Brevet FR2476223A1 — publié le 19810821

La présente invention se rapporte aux pompes à car- burant pour moteurs à combustion interne et plus particulière- ment à des pompes utilisables sur les véhicules automobiles pour fournir au moteur, à partir du réservoir, les quantités de carburant correspondant aux besoinsde ce moteur. Référence est faite à ce propos à la demande de brevet déposée ce même jour au nom de la Demanderesse et intituée "Pompe à carburant rotative, à moteur électrique incorporé". Tout au début de l'industrie automobile, les véhi- cules étaient alimentés en carburant par gravité, puis il a été utilisé une pompe à diaphragme dans laquelle un levier, qui était actionné par une came elle-même entraînée par le moteur, donnait mécaniquement à ce diaphragme son mouvement de pulsa- tion. Il a été utilisé aussi des pompes dont le mouvement de refoulement est crée par le noyau d'un électro-aimant qui se déplace dans la bobine sous la commande de contacts électriques d'un circuit réagissant aux déplacements de ce noyau. Dans tous ces cas, il est difficile d'adapter le débit du carburant aux besoins du moteur dans toutes les condi- tions de fonctionnement de ce moteur, qu'il tourne au ralenti, à plein régime à grande vitesse ou à régime élevé sous une charge telle que la montée d'une côte ou la circulation dans le sable ou dans la neige, o cette charge provoque une diminu- tion de la vitesse, même à l'accélération maximale. Il est aussi important que la pompe à carburant fonc- tionne de manière fiable dans toutes les conditions de tempé- rature ambiante, en hiver et en été. L'invention concerne une pompe rotative électrique à vitesse constante, capable cependant de délivrer les quanti- tés de carburant correspondant aux besoins, grâce à l'action d'une soupape de décharge ou de dérivation, montée du côté d'entrée de cette pompe. Celle-ci est conformée de manière que - son débit soit régulier et uniforme, avec un minimum d'à-coups au refoulement, de façon que l'appareil de mélange de carburant du moteur puisse fonctionner sans être affecté par l'arrivée subite d'un excès de carburant. L'ensemble de la pompe est peu encombrant et a les dimensions voulues pour pouvoir être monté aisément à un em- placement sûr d'un véhicule automobile, dans le réservoir de carburant ou à l'extérieur de celui-ci. La pompe se centre automatiquement sur l'axe de l'arbre du moteur, ce qui supprime les frottements ou coince- ments causés par un défaut d'alignement. La pompe selon l'invention comporte un circuit de décharge qui permet de donner à la pression à la sortie une valeur sensiblement constante, bien que le débit puisse varier de la valeur maximale désirée à une valeur minimale. La pompe comporte une soupape de régulation de pres sion simple, coopérant avec un dispositif d'absorption des pulsations, de façon à régulariser l'écoulement du carburant. L'obturateur de la soupape de décharge est conformé de manière à se soulever d'abord sous la poussée du carburant sous pression et à faire agir automatiquement cette poussée sur une surface plus grande, de façon à régulariser le débit de décharge et à empêcher les fluctuations irrégulières de la pression avant que celle-ci atteigne la valeur désirée. Voir à ce sujet les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 3 415 195 et 3 470 824, dans lesquels une soupape de décharge à disque obturateur magnétique est utilisée en liaison avec une pompe à carburant rotative. La pompe selon l'invention comporte une enveloppe qui maintient ses composants hermétiquement assemblés en les comprimant élastiquement. Elle comporte aussi du côté du refoulement un pa- lier de portée de son arbre et de l'autre côté un épaulement de retenue de sa cage, coopérant avec une surface annulaire sphérique, de manière à permettre à cet arbre de se centrer sans subir de contrainte de coincement. La cage de la pompe comporte une plaque aval qui constitue un coussinet et qui est emmanchée à force dans cette cage en relation corrective avec le rotor, ce qui supprime l'usinage onéreux nécessaire pour obtenir l'ajustage voulu. Un obturateur sollicité élastiquement qui, comporte des cavités annulaires qui sont destinées à être soumises à la poussée du fluide à la pression de refoulement, est constitué par une plaquette métallique mince à nervures