Brevet FR2768191A1 — publié le 19990312

La présente invention concerne le domaine des pompes turbines pour le pompage de carburant sur réservoir de véhicule automobile. On a déjà proposé de nombreuses pompes à cet effet. Des exemples de telles pompes connues sont décrits dans les documents FR-A-2 714121, FR-A-2 711 741, FR-A-2 713 714, FR-A-2 720 118, FR-A-2 722 536 et FR-A-2 685 937. D'une façon générale ces pompes comprennent un carter qui loge un moteur électrique d'entrainement et un ensemble de pompage entrainé par ce moteur et situé à la base dudit carter. Cependant à la connaissance des inventeurs aucune des pompes jusqu'ici proposées ne donne totalement satisfaction, notamment quant au rendement. Le but principal de la présente invention est de proposer une nouvelle pompe permettant d'améliorer le rendement par rapport aux pompes connues. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention, grâce à une pompe turbine, notamment pour réservoir de carburant de véhicule automobile, comprenant un boitier formant stator et un rotor à aubes monté à rotation par rapport au boitier et définissant un trajet de montée en pression et d'écoulement entre une entrée et une sortie, caractérisée par le fait que le rotor possède deux séries annulaires d'aubes concentriques respectivement radialement interne et radialement externe, adaptées pour définir un trajet de carburant passant alternativement par des passages définis par les aubes radialement internes et par des passages définis par les aubes radialement externes de sorte que ce trajet suive une configuration généralement en hélice s'appuyant sur une enveloppe annulaire. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure 1 annexée représente une vue schématique en perspective éclatée des moyens essentiels d'une pompe conforme à la présente invention, - la figure 2 représente une seconde vue schématique en perspective éclatée, opposée à celle de la figure 1, des mêmes moyens essentiels de la pompe conforme à la présente invention, - la figure 3 illustre schématiquement le trajet suivi par le carburant dans la chambre de pompage, - la figure 4 représente une vue partielle de ce trajet, - la figure 5 représente une vue d'un rotor conforme à une variante de la présente invention et - les figures 6 et 7 représentent respectivement des vues en plan interne de coupelle inférieure et supérieure d'une telle pompe conforme à la présente invention. La pompe illustrée sur les figures annexées comprend un stator 100 et un rotor 200. Le stator 100 est formé d'une bague 110 prise en sandwich entre deux flasques ou coupelles 120, 130 respectivement supérieur et inférieur. Le stator 100 définit ainsi une chambre circulaire centrée sur un axe 0-0 apte à recevoir le rotor 200 à rotation autour de cet axe 0-0. Sur les figures annexées, le sens de rotation du rotor 200 est référencé S. La bague 110 et les coupelles 120 et 130 sont fixées entre elles par tous moyens appropriés. Le rotor 200 est formé d'un plateau circulaire 210 dont l'épaisseur est égale au jeu près à l'épaisseur de la bague 1 10 et dont le plus grand rayon externe est égal au jeu près au rayon interne de la bague 110. Le plateau 210 est entrainé à rotation autour de l'axe OO par tous moyens appropriés. De préférence le plateau 210 est entrainé par un moteur électrique (non représenté sur les figures annexées) dont l'arbre de sortie est en prise avec le moyeu du plateau 210. Pour celà le plateau 210 est muni en son centre d'une structure non symétrique de révolution 240. Il s'agit d'un orifice délimité par deux plans diamétralement opposés reliés entre eux par leurs extrémités par des calottes semi-cylindriques, selon la représentation particulière donnée sur les figures annexées. Cependant cette représentation particulière n'est aucunement limitative. Bien entendu l'une au moins des coupelles 120, 130 doit être munie d'un orifice central traversant pour permettre l'accès et l'entrainement de cette structure 240. Le plateau 210 est muni de deux séries annulaires d'aubes concentriques 220 et 230. Les aubes 220 et 230 sont ainsi disposées selon deux ensembles annulaires respectivement interne et externe définissant chacun des séries de passages 222, 232 traversant le plateau 210 suivant une direction générale correspondant à son épaisseur. Les deux séries d'aubes 220 et 230 sont disposées respectivement radialement sur l'intérieur et sur l'extérieur d'un anneau 250. Les aubes 230 font saillie dans une direction générale radiale sur la périphérie extérieure de l'anneau 250. Les aubes 220 assurent la