Brevet FR2620771A1 — publié le 19890324

L'invention se rapporte à une pompe d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne à auto-alluma- ge, qui comprend au moins un piston de pompe qui est monté mobile dans une chemise de piston et qui, pendant sa course dans un sens, aspire le carburant du côté aspiration vers la chambre de travail de la pompe et, dans l'autre sens de son mouvement, interrompt tout d'abord la communication avec le côté aspiration, puis déclenche le refoulement di- visé en une préinjection et une injection principale de la chambre de travail dans l'injecteur. La préinjection du carburant est déjà connue dans les moteurs à combustion interne et sert à réduire le bruit de la combustion.Jusqu'à présent, on obtenait la préinjec- tion en utilisant différents moyens, par exemple on incor- porait des tiroirs supplémentaires dans la conduite d'in- jection pour servir de diviseur de débit, ou encore on uti- lisait des pompes d'injection et injecteurs additionnels qui servaient uniquement à la préinjection.Toutefois, les moyens connus jusqu'à présent ne conduisent pas à une solu- tion satisfaisante du problème parce que ces moyens pren- nent une place considérable sur le moteur, accroissent les coûts d'acquisition et/ou sont incapables d'assurer une séparation nette entre la pré-injection et l'injection principale. Par ailleurs ils n'autorisent pas toujours un réglage désiré sur toute la plage des valeurs de la charge et du régime.Le but de la présente invention est d'éviter ces inconvénients des modes de construction déjà connus et, en même temps de donner aux élé- ments de la pompe qui servent à l'injection principale une construction telle qu'ils puissent aussi être utilisés pour la préinjection, tout en assurant la séparation désirée entre la préinjection et l'injection principale ainsi qu'un large réglage sur toute la plage des valeurs de la charge et du régime du moteur. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que le piston présente une gorge circon- férentielle qui est limitée dans la direction axiale par deux arêtes extérieures et est en communication avec la chambre de travail par l'intermédiaire d'un perçage de liaison prévu dans le piston et en ce que, sur la périphérie inté- rieure de la chemise, il est prévu une gorge intérieure qui est limitée dans la direction axiale par deux arêtes inté- rieures et qui peut être mise en communication avec le côté aspiration par l'intermédiaire de rainures de déversement axiales pratiquées sur le piston, l'arête extérieure supé- rieure de la gorge circonférentielle du piston, qui est di- rigée vers la chambre de travail, et l'arête intérieure infé- rieure de la gorge intérieure de la chemise qui est la plus éloignée de la chambre de travail s'étendant parallèlement entre elles, de telle sorte que, après l'achèvement de la phase d'aspiration, le piston déclenche une préinjection du carburant et que, après une longueur de course prédéterminée, l'arête extérieure supérieure de la gorge circonférentielle du piston franchit l'arête intérieure inférieure de la che- mise sur toute sa longueur, et dans cette action, ouvre une voie de déversement de carburant de la chambre de travail vers le côté aspiration, en passant par la gorge circonfé- rentielle du piston, la gorge intérieure de la chemise et les rainures de déversement du piston et, de cette façon, interrompt brusquement la préinjection et que, après une autre longueur de course, l'injection principale est déclen- chée après l'interruption de la voie de déversement du car- burant passant par les rainures de déversement du piston. Par une détermination géométrique de la position des arêtes extérieures et intérieures, choisie pour s'adapter aux besoins de chaque cas d'application, on peut fixer à l'avance, au moment de la construction de la pompe, les grandeurs des quantités de la préinjection et de l'injection principale, ainsi que les écoulements dans le temps des deux injections, de même que fixer à l'avance un intervalle de temps bien défini entre ces deux injections. Les écoulements dans le temps de la préinjection et de l'injection principale ne sont cependant pas fixées à un programme déterminé et rigide. Au contraire, l'inven- tion peut être réalisée dans différentes variantes qui permettent de régler les écoulements dans le temps de la façon voulue pendant la marche. On peut adopter une forme de réalisation dans laquelle l'arête extérieure supérieure de la gorge circonfé- rentielle du piston et l'arête intérieure inférieure de la gorge intérieure de la chemise, qui coopèrent avec la pre- mière, s'étendent obliquement par rapport à l'axe du piston, à la façon d'une ligne hélicoïdale, avec le même angle de pente. De cette façon, pendant la rotation