Brevet FR2865507A1 — publié le 20050729

Pompe rotative trochoïde à débit variable La présente invention concerne le domaine des pompes à débit variable, et en particulier une pompe trochoïde à débit variable, pouvant notamment être attelée à un moteur à combustion interne pour une alimentation en huile sous pression pour la lubrification ou le refroidissement de différents organes d'un véhicule automobile, du type paliers de vilebrequin, coussinets de tête de bielle, parois de cylindres, pistons, segments, axes de piston, palier d'arbre à cames, culbuteur, cames, poussoirs, tige et guides de soupapes. Une pompe trochoïde comprend généralement un rotor extérieur entourant un rotor intérieur, le rotor extérieur présentant une denture intérieure engrenant avec une denture extérieure du rotor intérieur. Le rotor intérieur est excentré relativement au rotor extérieur. La denture du rotor intérieur présente une dent de moins que la denture du rotor extérieur pour former deux compartiments entre les rotors. Lors du déplacement relatif des rotors, dans un premier secteur angulaire correspondant à un premier compartiment, chaque dent du rotor intérieur sort progressivement du creux correspondant du rotor extérieur, provoquant une aspiration de fluide et une diminution de pression. Dans un second secteur angulaire correspondant à un second compartiment, chaque dent du rotor intérieur rentrent progressivement dans le creux suivant du rotor extérieur, provoquant un refoulement d'un fluide présent entre les deux rotors avec une augmentation de la pression du fluide. Les rotors sont disposés dans un corps de pompe où sont creusées une chambre d'aspiration munie d'une entrée, ladite chambre étant située en regard du premier secteur angulaire, et une chambre de refoulement muni d'une sortie, ladite chambre de refoulement étant située en regard du second secteur angulaire. En fonctionnement, le fluide est aspiré dans la chambre d'aspiration, puis circule vers la chambre de refoulement entre les rotors en étant comprimé, et est refoulé par la sortie de la chambre de refoulement. De tels pompes trochoïdes sont des pompes volumétriques, c'est-à-dire que le débit de la pompe est proportionnel à la vitesse de rotation des rotors. La pompe étant généralement attelée à un moteur à combustion interne, le débit de la pompe dépend du régime dudit moteur. Le débit de la pompe est plus important à haut régime qu'à bas régime. Cependant, certains organes peuvent nécessiter une alimentation en huile sous pression importante dans des phases de faible régime du moteur à combustion interne. Dans ce cas, on est obligé de prévoir une pompe surdimensionnée pour fournir le débit suffisant à bas régime, et des moyens de décharge de la pompe à haut régime pour évacuer un surplus de débit. Les moyens de décharge se présentent par exemple sous la forme d'un circuit de recirculation commandé par un clapet de décharge. Cette décharge entraîne une surconsommation d'huile et une surconsommation d'énergie pour entraîner la pompe. On connaît par le document DE 10 037 891 une pompe trochoïde à débit variable. Le rotor extérieur de la pompe trochoïde est maintenu dans le corps par une bague excentrée. Une rotation de la bague excentrée modifie la position relative des rotors intérieur et extérieur. Le débit généré par la pompe peut ainsi être modifié. Néanmoins, ce dispositif est compliqué car il nécessite de prévoir une bague d'excentrique. En outre, la bague d'excentrique entourant les rotors augmente l'encombrement de la pompe. La variation du débit nécessite de déplacer la bague d'excentrique et le rotor extérieur, ce qui nécessite une énergie importante. Un but de l'invention est de proposer une pompe trochoïde à débit variable qui soit simple, compacte et dont le débit puisse être varier facilement. Une telle pompe rotative trochoïde à débit variable comprend un corps, un rotor extérieur à denture intérieure et un rotor intérieur à denture extérieure engrenant avec le rotor extérieur, lesdits rotors étant montés à rotation sur le corps. La pompe comprend en outre une chambre d'aspiration formée dans le corps en regard d'une zone d'aspiration entre les rotors et une chambre de refoulement formée dans le corps en regard d'une zone de refoulement entre les rotors. Selon un aspect de