Brevet FR2694049A1 — publié le 19940128

La présente invention concerne les pompes de carbu- rant destinées aux moteurs à combustion interne, et elle concerne plus précisément une pompe centrifuge de carburant ayant un déflecteur d'entrée de carburant qui améliore le rendement. Des pompes rotatives de carburant qui sont auto- nomes, placées dans un réservoir et entraînées électrique- ment, ont déjà été utilisées pour la transmission de l'essence d'un réservoir d'alimentation à un moteur à combustion interne d'un véhicule à moteur Ce type de pompe crée un courant de carburant constant et sous pression élevée, sans surpression, qui le rend idéal pour les circuits modernes d'injection de carburant La réalisation tolère bien les variations transitoires de la pression dans la canalisation d'alimentation en carburant, associées habituellement à l'ouverture et à la fermeture brutale des injecteurs individuels. Par exemple, ces pompes comportent un boîtier ayant un couvercle d'entrée de carburant à une extrémité et un couvercle de sortie à l'extrémité opposée A l'intérieur du boîtier, un rotor au moins et parfois deux rotors destinés à assurer le déplacement du carburant et à lui donner de l'énergie cinétique sont montés sur un arbre d'entraînement d'une armature de moteur électrique Dans une réalisation courante, un rotor d'admission ayant plusieurs cavités et palettes radiales espacées circonférentiellement est disposé près de l'entrée afin qu'il aspire le carburant du réservoir Au cours du fonctionnement, le carburant circu- lant dans le passage d'entrée du couvercle d'entrée est aspiré dans les cavités de la roue et chassé -circonféren- tiellement dans le sens de rotation du rotor Un second rotor reçoit le carburant de la première roue et le chasse à force de la pompe vers le moteur. Cependant, pendant le fonctionnement, lorsque chaque cavité du rotor d'admission passe devant l'entrée, la force centrifuge qui agit sur le carburant qui se trouve dans la cavité déplace une partie du carburant et le renvoie à l'entrée en provoquant une turbulence et une vaporisation du carburant entrant, une réduction de la quantité de fluide entrant dans la pompe et une réduction du débit de pompage et du rendement avec augmentation de l'énergie électrique nécessaire au moteur. L'invention concerne une pompe ayant un canal, une roue et une plaque déflectrice placée entre eux et sur un passage d'entrée, afin que le carburant qui pénètre soit dirigé vers le canal et ne puisse pratiquement pas retour- ner vers le passage d'entrée Ceci favorise un écoulement laminaire dans le passage d'entrée, augmente le débit de pompage, réduit l'énergie nécessaire au pompage et augmente le rendement Le déflecteur peut être formé en une seule pièce à l'entrée de carburant de la pompe ou peut être formé par une plaque séparée adjacente à l'entrée Le déflecteur a de préférence deux anneaux concentriques plats raccordés par une plaque ou joue. La présente invention a pour objet l'augmentation de la capacité de pompage de la pompe centrifuge de carburant par déviation du carburant entrant en direction latérale et par suppression en pratique du retour de carburant vers le passage d'entrée Elle a aussi pour objet la réalisation d'un écoulement laminaire du fluide introduit afin que la quantité nécessaire au pompage du carburant soit réduite. Elle a aussi pour objet l'augmentation du débit de carbu- rant avec la réduction d'énergie de pompage nécessaire de manière que le rendement de la pompe soit accru Enfin, elle a pour objet la réalisation d'un déflecteur destiné à diriger un courant de carburant et qui est élastique et durable, imperméable au carburant, muni d'une surface favorisant un écoulement laminaire régulier et dont la fabrication est rentable avec une construction de bonne qualité. