Brevet FR2601083A1 — publié le 19880108

POMPE A VIDE MONTEE SUR MOTEURS DE VEHICULES AUTOMOBILES EN TANT QUE SERVOPOMPE L'invention se rapporte à une pompe à vide montée sur moteurs de véhicules automobiles pour produire un vide destiné à un ou plusieurs servo-utilisateurs, comprenant une tubulure d'aspiration allant au ou aux utilisateur(s), une amenée d'huileJde graissage partant de la boîte de manivelle et une évacuation d'air et d'huile de graissage aboutissant dans la boite de manivelle. Par le modèle d'utilité allemand 77 07 853 (Bag. 1020), on connaît une pompe à vide de ce type qui est réalisée sous la forme d'une pompe à piston rotatif et dans laquelle le graissage s'effectue par le fait que de l'huile de graissage prélevée sur le carter d'huile du moteur est refoulée par la pompe à huile de graissage du moteur du véhicule dans l'arbre creux de la pompe à vide fixée par brides sur la boite de manivelle et de là dans les chambres des pieds des palettes. L'huile de graissage revient alors dans la boîte de manivelle du moteur du véhicule automobile par l'orifice de sortie d'air. Son orifice de sortie débouche dans la boîte de manivelle afin de ne pas laisser l'air sortant chargé d'huile parvenir directement dans l'air ambiant. Si, dans de telles pompes, le raccord d'aspiration n'est pas correctement fixé ou si la tubulure d'aspiration se rompt, les pompes propulsent alors un courant d'air très fort dans la boîte de manivelle. De l'huile peut ainsi être complètement balayée de certains points de graissage et le moteur endommagé par manque d'huile. En tant que protection contre la rupture de tuyau, la demande de brevet allemand 33 36 128 propose d'installer dans la tubulure d'aspiration un clapet d'arrêt automatique qui est commandé par la pression et qui, en cas de rupture d'un tuyau, ferme la tubulure d'aspiration, à l'exception d'une petite ouverture d'étranglement en fonction de la pression règnant dans la tubulure d'aspiration. L'inconvénient de cette protection contre la rupture de tuyau réside, d'une part, dans la complexité de sa construction et, d'autre part, dans sa sensibilité aux défaillances, par exemple par encrassement du clapet mécaniquement mobile. On a constaté depuis que la protection contre la rupture de tuyau dans ces pompes peut se faire sans pièce mécaniquement mobile au moyen d'un étranglement rigide monté dans l'entrée d'aspiration de la pompe et par lequel passe la totalité du courant aspiré.Conformément à l'invention, cet étranglement n'est pas seulement conçu en tant que simple passage de secours - comme dans la protection contre la rupture de tuyau connue - mais est aussi dimensionné de manière que, d'une part, le volume aspiré de consigne de la pompe soit atteint mais que, d'autre part, en cas de rupture de tuyau, le débit d'air maximal quantitatif soit limité au maximum prédéterminé. Le volume de consigne aspiré de la pompe est prédéterminé par le constructeur du véhicule. Le volume de consigne aspiré signifie que, pour une vitesse de rotation minimale définie, par exemple la vitesse à vide du moteur, un vide donné créé dans le servo utilisateur, en particulier le servofrein, et suffisant pour le fonctionnement du servo-utilisateur, doit être atteint dans un temps déterminé de quelques secondes. Le débit d'air maximal admissible est également une grandeur, exprimée en quantité d'air par unité de temps, qui est prédéterminée par le constructeur du véhicule. Or, on a constaté qu'un étranglement, qui est monté à l'entrée d'une pompe à vide de ce type, peut être dimensionné de façon que les paramètres limites indiqués soient remplis par l'étranglement rigide. En pareil cas, il convient de tenir compte que le débit d'air maximal admissible est un paramètre qui doit être maintenu en cas de rupture de tuyau, c'est-à-dire pression normale dans la tubulure d'aspiration, et en cas d'une chute de pression d'air maximum de 1 bar. Le volume de consigne aspiré est, par contre, déterminé lors du fonctionnement normal de la pompe, un vide