Brevet FR2698663A1 — publié le 19940603

La présente invention concerne des pompes de carbu- rant à moteur électrique, et elle concerne en particulier une pompe de carburant à recirculation destinée à un moteur d'automobile et à des applications analogues. Les pompes à recirculation à moteur électrique ont déjà été proposées et utilisées dans les circuits de distribution de carburant des automobiles Les pompes de ce type comportent habituellement un boîtier destiné à être immergé dans un réservoir de carburant, une entrée étant destinée à l'aspiration du carburant du réservoir et une sortie étant destinée à transmettre le carburant sous pression au moteur du véhicule Un moteur électrique comporte un rotor monté afin qu'il tourne dans le boîtier et raccordé à une source d'énergie électrique permettant l'entraînement du rotor autour de son axe de rotation Une roue est couplée au rotor afin qu'elle tourne avec lui et a un groupe circonférentiel d'ailettes placées à la péri- phérie de la roue Un canal courbe de pompage, ayant un orifice d'entrée et un orifice de sortie à ses extrémités opposées, entoure la périphérie de la roue pour la création d'une pression de carburant par un effet analogue à celui de tourbillons entre les poches formées par les ailettes de la roue et le canal qui les entoure Un exemple d'une telle pompe de carburant est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 259 072. Les pompes de carburant de ce type doivent remplir un certain nombre de conditions nominales dans les applica- tions aux automobiles Par exemple, la pompe de carburant peut devoir transmettre du carburant avec un débit minimal spécifié ou un débit supérieur à une pression spécifiée dans des conditions nominales ou normales de température de fonctionnement et de tension de la batterie d'accumula- teurs Il peut être aussi nécessaire que la pompe trans- mette le carburant avec une pression spécifiée et un débit minimal lorsqu'elle est alimentée par une batterie de faible tension, ceci pouvant se produire lorsque le moteur doit être lancé à une température extrêmement basse Une autre condition nominale peut être la distribution du carburant avec un débit spécifié et une pression minimale en présence d'une température élevée, lorsque la vapeur du carburant chaud peut avoir un rôle important Des para- mètres et caractéristiques nominales destinés à accroître les performances dans certaines conditions de fonction- nement peuvent avoir un effet nuisible sur le fonctionne- ment dans d'autres conditions. La présente invention a pour objet de façon générale la réalisation d'une pompe de carburant à recirculation du type à moteur électrique tel qu'indiqué, ayant d'excel- lentes performances dans diverses conditions de fonctionne- ment, notamment les conditions normales de fonctionnement, les conditions de lancement à froid et les conditions de circulation de carburant chaud, comme décrit précédemment. L'invention concerne aussi une pompe de ce type qui fait peu de bruit, dont la fabrication et le montage sont peu coûteux et qui a des performances reproductibles et fiables pendant une longue période d'utilisation. Une pompe de carburant à recirculation et à moteur électrique selon la présente invention comprend un boîtier ayant une entrée de carburant et une sortie de carburant, et un moteur électrique possédant un rotor sensible à l'application d'énergie électrique et destiné à tourner à l'intérieur du boîtier Un mécanisme de pompage comporte une roue couplée au rotor afin qu'elle tourne avec lui et un ensemble circonférentiel d'ailettes placé à la péri- phérie de la roue Un canal courbe de pompage entoure la périphérie de la roue et est couplé pendant le fonction- nement à l'entrée et à la sortie de carburant du boîtier afin que le carburant soit transmis sous pression à la sortie du boîtier Le canal de pompage a un ensemble circonférentiel de gorges radiales qui forme des ailettes de canaux entre les gorges axialement opposées à la péri- phérie de la roue Les gorges des canaux sont disposées radialement vers l'intérieur des ailettes de la roue et on a constaté qu'elles donnaient de meilleures performances de pompage, surtout en présence de carburant chaud Bien que les raisons de ces meilleures performances données par les gorges à canaux et les ailettes ne soient pas parfaitement comprises, on pense que les ailettes des canaux créent une turbulence et réduisent la vitesse du carburant lorsque celui-ci est pompé dans le canal courbe de pompage, en augmentant l'action tourbillonnaire et/ou l'action de pompage à recirculation sur le carburant, surtout dans les conditions d'alimentation à basse tension et à vitesse réduite de la pompe. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'ensemble circonférentiel des gorges du canal est placé partiellement autour du canal courbe de pompage et les gorges sont adjacentes à l'orifice de sortie à l'extrémité aval du canal de pompage L'extrémité amont du canal de pompage, près de l'orifice d'entrée, a une section prati- quement constante (c'est-à-dire n'a pas de gorges de canal), et la section moyenne de la région aval du canal de pompage ayant les ailettes de canal est supérieure à la section de la région du canal amont Un orifice de vapeur débouche dans la région amont du canal de pompage très près de la région aval Les gorges de canal et les ailettes de canal placées entre les gorges de canal sont de préférence inclinées radialement en sens opposé au sens de rotation de la roue Dans le mode de réalisation préféré de l'inven- tion, les gorges et ailettes de canal ont une configuration géométrique radiale par rapport à la roue et une profon- deur, en direction axiale, qui augmente radialement vers l'intérieur à la périphérie de la roue La partie des gorges de canal disposées radialement vers l'intérieur des ailettes de la roue a une dimension radiale pratiquement égale à la dimension radiale des ailettes de la roue elles- mêmes. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, une nervure est disposée radialement dans le canal courbe de pompage en face de la périphérie de la roue La nervure et l'ensemble des gorges de canal sont disposés partiel- lement autour du canal de pompage près de l'orifice de sortie, les nervures et l'ensemble ayant des dimensions angulaires pratiquement identiques De préférence, les ailettes de la roue comprennent des ailettes dites "ouvertes" dans lesquelles la face inférieure de chaque poche d'ailettes formée à la face axiale de la roue recoupe la surface inférieure de la poche axialement adjacente de la face opposée de la roue, radialement vers l'intérieur de la partie périphérique de la roue Les poches de la roue, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, ont une construction concave curviligne La combinaison de cette construction de roue à ailettes ouvertes, de la nervure radiale de canal et des gorges radiales de canal adjacentes à l'orifice de sortie du canal de pompage a montré qu'elle donnait de meilleures performances de démarrage à froid et de meilleures performances en présence de carburant chaud, tout en donnant au moins les caractéristiques minimales voulues de performances dans les conditions normales de fonctionnement. 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 en élévation latérale d'une pompe de carburant à moteur électrique dans un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 2 est une vue en élévation latérale de la face interne d'une plaque latérale formant capuchon d'en- trée de la pompe, suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle à plus grande échelle de la partie de la figure 2 qui est entourée par le cercle 3; les figures 4 à 6 sont des coupes partielles prati- quement suivant les lignes 4-4, 5-5 et 6-6 des figures 2 et 3; la figure 7 est une vue en élévation latérale de la roue de la pompe dans le mode de réalisation préféré de la figure 1, pratiquement suivant la ligne 7-7 de la figure 1; la figure 8 est une vue en élévation latérale de la face interne de la plaque latérale interne de la pompe de la figure 1, suivant la ligne 8-8 de la figure 1; la figure 9 est une coupe partielle pratiquement suivant la ligne 9-9 de la figure 8; les figures 10 à 12 sont des coupes partielles du mécanisme de pompage pratiquement aux positions angulaires à 10-10, 11- 11 et 12-12 de la figure 8; et la figure 13 est une vue en élévation latérale d'un anneau de guidage de roue, pratiquement suivant la ligne 13-13 de la figure 1. La figure 1 représente une pompe 20 de carburant à moteur électrique dans un mode de réalisation préféré de l'invention, comprenant un boîtier 22 formé d'un carter cylindrique 24 qui raccorde des capuchons d'extrémité d'entrée et de sortie 26, 28 qui sont distants axialement. Un moteur électrique 30 est formé d'un rotor 32 qui touril- lonne sur un arbre 34 afin qu'il tourne dans le boîtier 22 et un stator 36 à aimant permanent qui l'entoure Des balais 38 sont disposés dans le capuchon 28 d'extrémité de sortie et sont connectés électriquement à des bornes 40 placées à l'extérieur du capuchon 28 d'extrémité Les balais 38 sont repoussés par des ressorts 42 en contact électrique glissant