Brevet FR2813347A1 — publié le 20020301

DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN CARBURANT A HAUTE PRESSION Cette invention concerne un dispositif d'alimentation en carburant. En particulier, elle concerne un dispositif d'alimentation en carburant à haute pression pour fournir du carburant sous haute pression à un moteur à combustion interne. La figure 8 illustre schématiquement un système d'alimentation en carburant typique pour un moteur à combustion interne pour automobiles, équipé d'injecteurs de carburant. Tel que représenté sur cette figure, du carburant 2, placé dans un réservoir à carburant 1, est déchargé du réservoir à carburant 1 par une pompe à basse pression 3 et passe par un filtre 4 et à, après que sa pression à été ajustée par un régulateur basse pression 5, est fourni à un appareil d'alimentation en carburant à haute pression 6. Le carburant est pressurisé par l'appareil d'alimentation en carburant 6 et est fourni à une rampe commune 9 d'un moteur à combustion interne (non représenté). L'excès de carburant inutilisé par le moteur est transféré par une électrovanne 17 en un point situé entre un amortisseur à basse pression 12 et un clapet d'admission 13. Une unité de commande (non représentée) détermine la quantité de carburant nécessaire à fournir au moteur à combustion et commande l'électrovanne 17 de manière correspondante. Le carburant sous haute pression qui est fourni de cette manière est pulvérisé sous forme de mélange à haute pression depuis des injecteurs de carburant 10 reliés à la rampe commune 9 et est injecté dans des cylindres (non représentés) du moteur à combustion interne. Un clapet de décharge à haute pression 8, relié au côté décharge du dispositif d'alimentation 6 par un filtre 7, s'ouvre lorsqu'une pression anormale règne dans la rampe commune 9 et empêche que la rampe commune 9 et les injecteurs de carburant 10 soient endommagés. Le dispositif d'alimentation de carburant haute à pression 6 comprend un filtre 11 qui filtre le carburant fourni, l'amortisseur à basse pression 12 mentionné ci-dessus, qui absorbe les impulsions de pression du carburant à basse pression, et une pompe 16 qui pressurise le carburant fourni par le clapet d'admission 13 et décharge du carburant haute pression par un clapet de décharge 14 et une soupape de maintien de pression de carburant 15. La figure 9 illustre la structure réelle d'un exemple du dispositif d'alimentation de carburant à haute pression 6 illustré schématiquement sur la figure 8. Tel que représenté sur la figure 9, le dispositif d'alimentation de carburant à haute pression 6 comporte un carter 21 contenant un cylindre 25, définissant une chambre de compression 24 d'une pompe à haute pression 16. Le carter 21 comprend également un passage d'admission 22 pour du carburant à pressuriser dans la chambre de compression 24 et un passage de décharge 23 pour le carburant pressurisé. Un piston 26, est supporté dans le cylindre 25 pour effectuer un déplacement de coulissement, en direction axiale de celui-ci, pour faire varier le volume de la chambre de compression 24. Un ressort de compression 27 est prévu à l'extrémité intérieure (l'extrémité supérieure sur la figure 9) du piston 26, et à l'extrémité extérieure (l'extrémité inférieure sur la figure 9), un élément d'actionnement, réalisé sous la forme d'un poussoir de piston 28 qui reçoit une force d'entraînement venant de l'arbre à cames du moteur à combustion non illustré et la transmet au piston 26, est supporté par un support 30 permettant un déplacement de coulissement dans la direction axiale du piston 26. - Le dispositif d'alimentation de carburant à haute pression 6 comprend, réalisé sous forme de structure unitaire, la pompe à haute pression 16 qui est une pompe à piston par exemple, l'électrovanne 17 reliée à la chambre de compression 24 de la pompe à haute pression 16 et l'amortisseur à basse pression 12. Le dispositif d'alimentation de carburant à haute pression 6 comprend également un soufflet métallique 29 entourant pratiquement le cylindre 25 et le piston 26 et empêchant que le carburant, qui s'échappe par fuite entre le cylindre 25 et le piston 26, puisse s'échapper à l'extérieur du dispositif 6. Le piston 26 est entraîné en levée et en descente sur la figure 9 par une