Brevet FR2840365A1 — publié le 20031205

(5)des ensembles aelectrovanne(1.1, 1.2, 1.3, 1.4). DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN CARBURANT HAUTE PRESSION ARRIERE-PLAN DE L' INVENTION Domaine de l' invention La presente invention concerne un dispositif ou appareil d'alimentation en carburant haute pression destine principalement a etre utilise dans un moteur a injection de carburant dans un cylindre ou analogue. Description de la technique anterieure La figure 6 est un schema de configuration representant un systeme d'alimentation de carburant dans un moteur a combustion interne de vehicule, in cluant un dispositif d'alimentation en carburant haute pression de la technique anterieure. Sur la figure 6, du carburant 2 situe dans un reservoir de carburant 1 est delivre depuis le reservoir de carburant 1 par une pompe basse pression 3, passe a travers un filtre 4, est ajuste en pression par un regulateur basse pression , et ensuite est fourni vers un dispositif d'alimenta- tion en carburant haute pression 6 qui est une pompe haute pression. Seul le debit du carburant 2 requis pour l' injection de carburant est amplifie par le dis positif d'alimentation en carburant haute pression 6, et est fourni dans un tuyau d'alimentation 9 diun mo- teur a combustion interne non-represente. Un exces de carburant 2 est recupere entre un moderateur basse pression 12 et un clapet d' aspiration 13 par une elec trovanne 17. De plus, le debit de carburant requis est de- termine par une unite de commande non-representee qui commande aussi l'electrovanne 17. Le carburant haute SR 22247 JP/VD pression ainsi fourni est injecte dans un cylindre du moteur a combustion interne sous la forme diun brouil- lard haute pression provenant diune soupape d' injection de carburant 10 reliee au tuyau d'alimentation 9. Lors qu'une pression anormale (pression d'ouverture de cla- pet d'evacuation elevee) existe dans le tuyau d'alimen- tation 9, un filtre 7 et un clapet d' evacuation haute pression 8 vent ouverts pour empecher que le tuyau d'alimentation 9 ne soit rompu. Le dispositif d'alimentation en carburant haute pression 6, qui est une pompe haute pression, a un filtre 11 pour filtrer le carburant fourni, un regu lateur basse pression pour absorber les pulsations du carburant basse pression, et une pompe a carburant haute pression 16 pour mettre sous pression le carbu- rant fourni a travers le clapet d' aspiration 13 et eva- cuer le carburant haute pression a travers un clapet d'evacuation 14. La figure 7 est une vue en coupe longitudi nale representant un dispositif d'alimentation en car- burant haute pression de la technique anterieure. Sur la figure 7, le dispositif d'alimentation en carburant haute pression 6 a un carter 61, une pompe a carburant haute pression 16, une electrovanne 17, et un regula teur basse pression 12, en un senl bloc, la pompe a carburant haute pression 16 etant une pompe a piston plongeur agencee dans le carter 61. Une chambre de mise sous pression du carbu- rant 163 entouree par un manchon 160 et un piston plon geur 161 insere de maniere coulissante dans le manchon est formee dans la pompe carburant haute pression 16. L'autre extremite du piston plongeur 161, est en butee contre un poussoir 164 ayant la forme d'un cylin SR 22247 JP/VD dre a extremite fermee, et le poussoir 164 vient en bu- tee contre une came 100 en tent qutunite d'entralnement destinee a entralner la pompe a carburant haute pres- sion 16. La came 100 est munie en un seul bloc ou coaxialement d'un arbre a came 101 du moteur de maniere a deplacer en va-et-vient le piston plongeur 161 le long du profil de la came 100 en cooperation avec la rotation d'un vilebrequin du moteur. Le volume de la chambre de mise sous pression de carburant 163 est mo difie par le deplacement en va-et-vient du piston plon- geur 161 de sorte que le carburant pousse jusquia une pression elevee, est evacue a partir du clapet d' evacuation 14. Dans la pompe a carburant haute pression 16, une plaque 162, le clapet d'aspiration 13 et le manchon vent maintenus entre le carter 61 et une surface d'extremite d'un guide de ressort 165, et fixes a ['aide diun boulon 180. La plaque 162 forme un orifice d'aspiration de carburant 162a destine a aspirer du carburant a partir du regulateur basse pression 12 vers la chambre de mise sous pression de carburant 163, et un orifice