Brevet FR2521229A1 — publié le 19830812

La présente invention se rapporte à un perfectionnement à des pompes et plus particulièrement, à une pompe à huile adaptée à pomper de l'huile sous pression vers le cylindre de puissance d'un dispositif formant direction assistée qui aide un volant dans un véhicule, par exemple. En général, la pompe à huile employée dans un dispositif formant direction assistée d'un véhicule doit faire un minimum-de bruit, résister à une forte charge et jouir d'une longue durée d'utilisation même lorsque la pompe fonctionne sous une large plage de nombre de tours du moteur du véhicule dans un environnement de haute température et de poussière Afin de répondre à ces conditions, presque toutes les pompes conventionnelles sont des pompes à ailettes ou bien leur forme modifiée de pompe à ailettes-sabots. La pompe à ailettes-sabots comprend généralement une bague à cames ayant une face de came sur sa surface interne, des plaques latérales disposées sur les côtés opposés de la bague à cames et ayant des orifices d'aspiration et de refoulement, un rotor placé dans un espace scellé défini par la bague à cames et les plaques latérales-pour y tourner, et un certain nombre de sabots disposés sur la surface externe du rotor pour un mouvement coulissant en contact avec lui Dans la pompe du type mentionné ci-dessus, tandis que le rotor tourne, de l'huile est introduite à travers les orifices d'aspira- tion dans l'espace scellé pour y être comprimée et l'huile comprimée est évacuée par les orifices de refoulement, hors de la pompe Cependant, afin de maintenir élevée l'efficacité de la pompe, les orifices d'aspiration et de refoulement et les passages d'huile sont de forme compliquée pour que la pression de pompage puisse être ajustée Par conséquent, toute la pompe a une construction compliquée qui nécessite un nombre sensible de pièces ce qui donne un dispositif coûteux. Dans les pompes conventionnelles, comme la bague à cames et les plaques latérales sur les côtés opposés de la bague à cames, le tout constituant le corps de pompe, sont rigidement fixées ensemble par des boulons rigides, la pompe présente l'inconvénient que lorsque les composants du corps de la pompe se dilatent ou se coriractent tandis que la température de l'environnement varie et/ou que la pression de l'huile qui est pompée change, le rotor est soumis à une charge ou une force excessive, il ne peut donc pas tourner régulièrement Par ailleurs, dans la pompe conventionnelle, comme les deux plaques latérales et opposées ont les orifices d'aspiration et de refoulement, quand l'huile est aspirée et est refoulée, la bague à cames et/ou le rotor subissent une force importante sur leurs côtés face à face et l'interface entre la bague à cames et le rotor a tendance à s'user de façon importante ce qui à son tour fait du bruit De plus, dans la pompe convention- nelle, des joints d'huile sont nécessairement prévus dans les espaces entre la bague à cames et les plaques latérales opposées pour empêcher une fuite de l'huile et ainsi, la pompe peut être fabriquée à une haute précision et est nécessairement coûteuse Par ailleurs également, dans la pompe conventionnelle, quand l'huile est refoulée, les plaques latérales et opposées ont tendance à s'éloigner de la bague à cames et ainsi, des moyens formant ressorts sont requis pour solliciter les plaques latérales contre la bague à cames avec pour résultat une pompe massive et co Oteuse. La présente invention a pour objet une pompe qui comprend un corps de pompe qui consiste en une bague à cames et des plaques latérales sur les côtés opposés de'la bague à cames, fixées ensemble à une force pré- déterminée de préserrage par des boulons élastiques qui absorbent la dilatation thermique des composants et la variation de la pression à l'intérieur de la pompe due à la variation de la température, ainsi la pompe peut subir des conditions sévères dl environnement. La présente invention a pour autre objet une pompe o l'une des plaques latérales est la plaque d'aspiration et l'autre des plaques latérales est la plaque de refoulement, donc un seul passage d'huile est défini par la plaque latérale d'aspiration, la