Brevet FR2476763A1 — publié le 19810828

La présente invention concerne une pompe à piston comportant au moins un piston pouvant être déplacé dans un coussinet de cylindre en un mouvement de va-et-vient, un arbre de commande pouvant entre mis en rotation et un dispositif pour transformer le mouvement de rotation côté commande en un mouvement de va-et-vient correspondant du piston. Un dispositif de ce genre est décrit par exemple dans la demande de brevet d'invention DE-OS 2 837 639. La pompe décrite dans ce document comporte un disque à mouvement de nutation qui est entraîné en rotation par un arbre de commande et a une forme cylindrique avec une face plane inclinée par rapport à itaxe de ce disque Contre cette face plane inclinée prend appui, sous l'action d'un ressort et avec un décalage radial, l'ex- trémité dune bielle reliée au piston d'une pompe à piston classique. La rotation du disque à mouvement de nutation impose dono à la bielle et au piston de la pompe un mouvement de va-et-vient dans la direction axiale. Une autre pompe ayant les caractéristiques de celle décrite en préambule fait l'objet de la demande de brevet DE-AS 2 446 806. Dans cette disposition connue le mouve- ment de rotation du côté de la commande est transmis, par l'intermédiaire d'un réducteur à vis, à un plateau d'excentrique sur le pourtour duquel est appliquée une bielle reliée à une pompe à piston classique. On connaît en outre, par le brevet d'invention DE-PS 2 02k 582, une pompe doreuse à débit variable comportart un piston qui peut tourner et se déplacer longitudinalement dans un cylindre et qui est relié à une roue dentée par l'intermédiaire d'un assemblage par tige et rainure. Une came située sur l'une des faces de la roue dentée transforme, en liaison avec un palier adjacent au piston chaque mouvement de rotation en un mouvement correspondant du piston dans le sens axial. Ces dispositifs connus ont en commun l'inconvénient d'être relativement complexes, ce qui est dû notamment au fait que des éléments de renvoi de mouvement doivent Qtre prévus entre l'arbre de commande et le piston de ces pompes. Le problème auquel l1invention a apporté une solu- tion consistait donc à créer une pompe à piston du genre décrit en préambule qui soit simple et par conséquent d'un coût de fabrication favorable, dans laquelle l'arbre de commande attaque directement le piston de fagon à rendre le plus possible superflue la nécessité de prévoir des éléments de transformation de mo w ement entre cet arbre et le piston. La solution que l'invention apporte à ce problème consiste en une disposition dans laquelle le piston est relié à l'arbre de commande sans possibilité de rotation relative mais avec possibilité de coulisser axialement par rapport à lui, le piston étant guidé le long d'une trajectoire comprise dans un plan incliné s-ar arbre de commande. Dans une forme d'exécution de l'invention, une rainure annulaire incurvée et refermée sur elle-meme est ménagée dans le pourtour du piston, tandis qu'un ergot flxe solidaire d'un carter de la pompe est engagé dans cette rainure. En variante, le guidage du piston peut êtro assuré en utilisant un piston dont les deux faces d'extrémité, planes et parallèles, sont inca es sur son axe tandis que deux arêtes extérieures de ce piston sont en permanence mises en contact ponctuel avec une partie de carter supérieure et une partie de carter inférieure. Lsinvention est décrite plus en détail ci-apres, à l'aide dtexemples dtexécution illustrés au dessin schématique annexé ; sur ce dernier - la figure 1 est une vue en coupe d'une pompe à piston, - la figure 2 est une vue en perspective dtun piston, - la figure 3 montre la structure d'une pompe à piston différente de oelle selon la fig. 1g - la figure 4 est une vue en coupe Btun coussinet de cylindres - la figure 5 montre l'une des deux faces d'extré- mité d'un piston, - les figures 6 et 7 sont deux vues en élévation du piston selon la fig. 5, - la figure 8 représente l'autre face d'extrémité du piston selon la fig, 5, et - la figure 9 est une vue en coupe d'une troisième forme d'exécution d'une pompe à piston selon l'invention. Sur les différentes figures du dessin, les parties de pompe qui correspondent entre elles portent le même repère sur toutes les figures. On voit à la fig 1 un piston cylindrique 1 relié 4 un arbre de commande 2 de telle sorte que seul un dé- placement axial peut se produire entre ce piston et cet arbre. Une rotation du piston 1 par rapport à arbre 2 est rendue impossible par une clavette à faces parallèles 3 disposée dans une rainure longitudinale de l'arbre 2 et dans