modélisation de l'usure des pistons plongeurs et son évaluation par la chute de pression

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Mécanique & Industries 3 (2002) 619–626 Modélisation de l’usure des pistons plongeurs et son évaluation par la chute de pression Modelisation of the plunger pistons’ wear and its evaluation by the falling of pressure Ahmed Hebbar a , Mustafa Bouchetara b , Mohamed Mechmache a , M. Benguediab c a Département de génie mécanique, Université de Mostaganem, Algérie b Département de génie mécanique, USTO d’Oran, Algérie c Département de génie mécanique, Université de Sidi-Bel-Abbès, Algérie Reçu le 17 mars 2000; accepté le 6 septembre 2002 Résumé Dans les pays du sud avec leur environnement sablonneux, la durée de vie des pistons plongeurs d’une pompe d’injection est réduite et ce, à cause de l’apparition des usures abrasives prématurées (la durée de vie de ces organes est réduite en moyenne de 40 % par rapport à celle préconisée par le constructeur évaluée à 6000 heures). Cette usure engendre une diminution du débit et une chute de pression, ce qui se traduit par une mauvaise combustion. Cette étude constitue une contribution pour l’optimisation des paramètres influents sur l’usure des pistons plongeurs et a pour objectif de déterminer les positions de la crémaillère et de l’excentrique du dispositif réalisé. Le temps de chute de pression mesuré, qui est inversement proportionnel au degré d’usure des pistons, permet d’avoir un jugement précis de l’état qualitatif des pistons. Grâce aux méthodes des plans d’expériences, on a pu déterminer des modèles mathématiques décrivant le phénomène d’usure et donnant le degré d’influence des différents paramètres associés. 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. All rights reserved. Abstract The sandy environment of the southern countries makes the plunger pistons of an injection pump last less longer because of the premature abrasive wear (life of these precise elements is reduced in average by 40% of that given by the constructor which is about 6000 hours). This wear gives rise to a flow reduction and a fall of the pressure exhausted towards the injectors resulting therefore in a bad combustion. This study consists of a contribution for the optimisation of the parameters affecting the wear of the pistons and it aims to determine the positions of the rack and the crank of the device realised within this study. The pressure fall time of the injection pump that is inversely proportional to the wear degree of the pistons allow to have a precise judgment of the qualitative state of the pistons. Owing to the planning methods of the testing, we managed to determine a mathematical model that not only describes the wear phenomenon, but also gives the degree of influence of the different associated parameters. 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. All rights reserved. Mots-clés : Piston plongeur ; Usure abrasive ; Planification des expériences ; Régression ; Optimum Keywords: Plunger pistons; Abrasive wear; Experimental attainment; Regression; Optimum 1. Introduction Les pistons plongeurs constituent les organes principaux d’une pompe d’injection. Ils doivent être réalisés avec une Adresse e-mail : [email protected] (A. Hebbar). grande précision géométrique dont la tolérance ne doit pas dépasser 3 μm. Cette exigence est nécessaire pour un bon refoulement du combustible. La pression fournie par la pompe d’injection joue un rôle important dans la combustion. Elle permet l’ouverture de l’injecteur pour l’alimentation en combustible sous forme de fines pulvérisations. 1296-2139/02/$ – see front matter 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. All rights reserved. PII:S1296-2139(02)01205-8

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Page 1: Modélisation de l'usure des pistons plongeurs et son évaluation par la chute de pression

Mécanique & Industries 3 (2002) 619–626

Modélisation de l’usure des pistons plongeurs et son évaluation par lachute de pression

Modelisation of the plunger pistons’ wear and its evaluation by the fallingof pressure

