Brevet FR2711741A1 — publié le 19950505

"Ensemble d'alimentation en carburant d'un moteur à combus- tion interne à partir d'un réservoir". Etat de la technique L'invention concerne un ensemble d'alimentation pour fournir du carburant dans le réservoir d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comprenant un rotor tournant dans une chambre de pompe en étant entraîné en rotation par un moteur électrique, ce rotor ayant une partie du moyeu en forme de disque montée sur l'axe du mo- teur et dont la périphérie comporte un grand nombre de pa- les s'étendant radialement vers l'extérieur et au moins un canal d'alimentation dans l'une des cloisons délimitant frontalement la chambre de pompe, prévue au niveau des ex- trémités libres des pales du rotor et entourant, suivant une partie d'anneau de cercle, l'axe de rotation du rotor, ce canal d'alimentation ayant une section semi-circulaire pour aller d'un orifice d'entrée du carburant à transférer dans la chambre de pompe, jusqu'à un orifice de sortie du carburant mis à la pression d'alimentation en sortie de la chambre de pompe. On connaît déjà selon le document DE-OS 40 20 521 un ensemble d'alimentation dont le moteur électrique en- traîne un rotor tournant dans une chambre de pompe d'une pompe d'alimentation en forme de pompe à canal latéral avec des pales dirigées radialement vers l'extérieur; le carbu- rant qui se trouve dans le canal d'alimentation annulaire, dans la cloison frontale axialement, de la chambre de pompe au niveau des extrémités libres des pales du rotor, est mis en mouvement tourbillonnaire rotatif. Cet écoulement s'ac- centue de l'orifice d'entrée basse pression de carburant dans le canal d'alimentation, jusqu'à l'orifice de sortie à la pression de transfert; la pression de transfert aug- mente également de manière continue dans le canal de trans- fert, suivant la périphérie. Toutefois, l'inconvénient de ces ensembles d'ali- mentation en carburant connus est que le rendement de la pompe diminue à mesure que la température du carburant aug- mente, et en particulier la pression d'alimentation au ni- veau de l'orifice de sortie pour le carburant fortement échauffé, canal d'alimentation et crée en son milieu une dépression qui peut aller jusqu'à 50 % de la pression fi- nale d'alimentation; ainsi un carburant fortement chauffé commence à se vaporiser dans cette zone de dépression. Plus la pression augmente lentement dans le canal d'alimentation et plus le carburant chauffé a le temps de se vaporiser; le carburant vaporisé provoque à son tour un ralentissement de la montée en pression. Cet effet se répercute également entre autres dans le ensemble d'alimentation en carburant connu selon le document DE-OS 40 38 438, dont la pompe d'alimentation com- prend un étage amont et un étage principal; l'étage amont est formé par une pompe à canal latéral et l'étage princi- pal par une pompe à engrenage intérieur. Les parties rota- tives des pompes sont montées sur un axe commun entraîné par un moteur électrique. Le carburant fortement chauffé peut conduire à une défaillance de l'ensemble amont dans le cas de tels ensembles d'alimentation, si bien que cela dé- tériore fortement le rendement de l'ensemble du ensemble d'alimentation et peut provoquer des dommages par effet de cavitation en particulier dans l'étage principal. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un ensemble d'alimentation correspondant au type défini ci-dessus ca- ractérisé en ce que le canal d'alimentation présente entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie une zone de sec- tion réduite délimitée chaque fois par les zones adjacentes du canal d'alimentation ayant une section plus grande. Grâce à l'insertion dans le canal d'alimentation d'une zone de section fortement réduite, on peut réduire la longueur active nécessaire du canal d'alimentation pour une montée en pression, si bien qu'avec une pression de trans- fert restant constante, la vitesse de montée en pression peut être augmentée dans la zone du canal d'alimentation