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WO1999032782A1 - Pompe a carburant a engrenages et vehicule equipe d'une telle pompe - Google Patents

Pompe a carburant a engrenages et vehicule equipe d'une telle pompe Download PDF

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WO1999032782A1
WO1999032782A1 PCT/FR1998/002791 FR9802791W WO9932782A1 WO 1999032782 A1 WO1999032782 A1 WO 1999032782A1 FR 9802791 W FR9802791 W FR 9802791W WO 9932782 A1 WO9932782 A1 WO 9932782A1
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WO
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pump
motor
fuel
pinions
electro
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PCT/FR1998/002791
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English (en)
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WO1999032782A8 (fr
Inventor
Pierre Gallon
Ismaël OUALI
Original Assignee
Hydroperfect International
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084Toothed wheels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00Apparatus 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
    • F02M37/04Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/041Arrangements for driving gear-type pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a fuel pump, in particular gasoline, in particular for the direct injection of fuel into an internal combustion engine, an electric pump unit comprising such a pump and a motor vehicle equipped with such an electric pump group.
  • the petrol injection pumps which have been used hitherto are of the piston type which moves in a straight back and forth movement.
  • the object of the present invention is to propose a pump of the type indicated above which overcomes the drawbacks which have just been stated, of the state of the art.
  • the pump is characterized in that it is a hydraulic gear pump comprising a casing delimiting a cavity in which are rotatably mounted in opposite directions, two pinions meshing one another, chambers of hydraulic fluid inlet and outlet being provided on either side of the pinion gear area and in that it is provided with peripheral fuel sealing means between the inlet and outlet chambers of that here, additional depending on the decrease in the viscosity of the hydraulic fluid
  • the peripheral sealing means are produced by increasing the number of teeth of the pinions
  • the pinion bearings are made of a material of low wear and with a low coefficient of friction, such as a carbon-based material, or ceramic or else a material suitable for receiving a plasma coating. like Carbon-Diamond, also used for sprockets
  • the pump is a pump with pressure-compensated mobile bearings for high-pressure injection.
  • the group comprises a brushless electric motor
  • the drive shaft of the pump is coupled to the motor shaft by means of a coupling device comprising a hollow housing interposed between the pump housing and a flange front of the motor and the assembly formed by the assembly of the pump, the coupling device and the motor forms a compact block
  • the drive shaft of the pump is axially aligned with the drive shaft.
  • the internal space of the housing of the coupling device comprises the coupling mechanism and the engine control electronics.
  • the motor vehicle according to the invention is characterized in that it is equipped with an electric pump group according to the invention
  • the electro-pump group is capable of being placed near or inside the petrol tank in a motor vehicle with internal combustion engine.
  • FIG. 1 is a side view, with partial section, of an electric pump unit according to the present invention
  • FIG. 2 is a side view at an offset angle of 90 ° relative to FIG. 1, with partial section along the line II-II in FIG. 1,
  • FIG. 3 is a top view, with partial section, of the electric pump unit according to FIG. 2, and
  • FIG. 4 is a detail view, on a larger scale of the hatched section of Figure 3
  • the electric pump group according to the invention comprises a gear pump 1, an electric motor 2 intended to drive the pump by means of a device 3 for coupling the pump to the motor
  • the pump 1 essentially comprises a hollow casing 5, the cavity of which has an ovoid cross section 6
  • two pinions 7 8 meshing with each other
  • the two pinions are supported by movable pressure compensated bearings 9 10 as described in French Patent No. 2,543,229 which belongs to the Applicant
