Brevet FR2480867A1 — publié le 19811023

La présente invention se rapporte à une pompe rota tive à liquide, de dimensions relativement faibles, destinée à servir de pompe à carburant pour automobiles, en particu lier comme pompe rotative à piston plongeur du type à galets, (guel'on appellera ci-après, pompe à ailettes). La Figure 1 représente une pompe à ailettes classique de ce type. Sur cette figure, la référence 1 désigne l'enve loppe d'un moteur servant à entraîner cette pompe la référence la désigne l'arbre moteur et la référence 2, le socle de la pompe, ayant la forme d'une cuvette, compor tant une paroi 2a qui constitue la face plate du corps de pompe, un trou de guidage 2b servant de sortie de refoule ment et un palier 3, encastré dans ce socle et ayant pour rôle de maintenir l'arbre moteur la La référence 4 désigne un rotor monté solidement sur cet arbre moteur la et muni d'une série de rainures 4a, réparties régulièrement sur son pourtour, où elles sont ouvertes ; la référence 5 désigne des galets à déplacement libre, dont chacun est introduit dans l'une des rainures 4a du rot or 4 ; la référence 6 désigne le carter constituant la paroi latérale cylindrique du corps de pompe. Le rotor 4 et ces galets 5 sont disposés dans ce carter 6 de manière à pouvoir y tourner librement. Le centre de la cavité intérieure du carter 6 de la pompes est décalé d'une distance A par rapport au centrede l'arbre moteur la, comme représenté sur la Figure 2. Le rayon de cette cavité du carter 6 est un peu plus grand que la somme de la distance A et du rayon R du rotor 4 ; autrement dit, il est égal à A + R + a.Le corps de la pompe est disposé de telle manière que le rotor 4 soit le plus rapproché de la paroi cylindrique intérieure du carter de la pompe, au point 6a de cette paroi et soit séparé de cette paroi cylindrique, par un intervalle égal à 2(A + a) = B, au point 6a de cette paroi cylindrique intérieure la référence 7 désigne un support 7 de pompe, comprenant une paroi 7a jouant le rôle de face plate, une rainure d'admission 7b servant à l'aspiration et un raccord 7d pour la fixation d'un tuyau souple, ce raccord étant percé d'un alésage 7c qui communique avec la rainure d'admission 7b, de manière à jouer le rôle de prise d'admission ; la référence 8 désigne une enveloppe métallique destinée à recevoir l'ensemble de la pompe et munie d'un tuyau de sortie 10, avec une garniture 11 intercalée.Ce tuyau de sortie 10 présente une ouverture d'échappement 9 à son autre extrémité, les références 12, 13 et 14 désignent des joints toriques servant à assurer une étanchéité parfaite. On donnera ci-après des détails sur la construction des éléments constitutifs du corps de la pompe et sur les matériaux utilisés Le socle 2 et le support 7 de la pompe sont réalisés par moulage en coquille sous pression d'un alliage d'aluminium. Les parois 2a et 7a jouant le rôle de faces plates reçoivent un traitement de surface (traitement anodique) ayant pour rôle d'y appliquer une pellicule résistante à l'usure par abrasion, après usinage de finition. Le rotor 4 et les galets 5 sont réalisés en usinant une pièce d'acier au carbone de manière à lui donner une forme très voisine de celle qui est représentée sur les figures, en faisant subir à cette pièce une trempe afin d'augmenter sa résistance à l'usure, puis en la meulant, à titre de finition.Le carter 6 de la pompe est obtenu par estampage d'une tôle en acier au carbone, que l'on trempe ensuite afin d'augmenter sa résistance à l'usure et dont on meule la paroi cylindrique intérieure et les deux faces extrêmes. On décrira ci-après le fonctionnement de la pompe à ailettes ainsi construite Lorsque l'on applique un courant électrique à l'enveloppe 1 du moteur, le rotor 4 qui est fermement fixé à l'arbre moteur la se met à tourner dans le sens opposé au sens de rotation des aiguilles d'une montre, sous l'effet de cette rotation de l'arbre. Tandis que ce rotor tourne, les galets 5, logés dans les rainures 4a, sont obligés de tourner dans le sens opposé au sens de rotation des aiguilles d'une montre en raison de