Brevet FR2657122A1 — publié le 19910719

_ 1 _ 1 POMPE A ESSENCE POUR SYSTEMES D'INJECTION DE MOTEURS A EXPLOSION DESCRIPTION OBEJT DE L'INVENTION La présente invention concerne une nouvelle pompe à essence, spécialement conçue pour les systèmes d'injection en seul point à moyenne pression, bien que l'invention soit également applicable, moyennant de légéres modifications aux pompes à haute pression pour injection multipoints, et peut dans tous les cas, être employée comme pompe immergée ou en série dans la conduite. ANTECEDENTS DE L'INVENTION Dans le domaine de la construction des pompes à essence pour systèmes d'injection en seul point, on emploie normalement des éléments de pompage constitués par une turbine accouplée à un moteur électrique, ces deux éléments tournant à grande vitesse, comprise entre 6 000 et 7 000 tours/minute Ces éléments de pompage sont faits de matières plastiques ou thermodurcissables Au moment du montage on relie la turbine à l'axe du moteur électrique dont le rotot doit être équilibré et dont les enroulements doivent être carénés par une matière plastique, en raison de sa grande vitesse de rotation dans les conditions normales de fonctionnement, dans la but de réduire les vibrations et les effets de la résistance hydrodynamique sur le couple moteur, qui est due à la rotation à grande vitesse à l'intérieur du combustible dans lequel sont immergés tous ces organes En raison du principe physique du fonctionnement de ces pompes, elles ne peuvent être opératives que si elles sont immergées dans le réservoir de combustible des véhicules. Un autre genre de pompes, destinées à la même application, sont aussi constituées par un moteur électrique, accouplé à un élément de pompage, dans ce cas de type volumétriquue, généralement fait de métal et avec un 1 ajustage extrêmement précis entre les pièces, auxquelles il est nécessaire d'ajouter des pièces de connexion aux tubes de la conduite de combudstible, normalement fabriquées en matière plastique Les problèmes les plus fréquents avec ces pompes sont dûs aux impuretés contenues dans l'essence qui peuvent bloquer la pompe quand leurs particules atteignent des dimensions de l'ordre du centième de millimétre, qui sont difficilement retenues par un filtre, dans le cas d'un entretien normal, sans précautions spéciales, et sans que ce filtre soit rapidement obturé Ce genre de pompe peut être installé tant en série dans la conduite que dans le réservoir de combustible Le problème fondamental concernant les pompes traditionnelles, tant d'un genre que de l'autre, consiste en ce qu'elles présentent une structure intégrée qui fait que les points d'appui du rotor/moteur et ses balais sont situés sur les éléments d'entrée et de sortie du combustible. Pour résumer les caractéristiques de construction des pompes appliquées aux systèmes d'injection en seul point, qui fonctionnent à une pression de l'ordre de 1 bar, on peut indiquer que: Les pompes à turbine ont besoin d'un moteur électrique de couple important et grande vitesse de rotation pour maintenir en rotation la turbine avec le rendement approprié, ce qui pose des problèmes importants et divers. De leur c 8 té ces problèmes affectent l'aspect économique, car il est nécessaire de disposer d'un moteur parfaitement équilibré pour éviter les vibrations et qui soit caréné pour réduire le couple résistant créé par la résistance hydrodynamique à l'intérieur de l'essence Un autre problème est de nature mécanique et affecte négativement la durée de la pompe, car le collecteur s'use d'autant plus vite que la vitesse de rotation est plus importante. D'autre part, les pompes volumétriques, dont l'élément de pompage est fait de métal et avec un jeu très 1 réduit entre ses piéces mobiles, en plus de nécessiter des pièces de matière plastique comme éléments d'entrée de l'essence, présentent des inconvénients plus importants, comme le fait, conséquence du jeu très réduit entre les pièces mobiles, que ces pompes sont très sensibles aux difficultés produites par les particules de saleté, tout en produisant des frottements qui chauffent l'essence et peuvent donner lieu au classique phénomène de cavitation. D'autre part en raison de leur moment d'inertie élevé, lorsqu'on les met en marche elles fonctionnent longtemps dans la zone du couple de démarrage du micromoteur, avec des intensités élevées de courant dans leur collecteur, ce qui