  • In this cavity open inlet 1 1 and discharge 12 channels, with inlet and discharge chambers 13, 14 located on either side of the engagement zone 15
  • One of the two pinions, namely the pinion 7 is integral in rotation with the shaft 17 which constitutes the driving shaft and protrudes from the pump, while the driven pinion 8 is integral in rotation with the undue shaft 18 inside the pump
  • a special feature of the pump according to the invention lies in the fact that it is used as a pump for injecting a fluid of low viscosity, such as petrol, into the combustion chamber of a heat engine.
  • a fluid of low viscosity such as petrol
  • the efficiency of the pump depends on the peripheral seal between the pinions and the casing, that is to say in particular along the internal face of the cavity on which the teeth of the pinions slide which are indicated in 18 This sealing does not pose a problem as long as the viscosity of the fluid is sufficient
  • this problem of tightness is particularly increased in the present case, where the fluid consists of petrol whose viscosity is very low
  • the present invention proposes a solution to this problem.
  • This solution consists in providing inside the pump cavity additional sealing means compared to known gear pumps. It has been found that this effect can be obtained by increasing the number of teeth, which leads to the desired increase in peripheral sealing along the internal face of the cavity and also at the level of the teeth gear in zone 15
  • the pinions have 23 teeth what gives a module of 0.652, defined essentially by the ratio of the center distance of the pinions to the number of teeth.
  • the known pumps operating for example with oil, have, for the same center distance, a number from 1 1 to 13 teeth
  • the number of teeth is to be chosen according to the type of hydraulic fluid. It has been found that there is an optimal number beyond which phenomena detrimental to the pump occur, such as for example a reduction in the mechanical strength of the teeth and vibration problems resulting in an unpleasant increase in the noise produced by the pump
  • the bearings 9, 10 for supporting the pinions 7, 8 are made of a material of low wear, such as for example a material based on carbon or ceramic, or else a material suitable for receiving a plasma coating such as Carbon-Diamond, also used for pinions
  • a material of low wear such as for example a material based on carbon or ceramic
  • a material suitable for receiving a plasma coating such as Carbon-Diamond
  • the invention makes it possible to produce an electric pump group of a very compact structure thanks to the possibility of directly coupling the driving shaft 17 of the pump 1 to the driving shaft.
  • output 20 of the motor 2 using coupling means 21 arranged inside the housing 3
  • the latter of generally cylindrical shape, is mounted by one of its front faces on the front flange 23 of the motor and bears on its other external front face the pump 1 which is fixed to it by means of screws 24
  • the driving shaft 17 of the pump and the motor shaft 20 of the electric motor extend into the cavity 25 of the housing 3 so as to be find each other opposite inside an internal axial tubular endpiece 27 projecting from the upper front wall of the housing 3, which carries the pump
  • the coupling means 21 of the two shafts are located inside the end piece and the latter comprises an annular seal 28 interposed between the internal end of the internal face of the end piece and the motor shaft 20
  • Space internal 25 of the coupling box 3 also houses the engine control electronics 2, the electrical connection device being indicated at 30
  • the electric motor 2 is a brushless motor with integrated switching controller.
  • the motor can be adapted to be able to operate at any suitable voltage such as for example at 12 or 42 volts
  • the speed of the engine can be controlled independently of the speed of the engine, depending on the engine starting conditions, the amount of fuel injected and the injection pressure if the pressure is controlled
  • the invention as described has numerous advantages
  • the use of a fuel pump of the gear type makes it possible to considerably reduce the dimensions of the pump and ensures that an electric pump group with a compact structure is obtained.
  • bulky The advantage of driving the pump by an electric motor lies in the fact that the pump can be uncoupled from the heat engine.