augmentant s'établissant en fonction du temps dans la tubulure d'aspiration. Par conséquent, le débit d'air est relativement faible en fonctionnement normal. L'invention part du fait connu que, pour cette raison, la résistance à l'écoulement de l'étranglement, même si elle provoque une limitation du débit d'air maximal en cas de rupture de tuyau, n'empêche pas d'obtenir le volume de consigne aspiré. Pour le dimensionnement de l'étranglement, on dispose de plusieurs paramètres, en particulier la section transversale, la longueur, la rugosité et le tracé du canal d'étranglement. En raison des multiples dépendances de ces paramètres entre-eux et en fonction des données d'établissement de la pompe, on ne peut indiquer aucune règle de dimensionnement chiffrée. Bien au contraire, l'établissement de l'étranglement peut être déterminé par de simples essais à l'aide des paramètres limites prédéterminés : volume de consigne aspiré et débit d'air maximal admissible. Il est, par ailleurs, proposé d'installer une valve anti-retour à la sortie de la pompe. Grâce à cette mesure, on diminue le débit d'air nécessaire à l'obtention du volume de consigne aspiré, si bien que l'on peut augmenter en conséquence la résistance à l'écoulement et par conséquent diminuer la valeur maximale du débit d'air admissible. L'étranglement rigide est avantageusement disposé, dans le sens de l'aspiration, devant une autre valve anti-retour qui est également placée dans la tubulure d'aspiration. Pour le dimensionnement de la résistance à l'écoulement on peut - comme déjà dit - doter l'étranglement d'une paroi rugueuse. Un perçage d'étranglement muni d'un taraudage convient en particulier à cet effet. Grâce au taraudage, on provoque dans la zone de la paroi de fortes turbulences avec eaux mortes qui rétrécissent fortement la section transversale active de l'étranglement. Par ailleurs, le mode de réalisation du perçage d'étranglement à paroi rugueuse présente l'avantage que la résistance à l'écoulement dépend fortement de la quantité débitée et de la vitesse de passage. Le volume de consigne aspiré n'est donc qu'à peine affecté par la paroi rugueuse de l'étranglement. Un autre paramètre pour le dimensionnement de l'étranglement est sa section transversale. Ici, on envisage en particulier une forme cylindrique circulaire. Un autre paramètre est la longueur de l'étranglement. Le canal d'étranglement cylindrique circulaire a, de préférence, une longueur qui correspond à environ 1,8 à 8 fois, de préférence à 2,5 à 7,5 fois, son diamètre. I1 s'est révélé avantageux de dimensionner la section transversale libre du canal d'étranglement de façon que - rapporté au débit maximal de l'étranglement on obtienne dans le canal une vitesse d'écoulement d'au moins 100 m/s, de préférence d'au moins 140 m/s. A cet effet, on a constaté qu'il était avantageux de déterminer le diamètre du canal d'étranglement en fonction du débit-maximal V d'après la relation 102 D = a JV, dans laquelle a.peut prendre des valeurs comprises entre 6,5 et 13,5, de préférence entre 7,5 et 11,5. En pareil cas, la valeur la plus favorable dans la plage des valeurs indiquées est déterminée pour l'essentiel par la rugosité du canal d'étranglement et le rapport diamètre/longueur du canal. Dans le mode de réalisation de l'élément d'étranglement comprenant un canal constitué de deux ou plusieurs sections, les différentes sections du canal se succédant les unes aux autres peuvent être disposées dans différentes directions et dévier ainsi plusieurs fois le courant volumique. Dans un mode de réalisation particulier, les différentes sections du canal d'étranglement sont disposées sensiblement en forme de S ou de Z. En pareil cas, les différentes sections peuvent avantageusement avoir une forme cylindrique circulaire et leurs axes peuvent être situés dans le plan passant par l'axe de la tubulure d'aspiration. L'exemple de réalisation décrit ci-après montre l'action du principe selon l'invention. Exemple On a utilisé comme pompe à vide une pompe multicellulaire