d' evacuation de carburant 162b pour evacuer le carburant a partir de la chambre de mise sous pres sion de carburant 163. Le clapet d' aspiration 13 ayant la forme d'une mince plaque est forme dans l' orifice d'aspira tion de carburant 162a. Le clapet d'evacuation 14 est agence sur l 'orifice d' evacuation de carburant 162b de maniere a communiquer avec le tuyau d'alimentation 9 a travers un passage d' evacuation de carburant haute pression 62 agence dans le carter 61. De plus, afin daspirer du carburant, un ressort 167, destine a pous ser le piston plongeur 161 vers le teas dans une direc SR 22247 JP/VD tion d'agrandissement de la chambre de mise sous pres sion de carburant 163, est dispose dans un etat dans lequel le ressort 167 a ete comprime entre le guide de ressort 165 et un support de ressort 168. L'electrovanne 17 a un- co-rps- d'electrovanne , un siege de vanne 173, un obturateur 174 et un ressort de compression 175. Le corps d'electrovanne 170 est incorpore dans le carter 61 du dispositif d'alimen tation en carburant haute pression 6 de maniere a avoir un canal de carburant 172 a linterieur du corps d'electrovanne 170. Le siege de vanne 173 est agence dans le canal de carburant 172 du corps d'electrovanne 170. L'obturateur 174 est maintenu au contact/eloigne du siege de vanne 173 dans le corps d'electrovanne 170 de maniere a fermer/ouvrir le canal de carburant 172. Le ressort de compression 175 pousse l'obturateur 174 sur le siege de vanne 173. A un moment ou un debit requis par une unite de commande non-representee a ete evacue dans une course d' evacuation de la pompe a carburant haute pres- sion 16, une bobine 171 de ltelectrovanne 17 est mise sous tension pour ouvrir l'obturateur 174. Ainsi, le carburant 2 situe dans la chambre de mise sous pression de carburant 163 est libere vers le cote basse pression entre le regulateur basse pression 12 et le clapet d' aspiration 13 de sorte que la pression dans la cham bre de mise sous pression de carburant 163 est reduite pour ne pas etre plus elevee que la pression dans le tuyau d'alimentation 9. Ainsi, le clapet d' evacuation 14 est ferme. Apres ceci, l'obturateur 174 de l'elec trovanne 17 est ouvert jusqu'a ce que la pompe a carbu rant haute pression 16 effectue une course d'aspira tion. La synchronisation pour ouvrir l'electrovanne 17 SR 22247 JP/VD est commandee de sorte que la quantite de carburant evacuee dans le tuyau d'alimentation 9 peut etre ajus- tee. Cependant, le dispositif d'alimentation en - 5 carburant haute pression de la technique anterieure presente des problemes qui suivent. Les figures 8A a 8C vent des vues a plus grande echelle du voisinage de la partie de butee entre le piston plongeur 161 et le poussoir 164, dans la pompe a carburant haute pression du dispositif d'alimentation en carburant haute pres- sion de la technique anterieure. La figure 8A est une vue en coupe longitudinale, la figure 8B est une vue en coupe prise le long de la ligne A-A, et la figure 8C est une vue de dessous. De plus, la figure 9 est un graphique representant la repart it ion de press ion su- perficielle dans la surface de butee entre le poussoir et la came. Sur la figure 9, les ordonnees indiquent la pression superficielle (MPa), et les abscisses indi- quent la longueur axiale de l'arbre a came. La ligne en trait plein represente la repartition de pression su perficielle au moment d'une pression de carburant ele vee (15 MPa), et la ligne en trait interrompu repre sente la repartition de pression superficielle au mo ment d'une faible pression de carburant (7 MPa). Comme represente sur les figures 8A a 8C, le poussoir 164 a une surface de butee contre le piston plongeur 161 qui presente une forme circulaire, de sorte que le poussoir 164 est en butee contre le piston plongeur 161 sur toute la surface de butee. Dans ce cas, la repartition de pression superficielle apparais sant dans la surface de butee entre le poussoir 164 et la came lOO montre une forme analogue a une montagne prenant une valeur de pic dans sa partie centrale, SR 22247 JP/VD comme represente sur la figure 9. Avec une pression de carburant comparativement faible (par exemple 7 MPa), la deformation du poussoir 164 est limitee a une petite deformation, du fait de la rigidite de la partie infe rieure du poussoir 164 fonction de son epaisseur de plateau, de sorte que la repartition de pression super- ficielle