Brevet FR2794814A1 — publié le 20001215

Pompe à piston L'invention se rapporte à une pompe à piston destinée notamment à être utilisée dans une installation de freinage de véhicule à régulation du glissement. Une pompe à piston de ce type est connue par exemple par le document DE 41 07 979 A1. La pompe à piston connue comporte un piston cylindrique, en forme de tige, muni de gorges (contre-dépouilles) et de perçages transversaux ainsi que d'un trou borgne axial, qui est fabriqué par un procédé d'usinage par enlèvement de copeaux. La fabrication du piston par un procédé d'usinage par enlèvement de copeaux est compliquée et chère. Le piston est guidé coulissant dans la direction axiale dans un alésage d'un corps de pompe et est entraîné en un mouvement alternatif de va-et-vient dans la direction axiale par un excentrique entraîné en rotation. Le piston est pressé contre la surface périphérique de l'excentrique par un ressort de rappel logé dans l'alésage de pompe. Le ressort de rappel du piston complique le montage de la pompe à piston, celui-ci repoussant différents éléments de la pompe hors de l'alésage de pompe, aussi longtemps que lesdits éléments ne sont pas fixés dans le corps de pompe. Une chambre de refoulement de la pompe fait suite au piston dans l'alésage de pompe. L'inconvénient d'un tel montage est que la pompe à piston connue est longue et exige un espace de montage important. Avantages de l'invention La pompe à piston selon l'invention, comporte un piston qui est réalisé sous la forme d'un piston creux, dont la chambre intérieure forme une chambre de refoulement de ladite pompe à piston. La conformation du piston en piston creux et le transfert qui en découle de la chambre de refoulement à l'intérieur du piston permet de réaliser une pompe courte, de construction compacte. Un élément intérieur fixe fait saillie dans un côté ouvert du piston, lequel élément délimite la chambre de refoulement d'un côté. L'élément intérieur pénétrant à l'intérieur du piston permet de réduire pratiquement à une valeur nulle un volume mort de la chambre de refoulement, c'est-à-dire un volume minimal de la chambre de refoulement à la fin de la course de refoulement; ceci permet à son tour d'obtenir un rendement plus élevé de la pompe à piston. Le piston est monté sur l'élément intérieur avec possibilité de coulissement dans la direction axiale et il est lié de manière imperdable audit élément intérieur. Grâce à la liaison imperdable, le piston et l'élément intérieur forment un module préassemblé qui peut être assemblé indépendamment des autres éléments et peut être stocké séparément. Le module préassemblé facilite les manipulations jusqu'au montage de la pompe à piston ainsi que lors du montage du piston avec un ressort de rappel éventuellement présent et avec l'élément intérieur dans l'alésage de pompe. Une fois le module préasssemblé inséré dans le corps de pompe, il n'est plus nécessaire de retenir le piston vis-à-vis de l'élément intérieur, étant donné que le piston est maintenu sur l'élément intérieur par l'excentrique. De ce fait les exigences en ce qui concerne la qualité et la résistance de la liaison imperdable entre le piston et l'élément intérieur sont faibles. Avantageusement, le piston présente une liaison à enclenchement ou une liaison à encliquetage avec l'élément intérieur. Cela signifie que le piston, lors de son montage sur l'élément intérieur s'enclenche ou s'encliquète sur l'élément intérieur et ainsi est lié de manière imperdable audit élément intérieur pour former un module préassemblé. Une liaison à enclenchement peut être annulée en tirant vigoureusement le piston hors de l'élément intérieur, ce qui n'est pas le cas d'une liaison à encliquetage. Les deux liaisons sont des liaisons par complémentarité de formes, qui sont obtenues par déformation élastique lors de la mise en place du piston sur l'élément intérieur. Le piston peut être par exemple un élément en matière plastique. Avantageusement, le piston