Brevet FR2330870A1 — publié le 19770603

la présente invention concerne généralement et a essentiellement pour objet un procédé d' aménagement d'un dispositif formant piston cylindrique mobile alternatif de pompe foulante d'injection de combustible pour moteur à combustion interne et, à titre de produit industriel nouveau, le piston perfectionné obtenu par l'exécution de ce procédé et les diverses applications et utilisations résultant de sa mise en oeuvre ainsi que les systèmes, ensembles, appareils, machines et notamment pompes, équipements et installations pourvus de tels dispositifs. On sait que, conformément à ltétat antérieurement connu de la technique, dans un moteur à combustion interne à injection de combustible. et par exemple à allumage spontané par compiession tel qu(en particulier mais non exclusivement un moteur Diesel, chaque pompe d'injection de combustible est du type à piston plongeur cylindrique alternatif, mobile en rotation autour de son axe longitudinal, à course rectiligne constante et à quantité volumique de liquide effectivement refoulé par course (ou à longueur de course d'injection utile ou efficace) sélectivement variable par réglage de la position angulaire relative actuelle dudit piston.Un tel piston comporte, dans une partie intermédiaire de sa surface de paroi latérale, d'une part, une gorge annulaire formant portion intermédiaire de section transversale ou de diamètre réduit délimitée entre deux éguelements circonférentiels et divisant ledit piston en deux tronçons ou segments respectivement supérieur et inférieur ou de refoulement proprement dit et, d'autre part, dans ledit tronçon supérieur, au moins un évidement de décharge par contournement du piston pour retour dérivé d'excès de combustible en fin d'injection, formant un canal ou une creusure analogue partant de la face transversale estr8me supérieure dudit piston en débouchant dans celleci pour stétendrejusqutà ladite gorge en débouchant dans celle-ciz Cet évidement se compose d'une rainure ayant un bord rectiligne s'étendant parallèlement à 1' axe longitudinal ou aux génératrices dudit piston le long de tout le tronçon supérieur de celui-ci tandis que son bord opposé se compose d'une partie supérieure droite relativement courte, parallèle audit axe longitudinal de piston et d'une partie inférieure ou restante en torme de rampe hélicosdale élar gissant ladite rainure de haut en bas en s'étendant. jsuqu'au bord inférieur du tronçon supérieur de piston, e'est-à-dire jusqu'à ladite gorge où elle débouche. La hauteur évolutive de la surface latérale de piston, délimitée entre son bord extrême supérieur circulaire et l'arête de la rampe hélicoSdale précitée, définit la course ou durée effective de refoulement sous pression donc d'in jection par coopération avec un orifice radial d'évacuation de retour de combustible traversant la paroi dg cylindre de pompe. Dans un tel piston plongeur connu, le diamètre de la section intermédiaire réduite ou à fond de gorge est généralement compris entre environ 70% et environ 80% du diamètre extérieur normal du piston plongeur, de sorte que la profondeur de la rainure ou creusure précitée représente une valeur de l'ordre de 15% à environ }.0% du diamètre extérieur normal du piston plongeur. À titre purement indicatif, un piston plongeur connu présente un diamètre extérieur normal de 43 mm et une profondeur de rainure ou de creusure de 5 mm.Le réglage du volume refoulé par la pompe s'effectue en agissant sur la position angulaire relative du piston plongeur dont l'évidement à rampe ou areate hélicoldale de pilotage conduit le combustible (par dérivation ou contournement du piston) vers l'orifice radial précité, dans la paroi du cylindre de pompe, qui sert au retour du combustible.Le ddplacement tournant du piston et par suite de la rampe hélicoTdale provoque un retard ou une avance de l'ouverture de cet orifice qui, pendant la période ou phase utile de refoulement effectif, est d'abord recouvert ou obturé par la portion de paroi latérale pleine externe du piston plongeur (première partie de sa course ascendante) et est ensuite découvert ou démasqué par celui-ci pendant la dernière partie de sa course ascendante au bout d'un temps plus ou moins long (durée d'obturation déterminée par la position angulaire actuelle du piston), de sorte que le débit de combustible se trouve ainsi augmenté ou diminué puisque le refoulement débute toujours au même instant dès que le bord supérieur extrême du piston a dépassé l'orifice radial précité.A l'instant où le piston plongeur commence à découvrir l'orifice précité en fin de période d'injection (sous une pression de rettle- ment par exemple d'environ 1000 bar), l'espace ou la chambre de travail au-dessus du piston est brusquement mis en communication à travers l'orifice radial précité avec la chambre annulaire d'aspiration de la pompe entourant le cylindre de pompe (et se trouvant à une pression d'alimentation de quelques bars seulement), de sorte qu'il se produit ainsi une décompression brutale qui provoque des fluctuations ou ondes de pression donc des oscillations hydrauliques très importantes dans la conduite de combustible entre pompe et injecteur