Brevet FR2612569A1 — publié le 19880923

L'invention a pour objet un injecteur-pompe pour un dispositif d'injection de carburant équipant, en particulier, un moteur diesel à injection directe, comprenant un piston de pompe actionné par au moins un dispositif d'entraînement et destiné à fournir la pression d'injection, la chambre de travail de la pompe correspondant à ce piston pouvant être reliée, par l'intermédiaire d'une conduite de carburant sous pression, à une chambre de pression correspondant à une aiguille d'obturation des trous d'injection, gui est soumise à la force d'un ressort de rappel. Généralement, les dispositifs d'injection de ce genre effectuent l'injection de la totalité du volume de carburant à fournir pour chaque course de travail en un seul temps d'injection. I1 en résulte que le bruit de combustion d'un tel moteur, en particulier lorsque ce dernier est réalisé sous forme d'un moteur diesel à injection directe, est relativement fort, étant donné que l'augmentation de la pression de combustion dépend, entre autres, de la quantité de carburant injectée par unité de temps. Aussi le principe d'une injection en deux temps successifs est-il connu aujourd'hui, en vue d'une réduction du bruit de combustion d'un tel moteur diesel, qui consiste à injecter d'abord une quantité limitée de précombustion, et, un certain intervalle de temps après seulement, la quantité principale proprement dite. Par conséquent, le but de l'invention est de perfectionner et de réaliser des injecteurs-pompes du type ci-dessus mentionné, de façon à réduire le bruit de combustion d'un moteur diesel équipé d'un tel dispositif d'injection, et de telle sorte que l'injection effectuée au moyen de teIs injecteurs se fasse en deux temps également, et qu'elle se décompose donc en une préinjection d'une petite quantité d'allumage et en une injection différée de la quantité principale. Ce but est atteint grâce au fait qu'un dispositif est prévu qui est destiné à provoquer une coupure momentanée de l'injection en modifiant les forces actives au niveau de l'aiguille. L'objectif de l'invention est d'agir sur les forces actives au niveau de l'aiguille de l'injecteur, en abaissant momentanément, par exemple, la pression qui est créée dans la chambre de travail de la pompe et qui agit sur l'aiguille dans le sens de l'ouverture de celle-ci, pendant la course de travail du piston de la pompe, et d'abaisser cette pression jusqu'à un niveau qui soit inférieur à la pression d'ouverture de l'aiguille. De ce fait, l'aiguille se referme et l'opération d'injec- tion de carburant entamée par l'injecteur-pompe se trouve interrompue brièvement peu après son début. I1 serait alors souhaitable que le moment et/ou la durée de cette diminution de pression et, par conséquent, de la coupure d'injection, puissent être déterminés en fonction des conditions de fonctionnement. Ainsi, l'on saurait adapter de façon idéale la courbe d'injection aux conditions de fonctionnement données du moteur.Une diminution momentanée de la pression d'injection peut être obtenue avantageusement en reliant brièvement la chambre de travail de la pompe à une chambre de détente qui peut être reliée à une conduite d'échappement de fluide sous pression, par l'intermédiaire d'un gicleur, et qui peut être délimitée par un piston coulissant, contre la force d'un ressort de rappel, à l'intérieur d'un alésage cylindrique. I1 est alors particulièrement avantageux de réaliser ce piston comme une rondelle d'appui du ressort de rappel qui repousse l'aiguille de l'injecteur.En reliant de cette manière la chambre de travail de la pompe à la chambre de détente, non seulement l'on diminue la pression régnant dans la chambre de travail de la pompe et dans la conduite haute pression qui y est raccordée, mais encore on augmente en même temps l'effort de fermeture de l'aiguille, en augmentant la précontrainte de son ressort de rappel. Les deux mesures favorisent la fermeture de l'aiguille de l'injecteur. D'autres réalisations pratiques de l'invention, se rapportant à la réalisation du piston de la pompe en vue de contrôler la communication entre la chambre de travail de la pompe et la chambre de détente, et à l'emploi d'un dispositif limiteur de la pression d'injection de l'injecteur-pompe, découlent des autres caractéristiques