avec une plaque collectrice 44 portée par le rotor 32 et l'arbre 34 à l'intérieur du boîtier 12. La pompe 10, décrite jusqu'à présent, est analogue de façon générale à celles qui sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n' 4 352 641, 4 500 270 et 4 596 519. Le mécanisme 46 de la pompe 20 comprend une roue 48 couplée à l'arbre 34 par un fil 50 afin qu'ils tournent ensemble Un canal courbe 52 de pompage entoure circonfé- rentiellement la périphérie de la roue 48 et est formé par un capuchon 26 d'extrémité d'entrée à une plaque 54 placée du côté opposé de la roue 48 et formant ainsi des plaques latérales de roue, et par un anneau 80 qui est serré lors du montage entre les plaques 26, 54 qui entourent la roue 48 Le canal 50 de pompage a un orifice 56 d'entrée débou- chant axialement à une première extrémité connectée à l'entrée 58 qui dépasse de la plaque latérale 26 formant capuchon d'extrémité, et il a un orifice 60 de sortie débouchant axialement à l'extrémité opposée à travers la plaque 54 vers l'intérieur du boîtier 22 Le carburant est ainsi pompé par la roue 48 de l'entrée 58 vers la sortie du capuchon 28 d'extrémité par l'intermédiaire du boîtier 22. Les plaques latérales 26, 54 sont présentées plus en détail sur les figures 2 et 8 respectivement et sur les vues partielles des figures 3, 6 et 9 Le canal courbe 52 de pompage est délimité en partie par un tronçon courbe 62 de canal de la face plate d'entrée 64 de la plaque latérale 26 formant capuchon d'extrémité Comme l'indique la figure 2, le tronçon 62 de canal est disposé de l'orifice d'entrée 56 autour de la face 64 avec un rayon constant par rapport à l'axe central 66 du moteur et de la pompe, vers une poche 68 adjacente angulairement à-l'orifice d'entrée 58 mais distante de celui-ci Un ensemble circonférentiel de gorges courbes 70, ayant une orientation générale radiale, est formé dans la face 64 et disposé radialement vers l'inté- rieur depuis la section 62 de canal Chaque gorge 70 s'élargit axialement en direction radiale vers l'intérieur depuis la section 72 de canal comme mieux représenté sur la figure 4 L'ensemble des gorges 70 est placé sur moins de la longueur courbe totale de la section 62 de canal, à partir de la poche adjacente 68 sur la moitié environ de la longueur du canal Un orifice 72 de vapeur débouche dans la section 62 de canal près du bord avant des gorges 70, c'est-à-dire au bord de l'ensemble de gorges proche de l'orifice d'entrée 56 En fait, une section 62 de canal à deux régions est ainsi formée et comprend une première région amont 74 adjacente à l'orifice d'entrée 56 et une seconde région aval 76 adjacente à la poche 68 Les gorges sont courbées en sens opposé au sens de déplacement de l'orifice d'entrée 56 vers la poche 68 Comme mieux repré- senté sur la figure 5, chaque gorge 70 a une section à gradin comprenant une partie antérieure amont relativement peu profonde 78 et une partie aval plus profonde 80. Le canal 52 de pompage est aussi délimité en partie par une section courbe 62 a de canal disposée entre l'ori- fice de sortie 60 et une poche 68 a de la face interne 64 a de la plaque latérale 54 (voir figures 8 et 9) Lors du montage, les encoches 81, 81 a de la plaque 26 et de la plaque 54 sont alignées afin qu'une poche 68 a de la plaque 54 soit en face de l'orifice d'entrée 56 de la plaque 26 et qu'une poche 68 de la plaque 26 soit en face de l'orifice de sortie 60 de la plaque latérale 54 A l'exception de l'orifice 72 de vapeur de la plaque 26, qui n'a pas d'élé- ments correspondants dans la plaque 54, la disposition des canaux et gorges de la plaque 54 et l'image spéculaire de la disposition de la plaque 26, et des éléments correspon- dants de la figure 8 portent des références numériques identiques suivies du suffixe a. Le canal 52 de pompage est aussi en partie délimité par l'anneau 80 de guidage de roue (figure 1 et 13) qui, une fois monté, est maintenu entre les plaques 26 et 54 et entoure radialement la roue 48 L'anneau 80 a une nervure 82 qui dépasse radialement vers l'intérieur à la périphérie de la roue 48 et qui en est séparée uniquement par une distance suffisante pour que la roue puisse tourner sans contact avec l'anneau La nervure 48 est disposée radiale- ment au centre entre les plaques latérales et a une dimen- sion courbe correspondant, après montage, aux ensembles des gorges 70, 70 a de canal des plaques latérales 26, 54. Ainsi, la nervure 82 ne pénètre pas dans la section de canal délimitée par les parties amont 74 et 74 a et ne recouvre pas ou ne gêne pas la sortie de carburant par