annulaires de contact disposées dans un même plan. - L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'une pompe selon l'invention; la figure 2 est une coupe du côté de sortie de la pompe, faite à 900 de celle de la figure 1; la figure 3 est une élévation du rotor de la pompe la figure 4 est une élévation de la plaque amont de la cage de la pompe; la figure 5 est une coupe de la plaquette d'obtura- tion de la soupape de décharge la figure 6 est une vue de face de la plaquette d'obturation de la figure 5; la figure 7 est une coupe par la ligne 7-7 de la figure 1, représentant l'ensemble inducteur magnétique et ses organes de retenue; et la figure 8 est une vue en plan, de l'ensemble de la figure 7, certains éléments n'ayant pas été représentés dans un but de clarté. La figure 1 représente la pompe complètement assem- blée, dont les éléments sont, de gauche à droite, un couvercle d'entrée 20, un corps cylindrique 22, à alésage étagé,et un boitier de sortie 24 qui contient un rotor, des balais, etc... qui seront décrits plus loin. Ces éléments sont logés dans une enveloppe métallique 30, à rebord rabattu 32 maintenant le cou- vercle 20 et à rebord 34, rabattu de l'autre cté sur un joint tonique compressible 36, qui est appliqué contre un épaulement du boîtier 24. Le boîtier 24 du côté de sortie porte un ensemble 40 à induit et à disque collecteur monté à une extrémité d'un arbre 42 dont l'extrémité de gauche 44 est destinée à entraî- ner le rotor de la pompe. Une rotule de portée 46, dans laquelle tourillonne l'arbre 42, est appliquée contre un palier conique 48, contre lequel elle est retenue par une plaquette métallique élastique 50, insérée dans une gorge du bottier 24 et appliquée contre un épaulement 52. Des ressorts hélicoïdaux 62 poussent contre le disque collecteur 60 des balais 54 et 56 qui coulis- sent dans des manchons 58; Ces derniers sont conducteurs et sont prolongés par des bornes 64 et 66. Des pinces élastiques 68 retiennent deux aimants ou éléments curvilignes 67 (figure 7) en fer magnétique autour du rotor 40, en les maintenant ent.re des bras axiaux 70 du bâti 24 et à l'intérieur d'une couronne magnétique 71 montée dans l'enveloppe 30. Les bras axiaux 70, représentés sur la figure 8, sont divisés endeux doigts fle- xibles 70a, que les pinces élastiques 68, en forme de J, ten- dent à écarter en les faisant porter contre les extrémités des éléments magnétiques, ce qui écarte ces extrémités l'une de l'autre et applique ces éléments contre la-couronne.71. - Ainsi que le représente la figure 2, qui est une cou- pe faite à 900 de celle de la figure 1, un passage de sortie 72 débouche dans un alésage 74 contenant un raccord tubulaire 76. Un siège, formé à la jonction entre ce passage 72 et cet alésage 74, coopère avec un obturateur 78, qu'un ressort 80 applique contre ce siège. Le carburant refoulé par la pompe doit écarter de son siège cet obturateur qui se ferme de façon à retenir le carburant dans la pompe en cas de baisse de régime ou d'arrêt du moteur, si la pompe est-utilisée sur véhicule automobile. Cet obturateur retient aussi le carburant en cas d'accident provoquant le renversement du véhicule. La rotule de portée 46 qui entoure l'arbre 42 contri- bue à l'alignement de l'arbre de l'induit, ainsi qu'on l'expli- quera plus loin. La pompe propement dite est représentée sur les figures 1 et 3 à 6. Le couvercle 20 du côté d'entrée comporte un raccord 90 délimitant un passage d'entrée 92. Ce couvercle 20 comporte intérieurement un trou 94 plus large que le passage 92 et formant un épaulement 96 qui constitue le siège d'une extré- mité d'un ressort hélicoïdal 98. Des gorges radiales 100 lais- sent passer le carburant, les nervures qui les séparent ren- forcent le couvercle. Un joint torique 102 ou autre garniture annulaire, disposé entre le couvercle 20 et le corps 22, est comprimé élastiquement par le rebord 32 de l'enveloppe 30. Le corps cylindrique 22 comporte un premier alésage 110, qui porte une cage extérieur ou couronne 112, dans laquel- le tourne un rotor 114 de la pompe, qui est entralné par clave- tage sur l'extrémité 44 de l'arbre 42 du moteur. Ce rotor 114 est représenté de face sur la figure 3; il comporte sur sa circonférence des encoches radiales.116, débouchant sur sa périphérie et portant des-galets 120, qui jouent le