Brevet FR2739144A1 — publié le 19970328

I Etat de la technique: L'invention concerne une installation d'injection de carburant pour des moteurs à combustion interne comprenant une pompe d'injection de carburant dont le piston de pompe en- traîné suivant un mouvement alternatif, axialement dans un alé- sage de cylindre délimite par sa surface frontale, une chambre de pompe dont part une conduite d'injection reliée à un injec- teur de carburant cette chambre pouvant être reliée par une conduite de transfert à une chambre basse pression remplie de carburant, et par une vanne de commande équipant la pompe d'in- jection et commandant le transfert haute pression vers la con- duite d'injection. Dans le cas d'une installation de carburant connue selon le document DE 36 33 136 C2, le piston d'une pompe d'in- jection de carburant est déplacé axialement suivant un mouve- ment alternatif par un entraînement par came dans un alésage de cylindre. Le piston de pompe délimite par sa face frontale li- bre une chambre active ou chambre de pompe dans l'alésage du cylindre; cette chambre se remplit de carburant provenant d'une chambre basse pression à travers une conduite d'alimenta- tion; cette chambre est reliée par une conduite d'injection à un injecteur arrivant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne destiné à être alimenté. La commande du transfert sous haute pression ou de l'injection par l'injecteur se fait par une électrovanne qui ferme une conduite de décharge partant de la chambre active de la pompe vers la chambre basse pression au cours de la phase d'injection pour qu'une pression d'injection puisse s'établir dans la chambre de la pompe pen- dant la course de transfert du piston de la pompe. La pompe d'injection de carburant et l'électrovanne de l'installation d'injection connue se trouvent à proximité du point d'injection, directement dans le bloc du moteur à combus- tion interne et une courte conduite d'injection relie la pompe à l'injecteur. Toutefois, l'installation d'injection, connue uti- lisant le système d'une buse et d'une conduite de pompe pré- sente néanmoins l'inconvénient que des dommages par cavitation se produisent dans la conduite d'injection engendrés par les ondes de pression réfléchies par l'alternance rapide de la pression; ces phénomènes de cavitation affectent considérable- ment la durée de vie de la conduite d'injection et peuvent ain- si provoquer la défaillance de l'ensemble du système d'injection. Avantages de l'invention: La présente invention concerne une installation d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne, destinée à remédier à ces inconvénients, elle est caractérisée par une soupape d'étranglement du flux de retour dans la con- duite d'injection. L'installation d'injection de carburant selon l'in- vention offre l'avantage que la soupape d'étranglement de re- tour qui étrangle le flux de carburant retournant de la15 conduite d'injection dans la chambre de la pompe permet d'évi- ter une chute rapide de la pression de carburant dans la con- duite d'injection et ainsi la formation de zones de dépression locales, de sorte qu'aucun effet de cavitation ne se produit dans la conduite d'injection. Cette soupape d'étranglement du flux de retour peut être montée directement dans le corps de la pompe d'injection ou de l'électrovanne; en variante, il est également possible d'avoir une soupape d'étranglement de retour comme pièce sépa- rée, qui se monte séparément dans la conduite d'injection et se présente sous la forme d'un manchon ou d'une douille. Cela pré- sente l'avantage d'une accessibilité facile et de la possibili- té d'équiper un système déjà existant avec une soupape d'étranglement du flux de retour. Comme l'organe d'obturation (clapet) qui s'ouvre vers l'injecteur, son ressort et l'organe d'étranglement sont logés dans le corps de l'organe d'étranglement, on obtient à un organe d'étranglement du flux de retour très compact et résis- tant aux pressions élevées, de sorte qu'il ne nécessite qu'une place très faible au niveau de la pompe d'injection. En outre, l'organe d'étranglement du flux de retour se fabrique de ma- nière peu coûteuse avec peu d'opérations et l'orifice de