les détériore et réduit leur vie utile En outre, elles sont constituées par un grand nombre de pièces de précision qui, comme il a été dit plus haut, sont métalliques et doivent être formées par syntérisation, ce qui donne lieu à un coût de fabrication élevé. DESCRIPTION DE L'INVENTION La pompe à essence selon l'invention apporte une solution satisfaisante à ces problèmes qui se posent dans les systèmes d'injection de moteurs à explosion, et à cet effet, ses caractéristiques principales sont basées sur deux aspects fondamentaux, d'une part son caractère modulaire, c'est à dire sa construction qui utilise des pièces physiquement indépendantes et facilement acouplables les unes aux autres, contrairement à la construction intégrée de n'importe quelle pompe traditionnelle de ce genre, et d'autre part, le bas régime de rotation de fonctionnement de la pompe, ce qui permet d'obtenir une plus grande durée, une réduction du bruit, et d'employer un moteur de petite puissance, qui par ailleurs peut être constitué par un élément disponible sur le marché, en raison du caractère modulaire de la construction de la pompe, ce qui, finalement,, fait qu'il n'est pas nécessaire d'équilibrer ni de carèner ce moteur, également comme conséquencce du bas _ 4 _ 1 régime de fonctionnement de la pompe. A cet effet, et de façon plus concréte,la pompe à essence selon l'invention est constituée à partir d'un micromoteur conventionnel, à bas régime de rotation, de l'ordre de 3 000 à 3 500 tours, dont l'axe est logé à l'intérieur d'un stator, constitué par un corps cylindrique et un couvercle, ce stator étant légèrement excentré par rapport à l'axe du moteur, lequel est fixé sur un rotor qui tourne à l'intérieur du corps de stator et qui est pourvu de logements radiaux destinés à des palettes respectives, de préférence en Téflon, pour qu'entre le corps et le couvercle du stator, et entre le rotor et les palettes de ce dernier, soient formées de multiples chambres de volume variable, lesquelles, lorsque leur volume augmente se situent en face d'une lumière d'entrée de combustible formée dans le corps du stator, tandis que quand leur volume diminue elles se situent à leur tour en face d'une autre lumière, prévue dans ce cas pour la sortie du combustible et qui est formée dans le couvercle du stator. En accord avec une autre des caractéristiques de l'invention, le stator est doté d'un axe dont la plus grande partie pénètre dans le rotor pour constituer l'axe principal de la pompe et qui supporte les efforts qui se produisent pendant le fonctionnement normal de cette dernière, sans que ces efforts affectent l'axe du moteur, lequel agit sur le rotor dans le secteur restant de ce dernier, c'est à dire dans le secteur que laisse libre l'axe associé au corps du stator. D'autre part et pour assurer un positionnement correct du moteur par rapport au stator, ce moteur comporte une protubérance qui entoure son axe de sortie et qui peut être accouplée à un orifice du couvecle du stator, à travers lequel pénètre à l'intérieur de celui-ci l'axe du moteur en question. Toutes les pièces qui font partie de la pompe sont -5- 1 construites en matières plastiques et thermodurcissables, sauf l'axe qui est métallique, et ces pièces sont convenablement empaquetées dans une chemise cylindrique, dotée à l'une de ses extrémités d'un rebord qui agit comme butée limitant la pénétration de ces pièces, cette chemise étant également dotée d'un rebord à son autre extrémité après la formation du paquet Avec cette chemise collabore aussi une couvercle-tube de sortie qui est accouplé coaxialement à l'extérieur du moteur et dans lequel sont intégrées les bornes de connexion de ce dernier, de préférence de type "faston" dont les parties femelles sont orientées vers l'intérieur pour être reliées directement au moteur au moyen de la simple adaptation du couvercle. DESCRIPTION DES DESSINS Pour compléter la description en cours et pour faciliter la compréhension des caractéristiques de l'invention, il est joint au présent Mémoire descriptif, comme partie intégrante de celui-ci, un jeu de dessins dans lequel on a représenté à titre illustatif, et sans caractère limitatif, ce qui suit: La figure 1 montre une vue en éclaté et en perspective d'une pompe à essence pour systèmes d'injection de moteurs à explosion, réalisée en accord avec l'objet de l'invention. La figure 2 montre l'ensemble de la