Brevet FR2318320A1 — publié le 19770211

L'invention se rapporte à un dispositif d1in- jection de carburant-de moteur Diesel, comprenant une pompe à piston comportant-des arêtes de commande du début et de la fin de l1injection, ces arêtes coopérant avec des trous de commande de la paroi du cylindre de la pompe, ces trous débouchant dans une chambre collectrice qui entoure le cylindre et dans laquelle débouche un conduit d'arrivée du carburant provenant d'une pompe d'alimentation, la pompe d'injection comportant un conduit de reflux destine à recueillir le carburant en excès au moment de l'achèvement de l'injection. La cavitation produit des dégâts à la surface du piston ainsi que des trous et des arêtes de commande dans les pompes d'injection de carburant de ce type sous les pressions élevées d'injection telles que produites dans les moteurs Diesel à suralimentation et notamment les moteurs Diesel de commande de navires. Les degats à la surface apparaissent essentiellement à une certaine distance -de l'arete de commande et parallèlement à cette dernière. Malgré différents essais, il n'a pas été possible jusqu'à présent d'éliminer cette cavitation qui peut avoir pour conséquence la destruction rapide de la pompe. L'invention apporte une soluti-on à ce problème et a pour objet un dispositif du type mentionné dans lequel ce genre de cavitation est éliminé. Selon une particularité essentielle du dispositif de l'invention, un étrangleur à au moins deux étranglements en série est dispose à l'entrée du conduit de reflux et un organe d'arrêt interdit la pénétration dans le conduit d'alimentation de l'onde de pression produite lors de l'evacuation de l'excès de carburant. La combinaison de l'erang7eur et de l'organe d'armet empêche le jet de carburant qui se déplace à vitesse élevée à la fi-n de l'injection de créer des zones en pression dans lesquelles risquent de se former des bulles de gaz ayant pour conséquence une cavitation. L'expérience a montré qu'un unique étranglement est inefficace, car il provoque un tour ballonnement insuffisant du carburant en excès évacué, même lorsqu'il oppose une forte résistance à l'écoulement. L'organe d'arrêt déstiné à interdire la pénétra- tion de l'onde de pression dans le conduit d'alimentation est de préférence une soupape de retenue. Ce type de soupape peut être utilisé dans les pompes dans lesquelles le reflux de l'exces de carburant est dirigé dans la chambre collectrice du conduit d'alimentation. Ce reflux peut alors retourner soit dans le conduit d'alimentation, soit dans un conduit de reflux raccordé à la chambre collectrice. Llorgane d'arrêt peut cependant aussi être une cloison annulaire qui sépare la chambre collectrice,a laquelle le conduit d'alimentatinn est raccordé, d'une chambre collectrice destinée au reflux du carburant.La cloison annulaire doit toutefois entourer le cylindre de manière étanche de telle sorte que l'onde de pression ne puisse pas se propager entre cette cloison et la surface exterieure du cylindre. L'étrangleur comprend de préférence trois etranglements dont les sections d'ouverture croissent dans le sens de l'écoulement. L'expérience a montre que le rapport de la quantité d'énergie détruite par tourbillonnement a la résistance à l'écoulement est -alors optimal dans l'application particulière. Une soupape de retenue, dans le corps de laquelle l'étrangleur est realise,peut être disposez à l'extrémité du conduit d'alimentation raccordée au corps de la pompe dans un dispoitif dans lequel ce conduit est également celui de reflux de l'excès de carburant. Le dispositif ainsi réalise est simple et satisfait au critère exigé d'absence de cavitation. L'invention sera décrite plus en detail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale partielle 'd'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'inven tion et represente un schéma du circuit des conduits raccordés; la figure 2 est une élévation partielle du piston de la pompe de la figure 1 et représente l'érosion qui se produit en service; la figure 3 est une coupe analogue à celle de la figure 1, mais d'une pompe à unique conduit qui assure l'alimentation ainsi que le reflux; la figure 4 est un schéma d'une variante de réalisation du conduit d'alimentation de la pompe de la figure 3;; la figure 5 est un schéma analogue à celui de la figure 1 et représente une pompe à trous séparés d'arrivée et de reflux réalisés dans le cylindre3 ces trous débouchant dans des chambres collectrices qui ne sont pas séparées de manière étanche; la figure 6 est une élévation du piston de la pompe de la figure 5 et représente les dégâts provoques par la cavitation dans ce type de pompe; et la figure 7 est une coupe partielle analogue à celle de la figure 5 et représente une pompe selon l'invention dans laquelle toutefois les chambres collectrices du conduit d'arrivée et du conduit de reflux sont