came d'entraînement montée sur un arbre à cames non illustré, et du carburant est aspiré puis rejeté de la chambre de compression 24 par le déplacement du piston 26. L'électrovanne 17 est ouverte lorsqu'une quantité de carburant prescrite est déchargée dans la rampe commune 9, de sorte qu'une partie du carburant à haute pression, située dans la chambre de compression 24, est envoyée (libérée) vers le côté d'entrée plutôt que d'être envoyée sous pression à la rampe commune 9. En réglant l'instant cyclique de l'ouverture de l'électrovanne 17, la quantité de carburant déchargée du dispositif d'alimentation en carburant 6 peut être commandée de façon variable. Du carburant à basse pression venant du réservoir de carburant 1 passe par un clapet d'admission 13 et pénètre dans la chambre de compression 24, et est ensuite déchargé de la chambre de compression 24 en passant par un clapet de décharge 14. La figure 10 est une vue à plus grande échelle de la zone A de la figure 9 représentant un ensemble de clapets, comprenant le clapet d'admission 13 et le clapet de décharge 14, et les ffgures 11 à 16 représentent diverses parties de l'ensemble de clapet en détail. L'ensemble de clapet comprend une plaque supérieure 33, une plaque inférieure 31 et une plaque à lame 32, interposée entre les plaques supérieure et inférieure 33 et 31. Tel que représenté en vue en plan sur la figure 11, la plaque supérieure 33 est un élément discolde ayant un passage d'écoulement de décharge 34 communiquant avec l'électrovanne 17, deux trous de clapets 35 servant d'ouvertures d'admission, et une cavité 36, communiquant avec le passage de décharge 23 et d'une taille et d'une forme n'interférant pas avec le déplacement d'une lame de clapet de décharge 38 de la plaque à lame 32. Tel que représenté en vue en plan sur la figure 12, la plaque à lame 32 est un élément discoide mince ayant deux lames de clapets d'admission 37 plates et une lame de clapet de refoulement 38 plat. Tel que représenté en vue en plan sur la figure 13, la plaque inférieure 31 est un élément discolde ayant une cavité 39 qui communique avec la chambre de compression 24 et étant d'une taille et d'une forme n'interférant pas avec le déplacement des lames de clapets d'admission 37, et un trou de clapet 40 qui sert d'ouverture de décharge. La figure 14 est une vue en plan à plus grande échelle de la lame de clapet de refoulement 38 de la figure 12, la figure 15 est une vue en élévation en coupe, suivant la ligne 15-15 de la figure 14, et la figure 16 est une vue en élévation en coupe à plus grande échelle, suivant la ligne 16-16 de la figure 14. La lame de clapet de refoulement 38 comprend un col 42 flexible et une tête 43 discorde, fixée à une extrémité du col 42 et pouvant se déplacer entre une position ouverte et une position fermée, pour ouvrir et fermer le trou de clapet de la plaque inférieure 31. Sur la figure 16, les pointillés représentent la forme de la lame 38 à l'état ndn chargé et les traits plats représentent la forme que l'on a lorsque le côté refoulement de l'ensemble de clapet est sous plus haute pression que la chambre de compression 24 et que la lame 38 est pressée contre le trou de clapet 40 et le ferme. La lame de clapet de refoulement 38 est fortement pressée par la haute pression P agissant sur le côté refoulement, faisant que la lame 38 est déformée vers le bas, à son centre pour prendre la forme d'un bol, tel que la lame 38 soit en contact d'étanchéité avec pratiquement uniquement le bord 41 du trou de clapet 40. L'ampleur de la déformation de la lame 38, une fois déformée, par rapport à la forme qu'elle a l'état non chargé, est de valeur H. L'étanchéité due au contact établi entre la lame 38 et le bout 41 du trou de clapet 40 est une étanchéité sur une bordure, qui implique un contact linéaire entre les deux éléments. Cette étanchéité de bordure génère une grande contrainte locale dans la partie d'étanchéité de la lame de clapet de refoulement 38. En outre la lame de clapet de refoulement 38 a une grande rigidité au niveau de son col 42, faisant que la forme déformée de la tête 43, une fois soumise à la pression, est différente lorsque la tête 43 rejoint le col 42 que lorsqu'elle est dans d'autres emplacements, faisant qu'un intervalle se développe dans cette zone