Brevet FR2726041A1 — publié le 19960426

I " Ensemble pour refouler du carburant depuis un réservoir vers un moteur à combustion interne " Etat de la technique. L'invention concerne un ensemble pour refouler du carburant à partir d'un réservoir vers un moteur à com- bustion interne, avec une pompe de refoulement de carbu- rant, qui est entraînée en rotation par un moteur électrique d'entraînement disposé dans un carter commun, moteur qui est formé par un stator solidaire du carter et un rotor qui tourne dedans sur un arbre de rotor, ensemble dans lequel on forme entre une face frontale d'un carter intermédiaire formant une partie du carter de la pompe de refoulement et une face frontale axiale du rotor du moteur électrique d'entraînement, une fente annulaire. Dans le cas d'un ensemble de ce type, connu par le document DE Gbm 89 14 996.3 un moteur électrique d'en- traînement entraîne en rotation une pompe de refoulement de carburant disposée avec celui-ci dans un carter commun. Le moteur d'entraînement qui est relié au rotor d'une pompe de refoulement d'une manière non représentée plus en détail consiste dans ce cas en un stator fixe par rapport au car- ter et un rotor qui tourne dedans et qui est disposé sur un arbre de rotor monté par des paliers sur le carter. Les forces axiales qui agissent sur le rotor du moteur d'en- traînement, comme par exemple les forces des ressorts des balais disposés axialement sur le collecteur frontal et les forces magnétiques sont recueillies et soutenues, dans le cas de ces ensembles de refoulement connus du type mention- né ci-dessus, par une plaque de butée dans le couvercle d'aspiration de la pompe de refoulement, ce qui a pour con- séquence par suite des frottements mécaniques de l'arbre du rotor d'entraîner une usure élevée et en particulier une forte émission de bruit de tout l'ensemble de refoulement. Avantages de l'invention L'ensemble de refoulement selon l'invention est caractérisé en ce que, dans la fente annulaire des surfaces frontales adjacentes du rotor du moteur électrique d'entraînement et/ou de la face frontale, située vis-à-vis de celle-ci, du carter intermédiaire de la pompe de refou- lement on prévoit des évidements, qui pendant le fonction- nement de l'ensemble de refoulement peuvent être remplis de carburant d'une manière telle qu'ils forment un coin hy- draulique, qui stabilise axialement le rotor du moteur d'entraînement entre le carter intermédiaire et le rotor du moteur d'entraînement. L'ensemble de refoulement selon l'invention a par rapport à l'état de la technique l'avantage que grâce au montage hydrodynamique entre le rotor du moteur d'en- traînement électrique et le carter intermédiaire de la pompe de refoulement, il est possible, d'une manière simple à construire, d'avoir un montage du rotor qui dans le sens axial a peu d'usure et peu de bruit. Dans ce cas il est particulièrement avantageux de réaliser ce montage entre le carter intermédiaire qui présente l'ouverture de sortie de la pompe de refoulement et la face frontale du rotor qui lui fait vis-à-vis, car à cet endroit le carburant peut s'écouler sans difficultés d'écoulement dans la fente com- prise entre le rotor et le carter intermédiaire. En outre, on ne prévoit pas sur ces faces frontales de pièces de rac- cordement, telles que par exemple un collecteur, de telle sorte que leur usinage n'influence pas la construction des ensembles connus de refoulement, si bien que le cas échéant il est même possible d'effectuer un montage après coup de types connus d'ensembles de refoulement. La construction du coin hydrodynamique entre le carter intermédiaire fixe de la pompe de refoulement et le rotor qui peut légèrement coulisser axialement du moteur d'entraînement a lieu dans ce cas au moyen d'évidements dans au moins l'une des faces frontales du rotor et du carter intermédiaire, qui pendant le fonctionnement de l'ensemble de refoulement, par suite de l'écoulement d'entraînement du carburant produit par le rotor tournant dans la fente comprise entre le rotor et le carter intermédiaire sont remplis de carburant