Brevet FR2873767A1 — publié le 20060203

Domaine de l'invention La présente invention concerne une pompe à piston comprenant un élément d'étanchéité pour séparer de manière étanche une chambre de pression d'une zone basse pression de la pompe à piston. Etat de la technique On connaît différentes réalisations de pompes à piston selon l'état de la technique. Dans les systèmes de frein de véhicule utilisés fréquemment par exemple des pompes à pistons radiaux pour fournir la pression hydraulique dans un circuit de frein. Dans ces conditions, un piston est par exemple déplacé par un excentrique suivant un mouvement alternatif pour aspirer du liquide hydraulique dans une chambre de pression et le refouler sous pression. Le piston se dé-place ainsi dans un élément de cylindre et l'étanchéité entre la chambre de pression et la zone basse pression du piston est fréquemment assu- rée par des bagues de piston ou des joints d'étanchéité intégrés au cylindre. Récemment, la réglementation relative aux installations ou circuits de freins notamment à l'augmentation de la pression s'est vue modifiée. Or, pour les joints d'étanchéité utilisés jusqu'alors pour les pompes à piston, on a une fuite plus importante. Pour avoir néanmoins un bon rendement malgré l'augmentation souhaitée des pressions, il faut améliorer l'étanchéité entre la chambre de pression et la zone basse pression sans augmenter le coût de fabrication d'une telle pompe. Cela est d'autant plus important qu'à l'avenir les véhicules seront de plus en plus équipés de meilleures installations de freins et de systèmes de sta- bilisation. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne une pompe à piston du type défini ci-dessus, caractérisée en ce qu'au niveau de sa périphérie intérieure l'élément d'étanchéité a des secteurs en saillie et des secteurs en retrait de façon que le liquide de la chambre de pression s'applique contre les secteurs en retrait en phase de pression de la pompe à pis-ton. En d'autres termes, la pompe à piston selon l'invention présente une meilleure étanchéité entre la chambre de pression et la zone basse pression. Dans le cas de pompes à piston existantes, cela permet de diminuer les fuites et dans le cas d'exigences plus strictes concernant la pression engendrée par la pompe à piston, cela permet de maintenir les fuites dans des limites définies. Ainsi, grâce aux secteurs en saillie et aux secteurs en retrait de la bague d'étanchéité selon l'invention, le liquide de la chambre de pression peut s'appliquer contre les secteurs en retrait notamment pendant la phase de pression de la pompe à piston. Ainsi, la pression régnant dans la chambre de pression améliore l'étanchéité puisque le liquide s'applique contre les secteurs en retrait au niveau de la périphérie intérieure du joint d'étanchéité et pousse celui-ci contre la paroi du cylindre. On réduit ainsi les fuites entre la chambre de pression et la zone basse pression de la pompe à piston. Ainsi, le joint d'étanchéité selon l'invention a une structure relativement simple et sa fabrication est économique. Le joint d'étanchéité selon l'invention permet de maintenir un niveau de pression plus élevé à l'aide de la pompe à piston sans augmenter les fuites dans la pompe et de diminuer par conséquence le rendement de la pompe à piston. Pour avoir une application aussi régulière que possible du joint d'étanchéité contre le cylindre, les secteurs en saillie et les secteurs en retrait sont prévus à la périphérie intérieure du joint d'étanchéité pour qu'à chaque secteur en saillie soit associé en regard un secteur en saillie et qu'à chaque secteur en retrait soit associé en regard un secteur en retrait. Les secteurs en saillie et/ou les secteurs en retrait du joint d'étanchéité ont de préférence la même longueur dans la direction périphérique. En d'autres termes, on aura une longueur d'arc de cercle toujours identique pour les secteurs en saillie et/ou les secteurs en retrait. Il est en outre avantageux que les secteurs en saillie soient réalisés au niveau de la périphérie intérieure du joint d'étanchéité sous la forme de zones de fixation pour bloquer le joint d'étanchéité contre le piston de la pompe. Le joint d'étanchéité est prévu de préférence au niveau d'un secteur étagé du piston, du côté de son extrémité soumise à la pression. Il est en outre avantageux que le joint d'étanchéité corn- porte une surface d'étanchéité principale et une surface d'étanchéité auxiliaire, la surface d'étanchéité principale étant comprise dans la di- rection radiale entre le joint d'étanchéité et un cylindre, et la surface d'étanchéité auxiliaire se trouvant dans la direction axiale contre une face frontale du joint