Brevet FR2562165A1 — publié le 19851004

Procédé et dispositif d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression dans les conduits d'alimenta- tion d'une pompe d'inJection de combustible. La présente invention concerne un procédé d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression dans les conduits d'alimentation d'une pompe d'injection de combustible, ainsi qu'un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Dans une pompe d'injection de combustible d'un moteur à combustion interne, lorsque le piston de cette pompe termine la phase d'injection sous une pression approximative de 1000 bars et que l'arête inférieure de la rampe hélicoïdale découvre le trou de mise en communication avec le circuit d'alimentation qui est à une pression d'environ 5 bars, il s'en- suit une brusque décompression génératrice d'ondes de pression remontant le circuit d'alimentation. Ces ondes de pression sont dommageables pour les composants de ce circuit, en particulier pour les filtres et instru- ments de contrôle tels que des viscosimètres par exemple. On connait un procédé permettant de limiter les ondes de pression et d'écrêter les variations de pression, qui consiste à placer des accu- mulateurs de pression dans la tuyauterie d'alimentation ou sur le corps de la pompe d'injection. Toutefois, leur inertie ne permet pas un écre- tage satisfaisant et l'agressivité des combustibles réchauffés jusqu'à C pour les plus visqueux, rend leur durée de vie très aléatoire. Ces accumulateurs ont une capacité atteignant couramment 200% de la cylin- drée de la pompe d'injection. On connaît, également par la demande de brevet FR-2 318 320, un autre procédé permettant de limiter les ondes de pression, qui consiste à installer des pertes de charges successives dans le circuit d'alimen- tation. Pour éviter que ces pertes de charge n'agissent également lorsque le combustible est en phase d'alimentation de la chambre de travail, il est nécessaire d'installer un ou des clapets anti-retour qui sont source d'avarie et dont l'inertie est importante. La présente invention a pour but d'amortir suffisamment les ondes de pression et d'écrêter les variations de pression sans utiliser de pertes de charge et clapets anti-retour, ni de capacité accumulatrice importante. 2562 1 65 -2- La présente invention a pour objet un procédé d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression dans les conduits d'alimentation d'une pompe d'injection de combustible comportant un piston plongeur, à course rectiligne et constante à l'in- térieur d'une chambre de travail, muni d'au moins une arête réglant d'une manière sélectivement variable la fin du processus d'injection par coopération avec au moins un trou débouchant dans une chambre collec- trice munie de conduits d'alimentation, consistant à transformer l'énergie potentielle emmagasinée dans le carburant en excès dans la chambre de travail en énergie cinétique, caractérisé en ce que cette énergie cinétique est directement utilisée pour accroître temporairement le volume de la chambre collectrice. Avantageusement, on accroit le volume initial de la chambre collectrice d'une valeur comprise entre 10 et 30% de la cylindrée de la pompe d'injection. La présente invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé, caractérisé en ce qu'une paroi mobile élastique- ment, susceptible d'engendrer temporairement une variation de volume de la chambre collectrice, est disposée normalement à la direction du jet de carburant et située dans l'axe et à proximité du trou assurant le reflux du carburant en excès dans la chambre de travail à la fin du processus d'injection. Avantageusement, la paroi mobile fait partie d'une enceinte hermé- tiquement close et déformable, limitée mécaniquement en expansion et compression, et contenant un gaz sous pression accompagnée éventuel- lement d'un liquide et/ou éventuellement d'un ressort. De préférence, une partie de l'enceinte déformable est constituée par un tube cylindrique à paroi ondulée, les ondulations permettant une déformation suivant son axe, et la paroi mobile constitue un piston de faible inertie obturant partiellement un logement contenant l'enceinte, des rainures et/ou des trous aménagés dans le piston ou dans la paroi du logement mettant en communication le logement avec la chambre collectrice. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, un -dispositif d'amortissement et d'écrêtage selon l'invention. 