EP1183467A1 - Pompe a haute pression a etancheite perfectionnee - Google Patents

Pompe a haute pression a etancheite perfectionnee

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EP1183467A1
EP1183467A1 EP00936967A EP00936967A EP1183467A1 EP 1183467 A1 EP1183467 A1 EP 1183467A1 EP 00936967 A EP00936967 A EP 00936967A EP 00936967 A EP00936967 A EP 00936967A EP 1183467 A1 EP1183467 A1 EP 1183467A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
liquid
pumping
valve
cover
Prior art date
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Granted
Application number
EP00936967A
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German (de)
English (en)
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EP1183467B1 (fr
Inventor
Christian Hervault
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive France SAS
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Siemens Automotive SA
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Automotive SA, Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Siemens Automotive SA
Publication of EP1183467A1 publication Critical patent/EP1183467A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1183467B1 publication Critical patent/EP1183467B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/12—Feeding by means of driven pumps fluid-driven, e.g. by compressed combustion-air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/14—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B1/141—Details or component parts
    • F04B1/145—Housings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston

Definitions

  • the present invention relates to a high pressure pump with improved sealing.
  • the liquid transferred is the fuel.
  • a high pressure pump for pumping a first liquid, called transferred liquid of the type comprising a main unit for pumping the transferred liquid actuated by a secondary unit for pumping a second liquid, called working liquid, and of the type comprising a generally cylindrical housing in which the main and secondary units are arranged, the main unit comprising at least two valves respectively for suction and delivery of the transferred liquid, carried by a valve body housed in the housing, each valve communicating with two suction and delivery chambers respectively of the transferred liquid, delimited by facing surfaces of generally cylindrical shape, with an axis substantially coinciding with that of the housing, formed in the body valve and housing.
  • a pump of this type is described for example in WO 97/47883.
  • the suction and delivery chambers connected to the valves are separated by a rubber O-ring.
  • This seal housed in an annular groove formed in a peripheral surface of the valve body, is relatively bulky.
  • the object of the invention is in particular to propose a high pressure pump, of the aforementioned type, provided with means for separating the suction and delivery chambers which are efficient and compact.
  • the subject of the invention is a high pressure pump, of the aforementioned type, characterized in that the facing surfaces include two complementary shoulders bearing against each other so as to form a sealed joint plane separating the chambers suction and discharge.
  • the housing comprises a body and a cover respectively forming two opposite ends of this housing, the housing body being connected to the cover by at least one screw, substantially parallel to the axis of the housing , provided with a head resting on a passing seat, formed in the housing body, and with a threaded body screwed into a threaded orifice of the cover, the pump further comprising an intermediate assembly axially clamped between a skirt of the housing body, internal to the cover, and the valve body, so that the housing body, the intermediate assembly and the valve body are enclosed between the head of the screw and the joint plane;
  • the intermediate assembly comprises a body in which is slidably mounted a piston of the secondary unit intended to compress the working liquid;
  • the housing and the valve body are made of a light metal such as aluminum or an aluminum-based alloy;
  • the intermediate assembly is made of steel or cast iron, and the screw is made of steel, the axial dimension of the intermediate assembly being substantially equal to the length (L2) of the part of the body of the screw extending between the head of this screw and the threaded hole of the cover;
  • the transferred liquid is a fuel for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • FIG. 1 is a front view of a high pressure pump according to the invention.
  • FIG. 2 is a sectional view along line 2-2 of Figure 1;
  • FIG. 3 is a sectional view along line 3-3 of Figure 1;
  • - Figure 4 is a detail view of Figure 2 in which the cutting plane has been slightly offset so as to pass through the axis of the screw shown in these Figures 2 and 4;
  • FIG. 5 is a detail view of the surrounded part 5 of Figure 3 showing a plug for closing means for filling a reservoir of the pump in a pre-closing position;
  • FIG. 6 is a view similar to Figure 5 showing a first variant of the plug
  • FIG. 7 is a view similar to Figure 3 showing a second variant of the plug; - Figures 8 to 11 are views similar to Figure 2 showing four variants respectively of a pump hub according to the invention.
  • FIG. 1 to 3 a high pressure pump according to the invention, designated by the general reference 12.
  • the pump 12 is intended for supplying high pressure fuel to an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the pump 12 is therefore intended to pump a first liquid, namely fuel in the example described, called the transferred liquid.
  • Figure 1 we recognize a connector 14 for connecting the pump 12 to a fuel tank.
  • the pump 12 comprises a housing 16 of generally cylindrical shape, of axis X, in which are arranged a main unit 18 for pumping fuel and a secondary unit 20 for pumping a second conventional liquid, for example a mineral oil, called a working liquid.
  • the main unit 18 is actuated by the secondary unit 20 according to general general operating principles described for example in WO 97/47883.
  • the housing 16 comprises a body 22, of generally cylindrical shape, surrounding the secondary unit 20, and a cover 24, of generally cylindrical shape, surrounding the main unit 18.
  • the housing body 22 and the cover 24 respectively form two ends opposite the housing 16.
  • the housing body 22 is connected to the cover 24 by at least one screw 26, for example three screws 26.
  • a screw 26 will be described in more detail detail later.
  • the main unit 18 is separated from the secondary unit 20 by a separation disc 28 centered substantially on the axis X.
  • This disc 28 is preferably made of steel or cast iron.
  • the main unit 18 comprises at least one flexible membrane 30 for pumping fuel, for example three membranes 30 as in the example illustrated. It will be noted that only two membranes 30 are shown in the figures, in particular in FIG. 3.
  • the membrane 30 separates a fuel pumping chamber 32, arranged in the main unit 18, from a working liquid compression chamber 34, arranged in the secondary unit 20.
  • the volume of the pumping chamber 32 is variable .
  • the compression chamber 34 is partially formed in the separation disc 28.