Ahmed Hebbara, Mustafa Bouchetarab, Mohamed Mechmachea, M. Benguediabc

a Département de génie mécanique, Université de Mostaganem, Algérieb Département de génie mécanique, USTO d’Oran, Algérie

c Département de génie mécanique, Université de Sidi-Bel-Abbès, Algérie

Reçu le 17 mars 2000; accepté le 6 septembre 2002

Résumé

Dans les pays du sud avec leur environnement sablonneux, la durée de vie des pistons plongeurs d’une pompe d’injection est réduite etce, à cause de l’apparition des usures abrasives prématurées (la durée de vie de ces organes est réduite en moyenne de 40 % par rapport àcelle préconisée par le constructeur évaluée à 6000 heures). Cette usure engendre une diminution du débit et une chute de pression, ce quise traduit par une mauvaise combustion. Cette étude constitue une contribution pour l’optimisation des paramètres influents sur l’usure despistons plongeurs et a pour objectif de déterminer les positions de la crémaillère et de l’excentrique du dispositif réalisé. Le temps de chutede pression mesuré, qui est inversement proportionnel au degré d’usure des pistons, permet d’avoir un jugement précis de l’état qualitatifdes pistons. Grâce aux méthodes des plans d’expériences, on a pu déterminer des modèles mathématiques décrivant le phénomène d’usure etdonnant le degré d’influence des différents paramètres associés. 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. All rights reserved.

Abstract

The sandy environment of the southern countries makes the plunger pistons of an injection pump last less longer because of the prematureabrasive wear (life of these precise elements is reduced in average by 40% of that given by the constructor which is about 6000 hours). Thiswear gives rise to a flow reduction and a fall of the pressure exhausted towards the injectors resulting therefore in a bad combustion. Thisstudy consists of a contribution for the optimisation of the parameters affecting the wear of the pistons and it aims to determine the positionsof the rack and the crank of the device realised within this study. The pressure fall time of the injection pump that is inversely proportional tothe wear degree of the pistons allow to have a precise judgment of the qualitative state of the pistons. Owing to the planning methods of thetesting, we managed to determine a mathematical model that not only describes the wear phenomenon, but also gives the degree of influenceof the different associated parameters. 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. All rights reserved.

Mots-clés :Piston plongeur ; Usure abrasive ; Planification des expériences ; Régression ; Optimum

Keywords:Plunger pistons; Abrasive wear; Experimental attainment; Regression; Optimum

1. Introduction

Les pistons plongeurs constituent les organes principauxd’une pompe d’injection. Ils doivent être réalisés avec une

Adresse e-mail :[email protected] (A. Hebbar).

grande précision géométrique dont la tolérance ne doit pasdépasser 3 µm. Cette exigence est nécessaire pour un bonrefoulement du combustible.

La pression fournie par la pompe d’injection joue un rôleimportant dans la combustion. Elle permet l’ouverture del’injecteur pour l’alimentation en combustible sous forme defines pulvérisations.

1296-2139/02/$ – see front matter 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. All rights reserved.PII: S1296-2139(02 )01205-8

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620 A. Hebbar et al. / Mécanique & Industries 3 (2002) 619–626

Nomenclature

Fexp valeur expérimentale du test de FischerFth valeur tabulée du test de FischerPMB point mort bas du pistonPMH point mort haut du pistonXi valeurs codées des variables d’entréexi valeurs réelles des variables d’entrée

xi0 valeurs de base des variables d’entrée

�xi intervalle de variation

α niveau de confiance(α = 0,05)

βi coefficients de régression

�βi valeur significative des coefficients de régression

Dans le but de connaître le degré d’usure des pistons, laréalisation d’un dispositif de contrôle de la chute de pressiondans le jeu piston/cylindre s’avère indispensable.

Les plans d’expériences, basé sur les méthodes statis-tiques [1–6], ont été réalisés dans notre travail. Ils permet-tent de modéliser le phénomène d’usure en fonction de lataille de l’abrasif et d’optimiser les paramètres de réglage dudispositif réalisé.

D’après les travaux [7–10], l’usure des pistons est denature abrasive et elle est prépondérante au niveau de lapartie supérieure de la tête du piston (Fig. 1) du côté del’orifice d’admission. Elle est maximale au milieu de la zoneaffectée et à l’extrémité de la tête du piston [11]. Au niveaude la rampe hélicoïdale, elle se manifeste sous forme desillons curvilignes qui convergent vers la médiane (Fig. 2)[11,12]. Ici, elle est de nature érosive abrasive.

Cette usure favorise la fuite du débit dans le jeu pis-ton/cylindre, ce qui diminue la pression de refoulement ducombustible nécessaire pour une bonne injection. Le degré

Fig. 1. Usure abrasive de la tête du piston.

Fig. 2. Usure érosive abrasive de la rampe.

d’usure est inversement proportionnel au temps de la chutede pression.

