la pression régnant dans la chambre de la pompe atteint la valeur de la pression d'ouverture de l'injecteur monté dans le cylindre du moteur, ce qui a pour effet que la soupape de pression 32 s'ouvre et que l'opération d'injection commence dans l'injecteur non représenté» 10 Yers la fin de la course de refoulement, le poussoir 30 qui est soulevé, frappe l'élément mobile de la soupape d'excédent 22 (voir figure 3)» A cet instant commence une course de soulèvement de la soupape 22, dans le sens de l'ouverture, ce qui provoque une chute rapide de la pression du combustible dans 15 la chambre 3^ de la pompe» La soupape de pression 32 se ferme, et l'injection cesse» Le combustible qui est encore refoulé par le piston 25 est évacué à travers la soupape 22 et le canal 34-dans la conduite d'excédent non représentée» Ainsi qu'on l'a déjà mentionné plus haut, il règne dans 20 la chambre y\ de la pompe, dans la dernière phase du mouvement de fermeture de la soupape d'aspiration 21, la haute pression d'ouverture de l'injecteur. Le combustible qui s'écoule par la soupape 21 a donc une très haute vitesse, qui s'accroît avec le rétrécissement de la section libre existant entre la surface 25 d'appui 10 du siège 3 et la surface d'appui 5 de l'élément mobile 4 (figure 1). Ensuite, la soupape se- ferme. L'écoulement est interrompu, la colonne de combustible se "brise en raison de la force d'inertie du combustible qui se trouve dans le canal 33 et dans les conduites qui s'y raccordent, ce qui provo-30 que des phénomènes de cavitation» Dans le cas où la soupape de commande suivant l'invention, représentée sur la figure 1, est utilisée comme soupape d'aspiration 21, juste avant la fermeture, le courant de combustible s'écoule le long de la surface incurvée 6 et frappe la 35 surface 17» L'énergie cinétique du combustible se dissipe dans le mouvement tourbillonnaire» Etant donné que le flux qui sort de la chambre d'étranglement.13g est gêné par 1*étranglement formé entre les saillies 7 et 14, il s'accumule dans la chambre d'étranglement 13 une pression-relativement élevée. Il en 69 09739 7 2006405 résulte que, lorsque l'écoulement de combustible est interrompu par l'application de l'élément mobile 1 sur son siège, il ne peut pas se former dans la chambre 13 de vide capable de provoquer des effets de cavitation. Par ailleurs, en raison de la 5 formation du mouvement tourbillonnaire, la vitesse de sortie du combustible à travers l'étranglement est réduite juste avant la fermeture de la soupape car, la section de l'étranglement est plus grande que celle qui sépare l'élément mobile de la soupape de son siège au même moment. Il en résulte que l'énergie ci-10 nétique du combustible qui traverse la soupape est notablement réduit^ de sorte que les ondes de pression réfléchies qui ré-sultent de cette énergie cinétique sont également nettement réduites. Lorsque la soupape de commande suivant l'invention est u-15 tilisée comme soupape d'excédent, il se produit, lors de l'ouverture de la soupape, une surpression dans la chambre d'étranglement 13 et l'énergie cinétique du combustible qui s'écoule à une vitesse élevée est dissipée en mouvement tourbillonnaire de la façon décrite plus haut et transformée en chaleur. Geci a 20 également pour effet d'amortir les ondes de pression dans la conduite d'excédent. Sur la figure 4, on a indiqué quelques grandeurs caractéristiques de la soupape supposée utilisée comme soupape d'aspiration 21, en particulier au delà de l'angle fJJW de l'arbre 25 de la came 26 juste avant la fermeture de la soupape 21. Pour simplifier, les conditions sont supposées être celles d'une conduite de refoulement courte, c'est-à-dire dans un cas où il ne se manifeste pas de phénomènes dynamiques tels que des ondes de pression. La ligne sv représente la course de l'élément mo-30 bile de la soupape qui est à peu près linéaire et qui atteint, à la fin, la valeur 0. La ligne f qui représente la section de la soupape existant entre les surfaces d'appui 5s 10 &11 siège et de l'élément mobile possède une allure analogue et tombe également à zéro. On a représenté par f^ la section d'étrangle-35 ment existant entre les saillies 7 et 14. Ainsi qu'il résulte du diagramme, lorsque la soupape est entièrement ouverte, la section d'étranglement f^ est à peu près égale à la section f de la soupape. Lorsque la course de la soupape diminue, cette section diminue mais elle n'atteint pas la valeur zéro. Dans le 69 09739 8 2006405 même diagramme, on a représenté par la ligne £ le débit refoulé par le piston 25 de la pompe, qui est naturellement fonction de la forme du flanc de la came 26 et qui peut avoir toute allure voulue. Par ailleurs, on a représenté en v et v^ les vitesses 5 régnant dans la soupape et dans l'étranglement 5 p^ et p^ représentent les pressions régnant dans la chambre 3^ de la pompe et dans la chambre d'étranglement 13 respectivement. On a indiqué en pQ la pression d'ouverture de l'injecteur, à laquelle cet injecteur s'ouvre et où commence l'injection. Le débit de 10 combustible qui s'écoule encore par la soupape 21 après que la pression a atteint la pression d'ouverture pQ est indiqué par ^v" Sur la figure 5 OD- a représenté un diagramme correspondant et qui est valable pour le cas où la soupape de commande suivait 15 l'invention est utilisée comme soupape d'excédent. Les courbes de ce diagramme sont désignées par les mêmes références que sur la figure 4. Il va de - soi que l*invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif et nullement limitatif et que l'on pourra 20 j apporter toutes variantes sans pour cela sortir de son- cadre. COFY 69 09739 9 2006405 REVENDICATIONS 1. Soupape de commande pour pompe d'injection de combustible pour un moteur à combustion interne à pistons, comprenant un élément mobile et un siège gui entoure cet élément, soupape ca- 5 ractérisée en ce gue l'élément mobile (1) et le siège (3) sont munis chacun d'une saillie annulaire (7) (14-)j les deux saillies, étant dirigées l'une "vers l'autre et formant ensemble un étranglement pour l'écoulement du combustible, la saillie (7) de l'élément mobile étant décalée"dans le sens de l'ouverture de l'é- 10 lément mobile (1) par rapport à la saillie (14) du siège (3) de telle façon gue la section de l'étranglement (7j 14-) s'agrandisse pendant gue 1*élément mobile (1) décrit sa course dans le sens de l'ouverture. 2. Soupape de commande suivant la revendication 1, carac- 15 térisée en ce gue l'élément mobile (1) présente, entre sa surlace d'appui (5) et la saillie (7) une surface (6) à courbure continue dont la zone marginale supérieure forme en coupe axiale un petit angle (a) avec la surface d'appui tandis gue la zone marginale inférieure est orientée vers l'extérieur c'est-à— 20 dire dans le sens gui s'éloigne de l'axe de lsélément mobile (1) (tangente t). 3. Soupape de commande suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le siège (1) est muni, au-dessus de sa saillie annulaire (14), d'une surface (17) gui, considérée en coupe 25 axiale, est sensiblement perpendiculaire à la tangente (t) à la courbe (G) de la zone marginale inférieure de l'élément mobile (1). 4. Soupape de commande suivant la revendication 1, caractérisée en ce gu'elle est utilisée comme soupape d'aspiration 30 commandée. 5« Soupape de commande suivant la revendication 1, caractérisée en ce gu'elle est utilisée comme soupape d'excédent commandée. COP*