l'orifice de sortie 60 Une encoche 81 b (figure 13) formée dans l'anneau 80 coopère avec l'encoche 81 de la plaque 26 et l'encoche 81 a de la plaque 54 afin que les différents éléments soient alignés lors du montage. La roue 48 comporte un disque plat ayant des ailettes 84 dépassant radialement (figure 7), les ailettes ayant une épaisseur uniforme et un espacement angulaire, et ayant des bords externes qui délimitent la périphérie de la roue concentriquement à l'axe 66 Une nervure 86 dépasse radialement à l'extérieur entre chaque paire d'ailettes 84 et aboutit à une faible distance de la périphérie de la roue dans un bord externe radialement arrondi 88 Toutes les nervures 86 sont identiques et disposées au centre du corps de la roue, et les bords externes 88 sont concen- triques à l'axe 66 Les ailettes 84 et les nervures 86 forment ainsi des ensembles circonférentiels de poches débouchant axialement et radialement aux bords périphé- riques de chaque face latérale de la roue La roue 48 est une roue à ailettes dites ouvertes dans laquelle la surface inférieure 90 (figure 10) de chaque poche d'ailette, formée sur la face axiale de la roue, recoupe la surface infé- rieure 92 de la poche formée sur la face opposée, les deux surfaces se raccordant aux bords externes arrondis 88 de la nervure De préférence, chaque nervure 86 a une dimension radiale maximale égale aux deux-tiers environ de la dimen- sion radiale maximale des ailettes 84. Lors du montage de la plaque latérale 26 formant capuchon d'extrémité, de la plaque latérale interne 54, de l'anneau 80 et de la roue 48, un canal 52 de pompage est ainsi formé avec un premier segment courbe constitué par les régions de canal 74, 74 a de section constante partant de l'orifice d'entrée 56, et un second segment courbe de canal formé par les régions 76, 76 a proches de l'orifice de sortie 60 et dans lesquelles sont placées les gorges 70, a et la nervure 82 La section moyenne du segment formé par les sections 76, 76 a est supérieure à la section du segment formé par les régions 74, 74 a Dans un mode de réalisation de l'invention par exemple, la section du segment aval formée par les régions 76, 76 a varie entre ,12 mm 2 au niveau des gorges 70, 70 a et 4,29 m M 2 entre les gorges adjacentes 70, 70 a Si l'on tient compte de la longueur de la corde, la section moyenne est de 7,22 m M 2 par rapport à une section de 6,34 m M 2 dans la région du canal amont délimitée par les segments 74, 74 a Lors du fonctionnement, la roue 48 pompe le carburant de l'orifice d'entrée 56 dans le canal 52 de pompage vers l'orifice 60 de sortie par l'action tourbillonnaire et de recirculation caractéristique de ce type de pompe. La pompe de carburant décrite dans le présent mémoire a montré qu'elle possédait d'excellentes perfor- mances de démarrage à froid et en présence de carburant chaud La disposition des ailettes de canal formées par les gorges 70, 70 a en combinaison avec la construction à ailettes ouvertes de la roue 48 améliore considérablement les performances de démarrage à froid et augmente notable- ment les possibilités d'utilisation d'un carburant chaud. La disposition de la nervure 86, combinée à la construction d'ailettes ouvertes de la roue 48, a amélioré les possibi- lités de fonctionnement avec du carburant chaud et a augmenté notablement les performances de démarrage à froid. La combinaison des trois éléments, c'est-à-dire les ailettes de canal formées par les gorges 70, 70 a, la nervure 86 et la construction à ailettes ouvertes de la roue 48, augmente considérablement à la fois les perfor- mances de démarrage à froid et les possibilités de fonc- tionnement avec du carburant chaud par rapport aux cons- tructions de pompes n'ayant pas ces éléments, sans réduc- tion notable des performances dans des conditions normales. La section à gradin des gorges 70, 70 a (mieux représentée sur la figure 5) a ainsi amélioré les performances par rapport aux gorges à canal de section uniforme On pense que le fluide pénètre dans chaque canal 70, 70 a en se déplaçant radialement vers l'intérieur le long de la partie relativement profonde 80 de canal, puis sort des canaux par déplacement radial vers l'extérieur le long de la partie plus étroite 78 L'angle (figure 4) de la partie 78 est tel que celle-ci guide le fluide afin qu'il revienne dans les ailettes ouvertes de la roue La roue, l'anneau et les plaques latérales peuvent être moulés en toute composition voulue, par exemple céramique. il REVENDICATIONS 1 Pompe de carburant à moteur électrique, caracté- risée en ce qu'elle comprend: un boîtier ( 