Brevet FR2722536A1 — publié le 19960119

La présente invention concerne les pompes de carburant des véhicules ayant des moteurs à combustion interne, par mise en oeuvre d'une pompe à canal latéral d'un premier étage pour l'alimentation d'une pompe à récupération à turbine à haute pression. On connaît déjà des pompes de carburant à canal latéral, telles que représentées dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique n 4 408 952 de Scheinfurther. On connaît aussi des pompes de carburant à turbine à récupération telles que représentées dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 556 363 de Watanabe et al. Des pompes de carburant à deux étages combinant une pompe à canal latéral comme premier étage et une pompe à turbine à récupération comme second étage sont aussi connues comme décrit dans le brevet britannique n 2 134 598 et le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n 4 408 952. Une pompe à canal latéral utilisé comme premier étage et à rotor denté volumétrique utilisé comme second étage est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 149 252 de Charles H. Tuckey. Des pompes à deux étages ayant un seul rotor sont représentées dans le brevet britannique précité n 2 134 598 et le brevet précité des EtatsUnis d'Amérique n 4 408 952, et le principe du dégagement de vapeur, parfois appelé "dégazage" est aussi décrit dans ces brevets ainsi que dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 149 252. Ainsi, des pompes de carburant à deux étages ayant un seul rotor, combinant une pompe à canal latéral et une pompe à turbine à récupération, et ayant aussi un dégagement de vapeur, sont représentées dans les brevets précités. La présente invention concerne une pompe à deux étages ayant un canal latéral et une turbine à récupération avec un seul rotor, et un boîtier destiné à accroître efficacement la séparation et la libération de vapeur ainsi que le rendement des étages combinés de pompage. La pompe possède un rotor travaillant dans un boîtier étanche ayant une entrée à une première extrémité et une sortie à l'autre extrémité. Le rotor possède trois zones de travail. A la périphérie externe, des aubes travaillent dans un canal annulaire de balayage sous forme d'une pompe à récupération du second étage qui crée la pression élevée voulue et dirige le carburant liquide vers la chambre de pompage et la sortie. Deux séries d'ailettes radialement espacées, formant des passages axiaux dans le rotor, sont disposées radialement à la périphérie, la première série ou série externe d'ailettes travaillant sous un passage annulaire formant un canal latéral pour la formation d'une pompe de carburant d'un premier étage transmettant du carburant à une chambre centrale de tourbillonnement placée au-dessus et au-dessous du rotor. La seconde série ou série interne d'ailettes et les passages axiaux permettent au carburant de circuler dans le rotor vers la chambre inférieure de tourbillonnement. Cette chambre inférieure de tourbillonnement a une sortie centrale inférieure de vapeur et une sortie tangentielle de carburant dirigée vers l'entrée de la pompe à haute pression du second étage. L'invention concerne aussi une pompe à deux étages ayant un rotor unique utilisé comme premier étage latéral, et un second étage à turbine à récupération, et qui travaille aussi dans des cavités centrales opposées pour régler l'écoulement de vapeur ainsi que la transmission du carburant liquide à la pompe du second étage, avec une séparation nettement meilleure de la vapeur, et un rendement élevé, dont la fabrication et le montage sont simples et dont la durée de service est longue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 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 complète d'une pompe de carburant pour véhicule, selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan d'une partie de base de la pompe, au-dessous du rotor, suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan d'une plaque délimitant une face sous le rotor et suivant la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est une coupe partielle suivant la ligne 4-4 de la figure 3; la figure 5 est une vue en plan de la bague externe fixe entourant le rotor, suivant la ligne 5-5 de la figure 1; la figure 6 est une coupe de la bague représentée sur la figure 5, suivant la ligne 6- 6 de la figure 5; la figure 7 est une vue en plan du rotor de la pompe; la figure 8 est une vue partielle en élévation latérale du bord du rotor suivant les flèches 8 de la figure 7; la figure 9 est une vue en perspective du rotor de la figure 7; la figure 10 est une vue de dessus d'une plaque formant une face supérieure et placée au-dessus du rotor de la pompe; la figure 11 est une coupe suivant la ligne 11-11 de la figure 10; la figure 12 est une coupe