décrites ci-après. Les dessins annexés montrent, de façon schématisée, des exemples de réalisation de l'invention, qui seront décrits plus en détail par la suite. Sur ces dessins, la figure 1 montre une vue en coupe longitudinale d'un injecteur-pompe selon l'invention ; la figure 2 montre un diagramme de pression d'injection par rapport au temps, illustrant l'évolution de l'injection au moyen d'un injecteur-pompe selon l'invention, et les figures 3 et 4 montrent des variantes de réalisation d'un injecteur-pompe selon l'invention. Sur les dessins, la référence 1 désigne l'ensemble injecteur-pompe qui est composé d'une partie pompe 2 et d'une partie injecteur 3. I1 y a au total quatre organes récepteurs de pièces, à savoir un corps 4 de pompe, un premier boîtier intermédiaire 5, un deuxième boîtier intermédiaire 6 et un corps 7 d'injecteur, qui sont assemblés au moyen d'un dispositif tel qu'un écrou-raccord non représenté ici. Un piston 9 de pompe est logé dans un alésage cylindrique 10 du corps de pompe, ce piston étant actionné axialement, comme l'illustre le dessin de façon très schématique, par un arbre à cames 8, et pouvant tourner au moyen d'un dispositif 13 de commande. Le piston 9 de pompe comporte une section 12 de contact et de guidage ainsi qu'une section 11 de pilotage, prévue à sa partie inférieure, dont la face frontale lla délimite une chambre 17 de travail de la pompe. Lorsque le piston 9 de pompe se trouve en position de départ, la chambre 17 de travail communique avec un orifice 16 d'alimentation par l'intermédiaire duquel entre le fluide de travail, c'est-à-dire le gasoil à injecter, sous une pression fournie par une pompe d'alimentation. Une gorge 14 est prévue dans la partie 11 de pilotage du piston 9 de pompe, dont la paroi située du côté de l'orifice 16 d'alimentation est réalisée sous forme d'une rampe 15 de dosage de forme essentiellement hélicoïdale épousant la périphérie du piston, destinée à commander la fin du cycle d'injection de l'injecteur-pompe en fonction des conditions de fonctionnement. Une gorge 18 de pilotage débouchant dans la gorge 14 interagit avec un orifice 19 de pilotage disposé dans le corps 4 de pompe d'une manière qui sera décrite plus en détail ultérieurement. Par l'intermédiaire d'une conduite 20 de fluide sous pression, obturée par un clapet anti-retour 21, la chambre 17 de travail de la pompe communique avec une chambre 23 de haute pression qui est reliée, à son tour, à la chambre 25 de pression disposée dans la partie inférieure du corps 7 d'injecteur, par l'intermédiaire d'une conduite 24 de carburant sous pression, usinée dans les boîtiers intermédiaires 5 et 6 ainsi que dans le corps 7 d'injecteur. La chambre 25 de pression correspond à une aiguille étagée 26 coulissant dans le corps 7 d'injecteur. Une partie dont le diamètre est relativement grand, constituant un piston poussoir 26a de l'aiguille, est soumise à l'action d'un ressort de rappel 27 disposé dans. une chambre 33 de ressort, qui plate l'aiguille 26 ainsi que le cône 28 d'étanchéité, réalisé à l'extrémité inférieure de celle-ci dans une partie de l'aiguille dont le diamètre est petit, constituant un piston aiguille 26b, sur un siège conique 29 d'étanchéité prévu dans le corps 7 de l'injecteur. Lorsque l'aiguille 26 se trouve en position fermée, telle que la représente le dessin, une poche 30 d'injection, disposée à l'extrémité inférieure du corps 7 de l'injecteur et pourvue de trous 31 d'injection, est coupée de la chambre 25 de pression, ce qui interdit l'exécution d'une injection de carburant. Les figures 3 et 4 illustrent et opposent des variantes de réalisation de la tête de l'injecteur. Alors que la tête de l'injecteur représentée sur la figure 3 est de conception analogue à celle de la figure 1, comportant des trous 31 d'injection débouchant dans une poche 30 d'injection réalisée sous forme d'un trou borgne, la figure 4 montre une pièce conçue de telle façon que les trous 31' d'injection débouchent directement dans le siege conique 29 d'étanchéité. Le trou borgne 30' n'y communique plus avec la chambre de combustion du moteur à combustion interne, et ne constitue plus qu'un trou résiduel de fin d'usinage lors de la génération par outil du siège 29 d'étanchéité dans la tête de l'injecteur. Des essais ont montré que des