bague à camoeet la plaque latérale de refoulement et l'huile peut s'écouler dans le passage d'huile avec une résistance minimale. La présente invention a pour autre objet une pompe o aucun joint d'huile, comme ceux d'une pompe conventionnelle, n'est prévu entre les composants connectés de la pompe. La présente invention a pour autre objet une pompe o tout le corps est entouré d'un réservoir pour une connexion directe à un système d'entraînement. La présente invention a pour autre objet une pompe qui a un nombre maximum de tours entre 1 800 et 5.000 t/mn, en comparaison à un nombre maximum de tours entre 800 et 1 000 t/mn dans la direction assistée d'un véhicule, la puissance nécessaire est donc sensiblement réduite et le corps de la pompe peut avoir une dimension réduite. La présente' invention a encore pour autre objet une pompe dont la construction est simplifiée par l'élimina- tion de moyens adaptés à solliciter les plaques latérales contre la bague à cames. Selon la présente invention, on prévoit une pompe qui comprend essentiellement une bague à cames, une plaque côté aspiration disposée d'un côté de la bague à cames et une plaque côté refoulement disposée de l'autre côté de la bague à cames La bague à cames et les plaques latérales d'aspiration et de refoulement sont connectées intégralement les unes aux autres par des boulons élastiques. Dans un espace-scellé défini par la bague à cames et les plaques latérales d'aspiration et de refoulement est disposé rotatif un rotor A l'arbre du rotor est par exemple directe- ment connecté l'arbre d'un moteur Un certain nombre de sabots coulissants sont disposés autour du rotor et toujours sollicités de façon coulissante contre la face de came sur la surface interne de la bague à cames au moyen de ressorts respectivement associés Le corps de la pompe comprenant la bague à cames, le rotor et les plaques latérales d'aspiration et de refoulement est totalement entouré d'un réservoir étanche à l'huile. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe verticale de la pompe selon le principe de la présente invention; la figure 2 est une vue en élévation avant de cette pompe; la figure 3 est une vue en élévation avant de la bague à cames dans la pompe; la figure 4 est une vue en élévation latérale en coupe partielle de la bague à camestelle que représentée sur la figure 2; la figure 5 est une vue en élévation avant de la plaque côté aspiration de la pompe; la figure 6 est une vue en élévation latérale en coupe, de la plaque côté aspiration telle que représentée sur la figure 5; la figure 7 est une vue en élévation avant de la plaque côté refoulement de la pompe; la figure 8 est une vue en élévation latérale, en coupe, de la plaque côté refoulement de la figure 7; la figure 9 est une vue en élévation avant du réservoir de la pompe; la figure 10 est une vue en élévation latérale du réservoir de fla figure 9; la igure 11 est une vue schématique du corps de la pompe tel Qu'il est reçu dans le réservoir; la figure 12 est une vue en élévation latérale de la figure 11; la figure 13 est un schéma analytique de l'effort appliqué aux boulons qui relient ensemble les composants du corps de la pompe; la figure 14 est une vue latérale d'un mode de réalisation d'un boulon élastique à employer pour connecter ensemble les composants du corps de la pompe; la figure 15 est une vue latérale d'un autre mode de réalisation du boulon élastique à employer pour connecter ensemble les composants du corps de la pompe; et la figure 16 est une vue fragmentaire détaillée en coupe, montrant la relation entre le boulon élastique et les composants du corps de la pompe qui sont ainsi fixés ensemble. La présente invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins joints et plus particulièrement, à la figure 1 o est illustrée toute la pompe selon l'invention La pompe comprend généralement un corps de pompe 1 et un réservoir 2 qui reçoit le corps de pompe 1. L'intérieur du réservoir 2 est rempli d'un fluide tel que de l'huile Le corps de pompe 1 comprend une bague à cames 3, une plaque 4 côté aspiration d'un côté de la bague à cames 3 et une plaque 5 côté refoulement de l'autre côté ou côté opposé de la