Brevet FR2774132A1 — publié le 19990730

La présente invention concerne un dispositif destiné à éliminer la cavitation dans le ou les orifices de retour du combustible en excès dans la chambre de compression d'une pompe d'injection de combustible d'un moteur à combustion interne après la fin de la phase d'injection. Cette phase du fonctionnement de la pompe d'injection appelée "décharge" provoque une brusque évacuation du combustible excédentaire à très forte pression et animé d'une très grande vitesse de circulation dans les orifices de retour o le combustible déjà présent est à basse pression. Ceci entraîne à l'interface du jet de combustible évacué et du combustible à faible pression, l'apparition de bulles dues au dégazage qui, combinées à la vitesse de circulation, provoquent des érosions par cavitation de la paroi des orifices de retour, ces érosions pouvant entraîner la destruction de la pompe d'injection. L'un des moyens pour éliminer cette cavitation est d'augmenter la pression régnant dans les orifices de retour de la pompe d'injection à l'instant de la décharge. On connait des dispositifs tel celui décrit dans le document JP08296528 qui enseigne la mise en place d'un clapet anti-retour en amont de l'alimentation de la pompe d'injection et de deux soupapes en aval de la pompe d'injection, l'une des soupapes étant fortement tarée et autorisant un fort débit, l'autre soupape étant faiblement tarée et destinée à un faible débit. En outre, au moins l'une des soupapes comporte un orifice assurant une circulation permanente du combustible. L'inconvénient de ce dispositif est que la fuite permanente ne permet pas de maintenir une pression élevée et suffisante dans les orifices avant que ne se produise la décharge. Cette pression ne s'installe que lorsqu'apparaît le débit de décharge, ce qui est insuffisant pour éviter efficacement l'érosion des orifices. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients en prévoyant un dispositif destiné à éliminer la cavitation dans le ou les orifices de retour du combustible en excès dans la chambre de compression d'une pompe d'injection de combustible d'un moteur à combustion interne après la fin de la phase d'injection, la dite pompe d'injection étant raccordée, d'une part, à un conduit d'alimentation comportant un clapet anti-retour à faible perte de charge autorisant l'arrivée du combustible dans la chambre de compression et, d'autre part, à un conduit de retour du combustible en excès, caractérisé en ce que le conduit de retour comporte en parallèle et à proximité de l'orifice de retour de la pompe d'injection un clapet taré destiné à provoquer l'élévation de la pression dans le dit orifice de retour de la pompe d'injection et une vanne à une voie normalement ouverte dont la fermeture est provoquée par l'apparition d'une pression dans l'orifice de retour, supérieure à celle qui règne dans le conduit d'alimentation en amont dudit clapet anti-retour. Selon une autre caractéristique de l'invention, la vanne à une voie est munie d'un ressort provoquant l'ouverture de ladite vanne dans le cas o la pression régnant en amont du clapet anti-retour est sensiblement égale à la pression régnant dans l'orifice de retour. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le conduit de retour comporte un accumulateur en dérivation et en amont du clapet taré et de la vanne à une voie. Un autre objet de l'invention est l'utilisation du dit dispositif pour mettre en oeuvre l'injection de combustible dans un moteur à combustion interne. Les avantages de ce dispositif résident dans une moindre usure des composants de la pompe d'injection, autorisant ainsi la diminution de la fréquence de maintenance et minimisant la dispersion de particules métalliques dans le combustible. A titre d'exemple non limitatif, la figure 1 représente un schéma du dispositif selon l'invention. Les figures 2, 3 et 4 représentent le piston de la pompe d'injection à différents stades de la compression. La figure 5 représente l'évolution des pressions dans les orifices de retour au cours des phases d'injection, la courbe A représentant cette évolution pour une pompe non munie du dispositif selon l'invention et la courbe B représentant la même évolution pour une pompe munie du dispositif selon l'invention. Dans la figure 1, un conduit 2 muni d'un clapet anti-retour 3 relie une pompe de