Brevet FR2713714A1 — publié le 19950616

l " Ensemble d'alimentation en carburant d'un moteur à com- bustion interne d'un véhicule automobile, à partir d'un réservoir " L'invention concerne un ensemble d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile à partir d'un réservoir, comprenant un moteur électrique en forme de moteur à champ axial comportant des aimants permanents montés axialement par rapport à une par- tie de rotor en forme de disque, ces aimants étant répartis selon un cercle autour de l'axe de rotation, la partie de rotor, en forme de disque, comportant des enroulements de rotor sur au moins une face frontale, faisant en même temps partie de la roue d'une pompe d'alimentation tournant dans une chambre de pompe, les éléments de transfert de la roue reliant un orifice d'entrée de la chambre de pompe à un orifice de sortie par une liaison hydraulique. On conna5t déjà un tel ensemble d'alimentation selon le document DE-OS 33 035 709. Cet ensemble comprend un moteur électrique et une pompe d'alimentation entraînée en rotation par le moteur, ces deux éléments étant logés dans un boîtier commun dont le côté aspiration est relié par un ajutage d'aspiration au réservoir d'alimentation et dont le côté de sortie est relié par un ajutage de pression à la conduite d'alimentation du moteur à combustion interne du véhicule. Le moteur électrique est un moteur à champ axial avec une partie de rotor en forme de disque guidé sur un axe solidaire du bottier et coopérant avec des aimants permanents répartis axialement en arc de cercle autour de l'axe de rotation du rotor. Le mouvement de rotation de la partie de rotor est transmis à une roue guidée également sur l'axe fixe et formant l'élément de transfert de la pompe. Cette roue aspire le carburant par l'ajutage d'aspiration dans une chambre de pompe, accélère le carbu- rant et le refoule à pression plus élevée par l'ajutage de pression. Pour que les dimensions de l'ensemble. d'alimentation soient aussi réduites que possible dans la direction axiale du moteur électrique et de la pompe d'alimentation, la partie de rotor et la roue ne sont qu'à une faible distance axiale ou encore se situent dans un plan limite radial commun selon les figures 9 à 12 du docu- ment évoqué ci-dessus. La partie de rotor du moteur à champ axial et la roue de la pompe d'alimentation sont constitués par une même pièce en forme de disque. La face frontale de la partie de rotor et la paroi adjacente de la chambre de pompe comportent des nervures de transfert, courbées selon une forme de développante, qui guident le carburant pendant le mouvement de rotation du rotor en augmentant sa pression pour passer du volume radialement à l'intérieur vers le vo- lume radialement à l'extérieur. Les nervures de transfert sont montées sur le rotor formé par des pistes conductrices alimentées en al- ternance, par des tensions électriques opposées, par l'intermédiaire d'un commutateur. Ce commutateur est un commutateur à disque formé par la partie radialement inté- rieure du rotor et dont la face frontale est en contact avec deux balais de commutation portés à des potentiels électriques différents et maintenus en appui axial par la force de ressorts. L'ensemble de transfert, présente toute- fois l'inconvénient que les nervures de transfert du rotor, en forme de développantes et les parois de chambre sur une face, présentent une structure relativement compliquée ce qui nécessite des travaux d'usinage importants. En outre, S la pompe d'alimentation présente un bon rendement seulement aux vitesses de rotation élevées; or, à ces vitesses de rotation, la pompe est bruyante. Ainsi, les exigences ac- tuelles imposées à des ensembles d'alimentation ne sont pas suffisantes pour un moteur à combustion interne. L'ensemble d'alimentation en carburant selon l'invention pour un moteur à combustion interne de véhicule automobile à partir d'un réservoir correspondant au type défini ci-dessus, est caractérisé en ce que les éléments de transfert sont formés sur la roue par une couronne de pales réparties à distance, dans la direction périphérique de la roue, ces pales étant prévues à la hauteur d'une cavité formant un canal de transfert réalisé dans les parois de la chambre de pompe et délimitant axialement cette chambre de pompe, cette cavité entourant suivant une partie d'anneau de cercle, l'axe de rotation de la roue entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie, et formant avec la roue chaque fois une cavité constituant un canal de transfert. Cet ensemble présente l'avantage que la réali- sation de la pompe d'alimentation sous forme de pompe tour- billonnaire présente un rendement élevé même aux