Brevet FR2859000A1 — publié le 20050225

DENT D'ENGRENAGE ET POMPE A ENGRENAGES EXTÉRIEURS La présente invention concerne une dent d'engrenage et une pompe, notamment une pompe à huile munie d'engrenages 5 correspondants. Plus précisément, cette invention a pour objet une dent d'engrenage présentant un pied concave à son point de départ au pied de la dent voisine, et une tête raccordée audit pied. Cette dent trouve une application privilégiée, mais non exclusive dans une pompe à engrenages extérieurs comportant au moins une paire de pignons dentés en engrènement mutuel. Une telle pompe, qui fait également l'objet de l'invention, est utilisable dans un moteur à combustion, mais l'invention s'applique également sur toutes les pompes à engrenages extérieurs. Les pompes à huile utilisées dans les moteurs sont de deux types: les pompes à engrenages extérieurs avec des dentures droites ou à développante de cercle, et les pompes à engrenages intérieurs, avec des profils de dents trochoïdaux droits ou à 20 développante de cercle. Les évolutions actuelles des moteurs, et notamment celles de leurs accessoires, augmentent les besoins en débit et en pression d'huile des pompes utilisées. Par ailleurs, les contraintes d'encombrement dans l'environnement moteur sont de plus en plus fortes. Les voies conventionnelles empruntées pour augmenter les performances hydrauliques des pompes à engrenages sont notamment l'augmentation de la vitesse de la pompe, l'augmentation de la hauteur des engrenages pompe, la réduction des jeux hydrauliques, ou l'augmentation du nombre de pignons. Toutefois, les pompes à huile ont de faibles rendements 5 volumétriques à bas régime, de sorte qu'elles sont généralement surdimensionnées à haut régime, et qu'il est souvent nécessaire de décharger une part importante de l'huile pompée à haut régime, voire la moitié de celle-ci, par un clapet de décharge. Il existe différents profils de denture de pompe à 10 engrenages extérieurs. La géométrie standard, du type à denture droite à développante de cercle, a des performances modestes. En effet, si on cherche à augmenter le volume d'huile déplacé, en optimisant le profil des dents, on se heurte rapidement à différentes contraintes. La possibilité d'accroître 15 le diamètre extérieur de la dent est limité par la faible épaisseur de celle-ci et par le risque d'avoir une dent trop pointue. Par ailleurs, l'allongement de la dent s'effectue au détriment de la continuité de l'engrènement, notamment au niveau du pied de dent. Enfin, l'interférence entre le cercle de 20 base et le pied de dent, souffre également de l'allongement de celle-ci. Un profil classique de dent de pompe à engrenages comporte une base concave trochoïdale suivie d'une tête en développante de cercle. Il a déjà été proposé d'améliorer les performances d'une pompe à engrenages extérieurs en abandonnant les profils à développantes de cercle au profit d'autres profils tels que des épicycloïdes ou des hypocycloïdes se raccordant sur le cercle primitif de la roue dentée, c'est à dire sur la ligne circulaire théorique qui roule sur une ligne équivalente de la roue opposée Cependant, les gains ainsi obtenus par rapport aux dentures classiques sont insuffisants. De plus, en s'écartant de celles-ci, on se heurte rapidement à des choix techniques difficiles, et à une augmentation des coûts de fabrication. Le but de la présente invention est d'augmenter le volume d'huile déplacé entre les dents par une optimisation du profil de celles-ci sans préjudice de la continuité de l'engrènement. Plus précisément, l'objectif recherché est d'élever le débit, la pression et le rendement volumétrique à bas régime d'une pompe à engrenages, sans augmenter son encombrement. Dans ce but, l'invention propose que la tête de chaque 15 dent présente deux secteurs convexes raccordés par un point de transition marquant une rupture de courbe. Le second point actif du profil délimite ainsi le fond d'une entaille inscrite dans le profil de la dent. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le 20 premier secteur convexe de la tête de dent, a un profil en développante de cercle. Enfin, la pompe proposée par l'invention, comporte deux roues dentées identiques ou non. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 25 apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente en coupe une dent de roue dentée conforme à l'invention, - les figures 2A à 2F illustrent l'engrènement des deux roues de la pompe, et - les figures 3A et 3B mettent en évidence les gains obtenus par l'invention. La figure 1 met en évidence les deux parties principales de la dent 1, à savoir son pied 2 et sa tête 3, raccordés par un point actif de transition 4. Le pied 2 a une forme concave, et est raccordé à son point de départ 6, au pied de la dent voisine (non représentée sur le figure 1). Conformément à l'invention, la tête de dent présente deux secteurs convexes 7, 8, raccordés par un point actif de transition 9, marquant une rupture de courbe. Le point de transition 9, délimite le fond d'une entaille inscrite dans le profil de la dent. Selon une autre caractéristique de l'invention, le secteur convexe 7 faisant suite au premier point de transition 4, a un profil en développante de cercle. Ce profil en développante de cercle s'étend donc entre les deux points actifs de transition 4 et 9 de la dent 1, et constitue un premier secteur convexe du pied 2. Le second secteur convexe 8, ou profil convexe d'extension, qui fait suite au point 9, peut également avoir un profil en développante de cercle, sans toutefois que cette disposition particulière soit impérative, et on peut envisager d'autres profils d'extension pour ce second secteur convexe, sans sortir du cadre de l'invention. Enfin, la tête de la dent présente un secteur d'extrémité arrondi 11, raccordé au second secteur convexe 8 par un secteur 5 de transition 12. La dent est symétrique, et il y a concordance de forme entre le secteur d'extrémité 11 des dents et le secteur concave défini par la juxtaposition de deux pieds 2 de dents voisines, de sorte que le secteur d'extrémité d'une dent, peut rouler entre 10 deux dents de la roue opposée, en gardant le contact avec celles-ci jusqu'à ce qu'il s'en échappe. Enfin, les deux roues dentées de la pompe peuvent être identiques, et cette caractéristique procure un avantage considérable à la pompe proposée, en termes de procédé et de coûts de fabrication. En se reportant aux figures 2A à 2F (la figure 2F correspondant à la même situation d'engrènement que la figure 2A pour les dents suivantes), on voit qu'il y a plusieurs points de contact entre les dents. Sur ces figures, on a représenté avec un double cercle les points d'appui dits principaux par lesquels la roue menante entraîne la roue menée, et avec un simple des points de contact secondaires permettant d'assurer le rattrapage des jeux de fonctionnement et la continuité de l'engrènement. Sur la figure 2A, la dent la d'une première roue vient de dépasser l'axe de symétrie de l'entredent opposé. Elle est en appui principal (double cercle) par sa surface convexe 8 avec le point actif de transition 4 de la dent opposée lb, tandis que son secteur d'extrémité 11, roule sur le pied concave 2 de celle-ci. Après un léger déplacement relatif des dents la, lb (figure 28), on voit que les deux points d'appui précédents se sont déplacés, et qu'ils sont maintenant tous les deux des points de contact secondaires, tandis que le point d'appui principal entre les deux roues est maintenant entre l'extrémité 11 de la dent 1c de la première roue, et le pied 2 de la dent suivante ld de l'autre roue. 5ur la figure 2C, le point d'appui principal est entre le profil convexe 8 de la roue la et le pied 2 de la roue la, tandis qu'il y a deux points de contact secondaires entre les deux roues lb et 1c, respectivement entre le secteur d'extrémité 11 de la dent 1c et le pied d'une nouvelle dent ld, et entre les deux secteurs convexes 7 des dents la et 1c. 5ur la figure 2b, le point d'appui principal est entre le secteur convexe 7 de la dent 1c et le point actif de transition 4 de la dent ld, tandis que la tête de la roue 1c, roule dans la zone de transition des dents la et ld. Le secteur d'extrémité continue de rouler sur le pied 2 de la dent la, tandis que l'appui principal est entre le point actif de transition 4 de la dent ld et le secteur convexe 7 de la dent 1c (figure 2E). Enfin, sur la figure 2F, on a retrouvé une situation analogue à la figure 2A, mais cette fois entre les dents 1c et ld. Ces figures mettent en évidence une caractéristique importante de l'invention, selon laquelle le premier point de