Brevet FR2863316A1 — publié le 20050610

"Dispositif d'amortissement d'ondes de pression dans une conduite et installation d'injection de carburant équipée d'un tel dispositif" L'invention concerne un dispositif d'amortissement d'ondes 5 de pression qui se propagent axialement dans un liquide sous pression contenu dans un canal. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'amortissement d'ondes de pression qui se propagent axialement dans un liquide sous pression qui s'écoule selon une direction io axiale à l'intérieur d'un canal délimité latéralement par une paroi interne, du type dans lequel au moins un tronçon du canal comporte au moins une portion de paroi interne qui est montée mobile élastiquement, autour d'une position stable, selon une direction radiale afin d'amortir lesdites ondes de pression. Il est connu d'agencer des dispositifs de ce type dans des installations d'injection de carburant dans une chambre de combustion de moteur thermique, et en particulier dans des installations d'injection dites à rampe commune ou common rail . Les installations d'injection à rampe commune sont destinées à améliorer les performances du moteur. Une telle installation d'injection est par exemple décrite dans le document WO-A-00/55490. L'activation d'un injecteur produit des ondes de pression dans le carburant qui remontent le canal d'admission, puis qui se propagent dans le carburant contenu dans la rampe commune. Ces ondes de pression sont responsables d'interactions avec les activations des injecteurs de carburant voisins. En effet, les ondes de pression produites par un injecteur sont susceptibles de se propager jusqu'à la rampe commune, puis de pénétrer dans les conduites haute pression des injecteurs voisins. Les ondes produites par l'activation d'un injecteur sont alors susceptibles de détériorer la qualité d'injection des injecteurs voisins. Ces interactions affectent notamment la pression du carburant à l'ouverture de chaque injecteur, et donc la précision de la quantité de carburant injectée dans le cylindre associé pendant le temps d'ouverture de chaque injecteur. Cela rend difficile la mise au point d'un moteur pendant la phase de développement de celui-ci. Les ondes de pression précitées sont aussi responsables d'évolutions indésirables du comportement du moteur tout au long de sa durée de vie. En outre, lorsqu'une telle installation est commandée selon un procédé dit d'injections multiples , les interactions peuvent lo avoir une influence très sensible sur la qualité du résultat de l'injection. Selon ce procédé, au lieu d'injecter la quantité totale de carburant en une injection unique dans la chambre de combustion du moteur, avant la phase de combustion d'un mélange air/carburant, on réalise plusieurs injections successives de petites quantités de carburant. Dans un tel contexte, les ondes de pression évoquées ci-dessus ont une influence particulièrement sensible sur la précision des petites quantités de carburant injectées. Il est donc connu d'équiper des installations d'injection de ce type de dispositifs d'amortissement d'ondes de pressions. Ainsi, le document EP-A1.275.841 décrit et représente une installation d'injection de carburant dont le canal d'admission est équipé d'un dispositif d'amortissement. Le dispositif d'amortissement comporte une portion de paroi du canal d'admission qui est montée mobile élastiquement selon une direction radiale. La surface interne de la paroi mobile est exposée au liquide qui circule dans le canal d'admission. La paroi mobile est susceptible d'osciller radialement autour d'une position stable vers laquelle est rappelée élastiquement. La paroi mobile est par exemple une membrane déformable élastiquement. La paroi mobile peut aussi appartenir à un piston qui est monté coulissant radialement dans la paroi latérale fixe du canal d'admission. Ainsi, lorsque des ondes de pression se propagent axialement dans le tronçon du canal d'admission comportant la paroi mobile, cette dernière se déplace vers l'extérieur en cas de surpression ou vers l'intérieur en cas de sous-pression. Le déplacement de la paroi fait alors varier le volume du tronçon de canal d'admission équipé du dispositif d'amortissement, ce qui a pour conséquence de réduire