efficace restant. Ainsi, la pression d'alimentation au cen- tre du tourbillon, dans le cas d'un carburant fortement chauffé, augmente très rapidement au delà de la pression de vapeur du carburant, ce qui permet pour la longueur totale du canal de transfert entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie, d'éviter que la pression d'alimentation ne con- tinue d'augmenter. La zone du canal d'alimentation, de sec- tion réduite, est conçue pour que l'échange de pression entre le carburant contenu dans le canal d'alimentation et celui accéléré par le rotor ne provoque pas de montée en pression mais maintienne la pression uniquement à un niveau constant, élevé. La zone du canal d'alimentation qui maintient la pression d'alimentation constante est prévue avantageuse- ment dans le canal d'alimentation pour séparer les deux zo- nes actives adjacentes du canal d'alimentation en deux segments sensiblement égaux et qui sont disposés autant que possible suivant l'extension en arc de cercle du canal d'alimentation, de manière opposée, pour que les efforts appliqués sur le rotor sous la forme d'impulsions de li- quide, soient répartis à la périphérie d'une manière sensi- blement symétrique pendant l'augmentation de la pression d'alimentation, ce qui réduit au minimum les efforts exer- cés sur les paliers du rotor. La réduction de section de la zone réduite du ca- nal d'alimentation dans laquelle règne un niveau de pres- sion constant, se fait avantageusement par une réduction de la section en arc de cercle du canal d'alimentation; les passages vers les segments adjacents du canal sont en biais et forment chaque fois une rampe. Les zones du canal d'alimentation qui sont res- ponsables de l'augmentation de la pression sont conçues se- lon l'invention pour que, dans ces deux zones, la pression d'alimentation soit augmentée de la même valeur et selon le même profil de montée en pression, ce qui permet avantageu- sement d'induire d'une façon sensiblement symétrique les efforts dans le rotor et de réduire ainsi au minimum les efforts appliqués aux paliers. Il est particulièrement avantageux, pour réaliser une pompe d'alimentation en forme de pompe à canal latéral à rendement élevé, que les parois qui délimitent axialement la chambre de la pompe comportent un canal de transfert et que ces canaux soient symétriques et soient reliés hydrau- liquement par le rotor qui tourne entre les canaux. La réalisation du canal d'alimentation selon l'invention permet de maintenir constant le transfert d'une pompe d'alimentation en forme de pompe à canal latéral, par rapport à la température du carburant, ce qui entraîne en particulier pour les ensembles d'entraînement que la pres- sion de sortie de la seconde pompe puisse être maintenue de manière fiable à un niveau élevé et que l'on évite en toute sécurité les effets dangereux de la cavitation qui résulte- rait de la formation de bulles de vapeur. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - la zone du canal d'alimentation de section ré- duite est formée par un aplatissement de la section en forme de demicercle du canal d'alimentation, la transition vers les zones adjacentes, de section plus grande, du canal d'alimentation, se faisant chaque fois par une surface in- clinée; - la zone de section réduite est réalisée dans le canal d'alimentation pour que les zones du canal d'alimen- tation, adjacentes et qui sont par ailleurs adjacentes à l'orifice d'entrée ou à l'orifice de sortie et ont une plus grande section, possèdent la même longueur dans la direc- tion périphérique du canal d'alimentation; - la longueur efficace du canal d'alimentation active pour la montée en pression du carburant qui traverse le canal, entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie, s'étend de préférence sur une plage angulaire de 180 . Dessins Un exemple de réalisation d'un ensemble d'en- traînement selon l'invention est décrit ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une coupe de la partie du ensem- ble d'alimentation qui comporte