et les performances d'étanchéité vont en diminuant (en particulier à la frontière 44 entre le col 42 et la tête 43). Le même problème se rencontre avec les lames de clapets d'admission 37. L'épaisseur de la plaque de lame 32 est usuellement très faible, telle que de l'ordre de 0,3 mm, afin de diminuer les contraintes générées au moment de l'ouverture du clapet et de diminuer les pertes de charges ou de pression. Par conséquent, dans le dispositif de la figure 9, lorsque la pression de refoulement est fixée à une valeur telle que 12 MPa, le fait d'avoir un défaut d'étanchéité peut se produire aisément sous l'effet des hautes contraintes qui sont générées au moment de la fermeture du clapet et de la déformation de la lame 38, et l'endommagement de la plaque de lame 32 et la diminution de débit refoulé du dispositif de fourniture de carburant 6 peuvent se produire. Dans le passé, pour répondre à de tels problèmes, il a été nécessaire d'augmenter l'épaisseur de la lame 38 ou de diminuer le diamètre du trou de clapet dans la plaque 33. Cependant, pour diminuer les pertes de charge au moment de l'ouverture du clapet, il était nécessaire d'allonger le col 42 de la lame 38 ou d'augmenter le nombre de clapets d'admission, faisant que le dispositif d'alimentation à carburant haute press-on a fini par être de grande taille. Le même problème s'est produit concernant les lames de clapet d'admission 37. Résumé de l'invention La présente invention fournit un dispositif d'alimentation de carburant à haute pression qui permet d'augmenter la rigidité d'une lame de clapet sans modifier l'épaisseur d'une plaque dans laquelle la lame est formée, ni la taille d'un trou de clapet couvert par la lame, qui peut fournir une étanchéité de surface et un clapet ayant des propriétés d'étanchéité et de résistance à la pression améliorées. Selon une forme de réalisation de la présente invention, un dispositif d'alimentation en carburant à haute pression comprend un cylindre à haute pression définissant une chambre de compression, un piston supporté pour un déplacement par coulissement dans le cylindre, et un clapet assurant une communication avec la chambre de compression. Le clapet comprend un trou de clapet et une lame, déplaçable entre une position ouverte et une position fermée pour ouvrir et fermer le trou de clapet. La lame a une tête ayant une périphérie extérieure en contact de surface avec une surface entourant le trou de clapet lorsque la lame est à sa position fermée, et un bombement, entouré par la périphérie extérieure et s'étendant à l'écart du trou de ce clapet, et disposé sur le trou de clapet lorsque la lame est à sa position fermée. Selon un mode de réalisation préféré, le bombement prévu dans la lame est globalement de la forme d'un bol. Le bombement prévu dans la lame a de préférence une hauteur qui est d'au moins 0,9 fois l'épaisseur de la lame. Brève description des dessins La figure 1 est un.e vue en coupe à plus grande échelle d'une zone correspondant à la zone A de la figure 9, représentant un ensemble de clapets d'un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation en carburant à haute pression selon la présente invention. La figure 2 est une vue en plan de la plaque supérieure de l'ensemble de clapet de la figure 1. La figure 3 est une vue en plan de la plaque de lame de l'ensemble de clapet de la figure 1. La figure 4 est une vue en plan de la plaque inférieure de l'ensemble de clapet de la figure 1. La figure 5 est une vue en plan à plus grande échelle de la lame de clapet de refoulement de la plaque à lame de la figure 3. La figure 6 est une vue en élévation en coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 5. La figure 7 est une vue en élévation en coupe à plus grande échelle suivant la ligne 7-7 de la figure 5, représentant la lame de clapet de refoulement à l'état chargé (en traits pleins) et à l'état non chargé (en pointillés). La figure 8 est une illustration schématique d'un système d'alimentation en carburant typique ,auquel on peut appliquer un dispositif d'alimentation en carburant à haute pression selon la présente invention. La figure 9 est une vue en coupe d'un dispositif d'alimentation en carburant à haute pression. La figure 10 est une vue en coupe à plus grande échelle de la zone A de la