l'invention, au moins une chambre est déplaçable dans le corps de façon à modifier la position de ladite chambre relativement aux zones d'aspiration et de refoulement. Pour baisser un débit de fluide sortant de la pompe, on peut déplacer une chambre de refoulement dans le corps de façon que ladite chambre se trouve en regard principalement de la zone de refoulement entre les rotors, et en partie en regard de la zone d'aspiration entre les rotors. Ainsi, une partie du fluide refoulé dans la zone de refoulement circule directement vers la zone d'aspiration en passant par la chambre de refoulement, et le débit de sortie de la pompe est diminué d'autant. On peut également déplacer la chambre d'aspiration de façon qu'elle se situe principalement en regard de la zone d'aspiration et en partie en regard de la zone de refoulement. Ainsi, une partie du fluide refoulé dans la zone de refoulement circule directement vers la zone d'aspiration en passant par la chambre d'aspiration, et le débit de sortie de la pompe est diminué d'autant. Dans un mode de réalisation, Ies chambres d'aspiration et de refoulement sont formées dans un logement du corps situé en regard des zones d'aspiration et de refoulement en étant séparées par une cloison mobile. Le déplacement de la cloison mobile entraîne le déplacement simultané des chambres d'aspiration et de refoulement relativement aux zones d'aspiration et de refoulement, et ainsi la modification du débit de sortie de la pompe. Avantageusement, la cloison est conformée de façon que la cloison est sollicitée en déplacement vers une position de moindre débit par le fluide dans la chambre de refoulement ou d'aspiration. Ainsi, en cas d'augmentation de la vitesse de rotation de la pompe, une variation de pression dans l'une ou l'autre des chambres sollicitera la cloison en déplacement vers une position de moindre débit. De préférence, la cloison est mobile à l'encontre de moyens de rappel. Ainsi, en cas d'augmentation de la vitesse de rotation de la pompe, la cloison se déplace à l'encontre des moyens de rappels de façon à diminuer le débit de la pompe, et la cloison est ramenée vers une position de repos ou position nominale par les moyens de rappel lorsque la vitesse de rotation de la pompe diminue à nouveau. Une position nominale peut être une position de débit maximal, dans laquelle la chambre de refoulement est en regard seulement de zone de refoulement et la chambre d'aspiration est en regard seulement de la zone d'aspiration. Des moyens de rappel peuvent comprendre un élément élastique de rappel logé dans une partie creuse de la cloison ou un élément élastique de rappel disposé dans le logement du corps de pompe et venant en appui sur une surface extérieure de la cloison. Dans un mode de réalisation, la cloison est montée à rotation dans le logement. Dans ce cas, on pourra prévoir que la cloison comprend au moins une surface délimitant une chambre d'aspiration ou de refoulement présentant une aire plus importante d'un côté de l'axe de rotation que de l'autre côté. Ainsi, la pression régnant dans la chambre concernée exerce un effort dissymétrique sur la cloison et sollicite cette dernière en rotation, une modification de la pression entraînant une modification de l'effort exercé sur la cloison. Dans un mode de réalisation, la cloison comprend une partie centrale cylindrique munie de deux extensions en saillie radiale, diamétralement opposées et de tailles différentes. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description de modes de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatifs et illustrée par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de face d'une pompe trochoïde à débit variable munie d'une cloison mobile, selon un aspect de l'invention, la cloison étant dans une position de débit maximal; -la figure 2 est une vue schématique en coupe selon II-II de la pompe de la figure 1; - la figure 3 est une vue schématique en coupe selon III-III de la pompe selon la figure 1; - la figure 4 est une vue en perspective d'une cloison mobile selon un mode de réalisation correspondant à la figure 1; -la figure 5 est une vue schématique en élévation de la pompe de la figure 1 où la cloison a été déplacée; - la figure 6 est une vue en perspective d'une cloison mobile selon un autre mode de