faibles vitesses de rotation de la roue qui reçoit la partie de ro- tor. Cette rotation lente et ce fonctionnement silencieux font que l'ensemble d'alimentation participe à la réduction globale de l'émission de bruit du véhicule automobile. L'ensemble de transfert selon l'invention pré- sente par rapport à l'ensemble connu, une construction sim- ple de sorte que son coût de fabrication est réduit. La réalisation du commutateur sous la forme d'un coummutateur à tambour muni de balais de commutation appuyés radialement sur le tambour, permet de façon avanta- geuse et malgré une disposition très peu encombrante du commutateur dans la direction axiale, d'atteindre une usure de longueur importante pour les segments de commutateur. La mise en forme appropriée des aimants permanent ou de leur montage sur la face du rotor opposée au commutateur permet d'avoir des tétons pour porter les segments du commutateur en tambour, qui sont courts pour que des segments de commu- tateur arrivent directement jusqu'au niveau de la face frontale de la roue recevant la partie de rotor. Ainsi l'ensemble de transfert peut être globalement plus plat et utiliser avec des réservoirs de carburant très plats. L'intégration d'un filtre à carburant dans le boîtier participe à cette construction très plate et com- pacte de l'ensemble de transfert. Ce boîtier forme avanta- geusement également un filtre hélicoïdal s'étendant suivant le diamètre du rotor et formant un boîtier pour un panneau de couvercle fermant la face frontale. Ainsi, pour une sec- tion très grande pour le carburant, il est possible d'intégrer le filtre à carburant dans l'ensemble de trans- fert sans en augmenter l'encombrement, du fait que l'on n'utilise pas de couvercle de boîtier, supplémentaire. Pour simplifier encore plus la roue à laquelle est intégrée la partie de rotor, il est possible de réali- ser celui-ci sous la forme d'une simple bobine et d'alimenter alternativement les éléments fixes du stator pour pouvoir également supprimer le commutateur équipant la roue. Cela diminue d'autant l'encombrement axial de l'ensemble et les éléments de stator peuvent alors être commutés électroniquement. D'autres avantages et développements avantageux de l'objet de l'invention sont décrits dans les dessins, la description et les revendications. Dessins Deux exemples de réalisation d'un ensemble d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion in- terne d'un véhicule automobile à partir d'un réservoir sont représentés aux dessins et seront décrits ci-après de ma- nière plus détaillée. Ainsi: La figure 1 est une vue schématique du montage de l'ensemble d'alimentation dans le réservoir d'un moteur à combustion interne. La figure 2 montre un premier exemple de réali- sation d'un ensemble d'alimentation, en coupe longitudi- nale, les pales de la roue se trouvant radialement à l'extérieur de la partie de rotor. La figure 3 est une coupe simplifiée de la roue de la figure 2 avec les aimants permanents occupant la po- sition indiquée. La figure 4 montre un second exemple de réali- sation d'un ensemble d'alimentation, en coupe longitudinale pour lequel les pales de la roue se trouvent radialement à l'intérieur de la partie de rotor. La figure 5 montre conmune la figure 3, une coupe simplifiée de la roue de l'ensemble d'alimentation repré- senté à la figure 4. Description des exemples de réalisation: Dans le montage représenté à la figure 1, un ensemble d'alimentation 3 logé dans un réservoir de carbu- rant 1 est relié, du côté pression, par une conduite d'alimentation 5 à un moteur à combustion interne 7 d'un véhicule automobile pour alimenter celui-ci en carburant. Le premier exemple de réalisation de l'ensemble d'alimentation 3 représenté à la figure 2 est formé par un moteur électrique à champ axial 9 et d'une pompe périphéri- que 11 entraînée par ce moteur, ces deux éléments étant lo- gés dans un boitier cylindrique coummun 8. L'ensemble d'alimentation 3 comprend une roue 15 montée sur l'axe fixe 13 du boîtier. Cette roue tourne dans une chambre de pompe 17 cylindrique. La vue en coupe très simplifiée représentée à la figure 3 montre qu'à la fois la roue 15 et la partie de rotor 19 du moteur à champ axial 9 constituent les élé- ments de transfert de la pompe périphérique 11. La roue 15 en forme de disque présente des enroulements de rotor 21 réalisés à plat, du c8té extérieur de ses faces frontales axiales. Ces enroulements sont constitués par des chemins prévus sur la surface du disque et qui créent un champ axial lorsqu'ils sont alimentés. Ils sont enrobés par in- jection d'une matière résistant au carburant et non conduc- trice de l'électricité de sorte que les différents