bague à cames La bague à cames 3 a une ouverture centrale 6 dont le pourtour interne a une face de came qui pompe le fluide à la façon conventionnelle en coopération avec des sabots dont la description sera donnée ci-après. L'ouverture centrale 6 dans la bague à cames 3 sert de chambre de pompe scellée qui est définie par les plaques opposées 4, 5 côtés aspiration et refoulement, qui sont disposées sur les côtés opposés de la bague à cames 3 en proche contact avec elle. La plaque côté aspiration 4 est disposée sur un côté ou le côté droit de la bague à cames 3 (en regardant la figure 1),en proche contact avec elle et comme on peut plus particulièrement le voir sur les figures 5 et 6. La plaque côté aspiration 4 comprend une partie 7 de plus grand diamètre et une partie 8 de plus petit diamètre, dont la dernière présente deux orifices externes arqués plus grands d'aspiration 9, 9 ' et deux orifices internes arqués plus petits d'aspiration 10, 10 ' La partie de plus petit diamètre de la plaque 4 côté aspiration présente de plus une entrée 11 qui est en communication avec les orifices externeset interne arqués d'aspiration 9, 9 ' et 10, 10 '. La plaque 5 côté refoulement est disposée de l'autre côté ou côté gauche de la bague à cames en proche contact avec elle (comme on peut le voir sur la figure 1) et comme cela est plus particulièrement représenté sur les figures 7 et 8 La plaque côté refoulement 5 présente deux orifices arqués externes plus grands de refoulement 12, 12 ', deux orifices internes arqués plus petits de refou- lement 13, 13 ' et une sortie cylindrique 14 qui est en communication avec les orifices externes et internesde refoulement La plaque 5 côté refoulement présente un passage 15 qui est en communication avec les orifices externes et internes de refoulement Une extrémité du passage débouche à l'interface entre la bague à cames et la plaque côté refoulement. La bague à cames 3 comprend un certain nombre de trous 16 (quatre trous dans le mode de réalisation illustré) adjacents au pourtour de la bague en alignement avec des trous 17 dans la plaque 5 côté refoulement et de même, la plaque côté aspiration présente le nombre correspondant de trous filetés 18 en alignement avec les trous correspondants dans la plaque côté refoulement et la bague à cames, respectivement. Pour assembler les composants du corps de pompe, on fait d'abord passer des boulons élastiques 20 à travers les trous alignés dans la bague à cames et la plaque côté refoulement puis ils sont vissés dans les trous filetés 18 de la plaque côté aspiration 4, ainsi les plaques côtés aspiration et refoulement et la bague à cames sont fermement connectées les unes aux autres Dans un tel cas, il faut noter qu'aucun joint d'huile n'est prévu entre les plaques côtés aspiration et refoulement et la bague à cames Différents modes de réalisation du boulon élasti- que 20 sont représentés en détail sur les figures 14 et 15. Le boulon élastique représenté sur la figure 14 a une partie élastique intermédiaire 21 entre la tête 22 et la tige 23 du boulon et la partie élastique intermédiaire 21 est conçue pour s'étendre et se contracter à un degré approprié Dans le mode de réalisation illustré, le boulon élastique a un diamètre réduit à sa partie élastique intermédiaire 21 Dans le mode de réalisation de la figure 15, la partie élastique 21 est extérieurement filetée en 24 pour servir de ressort à boudin La fonction de la partie élastique intermédiaire sera décrite ci-après. Un rotor 30 est prévu à l'intérieur de la chambre de la pompe Un certain nombre de sabots 40 sont prévus sur le pourtour du rotor 30 en contact coulissant avec la face de came de la bague à cames (voir figure 3). Les sabots 40 sont librement reçus dans des évidements correspondants 31 formés dans le pourtour du rotor 30 et les sabots ont des faces de contact 41 sur leur face tournée vers la face de came sur la bague à cames 3 Un ressort de compression 50 est interposé entre la face du sabot qui est éloignée de sa face de came et le fond de l'évidement correspondant dans le rotor 30 afin de toujours solliciter la face de contact du sabot contre la face de came sur la bague à cames Comme