de la pompe selon l'invention est une pièce façonnée, fabriquée par un processus de façonnage, par exemple par emboutissage profond, par frappe à froid ou par extrusion. Le piston a par exemple une forme tubulaire ou une forme de manchon, avec une paroi frontale venue d'une pièce, qui ferme ledit piston d'un côté. Il ne comporte à la fabrication aucune contre-dépouille et, de ce fait, peut être fabriqué rapidement et simplement en une seule opération par un procédé de formage. Une contre-dépouille du piston qui, aux fins de lier de manière imperdable le piston à l'élément intérieur, coopère avec une contre-dépouille de l'élément intérieur peut être réalisée par exemple par bordage, par roulage ou par matriçage d'un ou de plusieurs boutons sur le piston, lorsque le piston est engagé sur l'élément intérieur. Lorsque la liaison imperdable est une liaison à enclenchement ou une liaison à encliquetage, la contre-dépouille sur le piston est réalisée avant le montage du dudit piston sur l'élément intérieur. Afin d'augmenter la résistance à l'usure, le piston peut être trempé; un usinage particulier ou une finition particulière, telle qu'un usinage fin de sa surface, n'est pas nécessaire. Le piston peut ainsi être fabriqué à faible coût et rapidement. Avantageusement, le piston est réalisé sous la forme d'un piston étagé, c'est-à-dire qu'en deux points éloignés l'un de l'autre dans la direction axiale, le guidage et l'étanchéité du piston se font sur des diamètres différents dans un alésage de pompe d'un corps de pompe. Par la conformation du piston de pompe en piston étagé, une chambre annulaire qui entoure le piston et dont le volume augmente et diminue alternativement au cours du mouvement de va-et-vient du piston est formée. Pendant la course de refoulement du piston, au cours de laquelle le volume de la chambre de refoulement diminue, le volume de la chambre annulaire augmente, grâce à quoi du fluide est aspiré dans la chambre annulaire par la pompe à piston. Au cours d'une course de retour du piston, le volume de la chambre annulaire diminue tandis que le volume de la chambre de refoulement augmente plus rapidement que le volume de la chambre annulaire ne diminue, avec pour effet que la pompe à piston aspire du fluide. Du fait de la conformation en piston étagé de son piston, la pompe à piston selon l'invention aspire du fluide aussi bien pendant sa course de refoulement que pendant sa course de retour. L'avantage en est que le débit volumique d'aspiration est plus régulier, ce qui améliore le comportement de la pompe à piston à l'aspiration ainsi que le remplissage de la chambre de refoulement. Avantageusement, une soupape anti-retour (soupape d'aspiration ou soupape de refoulement) est logée dans l'élément intérieur, laquelle soupape contrôle un sens d'écoulement du fluide transporté par la pompe à piston à travers ladite pompe à piston. Grâce au logement de la soupape anti-retour dans l'élément intérieur, on économise de la place et l'on obtient une construction compacte de la pompe à piston. Avantageusement, la soupape anti-retour comporte un obturateur qui est guidé dans une direction de levée par un guide d'obturateur de soupape. Il est prévu au moins un passage de fluide, par lequel du fluide peut contourner l'obturateur lorsque la soupape anti-retour est ouverte. Grâce au passage de fluide, il est possible d'adopter des tolérances serrées au niveau du guide d'obturateur de soupape vis-à-vis de l'obturateur de soupape. Les tolérances serrées au niveau du guide d'obturateur de soupape ont pour avantage de réduire le bruit, les mouvements latéraux de l'obturateur de soupape ouvert, soulevé de son siège, qui sont induits par le fluide qui circule autour de l'obturateur sont largement contenus par le guide d'obturateur de soupape. Dans un agencement de l'invention, le guide d'obturateur comporte des nervures de guidage qui s'étendent dans la direction de levée et sont réalisées par exemple sous la forme d'un profil à