réalisation; - la figure 7 est une vue schématique en coupe d'une pompe munie d'une cloison selon la figure 6; - la figure 8 est une vue schématique de face d'une pompe où sont illustrés des moyens de rappels élastiques selon un aspect de l'invention; et - la figure 9 est une vue schématique de face d'une pompe selon où sont illustrés des moyens de rappels élastiques selon un autre mode de réalisation. Sur les figures 1 à 3, une pompe rotative trochoïde référencée 1 dans son ensemble comprend un rotor extérieur 2, un rotor intérieur 3, un corps 4 (figures 2 et 3), une cloison mobile 5 et un capot de fermeture 6 (figures 2 et 3). Sur la figure 1, le rotor extérieur 2 est de forme générale annulaire et présente sur une face intérieure une denture intérieure, comprenant une pluralité de dents intérieures 7, ici au nombre de onze, et autant de creux entre les dents intérieures 7. Le rotor intérieur 3 présente sur une face extérieure une denture extérieure, comprenant une pluralité de dents extérieures 8, ici au nombre de dix. Le rotor extérieur 2 entoure le rotor intérieur 3 qui présente un diamètre inférieur. Le rotor intérieur 3 est excentré relativement au rotor extérieur 2 (vers le haut sur la figure 1). Les dents du rotor intérieur 3 engrènent avec les dents du rotor extérieur 2 dans un secteur angulaire. Une dent du rotor intérieur 3 du côté où est décalé le rotor intérieur 3 (en haut sur la figure) est insérée complètement dans un creux de la denture du rotor extérieur 2. Du côté diamétralement opposé, et comme le rotor intérieur 3 présente un nombre de dents intérieures 8 pair, avec une dent de moins que le rotor extérieur 2, une dent intérieure 8 du rotor se situe en regard d'une dent extérieure 7 du rotor extérieure 2. Les diamètres des rotors et la profondeur des dentures sont prévus pour que le sommet de la dent 8 du rotor intérieur 3 affleure le sommet de la dent 7 du rotor extérieur 2 située en regard. Lorsque le rotor intérieur 3 tourne dans le sens trigonométrique, comme illustré par la flèche F1, le rotor intérieur 3 entraîne en rotation le rotor extérieur 2. Dans une zone d'aspiration 9 située entre les rotors 2, 3 et correspondant à la moitié gauche sur la figure 1, les dents 8 du rotor intérieur 3 passe d'une position insérée dans un creux de la denture du rotor extérieur 2 (en haut sur la figure 1) à une position en regard d'une dent 7 du rotor extérieur 2 (en bas sur la figure 1), en s'éloignant du fond du creux. Lorsque du liquide est présent entre les rotors 2, 3, une dépression est créée dans la zone d'aspiration 9 et le liquide est aspiré dans cette zone d'aspiration 9. Dans une zone de refoulement 10, correspondant à la moitié droite sur la figure 1, les dents 8 du rotor intérieur 3 passent progressivement d'une position en regard d'une dent 7 du rotor extérieur 2 (en bas sur la figure 1), à une position insérée dans un creux de la denture du rotor extérieur 2 (en haut sur la figure 1), en se rapprochant du fond du creux. Une surpression se crée dans la zone de refoulement 10, et un liquide présent entre les rotors est chassé de cette zone de refoulement. Lors d'une rotation de 360 du rotor intérieur, une dent intérieure 8 sort progressivement d'un creux du rotor extérieur 2 dans une première moitié de tour (partie gauche sur la figure 1) et rentre ensuite progressivement dans le creux suivant du rotor extérieur 2 dans la seconde moitié du tour (partie droite sur la figure 1). Sur la figure 2, les rotors 2, 3 sont disposés dans le corps 4. Les rotors 2, 3 sont logés dans un logement 11 de forme générale circulaire de façon que le rotor extérieur 2 est guidé en rotation par une paroi périphérique cylindrique 14 du logement 10. Le logement 10 est fermé par le capot 6. Les rotors 2, 3 sont situés à distance d'un fond 12 du logement 11. Une chambre d'aspiration 13 (délimitée par des traits interrompus) est formée dans le logement 11 en étant délimitée par les rotors 2, 3, par le fond 12, et par un secteur angulaire de la paroi périphérique cylindrique 14 du logement 11. La chambre d'aspiration 13 est située en regard de la zone d'aspiration 9. Une chambre de refoulement 15 (délimitée par des traits interrompus) est formée dans le logement 11 en étant délimitée par les rotors 2, 3, par le fond 12, et par la paroi périphérique 