  • Each pumping chamber 32 is associated with a fuel suction valve 36 and a fuel delivery valve 38.
  • These valves 36, 38 are carried by a body 40 housed in the cover 24 between a bottom of the latter and the separation disc 28.
  • the body 22 of the housing, the cover 24 and the valve body 40 are made of aluminum or an aluminum-based alloy or another equivalent light metal.
  • valves 36, 38 are connected in a manner known per se to the corresponding pumping chamber 32 as well as to a safety valve 42 of conventional structure and operation.
  • each membrane 30 can be moved between a first position of maximum volume of the pumping chamber 32, as shown in particular in FIGS. 2 and 3, and a second position of minimum volume of this pumping chamber (not shown in the figures).
  • the displacements of the membrane 30 are imposed in particular by the secondary unit 20 and control the opening and closing of the fuel suction and discharge valves 36, 38.
  • Each membrane 30 is constantly returned elastically to its first position by a spring 44, called a membrane spring.
  • Each valve 36, 38 communicates, on the one hand, with a fuel suction chamber 46 and, on the other hand, a fuel delivery chamber 48.
  • the suction chamber 46 is connected in a manner known per se to the fuel supply connector 14.
  • the fuel suction 46 and discharge 48 chambers are delimited, at least in part, by facing surfaces 50, 52, of generally cylindrical shape, with an axis substantially coinciding with the axis X.
  • a first surface 50 forms an inner surface of the cover 24.
  • the second surface 52 forms a peripheral surface of the valve body 40.
  • the facing surfaces 50, 52 comprise two complementary shoulders 50E, 52E bearing between them so as to form a sealed joint plane separating the suction 46 and discharge 48 chambers. This joint plane is substantially perpendicular to the axis X.
  • the shoulders 50E, 52E form an effective metal-metal seal.
  • suction chamber 46 in which the pressure is lower than in the discharge chamber 48, is delimited by the bottom of the cover 24, the thickness of which is relatively small.
  • discharge chamber 48 is delimited by a peripheral wall of the cover 24 which is thicker than the bottom of this cover, so as to resist the high pressure reached by the fuel circulating in this delivery chamber.
  • the secondary unit 20 comprises a piston 54 for compressing working liquid associated with each membrane 30 and intended to move this membrane 30 between its two positions.
  • the secondary unit 20 comprises three pistons 54 only two of which are visible in the figures, in particular in FIG. 3.
  • the piston 54 is slidably mounted in a body 56, preferably made of steel or cast iron, so as to be movable substantially parallel to the axis X.
  • the piston 54 extends between the chamber 34 for compression of the working liquid, formed partly in the piston body 56, and a reservoir 58 of working liquid.
  • the end of the piston 54, external to the piston co ⁇ s 56, is elastically returned by a spring 59 in contact with a rolling stop, for example a needle stop 60, carried by a bias plate 62 for actuating the pistons 54
  • This bias plate is carried by a hub 64 of the secondary unit 20.
  • This hub 64 is rotatably mounted around the axis X in the case 22 of the housing forming a bearing.
  • the bias plate 62 rotates around the axis X together with the hub 64, the latter being connected to conventional drive means by a seal 66 of the Oldham type.
  • the sealing of the working liquid between the housing co ets 22 and the hub 64 is ensured by conventional means comprising in particular an annular seal 67 made of elastomer.
  • the hub 64 will be described in more detail later.
  • each screw 26 is provided with a head 26T and a threaded co ⁇ s 26C.
  • the head 26T is supported on a passing seat 68 formed in the housing co ⁇ s 22.
  • the threaded co ⁇ s 26C is screwed into a threaded orifice 70 formed in an ear 72 secured to the cover 24.
  • the casing co ⁇ s 22, the intermediate assembly El and the valve co ⁇ s 40 are sandwiched between the head 26T of the screws and the joint plane materialized by the shoulders 50E, 52E.
  • the axial dimension Ll of the intermediate assembly El is substantially equal to the length L2 of the part of the co ⁇ s 26C of the screw extending between the head 26T of this screw and the tapped orifice 70.
  • the dilations of the different materials namely, on the one hand, aluminum or light metal and, on the other hand, steel or cast iron, are substantially identical inside and outside of the housing 16.
  • the piston 54 is provided with an axial bore 74 through which the working liquid can flow between the reservoir 58 and the compression chamber 34.
  • the bore 74 is stepped and comprises a section 74A of large diameter, opening into the compression chamber 34, and a section 74B of small diameter, opening into the reservoir 58.
  • a ball, forming a valve 76 is housed in the section 74A of large diameter so as to be movable, on the one hand, between a shoulder E74, separating the sections 74A and 74B, forming a seat for closing the valve 76, and on the other hand, a stop 78 for limiting the opening stroke of this valve 76.
  • the valve 76 opens as soon as the pressure of the working liquid in the reservoir 58 exceeds that of the working liquid in the compression chamber 34. Otherwise, the valve 76 closes so as to close the bore 74.
  • the stiffness of the diaphragm return spring 44 associated with the piston 54 is dimensioned so that this spring 44 maintains the working liquid contained in the compression chamber 34 in su ⁇ ression relative to the working liquid contained in the reservoir 58, this as long as the membrane 44 has not reached its first position of maximum volume of the pumping chamber 32.
  • the membrane spring 44 allows the automatic return of the membrane 30 to its first position, this even in the absence of fuel in the main pumping unit 18. Furthermore, when the piston 54 moves towards the left considering Figures 2 and 3, given the leakage of working liquid between the compression chamber 34 and the reservoir 58, the membrane 30 reaches its first position before the piston 54 completes its stroke to the left. Consequently, once the membrane 30 reaches its first position, the pressure of the working liquid in the compression chamber 34 drops relative to that of the working liquid in the reservoir 58, which causes the valve 76 to open and replenishing the compression chamber 34 with working liquid so as to compensate for leaks.