la force centrifuge, tout en étant maintenus au contact de la paroi cylindrique intérieure du carter 6 de la pompe.On décrira ci-après, de façon détaillée, les déplacements subis par ces galets dans le corps de la pompe, au cours de la rotation du rotor 4 l'espace délimité par l'un des galets 5 situes au point 6b de la paroi cylindrique intérieure au moment du démarrage de la pompe et grandit progressivement à mesure que tourne le rotor et il s'y produit une dépression. Il en résulte que du carburant est aspiré par le trou de dégagement 7c qui joue le rôle deentrée reliee à la rainure d' admission 7b. Lorsque le rotor a continue de se déplacer et franchit le point 6a de la paroi cylindrique intérieure, 1 espace défini plus haut diminue de volume ce qui a pour efiet dc. comprimer progressivement la carbu rant a Grâce à cette compression, le carburant atteint le conduit 2b en direction de la sortie avance à 1 intérieur du cylindre métallique puis parvint à la sortie 9.L'opéra- tion bien connue de ponpage se trouve ainsi effectuée. Dans une telle pompe à ailettes de type classique, les deux extrémités du rotor 4 lorsque celui-ci et les galets 5 tournent, viennent au contact respectivement de la race plate 2a du socle 2 de la pompe et de la face plate 7a du support 7 de cette pompe et, en même temps, les rainures 4a demeurent au contact de la surface extérieure des galets 5. Ces derniers, tandis qu'ils sont au contact des parois des rainures 4a, touchent, par leur surface extérieure, la paroi cylindrique du carter 6 de la pompe. Les deux extrerilités des galets 5, de la même manière que celles du rotor 4, viennent au contact des faces plates 2a et 7a. Dans les pompes à ailettes connues, les surfaces de contact des éléments constitutifs ont donc tendance à s'user par frottement entre eux. Une telle tendance prend de ltimpor- tance lorsque la pompe fonctionne à sec pendant de nombreuses heures ou Si on l'utilise apres une longue période de repos. L'usure par abrasion a pour conséquence une augmentation de l'intensité, une diminution de la vitesse de rotation et une diminution à la fois de la pression interne et de la quantité fournie. Il en résulte finalement un arrêt de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne.Toutefois, dans les pompes à ailettes de type classique, telles que décrites ci-dessus, le rotor 4, les galets 5 et le carter 6 de la pompe sont usinés avec précision, par exemple par meulage après une trempe, en vue d'augmenter la résistance à l'usure par abrasion. Cela présente l'inconvénient d'entrainer à des dépenses élevées dixies à un usinage difficile et au poids important de ltensemble. Le socle 2 et le support 7 de la pompe à ailettes doivent eux aussi subir un usinage, après moulage en coquille, pour la réalisation des faces plates 2a et 7a, ce qui représente un autre inconvénient, du fait des dépenses qu'y en résultent L'invention vise une pompe rotative à piston plongeur exempte d'usure par frottement, meme lorsqutelle a fonctionné à sec, de façon continue, pendant plusieurs heures, cette pompe étant peu encombrante, d'un faible poids et d'une grande durée d'utilisation en raison de sa bonne résistance à l'usure par frottement, et étant en outre d'une fabrication facile ex peu conteuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faiteen regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une~forme de réalisation. Sur ces dessins, La Figure 1 est une coupe longitudinale faite dans une partie d'une pompe rotative à piston plongeur de la technique anterieure La Figure 2 est une coupe transversale d'une partie importante de cette pompe La Figure 3 est une coupe longitudinale faite dans une partie d'une pompe rotative à piston plongeur, selon l'invention ; et La Figure 4 est une coupe transversale d'une partie importante de cette dernière pompe. On a décrit plus haut la pompe de type connue, en se reportant aux Figures 1 et 2. En ce qui concerne la pompe selon l'invention, elle comporte les éléments suivants (Figures 3 et 4) : la réfé- rence 1 désigne l'enveloppe du moteur d'entraînement