l'amplitude des ondes de pression. Cependant, la face externe de la paroi mobile est exposée à la pression atmosphérique. Or, le carburant circulant dans le io canal d'admission est susceptible d'être comprimé sous une pression très supérieure à la pression atmosphérique, par exemple entre 200 et 1600 bars. Ainsi, lorsque la paroi mobile est formée par une membrane élastique, cette dernière doit pouvoir résister aux fortes contraintes créées par la différence de pression entre le carburant et l'air atmosphérique, sous peine de se déchirer. Lorsque la paroi mobile est portée par un piston, il faut prévoir que les moyens de rappel élastiques du piston vers sa position stable aient une raideur suffisante pour résister à la pression du carburant, tout en conservant une souplesse suffisante pour permettre au piston d'osciller. Dans tous les cas, une telle conception s'avère complexe et onéreuse, voire impossible. Afin de résoudre ce problème, l'invention propose un dispositif d'amortissement du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la portion de paroi mobile est une cloison mobile qui sépare l'intérieur du canal et une chambre latérale qui s'étend radialement et vers l'extérieur depuis la paroi latérale du tronçon, la cloison mobile comportant au moins un orifice de passage du carburant de façon à équilibrer la pression moyenne du liquide de part et d'autre de cette cloison mobile. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la cloison mobile appartient à un piston qui est monté coulissant selon une direction radiale dans la chambre latérale, et qui est rappelé vers sa position stable par des moyens de rappel élastiques - les moyens de rappel élastiques comportent au moins un ressort hélicoïdal de compression; - la cloison mobile est une membrane déformable élastiquement. L'invention concerne aussi une installation d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur thermique, notamment d'un moteur Diesel, comportant une io conduite d'admission du carburant qui est délimitée latéralement par une paroi interne et qui relie un réservoir amont de carburant sous pression à un orifice aval de pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion de façon que le carburant s'écoule vers l'orifice de pulvérisation selon une direction axiale dans la conduite d'admission, et comportant une valve qui est commandée entre une position de fermeture de l'orifice de pulvérisation, et une position d'ouverture de l'orifice de pulvérisation en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur, les ouvertures et les fermetures répétées de la valve créant des ondes de pression qui se propagent de l'aval vers l'amont dans le carburant contenu dans le canal d'admission, et du type dans lequel au moins un tronçon du canal d'admission comporte un dispositif d'amortissement des ondes de pression dans le carburant selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins en annexe, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en section axiale qui représente un injecteur alimenté en carburant par une conduite haute pression dans laquelle est intercalé un dispositif d'amortissement selon l'invention; la figure 2 est la même vue que celle de la figure 1 qui représente un second mode de réalisation du dispositif d'amortissement selon l'invention. Dans la description qui va suivre, on adoptera à titre non limitatif une orientation axiale indiquée par la flèche A de la figure 1 qui est dirigée depuis l'amont vers l'aval, et depuis l'arrière vers l'avant. On adoptera par la suite les mêmes références pour désigner des éléments similaires, analogues ou identiques. io On a représenté à la figure 1 un injecteur 10 qui est relié à une source (non représentée) de carburant sous pression par l'intermédiaire d'une conduite d'admission de carburant 12, aussi dite conduite haute pression . La source de carburant est par exemple une rampe de carburant sous pression. L'injecteur 10 est destiné à injecter du carburant dans une chambre de combustion (non représentée) d'un moteur thermique, notamment d'un moteur Diesel. La conduite d'admission 12 est délimitée latéralement par une paroi interne 14. Son extrémité amont (non représentée) est reliée à la source de carburant sous pression. Le