Ce phénomène, dépendant de plusieurs facteurs, peut êtrereprésenté sous forme de modèle mathématique par l’appli-cation des méthodes des plans d’expériences. Le problèmequi se pose est de définir la loi reliant le phénomène auxvariables considérées. Pour y répondre, une expérimenta-tion est nécessaire. Bien entendu, lors de l’expérimentation,différentes valeurs seront données aux variables prises encompte afin de connaître leur influence sur le phénomène.De ce fait l’expérimentateur est confronté au choix d’un pland’expériences, lui permettant d’aboutir au résultat recherchésans exiger un nombre élevé d’essais [1,2]. Une fois que lemodèle mathématique est obtenu (équation de régression),on procède à l’analyse statistique des résultats. Celle-ci apour but de vérifier la signification des coefficients de ré-gression et l’adéquation du modèle [1–5]. Enfin, l’optimi-sation d’un phénomène a pour tâche de trouver l’extremumd’une fonction donnée, correspondant aux conditions extré-males (minimum, mini-max, maximum) de ce phénomène[1,6,13].

2. Expérimentation

L’usure est un phénomène très complexe. Elle dépendde plusieurs paramètres qui influent sur les caractéristiqueset en particulier le rendement du moteur diesel. Plusieursexpériences sont nécessaires pour pouvoir tenir compte deseffets des différents paramètres sur l’usure.

Dans ce conteste, deux expériences ont été effectuées, lapremière consiste à définir l’aspect et la nature de l’usuredes pistons de la pompe, et à la modéliser en fonctiondes paramètres influents. La deuxième a pour objectif lamise au point d’un dispositif permettant le contrôle de l’étattechnique des pistons plongeurs en fonction de la chute depression.

2.1. Modélisation du phénomène d’usure des pistonsplongeurs d’une pompe d’injection

Un refoulement régulier de combustible d’une pomped’injection dépend essentiellement de l’état technique de sespistons. L’usure prépondérante dans les pistons plongeurs

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est de nature abrasive due aux agents de l’environnement.A cet effet, on a procédé à des expériences avec desgrains d’abrasif de différentes grosseurs tout en créant lesconditions réelles de service d’une pompe d’injection.

2.1.1. Banc d’essaiLe banc d’essai réalisé dans cette étude se compose des

éléments suivants :

• une pompe d’injection « Bosch » à 4 pistons,• un moteur triphasé 3,5 kW ;n = 3000 tr·min−1,• une pompe d’alimentation sous 10 bars,• un réservoir d’une capacité de 10 litres, équipé d’un

agitateur à hélices,• quatre injecteurs tarés à 175 bars,• du sable tamisé de diamètres (≤40 µm ; 70 µm ; 100 µm),• du gas-oil.

2.1.2. Principe de fonctionnementLe gas-oil, une fois introduit dans le réservoir (1), est mé-

langé avec les abrasifs pour atteindre une densité de 40 g·l−1

de façon permanente par l’action de l’agitateur (2). Le mé-lange s’écoule par gravité vers la pompe d’alimentation (3),celle-ci le renvoie vers la pompe d’injection (5) en traver-sant une chambre à chicanes cylindriques (4). Cette pompe,entraînée par un moteur électrique (6), refoule le mélange àtravers une tuyauterie de haute pression (7) vers les injec-teurs (8) où il sera injecté dans le réservoir ; ainsi, est obtenuun circuit fermé (Fig. 3).

L’expérimentation se compose de deux parties, la pre-mière consiste à connaître l’effet des chicanes sur l’accélé-ration du phénomène d’usure dans le but de réduire le tempsd’expérimentation, la seconde permet d’étudier l’influencede plusieurs paramètres sur l’usure.

Après chaque expérience, une analyse microscopique esteffectuée sur les pistons usés pour mesurer les pas dessillons, qui sont en relation directement proportionnelle avecleur profondeur [10].

2.1.3. Effet des chicanes sur l’usureAfin de connaître l’effet des chicanes sur l’usure des

pistons, deux expériences ont été réalisées. Ce procédé créeun tourbillon successif en provoquant la modification duprofil d’écoulement au niveau de la chambre de refoulement.