séparées de manière étanche, même pour les fortes ondes de pression. La figure 1 représente une pompe à carburant de moteur Diesel, en particulier de grand moteur Diesel à suralimentation, cette pompe comprenant un cylindre 2 fixe dans une cage 3. Un couvercle 4 qui ferme le cylindre 2 comporte un raccord 5 à un conduit de carburant qui aboutit à la soupape d'injection se trouvant dans le cylindre de travail du moteur. Un piston 6 est guide dans le cylindre 2 dans lequel une came non représentée le fait monter et descendre de manière connue en lui faisant exécuter dans un cas des courses d'aspiration et dans l'autre, des courses de refoulement. Le piston 6 comporte des arêtes supérieures 7 de commande du début de l'injection ainsi que des arêtes obliques inférieures 8 de commande de la fin de l'injection.Les arêtes 7 et 8 coopèrent avec des trous de commande 10 qui relient la chambre interne du cylindre 2 à une chambre collectrice annulaire 11 qui entoure ce dernier. Les aretes de commande 7 et 8 sont réalisées de manière connue symétriquement sur le piston 6 en évitant à ce dernier de subir des charges latérales dues à des poussées hydrauliques. Par ailleurs, une crémaillère non représentée qui engrène avec une denture 12 d'u-ne piece 13 reliéeau piston sous le cylindre 2 fait tourner ce piston 6 de maniere connue autour de son axe A, de maniere qu'il soit possible de faire varier l'instant de la fin de l-'injection et donc la courbe efficace de ce piston a l'aide des arêtes obliques 8 de commande. Un conduit d'alimentation 14 passant par une pompe 15 et débouchant dans la chambre collectrice Il aspire le carburant d'un réservoir 16. Un conduit de reflux qui retourne de la chambre il dans le réservoir 16 passe par une soupape 18 de maintien en pression qui détermine la pression a laquelle la pompe 15 refoule dans la chambre 11. Le conduit 17 de reflux est équipé conformément à l'invention d'un étrangleur 20 comprenant trois étranglements 21, 22, 23 en série Une soupape de retenue 24 à corps 25 chargé par ressort est montée dans le conduit d'alimentation 14. La figure 2 représente les dégâts causes par la cavitation en service dans les pompes de ce type de l'art antérieur. Cette cavitation prend la forme de surfaces d'érosion E, qui sont sensiblement parallèles à l'arête de commande 8. De plus, cette arête 8 et les arêtes des trous 10 subissent des détériorations. Lorsque la pompe de la figure 1 refoule du carburant de manière connue, un jet violet passe a grande vitesse dans les trous 10 lorsque les arêtes 8 arrivent au niveau de ces derniers. Ce jet avait pour conséquence dans les pompes connues des chutes de pression du carburant qui provoquaient les pheno- mènes décrits de cavitation. L'étrangleur 20 permet d'empêcher la pression de chuter au-dessous de la tension de vapeur du carburant a l'instant du reflux, car la soupape de retenue 24 coupe le passage à l'onde de pression dans le conduit 14. Lletrangleur 20 fait tourbillonner le carburant qui reflue en détruisant son énergie cinétique sans grands coups de bélier. Le mode de réalisation de la figure 3 ne diffère de celui de la figure 1 que par le conduit 14 d'alimentation qui constitue également le conduit de reflux. Un conduit 17' qui comporte la soupape 18 de maintien en pression est alors montée en parallèle sur la pompe 15 d'alimentation. Une soupape 24' de retenue, dont le corps 25' est combiné avec un étrangleur 20', est montee à l'extrémité du conduit d'alimentation 14 du mode de réalisation de la figure 3. Cet etrangleur comporte des étranglements 211, 22' et 23' comme ltetrangleur 20 de la figure 1. Le carburant arrivant par le conduit dialimenta- tion 14 du mode de réalisation de la figure 3,alors que le corps 25' de soupape est ecarté de son siège parvient dans la chambre collectrice 11 et se dirige par les trous 10 dans le cylindre de la pompe. L'onde de pression produite par le reflux ferme la soupape de retenue 24', de sorte que le carburant refluant doit s'écouler par les étranglements 21X, 22' et 23' de l'étrangleur 20'. La figure 4 illustre une variante de montage de l'étrangleur 20 et de la soupape de retenue 25 dans une pompe selon la figure 3 qui ne comporte pas de conduit de reflux. Dans ce cas, l'étrangleur 20 et la soupape 25 de retenue sont montés en parallèle sur le conduit 14 et non pas combines comme dans la figure 3. La figure 5 illustre une pompe qui comprend en plus d'une chambre collectrice 11 destinée au conduit 17 de reflux une autre chambre collectrice 30 particulière au conduit d'alimentation 14. Une cloison annulaire 31 sépare les chambres collectrices 11 et 30, mais toutefois pas de'manière totalement etanche, comme montré par l'interstice S. Le piston 6 du mode de réalisation de la figure 5 comporte des arêtes de commande 7 et 8 qui coopèrent avec des trous 32 d'arrive et des trous 33 de reflux réalisés