22) ayant une entrée et une sortie de carburant, un moteur électrique ( 30) comportant un rotor ( 32) et un dispositif ( 40) d'application d'énergie électrique au moteur afin que le rotor tourne dans le boîtier, et une pompe ( 46) ayant une roue ( 48) couplée au moteur afin qu'elle tourne avec celui-ci et ayant, à sa péri- phérie, un ensemble circonférentiel d'ailettes ( 84), et un canal courbe de pompage ( 50) entourant la périphérie de la roue et couplé à l'entrée et à la sortie, le canal de pompage ( 50) ayant un ensemble circonfé- rentiel de gorges radiales ( 70) axialement opposées à la périphérie de la roue, les gorges de canal étant disposées radialement vers l'intérieur des ailettes de la roue. 2 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble circonférentiel de gorges de canal ( 70) est placé sur une partie du canal de pompage ( 50) corres- pondant à moins de toute la longueur courbe du canal de pompage. 3 Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le canal de pompage ( 50) a des orifices d'entrée et de sortie ( 58, 68) à des extrémités opposées du canal courbe, l'ensemble des gorges radiales de canal ( 70) étant disposé près de l'orifice de sortie ( 68). 4 Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que le canal de pompage a une première région courbe ( 74) adjacente à l'orifice d'entrée ( 58) et de section pratiquement constante, et une seconde région courbe ( 76) adjacente à l'orifice de sortie et dans laquelle sont disposées les gorges de canal ( 70), la section moyenne de la seconde région étant supérieure à celle de la première région. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le canal de pompage ( 50) comporte en outre une ouverture ( 72) de passage de vapeur formée dans la première région près de la seconde région. 6 Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que la seconde région ( 76) couvre pratiquement la moitié de la dimension courbe du canal de pompage. 7 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les gorges de canal ( 70) sont inclinées radialement en sens opposé au sens de rotation de la roue ( 48). 8 Pompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que les gorges de canal ( 70) ont une configuration géométrique courbe en direction radiale par rapport à la roue. 9 Pompe selon la revendication 8, caractérisée en ce que la profondeur axiale des gorges de canal ( 70) augmente radialement vers l'intérieur par rapport à la périphérie de la roue. Pompe selon la revendication 8, caractérisée en ce que les ailettes ( 84) de la roue ont une dimension radiale uniforme, et les gorges de canal ( 70) sont dispo- sées radialement vers l'intérieur par rapport aux ailettes de la roue sur une distance pratiquement égale à la dimen- sion radiale. 11 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble circonférentiel de gorges radiales ( 70) comporte des premiers et seconds ensembles de gorges radiales sur les côtés axialement opposés du canal, le premier et le second ensemble étant des images spéculaires l'un de l'autre. 12 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal courbe de pompage ( 50) a une nervure circonférentielle ( 82) disposée radialement dans le canal en face de la périphérie de la roue. 13 Pompe selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'ensemble circonférentiel des gorges de canal ( 70) et la nervure ( 82) sont tous deux disposés circonférentiel- lement sur une partie seulement du canal de pompage, cette partie étant inférieure à la longueur courbe totale du canal de pompage ( 50). 14 Pompe selon la revendication 13, caractérisée en ce que le canal de pompage a des orifices ( 58, 68) d'entrée et de sortie de canal aux extrémités opposées du canal de pompage ( 50), l'ensemble des gorges de canal ( 70) et la nervure ( 82) étant disposés près de l'orifice de sortie. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ailettes ( 84) de la roue sont des ailettes ouvertes. 16 Pompe selon la revendication 15, caractérisée en ce que les ailettes ouvertes forment des ensembles circon- férentiels de poches ( 86) tournés axialement sur les faces latérales axiales opposées du rotor, chaque poche de chaque face débouchant à l'intérieur de la périphérie vers une poche axialement adjacente de la face opposée. 17 Pompe selon la revendication 16, caractérisée en ce que la roue ( 48) a une nervure circonférentielle ( 86) placée entre les ailettes adjacentes ( 84) et qui sépare les poches axialement adjacentes les unes des autres, la nervure ayant un bord radialement externe placé vers l'intérieur de la périphérie.