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Abstract

L'invention concerne une pompe à carburant, notamment essence, en particulier pour l'injection directe du carburant dans un moteur à combustion interne. Cette pompe est caractérisée en ce qu'elle est une pompe hydraulique à engrenage (1) comprenant un carter (3) délimitant une cavité dans laquelle sont montés rotatifs dans des sens opposés, deux pignons (7, 8) engrenant l'un l'autre, des chambres d'entrée (11) et de refoulement (12) de fluide hydraulique étant prévues de part et d'autre de la zone d'engrenage (15) des pignons (7, 8) et en ce qu'elle est pourvue de moyens d'étanchéité périphériques au carburant entre les chambres d'entrée et de refoulement (11, 12) de celui-ci, supplémentaire en fonction de la diminution de la viscosité du fluide hydraulique. L'invention est utilisable dans des véhicules automobiles à pompe de distribution.

Description

POMPE A CARBURANT A ENGRENAGES ET VEHICULE EQUIPE D'UNE TELLE POMPE
L'invention concerne une pompe à carburant, notamment essence, en particulier pour l'injection directe du carburant dans un moteur à combustion interne, un groupe électro-pompe comportant une telle pompe et un véhicule automobile équipé d'un tel groupe électro-pompe
Les pompes d'injection d'essence que l'on utilise jusqu'à présent sont du type à piston mobile selon un mouvement rectiligne de va-et-vient
Ces pompes présentent l'inconvénient d'être relativement encombrante et pour les véhicules dans lesquels la pompe est entraînée par le moteur thermique, il s'ajoute à cet inconvénient notamment la contrainte d'une pompe de gavage
La présente invention a pour but de proposer une pompe du type indiqué plus haut qui pallie les inconvénients qui viennent d'être énoncés, de l'état de la technique
Pour atteindre ce but, la pompe est caractérisée en ce qu'elle est une pompe hydraulique à engrenage comprenant un carter délimitant une cavité dans laquelle sont montés rotatifs dans des sens opposés, deux pignons engrenant l'un l'autre, des chambres d'entrée et de refoulement de fluide hydraulique étant prévues de part et d'autre de la zone d'engrenage des pignons et en ce qu'elle est pourvue de moyens d'etancheite périphériques au carburant entre les chambres d'entrée et de refoulement de celui-ci, supplémentaires en fonction de la diminution de la viscosité du fluide hydraulique
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens d'etancheite périphériques sont réalisés par l'augmentation du nombre des dents des pignons Selon une autre caractéristique de l'invention, les paliers des pignons sont réalisés en un matériau de faible usure et à bas coefficient de frottement, tel qu'un matériau à base de carbone, ou céramique ou bien un matériau adapté pour recevoir un revêtement plasma comme le Carbone-Diamant, également utilisé pour les pignons
Selon une autre caractéristique de l'invention, la pompe est une pompe à paliers mobiles compensés en pression pour une injection haute pression
Le groupe électro-pompe selon l'invention est caractérisé en ce qu'il utilise une pompe selon l'invention
Selon une caractéristique de l'invention, le groupe comporte un moteur électrique sans balais
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'arbre menant de la pompe est accouplé à l'arbre du moteur par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement comportant un boîtier creux interposé entre le carter de la pompe et un flasque avant du moteur et l'ensemble formé par l'assemblage de la pompe, du dispositif d'accouplement et du moteur forme un bloc compact
Selon encore une caractéristique de l'invention, l'arbre menant de la pompe est axialement aligné avec l'arbre moteur.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'espace interne du boîtier du dispositif d'accouplement comporte le mécanisme d'accouplement et l'électronique de commande du moteur
Le véhicule automobile selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est équipé d'un groupe électro-pompe selon l'invention Selon une caractéristique de l'invention le groupe electro-pompe est susceptible d'être place a proximité ou à l'intérieur du réservoir à essence dans un véhicule automobile a moteur à combustion interne
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemples illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels
- la figure 1 est une vue latérale, avec coupe partielle, d'un groupe électropompe selon la présente invention ,
- la figure 2 est une vue latérale selon un angle décale de 90° par rapport à la figure 1 , avec coupe partielle le long de la ligne ll-ll de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue de dessus, avec coupe partielle, du groupe électropompe selon la figure 2, et
- la figure 4 est une vue de détail, à plus grande échelle de la partie en coupe hachurée de la figure 3
On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif la présente invention dans son application à un groupe électro-pompe pour l'injection à haute pression de l'essence dans un moteur à combustion interne
En se reportant aux figures 1 et 2, on constate que le groupe électro-pompe selon l'invention comporte une pompe à engrenage 1 , un moteur électrique 2 destiné à entraîner la pompe par l'intermédiaire d'un dispositif 3 d'accouplement de la pompe au moteur
La pompe 1 comprend essentiellement un carter creux 5, dont la cavité présente une section transversale ovoïde 6 Dans cette cavité sont montés rotatifs, dans des sens de rotation opposés, deux pignons 7 8 engrenant l'un l'autre Les deux pignons sont supportés par des paliers 9 10 mobiles compensés en pression tels que décrits dans le brevet français N° 2 543 229 qui appartient à la demanderesse Dans cette cavité débouchent des canaux d'entrée 1 1 et de refoulement 12, avec des chambres d'entrée et de refoulement 13, 14 situées de part et d'autre de la zone d'engrènement 15 L'un des deux pignons, à savoir le pignon 7, est solidaire en rotation de l'arbre 17 qui constitue l'arbre menant et fait saillie de la pompe, tandis que le pignon mené 8 est solidaire en rotation de l'arbre 18 indu à l'intérieur de la pompe