du piston qui est nécessaire pour le réglage de la quantité, ces arêtes pren- nent différentes positions relatives l'une par rapport à l'autre, et la fin de la préinjection peut ainsi être réglée pendant la marche en fonction de la charge, c'est-à-dire en fonction de la quantité de l'injection principale réglée dans le cas considéré. Il est également possible d'adopter une forme avantageuse de réalisation dans laquelle la surface frontale du piston qui délimite la chambre de travail s'étend au moins en partie obliquement par rapport à son axe. De cette façon, par rotation du piston, on peut placer la surface frontale et l'orifice d'aspiration dans différentes positions relatives et faire ainsi varier la préinjection. On obtient de cette façon un réglage de la quantité de préinjection qui s'effectue, lui aussi, en fonction de la charge. Il convient encore de signaler une autre possibili- té de réalisation de l'invention, dans laquelle il est prévu dans la chemise au moins un orifice d'aspiration menant à la chambre de travail et dont l'arête limite située en haut dans le sens de la course s'étend parallèlement à la surface frontale du piston. On obtient de cette façon que, pendant la course de refoulement, la surface frontale du piston ferme brusquement l'orifice d'aspiration, ce qui assure un début de préinjection brusque et qui est fonction de la vitesse de rotation du moteur. Finalement, il convient en. core d'indiquer que, dans les cas o l'on souhaite un réglage du début de l'injection principale en fonction de la charge, ilest avantageux d'adopter une forme de réalisation dans laquelle l'extrémité des rainures de déversement axia- les qui est voisine de la gorge circonférentielle du piston est formée par une surface terminale qui s'étend obliquement par rapport à l'axe du piston et o l'arête intérieure supé- rieure de la gorge intérieure de la chemise, qui coopère avec cette extrémité, est disposée obliquement, à la façon d'une ligne hélicoidale et avec le même angle de pente. Les gorges prévues sur le piston et sur la chemise peuvent, soit s'étendre sur toute la circonférence de ces éléments, soit occuper seulement une partie de cette circon- férence. Dans le premier cas, on obtient une fabrication simple, tandis que, dans l'autre cas, on dispose, par exem- ple, de la possibilité de prolonger jusqu'au côté d'aspira- tion une rainure de retour de fuites d'huile qui s'étend sur la région circonférentielle libre comprise entre les extré- mités des gorges. Dans toutes les formes de réalisation de l'inven- tion, grâce à la séparation définie entre la préinjection et l'injection principale, on est certain d'obtenir, sur toute la plage des valeurs de la charge et du régime du moteur, qu'il s'établira une pause nettement définie entre les deux injections. Pendant cette pause, la charge d'air contenue dans le cylindre du moteur s'échauffe fortement lors de la combustion de la quantité de carburant de pré- injection, de sorte que la combustion de la quantité d'injection principale qui y fait suite débute déjà à une température élevée et que le retard à l'allumage (l'interval- le qui sépare le début de l'injection de l'auto-allumage) devient extraordinairement petit. On obtient de cette façon que, pendant la combustion, la pression s'élève progressi- vement et lentement dans le cylindre et ceci entraîne une réduction considérable du bruit de combustion. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, les Fig. 1 à 4 représentent un premier exemple de 26520771 réalisation en coupe longitudinale et dans différentes posi- tions de fonctionnement des éléments de la pompe; la Fig. 5 est un schéma de refoulement de la pompe; et les Fig. 6 à 8 représentent deux autres modes de réalisation, également en coupe longitudinale. Il est déjà connu, dans les pompes d'injection de carburant, de réaliser le refoulement du carburant au moyen de pistons de pompes dont chacun coulisse dans une chemise et aspire le carburant du côté aspiration dans la chambre de travail de la pompe, en décrivant sa course dans un sens tandis que, dans le sens opposé, il interrompt tout d'abord la communication avec le côté d'aspiration puis déclenche le refoulement de carburant de la chambre de travail vers l'injecteur. Une telle pompe est décrite, dans tous ses détails, par exemple, dans le DE-A-34 16 355. Dans le cas considéré, les exemples de réalisation ne sont représentés que par les éléments principaux de la pompe, à savoir, le piston 10 de la pompe et la chemise 12. Dans la course de refoulement, le piston 10 est entraîné, dans le sens "F", à partir de sa position de point mort bas, par une came excentrique portée par un arbre d'entraînement, tandis que le ressort de rappel repousse le piston à partir de sa