Brevet FR2713712A1 — publié le 19950616

I " Ensemble d'alimentation en carburant d'un moteur à com- bustion interne d'un véhicule automobile à partir d'un réservoir ". La présente invention concerne un ensemble d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion in- terne d'un véhicule automobile à partir d'un réservoir, comprenant une pompe d'alimentation en forme de turbopompe dont le rotor en forme de disque entraîné en rotation, porte une couronne de pales dirigée radialement vers l'extérieur et tournant dans une chambre de pompe de forme cylindrique délimitée dans la direction axiale du rotor par deux parois frontales opposées et dans la direction péri- phérique par une paroi annulaire, les deux parois frontales comportant à la hauteur des pales du rotor, chaque fois une rainure en forme de partie d'anneau entourant l'axe du ro- tor, et formant avec celui-ci un canal de transfert condui- sant de l'orifice d'entrée à l'une de ses extrémités jusqu'à un orifice de sortie à son autre extrémité ainsi que des cavités en forme de poche réalisées dans les parois frontales de la chambre de pompe qui se remplissent de car- burant pendant le fonctionnement de la pompe d'alimentation pour former des coins hydrauliques agissant axialement sur les faces frontales du rotor. On connaît un tel ensemble d'alimentation selon le document DE-OS 32 26 325 dans lequel un moteur électri- que entraîne en rotation le rotor d'une pompe d'alimentation en forme de turbopompe. Le rotor en forme de disque et dont la périphérie comporte un grand nombre de pâles dirigées radialement vers l'extérieur, tourne dans une chambre de pompe de forme cylindrique délimitée dans la direction axiale du rotor par deux parois frontales oppo- sées; dans la direction radiale la chambre est délimitée par une cloison annulaire. Les parois frontales axiales qui délimitent la chambre de pompe comportent à la hauteur des pâles, chaque fois une rainure en forme de partie d'anneau autour de l'axe de rotation du rotor; cette rainure forme un canal de transfert avec le rotor, s'étendant d'un ori- fice d'entrée à l'une de ces extrémités jusqu'à un orifice de sortie à son autre extrémité; pendant le mouvement de rotation du rotor, le carburant est aspiré par l'orifice d'entrée pour être refoulé sous une pression plus élevée par l'orifice de sortie. Pour éviter que du fait du faible jeu axial entre le rotor et les parois frontales de la chambre de pompe, les forces de pression non symétriques engendrées par les veines de fluide ne mettent le rotor en biais et ne lui fasse toucher la paroi, en provoquant une forte usure et un bruit intense, l'ensemble d'alimentation connu comporte des cavités en forme de poche dans les pa- rois frontales de la chambre de pompe. Pendant la rotation du rotor, ces cavités se remplissent de carburant pour for- mer des coins hydrauliques entre le rotor et les faces frontales axiales de la chambre de pompe. Il y a de préfé- rence cinq cavités dans les parois frontales qui se rem- plissent du côté basse pression du canal de transfert (s'étendant essentiellement de l'orifice d'entrée jusqu'à environ au milieu du canal de transfert) à partir d'une chambre intérieure de l'axe du rotor; du côté de la pres- sion (qui s'étend du milieu du canal de transfert jusqu'au niveau de l'orifice de sortie) le remplissage se fait à partir du canal de transfert; la section du canal va en diminuant en continu dans la direction axiale du rotor à partir de l'orifice de remplissage. La disposition non symétrique des cavités en forme de poche de l'ensemble d'alimentation connu présente néanmoins l'inconvénient de nécessiter des moyens impor- tants pour adapter les conditions de fonctionnement aux différentes pompes d'alimentation pour que les cavités aient leur position optimale et pour que l'énergie d'écoulement, proprement dite du carburant qui circule en- tre le rotor et les parois frontales serve à remplir les cavités; ainsi on ne dispose pas d'un effet de coin hydro- dynamique suffisant. En outre, l'ensemble d'alimentation connu a l'inconvénient que le remplissage des cavités du côté de la pression se fait directement à partir du canal de transfert ce qui réduit le débit de la pompe d'alimentation. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un ensemble d'alimentation caractérisé en ce que les cavités en forme de poche arrivent essentiellement sur un même cercle et sont de préférence réparties de manière équidistante dans la direction périphérique, la zone de pression des cavités en forme de poche qui établit le coin hydraulique entre le rotor et les parois frontales étant dirigée respectivement dans la direction périphérique du rotor et la section dimi- nuant dans le sens de rotation du rotor. L'ensemble d'alimentation offre l'avantage, grâce à une disposition régulière des cavités en forme de poche sur toute la périphérie du rotor, d'assurer un cen- trage régulier du rotor permettant d'éviter de manière sûre que le rotor ne se place en biais. Cette disposition des cavités en forme de poche peut s'appliquer à différentes pompes hydrodynamiques sans nécessiter de travaux d'adaptation importants car le coin à effet hydraulique en- tre le rotor et les parois frontales de la chambre de pompe s'établit essentiellement par l'écoulement du carburant tournant avec le rotor; le remplissage des cavités est ainsi relativement indépendant des conditions d'écoulement variant d'une pompe à l'autre, dans l'intervalle axial en- tre le rotor et les parois frontales. Ce remplissage cer- tain est obtenu de façon avantageuse par l'alignement des zones d'extrémité assurant la montée en pression dans la direction de circulation du rotor; on utilise le sens du mouvement du rotor ou de la circulation du carburant pour remplir les cavités et pour établir la pression dans les zones d'extrémité, pour que les cavités en forme de poche constituent des paliers hydrodynamiques. La disposition régulière des cavités en forme de poche dans les exemples de réalisation décrits, résulte de ce qu'elles partent d'un même cercle et sont équidistan- tes. Toutefois, en particulier, pour des cavités dirigées différemment, il est possible de prévoir les zones d'extrémité des cavités qui créent la montée en pression sur un cercle commun. Un autre avantage résulte de l'alignement oppo- sé des cavités sur la collerette de pression du côté aspi- ration du canal de transfert utilisant avantageusement les conditions d'écoulement des veines de fuite pour soutenir le remplissage des cavités. Le voile qui subsiste entre le canal de trans- fert et les cavités en forme de poche sur les parois fron- tales de la chambre de pompe évite en outre avantageusement d'influencer les caractéristiques de refoulement de la pompe et ainsi celles de tout l'ensemble d'alimentation. Lorsque les cavités en forme de poche sont remplies en per- manence grâce à une creusure des faces frontales à partir du volume intérieur de la chambre de pompe, située radiale- ment plus à l'intérieur, il est possible en plus de la dis- position des cavités en forme de poche dans les parois frontales de la chambre de pompe, de les prévoir également dans les surfaces frontales axiales du rotor. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réali- sation d'un ensemble d'alimentation en carburant d'un mo- teur à combustion interne d'un véhicule automobile à partir d'un réservoir, représentés dans les dessins annexés dans lesquels: La figure i montre un premier exemple de réali- sation dont la partie de l'ensemble d'alimentation compre- nant la turbopompe est représentée par une coupe partielle. Les figures 2 et 3 montrent chacune une coupe du boîtier de la pompe d'alimentation représentée à la fi- gure 1, le long des parois frontales opposées de la chambre de pompe. Les figures 4 et 5 montrent chacune une coupe des cavités en forme de poche réalisées dans les parois frontales et représentées aux figures 2 et 3. La figure 6 montre un second exemple de réali- sation analogue à la représentation de la figure i dont les cavités en forme de poche rejoignent une creusure située radialement plus à l'intérieur. Les figures 7 et 8 montrent chacune une coupe de la pompe d'alimentation de la figure 6, selon les parois frontales de la chambre de pompe. Description des exemples