une rainure correspondante ménagée dans l'alé- eage 4 du piston. Dans le pourtour de ce dernier est prévue une rainure annulaire sans fin 5 située dans un plan incliné par rapport à l'arbre de commande 2. Dans une partie du carter 6 de la pompe se trouve une vis 7 dont l'extrémité forme un ergot 8 qui traverse la paroi du coussinet 9 et est engagé dans la rainure annulaire 5 du piston 1. La pompe représentée comporte an outre deux chambres de travail 10,11, quatre raccords 12,13,14,15 et quatre valves 16,17,18,19. La disposition décrite ci-dessus se distingue par le mode de fonctionnement suivant : l'arbre de commande 2 étant mis on rotation, son mouvement se transmet au piston par la clavette ajustée 3. Etant donné que l'er- got fixe 8 de la vis 7 peste dans la rainure annulaire 5 m me lorsque le piston 1 tourne, et que cette rainure est, en tout point de son parcours, à une distance dif- férente des faces d'extrémité planes et parallèles du piston 1, oe dernier est contraint de se déplacer axialement.La fin de course haute de oe piston est atteinte lorsque l'ergot 8 se trouve dans la partie de la rainure 5 qui est la plus proche de la face dtextré- mité inférieure du piston. C'est l'inverse qui est le cas en ce qui concerne la fin de course basse du piston. Ainsi, la course utile du piston 1 est fonction à la foie du diamètre de celui-ci et de l'inclinaison du plan de la rainure annulaire 5. Si, par une autre rotation de l'arbre de commande, le piston 1 descend à partir de sa position de point mort haut, il se produit une aspiration, dans la chambre de travail 10, du fluide présent au raccord 12, par l1in- termédiaire de la valve 16. En même temps, le fluide qui se trouve dans la chambre de travail inférieure 11 est évacué par l'intermédiaire de la valve 19 et du raccord 15. Pendant tout le temps que dure la descente du piston 1 les valves 17,18 sont fermées, tandis que lors de sa remontée oe sont les valves 16 et 19 qui sont fermées. Le fluide qui, au point mort bas, se trouve dans la chambre de travail supérieure 10, est, lorsque le piston 1 remonte, refoulé par l'intermédiaire de la valve 17 vers le raccord de sortie 13. En même temps, la chambre de travail inférieure 11 se remplit, par l'intermédiaire de la valve ouverte 18, du fluide présent au raccord 14. L'entrée de l'arbre 2 dans la chambre de travail in connue férieure 11 est rendue étanche de façon/en soi. Pour améliorer les propriétés de glissement entre cet arbre et le piston 1 un lubrifiant approprié peut Outre amené aux parties de la pompe qui ont un mouvement relatif, cette amenée se faisant par un alésage axial 20 et par un ou plusieurs alésages radiaux 21 dans l'arbre 2. Lorsque la pompe décrite ci-dessus est mise en oeuvre pour servir de souroe de dépression dans des véhicules automobiles, il est avantageux dtengendrer le mouvement de rotation de l'arbre de commande 2 par une partie du moteur lubrifie à l'huile, de fagon que l'on puisse faire appel à cette huile également pour assurer la lubrification de la pompe, comme dit ci-dessus. Le mode de fonctionnement de la pompe décrit cidessus se déroule de la même façon lorsque la rainure 5 suit un tracé en serpentin, le long duquel elle présente plusieurs maxima et minimas Ce tracé en serpentin de la rainure 5 permet au piston de décrire plusieurs courses à chaque tour. La fig. 2 montre en perspective le piston 1 de la pompe illustrée à la fig. 1. Cette vue permet de bien visualiser le tracé de la rainure annulaire 5, ainsi que l'alésage 4 du piston. Suivant une autre forme d'exécution de l'invention illustrée à la fig. 3t deux pistons 22,23 sont disposés dans un carter 24, de sorte que trois chambres de tra vail 25,26,27 se trouvent formées dans ce carter. Cette disposition de pompe représentée schématiquement présente en outre un nombre de clavettes à faces parallèles 28,29 et de tétons 30,31 correspondant au nombre de pistons 22,23. D'autres organes de cette disposition sont les valves 32 à 37. Les pistons 22,23 sont disposés symétriquement l'un de l'autre dans le carter 24, de sorte que lors d'une rotation de arbre de commande 38 ils se rapprochent ou s'éloignent toujours l'un de l'autre. Parmi les valves 32 à 37, celles qui par exemple ont la même direction de passage du fluide sont reliées entre elles et travaillent en parallèle pour alimenter un accumulateur de pression. Pour élever le niveau de pression les valves 32 à 37 peuvent être disposées en série. Le principe de la pompe décrit ci-dessus peut entre transposé mutais mutandis à des dispositions comportant plus de deux pistons. Un- avantage des pompes à plusieurs