Brevet FR2705119A1 — publié le 19941118

Pompe d'injection de carburant avec au moins un piston de pompe entraîné par un mécanisme à cames". Etat de la technique L'invention concerne une pompe d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne, avec au moins un piston de pompe entraîné par un mécanisme à cames, qui délimite dans un cylindre de pompe une chambre de travail à partir de laquelle on refoule du carburant, lors de la course de refoulement du piston10 de la pompe, sous haute pression vers une soupape d'injection de carburant, le mécanisme à cames présen- tent une partie essentiellement fixe et une partie mo- bile entraînée par l'arbre d'entraînement de la pompe d'injection, parties dont la partie fixe est pourvue15 d'un chemin de cames et dont la partie mobile exerce sur le chemin de cames une force qui, par l'intermé- diaire du chemin de cames, réagit sur la partie essen- tiellement fixe, et avec un piston de réglage qui en- ferme dans un cylindre une chambre de travail alimen-20 tée en agent sous pression à partir d'une source d'agent sous pression, et couplée à la partie essentiel- lement fixe du mécanisme à cames de façon réglable par l'agent sous pression à l'encontre d'une force de rap- pel, la force réagissante ayant la même direction que25 la force de rappel et réglant par son déplacement le début de la course de refoulement à haute pression du piston de pompe par rapport à une position en rotation de l'arbre d'entraînement, et la pression de l'agent sous pression dans la chambre de travail étant comman- dée pour modifier le début de la courbe de refoulement en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. On connaît déjà une telle pompe d'injection de carburant par le document DE-A-2 923 445. Dans le cas des pompes d'injection de carbu- rant on rencontre le problème suivant: si l'on optimi- se le taux de refoulement de la pompe d'injection de carburant au point de puissance normale du moteur à combustion interne à la charge la plus élevée et à la vitesse de rotation la plus élevée, de telle sorte qu'arrive dans la chambre de travail de la pompe d'in- jection de carburant la pression maximale autorisée, cette pression est alors en règle générale trop basse quand la pompe d'injection de carburant a une faible vitesse de rotation ou quand le moteur à combustion interne correspondant est au point inférieur de pleine charge pour la qualité de l'alimentation en carburant des chambres de combustion du moteur à combustion in- terne à travers les soupapes d'injection. Si l'on aug- mente le taux de refoulement dans cette zone, la pres- sion monte alors en fait, comme on peut le souhaiter, à ce point inférieur de pleine charge, mais la pompe d'injection de carburant est surchargée au point de puissance normale. On doit donc dans le cas d'une aug- mentation de la pression au point inférieur de pleine charge faire en sorte que la pompe ne soit pas sur- chargée au point de puissance normale. On obtient avec la pompe d'injection de car- burant connue, mentionnée ci-dessus, un dispositif avec lequel le taux de refoulement est alors diminué, en fonction du refoulement à pleine charge et à vites- se de rotation élevée, dans la zone inférieure de charge et de vitesse de rotation, pour obtenir des du- rées d'injection longues réduisant le bruit, ou de pe- tits taux d'injection par rapport à la quantité injec- tée. Dans ce cas, on alimente la chambre de travail de façon continue avant le piston de réglage, sous une pression qui est fonction de la vitesse de rotation, en agent sous pression provenant d'une source d'agent sous pression pour arriver, en fonction de la vitesse de rotation, à un réglage du piston de réglage et, de cette façon, du début du refoulement de l'agent sous haute pression par le piston de la pompe, et l'on met le dispositif d'évacuation en liaison opérationnelle avec la chambre de travail avant le piston de réglage, en fonction de la vitesse de rotation. Avantages de l'invention La pompe d'injection de carburant selon l'invention est caractérisée par le fait que le piston de réglage est constitué en deux parties avec un pre- mier piston, couplé à la partie mobile, qui est guidé de façon à coulisser dans un trou borgne d'un second à piston, le second piston délimitant la chambre de tra- vail par l'une de ses faces frontales dans le cylindre et étant sollicité sur son autre face par un ressort de pression s'appuyant à cet endroit de façon fixe, et le premier piston enfermant une chambre de travail par l'une de ses faces située du côté de l'extrémité fer- mée du trou borgne, chambre de travail dans laquelle