devient comparativement plate. D'autre part, avec une pression de carburant elevee (par exemple MPa), la deformation de la partie inferieure du poussoir 164 est si grande que la repartition de pres- sion superficielle montre, de maniere evidente, une forme analogue a une montagne, provoquant ainsi un pro- bleme en ce que la partie centrale du poussoir 164 peut etre abrasee. Loreque la partie centrale du poussoir 164 est abrasee, la came 100 est egalement abrasee. Ainsi, du fait du faible niveau de la quantite d' eva cuation provoquee par l'abaissement de la levee de came, le moteur peut s'arreter. Pour resoudre un tel probleme, on peut consi derer que l'epaisseur de la partie inferieure du pous- soir 164 est augmentee pour reduire une telle deforma- tion. Cependant, il existe un probleme en ce que le poids du dispositif augmente. On peut aussi considerer que le rayon de courbure de la came 100 est augmente pour agrandir l'aire de contact de la partie de butee de la came 100 contre le poussoir 164 pour ainsi empecher ['abrasion de la partie centrale du poussoir 164. Cependant, il existe un probleme en ce que le diametre accru de la came 100 augmente liechelle et le poids du dispositif. En outre, on peut aussi considerer des mesu- res prises pour reduire le diametre exterieur du piston plongeur 161, pour reduire la charge par laquelle le SR 22247 JP/VD poussoir 164 est pousse. Au contraire, la levee de came augmente manifestement de sorte que la vitesse de de- placement du piston plongeur augmente manifestement. Ainsi, il y a un probleme en ce que le piston plongeur 161 est brule. RESUME DE L' INVENTION La presente invention est developpee pour re- soudre les problemes qui precedent. Un but de la pre sense invention est de fournir un dispositif d'alimen- tation en carburant haute pression dans lequel la re- partition de pression superficielle dans la surface de butee entre un poussoir et une came est ajustee de sorte que le dispositif peut avoir une petite dimension et etre leger. Selon ['invention, il est fourni un disposi- tif d'alimentation en carburant haute pression ayant: un piston plongeur se deplacant en va-et-vient et coulissant dans un manchon d'une pompe a carburant haute pression de maniere a former une chambre de mise sous pression de carburant entre le piston plongeur et le manchon pour ainsi evacuer du carburant sous pres- sion; un poussoir deplace en va-et-vient tout en etant en butee contre le piston plongeur; et une unite d'entralnement venant en butee contre le poussoir de maniere a deplacer en va-et-vient le poussoir et le piston plongeur; le poussoir ayant une partie d'evidement formee a proximite d'une partie centrale d'une surface de butee du poussoir contre le piston plongeur. De preference, l'axe central du piston plon- geur est excentre par rapport a l'axe central de la partie d'evidement du poussoir, dans la surface de bu- tee du poussoir contre le piston plongeur. SR 22247 JP/VD De preference, l'aire de la partie d'evide- ment du poussoir n'est pas plus grande que l'aire de la surface de butee du poussoir contre le piston plongeur. - BREVE DESCRIPTION DES DESSINS On va maintenant decrire la presente inven- tion, a titre d'exemple uniquement, en reference aux dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudi nale representant un dispositif d'alimentation en car- burant haute pression selon un premier mode de realisa- tion de la presente invention,. - les figures 2A a 2C vent des vues en coupe a plus grande echelle du voisinage d'une partie de bu tee entre un piston plongeur et un poussoir d'une pompe a carburant haute pression du dispositif d'alimentation en carburant haute pression selon le premier mode de realisation de la presente invention, - la figure 3 est un graphique representant la repartition de pression superficielle dans la sur- face de butee entre le poussoir et une came de la pompe a carburant haute pression du dispositif d'alimentation en carburant haute pression selon le premier mode de realisation de la presente invention, et celle corres 2 5 pondant a la technique anterieure, - les figures 4A a 4C vent des vues en coupe a plus grande echelle du voisinage d'une partie de bu- tee entre un piston plongeur et un poussoir d'une pompe a carburant haute pression d'un dispositif d'alimenta tion en carburant haute pression selon un second mode de realisation de la