La Fig. 4 montre que l’utilisation des chicanes accélèrel’usure des pistons en moyenne de 44 % par rapport à desessais sans chicanes.

2.1.4. Effet des paramètres influents sur le phénomèned’usure

En intégrant une chambre à chicanes dans le circuitreprésenté sur la Fig. 3, un plan d’expériences du type 21 ·32

a été élaboré ; il représente l’influence de la vitesse de l’arbreà cames (X1) à deux niveaux, et respectivement les positionsde la crémaillère (X2) et la taille d’abrasif (X3) à trois

Fig. 3. Banc d’essai.

Fig. 4. Effet des chicanes sur l’usure.

niveaux, ainsi que le paramètre de sortieYi (trois répétitions)qui donne l’usure sur les pistons (Tableau 1).

2.1.5. Résultats et interprétationsPar l’analyse de régression [1,2,5,13], on obtient le

modèle mathématique :

Y (Xi,βi) = 0,0466− 0,0062X1 + 0,0077X2

− 0,0305X3 − 0,001X1X2

+ 0,0041X1X3 − 0,0049X2X3

− 0,00081X∗2 + 0,0114X∗

3 (1)

L’intervalle de confiance�βi des coefficients de régressionobtenu avecα = 0,05 et 36 degrés de liberté est égal à0,0039 [1].

En tenant compte de la relationX∗i = (X2

i − 2/3) et descoefficients significatifs seulement, le modèle s’écrit :

Y (Xi,βi) = 0,039− 0,0062X1 + 0,0077X2

− 0,0305X3 + 0,0041X1X3

− 0,0049X2X3 + 0,0114X23 (2)

Le modèle décrit le phénomène adéquatement du faitque [2] :

Fexp= 2,007≤ Fth = 2,07

Les Figs. 5 représentent les contours de réponse du mo-dèle.

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622 A. Hebbar et al. / Mécanique & Industries 3 (2002) 619–626

Tableau 1Plan d’expériences de type 21 · 32

−1 1000 22 400 1250 28 70

+1 1500 34 100Unité tr·mn−1 mm µm

N◦ X1 X2 X3 X1X2 X1X3 X2X3 X∗2 X∗

3 Y1 Y2 Y3 Y(X2

2 − 2/3) (X23 − 2/3)

1 − − − + + + 1/3 1/3 0,085 0,075 0,095 0,0852 + − − − − + 1/3 1/3 0,075 0,030 0,085 0,0633 − + − − + − 1/3 1/3 0,147 0,150 0,115 0,1374 + + − + − − 1/3 1/3 0,125 0,100 0,097 0,1075 − 0 + 0 − 0 −2/3 1/3 0,020 0,012 0,004 0,0126 + 0 + 0 + 0 −2/3 1/3 0,020 0,007 0,003 0,0107 − − + + − − 1/3 1/3 0,002 0,004 0,016 0,0078 + − + − + − 1/3 1/3 0,015 0,002 0,001 0,0069 − + 0 − 0 0 1/3 −2/3 0,042 0,036 0,065 0,047

10 + + 0 + 0 0 1/3 −2/3 0,038 0,024 0,036 0,03311 − 0 0 0 0 0 −2/3 −2/3 0,040 0,016 0,028 0,02812 + 0 0 0 0 0 −2/3 −2/3 0,030 0,025 0,013 0,02313 − − 0 + 0 0 1/3 −2/3 0,040 0,014 0,025 0,02614 + − 0 − 0 0 1/3 −2/3 0,035 0,010 0,015 0,02015 − + + − − + 1/3 1/3 0,022 0,008 0,006 0,01216 + + + + + + 1/3 1/3 0,007 0,002 0,018 0,00917 − 0 − 0 + 0 −2/3 1/3 0,135 0,130 0,098 0,12118 + 0 − 0 − 0 −2/3 1/3 0,115 0,090 0,075 0,093

Pour une variation croissante de la position de la cré-maillère, respectivement deX2 = 22 à X2 = 34 mm, touten maintenant la vitesse de l’arbre à cames constanteX1 =1250 tr·min−1 (Fig. 5(a)), l’usure augmente lentement d’unefaçon non linéaire sous l’influence d’abrasifs de tailles allantde 100 à 76,75 µm, et elle croît linéairement et rapidementsous l’effet d’abrasifs de tailles variant de 76,75 à 40 µmpour atteindre une valeur maximale de 93 µm.