et dévelop- pent une force de pression agissant axialement par rapport au rotor. Les évidements peuvent dans ce cas présenter les formes géométriques les plus différentes, il est toutefois particulièrement avantageux de constituer les évidements comme des cannelures en forme de spirales de telle sorte que quand le rotor tourne il se forme un film de lubrifica- tion hydrodynamique entre les faces frontales du rotor et le carter intermédiaire, qui empêche que le rotor sollicité par ailleurs par les ressorts axiaux des balais du collec- teur frontal ne tourne en appuyant sur la paroi du carter intermédiaire. Il est également possible en variante, en par- ticulier dans le cas d'un équipement après coup sur des en- sembles connus de refoulement de disposer les évidements du côté frontal dans un disque intermédiaire, qui est alors inséré dans la fente entre le rotor et le carter intermé- diaire. Au moyen de la configuration de l'angle d'in- clinaison des cannelures en forme de spirales dans le sens radial et d'une inclinaison possible par rapport à la face frontale on peut adapter dans ce cas les forces de pression du film hydrodynamique aux forces axiales introduites sur le rotor. Il est ainsi possible avec des moyens de cons- truction simples d'éviter le frottement mécanique de l'ar- bre du rotor, à son extrémité située du côté de la pompe de refoulement, avec une plaque d'appui et grâce à cela de se passer complètement de cette plaque d'appui. Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, au moins les extrémités, tournées radialement vers l'extérieur des évidements, sont reliées à une chambre sous pression remplie de carburant se raccordant au carter in- termédiaire à l'intérieur du carter de l'ensemble de refou- lement. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté sur les dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 montre une coupe à travers l'en- semble de refoulement dont on peut retirer en particulier la position des évidements qui forment le palier hydrodyna- mique et, - les figures 2 à 4 montrent différentes possi- bilités de réalisation des cannelures en forme de spirales dans les faces frontales du rotor du moteur d'entraînement et/ou le carter intermédiaire de la pompe de refoulement. Description de l'exemple de réalisation. La description de l'exemple de réalisation re- présenté à la figure 1 de l'ensemble de refoulement selon l'invention est limitée aux parties constitutives essen- tielles de l'invention, car la construction des autres par- ties constitutives et des groupes de construction est connue depuis longtemps dans l'état de la technique relatif aux ensembles de refoulement de carburant. Dans ce cas, on monte dans le carter commun 1 de l'ensemble de refoulement représenté à la figure 1 une pompe de refoulement 3, qui est entraînée en rotation par un moteur électrique d'entraînement 5 monté également dans le carter 1. La pompe de refoulement 3 est dans ce cas constituée dans l'exemple de réalisation sous la forme d'une pompe hydraulique avec un couvercle d'aspiration 7 fermant vers l'extérieur, un carter intermédiaire 9 vers la partie restante de l'ensemble de refoulement et un rotor 11 qui tourne dans une chambre de pompe formée entre le cou- vercle d'aspiration 7 et le carter intermédiaire 9. En va- riante, il est toutefois possible d'avoir d'autres types de pompes. Le moteur électrique 5 qui entraîne en rotation la pompe de refoulement 3 est formé d'un stator qui pré- sente des segments d'aimants, et qui est fixé par son pour- tour extérieur sur le boîtier 1 et dans lequel tourne un rotor 17 guidé sur un arbre de rotor 15 dont les paliers sont fixés sur le carter. Ce rotor 17 présente de manière connue des enroulements de rotor, qui sont logés dans le corps de base du rotor 17 fabriqué de préférence en matière plastique, d'une manière telle que différents segments axiaux puissent être sollicités alternativement par une tension électrique. Ce courant alternatif se forme dans ce cas de manière connue au moyen d'un collecteur frontal dis- posé sur la face frontale du rotor 17 qui