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'une pompe rotative à deux étages sous forme assemblée, selon la présente invention; la figure 2 est une vue éclatée en perspective de l'arrière de la pompe rotative; la figure 3 est une vue éclatée en perspective de la pompe rotative; la figure 4 est une vue en élévation du capuchon d'entrée ayant un mode de réalisation de plaque déflectrice recouvrant l'orifice d'entrée; la figure 5 est une vue en élévation d'un second mode de réalisation de plaque déflectrice moulée en une seule pièce avec le capuchon d'entrée; et la figure 6 est une vue en perspective du capuchon d'entrée de la figure 5. La figure 1 représente une pompe 8 de carburant d'un ensemble 10 de pompage à deux étages et un ensemble 12 à moteur enfermé par un boîtier central tubulaire 14, avec un couvercle cylindrique 16 de sortie à une première extrémité et un couvercle cylindrique 18 d'entrée à l'extrémité opposée Une première extrémité du boîtier central 14 est courbée radialement vers l'intérieur autour d'un joint torique 20 et un flasque 22 du couvercle de sortie 16 afin que le couvercle de sortie soit logé et supporté de manière étanche L'extrémité opposée du boîtier central 14 est courbée radialement vers l'intérieur afin que le couvercle d'entrée 18 soit logé et supporté de manière étanche. Le couvercle de sortie 16 est construit en une seule pièce et il a un tube 24 de sortie qui communique à l'inté- rieur du boîtier par un trou 26 ayant un clapet de retenue 28 rappelé par un ressort, logé dans le trou 26 Un support de bornes électriques est supporté au couvercle et a des bornes 46 destinées à la transmission d'un courant élec- trique au moteur Une soupape de décharge de pression 32 se loge dans le couvercle et un coussinet 34 d'armature se loge dans une cavité 36 du couvercle. Le clapet de retenue 28 a un siège 38 destiné à coopérer avec un élément obturateur 40 à longue tige rappelé sur le siège par un ressort 42 et qui peut coulis- ser dans un boîtier 44 placé dans le trou 26 Lors du fonctionnement de la pompe, le carburant sous pression provenant de l'orifice d'entrée 23 repousse l'élément obturateur 40 afin qu'il s'ouvre et permette le passage du carburant dans le tube de sortie 24 et dans une canalisa- tion associée d'alimentation en carburant Lorsque la pompe ne travaille pas ou lorsque la pression dans la canalisa- tion d'alimentation en carburant devient trop élevée, le ressort 42 et la pression du carburant dans la canalisation appliquent fermement l'obturateur 40 en empêchant le retour du carburant dans la pompe avec conservation de la pression dans la canalisation La soupape de décharge 32 a un siège 48, une bille 50 rappelée élastiquement sur le siège par un ressort 54 et un orifice 56 rejoignant l'extérieur la pompe Si la pression du carburant dans la pompe dépasse la force de rappel de la bille 50, celle-ci se sépare de son siège et permet le passage unidirectionnel du carburant vers l'extérieur par l'orifice 56. Un arbre 58 d'une armature 60 de l'ensemble à moteur 12 est supporté afin qu'il puisse tourner dans le coussinet 34 Une plaque 62 de distribution entoure l'arbre 58 afin qu'elle transmette l'électricité des balais à l'armature Deux aimants courbes 64 sont maintenus en place contre un tube cylindrique 66 de flux par des pinces élastiques 68 Un taquet 70 d'entraînement ayant plusieurs doigts cylindriques 72 espacés circonférentiellement et un arbre allongé 74 d'entraînement ayant des faces aplaties 76 est monté à l'autre extrémité de l'armature. Une pompe 78 à turbine d'un premier étage et une pompe 80 à engrenage d'un second étage sont toutes deux entraînées par le moteur 12 La pompe à engrenage a une chambre 82 délimitée par un anneau de came 84 fixé par des vis 86 à tête profilée "Torx" à une plaque 88 de couvercle et un disque 90 d'étanchéité qui est en appui de l'autre côté de l'anneau de came Un engrenage formant rotor 92 est en prise avec un anneau denté externe complémentaire 94 et ils sont logés dans la chambre et couplés au moteur par les doigts 72 du taquet 70 qui passent par les trous 96 formés dans le disque 90 et se logent dans les trous 98 du rotor 92 Le rotor est piloté ou entraîné en rotation sur l'arbre 74 qui passe dans le trou 100 de la plaque 88 du couvercle. L'anneau de came 84 est monté excentriquement par rapport à l'axe de rotation du rotor 92 qui a un nombre de dents différent du nombre de cavités formées entre les dents de l'anneau 94 Par exemple, le rotor 92 peut possé- der dix dents et l'anneau 94 onze cavités Ainsi, lorsque le rotor 92 tourne, l'anneau 94 tourne aussi dans l'anneau 84 de came et augmente la pression du carburant reçu entre eux. La plaque 88 formant couvercle a une entrée débou- chante 102 et un canal courbe de sortie 104, avec des ouvertures 106 traversant le bord périphérique externe de la plaque 88 Le carburant qui pénètre dans la chambre par l'entrée 102 pénètre dans plusieurs cavités 108 formées entre le rotor 