à palettes sans et avec un élément d'étranglement dans la tubulure d'aspiration et dont l'utilisateur n'était cependant pas raccordé (rupture de tuyau). Les données étaient pompe : volume déplacé 142 cm3/tr vitesse à vide de la pompe 400 minez débit en marche à vide sans étranglement incorporé 56 1/min avec étranglement selon cette invention 52 1/min Etranglement : diamètre intérieur 3,2 mm longueur 15 mm longueur/diamètre 4,69. Lors du démarrage de la pompe avec étranglement incorporé, le débit volumique, rapporté aux données à l'entrée de la tubulure d'aspiration, a tout d'abord augmenté proportionnellement à la vitesse de rotation jusqu'à une valeur d'environ 73 1/min qui a été atteinte à une vitesse de rotation d'environ 1300 min-1. Cette valeur a pratiquement à peine variée lors de l'augmentation ultérieure de la vitesse de rotation de la pompe jusqu'à une valeur de 2800 min-1. Le débit en marche à vide de 52 1/min avec l'étranglement monté selon l'invention caractérise le volume de consigne aspiré. Cela signifie : on a auparavant déterminé par des essais qu'avec ce débit en marche à vide sans utilisateur raccordé, le volume de. consigne aspiré est aussi facilement atteint avec utilisateur raccordé. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente une coupe d'une pompe à piston rotatif avec installation d'un élément d'étranglement dans la tubulure d'aspiration la figure 2 représente un élément d'étranglement avec canal constitué de plusieurs sections. La pompe à piston rotatif ou la pompe multicellulaire à palettes 1 comprend le corps 2 avec l'entrée 8 de la pompe, la sortie 9, le rotor 3 monté excentriquement avec son arbre 10 dans le corps 2 et les palettes 4 guidées dans des fentes correspondantes. La tubulure d'aspiration 11 se termine à l'entrée 8. Le rotor tournant dans le sens de la flèche 5, forme avec les palettes 4, les chambres d'aspiration 6 et - au-delà de l'entrée 8 de la pompe - les chambres d'expulsion 7. L'arbre 10 est entraîné par le moteur 22, le moteur n'étant représenté que schématiquement à la figure 1. Dans la pratique, la pompe multicellulaire à palettes est fixée par brides sur le moteur. Pour l'entraînement, on utilise directement l'arbre manivelle de manière que les vitesses de rotation du moteur et de la pompe coïncident. Des engrenages réducteurs ou multiplicateurs sont, toutefois, également possibles. En cas de grand volume de consigne aspiré, des engrenages réducteurs sont possibles et présentent l'avantage que la pompe multicellulaire à palettes est entraînée à une vitesse de rotation relativement faible. Pour le graissage, on envoie un courant partiel de l'huile de graissage du moteur dans le canal central 23 de l'arbre creux 10. A partir de là, l'huile parvient par des canaux radiaux 24 dans les fentes des palettes et, de là, arrive par coulage dans les chambres d'aspiration 6 et les chambres d'expulsion 7. L'huile, sous forme de mélange huile-mousse d'huile-air, est rejetée de ces chambres par la sortie 9. La sortie de la pompe munie de la tubulure 25, comporte une valve anti-retour 26. Cette valve anti retour se compose d'une plaque perforée montée dans la tubulure 25 et dans le trou central de laquelle est engagé un clapet, en forme de champignon et réalisé en un matériau souple et élastique, qui recouvre les trous de la plaque perforée. La valve anti-retour 26 s'ouvre dans le sens de l'évacuation. La tubulure d'évacuation 25 débouche directement dans la boite de manivelle du moteur 22. Sur son côté aspiration, la pompe multicellulaire à palettes est raccordée par sa tubulure 11 à un servo-utilisateur 12. En ce qui concerne ce servo-utilisateur, il peut s'agir en particulier d'un servofrein fonctionnant sous vide. Dans la tubulure d'aspiration est installé, d'une part, un élément d'étranglement 13 et - derrière dans le sens de l'aspiration - une valve anti-retour 27. L'élément d'étranglement 13 est décrit plus loins ci-dessous. La valve anti-retour 27 est construite de la même façon que la valve anti-retour 26 déjà