Etant donne que les détails de la structure de la pompe ne font pas partie de la présente invention, ils ne sont pas décrits ci-après Une description détaillée d'une telle structure se trouve dans le brevet français N° 2 543 229 susmentionné
Une particularité de la pompe selon l'invention réside dans le fait qu'elle est utilisée comme pompe pour injecter un fluide d'une faible viscosité, tel que de l'essence, dans la chambre de combustion d'un moteur thermique Or, on comprend aisément que l'efficacité de la pompe dépend de l'étanchéité périphérique entre les pignons et le carter, c'est à dire notamment le long de la face interne de la cavité sur laquelle glissent les dents des pignons qui sont indiqués en 18 Cette étanchéité ne pose pas de problème tant que la viscosité du fluide est suffisante Par contre, ce problème d'etancheite est particulièrement accru dans le cas présent, où le fluide est constitué par de l'essence dont la viscosité est très faible
La présente invention propose une solution à ce problème Cette solution consiste à prévoir à l'intérieur de la cavité de la pompe des moyens d'etancheite supplémentaires par rapport aux pompes à engrenage connues II s'est avéré que cet effet peut être obtenu en augmentant le nombre des dents, ce qui entraîne l'augmentation souhaitée de l'étanchéité périphérique le long de la face interne de la cavité et aussi au niveau de l'engrenement des dents dans la zone 15 A titre d'exemple, les pignons comportent 23 dents ce qui donne un module de 0,652, défini essentiellement par le rapport de l'entre-axe des pignons au nombre des dents A titre de comparaison les pompes connues, fonctionnant par exemple avec de l'huile, possède, pour un même entre-axe, un nombre de 1 1 à 13 dents Bien entendu, le nombre des dents est à choisir selon le type du fluide hydraulique II s'est avéré qu'il existe un nombre optimal au-delà duquel se produisent des phénomènes préjudiciables à la pompe, tels que par exemple une diminution de la résistance mécanique des dents et des problèmes vibratoires entraînant une augmentation désagréable du bruit produit par la pompe
Une autre particularité de l'invention réside dans le fait que les paliers 9, 10 de support des pignons 7, 8 sont réalisés en un matériau de faible usure, tel que par exemple un matériau à base de carbone ou de céramique, ou bien un matériau adapté pour recevoir un revêtement plasma comme le Carbone- Diamant, également utilisé pour les pignons Ces solutions de matériau permettent de résoudre les problèmes d'usure qui surviennent avec de l'essence qui est un fluide très peu lubrifiant
En proposant comme pompe à essence une pompe à engrenage, l'invention permet de réaliser un groupe électro-pompe d'une structure très compacte grâce à la possibilité d'accoupler directement l'arbre menant 17 de la pompe 1 à l'arbre de sortie 20 du moteur 2, à l'aide de moyens d'accouplement 21 disposés à l'intérieur du boîtier 3 Ce dernier, de forme générale cylindrique, est monté par une de ses faces frontales sur la bride avant 23 du moteur et porte sur son autre face frontale extérieure la pompe 1 qui y est fixée à l'aide de vis 24 L'arbre menant 17 de la pompe et l'arbre moteur 20 du moteur électrique s'étendent dans la cavité 25 du boîtier 3 de façon à se trouver mutuellement en regard à l'intérieur d'un embout tubulaire axial interne 27 faisant saillie de la paroi frontale supérieure du boîtier 3, qui porte la pompe
Les moyens d'accouplement 21 des deux arbres se trouvent à l'intérieur de l'embout et celui-ci comporte un joint d'etancheite annulaire 28 interposé entre l'extrémité interne de la face interne de l'embout et l'arbre moteur 20 L'espace interne 25 du boîtier d'accouplement 3 loge en outre l'électronique de commande du moteur 2, le dispositif de connexion électrique étant indique en 30
Encore une autre particularité de l'invention réside dans le fait que le moteur électrique 2 est un moteur sans balais avec contrôleur de commutation intégré Le moteur peut être adapté pour pouvoir fonctionner à toutes tensions appropriées telles que par exemple à 12 ou 42 volts La vitesse du moteur peut être pilotée indépendamment de la vitesse du moteur thermique, en fonction des conditions de démarrage du moteur, de la quantité d'essence injectée et la pression d'injection en cas de pilotage de la pression
L'invention telle que décrite présente de nombreux avantages L'utilisation d'une pompe à essence du type à engrenage permet de réduire considérablement les dimensions de la pompe et assure l'obtention d'un groupe électro-pompe d'une structure compacte peu encombrante L'intérêt de l'entraînement de la pompe par un moteur électrique réside dans le fait que la pompe peut être désaccouplée du moteur thermique II est donc possible de piloter la vitesse de rotation de la pompe indépendamment de la vitesse du moteur thermique et d'optimiser le débit en fonction du besoin réel en quantité d'essence injectée L'emploi d'un moteur sans balais présente, par rapport à un moteur à balais, les avantages d'une meilleure endurance (pas d'usure des balais) et de meilleurs temps de réponse L'assemblage décrit de la pompe et de son moteur d'entraînement électrique sous forme d'un groupe électro- pompe compact assure une liberté de disposition de ce groupe et donne la possibilité de supprimer la pompe de gavage si le groupe est placé dans le réservoir d'essence où à proximité de celui-ci
Il est à noter que la présente invention ne concerne pas seulement un groupe électro-pompe tel que représenté mais également la pompe séparément