est tournée à l'opposé de la pompe de refoulement 23, collecteur sur le- quel appuient deux balais que l'on n'a pas représentés plus en détail, balais qui sont sollicités par différentes ten- sions électriques et qui sont maintenus au moyen de res- sorts en appui axial sur le collecteur frontal 19. De façon analogue à cela, on peut utiliser pour l'entraînement de l'ensemble de refoulement selon l'invention aussi un moteur électrique d'entraînement d'un autre type de construction. La transmission du mouvement de rotation du ro- tor 17 du moteur d'entraînement électrique 5 pendant le fonctionnement de l'ensemble de refoulement, c'est-à-dire pendant que les balais sont parcourus par du courant, au rotor 11 de la pompe de refoulement 3 a lieu dans l'exemple de réalisation au moyen de l'arbre de rotor 15 du moteur électrique, qui pénètre par une liaison par la forme dans le rotor 11 de la pompe et forme ainsi avec celui-ci une liaison solidaire en rotation. Le refoulement du carburant par la pompe de refoulement 3 a lieu dans ce cas de manière connue, le carburant s'écoulant par un orifice d'aspiration 21 dans le couvercle d'aspiration 7 à partir d'un réservoir dans la chambre de la pompe de refoulement 3, le carburant étant refoulé à cet endroit par le rotor 11 de la pompe avec une augmentation de la pression vers un orifice sous pression dans le carter intermédiaire 9, de là passant à l'intérieur du carter 1 parcourant celui-ci le long du mo- teur électrique d'entraînement 5 et sortant par un ajutage sous pression ou un ajutage de sortie 23 du carter 1 dans une conduite de refoulement allant au moteur à combustion interne. Dans ce cas pendant le fonctionnement de l'en- semble de refoulement différentes forces, telles que par exemple des forces magnétiques, des forces des ressorts des balais ou autres, s'exercent par leurs composantes axiales sur le rotor 17 du moteur électrique d'entraînement 5, de telle sorte que celui-ci doit être soutenu axialement, le soutien axial dans le sens opposé à la pompe de refoulement 3 ayant lieu essentiellement par les ressorts de balais. Dans le sens de la pompe de refoulement 3, le soutien axial du rotor 17 a lieu selon l'invention grâce au fait qu'on prévoit un film de carburant faisant office de palier hydrodynamique dans une fente annulaire 29 formée entre la face frontale 25 du rotor 17 et la face frontale 27 de la pompe de refoulement 3, tournée vers le rotor 17 du moteur et disposée de façon sensiblement parallèle à la précédente. Dans ce cas on a ménagé des évidements 31 dans les faces frontales 25 et 37 pour constituer des coins hy- drauliques dans la fente annulaire 29, une disposition uni- latérale étant en variante aussi possible dans seulement l'une des faces frontales 25, 27. Ces évidements 31 sont réalisés dans l'exemple de réalisation sous la forme de cannelures en forme de spi- rale, dont on a représenté la forme sur les figures 2 à 4 selon trois variantes, choisies à titre d'exemple. Dans ce cas, les évidements en forme de canne- lures 31 s'étendent sur la figure 2 de bout en bout depuis la zone radialement extérieure jusque dans une zone radia- lement intérieure, adjacente à l'arbre du rotor 15, alors qu'on prévoit pour avoir un meilleur écoulement du carbu- rant à travers les évidements 31 un appendice saillant de- puis les faces frontales 25, 27 vers l'intérieur. Dans le cas de la variante de réalisation re- présentée sur la figure 2, les évidements 31 en forme de spirales vont de la zone radialement extérieure jusque dans une zone radialement intérieure, ils ne débouchent pas tou- tefois sur un bord frontal intérieur des faces frontales , 27. Dans le cas de la variante de réalisation représen- tée sur la figure 4 les évidements 31, qui vont du bord ra- dialement extérieur jusqu'au bord radialement intérieur des faces frontales 25, 27, sont répartis en une zone partielle radialement intérieure et une zone partielle radialement extérieure, qui sont courbées dans le sens de l'écoulement du carburant et convergent à peu près au milieu des faces frontales 25, 27 en formant un