Brevet FR2738875A1 — publié le 19970321

Etat de la technique. L'invention concerne une pompe d'injection de car- burant pour moteur à combustion interne, comprenant un piston de pompe entraîné suivant un mouvement alternatif axial dans un alésage d'une chemise de cylindre, ce piston définissant par sa face frontale une chambre de pompe susceptible d'être reliée à une chambre basse pression remplie de carburant et à un point d'injection, ainsi qu'à au moins une rainure annulaire prévue au niveau du guidage du piston dans la paroi de l'alésage et qui se remplit d'huile de graissage par un canal d'alimentation, tandis que pendant une partie de la course du piston, cette rainure est reliée à une cavité du piston de pompe par laquelle elle se vide au moins indirectement dans une chambre à ressort logeant un ressort de rappel du piston de pompe. Dans de telles pompes d'injection de carburant con- nues, selon le document DE-OS 40 30 951, le piston de pompe est guidé axialement dans un alésage cylindrique d'une chemise cy- lindrique. Le piston de la pompe, entraîné suivant un mouvement alternatif axial par un entraînement à came, délimite par l'une de ses faces frontale, une chambre de pompe dans la chemise du cylindre; dans cette chambre débouche un perçage de commande, partant de la chambre basse pression remplie de carburant et, qui peut être commandé et fermé par le piston de pompe; une conduite d'injection partant de cette chambre est reliée à un point d'injection du moteur à combustion interne, alimenté. Au niveau du guidage du piston, la pompe d'injection de carburant, connue, comporte trois rainures annu- laires dans la paroi de l'alésage; une première, c'est-à-dire celle la plus proche de la chambre de la pompe, sert de rainure annulaire supérieure pour recueillir les fuites de carburant transféré. Cette rainure annulaire supérieure dite " rainure de collecte de carburant " est reliée par un perçage d'évacuation de carburant à la chambre basse pression de la pompe d'injection pour y reconduire le carburant recueilli. A l'extrémité inférieure du guidage du piston, dans la paroi du perçage cylindrique, on a une rainure inférieure dite de blocage du carburant; cette rainure est reliée par un canal d'alimentation au circuit d'huile de graissage de la pompe d'injection ou du moteur à combustion interne alimenté; elle assure le graissage de l'ajustage étroit entre le corps du piston de pompe et l'alésage cylindrique. De plus, on évite ainsi une fuite de carburant dans la chambre du ressort. Pour évacuer le carburant qui traverse et l'huile de graissage, il est prévu une rainure d'huile mélangée entre la rainure supérieure de carburant et la rainure d'arrêt infé- rieure dans la paroi de l'alésage cylindrique; cette rainure intermédiaire est reliée par un perçage d'évacuation à une chambre collectrice à l'extérieur de la pompe dans laquelle on évacue le mélange ainsi recueilli formé de carburant et d'huile de graissage. Pendant le fonctionnement de la pompe d'injection, notamment lorsqu'on utilise des huiles lourdes comme carburant, on rencontre des contraintes de température élevées allant jus- qu'à 180 C dans la pompe d'injection. Pour éviter un séjour prolongé de l'huile de blocage, c'est-à-dire l'huile de grais- sage qui arrive dans la rainure de blocage, sollicitée en tem- pérature et risquant de former des dépôts analogues à des vernis et des produits cokéfiés, la pompe d'injection de carbu- rant connue comporte une cavité au niveau du piston de pompe; cette cavité relie la rainure d'arrêt d'huile, au moins au ni- veau du point mort haut de la course du piston de pompe, à une25 chambre à ressort de la pompe d'injection pour que l'huile de graissage puisse s'échapper en continu de la rainure d'arrêt d'huile; on établit ainsi un circulation intentionnelle au ni- veau de la rainure d'arrêt, circulation qui évite un séjour prolongé de l'huile de graissage dans la rainure d'arrêt expo- sée à une température élevée et risquant de produire les incon- vénients cités. La pompe d'injection de carburant, connue, présente néanmoins l'inconvénient que, lorsque le moteur à combustion interne est à l'arrêt et que le piston de pompe est également à l'arrêt alors que la pompe d'huile de graissage fonctionne dans certaines positions ou toutes les positions du piston de pompe, une communication est ouverte en