Claims

REVENDICATIONS
1 Pompe à carburant, notamment essence, en particulier pour l'injection directe du carburant dans un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle est une pompe hydraulique a engrenage (1 ) comprenant un carter (5) délimitant une cavité dans laquelle sont montés rotatifs dans des sens opposés, deux pignons (7, 8) engrenant l'un l'autre, des chambres d'entrée (1 1 ) et de refoulement (12) de fluide hydraulique étant prévues de part et d'autre de la zone d'engrenage (15) des pignons (7, 8) et en ce qu'elle est pourvue de moyens d'etancheite périphériques au carburant entre les chambres d'entrée et de refoulement (1 1 , 12) de celui-ci, supplémentaire en fonction de la diminution de la viscosité du fluide hydraulique
2 Pompe selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les moyens d'etancheite périphériques sont réalisés par un nombre augmenté des dents
(18) des pignons (7, 8).
3 Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que les paliers (9, 10) des pignons (7, 8) sont réalisés en un matériau de faible usure et à bas coefficient de frottement, tel qu'un matériau à base de carbone, en céramique ou un matériau adapté pour recevoir un revêtement plasma, comme le Carbone-Diamant
4 Pompe selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce la pompe (1 ) est une pompe à paliers mobiles (9, 10) compensés en pression pour une injection haute pression
5 Groupe électro-pompe, caractérisé en ce que qu'il comprend une pompe (1 ) selon l'une des revendications 1 à 4
6 Groupe électro-pompe selon la revendication 5, caractérisé en que le groupe comporte un moteur électrique (3) sans balais
7 Groupe electro-pompe selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que l'arbre menant (17) de la pompe (1 ) est accouple à l'arbre (20) du moteur (2) par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement (3) comportant un boîtier creux interposé entre le carter (5) de la pompe (1 ) et un flasque (23) avant du moteur (2), et l'ensemble formé par l'assemblage de la pompe (1 ), du dispositif d'accouplement (3) et du moteur (2) forme un bloc compact
8 Groupe électro-pompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'arbre menant (17) de la pompe (1 ) est axialement aligné avec l'arbre moteur (20)
9 Groupe électro-pompe selon l'une des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que le moteur sans balais (3) comporte un contrôleur de commutation qui est intégré
10 Groupe électro-pompe selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que l'espace interne (25) du boîtier (3) comporte le mécanisme d'accouplement (21 ) et l'électronique de commande du moteur
1 1 Véhicule automobile à moteur à combustion interne à injection directe de carburant, caractérisé en ce qu'il comporte un groupe électro-pompe selon l'une des revendications 5 à 10
12 Véhicule automobile selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que la vitesse de la rotation de la pompe (1 ) est pilotée indépendamment de la vitesse du moteur thermique
13 Véhicule automobile à moteur à combustion interne selon l'une revendications 1 1 ou 12, caractérisé en ce que le groupe électro-pompe est susceptible d'être placé a proximité ou à l'intérieur du réservoir à essence du véhicule
14. Véhicule selon l'une des revendications 3 à 13, caractérisé en ce que le matériau précité est également utilisé par les pignons.
PCT/FR1998/002791 1997-12-19 1998-12-18 Pompe a carburant a engrenages et vehicule equipe d'une telle pompe WO1999032782A1 (fr)

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