Brevet FR2788311A1 — publié le 20000713

L'invention se rapporte à un dispositif compor- tant une pompe, avec un rotor présentant un perçage, et un dispositif d'entraînement avec un arbre menant pour entraîner la pompe. On connaît de telles pompes Elles sont par exem- ple des pompes à palettes rotatives ou des pompes à engrena- ges servant à convoyer des substances gazeuses ou liquides. Pour entraîner le rotor, la pompe comprend un ar- bre de pompe accouplé à un arbre menant, par exemple un arbre moteur, via un accouplement. L'arbre de pompe est tenu en ro- tation à l'aide de paliers à l'intérieur du carter de pompe. Les paliers prennent de la place dans le carter de pompe et empêchent ainsi une réalisation plus petite du carter de pompe. De plus, des étapes de montage supplémentaires sont nécessaires pour agencer les paliers. Le but de l'invention est de réaliser un disposi- tif de pompage qui présente une petite structure et que l'on peut fabriquer et monter à faibles coûts. A cet effet l'invention concerne un dispositif de pompage caractérisé en ce que l'arbre menant s'engage par coopération de forces dans le perçage du rotor, de sorte que la pompe elle-même ne dispose pas d'arbre de pompe propre. Ce dispositif de pompage présente l'avantage qu'en réduisant le nombre des composants nécessaires, le poids de la pompe est plus faible par comparaison avec une pompe habituelle, et que l'on obtient des dimensions plus compactes voire plus fai- bles. Un autre avantage de l'invention consiste à se passer des groupes structurels critiques vis-à-vis de l'usure que sont les paliers et l'accouplement, de sorte que la ré- sistance à l'usure du dispositif de pompage, notamment pour des pompes diesel, augmente, car le diesel ne convient pas à la lubrification à cause de sa faible viscosité. L'invention sera expliquée plus en détail dans ce qui suit en rapportant à un exemple de réalisation illustré dans les dessins dans lesquels: figure 1 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de pompage conforme à l'invention dans l'état non monté; - figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif de pompage illustré dans la figure 1, dans un état par- tiellement monté; - figure 3 est une vue en coupe transversale du dispositif de pompage illustré dans la figure 1, dans l'état monté; et - figure 4 est une vue en coupe transversale d'un autre dis- positif de pompage en variante, dans l'état non monté. La vue en coupe transversale de la figure 1 mon- tre un dispositif de pompage 1 pour convoyer du gazole, par exemple dans un véhicule automobile, depuis un réservoir jus- qu'à une chambre de combustion d'un moteur à combustion in- terne. La figure 1 montre dans un état non monté le dispositif de pompage 1 constitué par une pompe à palettes rotative 3 et par un dispositif d'entraînement 43, ou une unité secondaire 45 qui sert de moteur d'entraînement, (appe- lé dans ce qui suit brièvement moteur 5). Ceci signifie que la pompe à palettes rotative (appelée dans ce qui suit briè- vement pompe 3) et le moteur 5 ne sont pas regroupés mécani- quement. L'expression "dispositif d'entraînement" 43 se rapporte à toutes les variantes de dispositifs d'entraînement en relation avec un véhicule automobile. Le dispositif de pompage 1 peut être entraîné par l'arbre menant du moteur à combustion interne, par son arbre à cames ou par exemple éga- lement par ce que l'on appelle un arbre traversant d'un com- presseur d'air, utilisé par exemple en relation avec le système de freinage d'un véhicule poids lourd. Il est cepen- dant également possible d'utiliser un moteur électrique sépa- ré pour entraîner le dispositif de pompage. Dans ce qui suit, on supposera que le moteur 5 assure l'entraînement. La pompe 3 présente un carter de pompe 13 sensi- blement en deux parties, une première partie de carter 15 en forme de pot agencée en affleurement à l'extérieur sur une seconde partie de carter 17, plus grande et en forme de co- que, et un rotor 7 comportant des palettes 41 mobiles radia- lement vers l'extérieur. Les deux parties de carter 15, 17 de la pompe 3 sont reliées par des vis 49. La figure ne montre cependant qu'une seule vis 49 puisqu'il s'agit d'une coupe. Pour un meilleur centrage du groupe en rotation comportant le rotor 7, par rapport aux deux parties de carter 15 et 17, on a pré- vu plusieurs goujons de guidage 69 (dans l'illustration en coupe au nombre