d'étanchéité permettant notamment d'assurer l'étanchéité entre le joint et les zones ou secteurs étagés du piston. De façon préférentielle, le liquide de la chambre de pression soutient en phase de compression également l'étanchéité des sur-faces d'étanchéité auxiliaires. Cela peut se faire par exemple si le liquide de la chambre de pression est appliqué contre une face frontale du joint ou anneau d'étanchéité en regard de la surface d'étanchéité auxiliaire. Ainsi, le liquide de la chambre de pression peut servir à la fois à assurer l'étanchéité de la surface d'étanchéité principale et aussi celle de la surface d'étanchéité auxiliaire. Selon une autre caractéristique préférentielle, la pompe à piston comporte un élément de fixation pour maintenir le ressort de rappel de la soupape d'admission. La soupape d'admission se trouve à l'extrémité côté pression du piston notamment dans la zone étagée du piston et libère un perçage de guidage de liquide intégré au piston ou ferme celui-ci. L'élément de fixation comprend une zone marginale péri- phérique entourant l'extrémité de la zone étagée. La surface de base de la zone marginale de l'élément de fixation comporte des rainures de débordement permettant au liquide de la chambre de pression d'arriver dans les secteurs en retrait du joint d'étanchéité. Un ressort de rappel du piston exerce de préférence une force de rappel sur l'élément d'étanchéité. La pompe à piston selon l'invention est utilisée d'une manière particulièrement préférentielle dans des systèmes ou installations de frein de véhicule par exemple pour commander la pression dans les cylindres ou vérins de frein de roue. D'une manière particuliè- rement préférentielle, la pompe à piston selon l'invention est utilisée en combinaison avec des systèmes de commande et de régulation électroniques d'installations de frein tels que des systèmes ESP, EHB, ASR ou autres. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation préférentiel représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une pompe à piston comportant un élément d'étanchéité selon un mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 est une vue en perspective de l'élément d'étanchéité de la figure 1 - la figure 3 est une vue à échelle agrandie en coupe de l'élément d'étanchéité de la figure 1 explicitant son fonctionnement, - la figure 4 est une vue de côté d'un élément de retenu d'un ressort de rappel d'une soupape d'admission selon l'exemple de réalisation de l'invention. Description du mode de réalisation En référence aux figures 1 à 4, on décrira ci-après une pompe à piston selon un mode de réalisation de l'invention. Comme cela apparaît à la figure 1, la pompe à piston 1 selon l'invention comporte un piston 3 dans un boîtier 2. Plus précisé-ment le piston 3 est installé dans un perçage étagé 2a du boîtier. Le piston est déplacé dans la direction axiale X-X par un excentrique 25 logé dans une chambre à excentrique 26. Selon la figure 1, le piston est d'une part guidé dans le perçage étagé 2a et d'autre part dans un élément de cylindre 27 prévu dans le perçage étagé 2a. L'élément de cylindre 27 a principalement une forme de pot et son fond est muni d'un orifice traversant 28 dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par une soupape d'échappement 16. La surface intérieure 27 du cylindre guide le piston 3. La zone inférieure creuse de l'élément de cylindre 27 forme une chambre de pression 8 pour la pompe à piston. Un ressort de rappel 15 pour le piston 3 est logé dans la chambre de pression 8. La soupape d'échappement 16 située du côté de sortie de l'élément de cylindre 27 pour fermer l'ouverture 28 comprend une bille 17 et un ressort de rappel 18. Le ressort de rappel 18 est associé à une cavité de l'élément de fermeture 19 pour fermer de manière étanche le perçage étagé 2a. Une conduite de pression 20 est prévue en aval de la soupape d'échappement 16 et aboutit par exemple à un cylindre de roue. L'alimentation en fluide de la chambre de pression 8 se fait par deux conduites d'alimentation 21 réalisées dans le boîtier 2. Le piston 3 comporte deux perçages traversant 3a, 3b ainsi qu'un perçage longitudinal 3c pour guider le liquide hydraulique de la chambre de pression 8 à travers le piston 3. Un filtre 22 est interposé entre les con-duites 21 et les perçages de piston 3a, 3b, 3c. L'extrémité du piston 3 du côté de la chambre de pression comporte une soupape d'admission 9. La soupape d'admission 9 se compose d'une plaque de soupape 10 et d'un ressort de rappel 11 exer- çant une force sur la plaque de soupape 10. Le ressort de rappel 11 est tenu dans l'élément de fixation 12 en forme de cage. L'élément de fixation 12 est représenté