Brevet FR2502703A1 — publié le 19821001

L'invention concerne une pompe à actionnement pneumatique fonctionnant par commutations successives entre deux niveaux de pression d'un fluide pneumatique tel que I'air/introduit dans une enceinte à volume variable dont une paroi mobile est solidaire d'un piston. L'invention porte principalement sur la structure d'un mécanisme de distribution magnétique bistable, assurant lesdites commutations. On connaît une pompe hydraulique à actionnement pneumatique comprenant un piston mobile axialement dans un alésage communiquant avec une valve d'aspiration reliée à un réservoir de liquide et avec une valve de refoulement, lequel piston est solidaire d'un équipage mobile formant piston à membrane souple, constituant une paroi mobile d'une chambre à volume variable destinée à être reliée alternativement avec une source de haute pression et avec une source de basse pression par l'intermédiaire d'un mécanisme de distribution logé dans ledit équipage mobile et actionné à chaque fin de course.Le déplacement alternatif du piston à membrane souple sous l'effet des commutations de pression successives se traduit par un mouvement alternatif du piston d'aspiration-refoulement dans son alésage, ce qui provoque un débit saccadé de fluide hydraulique du réservoir précité vers la sortie de la valve de refoulement. Un accumulateur est le plus souvent branché à la sortie de cette dernière. Une telle pompe est décrite notamment dans le brevet français No. 2 068 374 de la demanderesse. Selon ce brevet, on utilise un mécanisme de distribution relativement complexe,comportant des clapets essentiellement maintenus en position par la différence de pression existant entre les sources de haute pression et de basse pression précitées. L'invention propose un nouveau type de mécanisme de distribution, plus simple et plus fiable, dans lequel le maintien d'un clapet de distribution dans une position donnée est essentiellement assuré par attraction magnétique. Dans cet esprit, l'invention concerne donc essentiellement une pompe à actionnement pneumatique du type comprenant un piston mobile dans un alésage communiquant avec une valve d'aspiration et avec une valve de refoulement, lequel piston est solidaire d'un équipage mobile formant piston à membrane souple, monté à l'intérieur d'un boîtier de façon à constituer une paroi mobile d'une première chambre destinée à être reliée alternativement à un moyen de raccordement à une source de haute pression et à un moyen de raccordement à une source de basse pression, par l'intermédiaire d'un mécanisme de distribution logé dans ledit équipage mobile,caractérisé en ce que ledit mécanisme de distribution se compose essentiellement - d'une cavité reliée à ladite première chambre, ayant deux parois d'extrémité au moins partiellement en matériau magnétique, percées de passages communiquant respectivement avec les deux moyens de raccordement cités ; - d'un clapet au moins en partie en matériau magnétique, situé à l'intérieur de ladite cavité, ledit clapet et ladite cavité coopérant magnétiquement et étant susceptibles d'un déplacement relatif suivant une direction donnée entre deux positions relatives extrêmes pour lesquelles ledit clapet obture respectivement un passage d'une paroi d'extrémité précitée ; et - d'un moyen de soilicitation coopérant avec deux butées de fin de course pour au moins amorcer le déplacement relatif précité d'une position relative extrême à l'autre. On entend par "matériau nagnétique" tout matériau ayant des propriétés magnétiques, permanentes ou non. Ainsi, dans le système décrit ci-dessus les deux parois d'extrémité de la cavite seront de préférence en acier doux tandis que le clapet sera constitué par un disque de ferrite, le choix contraire étant bien entendu possible. Par ailleurs, la cavité précitée est de préférence fixe dans l'équipage mobiletandis que le clapet est monté mobile axialement à l'intérieur de celle-ci pour venir alternativement en appui contre lesdites parois d'extrémités. Cependant, on conçoit aisément qu'il soit la possible d'adopter solution inverse. Il suffirait d'agencer ladite de cavité à l'intérieur d'un piston monté coulissant dans un alésage de l'équipage mobile,le clapet étant fixe par rapport à ce dernier. Bien entendu, le domaine d'utilisation préférentielle de l'invention étant l'automobile, la pompe est spécialement conçue pour fonctionner entre une source de dépression (le dépression qui règne dans le collecteur d'admission du moteur) en tant que source de basse pression et la pression atmosphérique en tant que source de haute pression. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation actuellement préféré d'une pompe à actionnement pneumatique conforme aux principes de l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une section partielle de la pompe, en élévation, au début d'une phase d'aspiration du mécanisme de pompage; et - la figure 2 est une section partielle de la pompe, en élévation, au début d'une phase de refoulement du mécanisme de pompage. En se référant au dessin, la pompe à actionnement pneumatique décrite comprend un boîtier 11 constitué d'un socle 12 surmonté d'une enceinte 13 constituée par l'assemblage de deux coquilles 14 et 15, un équipage mobile 16 formant piston à membrane souple, monté à l'intérieur de l'enceinte 13 et un piston 17 solidaire de l'équipage mobib susceptible de se déplacer dans un alésage 18 du socle 12. La membrane souple 19 de l'équipage mobibl6 comporte un bourrelet périphérique 20 enserré entre les bords d'assemblage des coquilles 14 et 15. L'équipage mobile 16 comporte un noyau central 21 auquel est relié la membrane 19, de sorte que l'équipage mobile constitue la paroi mobile d'une première chambre 22 à volume variable définie dans la partie supérieure de l'enceinte 13.Une autre membrane souple 23 est disposée entre une partie inférieure du noyau 21 et le socle 12 de façon à définir deux autres chambres à volume variable entre le boîtier 11 et l'équipage mobile6, de l'autre côté de ladite première chambre 22 par rapport au piston moteur défini par l'assemblage du noyau 21 et de la membrane 19. On distingue donc une deuxième chambre 24, inférieure,dans laquelle débouche un embout de raccordement à une source de haute pression 25 et une troisième chambre 26, agencée entre lesdites première et deuxième chambres et munie d'un embout de raccordement à une source de basse pression 27. La pompe étant plus particulièrement destinée à équiper une automobile, l'embout 27 sera raccordé au collecteur d'admission du moteur de cette automobile tandis que l'embout 25 sera simplement ouvert à l'air atmosphérique.L'embout 27 est muni d'un clapet anti-retour non visible sur les dessins. L'alésage 18 dans lequel se déplace le piston 17 qui est solidaire de l'équipage mobib 16 communique avec une valve d'aspiration 28 reliée à un réservoir de liquide 29 et avec une valve de refoulement 30 reliée à un accumulateur 31. Le réservoir 29 et l'accumulateur 31 sont avantageusement fixés au socle 12 mais ils pourraient bien entendu être installés en un autre endroit. La sortie de l'accumulateur 31 constitue la sortie de la pompe. Le noyau 21 abrite un mécanisme de distribution 32 dont le rôle est de relier alternativement la première chambre 22 à un moyen de raccordement à une source de haute pression et à un moyen de raccordement à une source de basse pression. Dans l'exemple décrit, le moyen de raccordement à la source de haute pression est constitué par tous les éléments de structure établissant la liaison entre l'air atmosphérique et le mécanisme de distribution 32 ; il comprend donc l'embout 25, la seconde chambre 24, un conduit 33 ménagé à l'intérieur du noyau 21, sur le côté du mécanisme de distribution 32 et un filtre à air 34. De la même façon, le moyen de raccordement à la source de basse pression regroupe tous les éléments de structure permettant d'établir la liaison entre le mécanisme de distribution 32 et le collecteur d'admission du moteur ; il comprend donc essentiellement la troisième chambre 26 et l'embout 27. Selon l'invention, le