14. La chambre de refoulement 15 est située en regard de la zone de refoulement 10 entre les rotors 2, 3. La cloison 5 est disposée dans le logement 11, en étant superposées aux rotors, et située entre les rotors 2, 3 et le fond 12. La cloison 5 sépare les chambres d'aspiration 13 et de refoulement 15. Une amenée 16 est ménagée dans le corps 4 et débouche dans la chambre d'aspiration 13. Une conduite de sortie 17 est ménagée dans le corps 4 et débouche dans la chambre de refoulement 15. En revenant à la figure 1, les rotors 2, 3 et la cloison 5 sont superposés, les rotors 2, 3 étant situés dans un plan plus éloigné que la cloison 5. La cloison 5 comprend une partie centrale annulaire 18 coaxiale avec le rotor extérieur 2 et le logement 11 et deux extensions 19, 20 diamétralement opposées et s'étendant radialement de façon à affleurer la paroi périphérique 14 du logement. La cloison 5 est mobile en rotation dans le logement 11 selon l'axe de rotation du rotor extérieur 2 coïncidant avec l'axe de symétrie du logement. La cloison est guidée en rotation contre la paroi périphérique 14. La partie centrale annulaire 18 peut également être utilisée pour le guidage en rotation de la cloison 5 en formant un palier. Tel que représenté sur la figure 1, les extensions 19, 20 sont alignées avec la direction de décalage du rotor intérieur 3 relativement au rotor extérieur 2, i.e. la direction d'alignement de la dent 8 du rotor intérieur insérée dans un creux de la denture du rotor extérieur 3 avec la dent 8 du rotor intérieur 2 en regard d'une dent 7 du rotor extérieur 2. Compte tenu de la partie centrale annulaire 18 de la cloison 5, la chambre d'aspiration (délimitée par des traits interrompus à gauche sur la figure 1) et la chambre de refoulement 15 (délimitée par des traits interrompus à droite sur la figure 1) présentent chacune une forme en C. L'amenée 16 débouche dans la chambre d'aspiration 13 en étant décalée vers la zone où les rotors 2, 3 sont les plus écartés, i.e. du côté où les dents des rotors sont en regard. La conduite de sortie 17 débouche dans la chambre de refoulement 15 en étant décalée vers la zone où les rotors sont les plus proches, i.e. du côté ou les dents du rotor intérieur 3 sont engagées dans les creux de la denture du rotor extérieur 2. Sur les figures 3 et 4, on note que la cloison 5 présente une première extension 19 de la même épaisseur que la partie centrale 18 et une seconde extension plus épaisse 20. Il en résulte que la surface de la cloison 5 est dissymétrique relativement à l'axe de rotation de la cloison 5, en étant plus importante du côté de la seconde extension 20. La seconde extension 20 est située du côté où les dents du rotor intérieur 3 sont engagées dans les creux de la denture du rotor extérieur 2 (en haut sur la figure 1). Un dégagement 21 est prévu dans le fond 12 pour le passage de la seconde extension 20 plus épaisse. Sur la figure 1, le dégagement 21, illustré en traits mixtes, s'étend sur un secteur angulaire limité, permettant le déplacement de la cloison 5 dans le sens trigonométrique illustré par la flèche F1, depuis une position nominale correspondant à la figure 1 et dans une plage angulaire déterminée. Des moyens de rappel, non représentés, sont prévus pour ramener la cloison 5 mobile vers la position nominale de la figure 1. En fonctionnement, le rotor intérieur 3 est entraîné en rotation par des moyens connus non représentés. Le rotor intérieur 3 entraîne en rotation le rotor extérieur 2. Du fait la dépression provoquée dans la zone d'aspiration 9 entre les rotors 2, 3, un fluide provenant de l'amenée 16 est aspiré dans la chambre d'aspiration 13 et dans la zone d'aspiration 9. Le fluide est entraîné entre les rotors de la zone d'aspiration 9 vers la zone de refoulement 10 en passant sous la cloison 5, plus précisément sous la première extension 19, vers la droite sur la figure 1. Du fait de la surpression dans la zone de refoulement 10, le fluide sous pression est chassé de la zone de refoulement 9 vers la chambre de refoulement 15 et dans la conduite de sortie 17. Le fluide dans la chambre de refoulement 15 est à une pression supérieure à celle du fluide dans la chambre de refoulement 13. Une résultante des efforts de pression sur la cloison 5 est dirigée de la chambre de refoulement 15 