transition 4 d'une dent roule sur le premier secteur convexe 7 d'une dent de la roue opposée. De même, elles mettent en évidence qu'un même point actif d'une dent est successivement un point d'appui principal et un point de contact secondaire au cours de l'engrènement. Enfin, comme indiqué sur les schémas, les dents des deux roues sont en contact sur plus d'un pas de dent, pendant l'engrènement. La figure 3A montre l'augmentation très importante du volume d'entredent déplacé par rapport à une dent classique en développante de cercle, grâce à l'allongement de la hauteur de la dent et à l'augmentation de l'intervalle entre les dents. La figure 3B est une figure de principe, où l'on peut voir les différentes trajectoires de plusieurs points du profil de dent proposé par l'invention, dans l'entredent du pignon conjugué, avec un effet épicycloïdal allongé prononcé, permettant le fort développement du volume déplacé. En conclusion, il faut souligner que le profil de dent proposé par l'invention a la particularité de combiner des tronçons en développante de cercle dont les avantages sont déjà connus, avec des tronçons de roulement à profil spéciaux. Cette combinaison assure simultanément une continuité d'engrènement et une conduite de denture suffisante et un très fort développement du volume d'huile déplacé. Le profil de dent proposé par l'invention permet en particulier un gain de débit, notamment à faible vitesse, de l'ordre de 30% à 40%, par rapport à une denture de pompe classique à développante de cercle. -8-REVENDICATIONS 1. Dent d'engrenage (1) présentant un pied concave (2) raccordé à son point de départ au pied de la dent voisine et une tête (3) raccordée audit pied (2) par un premier point de transition (4), caractérisée en ce que la tête de la dent présente deux secteurs convexes (7, 8) raccordés par un second point de transition (9) marquant une rupture de courbe sur le profil de la dent. 2. Dent d'engrenage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second point de transition (9) délimite le fond d'une entaille inscrite dans le profil de la dent (1). 3. Dent d'engrenage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le secteur convexe (7) faisant suite au 15 premier point de transition (4) a un profil en développante de cercle. 4. Dent d'engrenage selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le secteur convexe (8) faisant suite au second point de transition (9) , a un profil en développante de cercle. 5. Dent d'engrenage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la tête de la dent (2) présente un secteur d'extrémité arrondi (11) raccordé au second secteur convexe par une secteur de transition (12) . 6. Pompe à engrenages extérieurs comportant au moins une paire de pignons dentés en engrènement mutuel, dont chaque dent est conforme à l'une des revendications précédentes. 7. Pompe à engrenages selon la revendication 6 caractérisée en ce que les deux roues dentées sont identiques. 8. Pompe à engrenages selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le premier point de transition (4) d'une dent roule sur le premier secteur convexe (7) d'une dent de la roue opposée. 9. Pompe à engrenages selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisée en ce qu'il y a concordance de forme entre le secteur d'extrémité (11) des dents et le secteur concave défini par la juxtaposition de deux pieds de dents (2) voisines. 10. Pompe à engrenages selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que le secteur d'extrémité d'une dent (11) roule entre deux dents de la roue opposée en gardant le contact avec celles-ci jusqu'à ce qu'il s'échappe de celles-ci. 11. Pompe à engrenages selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisée en ce que les dents en engrènement présentent en permanence au moins un point d'appui principal et un point de contact secondaire, permettant d'assurer le rattrapage des jeux de fonctionnement et la continuité de l'engrènement. 12. Pompe à engrenages selon la revendication 11, caractérisée en ce que un même point actif d'une dent est successivement un point d'appui principal et un point de contact secondaire au cours de l'engrènement. 13. Pompe à engrenages selon l'une des revendications 5 à 25 12, caractérisée en ce que les dents des deux roues sont en contact sur plus d'un pas.