92 et l'anneau 94 Lorsque le moteur 12 fait tourner le rotor 92 et l'anneau 94, le carburant de chaque cavité 108 est transporté circonférentiellement, comprimé lorsque le volume de la cavité diminue, et chassé dans le canal de sortie 104 Le carburant qui se déplace le long du canal de sortie 104 sort par la plaque 88 formant couvercle par les ouvertures 106, passe autour de l'armature 60 et sort par la sortie 24 de la pompe La construction, la disposition et le fonctionnement d'une pompe convenable à engrenage sont décrits en détail dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique N O 4 500 270. La pompe 78 du premier étage a un rotor ou une roue 112, un passage d'entrée 114 formé dans le couvercle d'entrée 18 et une plaque déflectrice 116 placée entre eux. La roue 112 a un moyeu 118 ayant une forme 120 destinée à loger l'extrémité aplatie 76 de l'arbre d'entraînement 74 en assurant l'entraînement Quatre rayons 122 dépassent du moyeu 118 vers un bord périphérique interne d'un rotor en forme de demi tore ayant une paroi annulaire 124 de section semi-circulaire ou en U de façon générale La roue a plusieurs ailettes 132 qui dépassent radialement depuis un bord périphérique interne vers le bord périphérique externe de la paroi 124 et délimitant plusieurs cavités 134 entre les ailettes 132 Des passages 128 de retour de vapeur et des passages 130 de sortie de carburant sont délimités par coopération d'une paroi 126 de forme générale cylindrique qui se raccorde à chaque rayon 122 et est à distance entre le moyeu et la surface 124 de la roue Des passages courbes espacés circonférentiellement dépassent radialement dans le rotor 112. L'intérieur du couvercle 18 d'entrée comporte un canal annulaire de sortie 136 placé circonférentiellement depuis le passage d'entrée 114 vers une partie 138 de rampe qui communique avec un canal circonférentiel interne concentrique 140 de sortie qui, dans l'ensemble, communique avec les passages de sortie 130 formés dans la roue De préférence, la section du canal externe a une forme semi- circulaire ou en U Dans l'ensemble, le canal externe est aligné axialement de façon générale sur la paroi toroïdale 124, les ailettes 132 et les cavités 134 de la roue et placé au-dessous pour coopérer avec elles La rampe est inclinée et a une forme spiralée vers l'intérieur afin qu'elle raccorde le canal externe 136 au canal interne 140. Une bague d'entretoise 110 délimite, en coopération avec la plaque 88, une cavité dans laquelle se logent un filtre 142 et une plaque tronconique déflectrice 144 de séparation de vapeur, la plaque déflectrice étant emmanchée à force sur un moyeu central 146 de la plaque 88 Le carburant vaporisé évacué par le premier étage est retiré de la pompe par une cavité centrale 148 formée dans le couvercle interne 18 qui communique avec les passages 128 de la roue, et un organe 150 de ventilation placé au fond de la cavité 148 et qui débouche à l'extérieur du couvercle 18 et est décalé par rapport à l'axe du couvercle 18 Un joint d'étanchéité est placé entre la plaque formant le couvercle et le châssis d'entretoise avec interposition d'un joint torique 152 entre eux, ce joint étant logé dans une gorge du couvercle. Selon une caractéristique de l'invention, la circu- lation du carburant en retour, de la roue rotative à l'entrée, est pratiquement éliminée, et le carburant circulant dans l'entrée passe d'une direction axiale de façon générale à une direction circonférentielle de façon générale sous l'action de la plaque ou joue 154 de forme générale rectangulaire ou trapézoïdale du déflecteur 116, placée au-dessus de l'entrée 114 et disposée entre l'entrée 114 et la roue 112 La plaque 154 est plate et elle se raccorde à un anneau ou une bande externe plate 158 et à un anneau ou bande interne plate concentrique 160 du déflec- teur 116 La plaque 154 est séparée axialement d'une ouverture 162 de l'entrée 114 dans le canal externe 136 si bien que le carburant peut circuler dans le canal Comme l'indique la figure 4, la plaque 154 est disposée radiale- ment et circonférentiellement afin qu'elle recouvre au moins la moitié et de préférence pratiquement toute l'éten- due ou surface circonférentielle et radiale de l'ouverture 162 La plaque 152 a ainsi une étendue correspondant au moins pratiquement à celle de l'ouverture 162 de l'entrée 114 dans le canal 136. La bande externe 158 forme un joint