pas- sage ainsi que son entrée de forme conique et un profil à encoches au niveau de l'organe d'obturation sont réalisés au moment de la mise en forme; on voit ainsi un tracé de fibre, compacté sur le corps de l'organe d'obturation qui le renforce et lui donne une grande résistance au niveau de l'ajutage de branchement, pour le profil à encoches et la zone intermé- diaire. Il est particulièrement avantageux que la zone su- périeure et la zone intermédiaire du corps, dans sa direction longitudinale, soient très résistantes et que la zone infé- rieure, soit moins résistante car à son extrémité inférieure, est prévu une arête d'attaque, axialement en saillie, destinée à assurer l'étanchéité du corps dans le perçage qui le reçoit; cette arête d'attaque doit se déformer plastiquement pendant le serrage axial du corps contre une butée du perçage de récep- tion. Le corps est avantageusement serré par un filetage de sa surface périphérique dans le perçage de réception et le profil d'encoche du corps permet la mise en place simple d'un outil; la réalisation du profil d'encoche au cours de la mise en forme offre l'avantage de ne pas nécessiter de dégagement par rainure pour une sortie d'outil, de sorte que toute la sur- face peut servir à la mise en place d'un outil de vissage. La fixation de la conduite d'injection sur l'organe d'étranglement du flux de retour se fait par l'intermédiaire d'un écrou-chapeau venant prendre sur un collet de la conduite d'injection et qui se visse sur un filetage prévu sur le corps de la pompe ou le manchon de liaison. Pour éviter les oscillations propres de l'organe d'obturation ou du ressort, il est avantageux que le ressort soit enroulé de manière progressive. Pour que l'usure de l'organe d'obturation, mobile de l'organe d'étranglement du flux de retour soit aussi faible que possible, cet organe peut être réalisé en un matériau plus résistant à l'usure que le siège de clapet. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - la soupape d'étranglement du flux de retour comporte un corps cylindrique logé dans un perçage de réception ce corps ayant un orifice traversant dans lequel est guidé un organe d'obturation la zone de paroi supérieure du corps sortant du perçage de ré- ception et sa zone médiane adjacente à celle-ci, dans le per- çage possèdent une résistance plus grande qu'une zone de paroi inférieure, du corps, s'appuyant contre une butée axiale dans le perçage de réception; - au niveau de sa surface frontale inférieure, logée dans le perçage de réception, le corps présente une arête d'attaque axialement en saillie; le perçage traversant du corps présente une surface conique formant siège de clapet coopérant avec une surface d'étanchéité conique de l'organe d'obturation et un ressort de clapet est comprimé entre l'organe d'obturation et un épaulement de per- çage du perçage traversant, ce ressort poussant l'organe d'ob- turation dans le sens contraire du sens de passage du fluide vers l'injecteur pour s'appuyer contre le siège de clapet; - l'organe d'obturation comporte un perçage traversant dont l'extrémité de grand diamètre, opposée à celle du siège de cla- pet, forme une chambre à ressort logeant le ressort de clapet et dont l'extrémité proche du siège de clapet présente un dia- mètre réduit formant un organe d'étranglement; - entre l'organe d'obturation de préférence en forme de piston et la paroi de l'orifice traversant du corps, il est prévu un volume annulaire qui rejoint l'extrémité du siège de clapet op- posée à la chambre de la pompe d'injection et qui est reliée par un perçage transversal dans l'organe d'obturation en perma- nence avec le perçage traversant; - le ressort de clapet est un ressort hélicoidal à enroulement progressif; - la section de l'orifice de passage du corps est fortement agrandie à son extrémité proche de l'arête d'attaque; - le corps est vissé dans le perçage de réception par l'inter- médiaire d'un filetage prévu à sa périphérie; - le corps forme avec son extrémité supérieure sortant du per- çage de réception un branchement de conduite et dans cette zone le perçage traversant va en s'élargissant suivant une forme co- nique en direction de la surface frontale supérieure; - le