Brevet FR2787517A1 — publié le 20000623

L'invention concerne une pompe haute pression avec au moins un piston actionné au moyen d'un arbre d'entraînement et guidé dans un cylindre, et qui présente une soupape d'aspiration et une soupape de refoulement, par lesquelles un fluide sous pression peut être aspiré ou délivré sous pression, à un canal haute pression, un canal haute pression au moins débouchant dans un canal collecteur. Les pompes haute pression de ce type peuvent être réalisées par exemple sous la forme de pompes à pistons radiaux. Dans ce cas il est monté dans un carter de pompe un arbre d'entraînement par lequel trois refouleurs, désignés ci-après par pistons, sont entraînés de manière à être déplacés dans la direction radiale. Les pistons sont logés chacun dans un cylindre qui comporte une soupape d'aspiration et une soupape de refoulement pour aspirer et délivrer le fluide sous pression comprimé. Le fluide sous pression, comprimé par la pression du piston, pénètre, à travers la soupape de refoulement, dans un canal haute pression qui débouche, avec les canaux haute pression des autres cylindres, dans un canal collecteur commun. Celui-ci s'étend jusqu'au raccord de sortie de la pompe par lequel le fluide sous pression comprimé sort de la pompe. Les pompes haute pression de ce type dans une construction à pistons radiaux sont utilisées par exemple dans les systèmes d'injection de carburant dits à common-rail, le common-rail par lequel les buses d'injection sont reliées pour l'injection de carburant étant raccordé au raccord sous pression. Les pressions qui se produisent dans ce type d'application peuvent aller jusqu'à 2 000 bars environ, ce qui fait que le carter de la pompe et les autres éléments sous pression sont soumis à des contraintes mécaniques considérables. -T1-TUi 2 2787517 Dans l'application des pompes haute pression classiques, on constate que notamment la zone d'embouchure des canaux haute pression dans le canal collecteur constitue un point faible qui comporte un risque de formation de fissures dans le carter de la pompe. Dans cette zone d'embouchure, deux canaux au moins se réunissent sous un angle plus ou moins aigu, de sorte que dans la zone d'intersection des canaux il peut se produire des augmentations exagérées des contraintes qui peuvent conduire à une défaillance, notamment en cas de fluctuations de la pression. Cette formation de fissures peut conduire à des fuites ou même à la rupture du carter, de sorte qu'un fonctionnement fiable de la pompe haute pression n'est pas garanti. L'invention a donc pour but de réaliser une pompe haute pression qui permette de rendre un composant résistant à la fatigue, avec une complexité technique minimale des dispositifs. s Ce but est atteint avec une pompe haute pression du type précité en ce que le carter de la pompe est soumis à une pression dans la zone d'embouchure des canaux. Grâce au moyen qui consiste à soumettre la zone d'embouchure ou d'intersection des canaux haute pression, à une contrainte de pression, on empêche la formation de fissures dans la zone d'embouchure ou on stoppe celle-ci après son apparition. Les contraintes de pression s'opposent aux contraintes de traction qui donnent naissance à une fissure, sans qu'il soit nécessaire de renforcer le carter de la pompe ni de guider les canaux de manière plus complexe avec des zones d'embouchure arrondies. L'invention peut être utilisée de manière particulièrement avantageuse dans les constructions dans lesquelles les canaux sont réalisés dans le carter de la pompe sous forme de perçages, de sorte qu'au moins deux des canaux se réunissent sous un angle aigu. Un tracé de ce type des - 1T TIF 3 2787517 canaux peut être réalisé avec une complexité technologique minime, tandis que la probabilité des défaillances est minimisée par la production de contraintes de pression suivant l'invention. Dans une variante des contraintes de pression peuvent être produites par des dispositifs internes qui exercent leur action dans la zone d'embouchure. C'est ainsi par exemple qu'un raccord fileté, qui forme le raccord de pression de la pompe, peut être disposé de manière à être précontraint contre un épaulement du carter, dans la zone d'embouchure des canaux, par son côté frontal qui pénètre dans le carter de la pompe, ce qui fait que les contraintes de pression qui se produisent sont transmises à la zone d'embouchure. L'appui à force du raccord fileté s'effectue par l'intermédiaire du filetage extérieur, de sorte que pour éviter des superpositions des contraintes de traction dans la zone du filetage et des contraintes de compression dans la zone frontale du raccord fileté, le filetage doit être disposé à la plus grande distance possible du côté frontal. Ceci peut s'effectuer par exemple par un espacement axial correspondant ou par le choix approprié du diamètre extérieur. A la place du raccord fileté on peut évidemment recourir aussi à tout autre