figure 9, représentant un ensemble de clapet. La figure 11 est une vue en plan de la plaque supérieure de l'ensemble de clapet de la figure 10. La figure 12 est une vue en plan de la plaque de lame de l'ensemble de clapet de la figure 10. La figure 13 est une vue en plan de la plaque inférieure de l'ensemble de clapet de la figure 10. La figure 14 est une vue en plan à plus grande échelle de la lame de clapet de refoulement de la plaque de lame de la figure 12. La figure 15 est une vue en élévation en coupe suivant la ligne 15-15 de la figure 14. La figure 16 est une vue en élévation en coupe à plus grande échelle suivant la ligne 16-16 de la figure 14, représentant la lame de clapet de refoulement à l'état chargé (en traits pleins) et à l'état non chargé (en pointillés). Description des modes de réalisation préférés Un mode de réalisation préféré d'un dispositif d'alimentation à carburant à haute pression selon la présente invention va être décrit ensuite en se référant aux dessins annexés. La structure globale de ce mode de réalisation est analogue à celle du dispositif représenté sur la figure 9, et peut être utilisée dans un système d'alimentation en carburant analogue à celui illustré schématiquement sur la figure 8 de la même manière que le dispositif de la figure 9. Ce mode de réalisation diffère du dispositif de la figure 9, par rapport à la structure d'un ensemble de circuits de clapets de celui-ci. La figure 1 est une vue à plus grande échelle d'une partie de ce mode de réalisation correspondant à la zone A de la figure 9, représentant un ensemble de clapets de ce mode de réalisation. L'ensemble de clapet définit un clapet d'admission et un clapet de refoulement, qui communique avec une chambre de compression 24 et qui comprend une plaque supérieure 33, une plaque inférieure 31 et une plaque à lame 52, interposée entre les plaques supérieure et inférieure 33 et 31. La structure de ce mode de réalisation par ailleurs est la même que celle du dispositif de la figure 9. La plaque supérieure 33 (représentée en plan sur la figure 2) et la plaque inférieure 31 (représentée en plan sur la figure 4) de l'ensemble de clapet ont la même structure que les plaques supérieure et inférieure 33 et 31, représentées sur les figures 11 et 13, respectivement. Précisément, la plaque supérieure 33 est un élément discoide ayant un passage d'écoulement de décharge 34 communiquant avec l'électrovanne 17, deux trous à clapets 35 qui servent d'ouvertures d'admission et une cavité 36 communiquant avec le passage de décharge 23 et de taille et de forme n'interférant pas avec le déplacement d'une lame de clapet de refoulement 58 et de la plaque à lame 52. De manière analogue, la plaque inférieure 31 est un élément discoide ayant une cavité 39 communiquant avec la chambre de compression 24 et d'une taille et d'une forme n'interférant pas avec le déplacement des lames de clapets d'admission 55 et la plaque à lame 52, et un trou de clapet 40 servant d'ouverture de décharge. La plaque à lame 52, qui est représentée en plan sur la figure 3, a la même forme globale que la plaque à lame 32 de la figure 12. Comme pour la plaque à lame 32, c'est un élément discolde mince, comprenant deux lames de clapets d'admission 55 pouvant fléchir entre une position ouverte et une position fermée, pour ouvrir et fermer les trous des clapets 35 ménagés dans la plaque supérieure 33, et une lame de clapet de refoulement 58 pouvant fléchir entre une position ouverte et une position fermée, pour ouvrir et fermer le trou de clapet 40 ménagé dans la plaque inférieure 31. Chacune des lames de clapet d'admission 55 comprend un col 53 flexible et une tête 54 discoide reliée à une extrémité du col 53. De manière similaire, la lame de clapet de refoulement 58 comprend un col 56 flexible et une tête 57 discoide reliée à une extrémité du col 56. La figure 5 est une vue en plan à plus grande échelle représentant la structure de la lame de clapet de décharge 58 plus en détail, et la figure 6 est une vue en élévation en coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 5. Tel que représenté sur ces figures, la tête 57 de la lame de clapet de refoulement 58 a une périphérie extérieure 59 annulaire, plate, d'un diamètre intérieur dl supérieur au diamètre d2 du trou de clapet 