Brevet FR2709518A1 — publié le 19950310

" Pompe à piston linéaire à bloc carter et au moins un élé- ment de pompe " La présente invention concerne une pompe à piston linéaire comprenant un bloc et au moins un élément de pompe à piston linéaire engagé dans un alésage du bloc en y étant fixé axialement par des moyens de fixation, une culasse rendue étanche par rapport à l'alésage du bloc, un piston coulissant dans le cylindre, une chambre de pompe délimitée par le cylindre, la culasse et le piston, avec une soupape d'échappement reliée à la chambre de pompe dans le prolon- gement de l'axe longitudinal du cylindre ainsi qu'un siège de soupape, un organe d'obturation de siège de soupape, un ressort de fermeture et un carter de soupape d'échappement qui possède une zone frontale et forme avec un joint d'étanchéité, un élément d'obturation pour l'alésage. On connaît déjà de tels éléments de pompe à pis- ton linéaire selon l'état de la technique (DE 32 36 536 Ai; P 43 20 902.5); ils comportent un cylindre et une cu- lasse solidaires constituant une seule pièce. Les culasses comportent des sièges des soupapes d'échappement. Des cols et des brides périphériques, circulaires, adjacents partent axialement des culasses. Les carters des soupapes d'échap- pement ont des prolongements tubulaires qui sont engages sur la bride et sont rabattus autour des cols. Les prolon- gements tubulaires sont à paroi mince et ont un moyen auxi- liaire pour qu'avant d'engager le cylindre dans le bloc de carter, on puisse réunir en un ensemble le cylindre et les soupapes d'échappement respectives pour qu'avantageusement, avant cette mise en place, le ressort de fermeture soit dé- jà précontraint et soit monté de manière imperdable avec l'élément d'obturation du siège de soupape. Un autre avan- tage est de permettre de contrôler le fonctionnement et l'étanchéité des soupapes d'échappement avant l'engagement dans le bloc de carter. Au niveau des extrémités frontales tournées vers l'atmosphère à l'extérieur, les carters des soupapes d'échappement comportent des joints d'étanchéité de sorte que ces carters ont en outre le rôle d'élément de fermeture pour les perçages des blocs de carter. Après engagement de ]5 ces éléments de pompe à piston linéaire dans les alésages des blocs de carter, on pousse les carters des soupapes d'échappement contre les culasses avec des vis sans tête. Ainsi, pendant le fonctionnement de la pompe, une telle vis sans tête est chargée par une force au moins aussi grande que la force engendrée par la pression la plus importante créée par l'élément de pompe à piston linéaire multipliée par la surface de la section de l'alésage. Dans le présent exemple, l'élément de pompe à piston linéaire doit être en- traîné pour créer une pression de l'ordre de 300 bar. De tels éléments de pompe à piston linéaire sont utilisés par exemple par paire juxtaposée logées dans des blocs de carter de système antiblocage d'installation de frein de véhicule ou selon la publication WO 93/08 050. Comme ils doivent être aussi légers que possible, de tels blocs sont en général en métal léger et nécessitent ainsi des filetages relativement longs pour les vis sans tête. Néanmoins, pour des raisons de sécurité, il faut que les filetages soient réalisés de manière particulièrement soi- gneuse, c'est-à-dire coûteuse. Comme cela apparaît à la fi- gure 5 du document WO 93/08 050, de telles vis sans tête occupent de manière gênante une partie importante des di- mensions du bloc qui leur est associé. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un élément de pompe à piston linéaire correspondant au type défini ci- dessus, caractérisé en ce que le cylindre et la zone péri- phérique du carter de soupape d'échappement sont réalisés en une seule pièce et comme l'un des moyens de fixation il y a au moins un matage agissant sur le carter de soupape d'échappement ainsi qu'un bourrelet réalisé par matage dans le matériau du bloc. L'élément de pompe à piston linéaire selon l'in- vention offre l'avantage que dans sa direction axiale la force axiale est beaucoup moins importante le diamètre de l'élément de pompe à piston linéaire étant par ailleurs in- changé. La force axiale est essentiellement engendrée seu- lement par la pression la plus élevée dans le cylindre multipliée par la surface de la section du piston. Il suf- fit ainsi d'un matage plus coûteux et plus encombrant pour recevoir cette force axiale réduite. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention. l'étanchéité du cylindre par rapport à l'alé- sage du bloc est assuré par un joint d'étanchéité ayant les mêmes dimensions que le joint d'étanchéité sur le carter de la soupape d'échappement et en ce que l'alésage du bloc au niveau des deux joints d'étanchéité a le même diamètre. Ainsi une sollicitation par la pression créée par l'élément de pompe à piston linéaire dans les zonez d'étan- chéité des deux joints d'étanchéité engendre les forces axiales de même amplitude et ainsi une compensation de ces forces axiales. Il suffit dans ces conditions, en intégrant la marque de sécurité, d'absorber par le matage, seulement la force qui correspond à la force d'entraînement agissant sur le piston. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention le siège de soupape de la soupape d'échappement est réalisé dans un corps de siège de soupape monté dans la culasse à travers la chambre de pompe. Il s'agit là d'un exemple de réalisation pour le montage de la soupape d'échappement. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention le corps de siège de soupape a une forme symé- trique en rotation et possède une cavité dans la culasse en y étant fixée par un matage. Cela correspond à un autre exemple de réalisation particulièrement simple à fabriquer. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention dans la zone frontale du carter de la soupape d'échappement on a usiné un alésage étagé qui se ferme à l'aide d'un bouchon, le ressort de fermeture s'appuyant sur le bouchon et le siège de soupape est usiné dans la cu- lasse. On a ainsi une autre solution pour la réalisation de la soupape d'échappement. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention le bouchon est fixé par une liaison par la ma- tière par exemple par soudure ou brasure. Cette solution correspond à un perfectionnement intéressant. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention l'élément de pompe à piston linéaire présente dans la zone frontale une bride de fixation radialement en saillie et contre laquelle est dirigé l'un des moyens de fixation formé par au moins un matage (bourrelet) et comme autre moyen de fixation il y a un épaulement du perçage du bloc. On a ainsi un exemple de réalisation pour lequel les dilatations thermiques différentes du bloc de carter par rapport au cylindre et à sa soupape d'échappement, sont très loin du matage. Cela constitue également un moyen pro- tégeant le matage contre les surcharges. Dessins Trois exemples de réalisation d'un élément de pompe à piston linéaire selon l'invention sont représentés sur les dessins et seront décrit ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: La figure 1 montre une coupe longitudinale d'un premier exemple de réalisation. La figure 2 montre un détail du second exemple de réalisation selon une coupe longitudinale. La figure 3 est une coupe longitudinale d'un troisième exemple de réalisation. Description des exemples de réalisation Selon la figure 1, l'élément de pompe à piston linéaire 2 selon l'invention comprend un cylindre 3, une culasse 4, un piston 5 coulissant dans le cylindre, une chambre de pompe 6 délimitée par le cylindre et le piston , une soupape d'admission 7 s'ouvrant vers la chambre de pompe 6 et une soupape d'échappement 8 qui se trouve dans le prolongement de l'axe longitudinal du cylindre 3 et est reliée à la chambre de pompe 6. La soupape d'admission 7 est réunie au piston 5. Pour cela, le piston est creux en trou borgne partant de la chambre de pompe 6 et comporte un siège de soupape d'admis- sion 9. Un élément d'obturation 10 est associé au siège de la soupape d'admission 9. L'élément d'obturation 10 porte une tige 11 qui pénètre dans le piston 5 et possède un épaulement 13 au niveau de son extrémité 12 de forme coni- que. Au niveau de la jonction entre l'élément d'obturation de la soupape d'admission et la tige, à l'intérieur du piston 56 il y a une