est disposé un ressort de pression agissant du côté frontal sur le premier piston, ressort de pression grâce auquel le premier piston peut être amené sur une butée du deuxième piston, et la chambre de travail est alimentée en agent sous pression dont la pression est commandée par un dispositif de pilotage de la pres- sion. La pompe d'injection de l'invention a par contre l'avantage que, dans la zone de faible vitesse de rotation et de faible charge, la pression atteint, dans la chambre de travail, une pression élevée d'injection souhaitée sans que, dans la zone de vitesse de rotation élevée et de charge élevée de la pompe d'in- jection de carburant, celle-ci soit surchargée par des pressions trop élevées. Des configurations et des développements avantageux de la pompe d'injection de carburant selon l'invention sont obtenus grâce au fait que: - la chambre de travail est reliée à la source d'agent sous pression par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour ouvrant sur la chambre de travail, - la chambre de travail est reliée à une conduite d'amenée de l'agent sous pression provenant de la source d'agent sous pression et à une conduite d'évacuation de l'agent sous pression, présentant une vanne commandée électriquement, conduisant à une cham- bre de décharge, la pression dans la chambre de tra- vail étant commandé par la vanne de décharge commandée électriquement, pour faire varier le début de la cour- se de refoulement de telle façon que ce début soit ré- glé respectivement avant le début de chaque course de refoulement du piston de la pompe, - le ressort de pression précontraint dans la chambre de travail amène le premier piston contre sa butée, - le premier piston peut être déplacé d'un trajet déterminé à l'encontre du ressort de pression, jusqu'à venir en appui contre une butée du deuxième piston. En particulier on obtient un configuration avantageuse de l'invention grâce au fait que d'une ma- nière simple on réduit, à partir d'un point déterminé de la vitesse de rotation, le taux de refoulement du piston de la pompe sur une zone angulaire déterminée. De cette façon on obtient une modulation de la pres- sion d'injection qui, commandée par la pression dans la chambre de travail de la pompe ou par la pression produite par celle-ci dans la chambre de travail, est pilotée avant le piston de réglage. Dans ce cas, la commande du taux d'injection ou la commande de la pression dans la chambre de travail de la pompe s'o- riente, pour une zone de fonctionnement recherchée, sur la pression dans la chambre de travail de la pompe qui est nécessaire pour l'injection. Dessin On a représenté sur le dessin de la figure unique ci-jointe, un exemple de réalisation de l'in- vention et on va l'expliquer plus en détail dans la description qui va suivre. Description de l'exemple de réalisation Sur la figure, on a représenté un cylindre 22 dans lequel un piston de réglage en deux parties peut être déplacé à l'encontre de la force d'un res- sort 24. Le piston de réglage consiste en un premier piston 20 qui possède un évidement latéral 26 dans le- quel vient en prise une tige 27 réglant l'entraînement à cames d'une commande d'avance à l'injection non re- présentée, et en un second piston 21 qui présente un trou borgne axial 25 dans lequel le premier piston est monté de façon à pouvoir coulisser. Le trou borgne axial 25 présente une ouverture latérale de passage pour la tige 27. Une chambre de travail 23, située à l'opposé du ressort 24, est enfermée par le deuxième piston 21 dans le cylindre 22 et comporte une conduite 8 à laquelle se raccorde une conduite d'amenée de l'a- gent sous pression 15. Dans celle-ci on dispose un étranglement 19 et un clapet anti-retour 17 ouvrant en direction de la chambre de travail 23. La conduite d'amenée de l'agent sous pression provient d'une sour- ce de pression 37 délivrant l'agent sous une pression élevée, source qui est disposée à l'intérieur d'une pompe d'injection de carburant présentant la commande d'avance à l'injection, et forme aussi à cet endroit la chambre d'aspiration à partir de laquelle la partie haute pression de la pompe d'injection de carburant est alimentée en carburant. De la conduite 8 part en outre une conduite d'évacuation de l'agent sous pres- sion 16, qui conduit à une chambre de décharge et con- tient une vanne commandée électriquement, dans ce cas une électrovanne 18. Le premier piston 20 qui peut coulisser dans le trou borgne axial 25 enferme à cet endroit, sur sa face frontale orientée vers la chambre de travail 23, une chambre de travail 29 dans laquelle est disposé un ressort de