permanence, du circuit d'huile de graissage vers la chambre à ressort de la pompe d'injection; cela se traduit par un débit inacceptable d'huile de graissage ainsi que par une accumulation inacceptable d'huile dans la chambre à ressort. Avantages de l'invention. A cet effet, l'invention concerne une pompe d'injection de carburant destinée à des moteurs à combustion interne du type défini ci- dessus, caractérisée en ce que la longueur de la cavité du piston de pompe, vue dans la direction axiale du piston de pompe, est inférieure à la distance sépa- rant la rainure annulaire dans l'alésage, d'une arête annulaire inférieure délimitant l'alésage à son extrémité pénétrant dans la chambre à ressort. Une pompe selon l'invention présente l'avantage d'éviter sûrement une communication permanente entre la rai- nure d'arrêt d'huile et la chambre à ressort de la pompe d'injection, avec les inconvénients liés à cette communication, sans influencer de manière significative la circulation d'huile de graissage dans la rainure d'arrêt d'huile. L'évacuation " fractionnée " selon l'invention de l'huile de graissage de la rainure d'arrêt, seulement pendant le fonctionnement de la pompe d'injection, assure une évacuation pulsée d'une quantité suffisante d'huile de graissage. Cela se fait avantageusement par une cavité dans la paroi du piston de pompe, cavité dont l'allongement axial est inférieur à l'intervalle entre la rainure d'arrêt d'huile de la paroi de l'alésage cylindrique et l'arête de l'alésage cylin- drique, adjacente à la chambre à ressort et qui recouvre la rainure d'arrêt d'huile au niveau du point mort haut du mouve- ment du piston; au niveau du point mort bas de la course du piston de la pompe, cette rainure débouche dans la chambre à ressort. Le dimensionnement de la longueur et du volume de ré- ception de la cavité fermée, en position intermédiaire du pis- ton, permet de régler les quantités d'huile de graissage transférées à la chambre de ressort pour arriver à un débit suffisant au niveau de la rainure d'arrêt d'huile sans qu'une quantité excessive d'huile de graissage ne soit prélevée du circuit d'huile de graissage du moteur à combustion interne. La cavité dans le piston de pompe peut être constituée sous la forme d'une ou plusieurs et de préférence deux poches essen- tiellement rectangulaires, ou encore sous la forme d'une rai- nure annulaire ou, en variante, sous d'autres formes de cavité. D'autres avantages et développements avantageux de l'objet de l'invention seront explicités dans la description, dans les dessins et dans les revendications. Dessins. Un exemple de réalisation d'une pompe d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne est représenté dans les dessins et sera décrit ci-après de manière plus dé- taillée en se référant à ces dessins, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale de la pompe d'injection de carburant, - la figure 2 est un détail à échelle agrandie de la figure 1, montrant la position et la disposition de la cavi- té du piston de pompe coopérant avec la rainure d'arrêt d'huile. Description de l'exemple de réalisation. La pompe d'injection de carburant pour moteur à combustion interne représentée à la figure 1 et, sous forme de détail agrandi à la figure 2, comprend une chemise de cylindre 3 placée dans un corps de pompe 1; l'alésage 5 de cette che- mise guide axialement en coulissement un piston de pompe 7. Le piston de pompe 7 entraîné suivant un mouvement axial de va-et- vient par un moyen d'entraînement à came 9 et tournant de ma- nière usuelle pour régler la quantité transférée, délimite une chambre de pompe 13 par sa face frontale 11, opposée à celle de l'entraînement à came 9. De cette chambre, part une conduite d'injection 15 reliée à un point d'injection, non représenté en détail, du moteur à combustion interne alimenté; de manière connue, une soupape de pression peut être montée dans la con- duite d'injection 15. L'alimentation en carburant de la chambre 13 de la pompe et l'évacuation du carburant en excédent, cor- respondant à la fin de la commande, se font par deux perçages de commande radiaux 17, dans la paroi de la chemise de cylindre 3; ces perçages qui partent d'une chambre basse pression 19 remplie de carburant, entourant la chemise de cylindre 3, dé- bouchent dans la paroi de l'alésage 5; au cours de la course du piston de la