liaison entre la périphérie intérieure de l'anneau 250 et la périphérie du plateau central 210. Ainsi les aubes 220 définissent une série annulaire de passages 222 traversant le rotor 200 selon son épaisseur, mais fermés en périphérie, tandis que les aubes 230 définissent une série annulaire de passages 232 traversant le rotor 200 selon son épaisseur, mais ouverts également radialement vers l'extérieur. En variante, comme on l'a illustré sur la figure 5, le rotor 200 peut être muni d'un anneau externe 260 disposé radialement sur l'extérieur des aubes 230. Dans ce cas les aubes 230 assurent la liaison entre la périphérie externe de l'anneau 250 et la périphérie interne de l'anneau 260. Un tel anneau externe 260 permet une meilleure tenue mécanique pour les aubes 230 et permet de limiter les contraintes appliquées sur la bague 110. Bien entendu les dimensions de la bague 110 et des coupelles 120 et 130 doivent être adaptées en conséquence de sorte que des canaux 122, 132 formés dans les coupelles 120, 130, dont la structure et la fonction seront précisées par la suite, soient disposés en regard des passages 222, 232 formés par les aubes 220 et 230. A titre d'exemple non limitatif, les deux anneaux 250 et 260 peuvent posséder chacun une dimension radiale de l'ordre de 0,8mm. Plus précisément ces aubes 220 et 230 sont adaptées pour imposer au carburant mis en circulation et en pression à l'intérieur de la pompe, un trajet généralement en hélice s'appuyant sur une enveloppe annulaire et passant successivement et alternativement par des passages internes 222 et par des passages externes 232. Cette enveloppe annulaire du trajet suivi par le carburant est définie, pour sa portion radialement interne par les passages 222 délimités par les aubes radialement internes 220, pour sa portion radialement externe par les passages 232 délimités par les aubes radialement externes 230, et pour ses zones de liaison entre ces portions radialement interne et externe, par des canaux semi-annulaires 122, 132 délimités respectivement par les coupelles 120 et 130, sur leurs faces en regard, dirigées vers le rotor 200. Ces canaux 122, 132 sont visibles notamment sur les figures 6 et 7 annexées. Le rayon radialement interne des canaux 122, 132 est complémentaire du plus petit rayon radialement interne des aubes 220, tandis que le rayon radialement externe des canaux 122, 132 est complémentaire du plus grand rayon radialement externe des aubes 230. Un orifice d'entrée 134 traverse dans une direction générale axiale la coupelle inférieure 130 et débouche sur une extrémité du canal 132, tandis qu'un orifice de sortie 124 traverse dans une direction générale axiale la coupelle supérieure 120 et débouche sur l'autre extrémité du canal 122. Plus précisément pour ne pas perturber l'écoulement du carburant dans la chambre de pompage, de préférence les orifices d'entrée 134 sont inclinés de l'ordre de 30 à 75 , très préférentiellement de l'ordre de 53 par rapport à un axe orthogonal à l'axe de rotation 0-0, tandis que les orifices de sortie 124 sont inclinés de l'ordre de 10 à 45", très préférentiellement de l'ordre de 15 à 20 par rapport à un axe orthogonal à l'axe de rotation 0-0. Ainsi le carburant qui pénètre par l'entrée 134, est entrainé selon le trajet en hélice-annulaire précité et atteint l'orifice de sortie 124. Plus précisément, à partir de l'entrée 134, le canal 132 formé dans la coupelle inférieure 130 possède un tronçon initial 1320 de section décroissante débouchant sur une zone de transition référencée 1321, suivie d'une portion de section constante 1322, pour finir avec une portion de section décroissante 1323. Partant de la sortie 124 taillée dans la coupelle supérieure 120, le canal 122 présente un tronçon initial de section déroissante 1220, suivi d'une portion de section constante 1221, pour se terminer par une section décroissante 1222. Selon une variante les tronçons 1221 et 1322 peuvent présenter une section légèrement décroissante lorsqu'on se dirige respectivement vers les tronçons 1220 et 1323. On notera que les canaux 122, 132 couvrent un secteur angulaire inférieur à 360 autour de l'axe 0-0. Selon la représentation donnée sur les figures annexées, les tronçons utiles 1221, 1322 de ces canaux semi-annulaires 122 et 132, c'est à dire les tronçons dans lesquels est opérée la montée en pression du carburant, couvrent un angle de l'ordre de 270 autour de l'axe de rotation 0-0. On notera sur les figures 6 et 7 la présence de 4 vasques 1201, 1202, 1203 et 1204,1301,1302, 1303 et 1304 formées en creux dans les surfaces