mécanisme de distribution 32 est agencé dans une cavité 35 ménagée à l'intérieur du noyau 21 et reliée à la première chambre 22 par l'intermédiaire d'un conduit oblique 36. Cette cavité est délimitée axialement (c'est-à-dire dans la direction parallèle à celle de l'axe du piston 17) par deux parois d'extrémité 37 et 38, percées respectivement de passages 39 et 40 communiquant respectivement avec les deux moyens de raccordement cités. Plus précisément, le passage 39 communique avec le filtre à air 34 tandis que le passage 40 débouche dans la troisième chambre 26. Les deux parois 37 et 38 sont en acier doux. Un clapet 41, comportant une couronne externe en ferrite, est situé à l'intérieur de la cavité 35. I1 est monté mobile dans la cavité laquelle est fixe à l'intérieur dudit équipage mobile 21. Ce clapet comporte une tige de guidage 42 coulissant dans deux paliers 43 insérés respectivement à l'intérieur des passages 39 et 40.L'axe de déplacement du clapet 41 est ainsi parallèle à la direction de déplacement de l'équipage mobile 16. Le clapet 41 peut donc se déplacer à l'intérieur de la cavité, suivent une direction donnée entre deux positions relatives extrêmes pour lesquelles il vient obturer les passages 39 et 40,respectivement. Le déplacement du clapet à l'intérieur de la cavité 35 est déterminé par le fait qu'il coopère magnétiquement avec les parois 37 et 38 et que la tige de guidage 42 est reliée à un moyen de sollicitation 44 coopérant avec deux butées de fin de course 46 et 47, agencées dans la chambre 26, pour au moins amorcer le déplacement du clapet 41 d'une position extrême à l'autre, à l'intérieur de la cavité 35.Dans l'exemple décrit, le moyen de sollicitation comporte un ressort-lame 45, solidaire de la tige 42 et susceptible de coopérer alternativement avec les deux butées 46 et 47 pour fldchirSucrelles-ci. Le ressort-lame 45 comprend trois lames perpendiculaires à l'axe de la tige 42 (lorsqu'elles sont sensiblement sans contrainte) et disposées à 1200 les unes par rapport aux autres. On pourrait aussi utiliser un ressort-lamenEomprenant que deux lames décalées de 1800. Au voisinage de la tige 42 sur laquelle il est monté, le ressort-lame 45 est intercalé entre deux supports 48, 49 présentant des profils divergents de part et d'autre de celui-ci, pour conférer audit ressort une raideur croissante en fonction de son propre fléchissement. D'autre part, une restriction d'écoulement 50 est ménagée en série avec le passage 39.Plus précisément, cette restriction est agencée à l'intérieur dudit passage et elle définit un siège de soupape 51 sur lequel une première garniture d'étanchéité annulaire 52, portée par le clapet 41, est susceptible de venir reposer pour obturer le passage 39. Une seconde garniture d'étanchéité 53 est portée par la paroi d'extrémité 38 et est disposée coaxialement au passage 40. Ce passage est donc obturé lorsque le clapet 41 vient en butée contre la garniture d'étanchéité 53. Enfin, il est à noter que la partie centrale du clapet 41 située du côté du passage 39 et qui porte la première garniture d'étanchéité 52 est agencée en tiroir 54 de forme correspondante å ouveerture du passage 39.Ainsi, en fin de course dans la direction de la paroi 37, le tiroir 54 peut s'engager dans le passage 39, de façon à faciliter la fermeture du clapet dans cette position, à l'en- contre du débit d'air provenant de l'extérieur. En effet, dès que le tircir 54 commence à s'engager dans le passage 39, la force résultant de la et pression atmosphérique s'exerçant sur le clapet diminue sensiblement puisque cette pression ne peut plus s'exercer que sur une section réduite à savoir celle du tiroir 54. Le piston 17 coulisse avec un léger jeu périphérique dans l'alésage 18, l'étanchéité par rapport à la chambre 24 étant assurée par le manchon 55 muni de joints d'étanchéité convenable. Les faibles fuites de liquide dans cette zone sont recyclées en amont de la valve 28, gracie à un perçage oblique 56. Le réservoir 29 comporte un orifice de retour de fluide (non visible sur les