40, qui est typiquement circulaire. Lorsque la lame 58 est à sa position fermée telle que représentée sur la figure 6, dans laquelle elle ferme le trou de clapet 40, la surface inférieure de la périphérie extérieure 59 est en contact de surface avec une partie plate de la surface supérieure de la plaque inférieure 31 entourant le trou de clapet 40, cette partie de la surface supérieure agissant comme siège de clapet pour la tête 57 de la lame 58. La tête 57 de la lame 58 comprend également un bombement 60 en forme de bol, entouré par la périphérie extérieure 59 faisant saillie à l'écart du trou de clapet 40. En d'autres termes, le bombement 60 a un diamètre extérieur identique à dl. Lorsque la lame 58 est à sa position fermée, représentée sur la figure 6, le bombement 60 est disposé sur le trou de clapet 40. Le bombement 60 peut être formé dans la lame 58 par tout procédé approprié, tel que par travail de façonnage d'emboutissage. Les présents inventeurs ont trouvé que des résultats particulièrement bons pouvaient être obtenus si la hauteur B du bombement par rapport à la périphérie extérieure 59 était d'au moins 0,9 fois l'épaisseur de la lame t de la lame de clapet de refoulement 58. Les lames de clapet d'admission 55 sont de structure analogue à la lame de clapet de refoulement 58, la tête 54 de chaque forme 55 ayant une périphérie extérieure plate, formant un joint d'étanchéité de surface contre la surface inférieure de la plaque supérieure 33, entourant l'un des trous de clapet 35 et un bombement entouré par la périphérie extérieure. Chacun des bombements ménagés dans les lames de clapets d'admission fait saillie à l'écart du trou de clapet 35 correspondant et de préférence a une hauteur d'au moins 0,9 fois l'épaisseur de la lame 55. La figure 7 est une vue en coupe à plus grande échelle suivant la ligne 77 de la figure 5, et représentant schématiquement la forme de la tête 57 de la lame de clapet de refoulement 58 pendant l'état chargé (en traits pleins) une fois soumis à une pression P depuis le côté refoulement de l'ensemble de clapet afin de fermer le trou de clapet 40, tel que lorsque la pompe 16 est en phase d'aspiration et pendant l'état déchargé (en pointillés). Tel que représenté sur cette figure, la tête 57 est fortement pressée vers la surface supérieure de la plaque inférieure 31 par la haute pression P, et la périphérie extérieure 59 de la tête 57 est pressée en contact de surface avec le siège de clapet entourant le trou de clapet 40 pour former un joint d'étanchéité. Le bombement 60 augmente la rigidité de la tête 57 en comparaison de celle d'une tête plate ayant la même épaisseur faisant que l'ampleur de la déformation Hi de la tête 57 imputable à la pression P est très inférieure à l'ampleur de la déformation H de la tête plate 43 de la même épaisseur de la lame de clapet de refoulement 38 représentée sur la figure 16. De manière correspondante, ayant prévu le bombement 60 dans la tête 57 de la lame de clapet de refoulement 58, la tête 57 a une haute rigidité par rapport à une pression réagissant dans le sens de la fermeture de la lame faisant que la déformation de la tête 57 peut être limitée à une très petite valeur, la déformation locale du col 56 de la lame 58 pouvant être diminuée et la performance d'étanchéité de la lame de clapet de refoulement 58 peut être augmentée sans avoir à modifier l'épaisseur de la tête 57 ni le diamètre du trou de clapet 40. En outre, en rendant le diamètre extérieur du bombement 60 supérieur au diamètre du trou de clapet 40, même lorsqu'une pression est appliquée dans le sens de fermeture du clapet, le point de support de la déformation reste sur la surface supérieure plate de la plaque inférieure 33 faisant qu'une arrête d'étanchéité n'est pas établie entre la tête 57 et le trou de clapet 40 et que l'on peut empêcher la génération de contraintes localisées dans la lame 58. En plus, le diamètre extérieur de la tête 57 est supérieur à celui qu'on a dans le dispositif de la figure 9, faisant que les pertes de charge au passage du clapet peuvent être réduites. En plus, une pression de refoulement considérablement plus élevée (telle que 12MPa) que la pression de décharge (telle que 5MPa) du dispositif de la figure 9 peut être supportée sans avoir à augmenter la taille du