de réalisation: Le montage de la figure 1 correspond à une coupe partielle d'un ensemble d'alimentation placé dans un réservoir à carburant non représenté pour alimenter en car- burant, par l'intermédiaire d'une conduite, un moteur à combustion interne, également non représenté, d'un véhicule automobile. L'ensemble d'alimentation i se compose d'une pompe d'alimentation 3 en forme de turbopompe dont le rotor 4 constituant l'organe d'entraînement est entraîné en rota- tion par un arbre 8 à partir d'un moteur électrique 7 logé avec la pompe 3 dans un boîtier commun 5. Le rotor 4 en forme de disque relié par l'arbre de rotor 8 au moteur 7 comporte à sa périphérie une cou- ronne de pales 9 dirigées radialement vers l'extérieur. Dans l'exemple de réalisation ces pales sont reliées par un anneau 11 entourant radialement le rotor 4. Le rotor 4 est logé dans une chambre de pompe 13 de forme cylindrique qui est délimitée dans la direction axiale du rotor 4 par deux parois frontales en regard et dans la direction périphéri- que, par une paroi annulaire. La première paroi frontale 21 de la chambre de pompe 13 est munie d'un couvercle d'aspiration 17 comportant un ajutage d'aspiration 15 de l'ensemble 1; la seconde paroi frontale 23 est reliée à une pièce intermédiaire 19 qui sépare la pompe 3 du moteur 7. Les parois frontales 21, 23 comportent chaque fois à la hauteur des pales 9 du rotor 4, des rainures 24, en regard, réparties suivant une forme de partie d'anneau autour de l'axe de rotation du rotor 4. Ces rainures for- ment avec le rotor 4 un canal de transfert 25 conduisant d'un orifice d'entrée 27 relié à l'ajutage d'aspiration 15 dans le couvercle d'aspiration 17, au niveau d'une extrémi- té, jusqu'à un orifice de sortie 29 prévu dans la pièce in- termédiaire 19. La position des rainures 24 et des orifices d'entrée et de sortie 27, 29 dans les parois frontales 21, 23 apparaissent dans les coupes de la figure i montrées aux figures 2 et 3. Pour stabiliser axialement le rotor 4, les parois frontales 21, 23 comportent des cavités 31 en forme de poche symétriquement opposées, commençant sur un cercle commun 32 et équidistantes. Ces cavités 31 en forme de po- che selon le premier exemple de réalisation, sont dirigées radialement vers l'extérieur, sur le côté d'aspiration 33 qui s'étend dans la direction périphérique, de l'orifice d'entrée 27 jusque sensiblement au milieu du canal de transfert 25 et sur le côté de pression 35 qui s'étend sen- siblement du milieu du canal de transfert 25 jusqu'au ni- veau de l'orifice de sortie 29, ces cavités sont dirigées radialement vers l'intérieur. Les figures 4 et 5 montrent l'aspect des cavi- tés 31 en forme de poche, selon une échelle agrandie et se- lon deux vues avec des cavités 31 de même forme comprenant deux parties, la première, une zone d'entrée 37 faisant un angle aigu avec le rayon du cercle 32 dans la direction du mouvement de rotation du rotor 4, la seconde, adjacente, constituant la zone de pression 39 dirigée pratiquement dans la direction parallèle à la direction de circulation du rotor 4. La zone d'entrée 37 des cavités 31 est de pré- férence dirigée à 45 par rapport à la zone de pression 39. La profondeur de la cavité 31 augmente de façon continue dans la zone d'entrée 37 en direction de la zone de pres- sion 39; il est également possible de réaliser le passage entre la surface frontale des parois frontales 21, 23 et la zone d'entrée 37 sur le cercle 32 sous la forme d'un décro- chement. L'évolution de la section de la zone de pression 39 des cavités 31 utilisée pour former un coin de pression entre les parois frontales 21, 23 et le rotor 4, apparaît dans une autre coupe C-C (figure 4a) ou D- D (figure 5b). La profondeur des cavités 31 diminue dans la zone de pression 39, selon le sens de rotation du rotor pour que la section diminue toujours par rapport à la zone d'entrée 37. La construction du second exemple de réalisation représenté aux figures 6 à 8 est identique à celle du premier exemple selon les figures 1 à 5 sauf pour la disposition des cavités en forme de poche 31 ce qui permet de limiter la présente description à la