de manière détaillée à la figure 4. Cet élément de fixation 12 comprend quatre éléments en forme de poutre constituant une cage en forme de pot pour le ressort de rappel 11 ainsi qu'un bord périphérique 13. La surface de base 13a du bord 13 forme plusieurs rainures de débordement 14 pour permettre la communication entre la périphérie extérieure et la périphérie intérieure du bord 13. La chambre de pression 8 loge en outre un ressort de rappel 15 pour le piston. Ce ressort s'appuie contre une surface annu- laire 13b du bord 13 de l'élément de fixation 12. Il est également prévu un élément d'étanchéité 4 représenté de manière détaillée à la figure 2. Cet élément d'étanchéité se pré-sente sous la forme d'un joint annulaire dont la périphérie extérieure comporte une surface d'étanchéité principale 4a, et dont la surface an- nulaire frontale comporte une surface d'étanchéité auxiliaire 4b. La périphérie intérieure de l'élément d'étanchéité 4 présente quatre secteurs 5 en saillie et quatre secteurs 6 en retrait. Les secteurs 5 en saillie et les secteurs 6 en retrait sont des zones en forme de surfaces et la longueur de l'arc des secteurs en saillie et des secteurs en retrait 5, 6 est identi- que. Ainsi, les différents secteurs en saillie et en retrait 5, 6 sont sensiblement identiques. Comme cela apparaît aux figures 1 et 3, l'élément d'étanchéité 4 est prévu sur la zone étagée 3d du piston 3. Comme cela apparaît notamment à la figure 3, l'élément d'étanchéité 4 est ainsi pré-vu entre la zone étagée 3d et le bord 13 de l'élément de fixation 12. L'élément de fixation 12 présente ainsi un jeu S par rapport à la surface frontale côté pression du piston 3 (voir figure 3). Ainsi le ressort de rappel 15 du piston peut exercer une force élastique FF sur l'élément d'étanchéité 4. Les secteurs en saillie 5 positionnent l'élément d'étanchéité 4 sur le piston 3. Selon la figure 1, un joint d'étanchéité 24 est prévu dans une rainure du boîtier 2 pour assurer l'étanchéité entre la zone basse pression 23 et la chambre à excentrique 26 du piston 3. Le fonctionnement de la pompe à piston 1 selon l'invention sera décrit ciaprès. La figure 1 montre la pompe à piston 1 qui vient de dépasser le point mort bas pour lequel la phase de pression de la pompe vient de commencer. Le piston 3 se déplace dans la direction de la flèche A pour établir la pression dans la chambre de pression 8. La soupape d'admission 9 et la soupape d'échappement 16 sont alors fermées. A mesure que le piston 3 se déplace dans la direction de la flèche A, la pression continue d'augmenter dans la chambre de pression 8 et la soupape d'échappement 16 reste fermée jusqu'à ce que la pression dans la chambre de pression 8 dépasse la pression régnant dans la conduite de pression 20 en aval de la soupape d'échappement. Dans ce cas, la soupape d'échappement 16 s'ouvre si bien que le liquide hydraulique sous pression peut s'échapper de la chambre de pression 8 pour passer dans la conduite de pression 20. On atteint cet état juste avant le point mort haut du piston 3. Lorsque le sens de déplacement du piston s'inverse juste après avoir atteint le point mort haut, la sou-pape 16 se ferme de nouveau et la soupape d'admission 9 s'ouvre. La plaque de soupape 10 est ainsi soulevée de son siège contre la force du ressort de rappel 11 à la surface d'extrémité du piston 3 du côté de la chambre de pression. Le liquide hydraulique peut ainsi passer de la conduite d'alimentation 21 à travers le filtre 22, les perçages 3a, 3b, 3c du piston pour arriver dans la chambre de pression 8. Le rappel du piston 8 est ainsi assuré par la force FF exercée par le ressort de rappel 15. Selon la figure 3, pendant la phase de pression, le liquide hydraulique sous pression dans la chambre de pression 8 peut s'appliquer contre le côté intérieur de l'élément d'étanchéité 4 plus précisément contre les secteurs en retrait 6 de l'élément d'étanchéité 4. Le chemin du liquide sortant de la chambre de pression 8 n'est représenté par aucune flèche à la figure 3. Si dans la phase de pression, on met le liquide de la chambre de pression 8 sous pression par le mouvement du piston 3, le liquide exerce une force radiale supplémentaire FR sur l'élément d'étanchéité 4 dans la direction radiale du piston sur les secteurs en retrait 6 de l'élément d'étanchéité 4. Comme au niveau des rai- nures de débordement 14 du bord 13 de l'élément de fixation 12, le liquide est appliqué contre la surface annulaire 4c de l'élément d'étanchéité 4 en regard de la surface d'étanchéité auxiliaire 4b, le liquide de la chambre de pression 8 continue d'exercer une force axiale FA dans la direction axiale du piston sur l'élément d'étanchéité 