de la pompe ; la référence la désigne l'arbre moteur, la référence lb, une console portant les balais (non représentés), servant à alimenter- le moteur en courant électrique, et dans laquelle est encastré un palier 3 servant à maintenir en place l'arbre moteur la ; la référence 2 désigne le socle de la pompe, dont une extrémité constitue une face plate 2a du corps de la pompe.Ce socle comporte un trou de guidage 2b qui serte sortie a la référence 4 désigne un rotor fixé fermement sur l'arbre moteur la et qui est muni d'une série de rainures 4a réparties régulierement sur son pourtour, sur lequelle elles débouchent ;'la référence 5 désigne des galets à déplacement libre, dont chacun est introduit dans l'une des rainures 4a du rotor 4 ; la référence 6 désigne le carter de pompe, constituant la paroi latérale cylindri- que du corps de ce-tte pompe. Ce rotor 4 et les galets 5 sont disposés dans le carter 6 de manière à pouvoir y tourner librement.Comme représenté sur la Figure 4 le centre de la cavité intérieure du carter 6 de la pompe est décalé d'une distance A par rapport au centre de l'arbre moteur la, comme représenté sur la Figure 4 Le rayon de cette cavité intérieure du carter 6 est un peu plus grand que la somme du rayon R du rotor 4 et de la distance A comprise entre le centre de l'arbre moteur la et le centre du carter 6 de la pompe ; autrement dit, le rayon de cette cavité intérieure a pour valeur : A + R + a.Le carter 6 de la pompe comporte un évidement 6a servant à l'aspiration, un évidement 6b servant à l'échappement, un trou de guidage 6c pour l'échappement et un raccord 6e pour tuyau souple, ce raccord étant perce d'un alésage 6d servant d'entrée communiquant avec l'évidement d'aspiration 6a ; la référence 7 désigne un support de pompe, comportant une paroi plate 7a la référence 8 désigne une enveloppe cylindrique métallique destinée à recevoir l'ensemble de la pompe. Un tuyau d'échap pement 10, comportant un alésage de sortie 9, est fixé, par l'intermédiaire d'une garniture 11, à cette enveloppe cylindrique ; les références 12, 13, 14, 15 et 16 désignent des joints toriques servant à assurer une étanchéité parfaite. On décrira ci-après de façon détaillée la construction des éléments constitutifs du corps de pompe, ainsi que les matériaux utilisés : la console lb est en matière plastique (par exemple, en résine polyacetale). Le socle 2 et le support 7 de la pompe sont réalisés en ébauchant un morceau de tue d'aluminium, que l'on traite de manière å former, à sa surface, une pellicule poreuse d'oxyde, imprégnée de "téflon" (polytétrafluoroéthylène), cette pellicule possédant une excellente résistance à l'usure par frottement et à la corrosion et ayant un faible coefficient de frottement. On obtient le rotor 4 par moulage en coquille d'un alliage de zinc, moulage qui est suivi d'un usinage puis d'un revêtement électrolytique de cuivre et de nickel. Les galets 5 sont avantageusement en sulfure de polyphénylène, corps incombustible, très rigide, ignifuge et très résistant aux produits chimiques. En géneral, on renforce ce sulfure de polyphénylène en y incorporant des fibres de carbone ou des fibres de verre, éventuellement avec du fluor ou du molybdène. Une composition de résine synthétique renfermant une charge de renforcement est en général utilisée pour préparer les galets 5 par moulage par injection. Le carter 6 de la pompe est avantageusement réalisé par moulage en coquille d'un alliage d'aluminium, sur lequel on peut appliquer un revêtement de polytétrafluoroéthylène. De façon avantageuse, on recouvre cette pièce moulée en alliage d'aluminium par du polytétrafluoroéthylène, après un traitement de surface consistant en un usinage, ce qui a pour effet d'améliorer la résistance de la paroi interieure à l'usure par frottement. Dans le cas de cette forme de réalisation préférée, le carter 6 de la pompe est tout entier constitué par une pièce moulée en aluminium, mais on pourrait tout aussi bien employer une plaque d'aluminium à laquelle on a donné la forme voulue par compression ou que l'on a laminée à froid pour