dans les pompes conven- tionnelles, la pompe selon l'invention présente une zone d'aspiration S et une zone de refoulement D (voir figure 3). Les orifices d'aspiration dans la plaque côté aspiration sont placés à la zone d'aspiration et de même les orifices de refoulement dans la plaque côté refoulement sont placés à la zone de refoulement. Les sabots et le rotor ont une largeur telle qu'ils puissent être insérés facilementdans les espaces entre l plaques côtés aspiration et refoulement Bien que cela ne soit pas représenté, le rotor a un moyen d'entraînement tel que l'arbre d'entraînement d'un moteur 60 qui est directement connecté à la partie centrale du rotor Dans le mode de réalisation illustré de la pompe, le rotor et l'arbre d'entraînement sont connectés l'un à l'autre par des cannelures L'arbre d'entraînement du moteur est tourillonné dans des paliers 70 qui sont prévus, à leur tour, sur l'organe 80 de montage du moteur. Le réservoir 2 comprend un logement en matière plastique et il a une ouverture 91 prévue sur la partie de plus grand diamètre de la plaque 4 côté aspiration avec un Joint d'huile 90 interposé entre eux et une ouverture 92 prévue sur le pburtour externe de la plaque côté refoule- ment 5 avec un joint d'huile 93 iritoepé Le réservoir 2 comprend de plus un orifice 2 a d'injection d'huile et une entrée d'huile 2 b en communication avec l'entrée dans la plaque côté aspiration (voir figures 9 et 10) Le chiffre de référence 95 désigne un filtre prévu dans l'entrée d'huile Dans cet agencement, le réservoir 2 reçoit le corps de pompe 1 en relation d'étanchéité. Dans la pompe ci-dessus décrite, lorsque le moteur est entraîné en rotation, le rotor 30 est entrainé en rotation, ainsi les sabots 40 se déplacent en glissant le long de la face de came sur la bague à cames 3 afin d'introduire le fluide ou l'huile à travers l'entrée d'huile, l'entrée 2 b dans le réservoir 2 et les orifices d'aspiration, 9, 9 ' et 10, 10 ' dans la plaque 4 côté aspiration vers l'espace étanche dans la bague à cames 3 à la zone d'aspiration S etde comprinm El'huile introduite qui est à son tour refoulée par les orifices de refoulement 12, 12 ' et 13, 13 ' et la sortie 14 dans la plaque côté refoulement à la zone de refoulement hors du corps de pompe 1 Il faut noter que lorsque la pompe selon l'inven- tion est appliquée au dispositif formant direction d'un véhicule par exemple, le nombre de tours du rotor est établi à 'au moins trois fois la valeur-du nombre de tours au ralenti du moteur du véhicule. Comme la pompe conventionnelle pour la direction assistée d'un véhicule est entralnée par le moteur, afin de présenter la capacité maximum de la pompe tandis que le véhicule se gare ou entre dans son garage, la pompe est conçue pour produire une pression maximale prédéterminée et un déplacement maximum prédéterminé à 600-1 000 t/mn proportionnellement au nombre de tours en un tel moment particulier et ainsi, malgré le fait que le nombre de tours de la pompe augmente lorsque la vitesse du véhicule et en conséquence l'allure de rotation du moteur augmentent une partie sensible de l'huile déplacée est libérée par une soupape régulatrice de pression Ainsi, quand la pompe tourne à une allure entre 600 et 1 000 t/mn, l'efficacité de la pompe est élevée, mais quand la vitesse de rotation de la pompe est comprise entre 1 000 et 8 000 t/mn, la pompe a non seulement une faible efficacité, mais elle devient coûteuse parce que les composants de la pompe doivent être formés en matériaux de haute qualité en considérant la résistance à l'usure et la durabilité demandées pour la pompe lorsqu'elle fonctionne à une forte allure de rotation entre 1 000 et 8 000 t/mn. Par ailleurs, la pompe selon l'invention est conçue pour tourner à une allure entre 1 800 et 5 000 t/mn à une vitesse de rotation du moteur entre 600 et 1 000 t/mn quand le véhicule se gare ou entre dans un garage et la rotation de la pompe est arrêtée ou réduite quand la vitesse du véhicule ou bien l'allure de rotation du moteur dépasse cette gamme Ainsi, la capacité de la bague à cames du corps de pompe est de un tiers à un cinquième de celle du composant de la pompe conventionnelle