expliquée. Pour l'élément d'étranglement 13, on a représenté deux exemples de réalisation différents. L'élément d'étranglement 13 de la figure 1 comporte un canal cylindrique et. rectiligne 14 dans lequel est taillé un taraudage. L'axe du canal se situe dans l'axe 21 de la tubulure d'aspiration 11. L'élément d'étranglement 13 de la figure 2, qui peut remplacer l'élément d'étranglement représenté à la figure 1, comporte un canal constitué de plusieurs sections 18, 19,20. Ces sections forment un-canal en zigzag, les différentes sections étant raccordées les unes aux autres. Dans le mode de réalisation de l'élément d'étranglement comportant un canal cylindrique 14 selon la figure 1, il s'est révélé avantageux de dimensionner la longueur du canal de manière qu'elle corresponde à environ 1,8 à 8 fois et, de préférence, à environ 2,5 à 7,5 fois, son diamètre. En pareil cas, le diamètre du canal est, si possible, calculé en fonction du débit maximal déterminé V de l'étranglement suivant la relation 102 D = a V. Le facteur a est choisi dans une fourchette comprise entre 6,5 et 13,5 et, de préférence, entre 7,5 et 11,5, et dépend pour l'essentiel de la rugosité du canal et du rapport entre son diamètre et sa longueur. Dans l'ensemble, il s'est avéré avantageux de choisir, dans chaque cas, le diamètre du canal de telle sorte qu'en cas de débit maximal, on obtienne dans l'étranglement une vitesse d'écoulement calculée de l'ordre d'au moins 100 m/s et, de préférence,d'au moins 140 m/s. Dans le cas du canal d'étranglement 14 réalisé sous la forme d'un taraudage fileté, le mode de réalisation, comportant deux taraudages de sens contraire et de même diamètre et de même pas, a donné d'excellents résultats, attendu que, de cette façon, on obtient un grand nombre de bosses individuelles régulièrement réparties sur la face interne du canal. Dans ce cas, D est le diamètre du taraudage. Dans le cas du canal d'étranglement conçu avec deux ou plusieurs sections individuelles, un mode de réalisation, tel qu'il est représenté à la figure 2, s'est révélé particulièrement adéquat. Ici, le canal d'étranglement 17 se compose de trois sections 18, 19 et 20 qui forment ensemble un S et dont les axes se situent dans un plan qui passe par l'axe 21 de la tubulure d'aspiration. Les angles aigus à l'endroit de la rencontre du canal 18 et du canal 19 ou du canal 19 et du canal 20 engendrent de très fortes déviations qui, la vitesse d'écoulement augmentant, provoquent une forte augmentation de la résistance à l'écoulement ou de la chute de pression dans le canal 17. Le fonctionnement est le suivant le volume déplacé de la pompe est déterminé pour l'essentiel par le volume du corps 2 moins le volume du rotor 3 et des palettes 4. Cela revient à dire qu'en cas d'utilisateur non raccordé et sans l'élément d'étranglement 13 dans la tubulure d'aspiration 11, le débit d'air est proportionnel à la vitesse de rotation. Lorsque l'utilisateur est raccordé, le débit d'air est, par contre, relativement faible étant donné que, du fait de la valve anti-retour 26, 27, la pompe fonctionne dans un vide croissant. Les débits les plus importants se produisent ici uniquement à la mise en route, lorsque la pression dans l'ensemble du système, constitué par le servo-utilisateur et la pompe à vide, correspond tout d'abord à la pression atmosphérique. Pour des raisons de sécurité, il importe ici que même à la vitesse minimale de la pompe, c'est-à-dire à la vitesse à vide du moteur ou - en cas de réduction - à la vitesse à vide correspondante de la pompe, il s'établisse en un temps donné un vide qui suffit pour garantir un fonctionnement sûr du servo-utilisateur. L'élément 13, grâce à la conception de son étranglement, assume, d'une part, la fonction d'un dispositif de protection contre la rupture de tuyau. D'autre part, l'étranglement est cependant établi de manière à ne pas affecter de façon inadmissible le volume de consigne aspiré. Avec la pompe mentionnée ci-dessus, on a constaté qu'au volume de consigne aspiré défini