dans le cylindre 34. Le conduit d'alimentation 14 se raccorde a la chambre collectrice 30 de la même manière que dans le mode de réalisation de la figure 1 par l'intermédiaire d'une soupape de retenue 24 à corps 25 chargé par un ressort.Le conduit 17 de reflux est raccordé a la chambre collectrice 11 par l'étrangleur 20, mais dans ce cas sans soupape de maintien en pression. La figure 6 illustre le piston 6 de la figure 5 ayant subi des dégâts dans une pompe de ce type de l'art antérieur. Le piston présente dans ce cas deux aires E1 et E2 dans lesquelles il a été détérioré par cavitation. Ces deux aires sont déterminées par la position relative des trous 32 et 33. Le mode de fonctionnement de la pompe a carburant de la figure -5 est sensiblement le même que celui qui a été décrit en regard de la figure 1. Le carburant qui arrive et le carburant en excès qui reflue sont toutefois séparés dans le cas particulier et se trouvent dans des chambres collectrices particulières. La cloison annulaire 31 n'étant pas étanche aux ondes sous forte pression, la soupape de retenue 24 doit être disposée dans le conduit d'alimentation 14. Cette soupape interdit la propagation de l'onde de pression et donc la formati on de cavitation. La figure 7 illustre finalement un mode de réalisation possible de la pompe d'injection de carburant selon la figure 5 pour le cas dans-lequel la cloison annulaire 31 pourrait être réalisée de manière qu'elle entoure le cylindre 34 de manière étanche pour les ondes de pression. Dans ce cas, la soupape de retenue 24 de la figure 5 peut être supprime, de sorte que le conduit 14 d'alimentation peut être relié directement a la chambre annulaire 30. Mais il est extrèmement difficile de réaliser une obturation étanche à l'aide de la cloison annulaire 31, car il faut dans ce cas que les alésages de la cage e t des surfaces extérieures du cylindre soient usinées concentriquement avec des tolérances tres étroites. La soupape de retenue 24 peut présenter des fuites artificielles afin d'eviter l'apparition de phénomènes de cavitation lorsqu'elle se ferme rapidement, mais ces fuites doivent être suffisamment faibles pour empêcher la pénétration par le conduit d'alimentation de l'onde de pression produite par le reflux. Le corps de soupape 25 de la figure 1 peut comporter par exemple un trou d'étranglement 40. L'étrangleur avait les dimensions suivantes dans une pompe d'injection de carburant selon la figure 1 ayant un piston 6 d'un diamètre de 26mm et destiné a un moteur a- deux temps dont le diamètre du piston était de 400mm et la vitesse de regime était de 380 tr/min(pression maximale de la pompe: environ 1000 bars) Les étranglements 21, 22 et 23 avaient des diamètres d1 = 4,5 mm, d2 = 5,5mm; d3 = 6,8mu L'epaisseur des disques des étranglements (b sur la figure 1) étai t- de 3mm et leur distance a, de 31mm. Le diamètre d4 des chambres comprises entre les étranglements était de 14mm. Le corps 25 de la soupape de retenue comportait un trou d'étranglement 40 ayant un diamètre de 2mm. Il va de soi que la pompe d'injection décrite et représentée peut subir diverses modifications sans sortir du cacdre de l'invention. REVENDICATIONS 7. Dispositif d'injection de carburant destiné à un moteur Diesel-et comprenant une pompe a piston comportant des arêtes de commande du début et de la fin d'un processus d'injection, ces arêtes cooperant avec des trous de commande menagés dans la paroi du cylindre de la pompe, ces trous debouchant dans une chambre collectrice qui entoure le cylindre et dans laquelle débouche un conduit d'alimentation en carburant refoulé par une pompe correspondante, la pompe d'injection comportant un conduit de reflux destiné a recueillir le carburant en exces lors de l'acnevement d'un processus d'injection, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'un étrangleur a au moins deux étranglements en série est disposé a l'entrée du conduit de reflux et un organe diarrêt interdit la pénétra- tion dans le conduit d'alimentation de l'onde de pression produite par un reflux. 2. Dispositif selon la revendication l, carac térisé en ce que ledit organe d'arrêt est une soupape de retenue. 3. Dispositif selon la revendication 1 , carac terse en ce que ledit organe d'arrêt est une cloison annulaire qui sépare une chambre collectrice du carburant d'une chambre collectrice à laquelle est raccorde le conduit d'alimentation. 4. Dispositif selon la revendication 1, carac térise en ce que l'étrangleur comporte trois étranglements dont les sections d'ouverture croissent dans le sens de 1 'écoulement. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le conduit d'alimentation constitue également le conduit de reflux, caractérisé en ce qu'une soupape de retenue, dans le corps de laquelle l'étranglement est réalisé, est disposée à l'extrémité du conduit d'alimentation -raccordee a la cane de la pompe.