de deux) perpendiculaires à leur surface de contact entre les deux parties de carter 15, 17; ils sont ici logés dans la partie de carter 17 et dans le groupe en rotation. On notera encore que la pompe 3 est une pompe à carburant (pompe de préalimentation) qui possède une ouver- ture d'entrée et une ouverture de sortie 51 pour aspirer d'une part le gazole selon le principe connu d'une pompe à palettes rotative 3, depuis le réservoir et pour l'amener d'autre part à une pompe d'injection. La description plus dé- taillée du montage des palettes 41 sur le rotor ne sera pas faite car ceci ne concerne pas l'invention et d'autres prin- cipes de pompe sont également utilisables (par exemple des pompes à rouleaux ou des pompes à pistons radiaux). Selon la figure, au milieu dans l'intérieur de coque, la seconde partie de carter 17 est pourvue d'un élé- ment d'aide au centrage 21, en l'occurrence en forme de man- chette qui s'étend en direction d'un axe de rotation ou axe longitudinal 35, qui est réalisé ici en une seule pièce avec la seconde partie de carter. Dans l'élément d'aide au cen- trage 21, un perçage traversant 19 s'étend en direction axiale. Dans le présent exemple de réalisation, le diamètre extérieur de l'élément d'aide au centrage 21 va en se rétré- cissant en direction de "l'ouverture" de la coque, de sorte qu'au niveau du talon 53 du "fond" de la coque, l'élément d'aide au centrage présente une épaisseur de paroi plus éle- vée qu'à l'extrémité opposée, donc en direction de "l'ouver- ture" de la coque. L'épaisseur de paroi de l'élément d'aide au centrage 21 ne joue cependant qu'un rôle secondaire pour son fonctionnement. Au niveau du talon 53, deux joints 27 sont agencés en voisinage axial l'un de l'autre à l'intérieur de l'élément d'aide au centrage 21 dans un tronçon longitudi- nal d'étanchement 25. On peut cependant également envisager un seul ou même plusieurs joints 27 dans l'élément d'aide au centrage 21. L'autre tronçon longitudinal axial de l'élément d'aide au centrage 21, non tourné vers le talonl 53, sera dé- signé dans ce qui suit par "tronçon longitudinal de centrage" 29 et servant au centrage préalable d'un arbre menant 11 d'un dispositif d'entraînement 43. Dans la figure 1, l'arbre menant 11 est pourvu d'une gorge 55 à proximité de son extrémité libre dépassant de l'unité d'entraînement. La zone entre la gorge 55 et la face frontale 57 de l'arbre menant 11 présente une denture extérieure 39 destinée à une liaison par coopération de for- ces avec le rotor 7. En correspondance, une denture inté- rieure 37 est prévue sur une paroi intérieure d'un perçage central 9 ménagé dans le rotor 7; de la sorte la denture in- térieure 37 de ce rotor 7 et la denture extérieure 39 du dis- positif d'entraînement 43 peuvent établir une liaison 31 par coopération de forces. L'élément d'aide au centrage 21 présente un dia- mètre intérieur (d) légèrement supérieur au diamètre exté- rieur d2 de l'arbre menant 11, de sorte que dans l'état monté, une petite fente 23 se forme entre l'élément d'aide au centrage 21 et l'arbre menant 11, évitant des pertes de fric- tion pendant le fonctionnement. Il est important que la longueur 11, en direction axiale, du tronçon longitudinal de centrage 29 de l'élément d'aide au centrage 21 soit supérieure à une longueur axiale 2 indiquée dans la figure 1, à l'extrémité de l'arbre me- nant, qui résulte du tronçon longitudinal axial de la denture extérieure 39 en plus du tronçon longitudinal axial de la gorge 55 de l'arbre menant ll.Cela garantit, lors du montage du dispositif de pompage 1, que la denture extérieure 39 et la gorge et notamment également une zone raccordée à ces tronçons de l'arbre menant 11, soient guidées de façon sûre par le tronçon longitudinal de centrage 29. De plus, le carter de pompe 13 est pourvu d'une tige de centrage 33 alignée axialement au centre avec l'axe longitudinal, qui est fixée solidairement en rotation de pré- férence sur une paroi intérieure de carter 59 à l'intérieur de la première pièce de carter 15 et qui pénètre en partie dans le perçage 9 du rotor 7. Ainsi la tige de centrage 33 ne remplit pas entièrement le volume du perçage 9, mais y pénè- tre uniquement aussi loin que l'on peut introduire l'extrémi- té de l'arbre menant 11 dans l'ouverture de perçage opposée pour la liaison en coopération de forces 31. La tige de cen- trage 33 présente un diamètre extérieur d3 