pression 30 qui prend appui sur la face frontale du trou borgne axial et pousse le premier piston 20 sur une butée 31 qui est prévue à l'inté- rieur du trou borgne axial 25 et limite le déplacement relatif du premier piston 20 par rapport au second piston 21. La chambre de travail 29 est reliée par l'intermédiaire d'un canal axial 28 à l'évidement 26 et par l'intermédiaire de celui-ci à une chambre 38 qui est sollicitée par un agent sous pression se trou- vant sous une basse pression d'environ 0,5 à 1 bar. Cet agent sous pression peut être de préférence du carburant. Par l'intermédiaire de ce canal axial 28, on alimente la chambre de travail en agent sous pres- sion et on peut aussi la décharger. La chambre rece- vant le ressort 24 dans le cylindre 22 est par contre entièrement déchargée. De cette façon, on charge le premier piston par l'agent sous pression avec le sou- tien du ressort 30, jusqu'à ce qu'il vienne sur la bu- tée 31. Dans le cas du piston de réglage 20 il s'a- git ici du piston, comme dans le cas des pompes d'in- jection de carburant, du dispositif de réglage de la commande d'avance à l'injection. En fonction de la translation du piston de réglage la tige 27, comme la tige correspondante dans le cas d'une pompe d'injec- tion de carburant connue par le document DE-A-2 158 689, déplace une bague à rouleaux non représentée dans cette demande de brevet, qui est montée de façon à pouvoir tourner, mais jusqu'à la torsion par la tige 27, à poste fixe dans le carter de la pompe d'injec- tion de carburant et sur les rouleaux de laquelle un disque à cames roule par ses cames. Le disque à cames est dans ce cas couplé à un arbre d'entraînement de la pompe d'injection de carburant et par ailleurs à un piston de pompe qui, du fait de la torsion de l'arbre d'entraînement, exécute en même temps que le disque à cames un mouvement de rotation et sert dans ce cas de distributeur et en plus, du fait du disque à cames qui roule sur les rouleaux, exécute un mouvement de va-et- vient et, ce faisant, accomplit comme piston de pompe des courses d'aspiration et de refoulement. Le piston de pompe enferme, comme ceci est connu de façon géné- rale mais n'a pas été représenté ici, une chambre de travail de pompe qui est remplie de carburant, lors de la course d'aspiration, à partir d'une chambre d'aspi- ration remplie de carburant, disposée à l'intérieur de la pompe d'injection de carburant - cette chambre d'aspiration forme ici en même temps la source d'agent sous pression 37 - et, lors de la course de refoule- ment, refoule le carburant sous haute pression respec- tivement vers une soupape d'injection du moteur à com- bustion interne. Le refoulement du carburant sous hau- te pression vers les soupapes d'injection est détermi- né essentiellement par le début du mouvement de soulè- vement du disque à cames en même temps que le piston de la pompe lors de son passage sur les rouleaux de la bague à rouleaux, et par la fin du refoulement servant à déterminer la quantité de carburant à injecter en ouvrant un canal de décharge. Le disque à cames est, dans ce cas, maintenu sur la bague à rouleaux par une force de rappel appliquée sous la forme de ressorts de rappel. Cette force de rappel est aussi soutenue par la force de réaction du piston de la pompe lors de sa course de refoulement. Dans ce cas la bague à rouleaux est soumise, par l'intermédiaire des flancs des cames du disque à cames, à une force agissant dans son sens périphérique en sens opposé à la force de rappel du piston de réglage. Grâce à cette force exercée à par- tir du piston de la pompe, la chambre de travail 23 est toutefois soumise à une augmentation de pression par rapport à la hauteur de la pression commandée au- paravant pour le réglage du piston de réglage. Le de- gré de cette augmentation de pression correspond à la pression produite dans la chambre de travail de la pompe. L'augmentation de la pression n'est par ail- leurs possible qu'à cause du fait que le clapet anti- retour qui ferme le circuit en direction de la source d'agent sous pression, enferme le volume d'agent sous pression amené à la chambre de travail quand l'élec- trovanne est en même temps fermée. Quand on utilise, dans un autre type de pom- pe d'injection de carburant, un type de construction de distributeur tel que celui qui est connu par le do- cument EP-A-0 039 304, le piston de réglage est couplé par l'intermédiaire de la tige 37 à une bague à cames montée de façon à pouvoir tourner dans le carter de la pompe d'injection de carburant, bague qui présente un chemin de cames orienté vers l'intérieur et sur le- quel, lors