  • These filling means comprise a filling neck 80, connected to the reservoir 58, closable by a plug 82.
  • the plug 82 is intended to cooperate by screwing with the neck 80.
  • the plug 82 has a blind hole 84, substantially axial, communicating via a hole 86 in the plug , substantially radial, with a peripheral recess 88 of the plug extended axially by a sealing surface 90 of this plug intended to cooperate with a sealing seat 92 formed in the end of the neck 80 close to the reservoir 58.
  • the shutter surface 90 and shutter seat 92 have generally conical shapes, the shutter surface 90 converging towards the shutter seat 92.
  • the plug 82 is movable in the neck 80, by screwing, between a pre-sealing position of the reservoir 58, in which the closure surface 90 is spaced from the seat 92, above this seat 92, as shown in FIG. 5, and a closed position of this reservoir 58, in which the closed surface 90 is in leaktight contact with the seat 92, as shown in FIG. 3.
  • the neck 80 is likely to contain an overflow of working liquid in excess of the reservoir, the level N of this overflow extending in the neck 80 above the seat 92.
  • the plug 82 when the plug 82 is in its pre-sealing position, the peripheral recess 88 of this plug communicates with the reservoir 58, so that the blind hole 84 forms a receptacle for the overflow of working liquid. Furthermore, in the presence of the overflow in the neck 80, the plug 82 can be moved in this neck between its pre-shutting and shutter positions.
  • the plug 82 To move the plug 82, the latter is provided with an operating head 82T through which opens the open end of the blind hole 84.
  • the head 82T is delimited by a polygonal inner surface 821 allowing the operation of the plug 82 to the using a conventional tool.
  • the maneuvering head 82T can be delimited by a polygonal outer surface 82E as shown in FIG. 6, for maneuvering the plug 82 using a conventional tool.
  • the plug 82 carries a peripheral O-ring 93 positioned axially between the head 82T and the recess 88. This seal 93 seals between the neck 80 and the plug 82 above the recess 88.
  • the plug 82 makes it possible to fill the reservoir 58 under vacuum in the following manner.
  • the plug 82 is screwed into the neck 80 in its pre-sealing position as shown in FIG. 5.
  • the reservoir 58 is connected to conventional means 94 for compensating for the expansion of the working liquid contained in the reservoir 58.
  • These means comprise a flexible membrane 96 separating a channel 98 for setting communication of the membrane 96 with the working liquid of the reservoir 58 and a space 100 for release of the membrane 96 protected by a shell 102 of generally hemispherical shape.
  • the membrane 96 deforms as a function of the variations in the volume of working liquid contained in the reservoir 58.
  • the plug 82 comprises a ball 104 which can be forcibly moved between a position for pre-closing the reservoir 58, as shown in dashed lines in the figure. 7, and a position for closing off this reservoir 58, as shown in solid lines in this FIG. 7.
  • the surface of the ball 104 forms the sealing surface intended to cooperate in a sealed manner with the seat 92 of the neck.
  • the filling neck 80 is closed using the ball 104 as follows.
  • the ball 104 In the presence of the overflow of working liquid, the level N of which is shown in phantom in FIG. 7, the ball 104 is placed in its pre-sealing position as shown in phantom in this figure 7. Then, forcibly moves the ball 104 in the neck 80 so as to press it against the seat 92, as shown in solid line in FIG. 7.
  • the hub 64 will be described below in more detail with reference to FIG. 3.
  • the hub 64 comprises a sleeve 106, with an axis coinciding with the axis X, in which the bias plate 62 is housed.
  • the hub 64 also includes a ring 108 fixed on the external surface of the sleeve 106.
  • the external surface of the sleeve 106 forms a peripheral cylindrical surface SG for guiding the rotation of the hub in the housing shell 22.
  • One face of the ring 108 forms a shoulder FE for axial positioning of the hub 64 relative to the housing shell 22.
  • the housing co ⁇ s 22 comprises a jacket 110, the internal surface of which forms a cylindrical surface with a bearing SP in sliding contact with the peripheral guide surface S G of the hub.
  • the housing co ⁇ s 22 also includes a washer 112, disposed at one end of the jacket 110, provided with a face forming a flat surface of bearing FP in sliding contact with the shoulder FE of the hub.
  • the jacket 110 and the washer 112 are fixed in a manner known per se to the housing co ⁇ s 22 and are made of conventional materials, preferably with a low coefficient of friction.
  • the shoulder FE of the hub 64 extending the guide surface SG of this hub, is urged to bear against the bearing face FP of the housing shell 22 by the elastic return force of the pistons 54 in contact with the stop. with needles 60 as well as by the pressure of the working liquid in contact with the bias plate 62.
  • the cylindrical surface with a bearing surface SP is formed by the internal surface of a sleeve 114, carried by the housing shell 22, provided with an end extended by a flange 116 delimiting the flat surface of FP range.
  • the peripheral guide surface SG of the hub is formed by the external surface of a sleeve 118, in which is housed the bias plate 62, provided with an end extended by a collar 120 delimiting the axial positioning shoulder FE of the hub.
  • the sleeve 118 of the hub cooperates with a sleeve 114 integral with the housing co 22s 22 of the type shown in FIG. 8.
  • the peripheral guide surface SG and the positioning shoulder axial FE of the hub are formed by the external surface of a tubular stage member 122, in one piece, in which the bias plate 62 is housed.
  • the stage member 122 can be easily manufactured in a conventional manner, in particular by stamping, treatment and rectification.
  • the stage member 122 is in sliding contact with a cylindrical surface with a range SP and a flat surface with a range FP formed on elements similar to those shown in FIG. 3.
  • the peripheral guiding surface SG of the stage member 122 is in contact with rolling needles 124 extending substantially parallel to the axis X, and the axial positioning shoulder FE is in contact with rolling needles 126, extending substantially radially with respect to the axis X.