corps comporte à son extrémité supérieure sortant du per- çage de réception, une denture à encoches, axiale à sa surface périphérique; - le perçage de réception recevant le corps est prévu directe- ment dans le corps de la pompe d'injection de carburant; - le perçage de réception recevant le corps est prévu directe- ment dans le corps de la vanne de commande. - le perçage de réception est prévu dans une pièce séparée qui est de préférence réalisée comme manchon de liaison tubulaire dont l'extrémité opposée à celle du clapet d'étranglement du flux de retour comporte un ajutage; - la matière constituant l'organe d'obturation de la soupape d'étranglement du flux de retour a une plus grande résistance à l'usure que la matière du corps; - l'orifice de sortie conique, l'orifice traversant et le pro- fil à encoches du corps sont réalisés dès la mise en forme du corps; - la vanne de commande est une électrovanne; - la pompe d'injection de carburant est montée directement dans le bloc du moteur à combustion interne. Dessins: Deux exemples de réalisation de l'installation d'injection de carburant selon l'invention pour des moteurs à combustion interne sont représentés dans les dessins et seront décrits ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: - la figure 1 est une vue en coupe de l'installa- tion d'injection de carburant. - la figure 2 montre un premier exemple de réalisa- tion, la soupape d'étranglement du flux de retour étant logée dans le corps de la pompe d'injection. - la figure 3 montre un second exemple de réalisa- tion, la soupape d'étranglement du flux de retour étant placée dans un manchon de liaison distinct. Description des exemples de réalisation: L'installation d'injection de carburant dont seules les parties essentielles pour l'invention sont représentées à la figure 1, est destinée à des moteurs à combustion interne; elle comprend une pompe d'injection de carburant 1 munie d'un piston de pompe 7 guidé dans un alésage de cylindre 3 du corps de la pompe. Le piston est entraîné suivant un mouvement axial, alternatif contre la force d'un ressort de rappel 11 par un entraînement par came 9; la face frontale du piston opposée à celle coopérant avec l'entraînement par came délimite une chambre active ou chambre de pompe 13 dans l'alésage cylindri- que 3. Cette chambre de pompe 13 est reliée par une conduite d'alimentation 15 à une chambre basse pression, remplie de car- burant, non représentée en détail; la liaison avec la chambre de pompe 13 est commandée par une soupape de commande en forme d'électrovanne 17. De plus, une conduite d'injection 19 relie la chambre de pompe 13; cette conduite est relativement courte et arrive par son autre extrémité à un injecteur 21 débouchant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne ainsi alimenté. La pompe d'injection de carburant 1 est montée di- rectement dans le bloc du moteur à combustion interne, non re- présenté, à proximité de l'injecteur 21. Pour éviter un retour brutal du carburant de la conduite d'injection 19 dans la chambre de pompe 13 à la fin de la phase d'injection, il est prévu une soupape d'étranglement du flux de retour 23 dans la conduite d'injection 19, aussi près que possible de la chambre de pompe 13; dans le premier exemple de réalisation représenté à la figure 2, cette soupape d'étranglement est montée directement dans le corps 5 de la pompe d'injection de carburant. La soupape d'étranglement du flux de retour 23 com- porte un corps 25 cylindrique, avec un passage axial 27 dans un perçage de réception 29 du corps 5 de la pompe; ce passage est raccordé à une partie de la conduite d'injection 19 constituée par le perçage de liaison 31 débouchant dans la chambre de pompe 13. Au niveau de sa surface frontale inférieure, plon- geant dans le perçage de réception 29, le corps 25 de la sou- pape comporte une arête d'attaque 33, annulaire, axialement en saillie; par cette arête, le corps coopère avec une surface d'appui 35 délimitant axialement le perçage de réception 29 pour assurer l'étanchéité. Le diamètre de l'orifice traversant 27 est ainsi fortement agrandi au niveau de cette arête d'atta- que 33. Le corps 25 est serré par l'intermédiaire de