disposition des cavités 31 dans les parois frontales 21, 23 de la chambre de pompe 13; dans cette description on utilise- ra les mêmes références qu'aux figures 1 à 5 pour les mêmes pièces. Les parois frontales 21, 23 du second exemple de réalisation comportent une creusure 43 annulaire, par- tant de la chambre intérieure 41 entourant l'axe 8 du rotor du moteur 7 à l'intérieur de la chambre de pompe 13; l'extrémité radialement extérieure de cette cavité est ad- jacente, par l'intermédiaire d'un épaulement circulaire formant une arête annulaire 45, aux faces des parois fron- tales 21, 23 recevant les rainures 24 de sorte que le car- burant qui se trouve dans la chambre intérieure 41 arrive jusque dans les cavités 43. La chambre intérieure 41 est reliée par une conduite de liaison non représentée avec l'intérieur du boîtier 5 de l'ensemble 1, adjacent à l'orifice de sortie 29; le carburant peut passer également par le palier 47 qui reçoit l'arbre de rotor 8 et par le- quel se transmet la haute pression du carburant de la par- tie de boîtier recevant le moteur 7 jusque dans la chambre intérieure 41 et dans la creusure 43. Les cavités 31 du second exemple de réalisation constituées comme les cavités 31 en forme de poche décrites à propos des figures 4 et 5, s'étendent en partant de l'arête annulaire 45, toutes dirigées de la même--manière dans la direction de rotation du rotor; la zone d'entrée 37 part directement de la creusure 43 et se poursuit, de façon analogue au premier exemple de réalisation, suivant un angle par la zone de pression 39 dont la section diminue par une réduction de la profondeur dans la direction de ro- tation du rotor. Dans les deux exemples de réalisation il sub- siste un voile entre les extrémités tournées radialement vers l'extérieur des cavités 31 en forme de poche des pa- rois frontales 21, 23 de sorte que la circulation de carbu- rant dans le canal de transfert 25 n'est pas influencé. L'ensemble d'alimentation selon l'invention fonctionne de la manière suivante: le rotor 4 entraîné en rotation par le moteur électrique aspire par l'ajutage d'aspiration 15 et l'orifice d'entrée 27 du carburant dans le réservoir pour le canal de transfert 25. Pendant sa cir- culation dans le canal de transfert, vers l'orifice de sor- tie 29, le carburant voit sa pression augmenter du fait de l'échange des impulsions entre le carburant accéléré dans le rotor et passant par le canal de transfert 25; le car- burant sort à pression élevée de l'orifice de sortie 29 pour arriver à l'intérieur du boîtier 5 et de là il s'écoule le long du moteur 7 jusqu'à l'ajutage de pression non représenté prévu sur le boîtier 5; cet ajutage est re- lié au moteur à combustion interne par une conduite d'alimentation. Pendant le transfert de carburant à travers l'intervalle axial entre le rotor 4 et les parois frontales 21, 23 les fuites du canal de transfert 25 sont entraînés par le rotor 4 dans son sens de rotation; en particulier du côté de pression 35 le carburant sort du canal 25 et circule sur le côté d'aspiration 33. Ces conditions d'écoulement dans l'intervalle axial garantissent, dans le premier-exemple de réalisation, le remplissage des cavités en forme de poche 31 par du car- burant; les zones de pression 39 sont créées par l'augmen- tation de pression engendrée par la diminution de la sec- tion; cela se traduit par l'établissement d'un coin hy- draulique de pression agissant axialement sur le rotor 4. Comme les cavités 31 sont symétriquement en regard dans les parois frontales 21, 23, on assure ainsi le centrage du ro- tor. Cet effet de palier hydrodynamique est soutenu par le courant entraîné, périphérique, du carburant de fuite, du fait que celui-ci s'écoule le long des zones de pression 39, dirigées dans la direction du rotor, des cavités 31. Dans le second exemple de réalisation représenté aux figu- O10 res 6 à 8, le remplissage des cavités 31 en forme de poche se fait directement par le carburant transféré sous pres- sion élevée, et qui se poursuit de l'intérieur du bottier du côté du moteur dans la cavité intérieure 41 et la cavité 43 jusqu'à se poursuivre dans les cavités en forme