4. Ainsi, pendant la phase de compression de la pompe à piston 1, la pression qui augmente dans la chambre de pression 8 exerce une force radiale supplémentaire FR sur la surface d'étanchéité principale 4a de l'élément d'étanchéité 4 et une force axiale supplémentaire FA sur la surface d'étanchéité auxiliaire 4b. Comme l'élément de fixation 12 présente un faible jeu S par rapport au piston 3, pendant la phase de compression, on aura en outre une force de ressort FF exercée par le ressort de rappel 15 sur l'élément d'étanchéité 4 plus précisément sur la surface d'étanchéité auxiliaire 4b. Ainsi, la réalisation de l'élément d'étanchéité 4 selon l'invention avec des secteurs en saillie et des secteurs en retrait 5, 6 permet une meilleure étanchéité entre la chambre de pression 8 et la zone basse pression 23 de la pompe à piston 1. Il a été constaté qu'un élément d'étanchéité selon l'invention, même pour des pressions de 500 x 105 Pascal assure une excellente étanchéité entre la chambre de pression 8 et la zone basse pression 23. L'élément d'étanchéité 4 est d'une construction relativement simple et économique. L'élément d'étanchéité 4 est de préférence réalisé en matière plastique, notamment en PA66 ou PEEK. L'élément d'étanchéité 4 est fixé au niveau de la zone éta- gée 3d du piston 3 contre les secteurs en saillie 5. Il est à remarquer que les secteurs en saillie 5 doivent avoir une surface garantissant le blocage de l'élément d'étanchéité 4 contre le piston 3. L'élément d'étanchéité 4 installé au niveau de la zone étagée 3d du piston 3 per- met ainsi une réalisation plus compacte de la pompe à piston selon l'invention. REVENDICATIONS 1 ) Pompe à piston comprenant un élément d'étanchéité (4) pour séparer de manière étanche une chambre de pression (8) d'une zone basse pression (23) de la pompe à piston, caractérisée en ce qu' au niveau de sa périphérie intérieure l'élément d'étanchéité (4) a des secteurs en saillie (5) et des secteurs en retrait (6) de façon que le liquide de la chambre de pression (8) s'applique contre les secteurs en retrait (6) en phase de pression de la pompe à piston. 2 ) Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que les secteurs en saillie (5) et les secteurs en retrait (6) sont répartis à la périphérie intérieure de l'élément d'étanchéité (4) pour qu'en regard de chaque secteur en saillie (5), on a un secteur en saillie et qu'en regard de chaque secteur en retrait (6), on a un autre secteur en retrait. 3 ) Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que les secteurs en saillie (5) et/ou les secteurs en retrait (6) de l'élément d'étanchéité (4) ont la même longueur dans la direction périphérique. 4 ) Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que les secteurs en saillie (5) de l'élément d'étanchéité (4) constituent des zones de retenue pour bloquer l'élément d'étanchéité (4) contre le piston (3) de la pompe à piston. 5 ) Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (4) est prévu au niveau d'une zone étagée (3d) de l'extrémité du piston (3) du côté de la chambre de pression. 6 ) Pompe à piston selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (4) comporte une surface d'étanchéité principale (4a) et une surface d'étanchéité auxiliaire (4b), la surface d'étanchéité principale (4a) permettant l'étanchéité dans la direction radiale de l'élément d'étanchéité (4), et la surface d'étanchéité auxiliaire (4b) permettant l'étanchéité dans la direction axiale de l'élément d'étanchéité (4). 7 ) Pompe à piston selon la revendication 6, caractérisée en ce que le liquide de la chambre de pression (8) est appliqué en phase de pression de la pompe à piston contre une face frontale (4c) de l'élément d'étanchéité, la face frontale (4c) étant en regard de la surface d'étanchéité auxiliaire (4b). 8 ) Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour bloquer un ressort de rappel (11) d'une soupape d'admission (9) prévue à l'extrémité du côté de la chambre de pression du piston (3), un élément de fixation (12) prévu sur le piston (3) présente une zone mar- ginale périphérique (13) avec des rainures de débordement (14) réalisées dans la surface de base (13a) de la zone marginale (13) pour permettre au liquide de la chambre de pression (8) d'atteindre les secteurs en retrait (6) de l'élément d'étanchéité (4). 9 ) Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour rappeler le piston (3) sur l'élément d'étanchéité (4), un ressort de rappel (15) exerce une force de ressort (FF) s'exerçant dans la direction axiale (X-X) du piston. 10 ) Installation de frein ou système de stabilisation d'un véhicule comprenant une pompe à piston selon l'une quelconque des revendications 1 à9.