dispositif approprié de serrage, tel que par exemple à des vis de serrage spécifiques, etc. En variante à un dispositif de serrage, les parois périphériques des canaux peuvent aussi être usinées dans la zone d'embouchure de manière qu'il s'y produise des contraintes de pression. Ceci peut s'effectuer par exemple par refoulement ou matriçage (consolidation) des parois périphériques, au moyen d'un outil introduit à travers les canaux par grenaillage. Dans le cas du grenaillage, de petites billes sont injectées à grande vitesse dans les canaux, ce qui fait que dans la zone d'embouchure elles parviennent sur la paroi périphérique et consolident ce faisant les 4 2787517 zones qui provoquent la formation de fissures. On peut imaginer aussi de produire des contraintes de compression, par des effets thermiques ou chimiques. Une autre possibilité consiste par exemple à soumettre la pompe à une pression accrue, au moment de l'essai hydraulique final et d'autofretter ainsi les pièces soumises à une haute pression. Ceci peut se faire par un essai de pression de la pompe haute pression. L'invention peut être utilisée de manière particulièrement avantageuse dans des pompes à pistons radiaux dans lesquelles un grand nombre d'unités de pompage sont réparties uniformément sur le pourtour extérieur d'un arbre d'entraînement et dont les canaux haute pression débouchent dans un ou plusieurs canaux collecteurs. Les zones d'embouchure ou d'intersection des canaux sont alors soumises à des contraintes de compression de la manière décrite précédemment. Un exemple de réalisation préféré de l'invention est décrit ci-après à l'aide de dessins schématiques. La figure 1 est une vue en coupe partielle simplifiée d'une pompe à pistons radiaux; la fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure I et la figure 3 est une vue à plus grande échelle de la zone dans laquelle trois canaux haute pression débouchent dans un canal collecteur. La figure 1 est une vue en coupe d'une pompe à pistons radiaux 1, telle qu'elle est utilisée par exemple comme pompe haute pression d'un système d'injection common-rail de moteurs à combustion interne, 2 5 notamment de moteurs diesel. Le carburant est comprimé, par l'intermédiaire de la pompe à pistons axiaux 1, d'une pression préliminaire de 23 bars par exemple à un haute pression, d'un ordre de 1000 bars. -T 1T lt -- 2787517 L'injection elle-même est commandée alors par l'intermédiaire de soupapes d'injection qui sont raccordées au common-rail. La pompe à pistons radiaux 1 représentée comporte un carter 2 dans lequel un arbre d'entraînement 4 est monté de manière à pouvoir tourner. Le carter 2 de la pompe est fabriqué par exemple en fonte grise. L'arbre d'entraînement 4 possède un excentrique 6 par lequel sont actionnées trois unités de pompage réparties sur le pourtour (voir figure 2). Dans la vue de la figure 1, l'une des unités de pompage est représentée en coupe. D'après celle-ci chaque unité de pompage possède un piston 8 qui repose sur un anneau excentrique 2, par l'intermédiaire d'un patin 10. Cet anneau excentrique est monté sur le pourtour extérieur de l'excentrique 6, par l'intermédiaire d'un anneau de glissement 14. Le patin 10 repose dans ce cas à plat sur des parties aplaties de l'anneau excentrique 12, par sa face frontale inférieure. Le piston 8 est guidé dans une chambre cylindrique 15, is qui est formée dans un boîtier cylindrique 16. Pour recevoir l'excentrique 6 et le boîtier cylindrique 16, le carter 2 de la pompe est pourvu d'une chambre de manivelle 18 dans laquelle débouchent trois perçages radiaux dans lesquels pénètrent les segments terminaux côté pied des boîtiers cylindriques 16. Dans le segment terminal côté tête du boîtier cylindrique 16, il est réalisé un raccord d'aspiration avec une soupape d'aspiration 22 et un perçage coudé 24 avec une soupape de refoulement 26. Pour simplifier la complexité technologique, la soupape de compression 26 est réalisée dans le plan de séparation entre le boîtier cylindrique 16 ou plus exactement le segment terminal 20 côté tête du boîtier cylindrique 16, et le carter 2 de la pompe, pourvu d'une bride de fixation 44 (figure 2). Le perçage coudé 24 du boîtier cylindrique 16 débouche dans un canal haute pression 28a qui s'étend de la soupape de refoulement 26 vers un canal collecteur 30. Celui- T riltt: ci est réalisé sous la forme d'un perçage axial, l'axe du canal collecteur 30 pouvant être disposé à distance parallèle de l'axe de l'arbre d'entraînement. Dans une partie élargie du canal collecteur 30 est vissé un raccord fileté 32 auquel est fixée la conduite haute pression qui mène au common- rail. Dans le boîtier du raccord fileté 32 est réalisé un perçage axial 34 dans lequel débouche le canal collecteur 30. L'étanchéité du perçage axial 34 et du canal collecteur 30 par rapport au carter de la pompe s'effectue au moyen d'une bague d'étanchéité 36 qui est pressée par le raccord fileté 32 