bague de butée 14. Entre la bague de butée 14 et l'épaulement 13, il y a un ressort d'obturation de forme conique pour la soupape d'admission; ce res- sort est monté avec précontrainte. Pour les autres parties qui ne concernent pas directement l'invention on se repor- tera au préambule de la demande P 43 20 902.5. A la péri- phérie et dans l'alignement à l'intérieur du cylindre 3, le piston 5 possède une rainure périphérique 16. Cette rainure périphérique 16 communique avec la soupape d'admission 7 par deux canaux transversaux 17. Dans l'alignement de la rainure périphérique 16, le cylindre 3 présente au moins un passage radial 18 pour alimenter la soupape d'admission 7 en liquide à débiter et à mettre sous pression. De manière connue en soi, les pas- sages radiaux, partent d'une rainure annulaire 19 usinée extérieurement dans le cylindre 3 et qui est recouvert par un élément de filtre 20 en forme de tube. A l'extrémité du piston 5 opposée au siège 9 de la soupape d'admission, il y a un pied de piston 21 contre lequel agit de manière connue en soi un excentrique 22 entraîné. Un tel excentrique 22 et son moyen d'entraînement non représenté, appartiennent par exemple à l'état de la technique. Dans l'exemple de réalisation représenté, au ni- veau du siège 9 de la soupape d'admission, le piston 5 est logé avec un très faible jeu radial dans le cylindre 3 si bien qu'il y a un joint en labyrinthe entre le piston 5 et le cylindre 3. Il y a un autre joint de piston 23 sous la forme d'une bague logé dans une rainure annulaire 24 usinée dans le cylindre 3. Comme cela apparaît figure 1, la culasse 4 est directement reliée au cylindre 3 et fait corps avec celui- ci car la chambre de pompe est formée par un perçage cylin- drique 25 en trou borgne. La culasse 4 fait corps avec le cylindre 3 et de- vient un carter de soupape d'échappement 26 avec une zone périphérique 27 réalisée en une seule pièce avec la culasse 4 et avec une zone frontale 28 qui fait corps avec la zone périphérique 27. A l'intérieur de la zone périphérique 27 de façon adjacente à la zone frontale 28 se trouve une chambre de soupape 29 dans le carter de la soupape d'échap- pement 26. La chambre de soupape 29 loge un ressort de fer- meture 30 et un organe d'obturation de siège de soupape 31 en forme de bille auquel est associé un siège de soupape 32. Le siège de soupape 32 est usiné dans un organe formant siège de soupape 33; ce dernier est une rondelle annulaire dont la périphérie est par exemple sphérique. Le corps 33 partant du siège de soupape 32 présente une ouverture cen- trale 34 qui débouche dans la chambre de pompe 6. Le corps 33 est logé dans une cavité 35 usinée dans la culasse 4 à partir de la chambre de pompe 6 en direction du carter de soupape d'échappement 26, faisant corps. Le corps 33 est bloqué dans la direction axiale par au moins un matage.36 contre la force de fermeture du ressort de fermeture 30 monté avec précontrainte et contre les sollicitations hy- drauliques de la chambre de soupape 29; ce matage est obte- nu par le matriçage d'au moins une encoche 37 à partir de la chambre de pompe 6. De façon avantageuse, il y a une en- coche annulaire. Essentiellement dans la direction radiale, la zone périphérique 27 du carter de soupape d'échappement 26 est interrompue par au moins un orifice 38 par exemple per- cé. Dans la direction axiale, entre l'ouverture 38 et la zone frontale 28 du cylindre 3 intégré en une pièce avec le boîtier de la soupape d'échappement 26, il y a dans sa zone périphérique, une rainure de réception 39 pour un premier joint d'étanchéité 40. Une seconde rainure de réception 41 est prévue radialement à l'extérieur de la chambre de pompe 6 pour recevoir un second joint d'étanchéité 42. Au niveau de l'ouverture 38 et ainsi entre les rainures de réception 39 et 41, la zone périphérique 26 présente une partie ré- trécie 43 pour évacuer le fluide sous pression transféré. Les rainures de réception 39 et 41 et les joints annulaires 40 et 42 ont de préférence les mêmes dimensions. Une bride de fixation 41 est radialement en saillie du carter 26 au niveau de la zone frontale 28. L'élément de pompe à piston creux 2 ainsi décrit peut s'en- gager dans