Brevet FR2756594A1 — publié le 19980605

La présente invention concerne une pompe à piston entraînée par l'arbre d'un moteur à combustion interne pour fournir du carburant à haute pression comprenant: - un boîtier qui se monte sur une paroi du moteur à combus- tion interne et, - au moins un piston de pompe coulissant dans le boîtier et définissant une chambre active efficace entre une zone d'alimentation basse pression et une zone de transfert haute pression, - la chambre active pouvant être reliée alternativement avec la plage d'alimentation ou la plage de transfert suivant la direction de coulissement du piston de pompe. Les pompes actuelles, de ce type, ont un arbre propre, monté dans le carter de la pompe, avec un miroir com- mandant le mouvement de translation des pistons et nécessi- tant un embrayage entre l'arbre de la pompe et celui du moteur à combustion interne. Cela présente surtout l'inconvé- nient d'aboutir à une pompe de grande longueur. La présente invention a pour but de créer une pompe permettant d'éviter cet inconvénient et qui, en outre, utilise un nombre plus réduit de pièces, soit d'un montage plus simple et d'un remplacement plus facile. Ce problème est résolu par une pompe du type dé- fini ci-dessus, caractérisée en ce que la pompe à pistons est un ensemble sans arbre, qui se monte sur une extrémité de l'arbre du moteur à combustion interne, sortant du moteur et passant par une ouverture de la paroi du moteur à combustion interne, et qui commande une course d'au moins un piston de pompe par une surface de cette extrémité de l'arbre. Le document DE-42 17 910 A1 décrit certes une pompe à pistons radiaux entraînés par l'arbre d'un moteur à combustion interne, à savoir l'arbre à cames du moteur; dans cette pompe, la course du piston est commandée par la surface de glissement de l'arbre et la surface périphérique d'un ex- centrique prévu à une extrémité libre de l'arbre par l'inter- médiaire d'une bague de translation; toutefois, cette pompe n'est pas une pompe à carburant, mais une pompe hydraulique alimentant une installation de commande d'un arbre à cames, d'un embrayage automatique ou d'un utilisateur analogue; par ailleurs, cette pompe est intégrée dans la culasse; en d'autres termes, il s'agit d'une pompe dont les pièces sont logées dans les cavités de la paroi de la culasse. Cette5 pompe ne comporte pas de carter qui lui soit propre et ne constitue pas un ensemble pouvant se rapporter sur l'arbre. En cas d'endommagement de la pompe, celle-ci ne peut être échangée globalement. Au contraire, il faut démonter les dif- férentes parties de la pompe de la paroi de la culasse et les remplacer ce qui représente un travail très important et ne peut se faire que dans des ateliers spécialisés. Contrairement à cela, la pompe selon l'invention peut se remplacer par quelques opérations, comme par exemple le desserrage de quelques vis à l'aide desquelles le boîtier de la pompe est vissé contre la paroi du moteur à combustion interne; la pompe peut être enlevée globalement de l'arbre et être remplacée par une nouvelle pompe. Cela permet entre autres son remplacement par une pompe de plus grande cylin- drée si par exemple après une augmentation de la puissance du moteur par exemple par un alésage des cylindres, il faut une pompe à carburant plus forte. De plus, la pompe selon l'invention peut être contrôlée indépendamment du montage du moteur, sous la forme d'un ensemble complet, séparé à l'aide d'un arbre de réfé- rence réalisé de manière correspondante pour en vérifier le bon fonctionnement. Dans le cas de la pompe selon le document DE-42 17 910 Al, il n'est pas possible d'effectuer un tel contrôle de fonctionnement en dehors du montage de la pompe sur le moteur. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la pompe à pistons est une pompe à pistons ra- diaux et l'extrémité de l'arbre est en forme d'excentrique comme cela est connu, la surface périphérique de l'excentricité commandant la course des pistons de la pompe. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, une plage d'arbre cylindrique centrée par rap- port à l'axe de rotation de l'arbre est voisin de l'excentrique, cette plage servant de surface de roulement pour deux bagues d'étanchéité écartées l'une de l'autre, et qui s'appuient contre une bague intermédiaire placée dans une ouverture de la paroi. De cette manière, l'intervalle annu- laire compris entre les deux joints d'étanchéité constitue5 une chambre collectrice de fuite rendue étanche par l'un des joints d'étanchéité vis-à-vis de l'huile de graissage du mo- teur et vis-à-vis du carburant par l'autre joint d'étan- chéité. Cette chambre collectrice de fuite est reliée avanta- geusement à un branchement permettant l'évacuation du liquideo10 de fuite. Selon un second mode de réalisation de l'invention, la pompe à piston est une pompe à piston axial et la surface frontale de l'extrémité de l'arbre est réalisée sous la forme d'une surface de nutation, inclinée, commandant la course du piston de pompe. De façon avantageuse, l'extrémité de l'arbre est en forme de tronc de cône et sert de surface de circulation pour deux joints d'étanchéité écartés l'un de l'autre, et qui s'appuient dans l'ouverture de la paroi. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'arbre est un arbre à cames du moteur à combus- tion interne. Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: * elle est une pompe à pistons radiaux et l'extrémité de l'arbre est en forme d'excentrique dont la surface périphé- rique commande la course du piston de pompe. * l'excentrique est voisin d'une plage d'arbre, cylindrique, centrée sur l'axe de rotation de l'arbre et qui sert de surface de circulation pour deux joints d'étanchéité dis- tants l'un de l'autre, et qui s'appuient contre une bague intermédiaire placée dans l'ouverture de la paroi. * la bague intermédiaire est séparée de manière étanche par des joints d'étanchéité d'une part par rapport au moteur à combustion interne et d'autre part par rapport à la plage d'alimentation basse pression. * elle est une pompe à pistons axiaux et la surface frontale de l'extrémité de l'arbre est en forme de surface de nuta- tion, inclinée, commandant la course du piston de pompe. * l'extrémité de l'arbre est en forme de tronc de cône ser- vant de surface de circulation pour deux joints d'étanchéité distants l'un de l'autre et s'appuyant dans l'ouverture de la paroi. * un intervalle annulaire entre les deux joints d'étanchéité, communiquant par un branchement de fuite avec l'évacuation du liquide de fuite. * l'arbre est un arbre à cames du moteur à combustion in- terne. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisa- tion représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe schématique d'une pompe selon l'invention en forme de pompe à pistons radiaux, - la figure 2 est une coupe schématique d'une pompe selon l'invention en forme de pompe à pistons axiaux. La pompe à piston radial selon la figure 1, ser- vant de pompe à haute pression pour une installation d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne comprend un boîtier 1 fixé par au moins deux et de préférence trois vis 2 réparties autour de l'axe X de la pompe suivant un intervalle angulaire de 120 et dont seule une vis appa- raît à la figure 1, contre la paroi 3 de la culasse du moteur à combustion interne. Dans cette paroi 3 de la culasse, sous la réfé- rence 4, on a l'un ou l'autre arbre à cames 5 du moteur à combustion interne dont l'axe Y coïncide avec l'axe X de la pompe. Cet arbre comporte un segment 6 cylindrique centré sur l'axe Y de l'arbre à cames possédant un diamètre réduit par rapport à celui de l'arbre à cames; puis l'arbre se poursuit par une extrémité 7 réalisée sous la forme d'un excentrique, pénétrant par une ouverture 3a dans la paroi 3 de la culasse à partir de l'intérieur du moteur à combustion interne et s'étendant à travers une ouverture 8 du boîtier 1 de la pompe à l'intérieur de ce boîtier 1. Le boîtier 1 comporte trois chambres 9, dirigées dans la direction radiale et réparties en étoile autour de l'axe X de la pompe. Dans la vue en coupe apparaissant à la figure, une seule chambre apparaît. Chaque chambre sert à re- cevoir un élément de pompe 10. Chaque élément de pompe 10 est logé dans un élé- ment de fixation 11 sous la forme d'un ajutage vissé avec une cavité de réception 12 logeant un élément de cylindre de pompe 13 avec un perçage de cylindre 14 en forme de perçage traversant. Entre la paroi du