son file- tage 37 prévu à sa surface périphérique, axialement dans le perçage de réception 29 pour que l'arête d'attaque 33 subisse une déformation plastique contre la surface d'appui 35. L'arête d'attaque 33 présente au niveau de sa zone de paroi inférieure du corps 25, une résistance ou une dureté moindre que la zone axialement médiane et la zone de paroi supérieure du corps 25 qui dépasse du perçage de réception 29. Il est en outre prévu une denture à encoches 39, axiale pour la mise en place d'un outil de vissage, au niveau de l'extrémité supérieure du corps qui dépasse du perçage de réception 29. L'étanchéité entre le corps 25 et le perçage de réception 29 est assurée par un joint d'étanchéité 41 placé dans une gorge annulaire de la sur- face périphérique du corps 25. Le perçage traversant 27 présente à son extrémité supérieure, au niveau de la denture à encoches 39, un orifice de sortie 43 qui s'élargit suivant une forme conique en direc- tion de la surface frontale supérieure du corps 25; cette den- ture forme un branchement pour la conduite d'injection 19. La conduite d'injection 19 est enfoncée dans l'orifice de sortie d'une manière non représentée, par l'intermédiaire d'un ajutage conique; cet ajutage est serré axialement contre le corps 25 par un écrou-chapeau s'appuyant contre un épaulement ou collet de la conduite d'injection; l'écrou- chapeau est vissé sur un filetage 45 correspondant à l'extrémité tubulaire du corps de pompe 5. Le perçage traversant 27 comporte en outre une zone de plus grand diamètre guidant axialement un organe d'obtura- tion 47 en forme de piston. Un insert annulaire 49 est pressé dans la zone inférieure du perçage traversant 27; cet insert forme par sa surface annulaire supérieure, un siège conique de clapet 51 coopérant avec la surface d'étanchéité conique 53 de clapet prévue au niveau de la surface frontale inférieure de35 l'organe d'obturation 47. L'organe d'obturation 47 est poussé par un ressort 55 dans la direction opposée à la direction de passage du carburant vers l'injecteur 21, en appui contre le siège de clapet 51; le ressort du clapet 55 est comprimé à cet effet entre l'organe d'obturation 47 et un épaulement de per- çage 57 dans le perçage traversant 27. Une bague d'appui 59 peut être prévue au niveau de cet épaulement de perçage 57 et l'épaisseur de cette bague permet de régler l'intensité de la force de précontrainte du ressort de clapet 55 enroulé comme ressort hélicoidal progressif. Le ressort de clapet 55 pénètre ainsi dans un per- çage traversant 61 étagé, de l'organe de clapet 55 et dont la zone de plus grand diamètre, opposée au siège de clapet 51 forme une chambre à ressort 63 logeant le ressort de clapet 55 et la zone de plus petit diamètre débouchant au niveau de la surface d'étanchéité 53 du clapet, constitue un perçage d'étranglement 65; la chambre de pompe 13 est reliée en perma- nence à la conduite d'injection 19 par ce perçage d'étrangle- ment. Un épaulement dans l'organe d'obturation 47 forme un volume annulaire 67 entre l'organe d'obturation 47 et la pa- roi du perçage traversant 27 qui arrive jusqu'à l'extrémité du siège de clapet 51 opposé à la chambre de pompe 13 et communi- que par un perçage traversant 69 dans l'organe d'obturation 47, en permanence avec le perçage traversant 61. Le second exemple de réalisation représenté à la figure 3 se distingue du premier exemple de réalisation repré- senté à la figure 2 uniquement en ce que le logement de la sou- pape d'étranglement du flux de retour 23 est prévu maintenant dans un manchon de liaison 71, tubulaire distinct qui se place librement dans la conduite d'injection Pour cela, le manchon de liaison se compose d'un corps tubulaire muni du perçage de réception 29 et vissé dans le corps 25 de façon analogue à ce qui est représenté à la fi- gure 2. Le filetage 45 servant à fixer l'écrou-chapeau de la conduite d'injection 19 est également prévu sur la surface pé- riphérique du corps de base du manchon de liaison 71. L'extrémité du manchon de liaison 71 opposée à celle du filetage 45 comporte un ajutage 73 de diamètre réduit dont la surface périphérique comporte un autre filetage 75 pour recevoir un autre écrou-chapeau