enroulements 21 sont isolés les uns des autres. Radialement, à l'extérieur de la partie de ro- tor 19 munie des enroulements de rotor 21, il y a une cou- ronne de pales 23 montées sur la roue 15 et qui sont distantes suivant la direction périphérique de la roue 15. Ces pales constituent les éléments de transfert de la pompe périphérique 11 et rejoignent, selon l'exemple de réalisa- tion, dans leur direction radialement à l'extérieur, une couronne 24 entourant la roue 15. En outre, à l'intérieur du boîtier 8, de ma- nière circulaire autour de l'axe de rotation de la roue 15, à la hauteur des enroulements de rotor 21, il y a des ai- mants permanents 25 avec un champ magnétique dirigé axiale- ment de part et d'autre contre la roue 15 de façon que les aimants juxtaposés et en regard, présentent une aimantation opposée. Ces aimants permanents 25 également indiqués à la figure 3 sont délimités dans la direction radialement tour- née vers l'extérieur, chaque fois par un corps de base 27 en forme de disque logé dans le boîtier 8. La face frontale de ce corps de base tournée vers la roue 15, qui délimite frontalement la chambre de pompe 17, comporte respective- ment à la hauteur des pales 23, un canal de transfert 29 en forme de partie d'anneau, entourant l'axe de rotation de la roue 15, ce canal étant ouvert vers la roue 15. Ce canal de transfert 29 relie un orifice d'entrée 31 arrivant à l'une des extrémités, à un orifice de sortie 33 décalé du précédent d'une plage angulaire de l'ordre de 300 (l'orifice de sortie est représenté déca- lé). Lors de la rotation de la roue 15, les pales 23 per- mettent un passage du carburant d'une face frontale de la roue 15 à l'autre et réalisent une liaison hydraulique en- tre l'orifice d'entrée 31 associé au corps de base 27 et l'orifice de sortie 33 associé au corps de base 27 opposé. Un commutateur en tambour 35 assure l'alimentation alternée des enroulements 21 de la roue 15; ce commutateur est formé par un embout 37 en saillie axia- lement de la face frontale de la roue 15 et dont la surface périphérique comporte des segments de commutation 39 paral- lèles à l'axe de la roue. Ces segments sont reliés électri- quement aux différents enroulements 21. Deux balais de commutation 41, opposés l'un à l'autre dans le boîtier 8 et reliés à des potentiels électriques différents, sont appli- qués par la force de deux ressorts 43 contre les segments 39. Ils sont maintenus en appui sur les segments de commu- tation 39, pendant la rotation de la roue 15 du commutateur 35 solidaire en rotation de la roue. Sur sa face frontale opposée au commutateur 35, le boîtier 8 est fermé par un filtre à carburant 45, plat, en forme de disque ainsi placé dans le bottier 8 pour lais- ser entre lui et la face frontale opposée de la roue 15 d'une rondelle d'écartement 46 qui fixe la position des ai- mants permanents 25 et du corps de base 27 et une chambre d'accumulation de carburant 47 pour que toute la surface du filtre à carburant 45 serve de passage. Les orifices d'entrée et de sortie 31, 33 sont prévus sur le corps de base 27 respectif pour que l'orifice d'entrée 31 débouche dans la chambre collectrice de carbu- rant 47 et que l'orifice de sortie 33 sorte, du boîtier 8 en forme de disque, par sa face frontale opposée. Le second exemple de réalisation représenté aux figures 4 et 5 se distingue du premier exemple de réalisa- tion représenté aux figures 2 et 3 par le montage de la partie de rotor et des éléments de transfert. Dans ce cas, la couronne de pales 23 est dispo- sée, radialement vers l'intérieur de la partie de rotor portant les enroulements de rotor 21, de façon adjacente à la roue 15. Ainsi, l'anneau des aimants permanents 25 se trouve également décalé vers l'extérieur de façon adjacente au corps de base 27 correspondant aux canaux de transfert 29. La disposition des orifices d'entrée et des orifices de sortie 31, 33 dans le corps de base 27 ainsi que la réali- sation du commuutateur à tambour 35 sont analogues à ceux du premier exemple de réalisation. Les conducteurs électriques de mise en contact des segments de commutateur 39 et des différents enroulements du rotor 21 traversent certaines pales 23. L'ensemble d'alimentation selon l'invention fonctionne de la manière suivante: lorsque les balais 41 sont alimentés, les différents enroulements de rotor 21 sont traversés par un courant électrique qui coopérant avec le champ magnétique créé par les aimants permanents 25 en- gendre un couple appliqué au rotor; la roue 15 tourne ain- si dans le sens de rotation défini par la disposition des aimants permanents. Ce mouvement de rotation de la roue fait ainsi que les pales 23 déplacées dans le