dessins) branché à la sortie du circuit d'utilisation. Le fonctionnement est le suivant. Dans la position illustrée à la figure 1, le clapet 41 vient d'être décollé du siège 53 sous l'effet d'une poussée axiale exercée sur la tige 42 par le ressortlame 45 fléchissant contre la butée 46. Cette poussée est suffisante pour vaincre la force d'att'action magnétique qui était antérieurement créée entre le clapet 41 et la paroi 38. Le clapet 41 se place donc dans un nouvel état stable,illustré à la figure l,en venant obturer le passage 39. A partir de ce moment, la première chambre 22 se trouve mise en communication avec la chambre 26. La chambre 22 est donc tirée au vide tandis que la chambre 24 est soumise à la pression atmosphérique. L'équipage mobile 16 remonte donc à l'intérieur de l'enceinte 13, ce qui se traduit par une diminution de volume de la chambre 22 et une aspiration de liquide dans l'alésage 18. Ce mouvement se poursuit jusqu'à ce que le ressortlame 45 ait accumulé suffisamment d'énergie après sa rencontre avec la butée 47 pour décoller le clapet 41 de la paroi 37. Le clapet revient alors en appui contre le siège 53. C'est la situation illustrée sur la figure 2.A partir de ce moment, la chambre 26 est isolée tandis que 13 pression atmosphérique s'installe dans la chambre 22 L'équipage mobile 16 amorce alors un mouvement de descente qui s'accompagne d'un refoulement de liquide dans l'alésage 18, vers l'accumulateur 31. Ce mouvement se poursuit jusqu'd ce que le mécanisme de distribution 32 retrouve son état illustré à la figure 1. I1 est à noter que le montage "à raideur variable" du ressort-lame 45 permet de conserver une position et un écartement donné entre les butées 46 et 47, quelles que soient les dispersions dans les valeurs des entrefers prévus dans chaque position stable du clapet 41 entre ce dernier et chacune des parois 37 et 38, lesquelles dispersions sont dues essentiellement à l'état des garnitures d'étanchéité 52 et 53. Grâce à ce montage particulier du ressort 45, il est toujours possible d'emmagasiner une énergie suffisante en fin de course dans ce ressort pour provoquer un décollement du clapet et lui donner une impulsion suffisante pour lui permettre de traverser la cavité 35 le plus rapidement possible et diminuer ainsi les perturbations dans le collecteur d'admission du moteur relié à la chambre 26. REVENDICATIONS 1. Pompe è actionnement pneumatique du type comportant un piston (17) mobile dans un alésage (18) communiquant avec une valve d'aspiration 28) et avec une valve de refoulement 30),lequel piston est solidaire d'un équipage mobile (16) formant piston à membrane souple (l9),monté à l'intérieur d'un bottier de façon à constituer une paroi mobile d'une première chambre 22)destinée à être reliée alternativement à un moyen de raccordement è une source de haute pression et à un moyen de raccordement à une source de basse pression par l'intermédiaire d'un mécanisme de distribution (32) logé dans ledit équipage mobile, caractériséeen ce que ledit mécanisme de distribution se compose essentiellement - d'une cavité 2 reliée à ladite première chambre, ayant deux parois d'extrémités (37,38) au moins partiellement en matériau magnétique, percées de passages 9,40) communiquant respectivement avec les deux moyens de raccordement cités - d'un clapet au moins en partie en matériau magnétique, situé à l'intérieur de ladite cavité, ledit clapet et ladite cavité coopérant magnétiquement et étant susceptibles d'un déplacement relatif suivant une direction donnée entre deux positions relatives extrêmes pour lesquelles ledit clapet obture respectivement un passage d'une paroi d'extrémité précitée, et - d'un moyen de sollicitation (44) coopérant avec deux butées de fin de course (46, 47) pour au moins amorcer le déplacement relatif précité d'une position relative extrême à l'autre. 