le bloc 45. L'expression "bloc" décrit par exem- ple un bloc d'un système de protection antiblocage ou en- core d'un système de protection antiblocage combiné à une installation de régulation antipatinage. A la place d'un tel bloc qui reçoit en plus de l'élément de pompe à piston linéaire selon l'invention éga- lement des électrovannes à tiroir à commande électrique et/ou d'autres éléments hydrauliques on peut également avoir un simple carter de pompe. Le bloc 45 présente un alésage 46 pour recevoir l'élément de pompe à piston linéaire 2. Cet alésage 46 est de forme cylindrique au niveau des deux joints d'étanchéité et 42 pour d'une part maintenir sous tension radiale les deux joints 40, 42 et d'autre part pour centrer le cylindre 3 sur lequel est formé le carter de soupape d'échappement 26. Au niveau de la surface limite extérieure 47, le per- çage 46 comporte un épaulement formant butée 48. Cet épau- lement de butée 48 est formé par un épaulement de perçage 49 dont seulement une partie de la longueur est représentée à la figure 1. Entre le perçage 46 et la partie rétrécie 43, il y a une chambre annulaire 50 qui communique avec un canal de sortie 51 prévu sur le bloc 45. En outre, ce bloc 45 comporte un canal d'entrée 52 qui débouche dans l'alésage 46 dans l'alignement de l'élément de filtre 20. A côté de l'élément de filtre 20, en direction du pied du piston 21, le perçage 46 rejoint un second perçage 53 plus étroit qui entoure le cylindre 3 au voisinage de la zone du pied 21. Il y est prévu un joint 53 pour le bloc-cylindre ce qui sé- pare hydrauliquement la chambre 54 dans laquelle se déplace l'excentrique 22 et le canal d'admission 52. L'élément de pompe à piston linéaire 2 s'intro- duit dans l'alésage 46 avec le pied de piston 21 en avant, jusqu'à ce que la bride de fixation 44 soit en appui contre l'épaulement 48 formant butée dans le bloc. Puis à l'aide d'un outil de matage on repousse de la matière du bloc 45 pour former par exemple un bourrelet annulaire 55 par des- sus la bride de fixation 44. Le bourrelet annulaire 55 et l'épaulement de butée 48 forment des éléments de fixation au niveau du bloc alors que la bride de fixation 44 consti- tue un élément de fixation appartenant au cylindre. Il est déjà indiqué dans la description que le premier joint d'étanchéité 40 et le second joint d'étan- chéité 42 s'appuient contre l'alésage cylindrique 46. Selon l'invention, de manière intentionnelle cela entraîne que pour la pression existant dans la zone entre les deux joints d'étanchéité 40 et 42, les forces qui tendent à écarter les joints d'étanchéité sont égales et sont compen- sées par le matériau entre le cylindre 3 et la zone fron- tale 28 du carter de soupape d'admission 26. Ainsi, sous l'effet de la rotation de l'excentrique 22 et du coulisse- ment du piston 5, une pression est créée dans la chambre de pompe 6 en direction de la culasse 4, qui ouvre la soupape d'échappement 8 et met en pression la chambre annulaire 50 à travers la chambre de soupape 29 et l'ouverture 38, dans la direction d'au moins un matage 55 cela crée une force qui correspond à la force exercée par l'excentrique 22 sur le pied 21 du piston. Comme cela apparaît clairement figure 1, la sur- face de la section délimitée par l'alésage 25 du cylindre est beaucoup plus petite que la surface de la section déli- mitée par l'alésage 46 dans le bloc 45. Ainsi au moins l'un des matages est moins chargé que les vis sans tête des élé- ments de pompe à piston linéaire évoqués dans le préambule de la description et appartenant à l'état de la technique. Il a été évoqué au moins un matage 55 qui forme un bourrelet fermé en anneau. Comme on réalise un tel bour- relet annulaire par le mouvement uniquement d'un outil de presse dans la direction longitudinale de l'élément de pompe à piston linéaire, il faut des forces d'entraînement énormes on peut également réaliser plusieurs matages par segment, au cours de plusieurs opérations. Comme la réali- sation d'au moins un matage ou de plusieurs matage fait partie de toute façon des techniques de fabrication utili- sées dans le domaine de l'hydraulique, l'homme du métier peut choisir les exemples de réalisation connus. La figure 