En réglant la crémaillère à une position intermédiaireX2 = 28 mm (Fig. 5(b)), on constate que lorsque la vitessede rotation de l’arbre à cames décroît et que la taille del’abrasif varie entre 100 et 70 µm, l’usure augmente de façonnon linéaire et lente. Par contre, une variation de la taille del’abrasif entre 70 et 40 µm engendre une usure qui croît defaçon linéaire et rapide pour atteindre une valeur maximalede 91 µm.

Si l’on maintient la taille de l’abrasif constante dediamètre égale à 70 µm, la décroissance de la vitesse del’arbre à cames et l’augmentation du débit favorisent lacroissance de l’usure pour atteindre une valeur maximalede 53 µm (Fig. 5(c)). Les résultats représentés dans lesFigs. 5 reflètent le comportement du phénomène physique ;en effet une faible vitesse de rotation de l’arbre à camesentraîne une faible vitesse du piston plongeur. Ceci faciliterale passage des impuretés accompagnant le combustible pours’infiltrer dans le jeu piston/cylindre. La surface du pistonexposée en position plein débit est plus grande que celle àla position faible débit, l’arrachement de la matière est doncplus important et provoque de profonds sillons.

2.2. Optimisation des paramètres de réglage du dispositifde contrôle de la chute de pression

Cette partie de ce travail a pour objectif de réaliser undispositif permettant la mesure de la chute de pression auniveau du jeu de chaque ensemble piston/cylindre d’unepompe d’injection et de déterminer les positions optimalesde la crémaillère et de l’excentrique de ce dispositif. Le ré-glage de ce dernier au niveau de ces positions repérées per-met à l’utilisateur de contrôler facilement et avec exactitudel’état qualitatif des pistons plongeurs.

Parmi les variables indépendantes influant simultanémentsur le phénomène d’usure, on cite le temps d’écoulement(Te) du mélange gas-oil/huile, l’écart de pression et lapression maximale.

2.2.1. Dispositif de contrôle de la chute de pression2.2.1.1. Équipements et matériels

• Viscosimètre à chute de bille.• Bille : P = 16,281 g ; ρ = 8,14·10−3 kg·m−3 ; K =

0,0723.• Tube : diamètred = 15,933 mm, longueurL = 100 mm.• Gas-oil : temps d’écoulementTe = 7 s.• Huile Naftalia SAE 40 : temps d’écoulementTe =

5,40 min.• Pompe d’injection de marque BOSCH PES 4 M 55 C

320 RS 47.• Pistons plongeurs : de marque BOSCH diamètre 5,5 mm.

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A. Hebbar et al. / Mécanique & Industries 3 (2002) 619–626 623

(a)

(b)

(c)

Fig. 5. (a) Effet de la taille d’abrasif et du débit sur l’usure des pistonsplongeurs (X1 = const). (b) Effet de la vitesse de rotation et de lataille d’abrasif sur l’usure des pistons plongeurs (X2 = const). (c) Effetde la vitesse de rotation et du débit sur l’usure des pistons plongeurs(X3 = const).

• Pompe de tarage des injecteurs de marque BOSCH 0681200 502.

2.2.1.2. Réalisation du dispositif.Après avoir entrepriscertaines modifications sur la pompe d’injection existante enremplaçant son arbre à cames par un excentrique, on a puobtenir la même course instantanée pour les quatre pistons.

Fig. 6. Dispositif de contrôle de la chute de pression.

L’excentrique introduit dans l’ensemble représenté sur laFig. 6 (en substitution de l’arbre à cames) est équipé d’undisque gradué de 0 à 360 degrés à son extrémité, manipulépar une vis sans fin, permettant de fixer les positions descourses des pistons. Une graduation millimétrique disposéesur la crémaillère permet la lecture de la variation du débitdu carburant et détermine à chaque instant la position de lacrémaillère.

Enfin, ce montage simple accouplé à une pompe de taragedes injecteurs constitue le dispositif de mesure de la chute depression.