de poche 31 pour y créer, comme décrit, un palier hydrodynamique. R E V E N D I CATIONS 1) Ensemble d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile à par- tir d'un réservoir, comprenant une pompe d'alimentation (3) en forme de turbopompe dont le rotor (4) en forme de disque entraîné en rotation, porte une couronne de pales (9) diri- gée radialement vers l'extérieur et tournant dans une cham- bre de pompe (13) de forme cylindrique délimitée dans la direction axiale du rotor (4) par deux parois frontales (21, 23) opposées et dans la direction périphérique par une paroi annulaire, les deux parois frontales (21, 23) compor- tant à la hauteur des pales (9) du rotor (4), chaque fois une rainure (24) en forme de partie d'anneau entourant l'axe du rotor (4), et formant avec celui-ci (4) un canal de transfert (25) conduisant de l'orifice d'entrée (27) à l'une de ses extrémités jusqu'à un orifice de sortie (29) à son autre extrémité ainsi que des cavités (31) en forme de poche réalisées dans les parois frontales (21, 23) de la chambre de pompe (13) qui se remplissent de carburant pen- dant le fonctionnement de la pompe d'alimentation (3) pour former des coins hydrauliques agissant axialement sur les faces frontales du rotor (4), ensemble caractérisé en ce que les cavités en forme de poche (31) arrivent essentiel- lement sur un même cercle (32) et sont de préférence répar- ties de manière équidistante dans la direction périphérique, la zone de pression (39) des cavités (31) en forme de poche qui établit le coin hydraulique entre le ro- tor (4) et les parois frontales (21, 23) étant dirigée res- pectivement dans la direction périphérique du-rotor (4) et la section diminuant dans le sens de rotation du rotor (4). 2) Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les cavités (31) en forme de poche des pa- rois frontales (21, 23) de la chambre de pompe (13) sont conçues pour laisser dans la direction tournée radialement vers l'extérieur, un voile entre eux et le canal de trans- fert (25). 3) Ensemble selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que les cavités (31) en forme de poche com- portent deux parties faisant entre elles un angle, la première partie étant la zone d'entrée (37) du carburant et la seconde partie constituant la zone de pression (39. 4) Ensemble selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la dimension de la cavité (31) dans la di- rection perpendiculaire à la paroi frontale (21, 23) augmente en continu dans la zone d'entrée (37) à partir du cercle (32) en direction du côté de pression (39). ) Ensemble selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la zone d'entrée (37) des cavités (31) com- porte au niveau de leurs extrémités opposées à la zone de pression (39), un épaulement perpendiculaire à la paroi frontale (21, 23) et les cavités se prolongent avec une section constante jusqu'à la zone de pression (39). 6) Ensemble selon l'une des revendications pré- cédentes 3 à 5, caractérisé en ce que la zone d'entrée (37) des cavités (31) est de préférence dirigée à 450 par rap- port à la zone de pression (39). 7) Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les cavités en forme de poche (31) sont dirigées radialement vers l'extérieur dans la direc- tion périphérique à partir du cercle (32) dans la zone du côté aspiration (33), comprise entre l'orifice d'entrée (27) et le milieu du canal de transfert (25), alors que dans la zone du côté pression (35) formé entre le milieu du canal de transfert (25) et la zone de l'orifice de sortie (29), elles sont dirigées radialement vers l'intérieur. 8) Ensemble selon les revendications 1 à 6, ca- ractérisé en ce que les parois frontales (21, 23) de la chambre de pompe (13) ont une creusure annulaire (43) par- tant de la chambre intérieure (41) qui peut être remplie de carburant, et l'extrémité radialement extérieure de la creusure forme chaque fois une arête annulaire (45) par rapport au faces latérales des parois frontales(21, 23) re- cevant les rainures (24) et en ce que les cavités (31) en forme de poche s'étendent radialement vers l'extérieur à partir de cette arête annulaire (45).