CH617751A5 - Lifting and forcing pump - Google Patents

Description

L'invention concerne une pompe aspirante et foulante, notamment une pompe d'injection de combustible pour moteur Diesel. Dans les pompes actuelles le phénomène de l'érosion et de l'écaillage rapides de certaines parties de la pompe est provoqué par la cavitation et les chocs provenant des très fortes et rapides variations de pression qui se produisent à la fin de chaque cycle utile de refoulement du piston, au moment où le ou les conduits d'alimentation et de décharge sont brusquement remis en communication avec la chambre de refoulement de la pompe.

La pompe, objet de l'invention comprend un piston oscillant longitudinalement, avec une course de longueur constante, à l'intérieur d'un alésage cylindrique constituant la chemise du piston. Le fluide est introduit dans la chambre de refoulement de la pompe par l'intermédiaire d'un ou plusieurs conduits transversaux traversant la chemise du piston et dont les orifices sont périodiquement obturés par la surface latérale dudit piston, pendant toute la durée de la course utile de refoulement de ce dernier. Comme la course totale du piston est constante, on fait varier la quantité de fluide refoulée à chaque cycle en réglant la course utile susmentionnée, c'est-à-dire en ajustant le temps pendant lequel les orifices des conduits précités sont obturés par la paroi latérale du piston. Dans ce but, ledit piston comporte un évidement dans sa paroi latérale, dont une bordure au moins est sensiblement hélicoïdale. Cet évidement débouche à la partie supérieure du piston de façon à établir une communication de décharge, à un instant donné de chaque cycle, entre la chambre de refoulement de la pompe et les conduits précités. Du fait que la pression de refoulement est beaucoup plus importante que la pression d'alimentation, le fluide retourne brusquement vers Iesdits conduits dès que la communication de décharge est établie, c'est-à-dire dès qu'un point de la bordure hélicoïdale arrive en regard de l'orifice de l'un de ces conduits. Le refoulement est alors arrêté presque instantanément ce qui permet de déterminer avec précision la quantité de fluide refoulée par la pompe à chaque cycle. En outre, on peut bien entendu faire pivoter le piston autour de son propre axe longitudinal de façon à faire retarder ou avancer le moment du passage de la bordure hélicoïdale devant l'orifice précité. Ce réglage supplémentaire, permettant une sorte de variation de la course utile de refoulement du piston, permet donc de régler le débit moyen de la pompe bien que le piston de celle-ci ait une course totale constante. Ce réglage de la position angulaire est obtenu très classiquement par une clavetage coulissant prévu à la partie inférieure du piston et permettant de régler et de maintenir la position angulaire désirée dudit piston, sans entraver son mouvement alternatif à course constante.

Le problème bien connu qui se pose pour un tel type de pompe est celui de la cavitation. En effet, il existe une très forte différence de pression entre la chambre de refoulement pendant la course utile du piston et le circuit d'alimentation et de décharge du fluide. A titre d'exemple, il n'est pas rare que la pression de refoulement soit de l'ordre de 1000 kg/cm2 tandis que la pression du fluide dans le circuit d'alimentation de la pompe n'est que de l'ordre de 2 kg/cm2. Dans ces conditions, la décharge, c'est-à-dire le retour rapide du fluide en excès dans la chambre de refoulement à la fin d'un cycle utile du piston vers les conduits d'alimentation et de décharge, se fait avec une très grande violence créant des tourbillons et des zones de dépression locale à l'intérieur de ces conduits, au voisinage de leurs orifices internes. Ces phénomènes sont susceptibles de provoquer une érosion rapide, et/ou des écail-lages, aussi bien au niveau des extrémités des conduits d'alimentation et de décharge que sur la surface du piston lui-même.

On sait éliminer ces tourbillons et zones de dépression en partageant chaque conduit commun d'alimentation et de décharge dans le sens longitudinal de façon à définir une voie d'alimentation et une voie de décharge, tout en établissant une communication entre les deux voies, au niveau de l'orifice interne du conduit, pour que le fluide puisse passer facilement de la voie d'alimentation vers la voie de décharge (au moment de cette décharge) de façon à empêcher la formation des zones de dépression locale et des tourbillons, et, par voie de conséquence, l'usure par cavitation. Cette solution qui a fait l'objet d'un brevet antérieur no. 589 798 en Suisse, consistait à insérer un embout dans le conduit commun, cet embout ayant s