  • the needles 124, 126 are carried by cages 128, 130 fixed in a manner known per se on the housing co ⁇ s 22. Among the advantages of the invention, the following will be noted.
  • the invention makes it possible to separate the suction and discharge chambers associated with the suction and discharge valves of the high pressure pump with simple and effective means.
  • the housing and the valve body made of aluminum or equivalent light metal, make it possible to lighten the pump, this without however leading to problems of differential expansion between these aluminum elements and other elements of the pump made of steel or melting.

Landscapes

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Abstract

Cette pompe est destinée au pompage d'un premier liquide, dit liquide transféré, et comprend une unité principale (18) de pompage du liquide transféré actionnée par une unité secondaire (20) de pompage d'un second liquide, dit liquide de travail. Les unités principale (18) et secondaire (20) sont logées dans un boîtier (16) de forme générale cylindrique. L'unité principale (18) comprend au moins deux clapets (36, 38), respectivement d'aspiration et de refoulement du liquide transféré, portées par un corps (40) de clapet logé dans le boîtier (16). Chaque clapet (36, 38) communique avec deux chambres, respectivement d'aspiration (46) et de refoulement (48) du liquide transféré, délimitées par des surfaces en regard (50, 52) ménagées dans le corps (40) de clapet et le boîtier (16). Ces surfaces (50, 52) comprennent deux épaulements complémentaires (50E, 52E) en appui entre eux de façon à former un plan de joint étanche séparant les chambres d'aspiration (46) et de refoulement (48). Application à une pompe à haute pression pour l'alimentation en carburant d'un moteur de véhicule automobile.

Description

Pompe à haute pression à étanchéité perfectionnée.
La présente invention concerne une pompe à haute pression à étanchéité perfectionnée.
Elle s'applique en particulier à une pompe à haute pression pour l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Dans ce cas, le liquide transféré est le carburant.
On connaît déjà dans l'état de la technique une pompe à haute pression pour le pompage d'un premier liquide, dit liquide transféré, du type comprenant une unité principale de pompage du liquide transféré actionnée par une unité secondaire de pompage d'un second liquide, dit liquide de travail, et du type comprenant un boîtier de forme générale cylindrique dans lequel sont agencées les unités principale et secondaire, l'unité principale comportant au moins deux clapets respectivement d'aspiration et de refoulement du liquide transféré, portés par un corps de clapet logé dans le boîtier, chaque clapet communiquant avec deux chambres respectivement d'aspiration et de refoulement du liquide transféré, délimitées par des surfaces en regard de forme générale cylindrique, d'axe coïncidant sensiblement avec celui du boîtier, ménagées dans le corps de clapet et le boîtier.
Une pompe de ce type est décrite par exemple dans WO 97/47883. Dans la pompe décrite dans ce document, les chambres d'aspiration et de refoulement raccordées aux clapets sont séparées par un joint d'étanchéité torique en caoutchouc. Ce joint, logé dans une gorge annulaire ménagée dans une surface périphérique du corps de clapet, est relativement encombrant.
L'invention a notamment pour but de proposer une pompe à haute pression, du type précité, munie de moyens de séparation des chambres d'aspiration et de refoulement efficaces et peu encombrants. A cet effet, l'invention a pour objet une pompe à haute pression, du type précité, caractérisée en ce que les surfaces en regard comprennent deux épaulements complémentaires en appui entre eux de façon à former un plan de joint étanche séparant les chambres d'aspiration et de refoulement.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention : - le boîtier comporte un corps et un couvercle formant respectivement deux extrémités opposées de ce boîtier, le corps de boîtier étant relié au couvercle par au moins une vis, sensiblement parallèle à l'axe du boîtier, munie d'une tête en appui sur un siège passant, ménagé dans le corps de boîtier, et d'un corps fileté vissé dans un orifice taraudé du couvercle, la pompe comprenant de plus un ensemble intermédiaire enserré axialement entre une jupe du corps de boîtier, interne au couvercle, et le corps de clapet, si bien que le corps de boîtier, l'ensemble intermédiaire et le corps de clapet sont enserrés entre la tête de la vis et le plan de joint ; - l'ensemble intermédiaire comprend un corps dans lequel est monté coulissant un piston de l'unité secondaire destiné à comprimer le liquide de travail ;
- le boîtier et le corps de clapet sont fabriqués dans un métal léger tel que l'aluminium ou un alliage à base d'aluminium ;
- l'ensemble intermédiaire est en acier ou en fonte, et la vis est en acier, la dimension axiale de l'ensemble intermédiaire étant sensiblement égale à la longueur (L2) de la partie du corps de la vis s'étendant entre la tête de cette vis et l'orifice taraudé du couvercle ; et
- le liquide transféré est un carburant pour moteur à combustion interne de véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue de face d'un pompe à haute pression selon l'invention;
- la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue de détail de la figure 2 dans laquelle le plan de coupe a été légèrement décalé de façon à passer par l'axe de la vis représentée sur ces figures 2 et 4;
- la figure 5 est une vue de détail de la partie entourée 5 de la figure 3 montrant un bouchon d'obturation de moyens de remplissage d'un réservoir de la pompe dans une position de pré-obturation ;
- la figure 6 est une vue similaire à la figure 5 représentant une première variante du bouchon ;
- la figure 7 est une vue similaire à la figure 3 représentant une seconde variante du bouchon ; - les figures 8 à 11 sont des vues similaires à la figure 2 représentant quatre variantes respectivement d'un moyeu de la pompe selon l'invention.
On a représenté sur les figures 1 à 3 une pompe à haute pression selon l'invention, désignée par la référence générale 12. Dans l'exemple décrit, la pompe 12 est destinée à l'alimentation en carburant haute pression d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. La pompe 12 est donc destinée à pomper un premier liquide, à savoir du carburant dans l'exemple décrit, appelé liquide transféré.
Sur la figure 1 on reconnaît un raccord 14 destiné à relier la pompe 12 à un réservoir de carburant.