2 montre un second exemple de réalisa- tion d'un carter de soupape d'échappement 26a; celui-ci fait également corps avec le cylindre non représenté ici. Une ouverture 34a débouche dans la chambre de pompe 6 du cylindre; cette ouverture est suivie d'un siège de soupape 32a. A ce siège de soupape 32a on associe de nouveau par exemple un organe d'obturation de soupape 31 en forme de bille qui est chargé par un ressort de fermeture 30. L'or- gane de fermeture 31 ainsi que le ressort de fermeture 30 sont logés dans une chambre de soupape 29a munie d'une ou- verture 38 qui s'étend pratiquement dans une direction ra- diale. Comme dans cet exemple de réalisation, le siège de soupape 32a doit être réalisé en regard de la chambre de pompe 6 dans la culasse 4a, il faut pouvoir introduire un outil dans la chambre de soupape 29a pour réaliser ce siège. Pour cela, partant de la chambre de soupape 29a, le carter de soupape d'échappement 26a présente un perçage étagé 60 partant de sa face frontale 59. Après introduction de l'organe d'obturation 31 et du ressort de fermeture 30, on ferme le perçage étagé 60 à l'aide d'un bouchon 61. Le bouchon 61 est solidarisé au corps 26a par exemple par un cordon de soudure 62 pour assurer le blocage et l'étanchéi- té hydraulique. Selon les connaissances des spécialistes relatives aux techniques de liaison, on peut également rem- placer un tel cordon de soudure par une brasure non repré- sentée. En application de l'exemple de réalisation de la figure 1, on peut prévoir un attelage au niveau du corps de siège de soupape 33 et de la culasse 4. ]] Pour le reste, la combinaison en une seule pièce partant du cylindre non représenté, par la culasse 4a, jus- qu'à la face frontale 59 on peut prévoir une bride de fixa- tion comme celle représentée à la figure 1 et des rainures 39 et 41 comme celle également représentée à la figure 1. L'élément de pompe à piston linéaire 2a obtenu de cette ma- nière peut également se monter dans le bloc 45 de la figure 1. Il apparaît ainsi qu'il importe uniquement selon l'in- vention que la poussée axiale hydraulique en direction d'au moins un matage 55 soit maintenue à un niveau aussi faible que possible par une réunion de la matière du cylindre 3 qui doit être rendu étanche par rapport au bloc, avec la zone du carter de soupape de sortie 26 ou 26a qui est déve- loppée du côté périphérique pour former un élément de fer- meture permettant de fermer de manière étanche l'alésage du bloc 45. Comme déjà évoqué dans le préambule de la des- cription, le bloc 45 est de préférence en un métal léger comme l'aluminium. Mais pour des raisons techniques le cy- lindre 3 doit être réalisé en acier. Or, même pour un échauffement régulier du cylindre 3 et du bloc 45, il y a des allongements différents de ces éléments; dans l'exem- ple selon la figure 1, ces allongements ne sont pas gênants car les deux éléments de fixation du côté du bloc à savoir l'épaulement 48 formant butée et les matages ou le bourre- let 55 ne sont séparés que par une faible distance axiale correspondant à la pénétration de la bride de fixation 44. C'est pourquoi les variations de dimension, d'origine ther- mique ne créent pas des différences de dimension sollici- tant les moyens de fixation. Après la bride de fixation 44, on peut avoir des déplacements entre les pièces du cylindre 3 et de la culasse 4 ainsi que du bloc 45 fait du montage des joints d'étanchéité 40, 42, 53 permettant des mouve- ments axiaux comme les joints d'étanchéité de pistons hy- drauliques. Pour expliciter le travail de déformation corres- pondant à au moins un matage ou un matage en forme de bour- relet, dans l'exemple de réalisation d'un élément de pompe à piston linéaire 2b selon la figure 3 on donne à un corps de siège de soupape 33b recevant un siège de soupape 32b et ayant une ouverture 34b, une périphérie cylindrique et on engage ce corps dans une cavité 35b, cylindrique, en forme de perçage étagé. Pour bloquer le corps 33b on frappe à l'aide d'un outil de presse, non représenté, ayant une sur- face frontale annulaire fermée, pour mater le matériau de la culasse 4b contre le corps 33b; on forme ainsi le ma- tage 36b apparaissant figure 3 et dont la forme géométrique correspond au matage en bourrelet 55 servant à bloquer l'élément de pompe à piston linéaire 2b dans l'alésage 46; cette correspondance fait abstraction des différences de dimension. Si par ailleurs, on part du type de matage du corps de siège de soupape 33 de la figure 1 consistant à presser les encoches 37 ou une encoche annulaire, il est également possible en réalisant des encoches de bloquer l'élément de pompe à piston linéaire 2 ou 2b dans l'alésage 46 qui le reçoit. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, il n'y a pas la bride de fixation 44 de la figure 1. C'est pourquoi, selon l'état de la technique, à l'extérieur du cylindre 3b il y a un épaulement 44b qui forme un élément de fixation agissant axialement. A la différence d'un épau- lement décrit dans le document DE 36 536 A1 et qui sert également de butée axiale, il n'est pas nécessaire d'avoir une étanchéité pour l'épaulement 44b entre le cylindre 3b et le bloc 45. La raison en est que le cylindre 3b comporte comme décrit avec la figure 1, un joint d'étanchéité 42. L'épaulement 44b sert ainsi seulement de moyen de fixation pour l'élément de pompe à piston linéaire 2b. De ce fait, il n'est pas nécessaire de presser l'épaulement 44b contre le bloc 45 par le matage 55 pour garantir l'étanchéité. R E V E N D I C A T IONS 1) Pompe à piston linéaire comprenant un bloc et au moins un élément de pompe à piston linéaire engagé dans un alésage du bloc en y étant fixé axialement par des moyens de fixation, une culasse rendue étanche par rapport à l'alésage du bloc, un piston coulissant dans le cylindre, une chambre de pompe délimitée par le cylindre, la culasse et le piston, avec une soupape d'échappement reliée à la chambre de pompe dans le prolongement de l'axe longitudinal du cylindre ainsi qu'un siège de soupape, un organe d'obtu- ration de siège de soupape, un ressort de fermeture et un carter de soupape d'échappement qui possède une zone fron- tale et forme avec un joint d'étanchéité, un élément d'ob- turation pour l'alésage, pompe caractérisée en ce que le cylindre (3) et la zone périphérique (27) du carter de sou- pape d'échappement (26, 26a) sont réalisés en une seule pièce et comme l'un des moyens de fixation il y a au moins un matage agissant sur le carter de soupape d'échappement (26, 26a) ainsi qu'un bourrelet (55) réalisé par matage dans le matériau du bloc (45). 2) Pompe à piston linéaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'étanchéité du cylindre (3) par rapport à l'alésage (46) du bloc (45) est assuré par un joint d'étanchéité (42) ayant les mêmes dimensions que le joint d'étanchéité (40) sur le carter de la soupape d'échappement (26, 26a) et en ce que l'alésage (46) du bloc (45) au niveau des deux joints d'étanchéité (40, 42) a le même diamètre. 3) Pompe à piston linéaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le siège de soupape (32) de la soupape d'échappement (8) est réalisé dans un corps de siège de soupape (33, 33b) monté dans la culasse (4) à tra- vers la chambre de pompe (6). 4) Pompe à piston linéaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que le corps de siège de soupape (33) a une forme symétrique en rotation et possède une cavité (35) dans la culasse (4) en y étant fixée par un matage (36). ) Pompe à piston linéaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans la zone frontale (59) du carter de la soupape d'échappement (26a) on a usiné un alé- sage étagé (60) qui se ferme à l'aide d'un bouchon (61), le ressort de fermeture (30) s'appuyant sur le bouchon (61) et le siège de soupape (32) est usiné dans la culasse (4a). 6) Pompe à piston linéaire selon la revendication , caractérisée en ce que le bouchon (61) est fixé par une liaison par la matière par exemple par soudure ou brasure. 7) Pompe à piston linéaire selon l'une des reven- dications 2 à 6, caractérisée en ce que l'élément de pompe à piston linéaire (2, 2a) présente dans la zone frontale (28, 59) une bride de fixation (44) radialement en saillie et contre laquelle est dirigé l'un des moyens de fixation formé par au moins un matage (bourrelet 55) et comme autre moyen de fixation il y a un épaulement (49) du perçage du bloc (45).