2.2.1.3. Fonctionnement.En alimentant le dispositif enmélange gas-oil/huile (temps d’écoulement déterminé) ducôté refoulement à l’aide de la pompe de tarage, une chute depression est constatée en présence d’une zone usée au niveaudes pistons plongeurs. La rapidité de cette chute de pressionest fonction de la profondeur d’usure.

2.2.2. Temps d’écoulement et temps de chute de pressionLe mélange du gas-oil avec de l’huile dans des propor-

tions déterminées à l’avance augmente le temps d’écoule-ment du gas-oil et permet en même temps de ralentir letemps de chute de pression due au jeu pistons/cylindres.Cette procédure facilite énormément l’enregistrement destemps de chute de pression pour les différents essais.

2.2.3. Détermination du temps d’écoulement appropriéLa première partie de cette expérimentation concerne

l’étude de l’influence de quelques paramètres principauxsur le temps de chute de pression et la déterminationd’un temps d’écoulement approprié en introduisant un pland’expériences du type 33 (27 essais).

Les essais ont été réalisés sur des pistons usés n’ayantq’une étanchéité de 10 %, en réglant la position de lacrémaillère à plein débit et l’excentrique mis à l’angleα = 80◦. Les valeurs codées(Xi) = (xi − x0)/�xi desparamètres et leurs variations sont reprises dans le Tableau 2.

2.2.4. Détermination des positions optimales de réglageLa seconde partie de ce travail consiste à la mise au

point du dispositif de contrôle du temps de chute de

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624 A. Hebbar et al. / Mécanique & Industries 3 (2002) 619–626

Tableau 2Niveaux de variation du plan 33

Variables Unité Niveau Niveau Niveau Intervalleindépendantes supérieur intermédiaire inférieur de variation

Temps d’écoulementx1 (X1) min 1,45 (+1) 1,265 (0) 1,08 (−1) 0,185Pression maximalex2 (X2) bar 300 (+1) 250 (0) 200 (−1) 50Écart de pressionx3 (X3) bar 125 (+1) 100 (0) 70 (−1) 25

Tableau 3Niveaux de variation du plan 23

Variables Unité Niveau Niveau Niveau Intervalleindépendantes supérieur intermédiaire inférieur de variation

Position de l’excentriquex1 (X1) degré 70 (+1) 80 (0) 90 (−1) 10Position de la crémaillèrex2 (X2) mm 16 (+1) 10 (0) 4 (−1) 6Te : écoulement gas-oil/huilex3 (X3) min 1,45 (+1) 1,395 (0) 1,34 (−1) 0,055

pression. Celui-ci est obtenu par la variation de quelquesparamètres significatifs en utilisant un plan d’expérience(PFG) du type 23 nécessitant huit essais seulement ; lesvariables indépendantes prises en compte sont reprises dansle Tableau 3.

2.2.5. Résultats et interprétations2.2.5.1. Optimisation du temps d’écoulement.Le modèlemathématique obtenu est de la forme :

Y (Xi,βi) = 10,69+ 7,016X1 + 2,814X3

+ 1,002X1X2 + 3,471X1X3

− 5,11X2X3 + 5,66X21 (3)

Il décrit avecFexp = 3,226 le phénomène adéquatement,il a comme coordonnées du centre (x1 = 1,155 min,x2 =256,4 bar etx3 = 97,07 bar), et prend les formes graphiquesreprésentées sur les Figs. 7.

La Fig. 7(a) montre la variation du temps de chutede pression (TCP) en fonction de la variation du tempsd’écoulement (Te) et de la pression maximale (PM), enmaintenant l’écart de pression EP= 125 bar constant. Lafigure illustre d’une part la variation de PM de 200 à 300 baret d’autre part la variation du temps d’écoulement sur troisdomaines différents :

(1) Pour unTe variant de 1,08 à 1,34 min, le TCP décroîtlentement de 14 à 4 s.

(2) Lorsque leTe varie de 1,34 à 1,35 min, le TCP croît nonlinéairement et d’une façon rapide.

(3) A partir de la valeur dex1 = 1,35 min jusqu’à la valeurmaximale duTe, le TCP croît linéairement et rapidementpour atteindre 33,76 s.