carburant s'écoule dans le canal d'admission 12 depuis son extrémité amont vers son extrémité aval 16 selon une direction axiale. L'injecteur 10 comporte un corps globalement cylindrique 18 d'axe d'orientation axiale dans lequel est formé un canal 20 de circulation du carburant. Le canal de circulation 20 comporte une extrémité amont d'entrée 22 qui est reliée à l'extrémité aval 16 de la conduite d'admission 12. L'extrémité aval de sortie du canal de circulation 20 forme un orifice de pulvérisation ou gicleur 24 qui est destiné à pulvériser un jet de carburant sous pression dans la chambre de combustion associée. Une aiguille 26 d'axe d'orientation axiale est montée coulissante axialement dans un tronçon d'extrémité aval 28 du canal de circulation 20. L'aiguille 26 comporte une extrémité avant 30 conique qui est destinée à coopérer avec un siège 32 de manière à obturer le passage du carburant jusqu'au gicleur 24. Les déplacements de l'aiguille 26 sont ainsi commandés, en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur, par des moyens de commande (non représentés) entre une position avancée de fermeture (non représentée) du gicleur 24 dans laquelle le passage du carburant jusqu'au gicleur 24 est obturé, et une position reculée d'ouverture du gicleur 24 dans laquelle le passage du carburant jusqu'au gicleur 24 est libéré, comme io représenté à la figure 1. Des moyens connus de commande des déplacements de l'aiguille 26 sont par exemple décrits dans le document FR-A-2.833.654. Les ouvertures et les fermetures répétées de l'aiguille 26 créent des ondes axiales de pression qui se propagent de l'aval vers l'amont dans le carburant contenu dans le canal de circulation 20, puis dans la conduite d'admission 12. Afin d'amortir les ondes de pression, un tronçon du canal d'admission 12 est équipé d'un dispositif d'amortissement 34 qui 20 est réalisé selon les enseignements de l'invention. Selon un premier mode de réalisation du dispositif d'amortissement 34 qui est représenté à la figure 1, une chambre cylindrique 36 coaxiale à la conduite d'admission 12 est intercalée dans la conduite d'admission 12. La conduite d'admission est ainsi divisée en un tronçon amont 38 et en un tronçon aval 40. Le diamètre de la chambre 36 est supérieur au diamètre de la conduite d'admission 12. La chambre comporte un orifice amont 42 d'entrée du carburant et un orifice aval 44 de sortie du carburant. Une membrane 46 souple et élastique qui est conformée en conduite, est agencée dans la chambre 36 de façon à former un tronçon cylindrique, coaxial à la conduite d'admission 12, de raccord de l'orifice d'entrée 42 à l'orifice de sortie 44. Le tronçon formé par la membrane 46 a ici un diamètre égal à celui de la conduite d'admission 12. La membrane 46 forme ainsi un raccord compartiment annulaire externe 50 qui est délimité radialement vers l'extérieur par la face interne cylindrique concave 52 de la chambre 36 et radialement vers l'intérieur par la face externe cylindrique convexe 54 de la membrane 46. Le compartiment io externe 50 s'étend ainsi radialement vers l'extérieur depuis la face externe cylindrique de la membrane 46. La membrane 46 comporte une pluralité de petits orifices 56 de passage du carburant depuis un compartiment 48 ou 50 de la chambre 36 vers l'autre. Lorsque la conduite d'admission 12 n'est pas parcouru par des ondes axiales de pression, les pressions de carburant dans le compartiment externe 50 et dans le compartiment interne 48 sont équilibrées grâce aux orifices de passages 56. Le tronçon formé par la membrane 46 est alors dans une 20 position stable dans laquelle ses parois cylindriques sont parallèles à l'axe de la chambre 36. Lorsque des ondes axiales de pression se propagent dans la conduite formée par la membrane 46, la membrane 46 est déformée radialement vers l'extérieur en cas de surpression, de façon à augmenter le volume du compartiment interne 48 ou vers l'intérieur en cas de sous-pression, de façon à diminuer le volume du compartiment interne 48. La conduite formée par la membrane 46 est ainsi gonflée ou comprimée radialement en fonction de la variation de pression entre le compartiment interne 48 et le compartiment externe 50. En effet, les orifices de passage 56 étant petits, l'équilibre de pression entre le compartiment interne 48 et le compartiment externe 50 ne se fait pas immédiatement, mais seulement après un temps de latence qui varie en fonction du tronçon amont 38 au tronçon aval 40 de la conduite d'admission 12. 