Brevet FR2706541A1 — publié le 19941223

Procédé de régulation de la pression et du débit de refoulement d'une pompe volumétrique et pompe volumétrique pour la mise en oeuvre du procédé. La présente invention concerne un procédé de régulation de la pression et du débit de refoulement d'une pompe volumétrique à cylindrée fixe, ainsi qu'une pompe volumétrique permettant de débiter un liquide avec une pression de refoulement inférieure ou égale à une valeur prédéterminée. Les pompes volumétriques sont couramment utilisées dans de nombreux secteurs industriels. Dans une application particulière de pompage d'une huile lubrifiante pour un moteur à combustion interne équipant un véhicule, il est nécessaire de contrôler la pression d'huile dans le circuit de lubrification pour ne pas dépasser une pression limite de sécurité. La plupart du temps, ltentraînement de la pompe est assuré par le moteur pour lequel l'huile de lubrification est destiné. Or, le débit d'huile de refoulement de la pompe volumétrique est proportionnel à la cylindrée de la pompe et est fonction du régime d'entraînement de la pompe. n en résulte que le régime élevé du moteur d'entrainement de la pompe impose un débit important de refoulement d'huile de lubrification qui risque de provoquer une pression trop forte dans le circuit de lubrification. Pour éviter une pression exagérée dans le circuit de lubrification, on utilise généralement un clapet de régulation à l'aval de la pompe. Lors d'une surpression de refoulement, le clapet de régulation s'ouvre et décharge une partie de l'huile dans un bac d'huile situé en bas du moteur. Cette technique ne permet pas de donner entière satisfaction dans la pratique, car elle ne permet pas de réguler de façon précise la pression d'huile dans le circuit de lubrification en tenant compte du régime moteur, de la température d'huile et des fonctions spécifiques telles que le pilotage d'avance automatique du clapet. De plus, l'utilisation du clapet de régulation provoque un bruit supplémentaire et des émulsions dans le bac d'huile. En outre, le clapet de régulation à l'aval de la pompe n'influence pas la puissance d'entraînement de la pompe qui évolue en fonction de son régime d'entraînement, de la température de l'huile et de la pression de refoulement de la pompe. Il en résulte un gaspillage d'énergie de la pompe. On connaît par la demande de brevet allemand nO 3840909 (VOLKSWAGEN AG) une pompe à pignons à régulation de débit. Selon la technique décrite, on fait varier l'entraxe entre les deux pignons de la pompe, en fonction de la pression de refoulement, par le déplacement latéral du pignon entraîné reposé sur un corps mobile élastiquement. Cependant, cette technique est difficile à mettre en oeuvre, car l'engrènement des pignons dont l'entraxe varie provoque nécessairement des usures rapides des dents de pignon qui ont pour conséquence une dégradation rapide des caractéristiques de pompage de la pompe. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des techniques classiques exposées ci-dessus en proposant un procédé et une pompe permettant de réguler la pression et le débit de refoulement de manière précise, économique et fiable. L'invention peut être réalisée à partir d'une pompe volumétrique à cylindrée non variable comprenant une ouïe d'aspiration du liquide de pompage et une ouïe de refoulement du liquide. Selon l'invention, le procédé de régulation de la pression et du débit de refoulement de la pompe consiste à déterminer une pression de référence, à créer à l'intérieur de la pompe un recyclage d'une fraction du liquide de pompage depuis l'ouïe de refoulement vers l'ouïe d'aspiration lorsque la pression de refoulement est supérieure ou égale à la pression de référence, et à supprimer le recyclage si la pression de refoulement est inférieure à la pression de référence. La pression de référence peut être déterminée en fonction de la pression du liquide en un point du circuit alimenté par la pompe ou au moyen d'un asservissement du moteur d'entraînement de la pompe. Des moyens élastiques, tels que ressorts, peuvent être utilisés pour définir la pression de référence. La pompe volumétrique à cylindrée fixe, selon l'invention, comprend une ouïe d'aspiration du liquide de pompage, une ouïe de refoulement du liquide, des moyens pour transférer le liquide depuis l'ouïe d'aspiration vers l'ouïe de refoulement, un passage interne reliant directement les ouies d'aspiration et de refoulement, des moyens mobiles d'obturation dudit passage, et des moyens de commande pour déplacer les moyens d'obturation de façon à fermer le passage lorsque la pression de refoulement du liquide est inférieure à une pression de référence prédéterminée, et à ouvrir le passage lorsque la pression de refoulement est supérieure ou égale à la pression de référence. L'invention sera mieux comprise à ltétude de la description détaillée d'un exemple de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustré par des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue schématique d'une pompe volumétrique selon l'invention, la figure 2 est