fond de la chambre de réception 12 et l'élément de cylindre de pompe 13 se trouve un élément de soupape 15 en forme de capuchon appliqué sous l'effet d'un ressort de manière étanche contre la surface frontale de l'élément de cylindre de pompe 13. Dans le perçage 14 du cy- lindre de l'élément de cylindre de pompe 13 se trouve un pis- ton de pompe 16 coulissant, qui fixe une chambre active 19 comprise entre une zone d'alimentation basse pression 17 et une plage de transfert haute pression 18; la zone d'alimentation basse pression 17 est reliée par des canaux non représentés du boîtier 1 à des arrivées basse pression 20 fournissant le carburant sous une pression de transfert amont; par contre, la plage de transfert à haute pression 18 est reliée par l'intermédiaire des perçages 21 dans l'élément de fixation 11, d'un canal annulaire 22 et d'un canal 23 à un ajutage haute pression 24 central. Le piston de pompe 16 comporte un canal d'arrivée dirigé dans la direction axiale du piston; à son extrémi- té opposée à la chambre active 19, ce canal communique par un perçage transversal 26 à une zone d'alimentation basse pres- sion 17. Une soupape d'alimentation 27 sous la forme d'un clapet est associée au piston de pompe 16; suivant le mouve- ment du piston 16, cette soupape établit ou coupe la communi- cation entre le canal d'arrivée 25 et la chambre active 19. A son extrémité opposée à la chambre active 19, le piston de pompe 16 porte un patin de glissement 28, main- tenu en place contre une surface de glissement plane 31a d'une bague de translation 31 par un ressort 29 qui s'appuie par une extrémité contre un élément de fixation 11 et par l'autre extrémité contre un ressort Belleville 30 relié au patin coulissant 28. La bague de translation 31 est elle-même5 montée par l'intermédiaire d'une douille de palier 31b sur l'extrémité 7 en forme d'excentrique de l'arbre à cames 5. De cette manière, lorsque l'arbre à cames 5 tourne autour de son axe Y, la surface périphérique 7a de l'excentrique 7 commande la course du piston de pompe 16 par l'intermédiaire de la bague de translation 31. Pendant la course d'aspiration (mouvement descen- dant) du piston de pompe 16, le carburant à la pression de transfert amont passe de la zone d'alimentation basse pres- sion 17 à travers le perçage transversal 26 dans le canal d'alimentation 25 et de là, à travers la soupape d'alimen- tation 27 ouverte par la dépression créée par la course d'aspiration du piston dans la chambre active 19, vers cette chambre active 19. Au cours de la course de pression consécutive (mouvement ascendant) du piston 16, la soupape d'alimentation 27 se ferme si bien que le carburant de la chambre active 19 est mis en pression. Lorsque la pression atteint un certain niveau, l'élément de soupape 15 en forme de capuchon se sou- lève contre la charge exercée par un ressort par rapport à la surface frontale de l'élément de cylindre de pompe 13 ce qui permet un passage du carburant à haute pression passant de la chambre active 19 dans la plage de transfert à haute pression 18 et de là, à travers les perçages 21 dans l'élément de fixation 11, le canal annulaire 22 et le canal 23 pour arri- ver à l'ajutage haute pression central 24. Pour assurer l'étanchéité réciproque entre la cu- lasse et la zone d'alimentation basse pression 17 du carter de pompe 1, on a deux joints d'étanchéité 32, 33 radiaux, écartés l'un de l'autre pour le segment cylindrique 6, centré par rapport à l'axe Y de l'arbre à cames 5 comme surface de circulation; ces joints s'appuient extérieurement contre une bague intermédiaire 37 placée dans l'ouverture 3a de la paroi 3 de la culasse et rendue étanche par rapport à la culasse à l'aide de joints toriques 34, 35 et par rapport à la zone d'alimentation basse pression 17. Un joint torique 36 assure l'étanchéité de la zone d'alimentation basse pression 17 vis- à-vis de l'atmosphère. Le joint d'étanchéité radial 32 assure l'étanchéité pour l'huile de graissage du moteur de la cu- lasse alors que le joint d'étanchéité radial 33 réalise l'étanchéité du carburant présent dans la plage d'alimen- tation basse pression 17 à la pression de transfert amont. La chambre annulaire 38 entre les deux joints d'étanchéité 32, 33, radiaux, sert