rainures multiples. Entre les nervures de guidage sont aménagées des rainures de passage qui, cumulées, offrent une grande section de passage, de sorte que malgré des tolérances serrées au niveau du guidage de l'obturateur, la résistance à l'écoulement de la soupape antiretour est faible. J La pompe à piston selon l'invention est conçue en particulier comme pompe dans une installation de freinage de véhicule et est utilisée pour la commande de la pression dans les cylindres de frein de roue. Selon le type de l'installation de freinage, on utilise les désignations abrégées ABS, ASR, FDR ou encore EHB pour lesdites installations de freinage. Dans l'installation de freinage, la pompe sert par exemple à ramener du liquide de frein d'un cylindre de frein de roue ou de plusieurs cylindres de frein de roue dans un maître-cylindre de frein (ABS) et/ou à transporter du liquide de frein d'un réservoir d'alimentation vers un cylindre de frein de roue ou vers plusieurs cylindres de frein de roue (ASR ou FDR ou EHB). La pompe est nécessaire par exemple dans une installation de freinage munie d'une régulation du glissement des roues (ABS et ASR) et/ou dans une installation de freinage conçue comme aide à la conduite (FDR) et/ou dans une installation de freinage électro-hydraulique (EHB). Avec la régulation du glissement des roues (ABS ou ASR), on peut empêcher par exemple un blocage des roues du véhicule lors d'une action de freinage avec une forte pression sur la pédale de frein (ABS) et/ou une perte d'adhérence des roues motrices du véhicule en présence d'une forte pression sur la pédale d'accélérateur (ASR). Dans une installation de freinage incluant une fonction d'aide à la conduite (FDR), une pression de freinage est établie dans un ou dans plusieurs cylindres de frein de roue indépendamment d'un actionnement de la pédale de frein ou de la pédale d'accélérateur afin, par exemple, d'empêcher un décrochage du véhicule par rapport à la trajectoire souhaitée par le conducteur. La pompe peut encore être utilisée dans une installation de freinage électro- hydraulique (EHB), dans laquelle la pompe envoie du liquide de frein dans le ou dans les cylindres de frein de roue, chaque fois qu'un capteur de pédale de frein détecte un actionnement de la pédale de frein ou dans laquelle la pompe assure le remplissage d'un réservoir accumulateur de l'installation de freinage. Dessin L'invention est décrite dans ce qui suit à l'aide d'un exemple de réalisation préféré représenté sur le dessin. La figure unique montre une pompe à piston selon l'invention, en vue en coupe axiale. Description de l'exemple de réalisation J La pompe à piston 10 selon l'invention, représentée sur le dessin, est montée dans un alésage de pompe 12 dans un bloc hydraulique formant un corps de pompe 14. Le bloc hydraulique, dont seule un fragment entourant la pompe à piston 10 est représenté sur le dessin, fait partie intégrante d'un circuit de commande hydraulique non représenté d'une installation de freinage hydraulique d'un véhicule, dotée d'une régulation du glissement. Le bloc hydraulique comporte, en plus de la pompe à piston 10, d'autres composants hydrauliques, tels que des électrovannes, qui sont connectés les uns aux autres sur le plan hydraulique. La pompe à piston 10 comprend un piston 16 conformé en piston creux, en forme de manchon, dont l'une 18 des faces frontales est fermée par une paroi frontale 18 réalisée d'une pièce avec le piston 16. Sensiblement au milieu de sa longueur, le piston 16 s'élargit en formant un épaulement annulaire 20 à un diamètre plus grand en direction de son extrémité ouverte. Le piston 16 est conformé en piston étagé, c'est-à-dire que dans la région de ses deux extrémités, l'étanchéité est réalisée sur des diamètres différents. A l'extrémité du piston 16 fermée par la paroi frontale 18, l'étanchéité est réalisée par un joint d'étanchéité 21 inséré dans une gorge circulaire dans l'alésage de pompe 12, qui est en contact avec la surface