internes de chaque coupelle 120, 130. Ces vasques sont conçues pour être mises sous pression de carburant à partir des canaux 122, 132 pour former des paliers hydrostatiques soutenant le rotor 200 dans sa rotation autour de l'axe 00. Le trajet en hélice-annulaire précité est schématisé sur la figure 3 et illustré partiellement plus en détail sur la figure 4. Plus précisément encore, selon le mode de réalisation particulier illustré sur les figures annexées, le carburant qui pénètre dans la chambre de la pompe par l'entrée 134 atteint en premier lieu le canal 132 formé dans la coupelle inférieure 130, et de là gagne un passage 222 formé par les aubes 220, puis le canal 122 formé dans le flasque supérieur 120, un passage 232 formé par les aubes externes 230, le canal 132 formé par le flasque inférieur 130, puis à nouveau un passage 222 et ainsi de suite jusqu'à atteindre la sortie 124. Pour garantir une position relative correcte des coupelles 120 et 130 (les canaux 122 et 132 doivent être positionnnés exactement en regard), les coupelles 120 et 130 sont de préférence munies sur leur surface externe de moyens d'indexage ou détrompeurs. De tels moyens sont schématisés sur les figures annexées sous forme d'au moins une rainure 126,136 ménagée dans la périphérie extérieure des coupelles 120, 130, lesquelles rainures sont destinées à être alignées lors de l'assemblage et de l'immobilisation relative des coupelles 120 et 130 pour recevoir une clavette. De même la bague 110 est de préférence munie d'une rainure externe 112 destinée à être alignée avec les rainures 126, 136 pour recevoir la clavette précitée. Selon une variante de réalisation, la bague 110 peut être intégrée à l'une des coupelles 120, 130. Par rapport aux pompes classiques connues comprenant une seule série d'aubes, analogues par exemple aux aubes radialement externes 130, la pompe conforme à la présente invention permet d'améliorer sensiblement le rendement obtenu. En effet alors que la majorité des pompes classiques présentent un rendement généralement compris entre 13 et 16%, la pompe conforme à la présente invention, permet d'atteindre un rendement de l'ordre de 24%. De préférence dans le cadre de la présente invention, toutes les pièces de la pompe, à savoir les coupelles 120 et 130, la bague 110 et le rotor 200, sont réalisées en matière plastique. En variante les coupelles 120, 130 peuvent être réalisées en métal, le rotor 200 au moins étant réalisé en matière plastique. Par ailleurs on a illustré sous la référence 1380 un orifice de dégazage traversant la coupelle inférieure 130 et débouchant dans le canal 132 en aval de l'orifice d'entrée 134. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais s'étend à toutes variantes conforme à son esprit. Ainsi par exemple on peut concevoir dans le cadre de la présente invention des pompes multicellulaires, c'est à dire des pompes dans lesquelles la structure précitée est multipliée plusieurs fois sous forme de plusieurs chambres disposées fluidiquement en série (les chambres étant empilées coaxialement selon l'axe 0-0) et logeant chacune un rotor 200 conforme aux dispositions précitées. Selon le mode de réalisation illustré sur les figures annexées, il est prévu un nombre d'aubes radialement internes 220 égal au nombre d'aubes radialement externes 230. Cependant cette disposition n'est pas impérative. En pratique en effet le nombre d'aubes internes 220 peut être différent du nombre d'aubes externes 230. De préférence le nombre d'aubes tant internes 220 qu'externes 230 est égal à un nombre entier. R EVENDICATIONS 1. Pompe turbine, notamment pour réservoir de carburant de véhicule automobile, comprenant un boitier (100) formant stator et un rotor (200) à aubes (220, 230) monté à rotation par rapport au boitier (100) et définissant un trajet de montée en pression et d'écoulement entre une entrée (134) et une sortie (124), caractérisée par le fait que le rotor (200) possède deux séries annulaires d'aubes (220, 230) concentriques respectivement radialement interne et radialement externe, adaptées pour définir un trajet de carburant passant alternativement par des passages (222) définis par les aubes (220) radialement internes et par des passages (232) définis par les aubes (230) radialement externes de sorte que ce trajet suive une configuration généralement en hélice s'appuyant sur une enveloppe annulaire. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque série d'aubes (220, 230) définit une série de passages (222, 232) traversant un plateau (210) formant rotor suivant une direction générale correspondant à son épaisseur. 