pistons réside dans une réduction relative de l'espace mort. A la place de la commande de l'admission et du refoulement au moyen de valves il peut entre prévu dtutiliser une commande par fentes ; toutefois, dans ce cas, le coussinet du cylindre et le piston doivent alors entre conçus spécialement, comme décrit ci-après en détail. On voit à la fig. 4, en coupe, une douille de cylindre 39 dont la paroi intérieure est munie de deux creusures 40,41 en forme de fentes. Dans les creusures 40,41 sont ménagées des traversées 42,43, et entre ces creusures le coussinet 39 comporte un alésage 44. Sur la vue en plan d'un piston 45 faisant l'objet de la fig. 5 on peut voir son alésage 4. La face d'extré- mité supérieure de ce piston comporte en outre une autre ouverture 46 et une encoche 47. Sur la fig0 6 cette ouverture 46 correspond à l'orifice dun alésage borgne qui, à son extrémité, se termine dans une rainure 48 ménagée dans le pourtour du piston 45. A l'extrémité inférieure du piston 45 se trouve une autre rainure 49 reliée par un alésage 50 à la face deex- trématé opposée de ce piston. On voit à la fig. 7, qui est une vue diamétralement opposée à celle selon la fig. 6, que deux autres encoches 47,51 sont ménagées dans cette partie du pourtour du piston 45. La fig. 8 permet de voir ltalésage 50 dans la face d'extrémité supérieure du piston. Lorsque le piston 45 représenté aux fig. 5 à 8 décrit, dans un coussinet de cylindre 39 selon la fig. 4, les mouvements axiaux et rotatifs mentionnés dans la description de la fig. 1, le fluide à véhiculer se trouve aspiré par la traversée 42 lorsque le piston 45 descend, pendant qu'en m8me temps le fluide qui se trouve au-dessous de ce piston est refoulé par la traversée 43 de la creusure 41. Au cours de cette phase de la course du piston les encoches 47,51 passent devant les creusures 40,41 ménagé dans le coussinet de cylindre 39. Après franchissement du point mort bas les rainures 48,49 passent devant les creusures 40,41, de sorte que le fluide qui se trouve au-dessus du piston 45 est refoulé par la traversée 43 et est aspiré par la traversée 42 dans la chambre au-dessous de ce piston. L'alésage 44 a pour fonction de recevoir un téton de guidage (non représenté). La pompe a fentes de commande décrite ci-dessus présente notamment l'avantage de permettre de se dispenser de valves à lame de ressort, lesquelles sont sujettes à usure par frottement. De telles valves pourraient toutefois entre disposées à l'avant des traversées 42,43. A la fig. 9 est représentée une variante d'exé- cution de la pompe décrite ci-dessus. Sur cette figure, le repère 52 désigne un coussinet de cylindre dans lequel, ici encore, coulisse un piston 53. Les deux faces d'extrémité de oe piston sont certes planes et parallèles l'une à ltautre mais elles forment un angle différent de 90 avec l'axe du cylindre. Un carter 54 se compose essentiellement de trois parties t une partie supérieure 55 de laquelle est solidaire un raccord 56, une partie moyenne 57 dans laquelle est logé le coussinet 52, et une partie inférieure 59 munie de canaux de refoulement 58.Par rapport à la forme d'exécution selon la fig. 1 une caractéristique particulière de cette variante est que la rainure annulaire 5 ainsi que la vis 7 à téton 8 font défaut. Les parties de carter supérieure 55 et inférieure 59 sont inclinées pour correspondre à l'angle choisi entre l'axe du piston 53 et ses faces d'extrémité, de sorte que dans la position de point mort haut dessinée la face d'extrémité supérieure du piston touche par toute sa surface la partie de carter supérieure 55, tandis qu'après un demi tour du piston il s'établit un contact entre toute la face d'extrémité inférieure du piston et la partie de carter inférieure 59, cette position étant en môme temps celle du point mort bas.Donc, lorsque l'arbre de commande 2 tourne, le piston 53 décrit un mouvement de nutation imposé par les arêtes 60,61 du piston qui sont toujours au contact des parties supé rieures 55 et inférieure 59 du carter, respectivement, dans le champ de la plus petite hauteur du coussinet 52. Ce mouvement de nutation du piston 53 a pour conséquence que le volume des chambres de travail 62,63 croît et décroît tour à tour et alternativement, de sorte qu'en combinaison avec une commande par valves on par fentes analogue. à celle décrite plus haut l'effet de pompage désiré se produit. Par rapport à 11 état de la technique le principe de la pompe selon l'invention a pour avantage capital de transformer un mouvement de rotation directement en déplacements axiaux du piston, en réduisant au strict minimum les