d'une rotation du distributeur de la pompe d'injection de carburant tournant de façon coaxiale par rapport à la bague à cames, passent les pistons de pompe montés radialement dans ce distributeur et accomplissant dans ce cas un mouvement de pompage d'entrée et de sortie correspondant au trajet des ca- mes du chemin de cames. Les pistons de pompe enferment dans ce cas une chambre de travail de la pompe à par- tir de laquelle le carburant se trouvant à la pres- sion d'injection est refoulé à travers le distributeur vers chacune des conduites d'injection et des soupapes d'injection commandées par le distributeur. Ici aussi les pistons de pompe exercent, lors de leur course de refoulement à haute pression, une force qui déclenche par l'intermédiaire de la pente des cames du chemin de cames, une force de rappel, lors de la course de re- foulement à haute pression, telle que le piston de ré- glage en deux parties 20, 21 est sollicité en direc- tion de la chambre de travail 23 par cette force de réaction, et la chambre de travail 23 subit une aug- mentation de pression comme décrit ci-dessus. Le mode de fonctionnement du dispositif dé- crit jusqu'ici est le suivant. Grâce à la charge du premier piston 20 par le ressort 30, celui-ci repose de façon solidaire sur le deuxième piston 21 de telle sorte que l'on doit tout d'abord considérer les deux pistons comme une unité rigide et que la position du deuxième piston 21 détermine aussi la position de la tige 27 en déterminant de cette façon le réglage du début de l'injection. Pendant les courses d'aspiration du ou des pistons de la pompe, lors desquelles aucune force additionnelle n'agit sur le piston de réglage en deux parties 20, 21, force qui ferait coulisser le piston de réglage en complément à l'action du ressort 24 et qui ferait sortir de l'agent sous pression de la chambre de travail 23, on amène du carburant à la chambre de travail par l'intermédiaire du clapet anti- retour 17 et de l'étranglement, à partir de la chambre d'aspiration 37 et par l'intermédiaire de la conduite d'amenée d'agent sous pression 15. Dans ce cas, la pression dans la chambre de travail 23 peut atteindre la hauteur de la pression qui règne dans la source d'agent sous pression tant que l'électrovanne 18 est fermé.e. En actionnant cette électrovanne 18, on peut faire varier la pression dans la chambre de travail 23 indépendamment de la pression de la chambre d'aspira- tion 37, l'étranglement 19 agissant sur le clapet an- ti-retour 17 comme un étranglement de désaccouplement. On effectue cette variation respectivement pendant le mouvement d'aspiration en comandant en conséquence l'électrovanne 18, de telle sorte qu'au début de la course de refoulement consécutive de la pompe ou des pistons de la pompe, on règle dans la chambre de tra- vail 23 la pression qui établit le début direct de la course de refoulement à haute pression du piston de la pompe, par l'intermédiaire du réglage du piston de ré- glage. Quand le refoulement à haute pression a commen- cé, l'électrovanne 18 reste fermée. Lors de l'augmentation de la force de rappel qui a alors lieu, force de rappel qui s'exerce sur le piston de réglage, on peut repousser débattement le premier piston 20 par rapport au deuxième piston 21 quand la précontrainte du ressort de pression 30 a été surmontée, de telle sorte que la courbe de soulèvement des cames se démarque également du déplacement qui en résulte ainsi, du début de l'injection ou du déplace- ment de la bague à cames. De cette façon, on réduit la vitesse de translation du piston de la pompe et, par suite, son taux de refoulement. Ceci conduit à son tour à ce que le taux d'accroissement de la pression ou la pression atteinte dans la chambre de travail de la pompe soient plus petits en prenant en considéra- tion l'injection qui a lieu dans ce cas en même temps, et la prise de carburant à partir de la chambre de travail de la pompe vers le point d'injection. Selon la configuration du ressort de pres- sion 30 et sa précontrainte, et suivant les constantes d'élasticité du ressort, on peut de façon coordonnée former ainsi une évolution déterminée de la pression pendant la course de refoulement à haute pression du piston de la pompe. En même temps, on a l'avantage es- sentiel de ne pas dépasser une pression maximale dans la chambre de travail de la pompe, en particulier en concordance avec le point de puissance normale de la pompe d'injection de carburant ou du moteur à combus- tion interne. On peut obtenir une modification de l'évolu- tion de la pression grâce au fait que le premier pis- ton 20 ne peut se déplacer que