pompe ces perçages sont fermés sur commande par la surface- enveloppe du piston de pompe 7. Pour réguler la quantité débitée, le piston de pompe 7 comporte en outre deux rainures en biais 21 reliées en permanence à la chambre 13 de la pompe; ces rainures en biais coopèrent de manière connue avec des perçages de commande 17 pour terminer le transfert à haute pression. Par son extrémité opposée à la chambre 13 de la pompe, la chemise de cylindre 3 pénètre dans une chambre à res- sort 22 de la pompe d'injection dans laquelle se trouve un res- sort de rappel 24 qui maintient le piston de pompe 7 en appui contre l'entraînement à came 9. Pour assurer une bonne lubrification de la surface de circulation du piston de pompe 7 guidé dans l'alésage 5 avec un jeu étroit, on a prévu selon l'exemple de réalisation, trois rainures annulaires dans la paroi de l'alésage 5. La rainure annulaire supérieure, située le plus près de la chambre 13 de la pompe, constitue une rainure recueillant l'huile de fuite 23 et, un perçage de retour d'huile de fuite 25 partant de cette rainure, débouche dans la chambre basse pression 19; on re- cueille ainsi le carburant qui fuit le long du corps du piston de pompe 7 à partir de la chambre de pompe 13. Une rainure annulaire inférieure, la plus éloignée de la chambre 13 de la pompe, dans la paroi de l'alésage 5, forme une rainure d'arrêt 27 raccordée par un canal d'alimentation 29 au circuit d'huile de graissage de la pompe d'injection et du moteur à combustion interne; cette rainure est en permanence remplie d'huile par ce canal de sorte que, pendant le mouvement du piston de la pompe, il se forme un film de lubrification sur la partie du corps du piston 7 de la pompe passant sur la rainure d'arrêt 27. Une troisième rainure annulaire, prévue entre la rainure de fuite 23 et la rainure d'arrêt 27 dans la paroi de l'alésage 5, constitue une rainure 31 pour l'huile mélangée; un perçage d'évacuation 33, partant de cette rainure, débouche dans une chambre collectrice non représentée, à l'extérieur de la pompe et recueille le résidu de carburant et d'huile de graissage, résiduel, provenant de l'alésage 5. Pour évacuer l'huile de graissage de la rainure d'arrêt 27, il est prévu au moins une cavité dans la surface- enveloppe du piston de pompe 7; dans l'exemple de réalisation représenté, il s'agit de deux cavités 35 principalement rectan- gulaires dont la dimension dans la direction axiale du piston de pompe 7 est inférieure à la distance séparant la rainure d'arrêt 27 d'une arête annulaire 37 limitant l'alésage 5 à son extrémité située du côté de la chambre du ressort. Les cavités 35 sont prévues sur le piston de pompe 7 pour que, lorsque celui-ci occupe sa position de point mort haut, elles recouvrent la rainure d'arrêt 27 (figure 1) et que, lorsque le piston de pompe 7 occupe sa position de point mort bas, elles débouchent dans la chambre à ressort 22. Dans une position intermédiaire, au cours du mouvement de translation du piston de pompe, les cavités 35 sont complètement fermées par la paroi de l'alésage 5. La pompe d'injection de carburant selon l'invention fonctionne de la manière suivante: Pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, alimenté, le piston de pompe 7 est entraîné suivant un mouvement de va-et-vient en coopérant avec le ressort de rappel 24. Au cours de la course descendante du piston, le carburant est aspiré de la chambre basse pression 19, par les perçages de commande 17, dans la chambre 13. Au cours du mouvement de25 transfert, suivant du piston de pompe 7, en direction de son point mort haut, le carburant est tout d'abord refoulé de la chambre de pompe 13 dans les perçages de commande 17. Lorsque le piston 7 commence à passer sur les perçages de commande 17, le transfert à haute pression commence dans la chambre de pompe30 13; du fait de la course de transfert, la pression du carbu- rant emprisonné dans la chambre 13 augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne la pression d'injection; le carburant est alors in- jecté de manière connue, par un injecteur équipant le point d'injection, dans la chambre de combustion du moteur à combus- tion interne alimenté. La fin de l'injection à haute pression commence lorsque les rainures inclinées 21 passent sur les per- çages de commande 17; le carburant à haute pression peut ainsi se détendre de la