lui donner la forme désigne, puis traitée pour y appliquer un revêtement de polytétrafluoroèthylène En outre on peut appliquer sur le carter cylindrique 6 de la pompe une pièce de forme annulaire revêtue de polytétrafluoroe-thylène sur sa surface intérieure. Dans le choix de l'ensenble des matériaux indiqués ci-dessus., il faut tenir compte en particulier des impératifs suivants : absence d'usure par frottement et absence de grippage entre les divers éléments constitutifs sous l'effet du frottement résultant de la rotation ; tolérance serrée r rugosite superficielle ne dépassant pas une limite donnée résistance à l'abrasion r grande vitesse de rotation ; distance à l'action de l'essence , résistance a la rotation à sec ; résistance au temperatures élevées et aux basses température2 ; résistance à la corrosion Un seul des éléments constitutifs de 1 l'ensemble risquerait de provoquer d l'usure par abrasion ou un grippage, s'il n'était pas équilibre av-ec les autres éléments (par exemple, en raison de l'utilisation d'un matériau défectueux ou à cause d'un mauvais traitement de surface) et de conduire à un mauvais fonctionnement de la pompe qui, finalement, tomberait en panne.En raison de ces conditions impératives, on a choisi les matériau indiqués plus haut, après avoir procédé à une trentaine d'essais fondamentaux de résistance à l'usure par frottement, à quinze essais de traitement de matériaux, à douze essais de traitement avec les éléments correspondants et à une quinzaine de combinaisons d'essais et à huit essais de résistance, à l'aide d'une machine dans laquelle était installée la pompe soumise à essais. Les essais effectués ont confirmé que l'ensemble des matériaux choisis satisfait à la condition de fonctionnement pendant 4.000 heures dans l'essence. Une telle résistance est suffisante pour répondre aux conditions de durée imposées aux pompes a carburant d' automobiles. Etant donné que la pompe à ailettes que l'on vient de décrire fonctionne de la même manière que la pompe de type classique décrite precede"lent, on n'en donnera pas de description détaillée. Il convient de signaler que la pompe à ailettes selon l'invention peut être fabriquée de façon plus simple et moins coûteuse, qu'elle est moins lourde que certaines pompes de type classique dont le socle 2 et le support 7 sont réalisés par moulage en coquille d'aluminium, du fait que le socle et le support de la pompe selon l'invention sont réalisés par estampage et façonnage de plaques d'aluminium.Etant donné que le rotor 4 selon l'invention est réalise par moulage en coquille d'un alliage de zinc, il n'a pas besoin d'être trempé ni de subir un usinage de précision (par exemple, un meulage), contrairement au rotor des pompes de type classique. Cela contribue â rendre la fabrication de la pompe selon l'invention plus simple et moins qcouteuse. Entant donné que l'on utilise du PPS pour la confection des galets 5, il est inutile de faire subir une trempe au matériau et de l'usiner avec précision (par exemple, par meulage) contrairernent au cas des pompes clas siques, ce qui assure une fabrication plus simple et moins copieuse. En outre, la diminution de poids atténue les bruits désagréables de frottement résultant de la rotation des galets 5 au contact de la paroi cylindrique du carter 6 de la pompe, sous L'influence de la force centrifuge, et atténue également le bruit résultant de la rotation des galets 5 dans les rainures 4a du rotor 4 ainsi que le bruit provoqué par le contact entre la face plate 2a du socle 2 et la face plate 7a du support 7 de la pompe.En raison de la propriété d'auto-lubrification du matériau, l'usure par frottement des galets 5 et des éléments au contact de ces derniers est moins forte, ce qui constitue une autre caractéristique de l'invention. Le PPS possède une excellente résistance à l'usure par frottement ainsi qu'une grande résistance à l'action du pétrole et des produits chimiques. Son coefficient de dilatation thermique n'est pas supérieur à celui des alliages d'aluminium et des alliages de zinc, de sorte qu'il n'y a aucun inconvénient