correspondante. Dans le mode de réalisation illustré de la pompe, la vitesse maximum du mouvement de frottement des parties coulissantes de la pompe n'est qu'un sixième à un huitième de celle des parties correspondantes d'une pompe convention- nelle Dans la pompe selon l'invention, la vitesse cir- conférentielle maximum des parties glissantes ou coulissantes est de 4,5 m/s tandis que la vitesse circonférentielle maximum des parties correspondantes de la pompe conven- tionnelle est de 16 m/s Par la faible vitesse circonfé- des parties coulissantes dans la pompe selon l'invention, on peut comprendre que les prix des matériaux des sabots, de la bague à cames et des plaques latérales d'aspiration et de refoulement ainsi que du traitement thermique et du traitement de ces pièces peuvent être sensiblement réduits Ainsi, dans le mode de réalisation illustré de la pompe selon la présente invention, les plaques côtés aspiration et refoulement sont usuellement formées en un alliage de métal léger comme de l'aluminium ou de l'aluminium coulé en coquille et la bague à cames et le rotor sont formés en alliage fritté qui n'est soumis à aucun traitement spécifique (cémentation) sans difficultés. Les figures 11 et 12 sont des vues schématiques d'une comparaison entre la capacité de la pompe selon l'invention (avec le réservoir) et celle des pompes conventionnelles Le poids de la pompe selon l'invention indiquée par la lettre C, est de 0,4 kg tandis que le poids des pompes conventionnelles indiquées par les lettres de référence A et B, respectivement, est de 3,4 kg et 3,2 kg, respectivement. Sur ces figures, on peut comprendre que la pompe C selon l'invention est relativement plus petite que les pompes conventionnelles A, B. L'une des caractéristiques importantes de la présente invention réside dans le fait que la bague à cames 3 et les plaques côtés aspiration et refoulement 4, 5 ont les trous par lesquels ces composants sont mis en place et les boulons élastiques traversant ces trois composants relient les composants ensemble pour former ainsi le corps de pompe Comme on l'a mentionné ci- dessus, bien que les plaques côtés aspiration et refoulement puissent être formées en un alliage de métal léger comme de l'aluminium ou de l'aluminium coulé en coquille, comme les composants en aluminium, en acier et en alliage fritté de la pompe sont fixés les uns aux autres en relation côte à côte au moyen des boulons d'acier, il est nécessaire de considérer la possibilité que la pompe puisse présenter un abaissement d'efficacité ou se trouver en panne du fait d'une déforma- tion et/ou d'une destruction par fatigue des composants résultant d'un changement brusque de la force de fixation produit par une différence entre les coefficients de dilatation thermique des composants et en même temps, il est nécessaire d'absorber de façon appropriée les pulsations de pression d'huile provoquées par la pression à l'intérieur de la pompe qui varie entre O et environ 70 bars et la rotation des ailettes La figure 13 est un schéma analytique montrant l'effort appliqué aux boulons élastiques employés pour connecter les composants de la pompe selon la présente invention. Sur cette figure, les lignes en pointillé montrent l'effort appliqué au boulon conventionnel lorsque le boulon est serré et les lignes en traits pleins montrent l'effort appliqué au boulon élastique employé dans la pompe selon l'invention lorsque le boulon est serré. Sur la figure 13, on a la force axiale en ordonnées et en abscisses la contraction (a) et l'allonge- ment (b) Par ailleurs, c désigne la courbe de dilatation du diamètre et de l'allongement du boulon, d désigne la courbe de compression des composants à fixer ensemble, e montre la courbe d'allongement de la partie intermédiaire élastique du boulon, f montre la courbe de compression des composants (alumine frittée) à fixer ensemble, & montre la force externe applique à chaque boulon, h montre la contraction du boulon, i montre l'allongement du boulon à 1000 C,ef Jmontre la contraction des composants à -350 C. Dans le mode de réalisation illustré de la pompe selon l'invention, on suppose que la pression dans la pompe est de 2 950 N à la