chambre de pompe 13 dans le perçage de coi- mande 17, en réduisant la pression régnant dans la chambre de pompe et dans la conduite d'injection 15 qui passe en dessous de la pression d'injection nécessaire si bien que l'injecteur se ferme.5 Le graissage du piston de pompe 7 se fait avec l'huile de graissage transférée par la rainure d'arrêt 27 en provenance du circuit d'huile de graissage du moteur à combus- tion interne; au cours de la course du piston de pompe, l'huile de graissage se répartit sur la partie du corps de pis- ton de pompe qui passe sur la rainure d'arrêt 27. L'échange cyclique et fractionné de la quantité d'huile de graissage dans la rainure d'arrêt 27 se fait à l'aide des cavités 35. La quantité d'huile qui se trouve dans la rainure d'arrêt 27 passe très rapidement dans les cavités 35 au cours du chevauchement avec les cavités 35, au niveau de la position du point mort haut du piston de pompe 7, du fait de la chute de pression. On arrive ainsi très rapidement à une éva- cuation pratiquement complète de la rainure d'arrêt 27; cela se poursuit immédiatement par un nouveau remplissage de la rai-20 nure d'arrêt 27; cet échange pratiquement total d'huile de graissage évite, même aux températures de fonctionnement éle- vées de la pompe d'injection, une cokéfaction de l'huile de graissage dans la rainure d'arrêt. Le mouvement du piston de pompe après le point mort haut, en direction du point mort bas, fait que les cavités 35 décrivent une zone intermédiaire dans laquelle elles sont complètement fermées par la paroi de l'alésage 5. Ce n'est que lorsque les cavités 35 pénètrent dans la chambre à ressort 22 que la quantité d'huile de graissage accumulée dans les cavités se détend dans la chambre à ressort 22 et s'en échappe par un retour. Ce type d'évacuation d'huile de graissage de la rainure d'arrêt 27, à l'aide des cavités 35 dont la fermeture est commandée, ou par des cavités de formes différentes réali- sées sur le piston de pompe 7, assure une liaison permanente ou directe à long terme entre la rainure d'arrêt 27 et la chambre à ressort 22, de sorte qu'aucune quantité d'huile de graissage non contrôlée ne peut s'échapper du circuit d'huile de grais- sage du moteur à combustion interne vers la chambre à ressort 22 de la pompe d'injection. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Pompe d'injection de carburant pour moteur à combustion in- terne, comprenant un piston de pompe (7) entraîné suivant un mouvement alternatif axial dans un alésage (5) d'une chemise de cylindre (3), ce piston définissant par sa face frontale (11) une chambre de pompe (13) susceptible d'être reliée à une cham- bre basse pression (19) remplie de carburant et à un point d'injection, ainsi qu'à au moins une rainure annulaire (27) prévue au niveau du guidage du piston dans la paroi de10 l'alésage (5) et qui se remplit d'huile de graissage par un ca- nal d'alimentation (29), tandis que pendant une partie de la course du piston, cette rainure est reliée à une cavité (35) du piston de pompe (7) par laquelle elle se vide au moins indirec- tement dans une chambre à ressort (22) logeant un ressort de15 rappel (24) du piston de pompe (7), caractérisée en ce que la longueur de la cavité (35) du piston de pompe (7), vue dans la direction axiale du piston de pompe (7), est inférieure à la distance séparant la rainure annulaire (27) dans l'alésage (5), d'une arête annulaire (37) inférieure délimitant l'alésage (5) à son extrémité pénétrant dans la chambre à ressort (22). 2 ) Pompe d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée par plusieurs cavités (35), de préférence deux cavités, prévues dans la surface-enveloppe du piston de pompe (7). 3 ) Pompe d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les cavités (35) sont en forme de poches essentiellement rec- tangulaires décalées en position angulaire l'une par rapport à l'autre sur le piston de pompe (7). 4 ) Pompe d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité (35) du piston de pompe (7) est en forme de rainure annulaire. ) Pompe d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité (35) du piston de pompe (7), lorsque celui-ci occupe sa position de point mort haut, chevauche la rainure annulaire5 (27) remplie d'huile de graissage et lorsque le piston (7) occupe son point mort bas, la cavité débouche dans la chambre à ressort (22).