une vue partielle en coupe de la pompe selon IIo de la figure 1, et la figure 3 est une vue partielle en coupe de la pompe selon E-E de la figure 1. La pompe volumétrique à cylindrée fixe choisie dans cette exemple est du type à pignons comprenant une enveloppe 1 étanche pourvue d'une ouïe d'aspiration 2 et d'une ouïe de refoulement 3. Une huile de lubrification du moteur est aspirée par la pompe dans l'ouïe d'aspiration 2 selon la flèche 4 (figure 3) et est refoulée par la pompe via l'ouïe de refoulement 3 selon la flèche 5 (figure 3). La pompe fait partie d'un circuit de lubrification d'un moteur d'entraînement non représenté. Enfermées dans l'enveloppe 1 se trouvent une roue dentée d'entraînement 6 et une roue dentée entraînée 7 s'engrenant l'une dans l'autre, les axes de rotation 6a et 7a desdites roues dentées étant parallèles. L'axe 6a de la roue dentée d'entraînement 6 est entraîné en rotation par le moteur à lubrifier non représenté. Pour simplifier l'exposé, on désigne par direction axiale, la direction parallèle aux axes 6a et 7a des roues dentées, et par direction radiale, une direction perpendiculaire auxdits axes 6a et 7a. L'enveloppe 1 de la pompe présente deux parois radiales intérieures la dont l'une est représentée sur les figures. L'engrenage constitué par les roues dentées 6 et 7 présente les deux côtés radiaux opposés qui effleurent les parois latérales intérieures la de l'enveloppe 1. Au milieu de l'entraxe défini par les axes 6a et 7a des roues dentées 6 et 7, l'une des parois radiales intérieures la de l'enveloppe est pourvue d'un premier alésage axial 8 prolongé par un second alésage axial 9. Le second alésage 9 présente un diamètre supérieur au diamètre du premier alésage 8. Les alésages 8 et 9 sont co-axiaux et séparés l'un de l'autre par un épaulement radial 8a. Un piston 10 présente une partie tête 10a coulissant axialement de façon étanche dans l'alésage 8, et une partie d'embase 10b coulissant de façon étanche dans l'alésage 9. Entre les parties tête 10a et embase 10b, le piston 10 présente un étranglement annulaire qui défini avec les alésages 8 et 9 une chambre annulaire Il. Un joint torique 12 est logé dans l'espace annulaire 11 entre l'embase 10b du piston 10 et l'épaulement 8a, de façon à assurer l'étanchéité de la chambre annulaire 11 et l'amortissement du mouvement axial du piston 10. Un ressort hélicoïdal de compression 13 agit axialement sur Embase 10b du piston 10 à l'intérieur de l'alésage 9, une rondelle 14 encastrée dans l'alésage servant d'une surface d'appui au ressort de compression 13. Les ouïes d'aspiration 2 et de refoulement 3 de la pompe se prolongent dans la paroi radiale intérieure la de l'enveloppe 1 et débouchent dans l'alésage 8 formant cylindre qui coopère avec la tête 10a du piston 10. Pendant le fonctionnement de la pompe, le moteur non représenté entraîne en rotation la roue dentée d'entraînement 6 via son axe 6a La roue dentée menée 7 engrenée dans la roue dentée 6 est entraînée en rotation par cette dernière. L'huile de lubrification est alors aspirée par l'ouïe d'aspiration 2 dans l'enveloppe étanche 1 et transférée dans l'ouïe de refoulement 3 par les roues dentées 6 et 7 en rotation pour être refoulée dans le circuit de lubrification non représenté. Le ressort de compression 13 agit axialement sur le piston 10 qui vient au ras de la paroi latérale intérieure la de l'enveloppe 1. Ainsi la tête 10a du piston 10 obture Ie passage de l'huile entre les ouïes d'aspiration 2 et de refoulement 3 débouchant toutes deux dans l'alésage 8. Lorsque la pression de refoulement de l'huile augmente, la pression exercée par l'huile sur la tête 10a du piston 10 augmente jusqu'à une valeur limite au delà de laquelle le piston 10 se déplace axialement en comprimant le ressort hélicoïdal 13. Le déplacement axial du piston crée ainsi un passage dans l'alésage 8 qui relie les ouïes d'aspiration 2 et de refoulement 3. Etant donné que la pression d'huile dans l'ouïe de refoulement 3 est supérieure à la pression d'huile dans l'ouïe d'aspiration 2, une fraction du débit de la pompe est ainsi recyclé via le passage créé par le piston 10 et intérieurement à la pompe, depuis l'ouïe de refoulement 3 vers l'ouïe d'aspiration 2. Le débit de refoulement, ainsi que la pression de refoulement de la pompe diminuent, par ce phénomène de recyclage de la fraction non utilisée du débit à l'intérieur de la pompe. Lorsque la pression exercée par l'huile sur la tête 10a du piston 10 devient inférieure à la valeur limite, le ressort 13 rappelle le piston 10 à sa position stable interrompant ainsi la communication entre les ouïes d'aspiration 2 et de refoulement 3. La valeur limite de la pression précédemment définie dépend de la pression de refoulement de la pompe et de la force de rappel du ressort 13. Lorsqu'on choisi un ressort de rappel 13 une fois pour toutes, cette pression limite est directement proportionnelle à la pression de refoulement. On peut ainsi définir une pression de référence pour la pression de refoulement. n est possible de changer la pression de référence de refoulement