3 - La figure 1 est une vue schématique montrant deux dispositifs selon l'invention mis en place dans une pompe d'injection. La figure 2 est une vue détaillée, d'un dispositif selon l'inven- tion. Dans la figure 1, il est représenté un corps de pompe 1, un cylindre 2 fixé de manière connue dans le corps 1, une culasse 3 comportant un clapet anti-retour 4 obturant un orifice 3', un piston 10 qui délimite entre sa face supérieure 15 et la culasse 3 une chambre de travail 5, une chambre collectrice annulaire 6 mise en communication avec la chambre de travail 5 par l'intermédiaire de deux trous 7 et enfin, deux corps tubu- laires 21 enfermant chacun un dispositif d'amortissement et d'écrê- tage selon l'invention, ces deux corps étant situés chacun dans l'axe d'un trou 7. Bien entendu, la pompe d'injection peut ne comporter qu'un trou et un dispositif associé, mais généralement, une pompe d'injection comporte deux trous 7 diamétralement opposés pour éviter au piston de subir des charges latérales dues à des poussées hydrauliques. Le piston 10 comporte une gorge 11, une rainure verticale 12, une autre rainure verticale diamétralement opposée non représentée, un évi- dement 13 qui délimite une arête oblique 14 et un autre évidement déli- mitant une autre arête oblique, non représentés. Le piston 10 est mû verticalement dans le cylindre 2, par l'inter- médiaire d'une came non représentée et exécute en montant une course de compression et en descendant une course d'aspiration. Par ailleurs une crémaillère, non représentée, engrène avec une denture d'une pièce reliée au piston, afin de positionner angulairement celui-ci et de modi- fier l'instant de la fin de l'injection par l'intermédiaire des arêtes obliques. Dans la figure 2, montrant le cylindre 2 muni d'un trou 7, il est représenté de manière plus détaillée, un dispositif 20 selon l'invention débouchant dans la chambre collectrice 6 en face d'un trou 7. Ce dispositif 20 est installé dans un corps tubulaire 21 compor- tant un alésage 36, une tête extérieure 22, par exemple à six pans, permettant le serrage de ce dispositif, un filetage 23 coopérant avec un taraudage 1' du corps de pompe 1, et une extrémité 24 munie d'un épau- - 4 - lement 25 formant butée. Un joint 40 est interposé entre la tête 22 et le corps de pompe 1. Bien entendu, la présence du corps tubulaire 21 n'est pas indis- pensable et l'alésage 36. avec l'épaulement 25 peuvent être obtenus directement par usinage du corps de pompe 1. Le dispositif 20 comprend un piston 26 mobile librement à l'inté- rieur de l'alésage 36, un bouchon 30 arrêté en translation par un cir- clips 32 et muni d'un Joint torique 33 assurant l'étanchéité entre le bouchon 30 et l'alésage 36. Des cales 42 en nombre et épaisseur variable permettent de modifier la distance au repos entre le piston 26 et le bouchon 30. Un tube cylindrique 34 à paroi ondulé est relié d'une façon étanche au bouchon 30 et au piston 26par l'intermédiaire des épaule- ments-31 et. 28. Le tube cylindrique 34 ainsi que l'épaulement 28 du piston 26 et l'épaulement 31 du piston 30, constituent une enceinte hermétiquement close et déformable située dans l'alésage 36 du corps tubulaire 21. Cette enceinte est limitée mécaniquement *en expansion par l'épaule- ment 25 et le circlips 32, et limitée mécaniquement en compression car chaque épaulement interne 28, 31 des pistons 26 et du bouchon 30 comporte une butée 28', 31'. Ces deux butées servent également de guide à un ressort 35 qui est en appui sur les épaulements 28, 31. La présence de ce ressort n'est, bien entendu, pas indispensable car l'enceinte hermé- tiquement close et déformable contient un gaz sous pression, éventuel- lement accompagné d'un liquide pour modifier la raideur de l'amortisseur constitué uniquement par le gaz ou par l'ensemble gaz-ressort. Le piston 26 comporte une face externe 27, plane ou concave, avan- tageusement rendue résistante à l'abrasion par un traitement de surface approprié, tel le dép8t d'un matériau céramique. Le corps tubulaire 21 comporte un orifice 37 et le corps de pompe 1 comporte une rainure 38, cet orifice 37 et cette rainure 38 met- tant en communication le volume 41 existant entre l'alésage 36, le tube 34, le piston 26 et le bouchon 30 avec la chambre collectrice 6. L'ori- fice 37 est réalisé à une distance 1 de la face 43-du piston 26 lorsqu'il est au repos sur l'épaulement 25. Cette distance 1 est légèrement infé- rieure à la distance L séparant au repos les deux butées 28' et 31' et ainsi, lorsque le piston 26 recule, l'obturation du trou 37, préalable à la mise en butée mécanique, provoque une montée en pression du combus- tible enfermé dans le volume 41 et assure une mise en butée hydraulique. Selon une variante de l'invention, un orifice 37' peut être pra- tiqué directement dans le piston 26 