vers la chambre d'aspiration (i.e. vers la gauche sur la figure 5). Les efforts de pression son proportionnel à la surface. Comme la seconde extension 20 possède une surface plus importante que la première cloison 19, l'effort de pression est plus important du côté de la seconde extension 20, créant un couple sur la cloison 5 tendant à la faire pivoter dans le sens trigonométrique, illustré par la flèche Fi. Sur la figure 1, la cloison 5 est dans une position nominale de débit maximum où la chambre de refoulement 15 est en regard de la zone de refoulement 10, et la chambre d'aspiration 13 est en regard de la zone d'aspiration 9. La cloison 5 est maintenue en position par les moyens de rappel (non représentés), par exemple des moyens de rappels élastiques précontraints. Tant que l'effort exercé sur la cloison 5 par le fluide est inférieur à l'effort de rappel de précontrainte ou effort initial de rappel des moyens élastiques, la cloison 5 reste dans sa position nominale (figure 1). Lorsque la vitesse de rotation des rotors 2, 3 augmente, la pression dans la chambre d'aspiration 13 diminue, et la pression dans la chambre de refoulement 15 augmente. Par conséquent, l'effort de rotation exercé par le fluide sur la cloison 5 augmente. Lorsque cet effort dépasse l'effort initial de rappel des moyens de rappel précontraints, la cloison 5 pivote vers la gauche, comme représenté sur la figure 5, où la cloison 5 en position nominale Pn est représentée en traits pointillés, et la cloison 5 déplacée est représentée en traits pleins. Plus la vitesse de rotation augmente, et plus la cloison 5 est déplacée. Les chambres d'aspiration 13 et de refoulement 15 séparées et délimitées par la cloison 5 sont déplacées dans le corps 4 (figure 2), et relativement aux zones d'aspiration 9 et de refoulement 10. Si la cloison 5 pivote d'un angle de 0 à 90 , par exemple un angle d'environ 30 comme illustré sur la figure 5, la chambre d'aspiration 13 se situe en regard principalement de la zone d'aspiration 9 et en regard d'un premier secteur 22 de la zone de refoulement 10, au niveau d'une zone de transition (en bas sur la figure 5). Par conséquent, une quantité de fluide est expulsée de la zone de refoulement 10 dans le premier secteur 22 et redirigée directement vers la zone d'aspiration 9, sans être expulsé vers la sortie 17. Le débit de la pompe est d'autant diminué. De même, la chambre de refoulement 15 se situe en regard principalement de la zone de refoulement 10 et en regard d'un premier secteur 23 de la zone d'aspiration 10, au niveau d'une zone d'engrenage entre les rotors (en haut sur la figure 5). Par conséquent, une quantité de fluide de la chambre de refoulement 15 est directement aspirée dans le premier secteur 23 de la zone d'aspiration 10 sans être expulsée dans la conduite de sortie 17. Le débit de la pompe est d'autant diminué. Finalement, une augmentation du débit de la pompe due à une augmentation de la vitesse de rotation des rotors 2, 3 est au moins en partie compensée par une diminution du débit due à un déplacement des chambres d'aspiration 13 et de refoulement 15. L'amplitude de déplacement de la cloison 5 peut être limitée par des moyens de butée. Par exemple, le dégagement 21 (figure 1 et 3) peut être formé sur un secteur angulaire limité par des surfaces radiales de butées 21a (figure 1) empêchant un déplacement supplémentaire de la cloison 5. Le déplacement de la cloison 5 en fonction de la vitesse de rotation de la pompe dépendra de la variation de pression dans les chambres d'aspiration 13 et de refoulement 15 en fonction de la vitesse de rotation de la pompe, ainsi que des moyens de rappel de la cloison 5. Dans le cas de moyens élastiques de rappels précontraints, plus leur précontrainte est importante, plus la cloison commencera à se déplacer à partir d'une vitesse de rotation importante. De plus, plus la raideur des moyens élastiques de rappel est importante, plus le déplacement de la cloison sera faible pour une même variation de la vitesse de rotation. La forme de la cloison 5 n'est pas limitée au mode de réalisation illustré et peut être différente. Dans une variante illustrée sur la figure 6, où les références numériques aux éléments similaires ont été conservées, la cloison 5 diffère de la cloison du mode de réalisation de la