position de point mort haut, dans le sens opposé "S", lors de la course d'aspiration. La chemise 12 est appuyée et immobilisée, par son épaulement annulaire 12s, contre une surface de portée cor- respondante du corps non représenté de la pompe et elle présente deux perçages d'aspiration 12a, 12aa. Pendant la course d'aspiration, ces perçages laissent le carburant pénétrer, d'une chambre d'aspiration qui entoure la chemise, dans la chambre de travail 12b formée au-dessus de la surfa- ce frontale 10f du piston 10. Le corps d'une valve de re- foulement non représentée est appuyé contre la surface frontale 12f de la chemise 12, de sorte que dans'la course de refoulement du piston 10, le carburant est refoulé vers l'injecteur en passant par cette valve de refoulement. Dans la chemise 12 est en outre prévue une chambre annulaire intérieure 12i qui est limitée par une arête annulaire supé- rieure 12io et une arête annulaire inférieure 12iu. Sur sa circonférence, le piston 10 présente une encoche de commande 10s prévue au-dessous de la surface frontale 10f. Une rainure 10r qui s'étend parallèlement à l'axe sur la périphérie du piston 10 établit la communica- tion entre la chambre de travail 12b et l'encoche de com- mande 10s. Le piston 10 peut en outre tourner autour de son axe, de sorte que l'encoche de commande 10s peut modifier sa position relative par rapport au perçage d'aspiration 12aa. De cette façon, on peut modifier d'une façon connue la durée de l'injection principale et, par conséquent, la quantité refoulée. Le piston 10 présente en outre une chambre annulaire circonférentielle 10u qui est limitée dans la direction axiale par deux arêtes annulaires circonférentielles 10uo et 10Ouu. Unperp.axia10g et un perçage transversal 10h ména- gés dans le piston 10 établissent une communication entre la chambre de travail 12b et la chambre 10u. En outre, le piston 10 présente encore une rainure de déversement laté- rale 10x qui coopère avec le perçage d'aspiration 12a, et dont les extrémités supérieure et inférieure sont désignées par 0lOxo et 10xu respectivement. Les arêtes annulaires 12io et 12iu parallèles entre elles se trouvent dans les plans qui s'étendent perpendi- culairement à l'axe longitudinal du piston 10 et sont sépa- rées par un écartement défini. Elles aussi, les arêtes an- nulaires circonférentielles 10uo et 10uu de la chambre an- nulaire 10u du piston 10 s'étendent parallèlement l'une à l'autre et se trouvent dans des plans qui s'étendent per- pendiculairement à l'axe longitudinal du piston 10. L'extré- mité inférieure 10xu de l'évidement 10x et l'arête annulaire circonférentielle supérieure 10uo sont elles aussi prévues à une distance d'écartement définie sur le piston 10. Dès que, dans la course d'aspiration, lorsqu'il se déplace dans le sens "S", le piston 10 démasque les perçages 7 2620771 d'aspiration 12a et 12aa par sa surface frontale 10f, le carburant pénètre dans la chambre de travail 12b jusqu'à ce que le piston atteigne sa position de point mort. Dans sa course de refoulement qui y fait suite, dans le sens "F", le carburant excédentaire se déversera tout d'abord, par les perçages d'aspiration 12a et 12aa, dans la chambre d'aspiration qui entoure la chambre du piston, jusqu'à ce que l'arête frontale 10f du piston 10 franchisse et obture les deux persages d'aspiration 12a et 12aa (Fig. 1). Alors commence le refoulement de carburant à partir de la chambre de travail 12b fermée, sur une petite course "V" du piston 10. La fin de ce refoulement intervient brusqunent dès que l'arête annulaire circonférentielle 10 uo franchit l'arête annulaire 12iu de la chemise 12 et permet au carburant de refluer de la chambre de travail 12b vers le côté d'aspiration sur toute la circonférence du piston (Fig. 2). Ce reflux s'effectue sur le trajet 10g, 10h, 10u, 12i, 10x, 12a. Le refoulement qui se produit pendant la course "V" du piston sert à la préinjection du carburant. Le déversement du carburant après la fin de la préinjection, c'est-à-dire l'interruption du refoulement, dure jusqu'à ce que l'extrémité 10xu de la rainure 10x du piston 10 franchisse l'arête annulaire 12io et ferme la voie de reflux de la chambre de travail 12b vers le côté d'aspi- ration (Fig. 3). Ensuite, pendant la suite de la course du piston, commence une deuxième phase de refoulement qui se traduit par l'injection principale du carburant dans le cylindre. Etant donné que l'interruption du processus de reflux se produit brusquement à l'instant 10xu/12io, l'injection principale commence elle aussi aussitôt à plein débit. L'injection principale dure jusqu'au moment o l'arête de commande supérieure de la rainure de commande s établit une communication entre la chambre de travail 12b et le perçage d'aspiration 12aa