suivant la ligne 12-12 de la figure 10; et la figure 13 est une image spéculaire du fond de la plaque formant la face supérieure représentée sur les figures 10, 11 et 12, orientée afin qu'elle corresponde à l'orientation des figures 2, 3, 5 et 10. On se réfère aux dessins sur lesquels la figure 1 est une coupe complète d'une pompe de carburant selon l'invention, dans laquelle certains des passages des différents éléments ont été tourné dans le plan de coupe pour la clarté de la représentation. Les parties réelles représentées sur les figures 2 à 13 varient dans une certaine mesure par rapport à la coupe de la figure 1. Un boîtier d'entrée 20 est disposé à une première extrémité et un boîtier de sortie 22 est disposé à l'autre extrémité de la pompe. Le boîtier de sortie possède un tube 24 de sortie de carburant et porte des balais 26, 28 destinés à faire tourner l'armature 30 qui est entourée par des aimants permanents 32 et un anneau 34 de flux d'un moteur électrique. Les parties de travail sont logées dans une enveloppe métallique 36 sertie autour de joints toriques 38 placés aux deux extrémités. Une pompe de ce type général est représentée et décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 540 354 délivré le 10 septembre 1985 à Charles H. Tuckey. On se réfère plus précisément à l'invention; les parties fondamentales de la pompe comprennent le boîtier d'entrée 20, une plaque 40 formant une surface inférieure, un anneau 42 de rotor, un rotor 50 et une plaque 52 formant une surface supérieure. Le boîtier d'entrée 20 forme une plaque de base pour la pompe et a une ouverture 60 d'entrée de carburant qui se rétrécit vers un passage vertical 62. Une chambre 64 de séparation de vapeur (figure 2) ayant une sortie tangentielle 66 est placée au centre du boîtier 20. La chambre 64 a une dimension qui diminue vers une paroi inférieure 68 qui possède une sortie 70 de vapeur. Une encoche 72 d'orientation est destinée à faciliter l'alignement circonférentiel des différentes parties lors du montage. La plaque 40 formant la surface inférieure est représentée en plan sur la figure 3, au-dessus du boîtier d'entrée 20. Cette plaque est disposée au-dessous du rotor et elle possède un canal annulaire 80 de balayage de pompage commençant à un passage débouchant 82 aligné sur le passage tangentiel 66 du boîtier d'entrée 20. Un passage 84 de la figure 3 est aligné sur le passage 62 d'entrée de carburant de la figure 2. On note que, lorsque la plaque 40 formant la surface inférieure de la figure 3 est disposée sur le boîtier 20 de la figure 2, le passage 82 est aligné sur le passage 66 de la figure 2. Une ouverture circulaire 86 positionnée sur la chambre 66 du boîtier d'entrée 20 est placée au centre de la plaque 40. Une ouverture 88 représentée sur la figure 3 constitue l'aboutissement du canal annulaire 80 et forme un orifice d'entrée pour la pompe à haute pression du second étage. La rotation du rotor correspond au sens contraire des aiguilles d'une montre sur la figure 3. L'anneau 42 de rotor qui est représenté en plan sur la figure 5 et en coupe sur la figure 6 est placé au-dessus de la plaque 40. Cet anneau possède une nervure annulaire interne 90 dont la dimension diminue vers chaque côté de l'anneau et qui est disposée sur 240 autour de l'anneau. Une encoche 92 est positionnée sur l'orifice d'entrée 82 (figure 3) de la pompe à haute pression et une encoche 93 est en face de l'orifice de sortie 88 (figure 3). Lorsque l'anneau 42 est disposé sur la plaque 40 (figure 3), l'encoche 92 est en face de l'orifice 82 et l'encoche 93 est en face de l'orifice 88. Le rotor 50 représenté en plan sur la figure 7, en coupe partielle en élévation latérale sur la figure 8 et en perspective sur la figure 9, est placé au-dessus de la plaque 40 et coopère avec l'anneau 42. Ce rotor 50 est entraîné par l'arbre 100 d'armature passant par le trou central du rotor. Le rotor a des ailettes décalées formant des poches 102 d'un côté et des poches 104 de l'autre côté pour la formation d'une pompe à turbine à récupération du type représenté et décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 5 257 916 et 5 265 997 de Charles H. Tuckey. Cependant, le rotor 50 se distingue des rotors précédents en ce qu'il comporte deux séries d'ouvertures axiales espacées radialement et placées à l'intérieur de la périphérie dentée. La première série des seize ouvertures trapézoïdales espacées 110, ayant des ailettes intermé- diaires 111, est disposée à l'intérieur de la périphérie. Comme l'indique la figure 1, ces ouvertures 110 sont en face du passage d'entrée 62 et 84. La seconde série de six ouvertures 120 de forme pratiquement triangulaire et d'ailettes intermédiaires 121 est placée autour de l'arbre central 100 d'entraînement. Ces ouvertures 120 sont placées