à collecter les fuites de ces deux fluides et de les évacuer par un ajutage de fluide de fuite 39. La pompe à pistons axiaux représentée à la figure 2, comprend un boîtier 1' lui-même fixé avec au moins deux et de préférence trois vis 2' (une seule de ces vis apparaît dans la vue en coupe) contre la paroi 3' de la culasse. La pompe comprend des éléments de pompe 10' répartis régulière- ment autour de l'axe X' de la pompe et s'étendant dans la di- rection axiale; un seul de ces éléments de pompe 10' apparaît dans le dessin; ces éléments de pompe sont logés dans un seul élément de fixation 40. Dans cet élément de fixation 40, on a également une arrivée basse pression 20' communiquant avec la plage d'alimentation basse pression 17' de la pompe ainsi qu'un branchement haute pression 24', cen- tral, par lequel la plage de transfert haute pression 18' as- sociée à chaque élément de pompe 10' communique par l'intermédiaire d'un canal 41. La construction de l'élément de pompe 10' corres- pond à celle de l'élément de pompe 10 de la figure 1 à l'exception d'un patin ou sabot de glissement 42 monté arti- culé et dont la structure est légèrement différente; ce pa- tin est maintenu par le ressort 29' en appui contre la surface frontale 43a de l'extrémité libre 43 d'un arbre à ca- mes 5'; cette surface frontale en forme de surface de nuta- tion, inclinée (miroir) permet la commande de la course du piston 16'. Cette extrémité libre 43 est en forme de tronc de cône facilitant le montage de deux joints d'étanchéité ra- diaux 44, 45 sans douille de montage (bague intermédiaire); ces joints s'appuient extérieurement dans l'ouverture 3a' de la paroi 3' de la culasse. Le joint d'étanchéité radial 44 assure l'étanchéité de la surface conique du tronc de cône 43 pour une chambre collectrice de fuite 46, annulaire réalisée entre les deux joints d'étanchéité radiaux 44, 45, pour la protéger contre l'huile de graissage de la culasse, le joint d'étanchéité radial 45 assure l'étanchéité de la chambre col- lectrice de fuite 46 vis-à-vis du carburant de la plage d'alimentation basse pression 17' de la pompe. Un joint tori- que 47 assure l'étanchéité de la plage d'alimentation basse pression 17' vis-à-vis de l'atmosphère. La chambre collec- trice 46 communique avec un branchement pour le fluide de fuite 39' Comme cela apparaît dans les exemples de réalisa- tion décrits ci-dessus, la pompe selon l'invention ne com- porte pas d'arbre d'entraînement qui lui soit propre; au contraire, il s'agit d'un ensemble de pompe sans arbre qui se monte sur l'extrémité de l'arbre à cames d'un moteur à com- bustion interne sortant de la culasse; la course des pistons de la pompe est commandée par une surface de cette extrémité de l'arbre à cames. Cela supprime non seulement l'arbre de la pompe mais également les paliers qui seraient nécessaires à cet arbre ainsi que l'accouplement avec l'arbre à cames; ce- la réduit le nombre de composants et la longueur de construc- tion de la pompe, donne un montage plus simple et une possibilité de remplacement plus simple de la pompe ainsi qu'un montage plus stable de l'arbre d'entraînement grâce à la distance importante des paliers de l'arbre à cames. Il est clair que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits. C'est ainsi que par exemple la pompe pourrait ne comporter qu'un seul ou deux pistons à la place des trois pistons. Dans le cas d'une pompe à pistons radiaux, on pourrait également avoir plusieurs dispositifs à pistons les uns derrière les autres dans la direction axiale. Si en prenant des distances il semble plus inté- ressant d'utiliser l'arbre à cames comme arbre pour entraîner la pompe à piston, en principe, il est également possible d'utiliser pour cela un autre arbre faisant partie du moteur à combustion interne, qui est entraîné et monté à rotation dans le moteur comme par exemple le vilebrequin. Le segment cylindrique 6 montré en liaison avec la pompe à pistons radiaux, segment qui traverse l'ouverture 3a de la paroi 3 et sert de surface de circulation pour les joints d'étanchéité 32, 33 peut également servir pour la pompe à pistons axiaux. De même que la partie en forme de tronc de cône de l'arbre 5' servant de surface de circulation pour les joints d'étanchéité 