contre un épaulement radial 38 du carter de la pompe. Le filetage extérieur du raccord fileté 32 se trouve à distance axiale de l'épaulement radial 38. La figure 2 est une vue en coupe le long de la ligne A-A de la figure 1. Il ressort de cette représentation que le boîtier cylindrique 16 est vissé, par son segment terminal 20 côté tête, avec la bride de fixation 44 du carter 2, au moyen de vis de fixation 42. Comme il a déjà été décrit au début, chaque perçage coudé 24 des unités de pompage est réalisé dans le raccord d'entrée de la soupape de refoulement 26, qui est réalisé sous la forme d'un clapet de non-retour. Chaque unité de pompage comporte, en aval de la soupape de refoulement 26, l'un des canaux de pression 28 cités au début, qui se croisent dans une zone d'embouchure 46, dans la vue de la figure 2. Le canal collecteur 30, représenté sur la figure 1, s'étend dans la représentation de la figure 2, depuis la zone d'embouchure 46 vers l'observateur, perpendiculairement au plan du dessin. Cette zone d'embouchure 46 est réalisée à distance axiale de l'arbre d'entraînement 4, de manière que les deux tronçons 28b, 28c des canaux 2 5 haute pression des unités de pompage, situés en bas sur la figure 2, présentent une plus grande longueur axiale que le canal haute pression 28a. De même l'angle compris entre les deux canaux haute pression 28b, 28c -T TilI1 7 2787517 est plus aigu que l'angle compris entre le canal haute pression 28a et l'un des canaux 28b, 28c. Dans la zone d'embouchure des canaux 28b, 28c en particulier, il peut se produire des effets d'entaille qui conduisent à la formation de fissures décrite précédemment, dans le cas de hautes pressions et de fluctuations. Dans l'exemple de réalisation représenté, le risque de défaillance du composant est minimisé en ce que la zone d'intersection des canaux 28a, 28b, 28c avec le canal collecteur 30 est soumise à une contrainte de compression. Cette contrainte de compression est produite, dans l'exemple de réalisation représenté, par l'intermédiaire du raccord fileté 32 qui est serré avec une grande force au moment de son vissage dans le carter 2 de la pompe, de sorte que sa face frontale s'applique contre l'épaulement radial 38, avec une grande force, par l'intermédiaire de la bague d'étanchéité 36, ce qui fait que dans cette zone sont produites des contraintes de compression importantes. Les rapports des forces sont représentés sur la figure 3, qui montre une vue à plus grande échelle de la zone d'embouchure des canaux 28 dans la conduite collectrice 30 selon la figure 2. En d'autres termes, dans la partie du carter qui se raccorde à la bague d'étanchéité 36, à gauche selon la figure 1, dans la direction axiale, sont introduites des contraintes de compression relativement élevées qui se prolongent jusqu'aux parois périphériques dans la zone d'embouchure 46. Cette zone de contrainte de compression est représentée par des hachures serrées dans la vue de la figure 3. Par l'application de contraintes de compression dans cette zone, on réduit le risque de formation de fissures de sorte que la résistance à la fatigue du carter 2 de la pompe est réduite, -w T wT'1 même en cas de fluctuations de la pression service et en cas de pressions de sortie élevées dans les canaux 28a, 28b, 28c. La géométrie du raccord fileté 32 est choisie de manière que les forces de réaction ou d'appui, qui doivent être appliquées par le filetage extérieur 38 et qui sont introduites dans le carter 2 sous la forme de forces de traction, sont disposées radialement ou axialement à une distance de la zone d'embouchure 46 telle qu'il ne se produit pas d'interaction ni donc une suppression réciproque des forces de traction et de compression, ou seulement dans une mesure négligeable. Ceci peut s'obtenir en choisissant suffisamment grande la distance axiale entre le filetage extérieur 40 et la zone d'embouchure 46. Dans l'exemple de réalisation représenté, le diamètre du filetage extérieur 40 est supérieur au diamètre utile de la zone d'embouchure 46, de sorte qu'il n'y a pas de superposition sensible des forces de traction et de compression dans la zone du filetage extérieur ou 1 5 dans la zone d'embouchure 46. L'invention n'est aucunement limitée à son application dans des pompes à pistons radiaux; en principe elle peut être utilisée pour tout type de construction de pompe dans lequel une ou plusieurs unités de pompage débouchent dans des conduites collectrices par des canaux de pression. Dans les constructions qui comportent plus de trois unités de pompage, en amont des conduites collectrices, peuvent se réunir déjà plusieurs conduites haute pression, de sorte que dans ces zones d'embouchure peuvent être appliquées également les contraintes de compression suivant l'invention, afin d'exclure un risque de fissure dans la zone d'embouchure. Au lieu de l'application décrite précédemment des contraintes de compression par l'intermédiaire du raccord