légèrement infé- rieur au diamètre intérieur (dl), du perçage de rotor 9. Grâce à la tige de centrage 33, la première partie de carter est également centrée par rapport à la seconde partie de carter 17, car la tige de centrage 33 s'engage dans le rotor du groupe rotor et celui-ci est centré par le goujon de cen- trage par rapport à la seconde partie de carter 17. La coupe transversale du dispositif de pompage 1 dans la figure 2 montre celui-ci dans un état partiellement monté, c'est-à-dire que la pompe 3 et le moteur 5 sont com- plètement assemblés chacun de leur côté, mais que la pompe et le moteur ne sont pas encore entièrement réunis. On utilise dans la figure 2 les mêmes références que dans la figure 1, mais les diamètres intérieurs et extérieurs (dl) à (d4) ainsi que les longueurs el, et ó2 ne sont pas illustrés dans la fi- gure 2 pour des raisons de clarté. Selon la figure 2, l'arbre menant 11 est intro- duit aussi loin dans le perçage traversant 19 de l'élément d'aide au centrage 21, pour qu'une face frontale 57 de l'ar- bre menant 11 atteint juste le tronçon longitudinal d'étan- chement 25. Comme la longueur axiale ú1 du tronçon longitudinal de centrage est supérieure à la longueur axiale 2 de la denture extérieure 39, l'arbre menant 11 est aligné exactement au centre, par un guidage dans une zone 61, donc avant que la denture extérieure 39 atteigne les joints 27. Lors d'une poursuite de l'introduction de l'arbre menant 11, on peut en outre éviter un coincement ou un endommagement des joints 27 ou du rotor 7. Lors de la poursuite de l'introduc- tion de l'arbre menant 11, la tige de centrage 33 assure que le rotor 7, qui ne possède pas de palier propre, soit préala- blement centré de telle sorte que la pénétration de "l'arbre menant 11 dans le perçage de rotor 9 se fait sans complica- tions ni endommagements. La figure 3 montre une coupe transversale du dis- positif de pompage 1 dans l'état monté (la pompe 3 et le mo- teur 5 sont regroupés). On voit dans la figure 3 que la denture intérieure 37 et la denture extérieure 39 s'engagent l'une dans l'autre au centre axial du rotor 7 pour établir une liaison par coopération de forces 31. Le rotor 7 est cen- tré de façon si exacte par l'arbre menant 11, que la tige de centrage 33 ne touche plus le rotor 7 et que la pompe 3 peut être entraînée par le moteur 5. Finalement, on notera que le dispositif d'entraî- nement 43 présente un gradin 63 ouvert au bord sur un couver- cle de carter de moteur 65 dirigé vers la pompe à palettes rotative 3. Ce gradin 63 sert pratiquement de butée pour la seconde partie de carter 17 de la pompe 3 et empêche ainsi que l'arbre menant 11 soit introduit trop loin dans le per- çage de rotor 9. Cela garantit qu'une distance 47 reste entre la face frontale 57 de l'arbre menant 11 et la tige de cen- trage 33, évitant des pertes par friction à cet endroit. La forme de coque de la seconde partie de carter 17 sert également à former la butée expliquée ci-dessus; elle sert en outre comme couvercle de carter 67 pour la face frontale 57 du moteur 5, donnant un mode de réalisation com- pact et aussi économique à fabriquer du dispositif de pompage 1, car il n'y a pas de palier interne dans la pompe de l'ar- bre menant 11. On voit donc qu'il n'est pas nécessaire d'as- socier un palier propre au groupe en rotation. Le choix des diamètres (dl), et (d2) ci- dessusassure en outre une fentefacilitant le montage par le centrage simple des pièces assemblées, et aussi évitant des pertes de friction dans les tronçons longitudinaux de cen- trage 29. La figure 4 montre un autre mode de réalisation en variante d'un dispositif de pompage; les mêmes pièces que dans les figures 1 à 3 portent les mêmes références et ne se- ront pas à nouveau expliquées. Ainsi, dans ce qui suit on se limitera aux différences.. Dans la figure 1, on a considéré une pompe à pa- lettes rotative à étage unique. Dans ces pompes à palettes rotatives à étage unique, il se pose le problème qu'une pres- sion est établie au point de travail de la pompe à palettes rotative dans la cellule de pression, qui agit unilatérale- ment, radialement sur l'arbre menant 11. Celui-ci est donc sollicité par une force radiale (suggérée dans la figure 4 et désignée par la référence F; mais cette force F ne peut ap- paraître que lorsque la pompe 3 est assemblée et en service), qui fait que l'arbre menant 11 est dévié d'une valeur