étanche entre la paroi périphérique externe du canal externe 136 et le bord périphérique externe de la surface 124 du rotor afin que les fuites soient évitées lors du fonctionnement de la pompe La pompe interne 160 forme un joint d'étanchéité entre la paroi périphérique interne du canal 136 et le bord périphérique interne du rotor 124 Au cours du montage, les fentes 164, 166 du couvercle 18 et de la plaque 116 coopèrent avec une patte correspondante 168 de l'anneau d'entretoise 110 et assurent ainsi un positionnement convenable du couvercle d'entrée 18 et un positionnement de la plaque trapézoïdale 154 du déflecteur 116 sur l'entrée 114 La plaque 116 a de préférence des surfaces lisses qui favorisent un écoulement laminaire et elle est formée d'un métal tel que l'acier, l'acier inoxydable ou l'aluminium ou d'une composition de matière plastique qui est imperméable au carburant hydrocarboné tel qu'une résine phénolique thermodurcissable. Dans une variante, le déflecteur peut être solidaire du couvercle d'entrée Comme l'indiquent les figures 5 et 6, le déflecteur 116 ' peut être formé en une seule pièce avec le couvercle d'entrée 18 sous forme d'une plaque 154 ' placée sur le passage d'entrée 114 (représenté en trait mixte), par exemple par moulage en une seule pièce de matière plastique. Au cours du fonctionnement, le moteur électrique 12 fait tourner la roue 112 et crée une dépression dans la région de l'entrée 114 si bien que le carburant est aspiré dans la pompe 10 Habituellement, une certaine quantité de fluide de chaque cavité 134 de la roue mobile 112 est chassée de manière centrifuge vers l'extérieur, dans le passage d'entrée 114 lorsque chaque cavité 134 passe sur l'entrée 114 qui pourrait créer une turbulence et une vaporisation du carburant dans le passage 114 et réduire les performances de la pompe Cependant, grâce à l'addition du déflecteur 116 ou 116 ' sur l'entrée 114, la circulation en sens inverse vers l'entrée 114 est évitée pratiquement parce que le carburant ne peut pas être évacué d'une cavité 134 du rotor lorsqu'il se trouve directement sur la plaque déflectrice 154 ou 154 ' qui recouvre l'entrée 114 Le courant de carburant entrant par l'entrée 114 est dirigé latéralement ou circonférentiellement dans le canal 136 et est aspiré dans une cavité 134 du rotor uniquement après son passage au-delà de l'entrée 114 Après passage au niveau de la plaque 154 ou 154 ', le carburant est déplacé dans le canal 136 par rotation du rotor 112 jusqu'à ce qu'il atteigne la partie à rampe 138 Lorsqu'il a atteint la rampe 138, le carburant pénètre dans le passage interne puis s'écoule dans les passages courbes externes 130 du rotor 112 et dans la région de la plaque déflectrice 144. Le carburant vient frapper la plaque 144 déflectrice de la vapeur et se sépare en phases liquide et vapeur La vapeur est renvoyée par le passage interne courbe 128 du rotor 112 et est évacuée par l'organe 150 de ventilation afin que la cavitation de la pompe soit évitée et que la turbulence soit minimale Le carburant liquide restant est chassé par plusieurs ouvertures 170 de la périphérie externe du déflecteur 144, dans le filtre 142 et à l'entrée 102 de la plaque 88 o il est reçu par la pompe du second étage 80. Le carburant est déplacé dans la chambre 82 de pompage par le rotor 92 qui tourne et l'anneau de came 94 et il est évacué par les ouvertures 106 de la sortie 104 dans le boîtier 14 Le carburant circule sur l'armature 60 du moteur, dans le clapet 28 et est évacué de la pompe 8 par la sortie 24 Si la pression du carburant dépasse une valeur prédéterminée, il est évacué par le boîtier 14 par l'intermédiaire d'une soupape de décharge 32 vers l'exté- rieur de la pompe qui, pendant l'utilisation, est habituel- lement logée dans un réservoir de carburant d'un véhicule. REVENDICATIONS 1 Pompe de carburant, caractérisée en ce qu'elle comprend un boîtier ( 14), un canal annulaire placé dans le boîtier ( 14), une entrée ( 18) de carburant placée dans le boîtier ( 14) et débouchant dans le canal annulaire afin qu'elle communique avec lui, une sortie ( 16) communiquant avec le canal annulaire à un emplacement distant circonfé- rentiellement de l'entrée et en aval de celle-ci de façon générale, une roue ( 112) ayant un canal annulaire muni de plusieurs ailettes radiales de façon générale et espacées de façon circonférentiellement, délimitant plusieurs