En se référant plus particulièrement aux figures 2 et 3, on voit que la pompe 12 comporte un boîtier 16 de forme générale cylindrique, d'axe X, dans lequel sont agencées une unité principale 18 de pompage de carburant et une unité secondaire 20 de pompage d'un second liquide classique, par exemple une huile minérale, dit liquide de travail. L'unité principale 18 est actionnée par l'unité secondaire 20 selon des principes généraux de fonctionnement classiques décrits par exemple dans WO 97/47883.
Le boîtier 16 comporte un corps 22, de forme générale cylindrique, entourant l'unité secondaire 20, et un couvercle 24, de forme générale cylindrique, entourant l'unité principale 18. Le corps 22 de boîtier et le couvercle 24 forment respectivement deux extrémités opposées du boîtier 16.
Le corps 22 de boîtier est relié au couvercle 24 par au moins une vis 26, par exemple trois vis 26. Chaque vis 26, de préférence en acier, s'étend sensiblement parallèlement à l'axe X. Une vis 26 sera décrite plus en détail ultérieurement.
A l'intérieur du boîtier 16, l'unité principale 18 est séparée de l'unité secondaire 20 par un disque de séparation 28 centré sensiblement sur l'axe X. Ce disque 28 est, de préférence, en acier ou en fonte.
L'unité principale 18 comprend au moins une membrane souple 30 de pompage de carburant, par exemple trois membranes 30 comme dans l'exemple illustré. On notera que seulement deux membranes 30 sont représentées sur les figures, notamment sur la figure 3.
La membrane 30 sépare une chambre de pompage de carburant 32, agencée dans l'unité principale 18, d'une chambre 34 de compression de liquide de travail, agencée dans l'unité secondaire 20. Le volume de la chambre de pompage 32 est variable. La chambre de compression 34 est ménagée partiellement dans le disque de séparation 28. A chaque chambre de pompage 32 sont associés un clapet 36 d'aspiration de carburant et un clapet 38 de refoulement de carburant. Ces clapets 36, 38, de structure et de fonctionnement classiques, sont portés par un corps 40 logé dans le couvercle 24 entre un fond de ce dernier et le disque de séparation 28. Par souci d'allégement de la pompe 12, le corps 22 du boîtier, le couvercle 24 et le corps 40 de clapet sont fabriqués en aluminium ou en alliage à base d'aluminium ou encore dans un autre métal léger équivalent.
Les clapets 36, 38 sont raccordés de façon connue en soi à la chambre de pompage 32 correspondante ainsi qu'à un clapet de sécurité 42 de structure et de fonctionnement classiques.
De façon classique, chaque membrane 30 est déplaçable entre une première position de volume maximal de la chambre de pompage 32, telle que représentée notamment sur les figures 2 et 3, et une seconde position de volume minimal de cette chambre de pompage (non représentée sur les figures). Les déplacements de la membrane 30 sont imposés notamment par l'unité secondaire 20 et pilotent l'ouverture et la fermeture des clapets 36, 38 d'aspiration et de refoulement de carburant.
Chaque membrane 30 est constamment rappelée élastiquement vers sa première position par un ressort 44, dit ressort de membrane. Chaque clapet 36, 38 communique, d'une part, avec une chambre 46 d'aspiration de carburant et, d'autre part, une chambre 48 de refoulement de carburant. La chambre d'aspiration 46 est reliée de façon connue en soi au raccord 14 d'alimentation en carburant.
Les chambres d'aspiration 46 et de refoulement 48 de carburant sont délimitées, au moins en partie, par des surfaces en regard 50, 52, de forme générale cylindrique, d'axe coïncidant sensiblement avec l'axe X. Une première surface 50 forme une surface interne du couvercle 24. La seconde surface 52 forme une surface périphérique du corps 40 de clapet.
Les surfaces en regard 50, 52 comprennent deux épaulements complémentaires 50E, 52E en appui entre eux de façon à former un plan de joint étanche séparant les chambres d'aspiration 46 et de refoulement 48. Ce plan de joint est sensiblement perpendiculaire à l'axe X. Les épaulements 50E, 52E forment un joint d'étanchéité métal-métal efficace.
On notera que la chambre d'aspiration 46, dans laquelle la pression est plus faible que dans la chambre de refoulement 48, est délimitée par le fond du couvercle 24 dont l'épaisseur est relativement faible. Par contre, la chambre de refoulement 48 est délimitée par une paroi périphérique du couvercle 24 plus épaisse que le fond de ce couvercle, de façon à résister à la pression élevée atteinte par le carburant circulant dans cette chambre de refoulement.
L'unité secondaire 20 comporte un piston 54 de compression de liquide de travail associé à chaque membrane 30 et destiné à déplacer cette membrane 30 entre ses deux positions. Ainsi, dans l'exemple décrit, l'unité secondaire 20 comporte trois pistons 54 dont deux seulement sont visibles sur les figures, notamment sur la figure 3.
Le piston 54 est monté coulissant dans un corps 56, de préférence en acier ou en fonte, de manière à être déplaçable sensiblement parallèlement à l'axe X. Le piston 54 s'étend entre la chambre 34 de compression de liquide de travail, ménagée en partie dans le corps 56 de piston, et un réservoir 58 de liquide de travail.
L'extrémité du piston 54, externe au coφs 56 de piston, est rappelée élastiquement par un ressort 59 au contact d'une butée à roulement, par exemple une butée à aiguilles 60, portée par un plateau biais 62 d'actionnement des pistons 54. Ce plateau biais est porté par un moyeu 64 de l'unité secondaire 20. Ce moyeu 64 est monté rotatif autour de l'axe X dans le coφs 22 de boîtier formant palier. Le plateau biais 62 tourne autour de l'axe X conjointement avec le moyeu 64, ce dernier étant relié à des moyens classiques d'entraînement par un joint 66 de type Oldham. L'étanchéité du liquide de travail entre le coφs 22 de boîtier et le moyeu 64 est assurée par des moyens classiques comprenant notamment un joint annulaire 67 en élastomère. Le moyeu 64 sera décrit plus en détail ultérieurement.