mini- male, de sorte que le rotor 7 est également légèrement dépla- cé radialement et n'est plus centré par rapport aux autres composants de la pompe 3. Par suite, on risque un développe- ment de bruits plus fort, une usure plus élevée et des pertes de rendement. Pour palier ces inconvénients, on prévoit ce qui suit. Selon la figure 4 (lignes en tirets 71), la partie de carter 17 est orientée en alignement vers le cou- vercle de carter de moteur 65, de sorte que l'assemblage de la pompe 3 avec le moteur 5 peut se faire selon les explica- tions données en se rapportant aux figures 2 et 3. Simultané- ment, on voit qu'un déport 73 existe dans la pompe 3 entre l'axe longitudinal 35" de l'arbre menant 11 et un axe longi- tudinal 35' Ce déport 73 correspond à un agencement excentri- que de l'arbre menant 11 par rapport à la pompe 3. Grâce à ce déport 73, lors du montage du disposi- tif de pompage 1, on obtient que le rotor 7 qui est agencé en coopération de forces et de formes sur l'arbre menant 11 soit agencé excentriquement de la valeur du déport 73 par rapport aux autres composants de la pompe 3, notamment par rapport aux parties de carter recevant le rotor, telles que l'anneau de soulèvement et les plaques latérales. Pour assurer le mon- tage du dispositif de pompage 1 malgré le déport 73 entre les axes longitudinaux 35" et 35', la différence entre les diamè- tres dl et d2 (fente 23, figure 3) est choisie pour avoir un jeu suffisamment important qui permet le montage. Ce joint 27 est tel qu'on obtient un logement avec étanchement de l'arbre menant 11 dans la pompe 3. Grâce à la réalisation du déport 73, dans l'état de départ du dispositif de pompage 1, le rotor 7 est agencé au centre par rapport à l'arbre menant 11 et excentriquement par rapport aux autres composants de la pompe 3. Pendant le fonctionnement du dispositif de pompage 1 qui est une pompe à palettes rotative à étage unique, l'arbre menant 11 subit une force radiale en correspondance de la pression qui s'établit dans la cellule de pression.Ainsi, l'arbre menant 11 est sol- licité radialement par la force F, et il fléchit. La réalisa- tion du déport 73 entre l'axe longitudinal 35 et l'axe longitudinal 35' est choisie telle que le déport 73 corres- pond à l'égard de la valeur et de la direction au fléchisse- ment de l'arbre menant 11 au point de travail de la pompe à palettes rotative à étage unique.Ainsi, le fléchissement de l'arbre menant 11 est pratiquement compense, de sorte qu'au point de travail de la pompe à palettes rotative à étage uni- que, le rotor 7 est centré par rapport aux autres composants de la pompe 3. Ainsi, on compense les inconvénients liés au fléchissement de l'arbre menant 11, notamment les bruits, l'usure, les pertes de rendement ou similaires. La taille du déport 73 est par exemple de 0,05 mm à 0,2 mm, selon la taille de la pompe à palettes rotative à étage unique (pompe 3). Dans ce cas, l'axe longitudinal 35' est décalé de telle sorte par rapport à l'axe longitudinal35" qu'un angle de l'ordre de 170 à 190 par exemple, notamment de 180 est maintenu, vu sur la périphérie du rotor, entre l'agencement de la cellule de pression et la direction du déport 73. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Dispositif de pompage comportant une pompe (3), qui com- prend un rotor (7) présentant un perçage (9), et un disposi- tif d'entraînement (43) qui comprend un arbre menant (11) pour entraîner la pompe (3), caractérisé en ce que l'arbre menant (11) s'engage par coopération de forces dans le perçage (9) du rotor (7). 2 ) Dispositif de pompage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement (43) est une unité secondaire (45) entraînée par un moteur (5). 3 ) Dispositif de pompage selon l'une ou l'autre des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que la seconde pièce de carter (17) sert de couvercle de carter (67) au dispositif d'entraînement (43). 4 ) Dispositif de pompage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde pièce de carter (17) est réalisée en forme de pot, sa paroi de carter entourant un tronçon longitudinal du dis- positif d'entraînement (43). ) Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que - la pompe (3) est une pompe à palettes rotative à étage unique, et - un axe longitudinal (35") de l'arbre menant (11) présente un déport (73) par rapport à un axe longitudinal (35') d'un carter de pompe (15, 17, 21).