io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

617751

la forme générale d'une lame plate dimensionnée pour laisser subsister un passage au voisinage de l'orifice dudit conduit commun, pour la circulation du fluide entre les deux voies longitudinales d'alimentation et de décharge ainsi définies. Cette solution est satisfaisante mais la construction et le positionnement de l'embout dans le conduit commun sont délicats. En particulier, l'orientation de la lame plate de l'embout par rapport à la direction des jets de retour du fluide se propageant dans le conduit, a son importance. Elle doit être soigneusement ajustée au montage et on doit prendre des précautions pour éviter tout déréglage ultérieur de cette orientation. De plus, l'embout lui-même est relativement fragile et assez délicat à fabriquer. D'autre part, l'insertion de l'embout dans le conduit commun peut provoquer des contraintes supplémentaires susceptibles d'entraîner ultérieurement une fissuration de la chemise du piston.

La présente invention a pour principal intérêt de permettre la suppression de l'embout.

Dans cet esprit, l'invention se rapporte donc à une pompe aspirante et foulante, comportant un piston cylindrique oscillant longitudinalement à l'intérieur d'un alésage formant chemise, ledit piston comportant un évidement sur sa surface externe dont au moins une bordure est sensiblement hélicoïdale pour définir la course utile de refoulement dudit piston par ajustement de sa position angulaire autour de son propre axe longitudinal, caractérisée en ce que ladite chemise comporte en outre au moins un groupe de plusieurs conduits rapprochés, parallèles, pour l'alimentation et la décharge du fluide à chaque cycle de la pompe et en ce qu'un moyen de communication au moins momentanée est ménagé entre au moins deux desdits conduits rapprochés, au voisinage de leurs orifices de sortie du côté dudit alésage.

Ainsi, les voies d'alimentation et de décharge sont cette fois matérialisées dans la masse même de la chemise du piston; cette structure est avantageuse et économique au stade de la fabrication. Elle est d'autre part plus robuste et plus résistante vis-à-vis des ondes de pression qui se propagent dans ces conduits, puisque l'élément relativement fragile (la lame plate), selon la technique antérieure connue, n'existe plus. En outre, on ménage une communication entre certains au moins de ces conduits rapprochés pour obtenir un écoulement de compensation du fluide entre les différentes voies de décharge et d'alimentation, pour élimination des zones de dépression locale et des tourbillons entraînant la cavitation. Cette communication peut être obtenue par une petite creusure ménagée dans la paroi de la chemise, de préférence entre les orifices des conduits, ou par une rainure d'une certaine largeur pratiquée dans la paroi du piston au-dessus de la bordure sensiblement hélicoïdale et parallèlement à celle-ci. Dans ce dernier cas, la position de la rainure et sa largeur sont calculées pour que la communication soit établie pendant un court instant seulement, à partir du moment où la bordure précitée commence à découvrir l'orifice de l'un des conduits rapprochés.

L'invention sera mieux comprise et les buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de deux modes de réalisation conformes au principe de l'invention donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels:

- la fig. 1 représente une vue partielle d'une pompe selon l'invention, avec la chemise du piston représentée suivant la coupe III-III de la fig. 3 et le piston représenté en vue extérieure en position dans sa chemise;

- la fig. 2 est une vue analogue à celle de la fig. 1 et représente une variante possible de la pompe;

- la fig. 3 est une vue partielle de l'alésage interne de la chemise du piston, montrant notamment les orifices de trois conduits rapprochés, pour l'alimentation et la décharge du fluide circulant dans la pompe; et

- la fig. 4 illustre schématiquement un procédé d'usinage d'une creusure de communication, pratiquée dans la paroi de l'alésage de la chemise.

Sur les dessins, on a représenté une pompe comportant une chemise 11 munie d'un alésage central 12 à l'intérieur duquel peut se déplacer un piston 13. La partie inférieure (non représentée) du piston 13 est munie d'un clavetage coulissant permettant la rotation du piston autour de son axe longitudinal 14 sans entraver son mouvement de va-et-vient le long du même axe, tout en permettant de maintenir ce piston dans une position angulaire donnée, déterminant le débit de la pompe. A cet effet, le piston 13 comporte un évidement latéral 15 susceptible d'établir une communication entre la chambre de refoulement 18, (partiellement représentée, située au-delà de la surface transversale 17 du piston) et les conduits parallèles rapprochés 20, 21 et 22, pour l'alimentation et la décharge du fluide admis dans la pompe. L'une des bordures 16 de l'évide-ment est hélicoïdale de sorte que, par ajustement de la position angulaire du piston 13 par rapport aux orifices 20a, 21a et 22a respectifs de ces conduits débouchant dans l'alésage 12, on peut régler la course utile de refoulement du piston à chaque cycle, c'est-à-dire la partie de la course totale du piston pendant laquelle toute communication est interrompue entre la chambre 18 et l'un de ces conduits.