On notera que le disque de séparation 28 et le coφs 56 de piston forment un ensemble intermédiaire El enserré axialement entre une jupe 22J du coφs 22 de boîtier, interne au couvercle 24, et le coφs 40 de clapet. Par ailleurs, en se référant notamment à la figure 4, on voit que chaque vis 26 est munie d'une tête 26T et d'un coφs fileté 26C. La tête 26T est en appui sur un siège passant 68 ménagé dans le coφs 22 de boîtier. Le coφs fileté 26C est vissé dans un orifice taraudé 70 ménagé dans une oreille 72 solidaire du couvercle 24. De ce fait, le coφs 22 de boîtier, l'ensemble intermédiaire El et le coφs 40 de clapet sont enserrés entre la tête 26T de la vis et le plan de joint matérialisé par les épaulements 50E, 52E. De préférence, la dimension axiale Ll de l'ensemble intermédiaire El est sensiblement égale à la longueur L2 de la partie du coφs 26C de la vis s'étendant entre la tête 26T de cette vis et l'orifice taraudé 70. De cette façon, les dilatations des différents matériaux, à savoir, d'une part, l'aluminium ou le métal léger et, d'autre part, l'acier ou la fonte, sont sensiblement identiques à l'intérieur et à l'extérieur du boîtier 16.
En se référant à nouveau aux figures 2 et 3, on voit que le piston 54 est muni d'un perçage axial 74 à travers lequel le liquide de travail peut circuler entre le réservoir 58 et la chambre de compression 34. Une première extrémité du perçage 74, intérieure au coφs 56 de piston, communique en permanence avec la chambre de compression 34. La seconde extrémité du perçage 74, extérieure au coφs 56 de piston, communique en permanence avec le réservoir 58.
De préférence, le perçage 74 est étage et comporte un tronçon 74A de grand diamètre, débouchant dans la chambre de compression 34, et un tronçon 74B de petit diamètre, débouchant dans le réservoir 58.
Une bille, formant un clapet 76, est logée dans le tronçon 74A de grand diamètre de façon à être déplaçable, d'une part, entre un épaulement E74, séparant les tronçons 74A et 74B, formant un siège de fermeture du clapet 76, et d'autre part, une butée 78 de limitation de la course d'ouverture de ce clapet 76.
Le clapet 76 s'ouvre dès que la pression du liquide de travail dans le réservoir 58 dépasse celle du liquide de travail dans la chambre de compression 34. Dans le cas contraire, le clapet 76 se ferme de façon à obturer le perçage 74.
Pour le bon fonctionnement de la pompe 12, la raideur du ressort 44 de rappel de la membrane 30 associée au piston 54 est dimensionnée de telle façon que ce ressort 44 maintienne le liquide de travail contenu dans la chambre de compression 34 en suφression par rapport au liquide de travail contenu dans le réservoir 58, ceci tant que la membrane 44 n'a pas atteint sa première position de volume maximal de la chambre de pompage 32. On indiquera ci-dessous quelques caractéristiques particulières du fonctionnement des unités principale 18 et secondaire 20 de pompage, l'unité principale 18 fonctionnant selon les principes d'une pompe volumétrique.
Lorsque le plateau biais 62 enfonce le piston 54 dans le coφs 56 de piston
(déplacement du piston 54 vers la droite en considérant les figures 2 et 3), le liquide de travail contenu dans la chambre de compression 34 est comprimé (en suφression par rapport au liquide contenu dans le réservoir 58), si bien que le clapet 76 se ferme et la membrane souple 30 se déplace vers sa seconde position de volume minimal de la chambre de pompage 32. Ceci provoque, comme cela est classique, le refoulement du carburant à haute pression dans la chambre de refoulement 48.
Lorsque le plateau biais 62 permet le déplacement du piston 74 dans un sens opposé au précédent (vers la gauche en considérant les figures 2 et 3), sous l'effet du ressort de rappel 59, la membrane 30 est rappelée par le ressort 44 dans sa première position de volume maximal de la chambre de pompage 32. Ceci provoque, comme cela est classique, l'aspiration du carburant, provenant de la chambre d'aspiration 46, dans la chambre de pompage 32.
On notera que le ressort 44 de membrane permet le retour automatique de la membrane 30 dans sa première position, ceci même en cas d'absence de carburant dans l'unité principale de pompage 18. Par ailleurs, lorsque le piston 54 se déplace vers la gauche en considérant les figures 2 et 3, compte tenu des fuites de liquide de travail entre la chambre de compression 34 et le réservoir 58, la membrane 30 atteint sa première position avant que le piston 54 achève sa course vers la gauche. Par conséquent, une fois que la membrane 30 atteint sa première position, la pression du liquide de travail dans la chambre de compression 34 baisse par rapport à celle du liquide de travail dans le réservoir 58, ce qui provoque l'ouverture du clapet 76 et le réapprovisionnement de la chambre de compression 34 en liquide de travail de façon à compenser les fuites.
On décrira ci-dessous, en se référant notamment aux figures 3 et 5, des moyens simples et efficaces permettant de remplir complètement le réservoir 58 en liquide de travail.
Ces moyens de remplissage comprennent un col de remplissage 80, raccordé au réservoir 58, obturable par un bouchon 82.