rôle d'ai- lettes et que la force centrifuge repousse vers l'extérieur et applique contre la périphérie de la chambre excentrée 122 de la cage 112. Le côté de droite de la cage 112 comporte une partie annulaire saillante 124 à surface 126 avantageusement sphérique. Cette suface porte contre une arête d'un épaulement 127. Le jeu ménagé entre la cage 112 et l'alésage 110 est suffisant pour permettre à cette cage de tourner au tour de cet épaulement 127. Par conséquent, puisque l'extrémité de droite de l'arbre 42 est soutenue par la rotule 46, tout l'ensemble de la pompe, y com- pris la cage 112, peut s'aligner sur cet arbre au montage, si bien que ledit arbre 42 ne peut ni se coincer, ni fléchir par défaut d'alignement. L'extrémité 44 de l'arbre 42 tourne dans un coussinet 130 comportant une collerette 132 qui est disposée dans la cham- bre 122 de façon à constituer un couvercle plat d'appui du rotor de la pompe. L'arbre de ce rotor porte une rondelle de poussée 134. Au montage, le coussinet 130 est repoussé dans la chambre 122 de manière que sa collerette 132 parvienne à une position prédéterminée, dans laquelle elle donne exactement au rotor 114 de la pompe le jeu axial voulu. La collerette de ce coussinet est ajustée dans la cage de manière à garder une posi- tion stable en service. Cette configuration et ce mode de montage suppriment donc des frais d'usinage élevés. Une couronne d'amortissement des -pulsations, montée à droite de la cage, est constituée par une garniture annulaire 140 en une mousse à alvéoles fermés, composée d'une matière résistant 2476?23 aux hydrocarbures, cette garniture étant montée entre des ba- gues de retenue 142 et 144, et cette dernière bague étant appliquée contre un épaulement 146. Un ressort hélicoïdal 150 relativement puissant exerce une poussée sur la bague 142, de manière à repousser l'ensemble de la pompe vers la gauche et contre l'épaulement 127. Le côté de la pompe opposé à la collerette 132 est composé d'un ensemble de fermeture qui sert aussi de soupape de décharge destinée à détourner une partie du fluide sous pression dans certaines conditions de fonctionnement. Un dis- que en aluminium 160, à trou central 162 (figure 4) agrandi par une encoche 164 en forme de segment, porte contre le côté antérieur de la cage 112 et du rotor 114. Une broche 166, fixée dans cette cage 112, passe dans une encoche 168 de ce disque 160 en. l'orientant angulairement. Une plaquette 170 de régula- tion de la pression ou l'obturation, qui est représentée sur les figures 5 et 6 et qui est montée à gauche du disque 160, comporte une coupelle centrale peu profonde 172, servant à maintenir le ressort 98-qui applique cette plaquette 170 contre le disque 160. La plaquette 170 est une lamelle d'acier inoxy- dable ayant une épaisseur d'environ 0,25 à 0,70 mm et elle com- porte un rebord extérieur 174 auquel se raccorde une surface annulaire 176 inclinée vers l'intérieur sous un angle de 150 par rapport au plan A- A de la face postérieure de la plaquette, une partie 178 qui revient vers ce plan A-A étant suivie d'une seconde surface annulaire 180 inclinée vers l'intérieur à en- viron 250 par rapport au plan A-A, et une partie en retour 182 formant la paroi de la coupelle 172. Le fond de cette coupelle se trouve à une certaine distance du plan A-A. Quatre petits trous 183 (de 1,32 à 1,40 mm de diamètre) sont percés sur des diamètres-perpendiculaires. Le diamètre de la plaquette d'ob- turation est égal à 62,36 mm dans cet exemple, mais l'inven- tion n'est pas limitée à une dimension particulière. On voit que la plaquette d'obturation qui vient d'être décrite comporte deux surfaces annulaires 184 et 186 (figure 5) arrondies qui touchent le plan A-A. Un joint 188 d'équilibrage des pressions, qui est un disque annulaire mince en une matière élastique telle que le "Buna N" ou autre matière élastique résistant aux hydrocar- bures et dont le diamètre est assez grand pour qu'il s'appli- que sur les surfaces annulaires 184 et 186, est interposé entre la plaquette 170 et le disque 160. On remarquera que des gorges axiales 109, représen- tées en tireté, formées dans la surface périphérique de l'alé- sage 110 du corps 22, à hauteur de la paroi annulaire inté- rieure du couvercle 20, sont destinées à faire passer le fluide à la périphérie du rotor 114 de la