2. Pompe à actionnement pneumatique selon la revendication 1, caractériséeen ce que ledit clapet (41) est monté mobile à l'intérieur de ladite cavité (35), laquelle est fixe dans ledit équipage mobile, en ce qu'il comporte une tige de guidage (42) coulissant dans au moins un palier fixe par rapport audit équipage mobile et en ce que le moyen de sollicitation précité comporte un ressort-lame (45) solidaire de ladite tige et susceptible de coopérer alternativement avec les deux butées de fin de course précitées liées audit boîtier (11), pour fléchir sur celles-ci. 3. Pompe à actionnement pneumatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisdeen ce que le moyen de raccordement à la source de haute pression comprend une deuxième chambre (24),à volume variable, définie entre ledit boîtier et ledit équipage mobile de l'autre côté de la première chambre (22) précitée par rapport audit piston moteur (19, 21), en ce que cette deuxième chambre communique avec un passage (39) précité de l'une des parois d'extrémité (37) de ladite cavité et en ce qu'elle comporte un embout de raccordement (25) à ladite source de haute pression. 4. Pompe à actionnement pneumatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, du type utilisable pour être connectée à une source de dépression en tant que source de basse pression, caractérisée en ce que ledit moyen de raccordement à la source de basse pression comporte une troisième chambre (26) à volume variable, définie à l'intérieur dudit boîtier de l'autre côté de la première chambre (22) par rapport audit piston moteur (19, 21), en ce que cette troisième chambre communique avec un passage (40) précité de l'une des parois d'extrémité et en ce qu'elle est munie d'un embout de raccordement (27) à ladite source de basse pression. 5. Pompe à actionnement pneumatique selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que ladite troisième chambre est agencée entre lesdites première et deuxième chambres. 6. Pompe à actionnement pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par une restriction d'écoulement (50) ménagée en série avec ledit passage (39) communiquant avec ledit moyen de raccordement à la source de haute pression. 7. Pompe à actionnement pneumatique selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite restriction d'écoulement est agencée à l'intérieur de ce passage et qu'elle définit un siège de soupape (51) sur lequel une première garniture d'étanchéité annulaire (52) portée par ledit clapet est susceptible de venir reposer. 8. Pompe à actionnement pneumatique selon la revendication 7, caractérisée en ce que la partie centrale dudit clapet qui porte ladite première garniture d'étanchéité est agencée en tiroir (54) de forme celle oe correspondant à/l'ouverture du passage (39) communiquant avec le moyen de raccordement à la source de haute pression, de façon que l'engagement dudit tiroir dans ledit passage facilite la fermeture dudit clapet dans cette position, à l'encontre du débit de fluide provenant de ladite source de haute pression. 9. Pompe à actionnement pneumatique selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'une seconde garniture d'étanchéité (53) est disposée coaxialement audit passage (40) communiquant avec le moyen de raccordement à la source de basse pression et qu'elle est portée par la paroi d'extrémité (38) correspondante de ladite cavité, 10. Pompe à actionnement pneumatique selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisée en ce que, au voisinage de ladite tige sur laquelle il est monté, ledit ressort-lame (23) est intercalé entre deux supports (48, 49) présentant des profils divergents de part et d'autre de celui-ci, pour conférer audit ressort une raideur croissante en fonction de son propre fléchissement. 11. Pompe à actionnement pneumatique selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit ressort-lame (23) comprend trois lames perpendiculaires à l'axe de ladite tiqe de guidage (42) et disposées à 1200 les unes par rapport aux autres. 12. Pompe à actionnement pneumatique selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit ressort-lame (23) comprend deux lames perpendiculaires à l'axe de ladite tige de guidage (42) et disposées à 1800 l'une par rapport à l'autre.