figure 4 en ce que la partie centrale annulaire 18 est aussi épaisse que la seconde extension 20. Dans ce cas, comme illustré sur la figure 7, un insert de guidage 30, sous la forme par exemple d'un secteur angulaire d'un anneau, est disposé dans le logement 11 entre la première extension 19 de la cloison et le fond 12. L'insert est facilement disposé dans le logement 11 est permet le guidage de la première extension et réalise l'étanchéité entre les chambres d'aspiration et de refoulement de part et d'autre de la première extension 19. Des exemples de modes de réalisation de moyens de rappel élastiques sont illustrés sur les figures 8 et 9 où les références numériques aux éléments similaires ont été conservées. Sur la figure 8, un ressort en spiral 24 est disposé à l'intérieur d'une partie centrale annulaire creuse 18 d'une cloison 5 du type des cloisons décrite précédemment. La cloison 5 sépare le logement 11 cylindrique en une chambre d'aspiration 13 alimentée par une amenée 16, et une chambre de refoulement en communication avec une sortie 17. Le ressort 24 comprend une extrémité intérieure 25 maintenue par une bride 32 et une extrémité extérieure 26 en appui contre un ergot 27 de la cloison 5. Le ressort 24 logé à l'intérieur de la cloison 5 permet de conserver une pompe particulièrement compacte et simple. Sur la figure 9, la cloison 5 diffère du mode de réalisation précédent en ce que la partie centrale de la cloison 5 est pleine. La paroi périphérique 14 du logement du corps est munie d'une cavité 28 dans laquelle est disposé un élément élastique 29, par exemple un ressort hélicoïdal, agissant sur une tige 31 coulissant dans la cavité 28, la tige 31 présentant une extrémité libre venant en appui sur la seconde extension 20 de la cloison 5, de façon à exercer un moment de rappel de la cloison 5. Grâce à l'invention, on obtient une pompe trochoïde à débit variable, dont le débit de sortie peut être contrôler en fonction de la vitesse de rotation de la pompe. La pompe reste simple et compacte. REVENDICATIONS 1. Pompe trochoïde à débit variable comprenant un corps (4), un rotor extérieur (2) à denture intérieure et un rotor intérieur (3) à denture extérieure engrenant avec le rotor extérieur, lesdits rotors étant montés à rotation sur le corps (4), une chambre d'aspiration (13) formée dans le corps en regard d'une zone d'aspiration (9) entre les rotors et une chambre de refoulement (15) formée dans le corps en regard d'une zone de refoulement (10) entre les rotors, caractérisé en ce qu'au moins une desdites chambres (13,15) est déplaçable dans le corps de façon à modifier la position de ladite chambre relativement aux zones d'aspiration et de refoulement. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que les chambres d'aspiration et de refoulement sont formées dans un logement (11) du corps situé en regard des zones d'aspiration et de refoulement en étant séparées par une cloison mobile (5). 3. Pompe selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cloison (5) est conformée de façon à être sollicitée en déplacement vers une position de moindre débit par le fluide dans la chambre de refoulement ou d'aspiration. 4. Pompe selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la cloison (5) est mobile à l'encontre de moyens élastiques de rappel. 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens élastiques de rappel comprennent un élément élastique de rappel (24) logé dans une partie creuse (18) de la cloison. 6. Pompe selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens élastiques de rappel comprennent un élément élastique de rappel (29) disposé dans le logement (11) et venant en appui sur une surface extérieure de la cloison (5). 7. Pompe selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la cloison (5) est montée à rotation dans le logement. 8. Pompe selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cloison (5) comprend au moins une surface délimitant une chambre d'aspiration ou de refoulement présentant une aire plus importante d'un côté de l'axe de rotation que de l'autre côté. 9. Pompe selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cloison (5) comprend une partie centrale cylindrique munie de deux extensions (19, 20) en saillie radiale, diamétralement opposées et de tailles différentes.