dispositif d'alimentation de carburant à haute pression. En variante, si la pression de décharge n'est pas augmentée, le dispositif d'alimentation de carburant à haute pression peut voir sa taille réduite en comparaison de celle du dispositif de la figure 9 et les performances d'étanchéité peuvent être améliorées. En outre, étant donné que le diamètre de la tête 57 est supérieur au diamètre du trou de clapet 40 et que la périphérie extérieure 59 est en contact de surface avec le siège de clapet entourant le trou de clapet 40, la précision dimensionnelle du diamètre du trou de clapet 40 peut être inférieure à ce qui est requis dans le dispositif de la figure 9, c'est-à-dire que la tolérance dimensionnelle du trou de clapet 40 peut être augmentée faisant que l'on peut diminuer les coûts de fabrication. Les lames de clapet d'admission 55 offrent les mêmes avantages que la lame de clapet de refoulement 58. Ce mode de réalisation agit de la même manière que décrit ci-dessus et par rapport au dispositif illustré sur la figure 9, faisant que l'on n'en répétera pas la description du fonctionnement. Tel que décrit ci-dessus, selon une forme de la présente invention, un dispositif d'alimentation de carburant à haute pression comprend un cylindre définissant une chambre de compression, un piston supporté pour un déplacement à coulissement dans le cylindre et un clapet communiquant avec la chambre de compression et comprenant un trou de clapet et une lame déplaçable dans une position ouverte et une position fermée pour ouvrir et fermer le trou de cfapet, la lame ayant une tête munie d'une périphérie extérieure qui est en contact de surface avec une surface entourant le trou de clapet, lorsque la lame est. à sa position fermée et un bombement entouré par la périphérie extérieure et s'écartant du trou de clapet et disposé sur le trou de clapet, lorsque la lame est à sa position fermée. Par conséquent, la rigidité de la lame est augmentée sans qu'il y ait changement de son épaisseur, la lame peut former un joint d'étanchéité de surface autour du trou de clapet, et les propriétés d'étanchéité et de résistance sont améliorées. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en carburant comprenant un cylindre définissant une chambre de compression (24), un piston supporté pour effectuer un mouvement de coulissement dans le cylindre pour faire varier le volume de la chambre de compression (24) et un clapet assurant une communication avec la chambre de compression (24) et comprenant un trou de clapet (40) et une lame (58) déplaçable dans une position ouverte et une position fermée pour ouvrir et fermer le trou de clapet (40), la lame (58) ayant une tête (57) munie d'une périphérie extérieure en contact de surface avec une surface entourant le trou de clapet (40), lorsque la lame (58) est à sa position fermée, et, de la façon caractéristique, un bombement, entouré par la périphérie extérieure et s'étendant en s'écartant du trou de clapet (40) et disposé au-dessus du trou de clapet (40), lorsque la lame (58) est à sa position fermée. 2. Dispositif d'alimentation en carburant selon la revendication 1, dans lequel le bombement est de forme globalement en bol. 3. Dispositif d'alimentation en carburant selon la revendication 1, dans lequel la périphérie extérieure de la tête (57) de la lame (58) est plate. 4. Dispositif d'alimentation en carburant selon la revendication 1, dans lequel le bombement a un diamètre extérieur supérieur au diamètre du trou de clapet (40). 5. Dispositif d'alimentation en carburant selon la revendication 1, dans lequel le bombement a une hauteur d'au moins 0,9 fois l'épaisseur de la lame (58). 6. Dispositif d'alimentation en carburant selon la revendication 1, comprenant une première plaque (31) dans laquelle est formée le trou de clapet (40) et une deuxième plaque (33) opposée à la première plaque (31) et dans laquelle est formée la lame (37, 38). 7. Dispositif d'alimentation en carburant selon la revendication 1, dans lequel le clapet constitue un clapet de refoulement pour le carburant déchargé de la chambre de compression (24). 8. Dispositif d'alimentation en carburant selon la revendication 1, dans lequel le clapet constitue un clapet d'admission pour du carburant introduit dans la chambre de compression (24).