Brevet FR2470266A1 — publié le 19810529

Dans les pompes volumétriques à soupapes sur l'aspiration et le refoulement, les soupapes d'aspiration sont, ou bien commandées, ou bien automatiques. Dans ce dernier cas, le ressort qui les maintient en position pose beaucoup de problèmes - stil exerce un faible effort, la soupape s'ouvre aisément lorsque les conditions de pression intérieure le lui permettent, mais elle est seulement capable de fonctionner à basse vitesse ; en effet aux vitesses élevées son temps de fermeture est trop long, - s'il exerce l'effort nécessaire pour le fonctionnement aux vitesses habituelles, le ressort de maintien en position empéche généralement la soupape d'admission de s'ouvrir sous l'effet de la dépression créée par la pompe, qui est ainsi incapable de s'amorcer -tout au moins sans une pressurisation importante de l'aspiration. C'est pourquoi, les pompes rapides ont généralement des dispositifs d'aspiration -notamment des soupapes commandés par le mouvement de la pompe. Dans de tels matériels, la position de chaque dispositif d'aspiration -en particulier de chaque soupape- ne dépend que de la position du piston correspondant et de la phase dans laquelle il se trouve. De tels dispositifs ont le grave inconvénient de provoquer, cylindre par cylindre, l'ouverture du dispositif d'aspiration au début de la course dtåspiration du piston correspon dant, ctest-à-dire à un moment où la chambre morte est encore à une pression très voisine de la pression de refoulement de la pompe.Cette chambre morte ayant habituellement un volume assez important, et la compressibilité des fluides véhiculés étant loin d'entre négligeable, l'énergie contenue dans la chambre morte est importante, et s'accroît avec la pression de fonctionnement de la pompe. La miso en communication de la chambre morte avec l'aspiration provoque donc une décompression brusque do ladite chambre morte, ce qui, non seulement constitue une perte d'énergie, mais accroit aussi sensiblement le bruit de fonctionnement de la pompe. On a déjà tenté de remédier a' ces inconvénients en prévoyant des moyens de mise en communication de ltaspiratiol. avec la chambre morte comportant un retard assurant une rela tive décompression de la chambre morte préalablement à cette mise en communication. C'est le cas, notamment avec des pompes à plateau biais qui comportent non des soupapes, mais une lunule gravée sur le plateau, la communication se faisant à travers le piston. On peut dès lors placer le début de la lunule de telle sorte que la communication n'ait lieu qu'après un temps de décompression. Mais pour les fortes pressions et les débits faibles - conditions rencontrées par exemple sur les pompes à cylindrée variable - cela conduirait à réduire la lunule dans des proportions excessives, la rotation nécessaire à la décompression avoisinant I804 ; de plus, pour les débits élevés obtenus , pour des raisons de compacité, par une grande course des pistons, la section de passage dans chaque piston est en général insuffisante, et cette solution devient de ce fait impraticable. La présente invention a pour objet une pompe volumétrique à soupapes sur l'aspiration, évitant les écueils que l'on vient d'indiquer. Conformément à l'invention à chacun des pistons est associée une soupape d'aspiration, rappelée en position de fermeture par un ressort et repoussée vers la position d'ouverture par un effort antagoniste fonction de la position du piston et de la phase dans laquelle il se trouve, cet effort antagoniste atteignant pendant une partie au moins de la phase d'aspiration, une valeur supérieure à l'effort de rappel du ressort qui repousse la soupape vers sa position de fermeture. Ainsi, dès que le mouvement de recul du piston aura permis à la chambre morte de se décomprimer suffisamment, la soupape pourra s'ouvrir sous l'effet de l'effort antagoniste. On notera que cette décompression par le mouvement du piston s'accompagne évidemment d'une restitution d'énergie sur l'arbre dentraînement de la pompe. Selon une forme de réalisation de l'invention, l'effort antagoniste est obtenu au moyen d'un ressort antagoniste comprimé par tout moyen, tel qu'une came, en fonction de la position du piston et pendant la phase d'aspiration. 