extérieure du piston 16. A l'extrémité ouverte du piston 16, l'étanchéité est assurée par une bague de guidage et d'étanchéité 28 qui sera décrite plus loin ou par une lèvre d'étanchéité 32 également décrite plus loin, qui est appliquée côté intérieur sur le piston 16. La bague de guidage et d'étanchéité 28 et la lèvre d'étanchéité 32 sont appliquées sur un diamètre plus grand du piston 16; elles assurent l'étanchéité du piston 16 sur un diamètre plus grand que le joint d'étanchéité 21 à l'extrémité fermée du piston 16. Avec l'étanchéité réalisée au niveau de différents diamètres, on obtient un piston étagé 16 grâce auquel la pompe à piston 10 aspire du fluide aussi bien pendant une course de refoulement que pendant une course de retour, ce qui a pour effet d'améliorer le comportement d'aspiration de la pompe à piston 10. Comme variante de l'exemple de réalisation représenté, le piston 16 peut être réalisé sous la forme d'un piston dit simple, sur lequel l'étanchéité est réalisée au niveau de diamètres identiques, dans la région de ses deux extrémités. Pour cela, il faudrait dans l'exemple de réalisation représenté, augmenter le rayon du piston de la valeur de l'épaisseur de paroi dudit piston au niveau de l'épaulement annulaire 20. Une autre possibilité consisterait à réaliser le piston 16 sans épaulement et à réaliser l'étanchéité extérieurement à ses deux extrémités. Le piston 16 lors de sa fabrication ne comporte aucune contre-dépouille; il peut être fabriqué sans problème et de manière simple par un procédé de formage. Dans l'exemple de réalisation représenté, le piston 16 est fabriqué par emboutissage profond à partir de tôle métallique. Pour accroître sa résistance à l'usure, le piston est trempé; un usinage/une finition autre n'est pas nécessaire. Une saillie 22 en forme de d'un élément intérieur 24 qui est monté fixé dans l'alésage de pompe 12 pénètre dans l'extrémité ouverte du piston 16. La saillie en forme de 22 est formée d'une pièce avec une embase circulaire 26 de l'élément intérieur 24, par laquelle ledit élément intérieur 24 est fixé dans l'alésage de pompe 12. Le piston 16, dans la partie de plus gros diamètre, est guidé coulissant dans la direction axiale et avec étanchéité sur la saillie en forme de 22. Dans le présent exemple de réalisation de l'invention, deux possibilités différentes pour le guidage et l'étanchéité sont représentées sur la moitié gauche et la moitié droite de la figure. A noter que les deux possibilités ne peuvent pas être mises en oeuvre en même temps. La représentation des deux possibilités conjointement dans une même figure n'est donnée qu'à des fins de comparaison desdites deux possibilités. Dans la moitié gauche de la figure, une bague d'étanchéité et de guidage 28 est montée sur la saillie en forme de 22 et est tenue sur la périphérie de ladite saillie 22 par un certain nombre de zones matées 30. La bague d'étanchéité et de guidage 28 est appliquée de manière étanche sur la paroi extérieure du piston 16. Dans cet agencement de l'invention, conformément à la moitié gauche de la figure, l'élément intérieur 24 avec la saillie en forme de 22 peut être fabriqué par exemple en acier. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la partie droite de la figure, l'élément intérieur 24 est réalisé par exemple en matière plastique par un procédé de moulage-injection. La saillie en forme de téton 22 comporte une lèvre d'étanchéité 32 circulaire venue d'une pièce avec la saillie qui est en contact d'étanchéité avec la paroi intérieure du piston 16 et assure le guidage coulissant du piston 16 dans la direction axiale. Cet agencement de l'invention permet de faire l'économie d'une bague d'étanchéité et de guidage séparée. Pour lier de manière imperdable le piston 18 à l'élément intérieur 24 jusqu'au moment du montage de la pompe à piston 10 dans le corps de pompe 14, un bord libre 24 du piston 16 est déformé radialement en direction de l'intérieur, par exemple par bordage ou par