cavités espacées circonférentiellement entre les ailettes, ces cavités étant opposées au canal annulaire formé dans le boîtier ( 14) et débouchant vers celui-ci, et un déflecteur ( 116) recouvrant l'ouverture de l'entrée dans le canal annulaire et disposé entre la roue ( 112) et le canal annulaire formé dans le boîtier ( 14) et de manière qu'il recouvre pratiquement, en direction circonférentielle et radialement de manière suffisante, la moitié au moins de toute l'étendue circonférentielle et radiale de façon générale de l'ouverture formée à l'entrée et débouchant dans le canal annulaire formé dans le boîtier ( 14) de manière que, lorsque la roue ( 112) tourne et déplace le carburant par la sortie, le déflecteur ( 116) empêche pratiquement l'évacuation du carburant des cavités à l'entrée, lorsque les cavités passent sur le déflecteur par rotation de la roue ( 112). 2 Pompe de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier ( 14) comporte un tube et un couvercle ( 88) de forme générale circulaire adjacent à une première extrémité du tube, le canal annulaire formé dans le boîtier ( 14) étant disposé de façon générale circonférentiellement dans le couvercle ( 88) et débouchant vers une face latérale de celui-ci, l'entrée étant disposée de manière axiale de façon générale depuis l'extérieur du couvercle ( 88) et débouchant dans le canal annulaire formé dans le boîtier ( 14) près d'une première extrémité du canal il annulaire, la sortie comprenant une gorge annulaire de façon générale formée dans le couvercle ( 88), placée radialement à l'intérieur du canal annulaire formé dans le boîtier ( 14) et débouchant vers la première face latérale du couvercle ( 88), la gorge annulaire communiquant avec le canal annulaire formé dans le boîtier ( 14) près de l'autre extrémité du canal annulaire. 3 Pompe de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que la plaque déflectrice est espacée axialement de l'ouverture de l'entrée dans le canal annu- laire formé dans le boîtier ( 14). 4 Pompe de carburant selon la revendication 3, dans laquelle la plaque déflectrice est rendue solidaire du couvercle ( 88) de manière homogène et fait partie de celui- ci. Pompe de carburant selon la revendication 3, caractérisée en ce que la plaque déflectrice est solidaire du couvercle ( 88) et en fait partie de manière homogène, par moulage en une seule pièce de matière plastique qui est pratiquement insensible à un carburant hydrocarboné liquide. 6 Pompe de carburant selon la revendication 5, caractérisée en ce que la matière plastique est une matière plastique thermodurcissable. 7 Pompe de carburant selon la revendication 5, caractérisée en ce que la matière plastique est une résine phénolique. 8 Pompe de carburant selon la revendication 3, caractérisée en ce que le déflecteur est métallique. 9 Pompe de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte aussi un disque ( 90) séparé d'épaisseur pratiquement uniforme et ayant une première bande annulaire, une seconde bande annulaire concentrique à la première bande annulaire, entourant celle- ci et ayant un plus grand diamètre que celle-ci, et une joue raccordant la première et la seconde bande, le disque ( 90) étant placé entre le couvercle ( 88) et la roue ( 112), la première bande formant un joint étanche entre les bords périphériques radialement internes des canaux annu- laires du couvercle ( 88) et de la roue ( 112), la seconde bande formant un joint étanche entre les bords périphé- riques radialement externes des canaux annulaires du couvercle ( 88) et de la roue ( 112), et la joue formant la plaque déflectrice disposée sur l'ouverture de l'entrée débouchant dans le canal annulaire du couvercle ( 88). Pompe de carburant selon la revendication 9, caractérisée en ce que le disque ( 90) est formé de matière plastique insensible à un carburant liquide hydrocarboné. 11 Pompe de carburant selon la revendication 10, caractérisée en ce que le disque ( 90) est formé d'un métal. 12 Pompe de carburant selon la revendication 3, caractérisée en ce que la plaque déflectrice comporte une plaque plate de façon générale, enfoncée dans le couvercle ( 88) et ayant une disposition circonférentielle générale et radiale suffisante pour recouvrir pratiquement toute l'étendue circonférentielle et radiale de façon générale de l'ouverture de l'entrée débouchant dans le canal annulaire formé dans le boîtier ( 14).