3. Pompe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que les deux séries d'aubes (220, 230) sont disposées respectivement radialement sur l'intérieur et sur l'extérieur d'un anneau (250). 4. Pompe selon la revendication 3, caractérisée par le fait qu'une série d'aubes (220) assurent la liaison entre la périphérie intérieure de l'anneau (250) et la périphérie d'un plateau central (210) de sorte que ces aubes (220) définissent une série annulaire de passages (222) traversant le rotor (200) selon son épaisseur, et fermés en périphérie. 5. Pompe selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée par le fait qu'une série d'aubes (230) fait saillie dans une direction générale radiale sur la périphérie extérieure de l'anneau (250), de sorte que ces aubes (230) définissent une série annulaire de passages (232) traversant le rotor (200) selon son épaisseur, et ouverts radialement vers l'extérieur. 6. Pompe selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée par le fait qu'un deuxième anneau (260) est disposé sur l'extérieur de la série d'aubes externes (230) de sorte que celles-ci définissent une série annulaire de passages (232) traversant le rotor (200) selon son épaisseur, et fermés en périphérie. 7. Pompe selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que le stator (100) est formé d'une bague (110) prise en sandwich entre deux flasques ou coupelles (120, 130) respectivement supérieur et inférieur. 8. Pompe selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la bague (110) est intégrée à l'un des flasques ou coupelles (120, 130). 9. Pompe selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que le stator (100) définit une chambre circulaire centrée sur un axe 0-0 apte à recevoir le rotor (200) à rotation autour de cet axe 0-0. 10. Pompe selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée par le fait que le rotor (200) est formé d'un plateau circulaire (210) dont l'épaisseur est égale au jeu près à l'épaisseur de la bague (110) et dont le plus grand rayon externe est égal au jeu près au rayon interne de la bague (110). 11. Pompe selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que chaque coupelle (120, 130) du stator possède un canal semi-annulaire (122, 132) coopérant avec les passages (222, 232) définis par les aubes (220, 230) du rotor (200). 12. Pompe selon la revendication 11, caractérisée par le fait que les tronçons (1221, 1322) des canaux semi-annulaires (122, 132) formés dans les coupelles (120, 130) dans lesquels est opéré la montée en pression, couvrent un angle de l'ordre de 270 autour de l'axe de rotation. 13. Pompe selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisée par le fait que le rayon radialement interne des canaux (122, 132) formés dans les coupelles (120, 130) est complémentaire du plus petit rayon radialement interne des aubes (220), tandis que le rayon radialement externe des canaux (122, 132) formés dans les coupelles (120, 130) est complémentaire du plus grand rayon radialement externe des aubes (230). 14. Pompe selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée par le fait qu'un orifice d'entrée (134) traverse la coupelle inférieure (130) et débouche sur une extrémité d'un canal (132) formé dans cette coupelle (130), tandis qu'un orifice de sortie (124) traverse la coupelle supérieure (120) et débouche sur l'autre extrémité d'un canal (122) formé dans cette coupelle (120). 15. Pompe selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée par le fait que les coupelles (120, 130) formant le stator (100) sont munies sur leur surface externe de moyens d'indexage ou détrompeurs (126, 136). 16. Pompe selon la revendication 15, caractérisée par le fait que les moyens d'indexage (126, 136) sont formés d'au moins une rainure ménagée dans la périphérie extérieure des coupelles (120, 130). 17. Pompe selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisée par le fait que au moins le rotor (200) est réalisé en matière plastique. 18. Pompe selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisée par le fait qu'un orifice de dégazage (1380) traverse une coupelle (130) et débouche dans un canal (132) formé dans celle-ci en aval d'un orifice d'entrée (134). 19. Pompe selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisée par le fait qu'elle comprend plusieurs chambres disposées fluidiquement en série et logeant chacune un rotor (200) pour former une pompe multicellulaire. 20. Pompe selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un moteur électrique apte à entrainer le rotor (200).