roulage. Le bord libre 34 déformé en direction de l'intérieur s'engage derrière un épaulement annulaire 35 prévu sur l'élément intérieur 24. L'épaulement annulaire 35 forme une contre-dépouille 36 sur l'élément intérieur 24. Dans le mode de réalisation représenté sur la moitié gauche de la figure, l'épaulement annulaire 35 pour la contre- dépouille 36 est obtenu par le fait que la bague d'étanchéité et de guidage 28 dépasse radialement par rapport à la saillie en forme de 22 de l'élément intérieur 24. Dans le mode de réalisation représenté sur la moitié droite de la figure, l'épaulement annulaire 35 est aménagé directement sur la saillie en forme de 22 de l'élément intérieur 24. La liaison imperdable entre le piston 16 et l'élément intérieur 24 permet de réaliser un module préassemblé qui simplifie de manière très sensible la manipulation lors du stockage, lors du transport et également lors du montage dans le corps de pompe 14. Pour entraîner le piston 16 dans son mouvement axial de va-et-vient dans l'alésage de pompe 12, la pompe à piston 10 comporte un excentrique 38 mû par un moteur électrique, contre la surface périphérique duquel la face frontale 18 du piston 16 est pressée par un ressort de rappel 40 conformé en ressort hélicoïdal de compression. Le ressort de rappel est disposé dans la chambre intérieure du piston 16, prend appui sur la saillie en forme de 22 de l'élément intérieur 24 et presse le piston 16 contre la surface périphérique de l'excentrique 38. La chambre intérieure du piston 16, laquelle est délimitée par la saillie en forme de 22 pénétrant dans le côté ouvert du piston 16, forme une chambre de refoulement 42 de la pompe à piston 10, dont le volume diminue et augmente alternativement avec le mouvement alternatif de va-et-vient du piston 16, grâce à quoi la pompe à piston 10 refoule le fluide (le liquide de frein) d'une manière connue en soi. Une soupape d'aspiration 44 de la pompe à piston 10 est logée dans la chambre intérieure du piston 16 formant la chambre de refoulement 42. La soupape d'aspiration 44 est agencée sous la forme d'une soupape antiretour sollicitée par ressort. La soupape d'aspiration 44 présente un élément de siège 46 en forme de coupelle, réalisé sous la forme d'un élément en matière plastique qui est en appui par un fond sur la face intérieure de la paroi frontale 18 du piston. Le ressort de rappel 40 presse l'élément de siège 46 côté intérieur contre la paroi frontale 18 du piston et tient ainsi l'élément de siège 46 dans le piston 16. L'élément de siège 46 présente un diamètre inférieur à un diamètre intérieur du piston 16, de sorte qu'une chambre annulaire 48 est formée entre l'élément de siège 46 et le piston 16. Côté ouvert du piston 16, une lèvre d'étanchéité 50 ferme la chambre annulaire 48. La lèvre d'étanchéité 50 sépare la chambre de refoulement 42 de la chambre annulaire 48. Le fond de l'élément de siège 46 est percé d'un trou central 52 dont l'embouchure est conformée en siège 54 conique de la soupe d'aspiration 44. Des rainures radiales 56 aménagées en étoile dans le fond de l'élément de siège 46 relient la chambre annulaire 48 au trou central 52. La soupape d'aspiration 44 comporte comme obturateur une bille 58 qui est pressée contre le siège de soupape 54 par un ressort hélicoïdal de compression servant de ressort de fermeture 60. Le ressort de fermeture 60 prend appui sur la saillie en forme de 22 de l'élément intérieur 24 qui pénètre dans le piston 16. L'entrée du fluide dans la pompe à piston a lieu via un trou d'aspiration 62 qui est aménagé dans le corps de pompe 14 et débouche radialement dans l'alésage de pompe 12. De l'alésage de pompe 12, le fluide s'écoule à travers un orifice de passage 64 découpé dans la paroi périphérique du piston 16 dans la chambre annulaire 48, entre le siège de soupape 46 et la paroi périphérique du piston 16, puis de là, à travers les canaux radiaux 56 et le trou central 52, vers la soupape d'aspiration 44. Une soupape de