la pompe d'alimentation à deux étages. La figure 2 montre le rotor de la pompe à canal latéral formant le premier étage de la pompe. La figure 3 est une coupe du ensemble d'alimenta- tion représenté à la figure 1, le tracé du canal d'alimen- tation dans le couvercle d'aspiration représentant la pompe à canal latéral. Les figures 4 et 5 sont des coupes du couvercle d'aspiration dans différentes vues. La figure 6 montre un diagramme représentant le profil de la pression de carburant pendant le passage des différentes zones du canal d'alimentation de la pompe à ca- nal latéral. Description de l'exemple de réalisation L'ensemble d'alimentation représenté à la figure 1 sert à pomper du carburant d'un réservoir non représenté, pour alimenter un moteur à combustion interne, également non représenté, d'un véhicule automobile. L'ensemble d'alimentation se compose d'un boîtier tubulaire 1 dont l'embouchure est fermée par une pompe d'alimentation 3, l'autre extrémité étant fermée par un couvercle 5 muni d'un ajutage de pression 7 relié à une conduite d'alimentation non représentée allant vers le mo- teur à combustion interne. Entre le couvercle 5 et la pompe d'alimentation 3 se trouve un moteur électrique, également non représenté, logé dans le boîtier 1 et dont l'axe 9 pé- nètre dans la pompe d'alimentation 3 et entraîne celle-ci en rotation. La pompe d'alimentation 3 se compose de deux éta- ges, à savoir l'étage amont constitué par une pompe 11 à canal latéral et l'étage principal constitué par une pompe à engrenage interne 13 située en aval de la pompe à canal latéral 11 en étant reliée hydrauliquement à celle-ci. L'extrémité libre de l'axe 9 traverse une plaque de base 15 solidaire du boîtier 1 et séparant la pompe amont et la pompe principale ou la pompe à canal latéral 11 et la pompe à engrenage interne 13. La face frontale 17 de la plaque de base 15 tournée vers l'extrémité libre de l'axe 9, délimite une chambre de pompe 19 dans laquelle tourne le rotor 21 de la pompe à canal latéral 11. A une certaine distance de la paroi frontale 17, la chambre de pompe 19 est fermée par une seconde cloison 23 réalisée sur le couvercle dit d'aspiration 25 fermant de manière étanche le boîtier 1. Le couvercle d'aspiration 25 est muni d'un bord annulaire 27 dont la hauteur par rapport à la paroi de cloison 23 correspond sensiblement à la largeur du rotor 1 logé dans la chambre de pompe 19. Le bord annulaire 27 s'applique par sa surface frontale libre 29 contre la face frontale 17 de la plaque de base 15 et délimite ainsi la périphérie extérieure de la chambre de pompe 19 cylindri- que. Le couvercle d'aspiration 25 comporte un ajutage d'as- piration 31 qui est dirigé dans la direction opposée de la chambre de pompe 19; cet ajutage d'aspiration rejoint un orifice d'entrée 33 dans la direction de la chambre de pompe 19. La réalisation du rotor 21 apparaît à la fois à la figure 1 et à la figure 2. Le rotor 21 présente une par- tie de moyeu 35 essentiellement en forme de disque dont la surface périphérique comporte un grand nombre de pales 37 formant les éléments de transfert du rotor 21. Les extrémi- tés libres des pales 37 sont reliées par une couronne 39 concentrique à l'axe de rotation du rotor 21. Pour la liai- son solidaire en rotation avec l'extrémité libre de l'axe 9, le rotor 21 comporte dans sa partie de moyeu 35 une ca- vité 41 en forme de profil plat par laquelle le rotor est monté par un entraînement à double surface de profil cor- respondant de l'axe du rotor assurant ainsi une liaison par la forme. Le rotor 21 est guidé à l'intérieur de la chambre de pompe 19; les parois de la chambre de pompe 19 formées par la paroi frontale 17 et la cloison 23 présentent, au niveau des extrémités libres des pales, chaque fois un ca- nal de transfert 43 entourant l'axe de rotation du rotor 21 et formant un canal latéral. Ces canaux de transfert 43 qui sont symétriques et reliés hydrauliquement par le rotor 21 ont une section en forme de segment de cercle et passent de l'orifice d'entrée 33 du