presente invention, - la figure 5 est un graphique representant la repartition de pression superficielle dans la sur SR 22247 JP/VD face de butee entre le poussoir et une came de la pompe a carburant haute pression du dispositif d'alimentation en carburant haute pression selon le second mode de re alisation de la presente invention, - la figure 6 est un schema de configuration representant un systeme d'alimentation de carburant de moteur a combustion interne d'un vehicule incluant un dispositif d'alimentation en carburant haute pression de la technique anterieure, - la figure 7 est une vue en coupe longitudi nale representant le dispositif d'alimentation en car burant haute pression de la technique anterieure, - les figures 8A a 8C vent des vues en coupe a plus grande echelle du voisinage d'une partie de bu tee entre un piston plongeur et un poussoir diune pompe a carburant haute pression du dispositif d'alimentation en carburant haute pression de la technique anterieure, la figure 9 est un graphique representant la repartition de pression superficielle dans la sur face de butee entre le poussoir et une came de la pompe a carburant haute pression du dispositif d'alimentation en carburant haute pression de la technique anterieure. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES Premier mode de realisation La figure 1 est une vue en coupe longitudi- nale representant un dispositif d'alimentation en car- burant haute pression selon le premier mode de realisa- tion de la presente invention. De plus, les figures 2A a 2C vent des vues a plus grande echelle du voisinage d'une partie de butee entre un piston plongeur et un poussoir d'une pompe a carburant haute pression de la figure 1. La figure 2A est une vue en coupe longitudi SR 22247 JP/VD nale, la figure 2B est une vue en coupe prise selon la ligne B-B, et la figure 2C est une vue de dessous. In- cidemment, un systeme d'alimentation en carburant in- cluant ce dispositif d'alimentation en carburant haute press ion est fondamentalement s imilaire a- ce lui de l'exemple de la technique anterieure, et sa description detaillee ne sera pas faite. De plus, la configuration diune electrovanne 17 est fondamentalement similaire a celle de l'exemple de la technique anterieure, et sa description detaillee ne sera par consequent pas faite. De plus, la configuration d'une pompe a carburant haute pression 16 est fondamentalement similaire a celle de ltexemple de la technique anterieure, a l' exception des parties qui vont etre decrites ci-dessous en detail. C'est-a-dire que, dans le present mode de re alisation, tel que represente sur les figures 1 et 2A a 2C, une partie d'evidement circulaire 164a est formee dans la partie centrale de la surface de butee d'un poussoir 164 contre un piston plongeur 161. En conse quence, la charge generee par le piston plongeur 161 est transmise a la surface de butee du poussoir 164 contre une came 100 par l'intermediaire du bord exte- rieur de la partie devidement 164a. Ainsi, la charge n'est pas appliquee a partir du plongeur 161 directe ment sur la partie situee juste en dessous de la partie d'evidement 164a, ctest-a-dire sur la partie centrale de la surface de butee entre le poussoir 164 et la came 100. En resultat, la pression superficielle generee dans la partie centrale de la surface de butee entre le poussoir 164 et la came 100 peut etre reduite. De plus, dans la surface du poussoir 164 venant en butee contre la came 100 situee juste en dessous de la partie d'evi dement 164a, la pression superficielle est generee par SR 22247 JP/VD la force de reaction provenant de la came 100 plutat que par la force donnee par le piston plongeur 161, de sorte que l' influence de la rigidite de l'epaisseur de plateau juste en dessous de la partie d'evidement 164a devient predominante. Ainsi, en ajustant l'epaisseur de plateau juste en dessous de la partie d'evidement 164a, la valeur de pic de la press ion superficiel le generee dans la partie centrale de la surface de butee entre le poussoir 164 et la came 100 peut etre commandee a une valeur voulue. La figure 3 est un graphique representant la repartition de pression superficielle dans la surface de butee entre le poussoir et la came des figures 2A a 2C. La figure 3 represente la repartition de pression de surface au moment d'une pression de carburant elevee (15 MPa). Sur la figure 3, les ordonnees