1es caraetéristiques relatives On obtient ainsi une pompe volumétrique à soupape sur l'aspiration dont la soupape d'aspiration s'ouvre avec un retard variable par rapport au début de la phase d'aspiration du piston, ce retard s'adaptant automatiquement aux conditions de fonctionnement de la pompe (pression et débit) de telle sorte que l'aspiration s'ouvre lorsque la pression dans la chambre morte, mesurée par rapport à la pression de l'aspiration, tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée qui sera, de préférence, inférieure à 15 bars, et de l'ordre de 3 à 5 bars. Invention est applicable à des pompes volumétriques de différents types, et avec différents types de soupapes. Elle est décrite ci-après, avec référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 illustre, en coupe schématique, son application à une pompe à plateau biais fixe et à barillet tournant La figure 2 illustre, en coupe schématique, son application à une pompe à plateau biais tournant et à pistons fixes La figure 3 illustre schématiquement, en perspective un profil de came adapté aux cas des pompes des figures 1 et 2 La figure 4 illustre, en coupe schématique, l'adap- tation de l'invention à une pompe à pistons radiaux La figure 5 illustre un profil de came adapté à la pompe de la figure 4 Les figures 6, 7 et 8 illustrent des variantes de soupapes. Dans la figure 6, la soupape est du type à contact cône sur cane. Dans la figure 7, la soupape est du type à bille. Dans la figure 8, la soupape est du type à contact plan sur plan. La figure 9 est un graphique illustrant le ......... fonctionnement de ltinvention par les courbos caractéristlques de l'effort de rappel et de l'effort antagoniste La figure 10 est une vue en plan du guide de la soupape d'aspiration des figures 1 et 2. En se reportant à ces figures, on voit que la pompe selon l'invention, du type volumétrique, comporte des pistons 1 comprimant le fluide dans des chambres 2 auxquelles sont associés des conduits d'aspiration 3 et de refoulement 4. La figure 1 représente en coupe axiale une pompe à plateau biais fixe 5, les pistons 1 étant montés sur un barillet tournant 6 et ropoussés contre le plateau 5 avec interposition de plots coulissants 7. La figure 2 représente en coupe axiale partielle une pompe à plateau biais tournant 8, les pistons 1 étant montés sur un corps fixe 9 et repoussés contre le plateau 8 avec interposition de plots coulissants 7. La figure 4 représente en coupe axiale partielle une pompe à pistons radiaux actionnés par la came 10 montée sur l'arbre 21 do la pompe. Conformément à l'invention, à chaque piston 1 est associée une soupape d'aspiration 11 rappelée vers sa position de fermeture par un moyen élastique 12, tel qu'un ressert et subissant un effort antagoniste fonction de la position du piston et de la phase dans laquelle il se trouve, de telle sorte que cot effort soit supérieur à l'effort de rappel du ressort 12 pendant une partie au moins de la phase d'aspiration. Dans les exemples représentés, cet effort est appliqué par un ressort 13 comprime par la came 14 dont le profil est étudié en fonction des caractéristiques du ressort 13, de telle sorte que l'effort antagoniste réponde aux conditions ci-dessus exposées. De préférence, la came 14 ot le ressort 13 sont déterminés de telle sorte que l'effort antagoniste soit suporieur à l'effort de rappel pondant la quasi totalité de la course d'aspiration du piston. De préférence, la came 14 et le ressort 13 sont calculés do telle sorte que, pendant la phase d'aspiration, l'effort antagoniste surpasse l'effort de rappel dtune quantité propre à équilibrer une surpression dans la chambre morte inférieure à 15 bars et de préférence de l'ordre de 3 à 5 bars. Le fonctionnement est