Selon une particularité de l'invention, on a prévu, en effet, plusieurs conduits rapprochés pour l'alimentation et la décharge du fluide au lieu d'un seul conduit commun, de section plus importante, comme cela est courant dans la plupart des constructions connues. Ainsi, au lieu de percer un seul conduit commun et de le partager ensuite longitudinalement pour former au moins une voie d'alimentation et une voie de décharge, on a trouvé préférable de percer trois conduits rapprochés et parallèles, de plus faible diamètre, de sorte que la séparation longitudinale recherchée est automatiquement obtenue par le métal de la chemise elle-même qui subsiste entre les conduits rapprochés. Il peut y avoir deux conduits rapprochés ou davantage (trois dans l'exemple représenté) l'un ou les uns servant plus particulièrement à l'alimentation (remplissage de la chambre de refoulement lors du retour du piston) et l'autre ou les autres servant plus particulièrement à la décharge du fluide en excès (retour du fluide chassé de la chambre de refoulement vers ces conduits au moment où la rampe commence à découvrir les orifices correspondants) à la fin de chaque course utile de refoulement du piston. Sur les exemples représentés, où les orifices 20a, 21a, 22a sont circulaires et ont leurs centres disposés sensiblement sur un même cercle 25, il est clair que les conduits 20 et 21 servent plus particulièrement à l'alimentation tandis que le conduit 22 sert plus particulièrement à la décharge, puisque son orifice 22a est le premier découvert par la rampe 16 lors du mouvement ascendant (sur les fig. 1 et 2), du piston 13; à la fin de sa course utile de refoulement. La distinction entre conduits d'alimentation et conduits de décharge, telle que définie ci-dessus n'est cependant pas la seule particularité de l'invention. Il faut encore qu'une communication soit possible entre les conduits, au voisinage de leurs orifices 20a, 21a et 22a, au moins au moment où la rampe 16 commence à découvrir l'orifice 22a, dans les conditions définies ci-dessus. Selon la fig. 1, cette communication est obtenue de façon très simple en pratiquant une creusure 27 (également visible sur la fig. 3)

dans la paroi de la chemise 11, à l'intérieur de l'alésage 12 et plus particulièrement dans la région qui sépare les orifices d'au moins deux (et de préférence les trois) des conduits rapprochés 20, 21 et 22. La dimension de la creusure est telle qu'elle empiète au moins sur une partie des bords des orifices 20a,

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

617751

4

21a et 22a; pour assurer une possibilité de communication effective entre les conduits, même lorsque leurs orifices sont recouverts par la paroi latérale du piston 13. L'expérience a montré que la profondeur de la creusure devait être de préférence comprise entre 0,1 et 2 mm.

La fig. 4 montre une façon de procéder pour pratiquer la creusure 27. Il suffit d'introduire une fraise 30 en biais dans l'alésage 12, avant le montage du piston, puis d'enfoncer l'outil peu profondément dans la paroi de la chemise 11, sensiblement entre Iesdits orifices des conduits, ou leurs emplacements futurs si ceux-ci ne sont pas encore formés. Le guidage positif de la fraise 30 est avantageusement obtenu au moyen d'un capuchon de guidage 31 adapté, emboîté sur une extrémité de l'alésage 12 et comportant lui-même un alésage en biais 32 servant de palier de guidage à l'axe de la fraise 30. Cette dernière peut aussi être remplacée par une meule ou tout autre dispositif équivalent.

La fig. 2 illustre un autre mode de réalisation pour lequel il n'est pas nécessaire de pratiquer une creusure telle que 27. La communication, cette fois momentanée, est obtenue par une rainure 33 parallèle à la bordure 16, pratiquée dans la surface latérale du piston au voisinage de l'évidement 15 mais sans communication directe avec lui. La largeur et la position de cette rainure sont calculées pour établir un passage 34 au droit des orifices des conduits rapprochés, pendant au moins un court instant à partir du moment où la bordure 16 commence à découvrir l'un des orifices (22a). C'est la situation effectivement illustrée par la fig. 2. Autrement dit, cette communication est effectivement établie sensiblement pendant le temps des variations rapides de pression dans la pompe engendrant les phénomènes de cavitation. Pour obtenir ce résultat, il suffit d'une part que la distance d définie entre le bord de la rainure le plus proche de la bordure 16 et cette bordure elle-même, soit sensiblement inférieure au diamètre du premier orifice 22a découvert par ladite bordure 16 au cours de la course utile s de refoulement du piston, et d'autre part que la largeur 1 de cette rainure 33 soit sensiblement supérieure à la distance séparant les parties les plus voisines des orifices d'au moins deux des conduits rapprochés.