circulation de combustible 1 alimentée par un réservoir 9 à une pompe d'injection de combustible 4 partiellement représentée par l'intermédiaire d'un orifice d'alimentation 4a. La pression de refoulement de la pompe 1 est limitée par un clapet taré la. Le conduit principal de retour 5 et les conduits secondaires 5a et 5b raccordent en parallèle l'orifice de retour 4b de la pompe d'injection 4 à un clapet taré 6 et à une vanne à une voie 7. La vanne à une voie 7 est pilotée au moyen de la ligne 7a par la pression régnant dans le conduit 5b et au moyen de la ligne 7b par la pression régnant dans le conduit 2 en amont du clapet taré 3. Un ressort 7c renforce l'action de pilotage due à la pression de la ligne 7b et maintient la vanne 7 en position ouverte en l'absence d'écart de pression important entre les deux lignes de pilotage. Dans la position 7e, la vanne 7 met en oeuvre un diaphragme entraînant une perte de charge destinée à maintenir un certain niveau de pression du combustible en amont de la vanne 7. Les orifices 4a et 4b sont mis sélectivement en communication avec la chambre de compression 4k de la pompe d'injection 4 par l'intermédiaire d'une gorge périphérique 4c de l'enveloppe 4j et des orifices 4d et 4e de la chemise de piston 4f en fonction des mouvements du piston 4g comportant les arêtes d'interruption de refoulement 4h et 4i. Un accumulateur 8 de faible volume est installé en dérivation sur le conduit 5 immédiatement en aval de l'orifice de retour 4b. Le clapet taré 6 et la vanne 7 sont reliés au réservoir 9 par les conduits 5c et 5d. Dans la figure 2, le piston 4g est au point mort bas et dégage les orifices 4d et 4e pour les mettre en communication avec la chambre de compression 4k. Dans la figure 3, le piston 4g est sensiblement à mi-course et obture les orifices 4d et 4e interrompant la communication avec la chambre de compression 4k. Dans la figure 4, le piston 4g a poursuivi sa course et les arêtes 4i et 4h dégagent les orifices 4d et 4e et les met en communication avec la chambre de compression 4k, via une rainure 4m ménagée selon une génératrice sur la paroi latérale du piston 4g. Dans la figure 5, sur un graphique d'abscisse T représentant le temps, et d'ordonnée P représentant la pression, la courbe A représente l'évolution de la pression du combustible dans les orifices de retour 4d et 4e lors d'un cycle d'injection pour une pompe non munie du dispositif selon l'invention et la courbe B représente la même évolution pour une pompe munie du dispositif selon l'invention. Le fonctionnement du dispositif est décrit ci-après. Le piston 4g est en début de course de compression tel que représenté sur la figure 2. Le clapet 6 est taré à une pression comprise entre 50 et 100 bars, l'amortisseur 8 présente une pression de gonflage légèrement inférieure au tarage du clapet 6 et, en l'absence de différence de pression importante entre les conduits 7a et 7b, la vanne 7 est maintenue ouverte en position 7e par le ressort 7c. Le diaphragme de la vanne 7 en position 7e assure une pression de circulation de l'ordre de 3 bars. Le combustible fourni par la pompe 1 circule dans le conduit 2 à travers le clapet anti-retour 3, l'orifice 4a, la chambre de compression 4k, l'orifice 4b, la vanne 7 et retourne au réservoir 9 par le conduit 5d. Cette situation correspond sur la figure 5 au temps TO de la courbe B. Le piston 4g poursuit sa course de compression et la forte pression dans la conduite (non représentée) reliant la chambre de compression 4k à l'injecteur (non représenté) provoque la fermeture du clapet anti-retour 3 et le refoulement du combustible par l'orifice 4b. La brusque augmentation de débit dans le conduit 5b et la perte de charge dans la vanne 7 provoque une augmentation significative de pression dans les conduits Sa et 7a, entraînant le pilotage de la vanne 7 qui passe en position 7d. La pression continue de monter dans le conduit Sa jusqu'à atteindre la valeur de tarage du clapet 6 qui commence à s'ouvrir. Dans le même temps, l'amortisseur 8 se rempli et monte en pression atténuant ainsi le coup de bélier sur le clapet 6. Cette situation correspond sur la figure 5 à l'évolution de la courbe B au voisinage du point B,. Lorsque le piston 4g atteint la position représentée sur la figure 3, les orifices 4a et 4b sont obturés et le combustible est contenu entre le clapet anti-retour 3 et