injecteurs de cette conception permettaient de réduire le taux de pollution. Le deuxième boîtier intermédiaire 6 comporte une chambre 37 de détente qui est placée au-dessus de la chambre 33 de ressort, elle-même reliée à un échappement par l'intermédiaire d'un perçage transversal 34, et qui en est séparée par l'intermédiaire d'un piston galet 35 pourvu d'un gicleur 38, cette chambre de détente étant également reliée à l'orifice 19 de pilotage par l'intermédiaire d'un conduit 36 de liaison traversant, entre autres, le premier boîtier intermédiaire 5 et le corps 4 de pompe. De plus, la chambre 37 de détente communique, par l'intermédiaire d'un deuxième gicleur 39, avec une chambre 42 de ressort recevant un ressort 41 de tarage qui appuie sur un piston galet 40 limiteur de pression.Le piston 40 limiteur de pression délimite la chambre 23 de haute pression, d'une part, et sert, en même temps, d'appui pour le ressort 22 du clapet anti-retour 21. Le fonctionnement de l'injecteur-pompe illustré sur les dessins sera décrit par la suite en regard de la figure 2 représentant un diagramme de la pression d'injection par rapport au temps. A partir d'une position de repos du piston 9 de la pompe, lorsque la face supérieure du piston, en haut sur le dessin, est en contact avec le cercle de base de l'arbre 8 à cames, et lorsque la face inférieure Ila de la section ll de pilotage du piston fait communiquer l'orifice 16 d'alimentation avec la chambre 17 de travail de la pompe, le début de la course de travail du piston 9 de pompe provoquera d'abord l'obturation de l'orifice 16 d'alimentation, de telle sorte qu'une pression puisse s'établir dans la chambre 17 de travail de la pompe. Lorsque cette pression dépasse une valeur déterminée par le ressort 22 du clapet, elle ouvre le clapet anti-retour 21 de façon à établir une liaison entre la chambre 17 de travail de la pompe et la chambre 23 de haute pression, par l'intermédiaire de la conduite 20 de fluide sous pression, et entre cette chambre et la chambre 25 de pression dans le corps 7 de l'injecteur, par l'intermédiaire de la conduite 24 de carburant sous pression. Lorsque la pression atteint le niveau détermine par le ressort 27 de rappel, elle soulève l'aiguille 26, de telle sorte que le cône 28 d'étanchéité libère le passage entre la chambre 25 de pression et la poche 30 d'injection, et que le carburant soit injecté dans la chambre de combustion du moteur à travers les trous 31 d'injection. En poursuivant la course que lui imprime la came de l'arbre 8 à cames, le pisto: 9 de pompe atteint une position, telle que représentée sur le dessin, dans laquelle la gorge 18 de pilotage coïncide avec l'orifice 19 de pilotage, de façon que la gorge 14 communique, par l'intermédiaire de la gorge 18 de pilotage, avec l'orifice 19 de pilotage, et que la chambre 17 de travail de la pompe communique, par l'intermédiaire du conduit 36 de liaison, avec la chambre 37 de détente. La pression qui, à la suite de l'établissement de cette connexion avec la chambre de travail de la pompe, s'établit dans la chambre 37 de détente, agit sur le piston galet 35 délimitant la chambre 37 de détente et le déplace vers le bas dans l'alésage cylindrique 32, contre la résistance du ressort 27 de rappel de l'aiguille et en comprimant celui-ci.Du fait du raccordement de la chambre 37 de détente et, surtout, en raison de l'augmentation du volume de la chambre 37 de détente, résultant du recul du piston galet 35, la pression d'injection créée à l'intérieur de la chambre 17 de travail de la pompe est réduite à un point tel que l'aiguille 26 se referme et que l'injection soit interrompue. L'interruption dure autant de temps que la gorge 18 de pilotage coïncide avec l'orifice 19 de pilotage. La fermeture de l'aiguille 26 est amplifiée par le fait que la précontrainte du ressort 27 de rappel est augmentée par le déplacement, sous l'effet de la pression, du piston galet 35 servant d'appui au ressort 27 de rappel. Lorsque le piston 9 de la pompe obture de nouveau, lors de sa course de travail, la communication entre la gorge 18 de pilotage et l'orifice 19 de pilotage, la pression accumulée dans la chambre 37 de détente peut s'échapper, à travers le gicleur 38, dans la chambre 33 de ressort qui, par l'intermédiaire du perçage transversal 34, est relié à