figure précédente, convenablement monté, sous la forme d'une vue en élévation latérale et en coupe diamétrale. La figure 3 montre, finalement, un détail, également en élévation latérale et en coupe diamétrale, du secteur de la pompe qui correspond à son ensemble de stator-rotor, de nouveau en éclaté. RÉALISATION PREFERÉE DE L'INVENTION La pompe à essence préconisée, qui fournit son débit à une pression d'environ 1 kg/cm 3, pour systèmes d'injection en un seul point de moteurs à explosion, pré- 1 sente un structure modulaire dans laquelle son moteur électrique 1 est une pièce complète, disponible dans le commerce, qui est assemblée d'une part avec le couvercle 2 de sortie de la pompe, et d'autre part avec le dispositif de pompage, ces trois éléments de base, reliés coaxialement les uns avec les autres, étant logés sans jeu à l'intérieur d'un récipient tubulaire ou chemise cylindrique 3 dotée à l'une de ses extrémités d'un rebord périphérique interne 4 agissant comme butée de limitation de la pénétration du "paquet" constitué par les éléments en question. Cette structure modulaire permet que le moteur 1 se présente sous la forme d'une pièce compléte et unique, comme il a été dit plus haut, qui se monte facilement sur l'ensemble et que l'on peut acquérir auprès de fabricants spécialisés à des niveaux de qualité et prix satisfaisants. D'autre part le dispositif de pompage comporte un stator, matérialisé par un corps 5 et un couvercle 6, à l'intérieur duquel joue un rotor 7 de géométrie cylindrique qui tourne du fait qu'il est entrainé par le micromoteur 1 à courant continu et qui est pourvu de rainures radiales 8 dans lesquelles sont logées de façon à pouvoir glisser librement, des palettes rectangulaires 9 respectives, de préférence en téflon, lesquelles sont maintenues constamment en contact, par la force centrifuge, avec la paroi interne de la cavité cylindrique 10 définie à l'intérieur du stator, cavité qui est excentrée par rapport au rotor 7, ce qui fait que le volume compris entre le rotor, chaque paire de palettes et la surface interne de la chambre 10 du stator, augmente progressivement durant chaque demi tour du rotor et diminue durant l'autre demi tour Au cours du demi tour durant lequel ces volumes variables augmentent, les chambres corresponodantes définies par les palettes 9 communiquent avec une lumière d'entrée 11, située dans le corps du stator et à travers laquelle les chambres sont inondées de combustible par l'effet d'aspi- 7- 1 ration ainsi créé, tandis qu'au cours du demi tour pendant lequel les volumes en question diminuent, il se produit un effet de refoulement et le combustible est expulsé vers le tube 12 du couvercle de sortie 2 à travers une lumière de sortie 13 formée à son tour dans le couvercle 6 du stator. Il est évident que ceci fait que, durant le fonctionnement de la pompe, le rotor est soumis à une différence de pression entre le côté d'aspiration et le côté de refoulement, de l'ordre de 1 kg/cm 2, ce qui donne lieu à une force de direction constante dans le sens refoulement- aspiration Cette force, qui agit sur le rotor, est absorbée par un axe 14 qui est convenablement monté sur la base du corps 5 du stator, comme on le voit en particulier dans la figure 3, axe sur lequel tourne le rotor 7 qui comporte à cet effet un logement 15 pour l'axe 14 en question Ce logement affecte la plus grande partie, mais non la totalité de l'épaisseur du rotor, et laisse libre une espace de ce dernier dans lequel est formé un orifice 16 pour la liaison de l'axe 17 du moteur 1, cet orifice pouvant présenter une sectio polygonale ou une section cylindrique avec un chanfrein, pour assurer la fixation adéquate entre l'axe 17 et le rotor 7 dans le sens angulaire, cet axe 17 agissant comme simple élément d'entraînement du rotor, mais sans que les paliers du moteur 1 doivent absorber les afforts créés dans le rotor, lesquels sont transmis au stator par l'axe 14 monté sur ce dernier. Aprés l'installation de tous ces éléments à l'intérieur de la chamise cylindrique 3, ils sont parfaitement fixés par le rebord de l'autre extrémité de la chemise 3 en question. Il convient de faire ressortir le fait que, pour obtenir une position correcte du moteur 1 par rapport au stator, ce moteur comporte une protubérance 19 en face du palier frontal de son axe 17, cette protubérance coincidant diamétralement avec un orifice 20 formé