d'une valeur déterminée par rapport au second piston 22. Pour cela, on prévoit une butée 32 dans le trou borgne axial 25, butée sur laquelle le premier piston vient en appui selon l'é- cart déterminé. En continuant à augmenter l'applica- tion de la force par l'intermédiaire de la tige 27 sur le piston de réglage du dispositif de commande d'avan- ce d'injection, les deux pistons 20 et 21 forment une unité et peuvent être dans tous les cas réglés dans le cadre de la compressibilité de l'agent dans la chambre de travail 23. A la fin de la course de refoulement à haute pression, le premier piston 20 est de nouveau ramené sur sa butée 31 au cours de la course d'aspiration suivante et on remplit à nouveau la chambre de travail 29 de carburant via le canal 28. R E V E N D I C A T ION S 1) Pompe d'injection de carburant pour mo- teurs à combustion interne, avec au moins un piston de pompe entraîné par un mécanisme à cames, qui délimite dans un cylindre de pompe une chambre de travail à partir de laquelle on refoule du carburant, lors de la course de refoulement du piston de la pompe, sous hau- te pression vers une soupape d'injection de carburant, le mécanisme à cames présentant une partie essentiel- lement fixe et une partie mobile entraînée par l'arbre d'entraînement de la pompe d'injection, parties dont la partie fixe est pourvue d'un chemin de cames et dont la partie mobile exerce sur le chemin de cames une force qui, par l'intermédiaire du chemin de cames, réagit sur la partie essentiellement fixe, et avec un piston de réglage (20, 21) qui enferme dans un cylin- dre (22) une chambre de travail (23) alimentée en agent sous pression à partir d'une source d'agent sous pression (37), et couplée à la partie essentiellement fixe du mécanisme à cames de façon réglable par l'a- gent sous pression à l'encontre d'une force de rappel (24), la force réagissante ayant la même direction que la force de rappel et réglant par son déplacement le début de la course de refoulement à haute pression du piston de pompe par rapport à une position en rotation de l'arbre d'entraînement, et la pression de 1 'agent sous pression dans la chambre de travail (23) étant commandée pour modifier le début de la course de re- foulement en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne, pompe d'injection de carburant caractérisée en ce que le piston de réglage est constitué en deux parties avec un premier piston (20), couplé à la partie mobile, qui est guidé de fa- çon à coulisser dans un trou borgne d'un second piston (21), le second piston (21) délimitant la chambre de travail (23) par l'une de ses faces frontales dans le cylindre (22) et étant sollicité sur son autre face par un ressort de pression (24) s'appuyant à cet en- droit de façon fixe, et le premier piston (20) enfer- mant une chambre de travail (29) par l'une de ses fa- ces située du côté de l'extrémité fermée du trou borg- ne (25), chambre de travail (29) dans laquelle est disposé un ressort de pression (30) agissant du côté frontal sur le premier piston (20), ressort de pres- sion (30) grâce auquel le premier piston peut être amené sur une butée (31) du deuxième piston (21), et la chambre de travail (23) est alimentée en agent sous pression dont la pression est commandée par un dispo- sitif de pilotage de la pression. 2) Pompe d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de travail est reliée à la source d'agent sous pression par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour ouvrant sur la chambre de travail. 3) Pompe d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chambre de travail est reliée à une conduite d'amenée de l'agent sous pression (15) provenant de la source d'agent sous pression (37), et à une conduite d'évacuation de l'a- gent sous pression (16), présentant une vanne comman- dée électriquement, conduisant à une chambre de dé- charge, la pression dans la chambre de travail étant commandée par la vanne de décharge commandée électri- quement, pour faire varier le début de la course de refoulement de telle façon que ce début soit réglé respectivement avant le début de chaque course de re- foulement du piston de la pompe. 4) Pompe d'injection de carburant selon la revendication 1 à 3, caractérisée en ce que le ressort de pression (30) précontraint dans la chambre de tra- vail (29) amène le premier piston contre sa butée (31). ) Pompe d'injection de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier pis- ton (20) peut être déplacé, d'un trajet déterminé, à l'encontre du ressort de pression (30) jusqu'à venir en appui contre une butée (32) du deuxième piston (21).