Brevet FR2870898A1 — publié le 20051202

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des dispositifs de mise en circulation ou de pompage de fluide liquide avec un organe mobile, et a pour objet un dispositif de pompe à débit variable, ainsi qu'un circuit de circulation comprenant au moins un tel dispositif. Les pompes à débit variable sont bien entendu connues depuis fort longtemps, en particulier pour les pompes à organes de refoulement rotatifs pourvus d'ailettes ou d'aubes. Dans la plupart des cas, les variations de débit sont obtenues en faisant varier la vitesse de rotation des organes de refoulement rotatifs, par action sur les moteurs à vitesse variables les entraînant en rotation. Toutefois, de tels moteurs sont relativement coûteux et nécessitent une électronique de gestion sophistiquée, renchérissant davantage encore leurs coûts, surtout si le débit doit être ajusté en fonction d'un paramètre de mesure, telle que la température du fluide par exemple. Différents systèmes ont été proposés pour faire varier le débit des pompes sans faire varier la vitesse de rotation de l'organe de refoulement rotatif, donc sans nécessiter de moteur d'entraînement à vitesse variable. Toutefois, les solutions proposées ont toutes comme inconvénient(s) de compliquer la structure de la pompe, d'en modifier la constitution et/ou d'en augmenter l'encombrement, soit en ajoutant des organes de régulation du débit en aval ou en amont de le ladite pompe, ou encore en sortie ou en entrée de cette dernière, soit en ajoutant des dispositifs mobiles supplémentaires permettant de limiter l'efficacité de l'organe de refoulement en recouvrant partiellement les parties actives/ailettes, aubes ou analogues. La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de pompe à débit variable comprenant essentiellement, d'une part, un organe rotatif de refoulement ou de mise en circulation du fluide à pomper, pourvu d'éléments de déplacement de fluide et solidaire d'une structure d'arbre de support et d'entraînement, d'autre part, un organe d'entraînement solidaire en rotation de la structure d'arbre et, enfin, un corps structurel formant carter ou partie de carter de pompe et recevant les deux organes précités, dispositif caractérisé en ce que ledit corps structurel définit une cavité en retrait par rapport au trajet de circulation du fluide dans ledit dispositif de pompe et non directement exposée au flux de fluide et en ce que l'organe rotatif est monté avec faculté de déplacement en translation dans la direction axiale de la structure d'arbre, par rapport à cette structure ou ensemble avec une partie au moins de cette dernière, entre une position rétractée maximale dans laquelle les éléments de déplacement de fluide sont, en grande partie ou entièrement, situés dans la cavité et une position déployée maximale dans laquelle lesdits éléments de déplacement de fluide sont, en grande partie ou entièrement, situés en dehors de ladite cavité et dans le trajet de circulation de fluide, ledit déplacement et positionnement en translation dudit organe rotatif étant contrôlés par au moins un organe ou actionneur de commande monté sur ou dans l'ensemble [organe rotatif/structure d'arbre] et tournant avec ledit ensemble. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation frontale d'un dispositif de pompe selon l'invention; les figures 2A, 2B et 2C sont respectivement une vue en élévation latérale d'une coupe selon A-A, une vue en élévation latérale d'une coupe selon B-B et une vue en perspective isométrique d'une coupe selon A-A du dispositif de pompe représenté sur la figure 1, l'organe de refoulement rotatif étant rétracté, donc le débit étant faible, et, les figures 3A et 3B sont respectivement une vue en élévation latérale d'une coupe selon A-A et une vue en élévation latérale d'une coupe selon B-B du dispositif de pompe, l'organe de refoulement rotatif étant déployé, donc le débit étant élevé. Les figures des dessins annexés montrent un dispositif de pompe 1 qui comprend essentiellement, d'une part, un organe rotatif 2 de refoulement ou de mise en circulation du fluide à pomper, pourvu d'éléments 3 de déplacement de fluide et solidaire d'une structure 4, 4' d'arbre de support et d'entraînement, d'autre