le clapet taré 6 à une pression voisine de la pression de tarage du clapet anti-retour 6. Cette pression règne donc également dans la gorge circulaire 4c et dans les orifices 4d et 4e. L'isolement de la chambre de compression 4k des orifices 4d et 4e permet la montée en pression dans ladite chambre de compression jusqu'à la valeur prévue pour l'injection qui peut être de l'ordre de 1000 bars. Cette situation correspond sur la figure 5 à l'évolution de la courbe B entre les points B, et B2. Lorsque le piston 4g atteint la position représentée sur la figure 4, les arêtes 4h et 4i ont découvert les orifices 4d et 4e, les mettant à nouveau en communication avec la chambre de compression 4k. Le début de cette ouverture appelé " décharge " correspond au temps Tl et à la pression P2 sur la figure 5. Cette décharge provoque un brusque transfert de combustible à travers les orifices 4d et 4e sous forme de jets à très haute vitesse, entraînant une rapide montée en pression dans les orifices 4d et 4e correspondant au pic de pression B3 sur la courbe B de la figure 5. L'interface du jet à haute vitesse avec le combustible présent est le siège de turbulences génératrices de bulles de gaz si la pression régnant dans le combustible présent dans les orifices 4d et 4e, est insuffisante, ce qui est minimisé par le niveau élevé de pression P2, compris entre 50 et 100 bars. Après avoir atteint le point mort haut, le piston effectue sa course de retour vers le point mort bas, la pression chute dans la chambre de compression 4k qui augmente de volume et, lorsque les orifices 4d et 4e sont à nouveau en communication avec la chambre de compression 4k, la pression chute également dans l'ensemble du circuit compris entre le clapet anti-retour 3, le clapet taré 6 et la vanne 7. Lorsque la pression dans le conduit 7a est voisine de la pression dans le conduit 7b, le ressort 7c provoque le passage de la vanne 7 en position 7d, l'amortisseur 8 se vide et le cycle peut recommencer. La courbe A de la figure 5 représente les mêmes phases de fonctionnement pour une pompe non munie d'un dispositif selon l'invention. La pression au point A, reste voisine de la pression P0, soit proche de quelques bars. La pression P1 au point A2, inférieure à 50 bars, correspondant au début de la décharge par les orifices 4d et 4e est insuffisante pour éviter la formation de bulles gazeuses à la périphérie des jets. Ces bulles heurtent les parois des orifices 4d et 4e et créent une érosion qui entraîne la destruction de la chemise 4f. Dans le dispositif selon l'invention, la pression résiduelle maintenue dans les orifices 4d et 4e par le clapet taré 6 réduit considérablement la formation des bulles de gaz et minimise l'érosion. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à éliminer la cavitation dans le ou les orifices de retour (4b) du combustible en excès dans la chambre de compression (4k) d'une pompe d'injection de combustible (4) d'un moteur à combustion interne après la fin de la phase d'injection, ladite pompe d'injection étant raccordée, d'une part, à un conduit d'alimentation (2) comportant un clapet anti-retour (3) à faible perte de charge autorisant l'arrivée du combustible dans la chambre de compression et, d'autre part, à un conduit de retour (5) du combustible en exces, caractérisé en ce que le conduit de retour comporte en parallèle et à proximité de l'orifice de retour de la pompe d'injection, un clapet taré (6) destiné à provoquer l'élévation de la pression dans ledit orifice de retour de la pompe d'injection et une vanne (7) à une voie normalement ouverte dont la fermeture est provoquée par l'apparition d'une pression dans l'orifice de retour, supérieure à celle qui règne dans le conduit d'alimentation en amont dudit clapet anti-retour. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne (7) à une voie est munie d'un ressort (7c) provoquant l'ouverture de ladite vanne dans le cas o la pression régnant en amont du clapet anti-retour (3) est sensiblement égale à la pression régnant dans l'orifice de retour (4b). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de retour (5) comporte un accumulateur (8) en dérivation et en amont du clapet taré (6) et de la vanne (7) à une voie. 4. Utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes pour mettre en oeuvre l'injection de combustible dans un moteur à combustion interne.