température normale et la force de fixation par chaque boulon élastique à la température normale est de 2 950 N Les variations de la force de s'rrage ou fixation par les boulons sont représentées au tableau qui suit. TABLEAU ru ui tu Force de Force de Force de Différence Force ex Energie serrage serrage serrage de force terne absorbée à la tem à à de serrage appliquée par les pérature 35 C 1000 C à -35 C au boulon composants normale et 100 C fixés Effort appliqué au boulon conventionnel 2940 N 2374 N 3806 N 1432 N 294 N 441 N 2) (N/mm) Effort appliqué au boulon sin l'invention 2940 N 2551 N 3512 N 961 N 196 N 540 N (N/mm 2) M Comme cela est clair sur le tableau qui précède, le boulon élastique est bien dans les limites élastiques et de fatigue conçues pour le boulon et l'effort appliqué à la face de contact en aluminium sur la tête du boulon est également dans le cadre des limites d'élasticité et de fatigue conçues pour le boulon, ce qui permet ainsi d'améliorer sensiblement la résistance du boulon élastique. La figure 16 est une vue en coupe fragmentaire montrant la relation entre le boulon élastique et les composants fixés ensemble par le boulon Quand la pompe est à sa position inactive ou qu'elle tourne à une faible allure de rotation, c'est-à-dire à une basse pression, les plaques latérales sont sollicitées vers le rotor sous la force de serrage produite par le boulon comme le montre la ligne a en trait plein et par ailleurs, quand la pompe est à une haute pression ou qu'elle tourne à une forte allure de rotation, les plaques latérales s'éloignent du rotor comme le montre la ligne enpointillé b pour produire des jeux appropriés entre le rotor et les plaques latérales ainsi, l'huile sous pression est régulièrement appliquée à l'interface entre le rotor et les plaques latérales afin de maintenir le rotor et les sabots à leur position neutre. De cette façon, l'interface entre le rotor et les plaques latérales peut être protégé d'une fissure éventuelle, d'une brûlure ou d'une usure et les pulsations de la pression d'huile peuvent être efficacement absorbées. Par ailleurs, cet effet empêche l'inclinaison du rotor et des sabots pouvant être autrement provoquée par la différence de pression appliquée par les côtés en vis à vis durotor et des sabots, ainsi l'huile peut s'écouler dans le passage à une voie, avec une résistance minimale. Par ailleurs, comme le corps de la pompe selon l'invention ne présente pas de bague d'étanchéité à l'huile, l'huile peut fuir à travers les zones des composants fixés ensemble par les boulons, mais l'huile qui fuit est immédiatement recyclée vers le réservoir et ainsi, l'efficacité de la pompe ne peut être affectée de façon néfaste par l'huile qui fuit. R E V E N D I C A T I O N S 1 Pompe du type comprenant une bague à cames définis- sant une chambre de pompe et ayant une face de came sur sa surface interne, un rotor disposé dans ladite pompe et un certain nombre de sabots disposés autour dudit rotor en contact coulissant avec ladite face de came sur ladite bague à cames, caractérisée par une plaque ( 4) côté aspiration qui est disposée d'un côté de ladite bague à cames ( 3) et qui a des orifices d'aspiration ( 9, 9 ', 10, 10 ') et une plaque ( 5) côté refoulement disposée de l'autre côté de ladite bague à cames et ayant des orifices de refoulement ( 12, 12 ', 13, 13 '), ainsi le fluide s'écoule de ladite plaque côté aspiration à travers ladite chambre de la pompe jusqu'à ladite plaque cô- té refoulement. 2 Pompe selon la revendication 1, caractérisée-en ce que la plaque précitée côté refoulement présente des moyens adaptés à solliciter ladite plaque vers la bague à cames précitée quand le fluide précité est pompé. 3 Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la bague à cames précitée et les plaques latérales précitées sont fixées par des boulons élastiques ( 20). 4 Pompe selon la revendication 1 ou 3, caractérisée en ce que le rotor ( 30) précité est directement connecté à un organe d'entraînement. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le nombre de tours du rotor précité est établi à au moins trois fois celui du moteur d'un véhicule lorsque le moteur est au ralenti.