le suivant Pendant la phase de compression, la soupape 11 est rappelée normalement par le ressort 12, ce rappel élastique, convenablement calculé, permettant, de façon connue, le fonctionnement de la pompe aux vitesses élevées. Pendant la phase d'aspiration, la came 14 repousse la bille 15 et, de ce fait, comprime le ressort 13, qui exerce alors sur la soupape 11 un effort antagoniste supérieur à celui du ressort 12. Dès lors, aussitôt que la pression dans la chambre morte 2 tombe au-dessous d'une valeur correspondant à la différence de ces efforts opposés, la soupape s'ouvre. il en résulte, dune part, que l'en a évité une décompression brutale telle qu'une décompression de 400 bars à zéro, et remplacé cette décompression brutale par une décompression faible, de l'ordre de 3 à 5 bars à zéro par exemple, ce qui est pratiquement négligeable tant du point de vue énergétique que du point de vue du niveau sonore. On observera d'autre part, qu'avec le dispositif de l'invention l'ouverture de la soupape d'aspiration se produit lorsque la surpression dans la chambre morte est tombée au-dessous d'une valeur prédéterminée, ce qui se produit à un moment variable selon les conditions de fonctionnement de la pompe : ainsi, aux forts débits, ce moment aura lieu avec un retard faible sur le début de la phase d'aspiration tandis qu'aux fortes pressions et faibles débits, ce retard pourra etre voisin de 1800. Autrement dit, le retard à l'ouverture de l'aspiration s'adapte automatiquement aux conditions de fonctionnement de la pompe. Les figures 6, 7 et 8 montrent que la soupape d'aspiration peut être realisée de diverses façons sans que cela influe sur la nature de l'invention. Dans la figure 6, la soupape est du type à contact cône sur cône, dans la ..... figure 7 elle est du type à bille et dans la figure 8 elle est du type à contact plan sur plan. Dans les différentes figures, le ressort 13 est comprimé par la came 14 par l'intermédiaire d'une bille 15. D'autres moyens peuvent être employés, par exemple, un sabot coulissant sur la came. La bille 15 n'est qu'un intermédiaire à la portée de l'homme de l'art pour transmettre au ressort 13 l'action de la came 14. De môme, le ressort 13 et la came 14 peuvent être remplacés par tout moyen équivalent permettant d'appliquer à la soupape 11 un effort antagoniste, ayant les caractéristiques spécifiées. En particulier, on peut employer un moyen pneumatique ou oléopneumatique. Le système à came et ressort est toutefois préféré pour sa simplicité. La figure 3 illustre un profil de came convenant au cas des figures 1 et 2. La partie surélevée de la came, correspondant à l'effort antagoniste occupera an moins une partie de la zone correspondant à la phase d'aspiration et la courbe de levée pourra être établie de différentes façons. Dans ltexempJe représenté, cette levée est formée d'un palier de hauteur constante mais l'invention n'est pas limitée à cette disposition. Dans le cas de la figure 1, la came 14 est fixe et calée en position angulaire par rapport au corps de pompe 20 par l'organe 16. Dans le cas de la figurc 2, la came 14 tourne avec le plateau. Elle est calée en position angulaire par l'organe 17. Dans le cas de la figure 4, la came 14 peut être portée par l'arbre 21 qui porte la came 10 actionnant les pistons -son profil est illustré figure 5. La figure 9 illustre le jeu des ressorts antagonistes 12 et 13. La courbe caractéristique du ressort 12 est repue sentée en OI le système de coordonnées 1 xl O1 F1. Les abcisses représentent la flèche du ressort et les ordonnées lef- fort de rappel. Au point C correspondant à la position de fermeture de la soupape 11, l'effort de rappel est donc ..... représenté par le segment CA. En 19 est figuré l'effort maximum possible, lorsque les spires du ressort sont jointives. La courbe caractéristique du ressort antagoniste est figurée en 02-T par rapport aux axes Ox2 F2* Les abeisses représentent la flèche du ressort et les ordonnées l'effort antagoniste. Pendant la