alimenté par la pompe.Il en résulte un risque de cavitation et un risque d'instabilité de fonctionnement de l'aiguille d'injecteur avec levée de l'aiguille et risque d'entrée des gaz de combustion dans l'injecteur avec détérioration concomitante de celui-ci. On a déjà tenté de palier cet inconvénient en augmentant la perte de charge produite au passage du liquide dans la voie de dérivation de retour afin d'obtenir ainsi une décompression plus progressive en fin d'injection. Cet accroissement de perte de charge était réalisé par une diminution de l'aire de surface de section transversale libre de la voie de passage de retour dérivé. C'est ainsi qu'un- procédé connu consiste à rétrécir la rainure précitée du piston en diminuant sa largeur circonférentielie ou transversale.Une autre méthode connue consiste à réaliser une rampe hélicoïdale à au moins deux gradins ou étages d'étranglement en prévoyant un gradin intermédiaire situé par exemple à une profondeur de 0,2 film de la surface latérale externe du piston, soit à prévoir un petit trou radial de fuite en dessous de l'orifice radial normal de retour ou d'arrivée de combustible dans la paroi du cylindre de pompe. Chacune de ces solutions antérieurement con nues exige une fabrication très précise avec des tolra's tirs ébci~ éfr tes et est par conséquent, d'une réalisation relativement coûteuse. Par ailleurs, ces solutions précitées ne diminuent pas ou pas beaucoup le couple parasite de rotation s' exerçant sur le piston en raison de la force de pression s'exerçant sur les bords ou parois latérales de la rainure du piston, lequel couple tend à favoriser l'usure de la crémaillère commandant la rotation du piston (pour réglage de sa position angulaire). L'invention a donc pour but d'obvier aux inconvénients précités encréant un procédé de ralentissement de chute de pression avec amortissement ou freinage concomitatt des oscillations hydrauliques dans la chambre de travail donc dans la conduite de refoulement sous haute pression d'une pompe d'injection de combustible foulante à piston plongeur alternatif à course rectiligne constante et à durée de refoulement effectif ou instant de mise à l'échappement de ladite chambre réglable de manière sélectivement variable A cet effet, le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à diminuer la vitesse de décompression, donc à réduire les variations brusques répétées de pression et les fluctuations piodiques concomitantes de mouvement, d'écoulement causées par ladite mise à l'échappement en augmentant par construction, l'effet cumulé total des diverses pertes de charge d'écoulement de retour par contournement dudit piston, ladite augmentation étant réalisée par une diminution des sections transversales de passage libre successivement rencontrées ou traversées par ledit écoulement le long de- sa voie de retour faisant communiquer la partie de ladite chambre située au-dessus de la face terminale extrême dudit piston avec l'extérieur de ladite chambre. Cela peut être obtenu en diminuant la profondeur de chaque rainure précitée dans le piston, c'est-à-dire l'épaisseur des bords de cette rainure.L'invention viole aussi le piston obtenu par l'exécution de ce procédé qui est caractérisé en ce que le diamètre au fond de la gorge circonférentielle précitée est compris entre environ 88% et environ 95% du diamètre extérieur normal du piston, de sorte que la profondeur de la rainure précitée est comprise entre environ 6 et environ 2,5% du diamètre extérieur normal dudit piston. Cette disposition présente l'avantage d'obtenir plusieurs résistances hydrodynamiques d'écoulement additives en série à savoir : la partie verticale de chaque rainure de piston, la section d'entrée de chaque trou situé en-dessous de chaque rampe hélicoidale et la section de trou dans le cylindre découverte par chaque rampe héli cotidale0 Cela permet d'obtenir une fabrication plus économique en réduisant avantageusement la précision d'usinage de chacune des parties précitées génératrices de résistance d'écoulement dont les tolérances de façonnage sont ainsi élargies considérablement (par exemple cinq fois plus grandes).En outre, comme les forces de pression, produisant le couple de rotation parasite précité, sont directement proportionnelles à la surface ou section des bords de la rainure, la disposition conforme à l'invention entrasse une diminution de ce couple en raison de la diminution de la profondeur de la rainure ou creusure. A titre purement indicatif, dans un piston plongeur d'un diamètre extérieur normal de 43 mm par exemple, la profondeur de rainure pourra être avantageusement d'environ 1,5 mm avec une tolérance de fabrication de +0,1 mm (au lieu de + 0,02 mm antérieurement). Pour une profondeur de 0,5 mm du gradin intermédiaire du piston connu précité. La rainure de piston précitée peut être uniforme et identiquement la même partout ou bien, selon une autre caractéristique de l'invention, sa partie verticale et sa partie située en dessous de la rampe hélicoïdale peuvent avoir respectivement des profondeurs différentes mais toujours comprises dans les limites précitées. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description explicative qui va suivre en se reportant au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple non limitatif illustrant un mode de réalisation spécifique actuellement préféré de l'invention et dans lequel la figure unique représente une vue fragmentaire isolée en perspective de la partie supérieure d'un piston plongeur de pompe dtinjction de combustible conforme à l'invention. Selon l'exemple de réalisation représenté dans le dessin, le piston cylindrique 1 de pompe, d'axe longitudinal sensiblement vertical 2 et de diamètre D, comporte une portion intermédiaire 3 de section réduite ou de diamètre plus faible d formant gorge ou analogue d'une certaine hauteur et de profondeur e, définie entre deux épaulements successifs parallèles circonférentiels verticaiF ment espacés 4,5 et partageant le piston 1 en deux segments ou tronçons respectivement supérieur ou de tête ou de réglage de débit 6 et inférieur ou de refoulement 70 La rainure précitée B, de même profondeur précitée e et dont le fond est constitué par la surface latérale de la portion réduite précitée 3, comporte un bord rectiligne 9 s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal 2 ou aux génératrices du piston le long de tout le tronçon de tête 6 de celui-ci en formant ainsi une paroi latérale plane de rainure sensiblement normale à la surface latérale de la portion de section réduite 3. Le bord opposé 10 de la rainure comporte une partie supérieure droite relativement courte 10' parallèle à l'axe longitudinal 2 du piston en définissant une portion de paroi latérale plane de rainure normale à la surface latérale de diamètre réduit 3 et une partie inférieure ou restante courbe en forme de rampe hélicoïdale élargissant la rainure vers le bas en s'étendant jusqu'à la gorge 3 ou le bord inférieur 5 du tronçon de tête 6.La rainure débouche par son extré- mité supérieure dans la face terminale transversale I 1 du piston. Conformément à l'invention, les dimensions cotées du piston satisfont aux inégalités suivantes 0,88.D 0,025.I) e # 0,06.D Comme cela a déjà été indiqué ci-dessus, on a par exemple D = 43 mm; d ~ 40 mm et e = 1,5 mm, avec 38 mm Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. in particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVE1)ICÀTI0NS 1 - Procédé de ralentissement de chute de pression avec amortissement ou freinage concomitant des oscillations hydrauliques dans la chambre de travail donc dans la conduite de refoulement sous haute pression - d'une pompe d'injection de combustible foulante à piston plongeur alternatif à course rectiligne constante et à durée de refoulement effectif ou instant de mise à l'échappement de ladite chambre réglable de manière sélectivement variable, caractérisé en ce qu'il consiste à diminuer la vitesse de décompression, donc à réduire les variations brusques ré- pétées de pression et les fluctuations périodiques concomitantes de mouvement d'écoulement causées par ladite mise à l'échappement en augmentant, par construction, l'effet cumulé total des diverses pestes de charge d'écoulement de retour par contournement dudit piston, ladite augmentation étant réalisée par une diminution des sections transversales de passage libre successivement rencontrées ou traversées par ledit écoulement 3e long de sa voie de retour faiaant communiquer la partie de ladite chambre située au-dessus de la face terminale extrême dudit piston avec l'extérieur de ladite chambre. 2 - Piston de pompe d'injection de comb-ttt pour maturàb tion interne, du type mobile en rotation autour de son axe longitudinal, à course rectiligne constante et à quantité volumique de liquide effectivement refoulé par course (ou longueur de course utile ou efficace) sélectivement variable par réglage de la position angulaire relative actuelle dudit piston qui comporte, dans sa surface de paroi latérale, d'une part, une portion intermédiaire de section réduite ou de plus faible diamètre formant approximativement gorge annulaire divisant ledit piston en deux tronçons, respectivement supérieur et inférieur et, d'autre part, au moins un évidement de décharge par retour dérivé de combustible, formant une rainure partant de la face transversale extrême supérieure dudit piston et ayant un bord rectiligne s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal dudit piston le long de tout le tronçon supérieur de celui-ci tandis que son bord opposé comprend une partie supérieure droite relativement courte, parallèle audit axe longitudinal du piston et une partie inférieure ou restante en forme de rampe hélicolaale élargissant ladite rainure vers le bas en s'étendant jusqu'au bord inférieur dudit tronçon supérieur, caractérisé en ce que le diamètre de ladite portion intermédiaire de section réduite ou à fond de gorge est compris entre environ 88% et environ 95% du diamètre extérieur normal dudit piston, de sorte que la profondeur dudit évidement est comprise entm environ 6% et environ 2,5% du diamètre extérieur normal dudit piston. 3 - Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie verticale de la rainure précitée et la partie de celle-ci située en-dessous de la rampe hélicoRdale précitée ont respectivement des profondeurs dférentes.