part, un organe d'entraînement solidaire en rotation de la structure d'arbre 4, 4' et, enfin, un corps structurel 6 formant carter ou partie de carter de pompe et recevant les deux organes 2 et 5 précités. Il y a bien entendu lieu de concevoir ce dispositif de pompe 1 en association avec une portion de carter supplémentaire (représenté partiellement en pointillé sur la figure 2A à titre d'exemple), laquelle définit la chambre de refoulement et le trajet de circulation 8 du fluide dans la pompe. Conformément à l'invention, le corps structurel 6 définit une cavité 7 en retrait par rapport au trajet de circulation 8 du fluide dans ledit dispositif de pompe 1 et non directement exposée au flux de fluide F et l'organe rotatif 2 est monté avec faculté de déplacement en translation dans la direction axiale X de la structure d'arbre 4, 4', par rapport à cette structure ou ensemble avec une partie au moins de cette dernière, entre une position rétractée maximale dans laquelle les éléments de déplacement de fluide 3 sont, en grande partie ou entièrement, situés dans la cavité 7 et une position déployée maximale dans laquelle lesdits éléments de déplacement de fluide 3 sont, en grande partie ou entièrement, situés en dehors de ladite cavité 7 et dans le trajet 8 de circulation de fluide, ledit déplacement et positionnement en translation dudit organe rotatif 2 étant contrôlés par au moins un organe ou actionneur de commande 9 monté sur ou dans l'ensemble [organe rotatif 2/structure d'arbre 4, 4] et tournant avec ledit ensemble. De cette façon, on aboutit à une variation du débit par une simple translation de l'organe rotatif de refoulement 2 dont les éléments 3 de déplacement de fluide verront leur efficacité d'action augmenter ou diminuer en fonction de leur degré d'extension en dehors de la cavité en retrait 7. Cette solution simple n'engendre en outre pas de modification de la structure de la pompe (à part la prévision de la cavité 7), ni l'ajout de pièces mobiles supplémentaires ou encore une augmentation de l'encombrement général, puisque l'organe ou actionneur de commande 9 est embarqué sur l'ensemble [organe rotatif 2/structure d'arbre 4, 4']. En ce qui concerne les parties à déplacer par l'organe ou actionneur 9, différentes variantes peuvent être envisagées. Ainsi, le déplacement en translation de l'organe rotatif 2 dans la direction axiale X de la structure d'arbre 4, 4' peut s'effectuer ensemble avec ladite structure d'arbre 4, 4', ce relativement par rapport à l'organe d'entraînement 5 et le corps structurel formant au moins partie de carter 6. En variante, le déplacement en translation de l'organe rotatif 2 dans la direction axiale X de la structure d'arbre 4, 4' peut s'effectuer ensemble avec ladite structure d'arbre 4, 4' et avec l'organe d'entraînement 5, ce relativement par rapport au corps structurel formant au moins partie de carter 6. Enfin, selon une troisième variante préférée, le déplacement en translation de l'organe rotatif 2 dans la direction axiale X de la structure d'arbre 4, 4' peut s'effectuer relativement par rapport à ladite structure d'arbre 4, 4' (qui reste alors fixe en translation par rapport à l'organe 5 et au corps 6). En outre, l'organe ou actionneur de commande 9 peut consister soit en en un organe ou actionneur à double effet, soit en un organe ou actionneur à simple effet, apte à agir activement dans un sens de la direction axiale X de la structure d'arbre 4, 4', ce à l'encontre de l'action d'un organe de sollicitation élastique 10 sollicitant l'organe rotatif 2 dans le sens opposé. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, ressortant des figures 2A, 2B, 2C, 3A et 313 des dessins annexés, l'organe rotatif 2 consiste en un corps en forme de disque ou d'anneau 2' dont le contour extérieur correspond sensiblement au contour intérieur circulaire de la cavité en retrait 7 de forme cylindrique du corps structurel formant au moins partie de carter 6, ledit disque ou anneau 2' portant, sur sa face tournée vers l'extérieur de ladite cavité 7, des éléments de déplacement de fluide 3 en forme d'ailettes ou d'aubes rapportées ou formées d'un seul tenant avec lui. L'organe rotatif 2 consiste par conséquent avantageusement en une roue hélice ou roue à ailettes. De