de la conduite d'injection 19; la section du perçage dans le manchon de liaison 71 s'élargit également de manière conique dans cette zone. Deux pièces de branchement de la conduite d'injec- tion 19 sont reliées à l'ajutage de branchement 73 du manchon de liaison 71 et de l'orifice de sortie 43 de la soupape d'étranglement du flux de retour 23. L'installation d'injection de carburant selon l'in- vention destinée à des moteurs à combustion interne fonctionne de la manière suivante: pendant la course d'aspiration du pis- ton de pompe 7 en direction du point mort bas, du carburant ar- rive par la conduite de transfert 15 ouverte par l'électrovanne 17 dans la chambre de pompe 13 et remplit celle-ci. L'organe d'obturation 47 (clapet) de la soupape d'étranglement du flux de retour 23 est appliqué contre le siège de clapet 51, si bien que la conduite d'injection 19 n'est reliée à la chambre de pompe 13 que par le perçage d'étranglement 45. Lorsque le piston de pompe 7 passe le point mort bas et commence sa course de transfert, le volume de la chambre de pompe 13 diminue en continu. L'électrovanne 17 étant ou- verte, tout d'abord une partie du carburant revient de la cham- bre 13 dans la conduite de transfert 15 ou en variante dans une conduite de dérivation. Pour commencer l'injection, l'électro- vanne 17 ferme cette conduite de retour et la poursuite de la compression dans la chambre de pompe 13 établit la pression d'injection. Lorsqu'un certain niveau de pression est atteint, l'organe d'obturation 47 de la soupape d'étranglement du flux de retour 23 soumis à cette haute pression se soulève contre la force de rappel du ressort de clapet 55 par rapport au siège de clapet 51; le carburant peut alors passer le long du siège dans le perçage traversant 69, le volume annulaire 67 et le perçage traversant 61 pour arriver dans la conduite d'injection 19 et être injecté par l'injecteur 21 comme cela est connu. A la fin de l'injection à haute pression, comme la conduite de transfert 15 ou la conduite de dérivation sont de nouveau ouvertes par l'électrovanne 17, la haute pression du carburant dans la chambre de pompe 13 se détend rapidement au niveau de celle de la chambre basse pression. Le ressort de clapet 55 reconduit l'organe d'obturation 47 de la soupape d'étranglement du flux de retour 23 du fait de la chute de pression, rapidement en appui contre le siège de clapet 51; la haute pression régnant dans la conduite d'injection 19 ne peut ainsi se détendre qu'à travers le perçage d'étranglement 65 vers la chambre de pompe 13 et continue à se détendre vers la chambre basse pression. Cet écoulement étranglé du carburant de la conduite d'injection entraîne que la pression régnant dans la conduite d'injection ne diminue que d'une manière relative- ment lente évitant tout phénomène de cavitation. il R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Installation d'injection de carburant pour des moteurs à combustion interne comprenant une pompe d'injection de carbu- rant (1) dont le piston de pompe (7) entraîné suivant un mouve- ment alternatif, axialement dans un alésage de cylindre (3), délimite par sa surface frontale, une chambre de pompe (13) dont part une conduite d'injection (19) reliée à un injecteur de carburant (21), cette chambre pouvant être reliée par une conduite de transfert (15) à une chambre basse pression remplie de carburant, et par une vanne de commande équipant la pompe d'injection (1), et commandant le transfert haute pression vers la conduite d'injection (19), caractérisée par une soupape d'étranglement du flux de retour (23) dans la con- duite d'injection (19). 2 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la soupape d'étranglement du flux de retour (23) comporte un corps (25) cylindrique logé dans un perçage de réception (29), ce corps ayant un orifice traversant (27) dans lequel est guidé un organe d'obturation (47), la zone de paroi supérieure du corps (25) sortant du perçage de réception (29) et sa zone mé- diane adjacente à celle-ci, dans le perçage (29) possèdent une résistance plus grande qu'une zone de paroi inférieure, du corps (25), s'appuyant contre une butée axiale (35) dans le perçage de réception (29). 