organes de transformation de mouvement nécessaires pour cela. REVENDICATIONS Pompe à piston comportant au moins un piston pouvant eAtre déplacé dans un coussinet de cylindre en un mouvement de va-et-vient, un arbre de commande pouvant être mis en rotation et un dispositif pour transformer le mouvement de rotation côté commande en un mouvement de va-et-vient correspondant du piston, cette pompe étant remarquable en ce que le piston (1;22,23; 45;53) ost relié à arbre de commando (2;38) sans possibilité de rotation relative mais avec possibilité de coulisser axialement par rapport à lui, le piston étant guidé le long d'une trajectoire (5960961) comprise dans un plan incline, sur arbre de commande (2;38). 2. Pompe à piston selon la revendication 1, remarquable en ce qu'une rainure annulaire (5) incurvée et refermée sur elle-même est ménagée dans le pourtour du piston (1;22,23), et en ce qu'un ergot fixe (8;30,31) solidaire d'un carter (6;24;54) de la pompe est engagé dans cette rainure. 3. Pompe à piston selon la revendication 1, remarquable en ce que deux valves (16,17,18,19) à sens lement opposés sont affectées i chacune de deux chambres de travail (10,11) de la pompe. 4. Pompe à piston selon la revendication 3, remarquable en ce que les valves (16 à 19) sont du type à lame de ressort. 5. Pompe à piston selon la revendication 2, remarquable en ce que le guidage est assuré par une vis (7) de laquelle est solidaire un téton (8;30,31). 6. Pompe à piston selon la revendication 1, remar- quable en ce que l'assemblage non tournant entre le piston (1;22,23;45;53) et l'arbre de commando (2;38) est assuré par une clavette à faces parallèles (3;28,29). 7. Pompe à piston selon la revendication 1, remarquable en ce que l'arbre do commande (2g38) est reçu dans un alésage (4) qui traverse le piston, cet arbre comportant un alésage axial (20) ainsi que des alésages radiaux (21) pour véhiculer un lubrifiant. 8. Pompe à piston selon la revendication 2, remarquable en ce que le tracé de la rainure annulaire (5) présente plusieurs minima et maxima. 9. Pompe à piston selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, remarquable en ce que plusieurs pistons (22,23) sont assemblés à un arbre de commande (38) par des clavettes à faces parallèles (28,29), en ce que les rainures annulaires (5) ont des tracés symétrique ltun de 1 autre, et en ce que dans une chambre de travail (26) incluse entre deux faces d'extrémité des pistons (22,23) sont disposées deux autres valves (34g35) à sens d'écoulement contraires. 10. Pompe à piston selon la revendication 1, remarquable par la combinaison des caractéristiques suivantes g a) un piston (45), comportant une ouverture (46), des évidements (47,51), des rainures (48,49) et un alésage 50, est disposé dans un coussinet de cylindre (39) muni de creusures (40,41) et de traversées (42,43) b) pendant la course descendants du piston (45) une communication est établle par l'encoche (51) entre la traversée supérieure (42) et la chambre ds travail supe- rieure (10) et une communication est établie par lfen- coche (47) entre la traverséa inférieure (43) et la chambre de travail inférieure (11), de sorte qu'il y a aspiration par la traversée supérieure (42) et refoulement par la traversée inférieure (43), c) pendant la course ascendante du piton (45) une communication est établie par l'alésage (50) et la rainure (49) entre la chambre de travail supérieure (10) et la traversée inférieure (43) et une communication est établie par 11 ouverture (46) et la rainure (48) entre la chambre de travail inférieure (11) et la traversée supérieure (42), de sorte qu'il y a refoulement hors de la chambre de travail supérieure (10) par la traversée inférieure (43) et aspiration par la traversée supérieure (42) dans la chambre de travail inférieure (1 i). 11. Pompe à piston selon la revendication 109 remarquable en ce que des valves à ressort fonction- nant en sens contraires sont disposées en amont des traversées (42,43). 12. Pompe à piston selon la revendication 1, remarquable en ce que les deux faces d'extrémité du piston (53) sont planes et parallèles et situées dans desplans inclinés sur l'axe du piston, et en ce que deux arêtes extérieures (60,61) de ce piston sont en permanence mises en contact ponctuel (60,61) avec une partie de carter supérieure (55) et une partie de carter inférieure (59). 13. Pompe à piston selon la revendication 12, remarquable en ce que dans toute position de point mort une face dlextrémite du piston (53) entre en contact de surface avec la partie supérieure (55) du carter ou avec la partie inférieure (59) de ce dernier.