On a pu vérifier que, là encore, les meilleurs résultats étaient obtenus pour une profondeur de rainure comprise entre 0,1 et 2 mm.

Le fonctionnement est des plus simples et découle avec évidence de la description qui précède. Quel que soit le mode de réalisation retenu, il convient de remarquer qu'au moment où la bordure 16 découvrira l'orifice 22a, une possibilité de circulation du fluide entre les conduits (par le passage 34 ou par la creusure 27) existera bel et bien au moins à ce moment précis. Il se produit alors une chute de pression rapide depuis environ 1000 kg/cm2 (pression dans la chambre de refoulement) jusqu'à environ 2 kg/cm2 (pression qui règne dans les circuits d'alimentation). Ceci engendre un jet de fluide à très grande vitesse, suivant approximativement la direction de la flèche F, dans le conduit 22, qui aurait tendance à créer des tourbillons et des zones de dépression locale dans la partie supérieure de ce conduit et qui pourrait provoquer une érosion rapide par cavitation et/ou un écaillage des parois du conduit et du piston; grâce à la structure selon l'invention, ces zones de dépression sont éliminées dès leur formation par un rapport de fluide provenant des autres conduits 20,21 à travers les passages de communication définis soit par la creusure 27 soit par la rainure 33.

15

20

25

B

1 feuille dessins

Claims (8)

617751

1. Pompe aspirante et foulante, comportant un piston cylindrique oscillant longitudinalement à l'intérieur d'un alésage formant chemise, ledit piston comportant un évidement sur sa surface externe dont au moins une bordure est sensiblement hélicoïdale pour définir la course utile de refoulement dudit piston par ajustement de sa position angulaire autour de son propre axe longitudinal, caractérisée en ce que ladite chemise comporte en outre au moins un groupe de plusieurs conduits (20,21, 22) rapprochés parallèles, pour l'alimentation et la décharge du fluide à chaque cycle de la pompe et en ce qu'un moyen de communication (27, 33) au moins momentanée est ménagé entre au moins deux desdits conduits rapprochés, au voisinage de leurs orifices (20a, 21a, 22a) de sortie du côté dudit alésage.

2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen de communication est au moins en partie constitué par une creusure (27) pratiquée dans la paroi de ladite chemise (11) à l'intérieur dudit alésage (12) dans au moins la région de ladite paroi qui sépare les orifices d'au moins deux desdits conduits rapprochés.

2

REVENDICATIONS

3. Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit moyen de communication est au moins en partie constitué par une rainure hélicoïdale (33), pratiquée dans la paroi latérale dudit piston, au voisinage dudit évidement et parallèlement à ladite bordure (16) sensiblement hélicoïdale.

4. Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que, les orifices précités des conduits rapprochés étant à section circulaire, la distance définie entre le bord de la rainure le plus proche de ladite bordure et cette dernière, est sensiblement inférieure au diamètre du premier orifice découvert par ladite bordure au cours de la course utile de refoulement dudit piston.

5. Pompe selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la largeur (1) de ladite rainure (33) est sensiblement supérieure à la distance séparant les parties des plus voisines des orifices de deux desdits conduits rapprochés.

6. Pompe selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la profondeur de ladite creusure (27) et/ou rainure (33) est comprise entre 0,1 et 2 mm.

7. Procédé de fabrication d'une pompe selon la revendication 1, pompe comportant un moyen de communication entre des conduits rapprochés d'alimentation et de décharge, au voisinage des orifices desdits conduits dans l'alésage de la chemise d'un piston de la pompe, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire une fraise ou une meule (30) dans ledit alésage, en biais par rapport à l'axe dudit alésage, avant le montage dudit piston et à pratiquer une creusure par ce moyen dans la paroi latérale dudit alésage (12), sensiblement entre Iesdits orifices ou leurs emplacements futurs.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par un guidage positif de l'axe de ladite fraise dans la position en biais précitée, par exemple au moyen d'un capuchon de guidage (31) emboîté sur une extrémité dudit alésage.