canal de transfert 29, créent de manière connue, une circulation du carburant de l'orifice d'entrée 31 vers l'orifice de sortie 33. Pendant ce passage à travers le canal de transfert, les impulsions échangées entre le carburant et la roue accélè- rent le carburant et augmentent sa circulation dans le ca- nal de transfert. Le carburant qui est à faible pression dans le réservoir d'alimentation 1 est ainsi absorbé par le filtre à carburant 45 pour être transféré à pression élevée au moteur à combustion interne 7 par la conduite d'alimentation 5 reliée à l'orifice de sortie 33. Il est ainsi possible par des moyens construc- tifs simples de transposer les avantages d'un moteur à champ axial de construction plate à une pompe périphérique et d'obtenir ainsi un ensemble d'alimentation de très fai- ble dimension dans la direction axiale et dont le débit et l'émission de bruit satisfont aux exigences élevées posées aux ensembles d'alimentation actuels. R E V E N D I C A T I ON S 1) Ensemble d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (7) d'un véhicule automobile à partir d'un réservoir (1), comprenant un moteur électrique (9) en forme de moteur à champ axial comportant des aimants permanents (25) disposés axialement par rapport à une par- tie de rotor (19) en forme de disque, ces aimants étant ré- partis selon un cercle autour de l'axe de rotation, la partie de rotor, en forme de disque, comportant des enrou- lements de rotor (21) sur au moins une face frontale, fai- sant en même temps partie de la roue (15) d'une pompe d'alimentation (11) tournant dans une chambre de pompe (17), les éléments de transfert de la roue (15) reliant un orifice d'entrée (31) de la chambre de pompe (17) à un ori- fice de sortie (33) par une liaison hydraulique, ensemble caractérisé en ce que les éléments de transfert sont formés sur la roue (15) par une couronne de pales (23) réparties à distance, dans la direction périphérique de la roue (15), ces pales étant prévues à la hauteur d'une cavité formant un canal de transfert (29) réalisé dans les parois de la chambre de pompe et délimitant axialement cette chambre de pompe (17), cette cavité entourant suivant une partie d'anneau de cercle, l'axe de rotation de la roue (15) entre un orifice d'entrée (31) et un orifice de sortie (33), et formant avec la roue (15) chaque fois une cavité consti- tuant un canal de transfert (29). 2) Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que dans chaque paroi de la chambre de pompe, il est prévu un canal de transfert (29) en forme de partie d'anneau, ouvert en direction de la roue (15) et les pales (23) communiquent avec ces deux canaux de transfert. 3) Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les enroulements de rotor (21) de la partie de rotor (19) sont des enroulements plats dirigés radiale- ment vers l'extérieur, enrobés d'une matière non conduc- trice d'électricité, et résistant, au carburant. 4) Ensemble selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la roue (15) en forme de disque et qui com- prend la partie de rotor (19) est munie au niveau de sa face frontale d'un téton (37) axialement en saillie de fa- son concentrique, et dont la surface périphérique, radiale, comporte des segments de commutation (39) dirigés axiale- ment et reliés aux différents enroulements (21) du rotor, deux balais de commutation (41), opposés, et alimentés avec des potentiels électriques différents étant maintenus en appui radial par la force de ressorts. ) Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le bottier (8) qui reçoit le moteur à champ axial (9) et la pompe d'alimentation (11) est essentielle- ment de forme cylindrique et sa face frontale est fermée par un filtre à carburant (45) en forme de disque plat pla- cé devant l'orifice d'entrée (31). 6) Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la partie de rotor (19) et la roue (15) sont réalisés essentiellement en une seule pièce et les pales (23) de la roue (15) se trouvent sur une trajectoire circu- laire à l'extérieur des enroulements (21) de la partie de rotor. 7) Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les pales (23) de la roue (15) sont prévues, sur une trajectoire circulaire, à l'intérieur des enroule- ments de rotor (21) et les lignes de branchement du commu- tateur (35) aux enroulements (21) traversent les pales. 8) Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les deux faces frontales de la roue (15) sont prévues à la hauteur des enroulements de rotor (21) dans le boîtier, en regard des aimants permanents (25). 9) Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la roue (15) est guidée en rotation sur un axe (13) solidaire du bottier.