dans le couvercle _ 8 _ 1 du stator, dans lequel il s'adapte sans jeu. En accord avec la construction décrite, on obtient une pompe de type volumétrique, de diamètre réduit et qui présente d'excellentes caractéristiques de débit et pression, malgré son fonctionnement à un régime de rotation anormalement bas, ce qui est particulièrement intéressant pour réduire l'usure du moteur et des éléments qui font partie de la pompe, ce qui prolonge la vie de cette dernière, car, comme indiqué plus haut, l'axe du moteur n'est pas soumis en porte à faux aux efforts du rotor, lesquels, au contraire, sont transmis directement au stator par l'axe 14. Le diamètre de l'axe de la pompe est prévu pour créér une couche d'essence d'une certaine épaisseur entre l'axe et son logement dans le rotor, ce qui produit un effet de lubrication hydrodynamique, bien que le jeu entre ces deux éléments n'est pas supérieur à 0,1 mm, ce qui élimine le problème de l'usure dans cette articulation et admet la présence d'un certain degré de défaut d'alignement entre l'axe du moteur et celui de la pompe. En outre, un rebord 21 du corps du stator permet d'accoupler ce dernier au couvercle 6 qui contient intérieurement le rotor. Les pièces des éléments de pompage sont construites en matière plastique ou thermodurcissable, sauf l'axe 14 qui est métallique. Evidemment ces matières doivent résister à tous les types de combustibles pour automobiles aux températures normales d'utilisation, c'est à dire qu'elles ne devront pas être dégradées ni présenter de modifications dimensionnelles, et ne devront pas non plus perdre leurs caractéristiques mécaniques, parmi lesquelles se trouve de préférence leur résistance élevée à l'usure, qui est obtenue partiellement grâce à un contenu élevé de fibres ou sphèrs de verre D'autre part, les palettes doivent offrir la ré- -9 - 1 sistance maxima à l'usure, motif pour lequel on emploie des plastiques fluorés qui présentent une résistance élevée à l'attaque chimique. En outre, en raison du poids réduit de ces matières et de leurs bonnes caractéristiques de friction, ces pièces peuvent présenter des jeux supérieurs à 0,1 mm tant dans le sens diamétral que dans le sens axial, sans que se produisent des vibrations, des bruits ou des échauffements des pièces de pompage qui pourraient réduire le rendement de la pompe Elles ne sont pas non plus sensibles aux particules de saleté contenues dans l'essence de dimensions maxima de l'ordre de quelques centièmes de millimétre. Un autre avantage essentiel qui est la conséquence de la construction décrite consiste en ce que par l'effet simultané des jeux et de l'élasticité des palettes, il se produit une limitation automatique de la pression maxima de fonctionnement, ce qui fait qu'il n'est pas nécessaire de prévoir la vanne de limitation de pression qui existe dans les pompes volumétriques métalliques. Les grandes tolérances autorisées pour les pièces constitutives du groupe de pompage, mentionnées plus haut, permettent de réaliser les pièces correspondantes directement par le procédé de moulage par injection de coût réduit. D'autre part, et ceci est fondamental, le système de palettes libres actionnées par la force centrifuge dont les pièces sont construites en matière plastique, constitue un système de haut rendement à basse vitesse, avec lequel on peut employer un moteur de puissancae réduite, comme indiqué plus haut, et dont le rotor ne doit pas être équilibré ni caréné, ce qui est naturellement avantageux en raison de la réduction du coût de fabrication que ceci entraîne, à laquelle il convient d'ajouter les avantages bien connus d'une longue vie utile et d'un bas niveau de bruit. 1 Grâce à sa caractéristique volumétrique, cette pompe peut aussi être employée en série, simplement en ajoutant une pièce comportant un tube d'entrée d'essence, accouplé au corps du stator et semblable au tube de sortie 12 qui émerge du couvercle 2 dans lequel, comme il a été dit aussi dans ce qui précède, sont introduites les bornes 22 de connexion électrique du micromoteur 1. Finalement il faut encore faire ressortir le fait que la construction décrite est aussi applicable à la réalisation de pompes à haute pression, de l'ordre de 3 bar, pour injection multipoints, au moyen de petites modifications telles que la réduction du jeu entre les pièces mobiles de la pompe, l'optimisation des caractéristiques de ses composants