plus, l'organe d'entraînement 5 peut consister, par exemple, soit en une poulie entraînée par une courroie, soit en un moteur électrique, à vitesse constante ou variable, préférentiellement associé à un élément de palier 5' supportant et guidant la structure d'arbre 4, 4' et assurant l'étanchéité au niveau de la cavité en retrait 7 du corps structurel formant carter 6, en particulier par rapport audit moteur 5. En accord avec la troisième variante préférée de réalisation du déplacement en translation de l'organe rotatif 2, il peut être avantageusement prévu que l'organe rotatif 2 et la structure d'arbre 4, 4' soient assemblés entre eux de manière télescopique avec faculté de déplacement en translation relatif l'un(e) par rapport à l'autre et 2870898 5 solidarisation rigide en rotation, l'organe ou actionneur de commande 9 agissant positivement en vue du déploiement ou de l'extension dudit assemblage télescopique, ce à l'encontre d'un organe de sollicitation élastique 10 agissant en vue de la rétraction dudit assemblage. Selon une réalisation pratique préférée de l'invention, le disque ou l'anneau 2' formant le corps de l'organe rotatif 2 est prolongé, au niveau de sa face opposée à celle portant les ailettes ou aubes 3, par une partie en forme de manchon 11 et la structure d'arbre comprend, d'une part, un axe 4 solidaire du moteur 5 et guidé par l'élément de palier 5' et, d'autre part, un manchon 4' prolongeant ledit axe 4 et apte à recevoir par emboîtement télescopique le manchon 11 prolongeant le corps de l'organe rotatif 2, l'organe ou l'actionneur de commande 9 de la position axiale dudit organe rotatif 2 étant monté dans ledit emboîtement télescopique 4', 11. Le manchon 4' peut présenter éventuellement une structure radialement ajourée ou prendre la forme d'une structure à fourche, par exemple supportée par un cylindre virtuel. L'organe rotatif 2 et ledit manchon 11 peuvent être formés d'un seul tenant en un matériau plastique, éventuellement renforcé par des fibres, et être obtenu par moulage par injection. Il peut être de même pour la structure d'arbre 4, 4', 4". Conformément à une autre caractéristique de l'invention en relation avec la réalisation pratique précitée telle que ressortant des figures 2A, 2C et 3A, la solidarisation en rotation de l'organe rotatif 2 avec la structure d'arbre 4, 4' est obtenue par l'engagement coulissant ajusté de portions de paroi 4" prolongeant le manchon 4' formé sur l'axe 4 dans des découpes 2" du corps en forme de disque ou d'anneau 2' de l'organe rotatif 2, ledit engagement ajusté étant maintenu pendant toute la course en translation axiale possible pour ledit organe rotatif 2. En accord avec une application avantageuse de l'invention, l'intensité ou l'amplitude de l'action de l'actionneur de commande 9 peut dépendre directement de la température du fluide refoulé par ledit dispositif de pompe 1, ledit actionneur 9 ajustant automatiquement la position axiale de l'élément rotatif 2 en fonction de ladite température, le cas échéant en coopération avec l'organe de sollicitation élastique 10. Dans ce cas, l'actionneur de commande 9 peut consister en une pièce ou un élément dont le degré de déploiement dans la direction axiale X est défini par un phénomène physique dont l'intensité est une fonction monotone, croissante ou décroissante, de la température. Préférentiellement, l'actionneur 9 est alors choisi dans le groupe formé par les cartouches à cire et les pièces à mémoire de forme et est directement baigné ou contacté par le fluide refoulé par le dispositif de pompe 1. En variante, l'actionneur 9 peut aussi consister en un moteur pas à pas ou linéaire, relié à au moins un capteur de température du fluide refoulé par ledit dispositif de pompe 1. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention et comme le montrent les figures 2A, 2B, 2C, 3A et 3B des dessins annexés, l'organe de sollicitation 10 peut consister en en un ressort de compression prenant appui, d'une part, sur un épaulement ou un rebord extérieur 12 du manchon 4' prolongeant l'axe 4 de la structure d'arbre et, d'autre part, à l'opposé, sur un anneau 13 prolongé par des bras 13' dont les extrémités libres 13", préférentiellement en forme de crochets, viennent en prise avec des contre-crochets ou un rebord d'accrochage 14 formé(s) sur la face du corps en forme d'anneau ou de disque 2' de l'organe rotatif 2 opposée à celle portant les ailettes ou les aubes 3, ledit anneau d'appui 13 formant avec lesdits bras 13' une cage ajourée renfermant ledit ressort de compression 10. Cet organe 10 assurera, en outre, une position en translation par défaut pour l'organe 2 et donc un mode de fonctionnement de sécurité pour le dispositif de pompe 1. L'invention a également pour objet un circuit de circulation de fluide liquide, notamment circuit de circulation de liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte au niveau de l'une au moins de ses portions constitutives un dispositif de pompe 1 tel que décrit ci-dessus. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif de pompe à débit variable comprenant essentiellement, d'une part, un organe rotatif de refoulement ou de mise en circulation du fluide à pomper, pourvu d'éléments de déplacement de fluide et solidaire d'une structure d'arbre de support et d'entraînement, d'autre part, un organe d'entraînement solidaire en rotation de la structure d'arbre et, enfin, un corps structurel formant carter ou partie de carter de pompe et recevant les deux organes précités, dispositif caractérisé en ce que ledit corps structurel (6) définit une cavité (7) en retrait par rapport au trajet de circulation (8) du fluide dans ledit dispositif de pompe (1) et non directement exposée au flux de fluide (F) et en ce que l'organe rotatif (2) est monté avec faculté de déplacement en translation dans la direction axiale (X) de la structure d'arbre (4, 4'), par rapport à cette structure ou ensemble avec une partie au moins de cette dernière, entre une position rétractée maximale dans laquelle les éléments de déplacement de fluide (3) sont, en grande partie ou entièrement, situés dans la cavité (7) et une position déployée maximale dans laquelle lesdits éléments de déplacement de fluide (3) sont, en grande partie ou entièrement, situés en dehors de ladite cavité (7) et dans le trajet (8) de circulation de fluide, ledit déplacement et positionnement en translation dudit organe rotatif (2) étant contrôlés par au moins un organe ou actionneur de commande (9) monté sur ou dans l'ensemble [organe rotatif (2)/structure d'arbre (4, 4')] et tournant avec ledit ensemble. 2) Dispositif de pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement en translation de l'organe rotatif (2) dans la direction axiale (X) de la structure d'arbre (4, 4') s'effectue ensemble avec ladite structure d'arbre (4, 4'), ce relativement par rapport à l'organe d'entraînement (5) et le corps structurel formant au moins partie de carter (6). 3) Dispositif de pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement en translation de l'organe rotatif (2) dans la direction axiale (X) de la structure d'arbre (4, 4') s'effectue ensemble avec ladite structure d'arbre (4, 4') et avec l'organe d'entraînement (5), ce relativement par rapport au corps structurel formant au moins partie de carter (6). 4) Dispositif de pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement en translation de l'organe rotatif (2) dans la direction axiale (X) de la structure d'arbre (4, 4') s'effectue relativement par rapport à ladite structure d'arbre (4, 4'). 5) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe ou actionneur de commande (9) consiste en un organe ou actionneur à double effet. 6) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe ou actionneur de commande (9) consiste en un organe ou actionneur à simple effet, apte à agir activement dans un sens de la direction axiale (X) de la structure d'arbre (4, 4'), ce à l'encontre de l'action d'un organe de sollicitation élastique (10) sollicitant l'organe rotatif (2) dans le sens opposé. 7) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe rotatif (2) consiste en un corps en forme de disque ou d'anneau (2') dont le contour extérieur correspond sensiblement au contour intérieur circulaire de la cavité en retrait (7) de forme cylindrique du corps structurel formant au moins partie de carter (6), ledit disque ou anneau (2') portant, sur sa face tournée vers l'extérieur de ladite cavité (7), des éléments de déplacement de fluide (3) en forme d'ailettes ou d'aubes rapportées ou formées d'un seul tenant avec lui. 8) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe rotatif (2) et la structure d'arbre (4, 4') sont assemblés entre eux de manière télescopique avec faculté de déplacement en translation relatif l'un(e) par rapport à l'autre et solidarisation rigide en rotation, l'organe ou actionneur de commande (9) agissant positivement en vue du déploiement ou de l'extension dudit assemblage télescopique, ce à l'encontre d'un organe de sollicitation élastique (10) agissant en vue de la rétraction dudit assemblage. 9) Dispositif de pompe selon la revendication 8 pour autant qu'elle se rattache à la revendication 7, caractérisé en ce que le disque ou l'anneau (2') formant le corps de l'organe rotatif (2) est prolongé, au niveau de sa face opposée à celle portant les ailettes ou aubes (3), par une partie en forme de manchon (11) et en ce que la structure d'arbre comprend, d'une part, un axe (4) solidaire du moteur (5) et guidé par l'élément de palier (5') et, d'autre part, un manchon (4') prolongeant ledit axe (4) et apte à recevoir par emboîtement télescopique le manchon (11) prolongeant le corps de l'organe rotatif (2), l'organe ou l'actionneur de commande (9) de la position axiale dudit organe rotatif (2) étant monté dans ledit emboîtement télescopique (4', 11). 10) Dispositif de pompe selon la revendication 9, caractérisé en ce que la solidarisation en rotation de l'organe rotatif (2) avec la structure d'arbre (4, 4') est obtenue par l'engagement coulissant ajusté de portions de paroi (4") prolongeant le manchon (4') formé sur l'axe (4) dans des découpes (2") du corps en forme de disque ou d'anneau (2') de l'organe rotatif (2), ledit engagement ajusté étant maintenu pendant toute la course en translation axiale possible pour ledit organe rotatif (2). 11) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'intensité ou l'amplitude de l'action de l'actionneur de commande (9) dépend directement de la température du fluide refoulé par ledit dispositif de pompe (1), ledit actionneur (9) ajustant automatiquement la position axiale de l'élément rotatif (2) en fonction de ladite température, le cas échéant en coopération avec l'organe de sollicitation élastique (10). 12) Dispositif de pompe selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'actionneur de commande (9) consiste en une pièce ou un élément dont le degré de déploiement dans la direction axiale (X) est défini par un phénomène physique dont l'intensité est une fonction monotone, croissante ou décroissante, de la température. 13) Dispositif de pompe selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'actionneur de commande (9) est choisi dans le groupe formé par les cartouches à cire et les pièces à mémoire de forme et est directement baigné ou contacté par le fluide refoulé par le dispositif de pompe (1). 14) Dispositif de pompe selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'actionneur de commande (9) consiste en un moteur pas à pas ou linéaire, relié à au moins un capteur de température du fluide refoulé par ledit dispositif de pompe (1). 15) Dispositif de pompe selon la revendication 9, pour autant qu'elle se rattache à la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de sollicitation élastique (10) consiste en un ressort de compression prenant appui, d'une part, sur un épaulement ou un rebord extérieur (12) du manchon (4') prolongeant l'axe (4) de la structure d'arbre et, d'autre part, à l'opposé, sur un anneau (13) prolongé par des bras (13') dont les extrémités libres (13"), préférentiellement en forme de crochets, viennent en prise avec des contre-crochets ou un rebord d'accrochage (14) formé(s) sur la face du corps en forme d'anneau ou de disque (2') de l'organe rotatif (2) opposée à celle portant les ailettes ou les aubes (3) , ledit anneau d'appui (13) formant avec lesdits bras (13') une cage ajourée renfermant ledit ressort de compression (10). 16) Circuit de circulation de fluide liquide, notamment circuit de circulation de liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte au niveau de l'une au moins de ses portions constitutives un dispositif de pompe (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.