3 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce qu' au niveau de sa surface frontale inférieure, logée dans le per- çage de réception (29), le corps (25) présente une arête d'at- taque (33) axialement en saillie. 4 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que le perçage traversant (27) du corps (25) présente une surface conique (51) formant siège de clapet coopérant avec une surface d'étanchéité conique (53) de l'organe d'obturation (47) et un ressort de clapet (55) est comprimé entre l'organe d'obturation (47) et un épaulement de perçage (57) du perçage traversant (27), ce ressort poussant l'organe d'obturation (47) dans le sens contraire du sens de passage du fluide vers l'injecteur (21) pour s'appuyer contre le siège de clapet (51). ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 4, caractérisée en ce que l'organe d'obturation (47) comporte un perçage traversant (61) dont l'extrémité de grand diamètre, opposée à celle du siège de clapet (51), forme une chambre à ressort (63) logeant le res- sort de clapet (55) et dont l'extrémité proche du siège de cla- pet (51) présente un diamètre réduit formant un organe d'étranglement (65). 6 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce qu' entre l'organe d'obturation (47) de préférence en forme de pis- ton et la paroi de l'orifice traversant (27) du corps (25), il est prévu un volume annulaire (67) qui rejoint l'extrémité du siège de clapet (51) opposée à la chambre (13) de la pompe d'injection (1) et qui est reliée par un perçage transversal (69) dans l'organe d'obturation (47), en permanence avec le perçage traversant (61). 7 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 4, caractérisée en ce que le ressort de clapet (55) est un ressort hélicoidal à enroule- ment progressif. 8 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 3, caractérisée en ce que la section de l'orifice de passage (27) du corps (25) est for- tement agrandie à son extrémité proche de l'arête d'attaque (33). 9 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que le corps (25) est vissé dans le perçage de réception (29) par l'intermédiaire d'un filetage (37) prévu à sa périphérie. ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que le corps (25) forme avec son extrémité supérieure sortant du perçage de réception (29), un branchement de conduite et dans cette zone (43), le perçage traversant (27) va en s'élargissant suivant une forme conique en direction de la surface frontale supérieure. 11 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que le corps (25) comporte à son extrémité supérieure sortant du perçage de réception (29), une denture à encoches (39), axiale à sa surface périphérique. 12 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que le perçage de réception (29) recevant le corps (25) est prévu directement dans le corps (5) de la pompe d'injection de carbu- rant (1). 13 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que le perçage de réception (29) recevant le corps (25) est prévu directement dans le corps de la vanne de commande. 140 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que le perçage de réception (29) est prévu dans une pièce séparée qui est de préférence réalisée comme manchon de liaison tubu- laire (71) dont l'extrémité opposée à celle du clapet d'étran- glement du flux de retour (23) comporte un ajutage (73). ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que la matière constituant l'organe d'obturation (47) de la soupape d'étranglement du flux de retour (23) a une plus grande résis- tance à l'usure que la matière du corps (25). 16 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que l'orifice de sortie (43), conique, l'orifice traversant (27) et le profil à encoches (39) du corps (25) sont réalisés dès la mise en forme du corps (25). 17 ) Installation d'injection de carburant selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la vanne de commande est une électrovanne (17). 18 ) Installation d'injection de carburant selon l'une quelcon- que des revendications 1 ou 17, caractérisée en ce que la pompe d'injection de carburant (1) est montée directement dans le bloc du moteur à combustion interne.