et libère un reflux du carburant vers le côté d'aspiration (Fig. 4). Etant donné que la position relative de la rainure de commande 10s par rapport au perçage d'aspiration 12aa peut être modifiée par la rotation du piston 10, la quantité d'injection prin- cipale peut être réglée à volonté. Sur le diagramme de la Fig. 5, on a représenté schématiquement les quantités d'injection Q en fonction du temps T qui se réalisent pendant une course du piston. La préinjection commence à l'instant tl et dure jusqu'à ce que la fin brusque de la préinjection intervienne à l'instant t2. L'injection principale commence plus tard, à l'instant t3 et dure jusqu'à l'instant t4. Entre t2 et t3 il se produit donc une pause de refoulement nettement définie. Pendant cette pause, la charge d'air contenue dans le cylindre du moteur s'échauife fortement sous l'effet de la combustion du carburant préinjecté, de sorte que la combustion de la quan- tité d'injection principale qui y fait suite commence déjà à une température élevée et que, de cette façon, le retard à l'allumage (intervalle de temps entre le début de l'in- jection et l'auto-allumage) est extraordinairement réduit. On obtient, de cette façon, sur l'ensemble de la combustion une montée uniforme et lente de la pression dans le cylindre et, par conséquent, une réduction considérabledu ruitd e mtn Dans le deuxième exemple de réalisation selon les Fig. 6 et 7, on a ménagé dans la chemise 12, en remplace- ment des perçages d'aspiration ronds, deux trous d'aspira- tion polygonaux 112a. La surface frontale 10f du piston ferme ainsi brusquement les trous d'aspiration 112a, de sorte qu'on obtient un début de préinjection brusque, indé- pendant du régime du moteur, comme le montre le début raide indiqué en traits interrompus sur le diagramme de la Fig. 1, à l'instant tl. Par ailleurs, dans le même exemple de réalisation, l'arête extérieure supérieure 110uo de la gorge extérieure du pistond l'arêteintieeinefriere 112iu de la gorge inté- rieure 112i de la chemise sont disposées obliquement par rapport à l'axe du piston, à la façon d'une ligne héli- coldale et avec le même angle de pente. Pendant la rota- tion du piston, ces arêtes prennent différentes positions relatives, ce sorte que la fin de la préinjection peut être réglée pendant la marche, en fonction de la charge, c'est-à-dire en fonction de la quantité d'injection principale réglée à ce moment. L'instant t2 se déplace alors le long de l'axe des temps T. Finalement, dans l'exemple de réalisation selon les Fig. 6 et 7, la gorge extérieure 110u du piston ne s'étend que sur une partie de la circonférence du piston. On pour- rait tout aussi bien réaliser une limitation analogue pour la gorge intérieure 112i de la chemise 12. Dans un tel cas, on pourrait faire passer, par exemple un retour de fuites d'huile vers le côté aspiration, par la région de la circon- férence qui est laissée libre entre les extrémités de la gorge. Dans le troisième exemple de réalisation représenté sur la Fig. 8, la surface frontale 10f du piston qui coopère avec le trou d'aspiration 112a est munie d'un chanfrein partiel 10ff. De cette façon, sous l'effet de la rotation du piston, la surface frontale 10ff et l'ouverture d'aspiration 112a peuvent être placées dans différentes positions relatives et le début de la préinjection peut ainsi être modifié. On obtient aussi de cette façon un réglage de la quantité de préinjection en fonction de la charge. Par ailleurs, la Fig. 8 montre que l'extrémité infé- rieure 210xu de la rainure de déversement 210x prévue sur le piston 10, ainsi que l'arête intérieure supérieure 212io de la gorge intérieure 212i de la chemise 12 du piston sont disposées légèrement obliquement par rapport à l'axe du piston, avec le même angle de pente. En réponse à une rota- tion du piston, les arêtes 210xu et 212io prennent des po- sitions relatives différentes, de sorte qu'on obtient un réglage du début de l'injection principale en fonction de la charge. Il convient encore de mentionner que, dans les va- riantes de construction selon les Fig. 6 à 8, la phase d'aspiration et la phase de refoulement se déroulent de la même façon que dans le cas des Fig. 1 à 4. 