couvercle d'aspiration 25, suivant un tracé annulaire, jusqu'à l'orifice de sortie 45 de la plaque de base 15; entre l'orifice d'entrée 33 et l'ori- fice de sortie 45 il subsiste une nervure qui interrompt le canal de transfert 43 en forme de partie d'anneau. L'ori- fice de sortie 45 rejoint un orifice d'entrée 47 dans la direction de la pompe à engrenage interne et forme avec celle-ci un canal de débordement; la paroi frontale 49 tournée vers la pompe à engrenage intérieur 13 forme égale- ment la limite de la chambre de pompe 57 de la pompe à en- grenage intérieur 13; celle-ci se compose d'un anneau ex- térieur fixe 51 dont l'alésage sert à guider l'engrenage intérieur 53 et dont la denture intérieure engrène avec la denture extérieure d'un pignon 55 relié solidairement en rotation au rotor 9 et qui est guidé de manière excentrée par rapport à l'engrenage intérieur 53. La réalisation du canal de transfert 43 selon l'invention sera explicitée dans la suite à l'aide des figures 3 à 5 qui montrent cette disposition et cette forme ainsi que le tracé dans le cou- vercle d'aspiration 25. Le canal d'alimentation 43 s'étend, comme le mon- tre la figure 3, de la zone de l'orifice d'entrée 33 du couvercle d'aspiration 25 par lequel il est relié à la chambre de pompe 19 et au rotor 21, sur un angle d'environ 300 jusqu'à la zone de l'orifice de sortie 45 prévu dans la plaque de base 15; la zone restante correspondant sen- siblement à 60 est fermée par les cloisons frontales 17, 23 de façon qu'il ne subsiste dans cette zone qu'un faible intervalle axial entre le rotor 21 et les parois de chambre 17, 23. Le canal d'alimentation 43 à sections circulai- res, dont la largeur augmente légèrement vers l'orifice de sortie 45, est subdivisé en cinq segments suivant sa lon- gueur; les formes du canal de transfert 43 dans le couver- cle d'aspiration 25 et dans la plaque de base 15, sont chaque fois diamétralement identiques. La première zone I s'étend à la hauteur de l'ori- fice d'entrée 33 sur un angle d'environ 80 ; le canal d'alimentation 43 présente sa plus petite section au niveau de l'orifice d'entrée 33 pour garantir une bonne aspiration de carburant. La première zone I est suivie par une seconde zone II dans laquelle le canal d'alimentation 43, dont la section augmente au fur et à mesure, présente une profon- deur de canal constante. Dans sa zone transitoire vers un troisième segment de canal d'alimentation III, la seconde zone II présente une réduction constante de la profondeur de canal comme le montre la vue en coupe de la figure 4 à travers le canal d'alimentation 43. Cette réduction de sec- tion est formée par une première surface en biais 59 qui relie la seconde zone II à la troisième zone III du canal d'alimentation 43 en formant une rampe reliée à une partie aplatie de la section du canal d'alimentation 43. La réduc- tion de la profondeur du canal représentée également à la figure 5 dans la troisième zone III, est conçue pour que la pression du carburant qui y passe reste constante. La troi- sième zone III de section réduite est suivie, selon le tra- cé du canal d'alimentation 43, par une quatrième zone IV dans laquelle la section du canal d'alimentation 43 aug- mente de nouveau jusqu'à une valeur déterminée grâce à une seconde surface inclinée 61. La profondeur du canal dans la quatrième zone IV reste de nouveau constante. La quatrième zone de canal IV est suivie dans son tracé par une cin- quième zone de canal V qui correspond à l'orifice de sortie 45 de la plaque de base 15 pour que le carburant y passe dans la pompe à engrenage intérieur 13. Les zones II - IV du canal d'alimentation consti- tuent une zone de transfert efficace du canal d'alimenta- tion 43 en forme d'anneau de cercle et s'étendant sur environ 180 . Les différentes zones II - IV du canal d'ali- mentation 43 ont la même extension dans la direction péri- phérique, et en particulier la seconde et la quatrième zone sont conçues pour que la montée en pression du carburant y présente toujours la même amplitude. Le