36 est ainsi divisée en un premier La chambre compartiment cylindrique interne 48 et en un second du nombre d'orifices de passage 56 et de leur section de passage. En conséquence, la variation du volume de la conduite formée par la membrane 46 amortit l'amplitude des ondes de 5 pression. De plus, la membrane 46 étant rappelée élastiquement vers sa position stable, le retour vers l'équilibre de pression entre les deux compartiments 48 et 50 est forcé. Une partie du carburant passe alors d'un compartiment 48 ou 50 vers l'autre à lo travers les orifices de passage 56. Lors du passage du carburant à travers les orifices 56, une partie de l'énergie des ondes de pression est dissipée par friction, ce qui a pour effet d'amortir encore les ondes de pression. Dans tous les cas, la différence de pressions de part et d'autre de la membrane n'excédera pas l'amplitude maximale des ondes de pression qui se propagent dans la conduite d'admission 12. Ainsi, malgré la pression élevée à laquelle le carburant est comprimé, la membrane 46 ne sera pas soumise à des contraintes très élevées. Selon une variante non représentée, la conduite d'admission comporte dans sa paroi cylindrique un orifice latéral à partir duquel le compartiment externe 50 s'étend radialement. La membrane 46 est agencée de façon à couvrir l'orifice latéral. La membrane 46 forme ainsi une cloison qui sépare le volume intérieur de la conduite d'admission 12, qui forme le compartiment interne 48, du compartiment externe 50. Le dispositif d'amortissement 34 réalisé selon cette variante a un fonctionnement similaire à celui décrit précédemment. Selon un second mode de réalisation de l'invention qui est représenté à la figure 2, la chambre 36 qui est intercalée entre le tronçon amont 38 et le tronçon aval 40 de la conduite d'admission 12 a la forme d'un cylindre dont l'axe B est orienté radialement. Les orifices d'entrée 42 et de sortie 44 de la chambre 36 sont agencés dans la paroi cylindrique 58 de la chambre 36 de façon diamétralement opposée. Ils sont situés à proximité d'une première face d'extrémité circulaire 60 de la chambre, de façon qu'une partie du volume de la chambre qui est comprise entre les orifices 42 et 44 et la seconde face d'extrémité circulaire 61 s'étende radialement vers l'extérieur depuis l'axe de la conduite d'admission 12. Un piston mobile 62 est monté coulissant dans la chambre 36 selon la direction de l'axe B. L'épaisseur du piston 62 est io délimitée entre une face proximale 63 qui est dirigée vers la première face d'extrémité circulaire 60 de la chambre 36 et une face distale 65 qui est dirigé vers la seconde face d'extrémité circulaire 61 de la chambre 36. Le piston 62 forme ainsi une cloison mobile qui divise la chambre 36 en: - un premier compartiment proximal 48 qui est délimité selon la direction de l'axe B entre la première face d'extrémité circulaire 60 de la chambre 36 et la face proximale 63, et qui comprend les orifices d'entrée 42 et de sortie 44; et - un second compartiment distal 50 qui est délimité selon la direction de l'axe B entre la face distale 65 du piston 62 et la seconde face d'extrémité circulaire 61 de la chambre 36, et qui est excentré par rapport à l'axe de la conduite d'admission 12. Les deux compartiments proximal 48 et distal 50 sont mis en communication par l'intermédiaire d'orifices de passage 56 qui traversent l'épaisseur du piston 62. La section de passage des orifices de passage 56 est avantageusement petite de façon que le passage du carburant soit ralenti par dissipation d'énergie. Le piston 62 est maintenu dans une position stable par des moyens de rappel élastiques qui comportent ici deux ressorts hélicoïdaux de compression proximal 64 et distal 66 qui sont déformables selon la direction B de coulissement du piston 62. Chaque ressort proximal 64 et distal 66 est interposé respectivement entre la face proximal 63 ou distal 65 du piston 62 et la face d'extrémité circulaire 60 ou 61 de la chambre 36. io En position