Dans l'exemple illustré sur les figures 3 et 5, le bouchon 82 est destiné à coopérer par vissage avec le col 80. Le bouchon 82 comporte un trou borgne 84, sensiblement axial, communiquant par l'intermédiaire d'un perçage 86 du bouchon, sensiblement radial, avec un chambrage périphérique 88 du bouchon prolongé axialement par une surface d'obturation 90 de ce bouchon destinée à coopérer avec un siège d'obturation 92 ménagé dans l'extrémité du col 80 proche du réservoir 58. De préférence, la surface d'obturation 90 et le siège d'obturation 92 ont des formes générales coniques, la surface d'obturation 90 convergeant vers le siège d'obturation 92. Le bouchon 82 est déplaçable dans le col 80, par vissage, entre une position de pré-obturation du réservoir 58, dans laquelle la surface d'obturation 90 est écartée du siège 92, au-dessus de ce siège 92, comme cela est représenté sur la figure 5, et une position d'obturation de ce réservoir 58, dans laquelle la surface d'obturation 90 est en contact étanche avec le siège 92, comme cela est représenté sur la figure 3.
Le col 80 est susceptible de contenir un trop plein de liquide de travail en excès du réservoir, le niveau N de ce trop plein s'étendant dans le col 80 au-dessus du siège 92.
On notera que, lorsque le bouchon 82 est dans sa position de pré-obturation, le chambrage périphérique 88 de ce bouchon communique avec le réservoir 58, si bien que le trou borgne 84 forme un réceptacle pour le trop plein de liquide de travail. Par ailleurs, en présence du trop plein dans le col 80, le bouchon 82 est déplaçable dans ce col entre ses positions de pré-obturation et d'obturation.
Pour déplacer le bouchon 82, ce dernier est muni d'une tête de manoeuvre 82T à travers laquelle débouche l'extrémité ouverte du trou borgne 84. La tête 82T est délimitée par une surface intérieure polygonale 821 permettant la manoeuvre du bouchon 82 à l'aide d'un outil classique.
En variante, la tête de manoeuvre 82T peut être délimitée par une surface extérieure polygonale 82E comme cela est représenté sur la figure 6, pour la manoeuvre du bouchon 82 à l'aide d'un outil classique.
Le bouchon 82 porte un joint périphérique torique 93 positionné axialement entre la tête 82T et le chambrage 88. Ce joint 93 assure l'étanchéité entre le col 80 et le bouchon 82 au dessus du chambrage 88.
Le bouchon 82 permet d'effectuer un remplissage du réservoir 58 sous vide de la façon suivante.
Initialement, le bouchon 82 est vissé dans le col 80 dans sa position de préobturation telle que représentée sur la figure 5.
Pour remplir le réservoir 58 de liquide de travail, on effectue le vide dans ce réservoir, à l'aide de moyens classiques, puis on introduit le liquide de travail par le trou borgne 84 du bouchon. De cette façon, le liquide de travail s'écoule dans le réservoir 58 en circulant dans le trou borgne 84, le perçage radial 86 et le chambrage 88.
Le remplissage du réservoir 58 est poursuivi jusqu'à laisser subsister un trop plein dans le col 80 et le trou borgne 84, comme cela est représenté sur la figure 5. Enfin, en présence du trop plein, le bouchon 82 est déplacé par vissage jusqu'à sa position d'obturation telle que représentée sur la figure 3. Le réservoir 58 est alors isolé du col de remplissage 80, la quantité de liquide de travail subsistant dans le trou borgne
84 étant facilement évacuée par l'extrémité du trou borgne 84 débouchant à travers la tête de manoeuvre 82T.
En se référant à la figure 3, on notera que le réservoir 58 est raccordé à des moyens classiques 94 de compensation de la dilatation du liquide de travail contenu dans le réservoir 58. Ces moyens comprennent une membrane souple 96 séparant un canal 98 de mise en communication de la membrane 96 avec le liquide de travail du réservoir 58 et un espace 100 de dégagement de la membrane 96 protégé par une coquille 102 de forme générale hémisphérique. La membrane 96 se déforme en fonction des variations du volume de liquide de travail contenu dans le réservoir 58.
Sur la figure 7, on a représenté une variante de réalisation du bouchon 82. Dans ce cas, le bouchon 82 comporte une bille 104 déplaçable à force entre une position de pré-obturation du réservoir 58, telle que représentée en traits mixtes sur la figure 7, et une position d'obturation de ce réservoir 58, telle que représentée en trait plein sur cette figure 7.
La surface de la bille 104 forme la surface d'obturation destinée à coopérer de façon étanche avec le siège 92 du col. L'obturation du col de remplissage 80 au moyen de la bille 104 est réalisée de la façon suivante.
En présence du trop plein de liquide de travail, dont le niveau N est représenté en traits mixtes sur la figure 7, on place la bille 104 dans sa position de pré-obturation telle que représentée en traits mixtes sur cette figure 7. Puis, on déplace à force la bille 104 dans le col 80 de façon à la plaquer contre le siège 92, comme cela est représenté en trait plein sur la figure 7.
On notera qu'au cours du déplacement à force de la bille 104 entre ses positions de pré-obturation et d'obturation du réservoir 58, le trop plein de liquide de travail, introduit à force dans le réservoir 58 sous l'effet du déplacement de la bille 104, est compensé par la déformation de la membrane 96 des moyens de compensation de dilatation 94, comme cela est représenté sur la figure 7.
On décrira ci-dessous plus en détail le moyeu 64 en se référant à la figure 3. Dans l'exemple illustré sur cette figure 3, le moyeu 64 comprend un manchon 106, d'axe coïncidant avec l'axe X, dans lequel est logé le plateau biais 62.
Le moyeu 64 comporte également une bague 108 fixée sur la surface externe du manchon 106. La surface externe du manchon 106 forme une surface cylindrique périphérique SG de guidage en rotation du moyeu dans le coφs 22 de boîtier. Une face de la bague 108 forme un épaulement FE de positionnement axial du moyeu 64 par rapport au coφs 22 de boîtier.
Par ailleurs, le coφs 22 de boîtier comporte une chemise 110 dont la surface interne forme une surface cylindrique de portée SP en contact glissant avec la surface périphérique de guidage S G du moyeu.