ensemble d'alimentation selon l'invention fonctionne de la manière suivante: le moteur électrique entraîne en rotation, par l'axe 9, le rotor 21 de la pompe à canal latéral 11, et le pignon 55 de la pompe à engrenage intérieur 13 tourne. La pompe à canal latéral 11 aspire par l'orifice d'entrée 33 tout d'abord le carburant dans la chambre de pompe 19 et le canal d'alimentation 43; le carburant passe alors de manière connue par un écoulement circulaire, héli- coidal (écoulement turbulent). Cet écoulement turbulent est créé par l'échange permanent des impulsions entre le carbu- rant à l'intérieur du rotor 21, qui est accéléré radiale- ment, et le carburant qui se trouve dans le canal de transfert 41, si bien que la pression du carburant traver- sant le canal d'alimentation 43 augmente de l'orifice d'en- trée 33 jusqu'à l'orifice de sortie 45. Le tracé de la montée en pression du carburant qui traverse le canal d'alimentation 43 de la pompe à canal latéral 11, sera décrit à l'aide du diagramme représenté à la figure 6. Dans ce diagramme on a représenté la courbe de pression de carburant P au passage du canal d'alimentation 43, en fonction de la longueur L; les différentes zones transitoires entre les zones ou segments du canal d'alimen- tation 43, ont été négligées. Le carburant reste tout d'abord à une pression de départ lors de l'arrivée dans la zone I du canal de transfert. Par échange en recouvrement avec l'orifice d'entrée 33, la pression du carburant aug- mente dans la seconde zone II, de manière connue; le canal d'alimentation 43 de la seconde zone présente une profon- deur tellement grande que la pression de carburant augmente rapidement au delà de la pression de vapeur du fait de la différence de pression importante entre le rotor 21 et le canal de transfert 43. Pour que la pression finale de la pompe à canal latéral ne dépasse pas une certaine valeur, la pression du carburant suit, dans la troisième zone de canal III constante, le niveau élevé; la profondeur de ce canal est conçue pour ne pas accélérer l'échange de pres- sion entre le rotor 21 et le carburant circulant dans le canal de transfert 41 du fait de la pression dans le canal d'alimentation 43. Dans la suite du tracé, la pression du !1 carburant augmente dans la quatrième zone de canal IV, avec une nouvelle augmentation de la profondeur du canal et l'échange d'impulsions qui en résulte entre le carburant du rotor 21 et celui du canal d'alimentation 43; pour régula- riser l'induction des efforts dans le rotor 21, la seconde et la quatrième zone de canal sont conçues pour que l'im- portance de la montée en pression soit toujours sensible- ment la même. A l'extrémité de la quatrième zone, le carburant atteint sa pression finale dans la pompe à canal latéral ll et passe, au niveau de la cinquième zone V à pression élevée, par l'orifice de sortie 45 puis, de là, par l'orifice d'entrée 49, dans la chambre de pompe 57 de la pompe à engrenage intérieur; la pression du carburant est une nouvelle fois augmentée, de manière connue, dans cette pompe avant que le carburant n'alimente le moteur à partir de l'ajutage de pression 7. Dans la zone de l'entretoise qui subsiste entre l'orifice d'entrée 33 et l'orifice de sortie 45 de la cham- bre de pompe 19, le faible intervalle axial entre le rotor 21 et la paroi de la chambre interdit tout échange d'impul- sions entre le carburant du rotor 21 et la chambre de pompe 19 si bien que l'impulsion de pression soutient uniquement le mouvement de rotation du rotor 21; la pression du car- burant diminue de sorte que, dans la zone de canal I, le 2'5 carburant puisse de nouveau être aspiré par l'orifice d'ad- mission 33. En raccourcissant ainsi la longueur efficace du canal d'alimentation assurant une augmentation continue de la pression dans la pompe à canal latéral, tout en conser- vant la longueur totale du canal d'alimentation et la pres- sion d'alimentation, il est possible de relever la pression du carburant rapidement au delà de la pression de vaporisa- tion pour éviter les