à ce que les galets 5 se dilatent dans la direction longitudinaleen s' appliquant contre la face plate 2a du socle 2 et contre la face plate 7a du support 7 de la pompe sous l'effet de températures élevées ni aucun inconvénient à ce que ces galets se contractent à des températures plus basses en laissant un certain jeu, qui serait assez grand pour provoquer une aspiration insuffisante.Grâce à l'application d'un procédé de moulage en coquille d'un alliage d'aluminium pour réaliser le carter 6 de la pompe, il est possible de fabriquer ce carter de façon plus simple et moins conteuse et de diminuer son poids du fait que l'on supprime l'obligation de tremper le matériau et de l'usiner avec précision, opérations qui sont indispensables avec les procédés classiques. De plus, dans le cas des pompes de type classique, l'utilisation d'acier au carbone trempé pour la fabrication du rotor 4, des galets 5 et du carter 6 de la pompe, a pour conséquence que ces pièces risquent de se gripper après un fonctionnement continu de plusieurs heures à sec et, par suites de subir une usure par abrasion accélérée au contraire, dans le cas de l'invention, on utilise pour la fabrication de la pompe les matériaux suivants un alliage de zinc revêtu électrolytiquement de nickel, pour la confection du rotor 4 ; du PPS pour les galets 5, et de l'aluminium traité de manière à recevoir à sa surface une pellicule poreuse d'oxyde imprégnée de "téflon", pour la fabrication du carter 6, du socle 2 et du support 7 de la pompe. Il n'y a donc aucune zone de contact entre éléments du même matériau et de la même dureté. L'invention assure, de la sorte, une excellente résistance à l'usure par abrasion. De la description qui précède, il résulte que la pompe à ailettes selon l'invention est une pompe légère et d'un faible encombrement, d'une très grande durée dgutilisation en raison de sa bonne résistance à l'usure par abrasion et pouvant être fabriquée facilement et à faible prix. La forme de réalisation décrite ci-dessus, consiste en une pompe à ailettes, du type à galets, mais bien entendu l'inven- tion couvre également les pompes à ailettes,dontlesailettes sont autres que des galets. REVENDICATIONS 1. Pompe rotative à piston plongeur caractérisée en ce qu'elle comprend un carter(6)intercalé entre un socle(2)et un support(7)auxquels il est fixé, de façon parfaitement hermétique, et comportant un corps de pompe à paroi latérale cylindrique, un rotor(4)placé dans ce corps de pompe de manière à être entrainé par un moteur, ce rotor comportant une série de rainures (4a)sur sa face extérieure une série de galets(5)dont chacun est introduit dans l'une de ces rainures de manière à pouvoir se déplacer dans la direction radiale sous l'effet de la force centrifuge quand le rotor(4)tourne, de manière à venir au contact de la surface intérieure du corps de pompe, de manière à délimiter un espace de fonctionnement de la pompe ; et un élément d'admission, intercalé de façon parfaitement hermétique entre le socle(2)et le support(7)de la pompe et communiquant avec ledit espace de fonctionnement de la pompe, lesdits galets)étant en usine synthétique etaumDins la paroi intérieure du corps de pompe étant en un alliage d'aluminium et étant soumise à un traitement de résistance à l'usure par frottement. 2. Pompe rotative à piston plongeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que la résine synthétique est dusulfure de polyphénylène. 3. Pompe rotative à piston plongeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le traitement de résistance à l'usure par abrasion consiste en l'application d'un revêtement en polytétra fluoroéthylène. 4. Pompe rotative à piston plongeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rotor(4)est obtenu par moulage en coquille d'un alliage de zinc, puis est soumis à un traitement de résistance à l'usure par frottement. 5. Pompe rotative à piston plongeur selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit traitement de résistance à l'usure par frottement consiste à effectuer un dépôt électrolytique de cuivre ou de nickel.