et, dans ce cas, la rainure 38 et le trou 37 ne sont pas indispensables. Une opération d'amortissement et d'écrêtage se passe de la manière suivante: - Au début de la phase de décompression, c'est-à-dire à l'instant o les arêtes 14 du piston 10 découvrent les trous 7, la quantité de mouvement disponible dans le combustible à la sortie du trou 7 est immé- diatement retransformée, par l'intermédiaire du piston 26 qui comprime le gaz et/ou le ressort du dispositif 20, en énergie potentielle évitant ainsi aux ondes de pression de se propager à l'extérieur de la chambre collectrice 6. Le piston est ensuite repoussé par le gaz et/ou le ressort vers la butée 25. La libération progressive de l'énergie potentielle emmagasinée dans le dispositif 20 est contrSlée par l'échange d'une quantité de combustible entre le volume 41 et la chambre collectrice 6, à travers les orifices 37, 38 et/ou 37' et/ou le jeu installé entre le piston 26 et l'alésage 36. La variation de volume de la chambre collectrice 6 engendrée par le déplacement du piston est comprise entre 10 et 30% de la cylindrée de la pompe d'injection. Les cales 42 permettent d'ajuster au besoin la précontrainte du dispositif 20. L'énergie cinétique est disponible à la sortie du trou 7 sous forme d'une faible masse de combustible animée d'une très grande vitesse. Le choe qui s'ensuit sur la face 27 du piston 26 engendre une érosion importante. L'utilisation d'un traitement approprié destiné à augmenter la résistance à l'abrasion de la face 27 permet de limiter les conséquences de ce phénomène. L'avantage d'utiliser une enceinte close et accumulatrice telle que le dispositif 20, évite d'avoir à réaliser entre le piston 26 et l'alésage 36 une étanchéité dont la durée de vie est aléatoire et qui introduit une perte par frottement importante. Cette perte par frotte- ment vient s'ajouter, au moment de l'absorption de l'énergie cinétique, à l'inertie due à la masse du piston 26 dont la résistance au déplacement doit, au contraire, être tr s faible. -6- REVENDICATIONS 1/ Procédé d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrê- tage des variations de pression dans les conduits d'alimentation d'une pompe d'injection de combustible comportant un piston plongeur (10), à course rectiligne et constante à l'intérieur d'une chambre de travail (5), muni d'au moins une arête (14) réglant d'une manière sélec- tivement variable la fin du processus d'injection par coopération avec au moins un trou (7) débouchant dans une chambre collectrice (6) munie de conduits d'alimentation, consistant à transformer l'énergie poten- tielle emmagasinée dans le carburant en excès dans la chambre de tra- vail (5), en énergie cinétique, caractérisé en ce que cette énergie cinétique est directement utilisée pour accroître temporairement le volume de la chambre collectrice. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ee que l'on accroit le volume de la chambre collectrice (6) d'une valeur comprise entre 10 et 30% de la cylindrée de la pompe d'injection. 3/ Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'une paroi (27) mobile élasti- quement, susceptible d'engendrer temporairement une variation de volume de la chambre collectrice, est disposée normalement à la direction du jet de carburant et située dans l'axe et à proximité du trou (7) assurant le reflux du carburant en excès dans la chambre de travail (5) à la fin du processus d'injection. 4/ Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi mobile (27) fait partie d'une enceinte hermétiquement close et déformable, limitée mécaniquement en expansion et compression, et contenant un gaz sous pression accompagnée éventuellement d'un liquide et/ou éventuellement d'un ressort (35). / Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une partie de l'enceinte déformable est constituée par un tube cylindrique (34) à paroi ondulée, les ondulations permettant une défor- mation suivant son axe. 6/ Dispositif selon au moins l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la paroi mobile (27) constitue.un piston de faible inertie -7 obturant partiellement un logement (36) contenant l'enceinte, des rainures et/ou des trous (37) aménagés dans le piston ou dans la paroi du logement (36) mettant en communication le logement avec la chambre col- lectrice (6). 7/ Dispositif selon au moins l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que des moyens (42) sont prévus pour faire varier la précontrainte du dispositif (20). 8/ Pompe d'injection de combustible, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif d'amortissement et d'écrêtage selon l'une des revendications 3 à 7.