dommages engendrés par la cavitation, notamment dans le second étage de la pompe; la subdivision de la longueur efficace du canal d'alimentation en deux zo- nes pour avoir avantageusement une transmission symétrique des efforts dans le rotor permet une réduction des efforts appliqués sur les paliers et ainsi une réduction de l'usure se traduisant par une augmentation de la durée de vie de l'ensemble du ensemble d'alimentation. R E V E N D I C A T IONS 1) Ensemble d'alimentation pour fournir du car- burant dans le réservoir d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comprenant un rotor (21) tournant dans une chambre de pompe (19) en étant entraîné en rota- tion par un moteur électrique, ce rotor ayant une partie du moyeu (35) en forme de disque montée sur l'axe 9 du moteur et dont la périphérie comporte un grand nombre de pales (37) s'étendant radialement vers l'extérieur et au moins un canal d'alimentation (43) dans l'une des cloisons (17, 23) délimitant frontalement la chambre de pompe (19), prévue au niveau des extrémités libres des pales du rotor (21) et en- tourant, suivant une partie d'anneau de cercle, l'axe de rotation du rotor (21), ce canal d'alimentation ayant une section semi-circulaire pour aller d'un orifice d'entrée (33) du carburant à transférer dans la chambre de pompe (19), jusqu'à un orifice de sortie (45) du carburant mis à la pression d'alimentation en sortie de la chambre de pompe (19), ensemble caractérisé en ce que le canal d'ali- mentation (43) présente entre l'orifice d'entrée (33) et l'orifice de sortie (45) une zone (III) de section réduite délimitée chaque fois par les zones adjacentes (II, IV) du canal d'alimentation (43) ayant une section plus grande. 2) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone (III) du canal d'alimentation (43) de section réduite est formée par un aplatissement de la sec- tion en forme de demi-cercle du canal d'alimentation (43), la transition vers les zones (II, IV) adjacentes, de sec- tion plus grande, du canal d'alimentation, se faisant cha- que fois par une surface inclinée (59, 61). 3) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone (III) de section réduite est réalisée dans le canal d'alimentation (43) pour que les zones (II, IV) du canal d'alimentation (43), adjacentes et qui sont par ailleurs adjacentes à l'orifice d'entrée ou à l'orifice de sortie (33, 45) et ont une plus grande section, possè- dent la même longueur dans la direction périphérique du ca- nal d'alimentation (43). 4) Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que la longueur efficace du canal d'alimentation (II, III, IV) active pour la montée en pression du carburant qui traverse le canal, entre l'orifice d'entrée (33) et l'ori- fice de sortie (45), s'étend de préférence sur une plage angulaire de 1800. 5) Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la profondeur du canal dans la zone (III) de sec- tion réduite du canal d'alimentation (43) est conçue pour que la pression du carburant qui traverse le canal reste constante dans cette zone. 6) Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que les zones adjacentes (II, IV) du canal d'alimen- tation (43) sont dimensionnées pour que l'amplitude de la montée en pression du carburant qui passe, soit toujours sensiblement la même. 7) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans chacune des deux cloisons frontales (17, 23), au niveau des extrémités de pales libres du rotor (21), il y a un canal d'alimentation (43) dont les tracés sont sensiblement diamétralement symétriques. 8) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe d'alimentation (3) comporte deux étages, à savoir un étage amont formé par une pompe à canal latéral (11) comprenant une chambre de pompe (19), un canal d'ali- mentation (43) et un rotor (21) tournant dans la chambre, ainsi qu'un étage principal relié par l'intermédiaire d'un canal de débordement (45, 47) qui est formé par une pompe à engrenage intérieur (13) également entraînée en rotation par le moteur électrique.