sans changer le ressort de rappel 13. Une solution simple consiste à introduire un liquide de commande dans la chambre annulaire 1 1 du piston 10 via un conduit 15 dans l'enveloppe 1 et débouchant dans la chambre annulaire 11. Le liquide de commande peut être simplement constitué par l'huile de lubrification prise en un point du circuit de lubrification non représenté. La pression du liquide de commande dans la chambre annulaire 1 1 modifie la force axiale de rappel exercée sur le piston 10. Selon la valeur choisie pour la pression de référence de refoulement, on fait varier la pression dans la chambre annulaire 1 1 en fonction de la pression d'huile prise en un point du circuit de lubrification ou selon une loi d'asservissement exigée par le moteur. Grâce à l'invention, la pression de l'huile de lubrification du moteur peut être régulée à volonté selon les exigences propres à chaque moteur. La régulation se fait par un recyclage à l'intérieur de la pompe d'une fraction non utile du débit de la pompe. Cela constitue une technique simple et efficace pour résoudre un problème difficile. Il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'application particulière de lubrification du moteur, et s'applique à tous les secteurs industriels nécessitant une régulation de la pression et du débit de refoulement d'une pompe. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de la pression et du débit de refoulement d'une pompe volumétrique à cylindrée fixe, la pompe comprenant une ouïe d'aspiration (2) et une ouïe de refoulement (3), caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer une pression de référence, à créer à l'intérieur de la pompe un recyclage d'une fraction du liquide de pompage depuis l'ouïe de refoulement vers l'ouïe d'aspiration lorsque la pression de refoulement est supérieure ou égale à la pression de référence, et à supprimer le recyclage si la pression de refoulement est inférieure à la pression de référence. 2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à définir la pression de référence en fonction de la pression du liquide prise en un point du circuit alimenté par la pompe ou au moyen d'un asservissement d'un moteur d'entraînement de la pompe. 3. Procédé de régulation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à obtenir un débit liquide de la pompe variable, avec une pompe volumétrique à cylindrée fixe. 4. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à définir la pression de référence à l'aide d'un moyen élastique (13) qui commande ledit recyclage à l'intérieur de la pompe. 5. Pompe volumétrique à cylindrée fixe, comprenant une ouïe d'aspiration (2) d'un liquide de pompage, une ouïe de refoulement (3) du liquide, et des moyens (6, 6a, 7, 7a) pour transférer le liquide depuis l'ouïe d'aspiration vers l'ouïe de refoulement, caractérisée en ce qu'elle comprend un passage interne (8) reliant directement les ouïes d'aspiration et de refoulement, des moyens mobiles (10) d'obturation du passage, et des moyens de commande pour déplacer les moyens mobiles et d'obturation de façon à ouvrir le passage lorsque la pression de refoulement est supérieure ou égale à une pression de référence prédéterminée, et à fermer le passage lorsque la pression de refoulement est inférieure à la pression de référence. 6. Pompe volumétrique selon la revendication 5, du type à pignons comprenant une enveloppe étanche (1) qui enferme deux pignons (6, 7) à axes parallèles et s'engrenant mutuellement, caractérisée en ce que le passage interne est constitué par un alésage axial (8) pratiqué dans une paroi latérale intérieure (la) de l'enveloppe au milieu de Entraxe des pignons (6, 7), les ouïes d'aspiration (2) et de refoulement (3) débouchant dans l'alésage axial, et que les moyens mobiles d'obturation est constitué par un piston (10) dont la tête (10a) assure l'étanchéité entre les ouïes d'aspiration et de refoulement avec une précontrainte axiale qui est directement définie par la pression de référence de refoulement. 7. Pompe volumétrique selon la revendication 6, caractérisée en ce que le piston (10) sous précontrainte axiale se déplace dans l'alésage -(8) lorsque la poussée axiale exercée par le fluide de pompage sur la tête du piston (10a) dépasse la précontrainte axiale, de façon à mettre en communication les ouïes d'aspiration et de refoulement pour recycler une fraction du débit à l'intérieur de la pompe. 8. Pompe volumétrique selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un ressort de compression axial (13) qui crée une précontrainte axiale de rappel sur le piston (10). 9. Pompe volumétrique selon la revendication 8, caractérisée en ce que le piston (10) présente une gorge annulaire (11) dans laquelle est introduit un liquide de commande dont on peut réguler la pression, de façon à modifier la précontrainte axiale exercée par le ressort de compression (13) sur le piston (10). 10. Pompe volumétrique selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'enveloppe (1) comprend un conduit (15) d'amenée du liquide de commande prélevé directement en un point du circuit de pompage.