un échappement du fluide sous pression. Le piston galet 35 regagne sa position initiale telle que représentée sur le dessin et diminue ainsi la précontrainte du ressort 27 de rappel. En même temps, la pression régnant à l'intérieur de la chambre 17 de travail de la pompe, de la chambre 23 de haute pression, de la conduite 24 de carburant et de la chambre 25 de pression augmente de nouveau et soulève de nouveau l'aiguille 26 dans le sens de l'ouverture de celle-ci, contre la résistance du ressort 27 de rappel.A ce moment s'effectue l'injection principale de carburant, proprement dite, cette injection durant jusqu'à ce que la rampe hélicoïdale 15 de dosage sur la section 1ï de pilotage du piston 9 de la pompe redécouvre l'orifice 16 d'alimentation, reliant celui-ci à la chambre 17 de travail de la pompe, par l'intermédiaire de la gorge 14, et provoquant ainsi l'effondrement de la pression qui y régnait. Afin d'éviter une augmentation trop importante de la pression d'injection, un dispositif limiteur de pression est prévu en-dessous du clapet 21 anti-retour. Ce dispositif -comporte un piston 40 limiteur de pression coulissant dans un alésage cylindrique 43, contre l'action du ressort 41 de tarage. Ce piston 40 limiteur de pression, qui sert en même temps de rondelle d'appui du ressort 22 du clapet anti-retour 21, délimite la chambre 23 de haute pression, et se trouve, par conséquent, soumis à la pression d'injection qui y règne.Lorsque la pression régnant à l'intérieur de la chambre 23 de haute pression dépasse un niveau qui est déterminé par la précontrainte du ressort 41 de tarage, le piston 40 limiteur de pression recule vers le bas et libère ainsi un volume qui est calculé de telle façon que la pression régnant dans la chambre 23 de haute pression et, par conséquent, dans le circuit haute pression qui y est raccordé, ne puisse pas croître davantage. Le déplacement du piston 40 limiteur de pression dépend alors de la courbe caractéristique du ressort 41 de tarage et de la taille du gicleur 39 qui relie la chambre 42 de ressort à la chambre 37 de détente qui, à son tour, est reliée, par l'intermédiaire du gicleur 38, à la chambre 33 de ressort de rappel dans laquelle règne une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique. Lorsqu'à la fin de l'injection, le piston 40 limiteur de pression retourne dans sa position initiale, telle que l'illustre le dessin, un rééquilibrage des pressions peut avoir lieu, par échappement d'une partie du fluide, par l'intermédiaire des gicleurs 39 et 38, vers la chambre 33 de ressort. I1 en résulte une évolution de la pression d'injection telle que la montre, en traits pleins, le diagramme de la figure 2. Ainsi, l'injection se décompose en une préinjection 50 d'une petite quantité de carburant, et en une injection principale différée 51, suivant cette préinjection.Une conception adéquate des bords de pilotage de la gorge 18, dont le contour peut varier le long de la périphérie de la section 11 de dosage du piston 9 de la pompe que l'on peut ajuster, en fonction des conditions de fonctionnement, par exemple, au moyen d'un dispositif 13 de commande, permet d'influencer non seulement la durée de la préinjection, mais aussi l'intervalle séparant la préinjection et l'injection principale. I1 est alors possible d'effectuer cette modulation en fonction des conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne, par exemple en prévoyant une préinjection plus longue et un intervalle plus grand à bas régime, et une préinjection et un intervalle plus courts à haut régime, lorsque les deux phases d'injection peuvent, le cas échéant, se succéder sans intervalle.D'autre part, l'on peut éventuellement prévoir la gorge 18 de pilotage, de contour précis, dans une pièce individuelle de la pompe, réalisée, par exemple, sous forme d'un fourreau, qui pourra être commandé séparément en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, par un dispositif spécifique de commande, indépendant du dispositif 13 de commande du piston 9 de la pompe. En 52, la figure 2 indique la limitation de la pression d'injection lors de l'injection principale, cette limitation évitant d'atteindre des pressions d'injection extrêmes qui surchargeraient les éléments de l'injecteur ainsi que leurs dispositifs de commande, mais qui n'entraîneraient