stable du piston 62, les deux compartiments proximal 48 et distal 50 ont ici, à titre d'exemple, le même volume. Le piston 62 est maintenu dans sa position stable tant que la pression de carburant est équilibrée entre les deux compartiments proximal 48 et distal 50. Lorsque des ondes de pression se propagent dans le compartiment proximal 48, le piston 62 se déplace sous l'effet de la différence de pression entre les deux compartiments proximal 48 et distal 50, de façon à faire varier le volume du compartiment io proximal 48. Ainsi, si la pression augmente dans le compartiment proximal 48, le piston 62 est poussé vers l'extérieur de façon à augmenter le volume du compartiment proximal 48. Comme illustré à la figure 2, le ressort de compression distal 66 est alors comprimé tandis que le ressort de compression proximal 64 est tendu. Comme décrit pour au premier mode de réalisation, le passage du carburant par les orifices de passage 56 et la variation de volume du compartiment proximal 48 provoquent un amortissement des ondes de pression. Dans les deux modes de réalisation décrits précédemment, le piston 62 et la membrane 46 sont libres d'osciller autour de leur position stable, en fonction de la fréquence des ondes de pression. Selon une variante non représentée qui est applicable aux 25 deux modes de réalisations décrits, le dispositif d'amortissement est agencé dans le corps de l'injecteur. Dans les exemples décrits précédemment, le dispositif d'amortissement a été agencé dans la conduite d'admission 12 qui relie la rampe de carburant et le gicleur 24. On peut aussi agencer un tel dispositif dans la rampe de carburant elle-même afin d'amortir les ondes de pression qui s'y propagent, ou encore dans une conduite d'alimentation située entre une pompe d'injection et la rampe de carburant. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'amortissement (34) d'ondes de pression qui se propagent axialement dans un liquide sous pression qui s'écoule selon une direction axiale (A) à l'intérieur d'un canal (12) délimité latéralement par une paroi interne (14), du type dans lequel au moins un tronçon (36) du canal comporte au moins une portion de paroi interne (46, 63) qui est montée mobile élastiquement, autour d'une position stable, selon une direction radiale (B) afin d'amortir lesdites ondes de pression, io caractérisé en ce que la portion de paroi mobile (46, 63) est une cloison mobile qui sépare l'intérieur (48) du canal (12) et une chambre latérale (50) qui s'étend radialement et vers l'extérieur depuis la paroi latérale (46, 63) du tronçon (36), la cloison mobile (46, 63) comportant au moins un orifice de is passage (56) du carburant de façon à équilibrer la pression moyenne du liquide de part et d'autre de cette cloison mobile (46, 63). 2. Dispositif (34) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cloison mobile (63) appartient à un piston (62) qui est monté coulissant selon une direction radiale (B) dans la chambre latérale (50), et qui est rappelé vers sa position stable par des moyens de rappel élastiques (64, 66). 3. Dispositif (34) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de rappel élastiques comportent au moins un ressort hélicoïdal de compression (64, 66). 4. Dispositif (34) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cloison mobile est une membrane (46) déformable élastiquement. 5. Installation d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur thermique, notamment d'un moteur Diesel, comportant une conduite d'admission (12) du carburant qui est délimitée latéralement par une paroi interne (14) et qui relie un réservoir amont de carburant sous pression à un orifice aval (24) de pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion de façon que le carburant s'écoule vers l'orifice de pulvérisation (24) selon une direction axiale (A) dans la conduite d'admission (12), l'activation de l'installation d'injection créant des ondes de pression qui se propagent de l'aval vers l'amont dans le carburant contenu dans le canal d'admission (12), et du type dans lequel au moins un tronçon (36) du canal d'admission (12) comporte un dispositif (34) d'amortissement des ondes de pression dans le carburant selon l'une quelconque des revendications là 4.