indiquent la pression superficielle (MPa), et les abscisses indi- quent la longueur axiale de la came 100. La ligne en trait plein represente la repartition de pression su perficielle dans la pompe a carburant haute pression selon le present mode de realisation, et la ligne en trait interrompu represente la repartition de pression superficielle dans une pompe a carburant haute pression de la technique anterieure (similaire a celle represen tee sur la figure 8). Comme represente sur la figure 3, conforme- ment au present mode de realisation, il doit etre com- pris que la pression superficielle generee dans la par- tie centrale de la surface de butee du poussoir 164 contre la came 100 est plus faible que celle de l'exem- ple de la technique anterieure. En consequence, une abrasion ne peut survenir dans la partie centrale du poussoir 164, de sorte que la duree de vie du poussoir SR 22247 JPtVD 164 peut etre amelioree. Ensuite, en resultat, l'abra- sion du cate de la came 100 peut aussi etre empechee. Ainsi, le faible niveau de la quantite d' evacuation provoquee par l'abaissement de la levee de came est resolu de sorte qu'un debit eleve peut etre assure dans le dispositif d'alimentation en carburant haute pres- sion. De plus, il. est inutile de prendre des mesu- res pour augmenter liepaisseur de plateau dans la par tie inferieure du poussoir 164 ou d' augmenter le rayon de courbure de la came 100 comme dans les exemples de la technique anterieure. Ainsi, puisque la repartition de pression superficielle peut etre ajustee par la seule forme du poussoir 164, le dispositif peut etre de petite dimension et leger. De plus, il ntest pas neces saire de prendre des mesures pour reduire le diametre exterieur du piston plongeur 161. Ainsi, on peut empe cher que le piston plongeur 161 ne soit brule. Second mode de realisation Les figures 4A a 4C vent des vues a plus grande echelle du voisinage d'une partie de butee entre un piston plongeur et un poussoir d'une pompe a carbu rant haute pression d'un dispositif d'alimentation en carburant haute pression selon le second mode de reali sation de ['invention. La figure 4A est une vue en coupe longitudinale, la figure 4B est une vue en coupe prise selon la ligne C-C, et la figure 4C est une vue de dessous. De plus, la figure 5 est un graphique re presentant la repartition de pression superficielle dans la surface de butee entre le poussoir et une came de la pompe a carburant haute pression du dispositif d'alimentation en carburant haute pression selon le se- cond mode de realisation de ['invention. Sur la figure SR 22247 JP/VD , les ordonnees indiquent la pression superficielle (MPa), et les abscisses indiquent la longueur axiale de la came 100. La ligne en trait interrompu represente la repart it ion de press ion superf i ciel le dans la pompe a carburant haute pression selon le present mode de re-- alisation, la ligne en trait plein represente la repar- tition de pres s ion superfic iel le dans la pompe a carbu- rant haute pression selon le premier mode de realisa- tion, et la ligne en trait mixte represente la reparti tion de pression superficielle dans une pompe a carbu- rant haute pression de la technique anterieure (simi- laire a ce qui est represente sur la figure 9). Bien que le premier mode de realisation ait ete decrit avec une configuration dans laquelle l'axe central du piston plongeur 161 est identique a l'axe central de la partie d'evidement 164a du poussoir 164, dans la surface de butee du poussoir 164 contre le pis- ton plongeur 161, le present mode de realisation a une configuration dans laquelle l'axe central du piston plongeur 161 est excentre par rapport a l'axe central de la partie d'evidement 164a du poussoir 164, comme represente sur la figure 4B. Par exemple, l'excentrici te est fixee entre 0,5 et 1,0 mm dans le present mode de realisation. Avec une telle configuration, comme represen te sur la figure 5, la repartition de pression superfi cielle dans la surface de butee entre le poussoir 164 et la came 100 devient asymetrique par rapport a l'axe central du poussoir 164, par comparaison avec le pre mier mode de realisation. En consequence, le poussoir 164 tourne sur son axe du fait du couple exerce par la came 100, de sorte que la charge provoquee par la mise en butee entre le poussoir 164 et la came 100 niest pas SR 22247 JP/VD generee au niveau d'un seul et meme