pompe par des pas- sages radiaux 169. Des canaux 190, percés dans la collerette 132 et représentés en tireté sur la figure 1, constituent les passages de sortie de ce rotor. L'ouverture 164 en forme de segment du disque 160 (figure 4) est disposée en face de ces canaux 190. Une garniture annulaire 200 d'amortissement des pulsations, composée d'une mousse à alvéoles fermés est aussi montée derrière la plaquette d'obturation 170. En service, une source reliée au raccord 90 délivre du carburant dans le passage 92, ce carburant passant, par les ouvertures radiales 100, dans les gorges 109, puis dans les passages 169 qui sont les passages d'entrée dans la pompe. Le carburant sort du rotor par les canaux 190 et passe à travers l'induit vers la sorite du boîtier 24, par des gorges axiales (figure 2), la périphérie de la plaquette de retenue 50, le passage 72, la périphérie de l'obturateur 78 de la soupape de sûreté et le raccord de sortie 76. Le rotor de la pompe et ses "ailettes" fonctionnent à la manière connue des pompes rotatives à ailettes. Si la pression du carburant à la sortie de la pompe augmente jusqu'à une valeur qui est déterminée par le dispo- sitif utilisateur, cette pression est transmise par l'ouver- ture 164 du disque 160 à la plaquette d'obturation 170 épaulée par le ressort 98, en exerçant une poussée sur cette plaquette. Le disque annulaire élastique 188 sert à réaliser une jonction hermétique entre les surfaces annulaires 184 et 186 et le dis- que 160. Si la pression à la sortie augmente encore, le carbu- rant renvoyé à la pompe passe sur la surface annulaire 186 et parvient dans la cavité annulaire située en-deça de la surface annulaire 184 du bord extérieur de la plaquette. Les trous 183 laissent passer ce carburant détourné jusqu'au côté d'entrée de la pompe et ce carburant continue à se décharger jusqu'à ce que la pression de sortie retombe à la valeur désirée. Le res- sort 98 détermine la pression à laquelle le carburant est dé- tourné. Les trous 183 sont calibrés de manière à ramener la pression à une valeur prédéterminée, mais une partie du carbu- rant sous pression peut aussi être detournée sous le rebord annulaire 184 et la combinaison des trous et de la force du ressort permet de régler de façon suffisamment précise la pression du carburant refoulé de la pompe, quelque soit le débit dont on a besoin. On remarquera à propos du montage de l'ensemble de la pompe que les couvercles d'entrée et de sortie 20 et 24, le corps de pompe 22 et la couronne magnétique 71 du moteur sont maitenus assemblés axialement par l'enveloppe 30, dont les bords rabattus 32, 34 immobilisent ces éléments sous la pous- sée élastique des joints d'étanchéité 36 et 102. Il va de soi qu'il est possible d'apporter diverses modifications à la pompe rotative à carburant représentée et décrite sans s'écarter du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pompe électrique à carburant caractérisée en ce qu'elle comprend: a) un boîtier oblong (20, 22, 24, 30) qui comporte d'un côté un passage (92) d'entrée du carburant et de l'autre côté un passage (76) de sortie de ce carburant; b) une cage (112) de pompe, qui est disposée du côté d'entrée du boîtier et dans laquelle est disposé un rotor (114) un induit (40) de moteur, qui est disposé dans le boîtier et qui comporte un arbre (42) qui le traverse et qui en fait sail- lie de chaque côté c) des organes qui rendent le rotor (114) de la pompe solidaire en rotation de cet arbre (42, 44) d) des éléments (46, 48), qui sont disposés de l'au- tre côté dudit arbre et qui sont destinés à le soutenir dans le boîtier (24), comportant une surface sphérique (46) en con- tact avec une surface semblable (48) de ce boîtier; et e) les éléments qui soutiennent la première extré- mité (44) de l'arbre dans le corps (22) comportant une partie élargie (124) de la cage (112) de la pompe, qui peut pivoter dans ce corps de manière à permettre à cette cage, et à ce rotor de s'aligner sur l'arbre (42) sans que celui-ci se déforme. 2. Pompe à carburant selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les éléments de support de l'autre extrémité de l'arbre (42) sont une rotule (46) dans laquelle cet arbre passe et peut tourneret un évidement sphérique (48) du boîtier (24) constituant le siège de cette rotule. 