angle aigu. Dans ce cas les surfaces de base des évidements 31 sont inclinées dans tou- tes les variantes de réalisation par rapport aux faces frontales 25, 27 de préférence de telle façon que leur sec- tion transversale décroisse dans le sens de l'écoulement du carburant qui entre. La construction du coin hydraulique qui stabi- lise axialement le rotor 17 et le guide dans la fente annu- laire 29 a lieu dans ce cas de la manière suivante. Avec la rotation du rotor 17 du moteur électri- que d'entraînement 5 dans le carter rempli de carburant 1 de l'ensemble de refoulement a lieu le long de l'axe médian des évidements 31 en forme de cannelures dans la fente an- nulaire 29 l'écoulement sous pression par entraînement con- nu à partir de l'écoulement médian de lubrification. De cette façon il se forme le long des évidements 31 un profil de pression avec une force de pression résultante, qui agit à l'encontre d'une possible force axiale sur le rotor 17. Le pompage du carburant dans les évidements 31 est essen- tiel pour le maintien de ce courant sous pression par en- traînement, ce qui est assuré par leurs dispositions en forme de spirales. L'effet de pompage pour la montée en pression peut dans ce cas être influencée par l'angle ra- dial d'inclinaison des évidements entre l'axe des cannelu- res et le vecteur local de la vitesse dans le sens périphérique dans la fente annulaire 29. La montée en pres- sion est optimale quand cet angle d'inclinaison est le même sur tous les rayons, ce que l'on peut réaliser d'une ma- nière idéale avec une spirale logarithmique. Dans ce cas, il est possible de modifier l'ac- tion locale de la pression en accord avec les forces axia- les introduites sur le rotor 17 aussi bien par l'angle radial d'inclinaison que par la forme géométrique des évi- dements 31, de telle sorte qu'il soit possible d'avoir une stabilisation axiale optimale du rotor 17 (ce qui influence essentiellement son fonctionnement silencieux). Dans ce but on peut constituer aussi des réalisations dissymétriques du modèle à cannelures des évidements 31. De cette façon, il est possible avec l'ensemble de refoulement selon l'inven- tion, d'avoir d'une manière simple à construire un montage et une stabilisation axiale du rotor 17 du moteur électri- que d'entraînement 5 sans contact mécanique de l'extrémité du rotor ou de l'arbre du rotor sur le carter. R E V E N D I C A T IONS 1) Ensemble pour refouler du carburant à partir d'un réservoir vers un moteur à combustion interne, avec une pompe de refoulement de carburant (3), qui est entraî- née en rotation par un moteur électrique d'entraînement (5) disposé dans un carter commun (1), moteur qui est formé par un stator (13) solidaire du carter et un rotor (17) qui tourne dedans sur un arbre de rotor (15), ensemble dans le- quel on forme entre une face frontale (27) d'un carter in- termédiaire (9) formant une partie du carter de la pompe de refoulement (3) et une face frontale axiale (25) du rotor (17) du moteur électrique d'entraînement (5), une fente an- nulaire (29) caractérisé en ce que, dans la fente annulaire (29) des surfaces frontales (25) adjacentes du rotor (17) du moteur électrique d'entraînement (5) et/ou de la face frontale (27), située vis-à-vis de celle-ci, du carter in- termédiaire (9) de la pompe de refoulement (3) on prévoit des évidements (31), qui pendant le fonctionnement de l'en- semble de refoulement peuvent être remplis de carburant d'une manière telle qu'ils forment un coin hydraulique, qui stabilise axialement le rotor (17) du moteur d'entraînement (5) entre le carter intermédiaire (9) et le rotor (17) du moteur d'entraînement (5). 2) Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les évidements (31) sont réalisés comme des cannelures en forme de spirales. 3) Ensemble selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'au moins les extrémités, tournées radialement vers l'extérieur des évidements (31), sont reliées à une chambre sous pression remplie de carburant se raccordant au carter intermédiaire (9) à l'intérieur du carter (1) de l'ensemble de refoulement.