2620771 Finalement, il convient encore d'attirer l'atten- tion sur le fait que, en dehors des variantes selon les Fig.1 à 8, il est également possible d'adopter d'autres variantes de construction dans lesquelles les caractéristi- ques de l'invention sont réalisées dans des combinaisons différentes. il REVENDICATIONS 1- Pompe d'injection de carburaixtpour moteurs combustion interne, qui comprend au moins un piston de pompe qui est monté mobile dans une chemise et qui, pendant sa course dans un sens, aspire le carburant du côté aspiration vers la chambre de travail de la pompe et, dans l'autre sens de son mouvement, interrompt tout d'abord la communication avec le côté aspiration, puis déclenche le refoulement, divisé en une préinjection et une injection principale, de la chambre de travail dans l'injecteur, caractérisée en ce que, le piston (10) présente une gorge circonférentielle (10u, 110u) qui est limitée dans la direction axiale par deux arêtes extérieures (10uo; 10uu; 110 uo; 110uu) et est en communication avec la chambre de travail (12b) par l'inter- médiaire d'un perçage de liaison (10g, 10h) prévu dans le piston et en ce que, sur la périphérie intérieure de la chemise (12), il est prévu une gorge intérieure (12i; 112i) qui est limitée dans la direction axiale par deux arêtes intérieures (12io; 12iu; 112io; 112iu) et qui peut être mise en communication avec le côté aspiration par l'intermédiaire de rainures dedéversement axiales (10x; 210x) pratiquées sur le piston, l'arête extérieure supérieure (10uo; 110uo) de la gorge circonférentielle (10u; 110u) du piston, qui est diri- gée vers la chambre de travail, et l'arête intérieure infé- rieure (12iu; 112iu) de la gorge intérieure (12i; 112i) de la chemise qui est la plus éloignée de la chambre de travail s'étendant parallèlement entre elles, de telle sorte que, après l'achèvement de la phase d'aspiration, le piston déclenche une préinjection du carburant et que, après une longueur de course prédéterminée (V), l'arête extérieure supérieure (10uo; 110uo) de la gorge circonférentielle du piston franchit l'arête intérieure inférieure (12iu; 112iu) de la chemise sur toute sa longueur, et dans cette action, ouvre une voie de déversement de carburant de la chambre de travail (12b) vers le côté aspiration, en passant par la gorge circonférentielle (10u; 110u) du piston, la gorge intérieure (12i; 112i) de la chemise et les rainures de 12 2620771 déversement (10x; 210x) et, de cette façon, interrompt brusquement la préinjection et que, après une autre longueur de course (H), l'injection principale est déclenchée après l'interruption de la voie de déversement du carburant passant par les rainures de déversement du piston. 2 - Pompe d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arktesri. eureextrieure(10uo) de la corge circonférentielle (10u) du piston et l'arête intérieure inférieure (12iu) de la gorge intérieure (12i) de la chemise qui coopère avec elle s'étendent perpendiculairement à l'axe du piston. 3 - Pompe d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arête extérieure supérieure (110uo) de la gorge circonférentielle (110u) du piston et l'arête intérieure inférieure (112iu) de la gorge intérieure (112i) de la chemise qui coopère avec elle s'étendent obliquement par rapport à l'axe du piston, avec le même angle de pente. 4 - Pompe d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la corge circonférentiel- le (10u; 110u) du piston (10) et la gorge intérieure (12i; 212i) de la chemise (12) s'étendent sur toute la circonfé- rence du piston ou de la chemise respectivement. - Pompe d'injection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la gorge circonférentielle (110u) du piston (10) et/ou la gorge intérieure de la chemise (12) ne s'étendent que sur une.partie de la circon- férence du piston ou de la chemise, respectivement. 6 - Pompe d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface frontale (10f) du piston (10) qui limite la chambre de travail (12b) s'étend perpendiculairement à son axe. 7 - Pompe d'injection selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la surface frontale (10ff) du piston (10), qui limite la chambre de travail (12b), s'étend au moins en partie obliquement par rapport à son axe. 8 - Pompe d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il est prévu dans la chemise (12j, au moins une ouverture d'aspiration (112a) qui mène à la chambre de travail (12b) et dont l'arête limite qui se trouve en haut dans le sens de la course s'étend parallèlement à la surface frontale (10f) du piston (10). 9 - Pompe d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'extrémité de la rainure de déversement axiale (10x) qui est adjacente à la gorge circonférentielle (10u; 110u) du piston (10) est formée par une surface terminale (10xu) qui s'étend perpen- diculairement à l'axe du piston. - Pompe d'injection selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'extrémité de la rainure de déversement axiale (210x) qui est proche de la gorge cir- conférentielle (10u) du piston (10) et formée par une surface terminale (210xu) qui s'étend obliquement par rapport à l'axe du piston et en ce que l'arête intérieure supérieure (212io)de la gorge intérieure (212i) de la chemise (12) qui coopère avec elle s'étend obliquement, avec le même angle de pente.