emplacement mais est dispersee. Ainsi, la duree de vie du poussoir 164 peut etre amelioree. Incidemment, dans les modes de realisation respectifs decrits ci-dessus, la forme de la partie -- d'evidement 164a du poussoir 164, l'epaisseur de pla teau de la partie inferieure du poussoir 164, et liex- centricite entre l'axe central du piston plongeur 161 et l'axe central de la partie d'evidement 164a du pous soir 164 n'ont pas besoin d'etre ajustees par une me- thode de tatonnement lors de la conception/lietude, la production d'essai et un test d' endurance, mais vent fixees par l'analyse en utilisant une methode d' elements finis. Ainsi, une repartition de pression superficielle sensiblement valable peut etre saisie a l'etape de realisation des plans, de sorte que le dis- positif peut etre developpe tres vise. Comme decrit ci-dessus, selon un premier as- pect de la presente invention, il est fourni un dispo sitif d'alimentation en carburant haute pression ayant: un piston plongeur se deplacant en va-et-vient et coulissant dans un manchon d'une pompe a carburant haute pression de maniere a former une chambre de mise sous pression de carburant entre le piston plongeur et le manchon pour ainsi evacuer du carburant sous pres- sion; un poussoir deplace en va-et-vient tout en etant en butee contre le piston plongeur; une unite d'en- tra1nement venant en butee contre le poussoir de ma- niere a deplacer en va-et-vient le poussoir et le pis ton plongeur; le poussoir ayant une partie d'evidement formee a proximite d'une partie centrale d'une surface de butee du poussoir contre le piston plongeur. En consequence, on empeche qu'une abrasion ne se produise SR 22247 JP/VD dans la partie centrale du poussoir, de sorte que la duree de vie du poussoir peut etre amelioree. Ainsi, ceci a pour effet diobtenir un dispositif d'alimenta- tion en carburant haute pression qui soit de petite di- mension et leger. De plus' selon un deuxieme aspect de la pre- sente invention, l'axe central du piston plongeur est excentre par rapport a l'axe central de la partie d'evidement du poussoir dans la surface de butee du poussoir contre le piston plongeur. En consequence, la charge provoquee par la mise en butee entre le poussoir et la came n'est pas generee au niveau d'un seul et meme emplacement, mais est dispersee. Ainsi, on obtient pour effet que la duree de vie du poussoir peut etre amelioree. De plus, conformement a un troisieme aspect de la presente invention, l'aire de la partie devide- ment du poussoir n'est pas plus grande que la surface de butee du poussoir contre le piston plongeur. En consequence, on empeche qu'une abrasion ne se produise dans la partie -centrale du poussoir, de sorte que la duree de vie du poussoir peut etre amelioree. Ainsi, il est possible d'obtenir un dispositif d'alimentation en carburant haute pression qui soit de petite dimension et leger. SR 22247 JP/VD REVEND I CAT IONS 1. Dispositif d'alimentation en carburant haute pression, comportant: un piston plongeur (161) se deplacant en va-et-vient et coulissant dans un manchon (160) d'une pompe a carburant haute pression (16) de maniere a for- mer une chambre de mise sous pression de carburant (163) entre ledit piston plongeur (161) et ledit man- chon pour evacuer du carburant sous pression, un poussoir (164) deplace en va-et-vient avec mise en butee contre ledit piston plongeur (161), et une unite d'entralnement (100) venant en bu- tee contre ledit poussoir (164) de maniere a deplacer en va-et-vient ledit poussoir (164) et ledit piston plongeur (161), caracterise en ce que ledit poussoir (164) a une partie d'evidement (164a) formee a proximite d'une partie centrale d'une surface de butee audit poussoir (164) contre ledit pis ton plongeur (161). 2. Dispositif d'alimentation en carburant haute-pression selon la revendication 1, caracterise en ce que: l'axe central audit piston plongeur (161) est excentre par rapport a l'axe central de ladite partie d'evidement (164a) audit poussoir (164), dans ladite surface de butee audit poussoir (164) contre ledit pis ton plongeur (161). 3. Dispositif d'alimentation en carburant haute pression selon la revendication 1 ou 2, caracte rise en ce que: l'aire de la partie d'evidement (164a) audit poussoir (164) n'est pas plus grande que l'aire de la SR 22247 JP/VD cite surface de butee audit poussoir (164) contre ledit piston plongeur (161).