44, 45 et qui traverse l'ouverture 3a' de la paroi 3' comme cela est représenté en liaison avec la pompe à pistons axiaux, peut également s'utiliser dans la pompe à pistons radiaux à la place du segment cylindrique 6. L'avantage d'une surface de circulation cylindri- que pour les joints d'étanchéité est de ne nécessiter qu'un type de joints d'étanchéité radiaux. Mais l'inconvénient est que le montage des joints d'étanchéité est légèrement plus difficile car il faut positionner plus précisément les joints d'étanchéité par rapport à l'axe de l'arbre à cames que dans le cas d'une surface de circulation en forme de tronc de cône pour laquelle le positionnement des joints d'étanchéité de- mande moins de précision à cause d'un certain effet d'autocentrage. Dans le cas de la surface de circulation en forme de tronc de cône, on a l'inconvénient de nécessiter deux joints d'étanchéité différents. Dans un cas pratique, savoir laquelle des deux solutions est la plus avantageuse dépend en définitive de la structure de fabrication de la réalisation ainsi que d'un calcul de coût. Enfin, on peut utiliser le joint intermédiaire 37 selon la figure 1, indépendamment de ce que la pompe à pis- tons soit une pompe à pistons radiaux ou une pompe à pistons axiaux ainsi qu'indépendamment du fait que la partie de l'arbre 5 ou 5' traversant l'ouverture 3a ou 3a' soit de forme cylindrique ou tronconique. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Pompe à piston entraînée par l'arbre d'un moteur à com- bustion interne pour fournir du carburant à haute pression comprenant: un boîtier qui se monte sur une paroi du moteur à combus- tion interne et, - au moins un piston de pompe coulissant dans le boîtier et définissant une chambre active efficace entre une zone d'alimentation basse pression et une zone de transfert haute pression, - la chambre active pouvant être reliée alternativement avec la plage d'alimentation ou la plage de transfert suivant la direction de coulissement du piston de pompe, caractérisée en ce que la pompe à pistons est un ensemble sans arbre, qui se monte sur une extrémité (7; 43) de l'arbre (5, 5') du moteur à combustion interne, sortant du moteur et passant par une ou- verture (3a; 3a') de la paroi (3) du moteur à combustion in- terne, et qui commande une course d'au moins un piston de pompe (16; 16') par une surface (7a; 43a) de cette extrémi- té (7; 43) de l'arbre (5; 5'). 2 ) Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle est une pompe à pistons radiaux et l'extrémité de l'arbre (5) est en forme d'excentrique (7) dont la surface périphérique (7a) commande la course du piston de pompe (16). 3 ) Pompe à piston selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'excentrique (7) est voisin d'une plage d'arbre (6), cylin- drique, centrée sur l'axe de rotation (Y) de l'arbre (5) et qui sert de surface de circulation pour deux joints d'étanchéité (32, 33) distants l'un de l'autre, et qui s'appuient contre une bague intermédiaire (37) placée dans l'ouverture (3a) de la paroi (3). 4 ) Pompe selon la revendication 3, Il caractérisée en ce que la bague intermédiaire (37) est séparée de manière étanche par des joints d'étanchéité (34, 35) d'une part par rapport au moteur à combustion interne et d'autre part par rapport à la plage d'alimentation basse pression (17). ) Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle est une pompe à pistons axiaux et la surface frontale (43a) de l'extrémité (43) de l'arbre (5') est en forme de surface de nutation, inclinée, commandant la course du piston de pompe (16'). 6 ) Pompe à piston selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'extrémité (43) de l'arbre (5') est en forme de tronc de cône servant de surface de circulation pour deux joints d'étanchéité (44, 45) distants l'un de l'autre et s'appuyant dans l'ouverture (3a') de la paroi (3'). 7 ) Pompe à piston selon la revendication 3 ou 6, caractérisée par un intervalle annulaire (38, 46) entre les deux joints d'étanchéité (32, 33; 44, 45), communiquant par un branche- ment de fuite (39, 39') avec l'évacuation du liquide de fuite. 8 ) Pompe à piston selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'arbre (5, 5') est un arbre à cames du moteur à combustion interne.