Le coφs 22 de boîtier comporte également une rondelle 112, disposée à une extrémité de la chemise 110, munie d'une face formant une surface plane de portée FP en contact glissant avec l'épaulement FE du moyeu. La chemise 110 et la rondelle 112 sont fixées de façon connue en soi sur le coφs 22 de boîtier et sont fabriquées dans des matériaux classiques, de préférence à faible coefficient de friction.
On notera que l'épaulement FE du moyeu 64, prolongeant la surface de guidage SG de ce moyeu, est sollicité en appui contre la face de portée FP du coφs 22 de boîtier par la force élastique de rappel des pistons 54 au contact de la butée à aiguilles 60 ainsi que par la pression du liquide de travail en contact avec le plateau biais 62.
Selon une première variante représentée sur la figure 8, la surface cylindrique de portée SP est formée par la surface interne d'un manchon 114, porté par le coφs 22 de boîtier, muni d'une extrémité prolongée par une collerette 116 délimitant la surface plane de portée FP.
Selon une seconde variante représentée sur la figure 9, la surface périphérique de guidage SG du moyeu est formée par la surface externe d'un manchon 118, dans lequel est logé le plateau biais 62, muni d'une extrémité prolongée par une collerette 120 délimitant l'épaulement de positionnement axial FE du moyeu. Le manchon 118 du moyeu coopère avec un manchon 114 solidaire du coφs 22 de boîtier du type représenté sur la figure 8.
Selon des troisième et quatrième variantes représentées sur les figures 10 et 11 respectivement, la surface périphérique de guidage SG et l'épaulement de positionnement axial FE du moyeu sont formés par la surface externe d'un organe tubulaire étage 122, en une seule pièce, dans lequel est logé le plateau biais 62. L'organe étage 122 peut être fabriqué facilement de façon classique, notamment par emboutissage, traitement et rectification. Dans la troisième variante représentée sur la figure 10, l'organe étage 122 est en contact glissant avec une surface cylindrique de portée SP et une surface plane de portée FP ménagées sur des éléments analogues à ceux représentés sur la figure 3.
Dans la quatrième variante représentée sur la figure 11, la surface périphérique de guidage SG de l'organe étage 122 est en contact avec des aiguilles de roulement 124 s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe X, et l'épaulement de positionnement axial FE est en contact avec des aiguilles de roulement 126, s'étendant sensiblement radialement par rapport à l'axe X.
Les aiguilles 124, 126 sont portées par des cages 128, 130 fixées de façon connue en soi sur le coφs 22 de boîtier. Parmi les avantages de l'invention, on notera les suivants.
L'invention permet de séparer les chambres d'aspiration et de refoulement associées aux clapets d'aspiration et de refoulement de la pompe à haute pression avec des moyens simples et efficaces.
Le boîtier et le coφs de clapet, en aluminium ou métal léger équivalent, permettent d'alléger la pompe, ceci sans pour autant conduire à des problèmes de dilatation différentielle entre ces éléments en aluminium et d'autres éléments de la pompe en acier ou en fonte.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pompe à haute pression pour le pompage d'un premier liquide, dit liquide transféré, du type comprenant une unité principale (18) de pompage du liquide transféré actionnée par une unité secondaire (20) de pompage d'un second liquide, dit liquide de travail, et du type comprenant un boîtier (16) de forme générale cylindrique dans lequel sont agencées les unités principale (18) et secondaire (20), l'unité principale (18) comportant au moins deux clapets (36, 38) respectivement d'aspiration et de refoulement du liquide transféré, portés par un coφs (40) de clapet logé dans le boîtier (16), chaque clapet (36, 38) communiquant avec deux chambres (46, 48) respectivement d'aspiration et de refoulement du liquide transféré, délimitées par des surfaces en regard (50, 52) de forme générale cylindrique, d'axe coïncidant sensiblement avec celui du boîtier, ménagées dans le coφs (40) de clapet et le boîtier (16), caractérisée en ce que les surfaces en regard (50, 52) comprennent deux épaulements complémentaires (50E, 52E) en appui entre eux de façon à former un plan de joint étanche séparant les chambres d'aspiration (46) et de refoulement (48).
2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier (16) comporte un coφs (22) et un couvercle (24) formant respectivement deux extrémités opposées de ce boîtier, le coφs (22) de boîtier étant relié au couvercle (24) par au moins une vis (26), sensiblement parallèle à l'axe (X) du boîtier, munie d'une tête (26T) en appui sur un siège passant (68), ménagé dans le coφs (22) de boîtier, et d'un coφs fileté (26C) vissé dans un orifice taraudé (70) du couvercle (24), la pompe comprenant de plus un ensemble intermédiaire (El) enserré axialement entre une jupe (22J) du coφs (22) de boîtier, interne au couvercle (24), et le coφs (40) de clapet, si bien que le coφs (22) de boîtier, l'ensemble intermédiaire (El) et le coφs (40) de clapet sont enserrés entre la tête (26T) de la vis et le plan de joint.
3. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'ensemble intermédiaire (El) comprend un coφs (56) dans lequel est monté coulissant un piston (54) de l'unité secondaire (20) destiné à comprimer le liquide de travail.
4. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le boîtier (16) et le coφs (40) de clapet sont fabriqués dans un métal léger tel que l'aluminium ou un alliage à base d'aluminium.
5. Pompe selon les revendications 2 et 4 prises ensemble, caractérisée en ce que l'ensemble intermédiaire (El) est en acier ou en fonte, et la vis (26) est en acier, la dimension axiale (Ll) de l'ensemble intermédiaire (El) étant sensiblement égale à la longueur (L2) de la partie du coφs (26C) de la vis s'étendant entre la tête (26T) de cette vis et l'orifice taraudé (70) du couvercle (24).
6. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le liquide transféré est un carburant pour moteur à combustion interne de véhicule automobile.
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