au-dessus de l'ouverture centrale 86 de la plaque inférieure 40. La plaque supérieure 52 est disposée au-dessus du rotor et elle est représentée sur les figures 10 à 13. La figure 13 représente une image spéculaire de la surface inférieure de la plaque 52 tournée vers le rotor 50 et orientée afin qu'elle corresponde à la configuration des figures 2, 3 et 10. La plaque 52 a une ouverture centrale qui loge un palier 132 destiné à l'arbre 100 de l'armature. Une gorge annulaire supérieure 134 loge l'extrémité inférieure de l'anneau 34 de flux. Un canal latéral annulaire 136 (figures 11 à 13) est disposé radialement au-dessus des ouvertures 110 du rotor 50 (figure 1) et des ailettes associées 111, entre les ouvertures. En outre, un canal annulaire 140 de balayage (figures 11 à 13) est placé au-dessus des ailettes de récupération 102, 104 (figure 1) comme partie des canaux de la pompe à haute pression du second étage. Sur la figure 12, un canal 142 de sortie à haute pression débouche du canal de récupération vers la chambre de l'armature et transmet le carburant de la sortie de la pompe vers le tube de sortie 24. Une chambre 144 de réglage, placée au-dessus des ouvertures 120 (figure 1) et des ailettes 121 qui les séparent et qui est aussi directement au-dessus de l'ouverture 86 de la plaque inférieure 40 et de la chambre 64 formée dans le boîtier d'entrée 20, est disposée à la surface inférieure de la plaque 52. Lorsque la plaque supérieure 52 est placée sur le rotor, on note que son encoche 72 de positionnement corres- pond à celle de l'anneau 42, de la plaque 40 et du boîtier 20. Comme l'indique la figure 13, lorsque la partie inférieure de la plaque 52 est placée sur le rotor 50 avec son encoche 72 sous forme alignée, la sortie à haute pression 142 est aussi positionnée sur le passage 88 de sortie de la plaque inférieure et sur l'encoche 93 de l'anneau 42 (figure 5). La sortie 142 est représentée du côté gauche de la figure 1 pour la commodité de la descrip- tion du fonctionnement mais, dans la plaque supérieure 52 telle qu'elle est vue sur les figures 10, 12 et 13, la sortie 142 de la pompe se trouve du côté droit. L'entrée du carburant s'effectue en 150 dans le canal supérieur 140 de balayage de la pompe à récupération (figure 13), et la rotation du rotor correspond au sens contraire des aiguilles d'une montre dans le canal 140, vers la sortie 142 sous pression. On décrit maintenant le fonctionnement de la pompe à deux étages en référence à la figure 1, bien qu'il faille noter que les positions réelles des différents éléments varient dans une certaine mesure par rapport à celles qui sont indiquées sur la figure 1, comme indiqué précédemment. L'entrée 60 de la pompe est disposée dans le carburant liquide présent dans un réservoir de carburant, avec des filtres convenables. Lors du fonctionnement du moteur électrique et du rotor 50, le carburant est aspiré vers le haut dans les passages 62, 84 par l'intermédiaire des ouvertures 110 formées entre les ailettes 111 du rotor vers le canal latéral 136 (figures 11 à 13) du premier étage de pompage dans lequel il se déplace circonférentiellement et pénètre dans la chambre 144 du boîtier 22. Le carburant qui tourbillonne descend alors par les ouvertures 120 formées dans le rotor vers les chambres 86 et 64 de tourbillonnement et reçoit ensuite de l'énergie cinétique de rotation lors du passage entre les ailettes mobiles 121 du rotor. La chambre 64 se rétrécit à la partie inférieure et débouche à la sortie tangentielle 66 (figures 1 et 2). Le carburant liquide relativement lourd qui tourbillonne dans la chambre 64 se déplace vers l'extérieur de la chambre et vers la sortie 66, alors que le carburant vaporisé relativement léger s'accumule au centre. Le carburant vaporisé peut sortir par l'orifice central inférieur 70 alors que le carburant liquide s'écoule par le passage tangentiel 66 et remonte dans le passage 82 de la plaque inférieure 40 et parvient à la périphérie de la pompe du second étage à récupération dans laquelle il pénètre en 82 (figures 3 et 4) dans le canal inférieur 80 de balayage qui est aussi représenté sur la figure 3 et le canal supérieur correspondant de balayage 140 formé dans la plaque supérieure 52 (figures 11, 12 et 13). Le carburant de la pompe à récupération à haute pression du second étage circule dans les canaux 80 et 140 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, alors que sa pression augmente, jusqu'à sa sortie par les passages 88 et 93 vers l'orifice 142 de sortie représenté schématiquement sur la figure 1 et réellement sur les figures 10, 12 et 13. Ce carburant à haute pression pénètre dans la chambre de l'armature de la pompe et atteint la sortie 24 de la pompe à partir de laquelle il est transmis au moteur du véhicule. Ainsi, le carburant provenant de l'entrée 60 de la pompe remonte par les ouvertures 110 formées dans le rotor en se déplaçant vers le haut vers la chambre 144, puis redescend de la chambre 144 par les ouvertures 120 formées dans le rotor vers la chambre de tourbillonnement 86, 64, et circule tangentiellement vers l'extérieur, vers le passage 66 et l'entrée des canaux 80, 140 de la pompe à haute pression du second étage. Par ailleurs, la vapeur se sépare du carburant liquide dans la chambre de tourbillonnement sous l'action de la force centrifuge, est collectée au centre de la chambre 64 et sort par l'orifice 70. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVEND CAT!ONS 1. Pompe de carburant à deux étages, ayant un seul rotor (50) et caractérisée en ce cu'elle comprend: (a) un boîtier (20) de base ayant une entrée qui communique avec une entrée d'un canal latéral annulaire à un rayon, une chambre de zourbillonnement (86, 64) placée au centre du boîtier (20) - distance vers l'intérieur par rapport au rayon, une sortie de canal latéral communiquant avec la chambre de tourbil _cnnemen. (86, 64), et un canal de balayage (80, 140) à rc-u- éra-ion placé à l'extérieur du rayon et à 'intérieur du bcotier (20), la chambre de _ourbillonnement (86, o4; ayant une sortie qui communique avec ie canai de balayage:30, 140), le canal de balayage (80, 140) ayant une sortie ce carburant sous pression, et (b) un rotor unisue (5D placé dans le boîtier (20) de base e: ayant une prem ere série d'ailettes (102, 104) esmacées circonfdren:iel!emene destinées à travailler dans le canal de balavaae u80, -, une seconde série d'ailettes (11i) formant -es ouvertures axiales au niveau du rayon afin aulelles tournenc près du canal latéral, et une troisième série d'ailettes (12! formant des ouvertures axiales dans la région de La chambre de Tourbillonnement (86, 64) afin cue le carburant passe du canal latéral à la chambre de tourbillonnement (86, 64. 2. Pomme selon la reveni-catlon 1, caractérisée en ce zue -a sortie de la chambre de tourbillonnement (86, 64) est un passage tangentie s66, about-ssant au canal de balayage (80, 140). 3. Pomme selon ia revendica:ion 1, caractérisée en ce cue la chambre de tourbillcnnemenc (86, 64) a une ouverture centrale de base dessinée à Permettre l'échappement de vaoeur du boEtier (20) de base. 4. Pomme selon La rexvendication 1, caractérisée en ce crue la chambre de tourbilornnement (86, 64) a une dimension sui diminue progressivement vers la partie inférieure du botier e(20) de base et une ouverture centrale placée à la martie infeérieure de la cnambre de tourbillonnement (86, 64) 4o e: des.inée à erm-ettre à -a vapeur de s'échapper du boîtier (20) de base. 5. Pomme selon!a reven..cai on 1, caractérisée en ce au'une chambre de sor:ie de canal latéral est formée au- dessus du rotor (50) en:nommur.ication avec la sortie de cnambre eaeérale e: es piacée au-aessus de la chambre de tcurbillonnem.ent (86, 54) e: au-dessus d'une troisième série aiLe--es i(':2:L, e es u- verzures radiales formées Mar la zroisiène série d'aiLe__es:2) en face de la chambre de zourbillonnemenz (35, 64). 5. ?omme de carburan. à deux étages destinée à zransmnectre du carburan. d'un réservoir à un moteur à combustion interne, carac- érisée en ce qu'elle comprend: (a) une compe ce carburar.:n ayanc une armature entraînemenc (30) cuo.re..._ un arbre d'entraînement et un bol.er de sor::-e asscc..e a une sortie de la pompe, (b) un ensemble de base comorenant un boîtier (20) de base avant un massace d'entrée, une chambre centrale inérdeure de._urblcnnemen (836, 64) et un passage de sortie d'une pomme Drimalre, c) un boîtier suDérzenr Diacé sur l'ensemble de base e: ayant un canai!acérai annulaire formé à l'intérieur et une c-ambre cen"rale sueér.eure c.mmuniquant avec le canal latral, e:_ (d) un r:cor uniLae (50) d'un premier et d'un second e-age, assocé à m'arbre d'en:rainement et destiné à être encrainé Dar eui-c, e ace entre le boîtier inférieur ) e: le bozier suléreur, e rocor (50) ayant une pompe d'un premier étage compren-an une série d'ouvertures axiales disposées circonferen::e. emen: et des aubes positionnées radialemen: par raocor: au zanal latéral, une seconde série d'ouvertures axiales disoosées circonfé-rentiellement et des aubes posii-onnées radiaiement par rapport à la chambre centrale dans 'e boîtier supérieur et la chambre inférieure de tourbil!onnement (86, 4; dans l'ensemble de base, et une série d'aile-.es (102, 04> de pompage à récupération placée à la périphérie du rocor '-0) pour la formation d'une pompe da'un second étace, (e) la sortie de ila pomie primaire partant de la chambre de tourbillonnement. /86, 4) vers une entrée de la pomDe à récupérasicn dans ur. passage de balayage (80, 140) coincidant avec 'es aiennes périphériques (102, 104).