De la Fig. 7(b), il ressort que pour une variation de l’EPde 75 à 125 bar avec une valeur constante de la PM égale à300 bar, le TCP varie suivant 3 domaines :

(1) Lorsque le temps d’écoulement varie de 1,08 à 1,34 min,le TCP croît lentement de 4 à 13 s avec une allure nonlinéaire.

(2) Le TCP croît non linéairement de 14 à 18 s quand letemps d’écoulement varie de 1,35 à 1,39 min.

(3) Lorsque leTe dépasse la valeur de 1,39 min, le TCP croîtd’une façon linéaire pour atteindre la valeur maximalede 25,54 s.

La Fig. 7(c) montre la croissance du TCP de 16 à24 s quand la PM varie de 200 à 300 bar avec un tempsd’écoulement ayant unTe égale à 1,45 min. La valeurmaximale de 32 s du TCP est atteinte lorsque l’EP varie de105 à 125 bar et la PM décroît de 300 à 280 bar. Ici, onremarque que l’écart de pression a plus d’influence que lapression maximale sur le temps de chute de pression.

2.2.5.2. Optimisation des positions de réglage.A partirdu plan d’expérience de la forme 23, on obtient le modèlesuivant :

Y (Xi,βi) = 1,035+ 0,085X1 + 0,307X2

+ 0,05X3 − 0,0075X1X2

+ 0,0075X2X3 − 0,0075X1X2X3 (4)

En ne considérant que les coefficients significatifs|βi | > �βi , ce modèle mathématique peut être simplifié etprend la forme suivante :

Y (Xi,βi) = 1,035+ 0,085X1 + 0,307X2 (5)

Le modèle est adéquat (Fexp= 0,331), et se laisse représen-ter par le graphe de la Fig. 8.

De la Fig. 8, on déduit que le temps d’écoulement n’aaucune influence sur le temps de chute de la pression. Cetteconclusion était prévisible du fait que ce paramètre a étéchoisi dans des conditions jugées favorables à partir desrésultats obtenus en 2.2.5.1 ; par contre la diminution del’angle de l’excentrique et de la position de la crémaillèreengendre un faible temps de chute de pression.

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(a)

(b)

(c)

Fig. 7. (a) Effet du temps d’écoulement et de la pression maximale sur letemps de chute de pression (X3 = const). (b) Effet du temps d’écoulementet l’écart de pression sur le temps de chute de pression (X2 = const).(c) Effet de l’écart de pression et de la pression maximale sur le temps dechute de pression (X1 = const).

3. Conclusion

L’application des méthodes des plans d’expériences per-met de modéliser le phénomène d’usure en prenant encompte l’influence de plusieurs paramètres agissant enmême temps et par leurs variations simultanées d’optimiserles paramètres de sortie.

Fig. 8. Influence des paramètres de réglage sur le temps de chute de pression(X3 = const).

Après exploitation des résultats expérimentaux, il ressortque, l’usure des pistons de la pompe d’injection est de na-ture abrasive et elle est localisée uniquement à la partie su-périeure de la tête du piston en face de l’orifice d’admissiondu cylindre. Cette usure dépend entre autres, du débit, de lavitesse de rotation de l’arbre à cames, et en particulier de lataille d’abrasif.

La valeur de cette usure était comprise entre 0,022 et0,0166 mm dépassant la norme prescrite (0,012 mm), et étaitsûrement la cause des pannes des moteurs.

Un dispositif de contrôle de l’état technique des pistonsplongeurs a été mis au point, il permettra, par la mesure dutemps de la chute de pression, de donner le degré d’usurede ces pièces avec exactitude, et pourra être éventuellementutilisé dans les ateliers de réparation sans un grand investis-sement.

Des résultats obtenus, il ressort que les mesures effec-tuées par ce dispositif sont plus précises que celles obtenuespar le banc d’essai classique utilisé généralement dans lesateliers de réparation. Cette précision dans les mesures de lachute de pression est due au fait qu’elle s’effectue du côté« refoulement » de la pompe contrairement au contrôle clas-sique.

La mauvaise filtration du combustible et son expositionaux intempéries sont à la base de l’usure et contribuentlargement à sa propagation sur les éléments à haute précisionde la pompe d’injection, ce qui réduit énormément la fiabilitéde cet organe et modifie les indices technico-économiquesdu moteur diesel.

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