non métalliques, la réduction de l'élasticité des palettes et l'augmentation du régime de rotation pour assurer le rendement volumétrique. Il n'est pas considéré nécessaire de prolonger cette description pour que tout expert en la matière puisse comprendre la portée de l'invention et les avantagea qui en découlent. Les matières, la forme et la disposition des éléments sont susceptibles d'être modifiés, à condition que ceci ne donne pas lieu à une altération du principe de base de l'invention. Les termes utilisés pour la rédaction de cette description devront toujours être pris dans un sens ample et non limitatif. R E V E N D I C A T I 0 N S 1) Pompe à essence pour systèmes d'injection de moteurs à explosion, caractérisée essentiellement en ce qu'elle présente une construction modulaire, qui comprend un moteur ( 1) consistant en une pièce complète disponible dans le commerce, qui est assemblée d'un côté à un couvercle ( 2) pourvu d'une sortie de combustible et de l'autre côté à un dispositif de pompage, ces éléments étant reliés coaxialement entre eux et logés sans jeu dans une chemise tubulaire cylindrique ( 3), dont les embouchures ( 4, 18) sont dotées de rebords. 2) Pompe à essence pour systèmes d'injection de moteurs à explosion selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de pompage consiste en un stator constitué par un corps ( 5) et un couvercle ( 6), qui forment un réceptacle cylindrique dans lequel joue excentriquement un rotor ( 7) de configuration également cylindrique, avec la particularité spéciale qui consiste en ce que le rotor en question comporte axialement un logement pour l'accouplement d'un axe convenablement fixé au fond du corps du stator, tandis que comme prolongement de ce logement il présente un orifice, polygonal ou cylindrique doté de facettes, pour l'accouplement de l'axe de sortie du micromoteur d'entraînement de ce rotor, ce qui fait que c'est l'axe fixé au stator qui absorbe les efforts radiaux produits dans le rotor, lequel comporte, à son tour, une pluralité de rainures radiales pour le logement de palettes correspondantes qui peuvent se déplacer contre la surface périphérique interne du corps du stator, sous l'effet de la force centrifuge. 3) Pompe à essence pour systèmes d'injection de moteurs à explosion selon la revendication 2, 2657122- caractérisé en ce que les pièces qui font partie du dispositif de pompage sont faites de matière plastique ou thermodurcissable, sauf l'axe ( 14) associé au corps ( 5) du stator, qui est de nature métallique, étant prévu que le micromoteur ( 1) soit à bas régime de rotation, de l'ordre de 3000 à 3500 tours/minute, et que les pièces en mouvement présentent des jeux relativement importants, ce qui fait qu'elles sont peu sensibles aux impuretés entraînées par l'essence. 4) Pompe à essence pour systèmes d'injection de moteurs à explosion selon la revendication 3, caractérisée en ce que le moteur ( 1) à bas régime de rotation, est aussi un moteur de puissance réduite et ne doit pas être pourvu d'un rotor équilibré ni caréné. ) Pompe à essence pour systèmes d'injection de moteurs à explosion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle peut fonctionner aussi bien immergée qu'en série et, dans ce dernier cas, le corps ( 5) du stator dans lequel est située la tuyère d'admission de combustible, comporte un prolongement de forme tubulaire pour son accouplement à la conduite d'entrée, similaire au tube de sortie existant dans le couvercle qui ferme le paquet à l'extrémité qui correspond au micromoteur et par lequel sort le combustible à partir de la chambre annulaire formée entre le moteur et la chemise cylindrique, en provenance du groupe de pression et à travers une lumière de sortie située dans le couvercle du stator. 6) Pompe à essence pour systèmes d'injection de moteurs à explosion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les palettes ( 9) de son rotor sont élastiques ce qui fait que, conjointement avec les jeux de ses éléments mobiles, la pression de travail maxima de cette pompe est limitée. 7) Pompe à essence pour systèmes d'injection de moteurs à explosion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que, moyennant un ajustage plus parfait de ses éléments mobiles et un régime de fonctionnement plus élevé de son moteur, elle peut être transformée en une pompe a haute pression pour systèmes d'injection multipoints.