avec utilisateur raccordé, correspondait un débit défini en marche à vide de 50 1/min avec utilisateur non raccordé. Par ailleurs1 pour éviter des éliminations d'huile par balayage dans la boîte de manivelle, on a déterminé qu'en cas d'utilisateur non raccordé, le débit maximal ne devait pas dépasser 80 l/min. On a donc dimensionné l'étranglement de l'élément 13 de manière que le débit, à 1 bar et pour une chute de pression d'au maximum 1 bar, soit au moins de 50 1/min, que le débit augmente ensuite linéairement avec la vitesse de rotation, mais n'augmente plus après atteinte du débit maximal admis, même en cas de vitesse de rotation croissante. Il s'est révélé d façon surprenante qu'une telle courbe caractéristique pouvait être atteinte avec un étranglement monté dans la tubulure d'entrée d'une pompe à vide et en coopération avec cette dernière. Par conséquent, la combinaison actuelle d'un clapet d'arrêt automatique avec étranglement supplémentaire peut être remplacée par un seul étranglement rigide. Au total il ressort que, d'une part, le flux aspiré à la vitesse à vide de la pompe n'est pratiquement pas gêné par l'élément d'étranglement selon l'invention, mais que, d'autre part, son volume, en cas d'augmentation de la vitesse de rotation, se rapproche d'une valeur supérieure qui n'augmente pratiquement plus à partir d'une vitesse de rotation déterminée. Le risque de l'élimination d'huile par soufflage de la boite de manivelle est ainsi écarté à coup sur. REVENDICATIONS 1. Pompe multicellulaire à palettes montée sur véhicules automobiles pour produire un vide destiné à un ou plusieurs servo-utilisateurs, par exemple à des servofreins, comprenant une tubulure d'aspiration allant au ou aux utilisateur(s), une amenée d'huile de graissage partant de la boîte de manivelle et une évacuation d'air et d'huile de graissage aboutissant dans la boîte de manivelle ainsi qu'un dispositif de sécurité qui est installé dans la tubulure d'aspiration et grâce auquel, en cas de rupture de la tubulure d'aspiration, le débit d'air est ramené à un débit d'air maximal admissible, le volume de consigne aspiré (temps maximal admissible pour atteindre un vide prédéterminé minimal à vitesse à vide de la pompe) n'étant pas affecté avec utilisateurs raccordés, caractérisée par le fait que, comme dispositif de sécurité, on installe à l'entrée (8) de la pompe un élément d'étranglement rigide (13) dont la section transversale, la section longitudinale, la longueur et la rugosité sont dimensionnées de manière que le débit d'air maximal de l'étranglement, pour une pression d'environ 1 bar devant d'étranglement et une différence de pression d'environ 1 bar, ne soit pas supérieure au débit d'air maximal admissible et que, d'autre part, le volume de consigne aspiré avec utilisateurs raccordés ne soit pas affecté. 2. Pompe selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'une valve anti-retour s'ouvrant dans le sens de l'évacuation est installée dans la tubulure de sortie de la pompe. 3. Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le canal d'étranglement (14, 17) çomporte une surface de paroi de grande rugosité. 4. Pompe selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le canal d'étranglement (14) est réalisé sous la forme d'un perçage taraudé, en particulier avec un taraudage fin. 5. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le canal d'étranglement (14) a une longueur qui correspond à environ 1,8 à 8 fois, de préférence à environ 2,5 à 7,5 fois le diamètre intérieur. 6. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le diamètre du canal d'étranglement (14) est déterminé par la relation 102 D = a JV dans laquelle V est le débit d'étranglement maximal et a peut prendre des valeurs comprises entre 6, 5 et 13,5, de préférence entre 7,5 et 11,5. 7. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le canal d'étranglement (17) se compose de plusieurs sections (18 20) disposées dans différentes directions et dans lesquelles le flux volumique est dévié plusieurs fois.