phase de refoulement du piston, la soupape est rappelée par l'effort CA qui se superpose à la pression P qui s'exerce sur la surface S de la soupape. Pendant cette phase, l'effort antagoniste a la valeur ca, inférieure à CA. A la fin de la phase de refoulement, l'effort antagoniste est brusquement accru par l'action de la came 14 sur le ressort t3 qui correspond à une augmentation de flèche de ce ressort ; l'effort antagoniste prend la valeur CT supérieure à CA. Si la pression P est nulle, la soupape s'ouvre immédiatement. Si la pression P est élevée la soupape ne swouvre pas, le piston commence sa course de recul et la décompression de la chambre morte se produit, avec une action motrice sur l'arbre de la pompe. Lorsque la pression P est tombée à une valeur p telle que p = (CT) - (C1) ; (CT) et (CA) representent les valeurs S absolues de CT et CA la soupape s'ouvre et met le cylindre du piston en communication avec le réservoir.Les valeurs des efforts CA, ca et CT ne dépendent que des caractéristiques choisies pour les ressorts et la came et peuvent être fixées à toutes valeurs préférées : l'homme de l'art déterminera de préférence les caractéristiques des ressorts 12 et 13 ainsi que de la came 14 de telle manière que 10) (CA)-(ca) représente un effort permettant à la soupape de se refermer assez rapidement pour le fonctionnement à la vitesse désirée. 20) (CT)-(CA) soit, par exemple, inférieur à 15 bars ''S et, de préférence, de l'ordre de 3 à 5 bars. La mise en communication avec le réservoir fait que la pression dans le cylindre tombe à zéro, et que la ....... soupape poursuit sa levée. Le ressort 12 se comprime, le ressort 13 se détend et la levée s'arrête lorsque leurs deux efforts sont étaux. Cela s'obtient géométriquement en traçant une droite entre le point I, intersection des droites 01A et T02 , et le point M, milieu du segment AT. L'intersection F de la droite MI avec l'axe 01021 correspond à l'ar rêt de la levée, qui est ainsi égale à la longueur CF. REVENDICATIONS 1.- Pompe volumétrique à soupapes sur l'aspiration, caractérisée en ce qu'à chacun des pistons est associée une soupape d'aspiration, -rappelée en position de fermeture par un ressort, et repoussée vers la position d'ouverture par un effort antagoniste fonction de la position du piston et de la phase dans laquelle il se trouve, cet effort antagoniste atteignant pendant une partie au moins de la phase daspira- tion une valeur supérieure à l'effort de rappel du ressort qui repousse la soupape vers sa position de fermeture. 2.- Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit effort antagoniste est supérieur à l'effort de rappel pendant la quasi totalité de la course d'aspiration. 3.- Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'effort antagoniste est obtenu au moyen d'un ressort antagoniste comprimé par tout moyen. tel qu'une came, en fonction de la position du piston et pendant la phase d'aspiration. 4.- Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que la pompe est une pompe à plateau biais fixe et à barillet porte-pistons tournant, la came étant fixe par rapport au corps de pompe. 5.- Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que la pompe est une pompe à plateau biais tournant et à barillet porte-pistons fixe, la came étant portée par l'arbre porte-plateau. 6.- Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que la pompe est une pompe à pistons radiaux actionnés par une came montée sur l'arbre de la pompe, la came agissant sur le ressort antagoniste étant également montée sur cet arbre. 7.- Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'effort antagoniste est établi de telle sorte que la soupape d'aspiration s'ouvre lorsque la surpression dans la chambre morte tombe au-dessous d'une valeur de 15 bars environ. 8.- Pompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'effort antagoniste est établi de telle sorte que la soupape d'aspiration s'ouvre lorsque la surpression dans la chambre morte est de l'ordre de 3 à 5 bars.