plus guère d'amélioration de l'injection elle-même. Enfin, il convient de rappeler que la décompression temporaire réalisée, selon l'invention, par la liaison de la chambre 17 de travail de la pompe à la chambre 37 de détente, pourrait être obtenue, le cas échéant, par exemple, par la disposition d'une valve électrique directement dans la conduite de liaison entre la chambre 17 de travail de la pompe et la chambre 37 de détente. Cette valve pourrait être commandée en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, de façon à obtenir l'allure, représentée sur la figure 2, d'une injection en deux temps. REVENDICATIONS 1. Injecteur-pompe pour un dispositif d'injection de carburant équipant, en particulier, un moteur diesel à injection directe, comprenant un piston de pompe actionné par au moins un dispositif d'entrainement et destiné à fournir la pression d'rjection, la chambre de travail de la pompe correspondant a ce piston pouvant être reliée, par l'intermédiaire d'une conduite de carburant sous pression, à une chambre de pression correspondant à une aiguille d'obturation des trous d'injection, qui est soumise à la force d'un ressort de rappel, cet injecteurpompe étant caractérisé par le fait qu'il est prévu un dispositif destiné à provoquer une coupure momentanée de l'injection en modifiant les forces actives au niveau de l'aiguille (26). 2. Injecteur-pompe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'instant et/ou la durée de la variation des forces peuvent être modifiés en fonction des conditions de fonctionnement. 3. Injecteur-pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est prévu un dispositif destiné à relier momentanément la chambre (17) de travail de la pompe à une chambre (37) de détente. 4. Injecteur-pompe selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la chambre (37) de détente est reliée, par l'intermédiaire d'un gicleur (38), à un échappement (33, 34). 5. Injecteur-pompe selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la chambre (37) de détente est delimitée par un piston (35) coulissant, contre la force d'un ressort (27), dans un alésage cylindrique (32). 6. Injecteur-pompe selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le piston (27) est réalisé sous forme d'une rondelle appui-ressort sur laquelle s'appuie le ressort (27) de rappel chargeant l'aiguille (26). 7. Injecteur-pompe selon une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le piston (9) de pompé comporte une gorge (18) de pilotage qui, pendant la course de travail du piston de pompe, relie momentanément la chambre (17) de travail de la pompe à un orifice (19, 36) conduisant à la chambre (37) de détente. 8. Injecteur-pompe selon la revendication 7, dont le piston de pompe peut être tourné autour de son axe longitudinal pour adapter la durée d'injection aux conditions de fonctionnement, caractérisé par le fait que la gorge (18) de pilotage est exécutée, en suivant la périphérie du piston (9) de pompe, de telle façon qu'elle établisse la liaison entre la chambre (17) de travail de la pompe et l'orifice (19) de pilotage à différents moments, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne. 9. Injecteur-pompe selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'une pièce séparée est prévue qui comporte la gorge de pilotage du piston de pompe et peut être tournée indépendamment de la rotation du restant du piston de pompe. 10. Injecteur-pompe, en particulier selon une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il est prévu un piston (40) limiteur de pression qui coulisse, contre la force d'un ressort (41) de tarage, dans un alésage cylindrique (43) et qui est soumis à la pression régnant dans la conduite (24) de carburant sous pression. 11. Injecteur-pompe selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'une chambre (42) de ressort correspondant au ressort (41) de tarage est reliée à' la chambre (37) de détente par l'intermédiaire d'un gicleur (39). 12. Injecteur-pompe selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait que le piston (40) limiteur de pression est réalisé sous forme d'une rondelle appui ressort sur laquelle s'appuie un ressort (23) d'un clapet anti-retour (21) disposé entre la chambre (17) de travail de la pompe et la conduite (24) de carburant sous pression.