refoulement 66 de la pompe à piston 10 est logée dans un trou débouchant central 68 dans l'élément intérieur 24. Le trou central 68 s'évase en cône et forme un siège de soupape 70. Un ressort hélicoïdal de compression servant de ressort de fermeture 72 de la soupape presse une bille 74 formant obturateur sur le siège 70. Le ressort de fermeture de soupape 72 prend appui sur une plaque de fermeture 76 circulaire qui est montée dans l'alésage de pompe 12. La plaque de fermeture 76 est tenue dans l'alésage de pompe 12 par un bourrelet de matage 78 continu du corps de pompe 14 et ferme de manière étanche l'alésage de pompe 12. La plaque de fermeture 76, de son côté, tient l'élément intérieur 24 fermement dans l'alésage de pompe 12 au niveau de l'embase 26 circulaire. Le fluide qui sort via la soupape de refoulement 66 s'écoule à travers des canaux radiaux disposés en étoile entre:l'embase 26 circulaire de l'élément intérieur 24 et la plaque de fermeture 76 dans un trou de refoulement 82 qui est aménagé dans le corps de pompe 14, radialement par rapport à l'alésage de pompe 12. Le trou central 68 dans l'élément intérieur 24 comporte, autour de la bille 74 de la soupape de refoulement 66, des nervures de guidage 84 parallèles agencées en une sorte de moletage intérieur ou de profil polygonal intérieur. Les nervures de guidage 84 guident la bille de soupape 74 avec une tolérance radiale serrée dans la direction de levée, c'est-à- dire dans la direction axiale. Entre les nervures de guidage 84 se trouvent des rainures de passage qui, cumulées, offrent une grande surface pour le passage du fluide sortant par la soupape de refoulement 68. REVENDICATIONS 1. Pompe à piston comportant un piston entraîné suivant un mouvement alternatif de va- et-vient, caractérisée par le fait que le piston (16) est conformé en piston creux dont la chambre intérieure forme une chambre de refoulement (42) de la pompe à piston (10), par le fait que la pompe à pison (10) comporte un élément intérieur (24) fixe qui fait saillie à travers un côté ouvert du piston (16), le piston (16) pouvant coulisser axialement sur l'élément intérieur (24), et par le fait que le piston (16) et l'élément intérieur (24) sont liés l'un à l'autre de manière imperdable. 2. Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le piston (16) s'accroche derrière une contre-dépouille (36) de l'élément intérieur (24). 3. Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la liaison imperdable entre le piston (16) et l'élément intérieur (24) est une liaison de retenue. 4. Pompe à piston selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la liaison de retenue est une liaison à enclenchement ou une liaison à encliquetage. 5. Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le piston (16) est une pièce de façonnage. 6. Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le piston (16) est conformé en piston étagé. 7. Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'une soupape anti- retour (66) qui contrôle le sens d'écoulement du fluide est insérée dans l'élément intérieur (24). 8. Pompe à piston selon la revendication 7, caractérisée par le fait que la soupape anti- retour (66) comporte un obturateur (74) et un guide d'obturateur (84), le guide d'obturateur (84) comportant au moins un passage de fluide par lequel du fluide peut contourner l'obturateur (74) lorsque la soupape anti-retour (66) est ouverte. Il 9. Pompe à piston selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la soupape anti- retour (66) comporte des nervures de guidage (84) comme guide pour l'obturateur (74), les nervures de guidage (84) définissant entre elles des rainures de passage par lesquelles du fluide peut contourner l'obturateur (74) lorsque la soupape anti-retour (66) est ouverte. 10. Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'une soupape anti- retour (44) qui contrôle le sens d'écoulement du fluide dans la pompe à piston est disposée dans la chambre intérieure (42) du piston (16).