3. Pompe à carburant selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les éléments qui soutiennent la première extrémité (44) de l'arbre (42) comprennent un coussinet (130) dans lequel cet arbre tourne, une collerette (132) de ce cous- sinet, qui est adjacente au rotor (114) et qui constitue la plaque aval de la pompe et une cage annulaire (112), qui est disposée autour de ce rotor (114) et dont l'ouverture est fer- mée d'un côté par la collerette (132), cette cage (112) compor- tant une surface sphérique (26) destinée à venir en contact avec un épaulement (127) du corps (22) et à pivoter sur cet épaulement. 1l térisée en ce que le boîtier comporte des bras (50) orientés axialement, qui passent entre les extrémités axiales des aimants (67) et qui coopérent avec les pinces élastiques (68). 9. Pompe à carburant caractérisée en ce qu'elle com- prend un rotor (114) qui porte des ailettes (120) et qui est destiné à être entraîné par l'arbre (42, 44) d'un moteur, une cage circonférentielle (112) qui entoure ce rotor, une plaque amont (160), qui est disposée d'un côté dudit rotor, une pla- que aval (132) qui est montée de l'autre côté du rotor, cha- cune de ces plaques étant percée de passages (162, 164, 190) communiquant avec le côté haute pression de la pompe et une plaquette d'obturation (170), qui est poussée élastiquement (98) contre la plaque amont (160), dont une face est soumise à l'action du carburant à la pression de refoulement et qui peut se déplacer en laissant se décharger une partie de ce carburant sous pression, de façon à ramener la pression de sor- tie à une valeur prédéterminée. 10. Pompe à carburant selon la revendication 9, caractérisée en ce que la plaquette d'obturation (170) et la plaque amont (160) de la pompe sont conformées de façon à être en contact sur deux nervures annulaires (184, 186), qui sont espacées d'une certaine distance radiale l'une de l'autre, le carburant à la pression de sortie qui exerce une poussée en deça à ces nervures pouvant repousser cette plaquette (170) en l'écartant de la pla. que amont (160), afin de permettre à une partie du carburant sous pression de s'échapper en passant sur ces nervures et de réduire ainsi la pression dans le passage de sortie (72) de la pompe. 4. Pompe à carburant caractérisée en ce que son corps comprend une plaque amont (160), une cage circonféren- tielle (112) dont un côté porte contre cette plaque, une pla- que aval dont une partie (132) est repoussée dans cette cage de façon à être perpendiculaire à l'axe de cette dernière et un rotor (114), qui est monté dans ladite cage entre ces pla- ques amont (160) et aval (132) avec un jeu prédéterminé qui lui permet de tourner dans la chambre (122) délimitée par la cage. 5. Pompe à carburant selon la revendication 4, carac- térisée en ce que la plaque amont (160), adjacente au rotor (114), comporte des ouverture (162, 164) communiquant avec le côté haute pression de la pompe, un obturateur de décharge (170), qui recouvre cette plaque du côté d'entrée de la pompe, étant formé d'une plaquette qui comporte au moins une nervure annulaire (186) adjacente à la plaque amont et appliquée con- tre cette dernière de manière à retenir le carburant sous pression dans la cage (112), cette plaquette (170) étant appli- quée élastiquement (98) contre la plaque amont (160), de sorte que, si la pression du carburant est supérieure à une valeur de réglage prédéterminée, ce carburant écarte la plaquette d'obturation (170) de la plaque amont (160), ce qui décharge une partie dudit carburant sous pression dans la chambre d'en- trée de la pompe en le laissant passer sur les nervures (184, 186). 6. Pompe à carburant selon la revendication 1, carac- térisée en ce que deux aimants permanents curvilignes (67) sont montés dans le boîtier, extérieurement à l'induit (40) du moteur et à l'intérieur d'une couronne magnétique (71). 7. Pompe à carburant selon la revendication 1, carac- térisée en ce que deux aimants permanents (67) sensiblement semicylindriques sont montés dans le boîtier et entourent l'induit (40) du moteur, des organes destinés à maintenir ces aimants étant des pinces élastiques (68) qui écartent l'un de l'autre les bords axiaux desdits aimants de façon à retenir ces derniers dans le boîtier et autour de l'induit (40). 8. Pompe à carburant selon la revendication 7, carac-