fileté 32, on peut aussi insérer des vis de serrage spécifiques dans le carter 2 de la pompe. Etant donné que -T - TIi Y- -- 9 2787517 dans la construction décrite précédemment, les canaux haute pression et canaux collecteurs sont pratiqués sous la forme de perçages à partir du pourtour extérieur du carter, les contraintes de compression peuvent aussi résulter d'un usinage approprié du pourtour extérieur du carter 2 de la pompe. C'est ainsi que la zone d'embouchure 46 peut être consolidée par introduction d'un piston à travers l'un des canaux 28, 30, ou encore la zone d'embouchure peut être consolidée par grenaillage, c'est-à-dire par injection de petites billes à grande vitesse, et être ainsi soumise à des contraintes de compression. On peut imaginer aussi de traiter thermiquement le carter et de produire ainsi les contraintes de compression. Par ailleurs la zone haute pression de la pompe peut être prétraitée par l'action d'une très haute pression qui équivaut à un autofrettage, ce qui fait que dans la zone d'embouchure se forment les contraintes de compression décrites ou les consolidations qui s'opposent à la formation de fissures. Dans le cas o l'action d'une très haute pression s'exerce après montage de l'ensemble de la pompe, ceci peut accompagner un essai de conformité, ce qui fait qu'aucune opération supplémentaire n'est nécessaire. Dans l'exemple de réalisation décrit au début, les contraintes de compression sont appliquées par vissage du raccord fileté 32. Ceci pourrait évidemment aussi se produire par vissage d'un autre composant, par exemple d'une soupape de limitation haute pression qui, à l'état vissé, soumet la zone d'embouchure des canaux 28, 30 à une contrainte de compression. Il est décrit une pompe dans laquelle les canaux haute pression de plusieurs unités de pompage sont reliés à un raccord de pression, par l'intermédiaire d'un canal collecteur. Dans la zone d'embouchure des canaux haute pression entre eux et du canal collecteur, sont produites des contraintes de compression qui s'opposent à la formation de fissures. TI F11; 2787517 REVENDICATIONS 1. Pompe haute pression comportant au moins un piston (8) actionné au moyen d'un arbre d'entraînement (4) et guidé dans un cylindre (16), et qui présente une soupape d'aspiration et une soupape de refoulement (22, 26), par lesquelles un fluide sous pression peut être aspiré ou délivré sous pression à un canal haute pression (28), un canal haute pression (28/30) au moins débouchant dans un canal collecteur (30), caractérisée en ce que le carter (2) de la pompe est soumis à une pression dans la zone d'embouchure (46) des canaux (28, 30). 2. Pompe haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que les canaux (28, 30) sont réalisés sous la forme de perçages dans le carter (2) de la pompe et au moins deux canaux (28b, 28c) se réunissent dans la zone d'embouchure (46). 3. Pompe haute pression selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée par un dispositif de serrage (32) pour soumettre la zone d'embouchure (46) à une contrainte de compression. 4. Pompe haute pression selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif de serrage est un raccord (32) qui forme le raccord de pression de la pompe haute pression et qui, par son côté frontal vissé dans le carter (2) de la pompe, soumet la zone d'embouchure (46) directement ou indirectement à une contrainte de compression. 5. Pompe haute pression selon la revendication 4, caractérisée en ce que le filetage extérieur (40) du raccord (32) se trouve à une distance radiale ou axiale prédéterminée du côté frontal. 6. Pompe haute pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les parois périphériques des canaux (28, 30) sont soumises à une contrainte de compression dans la zone d'embouchure (46) par un usinage mécanique, par exemple par refoulement, matriçage, grenaillage, etc. 7. Pompe haute pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la pompe est une pompe à pistons radiaux comportant au moins trois unités de pompage dont les canaux haute pression (28, 28b, 28c) débouchent dans un canal (30) disposé à distance axiale de l'arbre d'entraînement (4). 8. Pompe haute pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les zones critiques des embouchures haute pression (28, 30) sont déformées plastiquement au moyen d'une pression interne accrue et des contraintes internes de compression sont ainsi produites. 9. Pompe haute pression selon la revendication 8, caractérisée en ce que ceci est exécuté au moment de l'essai hydraulique final, et l'étanchéité statique à la pression de la pompe est ainsi également contrôlée. 10. Pompe haute pression selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif de serrage est une soupape de limitation haute pression qui soumet la zone d'embouchure (28, 30, 46) à une contrainte de compression, directement ou indirectement, par son côté frontal vissé dans le carter (2) de la pompe. rT Iil