Brevet FR2871200A1 — publié le 20051209

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 qu'il comprend en outre des moyens mobiles d'obturation et/ou de déflexion du flux de fluide, pouvant s'étendre de manière variable dans ou devant les espaces séparant au moins certains éléments de déplacement du fluide adjacents, le déplacement et le positionnement desdits moyens mobiles étant contrôlés par au moins un organe ou actionneur de commande monté sur ou intégré 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 2 et 3 sont des vues en élévation latérale et en coupe respectivement selon A-A et B-B du dispositif de pompe représenté sur la figure 1, et, la figure 4 est une vue en perspective isométrique et en coupe selon A-A du dispositif de pompe de la figure 1. Comme le montrent les figures annexées, le dispositif de pompe 1 à débit variable comprend essentiellement, d'une part, un organe rotatif 2 de refoulement ou de mise en circulation du fluide à pomper, pourvu de plusieurs éléments espacés 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 5 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 2,5 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, ledit dispositif de pompe 1 comprend en outre des moyens mobiles 7 d'obturation et/ou de déflexion du flux F de fluide, pouvant s'étendre de manière variable dans ou devant, ou occuper selon un degré variable, les espaces 8 séparant au moins certains éléments de déplacement du fluide 3 adjacents, le déplacement et le positionnement desdits moyens mobiles 7 étant contrôlés par au moins un organe ou actionneur de commande 9 monté sur ou intégré dans l'ensemble [organe rotatif 2/structure d'arbre 4, 4'] et tournant avec ledit ensemble. Ainsi, on aboutit à une variation de débit par un simple déplacement des moyens mobiles d'obstruction et/ou de déflexion 7, montés ensemble avec l'organe ou l'actionneur 9 sur l'ensemble [organe rotatif 2/structure d'arbre 4, 4']. Les éléments 3 de déplacement de fluide verront leur efficacité d'action sur ledit fluide augmenter ou diminuer en fonction du degré d'engagement desdits moyens mobiles 7 dans lesdits espaces 8 ou devant ces derniers (en en obturant les entrées). Préférentiellement, cette efficacité d'action pourra varier entre une efficacité maximale (aucune influence/moyens mobiles 7 rétractés/espaces 8 totalement libérés) et une efficacité minimale (influence maximale/moyens mobiles 7 totalement déployés/espaces 8 sensiblement fermés, obturés ou occupés par lesdits moyens 7). La solution précitée proposée par l'invention n'augmente pas l'encombrement de la pompe, n'influence pratiquement pas les pertes de charge dans l'état de circulation à flux maximal et ne nécessite pas l'ajout de pièce mobile supplémentaire en dehors de l'ensemble [2, 4, 4'], puisque l'organe ou actionneur de commande 9 et les moyens mobiles 7 sont embarqués sur ledit ensemble. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, ressortant des figures 2 à 4 des dessins annexés, l'organe rotatif 2 consiste en un corps 2' en forme de disque ou d'anneau situé dans le trajet de circulation 10 du fluide dans la pompe et portant, sur sa face située à l'opposé de la structure d'arbre 4, 4', des éléments de déplacement de fluide 3 sous forme d'ailettes, d'aubes ou analogues rapportées ou formées d'un seul tenant avec ledit disque ou anneau 2'. Les moyens mobiles 7 d'obturation et/ou de déflexion du flux F de fluide consistent alors en des éléments structurels volumiques ou surfaciques présentant une extension dans la direction axiale X de la structure d'arbre 4, 4' et pouvant s'étendre dans ou devant au moins certains desdits espaces 8 entre ailettes ou aubes 3 adjacentes à travers des jours 11 correspondants ménagés dans le corps 2' en forme de disque ou d'anneau, le degré d'obturation et/ou l'intensité de déflexion étant déterminé(e) par déplacement desdits éléments volumiques ou surfaciques 7 dans ladite direction axiale X sous l'action contrôlée de l'organe ou de l'actionneur de commande 9. Avantageusement, les éléments structurels 7 d'obturation et/ou de déflexion du flux F de fluide sont montés ou formés sur une structure support 7', préférentiellement sous la forme d'un disque ou d'un anneau porteur, disposée en regard de la face du corps 2' de l'organe rotatif 2 opposée à celle portant les éléments de déplacement de fluide (3), ou dirigée du côté de la structure d'arbre 4, 4', s'étendant sensiblement parallèlement audit corps 2' de l'organe rotatif 2 et pouvant être déplacée en translation par rapport à ce dernier dans la direction axiale X de ladite structure d'arbre 4, 4' sous l'action contrôlée de l'organe ou de l'actionneur de commande 9. Selon une variante de réalisation pratique préférée du dispositif de pompe 1, les ailettes ou aubes 3 de l'organe rotatif 3 de refoulement ou de mise en circulation présentent chacune une forme profilée à section en arc de cercle, lesdites ailettes ou aubes 3 s'étendant avec une inclinaison déterminée entre un cercle intérieur C du corps 2' en forme de disque ou d'anneau et le pourtour périphérique extérieur de ce corps 2' (par exemple de telle manière que l'extrémité intérieure d'une ailette ou aube 3 donnée soit alignée radialement avec l'extrémité extérieure de l'ailette ou de l'aube 3 suivante dans la direction inverse au sens de rotation normal de l'organe rotatif 2) les moyens mobiles 7, par exemple sous forme de doigts ou d'ergots, s'étendant dans les espaces 8 séparant chaque extrémité intérieure d'une ailette ou aube 3 de l'extrémité extérieure de l'ailette ou aube 3 suivante. L'organe ou actionneur de commande 9 peut consister soit en un organe ou actionneur à double effet, soit en un organe ou actionneur à simple effet 9, apte à agir activement ou positivement de manière à déplacer les moyens mobiles 7 d'obturation et/ou de déflexion en dehors des espaces 8 séparant les éléments de déplacement de fluide 3 adjacents, ce à l'encontre de l'action d'un organe de sollicitation élastique 12 sollicitant lesdits moyens mobiles 7 dans le sens opposé, c'est-à-dire vers une extension maximale dans lesdits espaces 8 intercalaires. En relation avec une application très avantageuse de l'invention, l'intensité ou l'amplitude de l'action de commande dépend directement de la température du fluide refoulé par ledit dispositif de pompe 1, ledit actionneur 9 ajustant automatiquement la position axiale de la structure support 7' des éléments structurels d'obturation et/ou de déflexion 7 en fonction de ladite température, le cas échéant en coopération avec l'organe de sollicitation élastique 12. Il peut alors être prévu que l'actionneur de commande 9 consiste en une pièce ou un élément dont le degré de déploiement est défini par un phénomène physique dont l'intensité est une fonction monotone, croissante ou décroissante, de la température. Pour des considérations de simplicité de construction et de fiabilité de fonctionnement, ainsi que pour considérations économiques, l'actionneur de commande 9 peut être avantageusement choisi dans le groupe formé par les cartouches à cire et les pièces à mémoire de forme et être directement baigné ou contacté par le fluide refoulé par le dispositif de pompe 1. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la structure d'arbre 4, 4' est constituée par un axe 4 relié à ou faisant partie de l'organe d'entraînement 5 et par un manchon 4' formé sur l'extrémité libre dudit axe 4 et prolongeant ce dernier, ledit manchon 4', éventuellement ajouré, formant support de coulissement pour l'anneau porteur 7' des éléments structurels d'obturation et/ou de déflexion 7 et logement de réception, au moins partielle, pour l'organe ou l'actionneur de commande 9. Préférentiellement, la structure d'arbre 4, 4' et l'organe rotatif 2 avec ses éléments 3 de déplacement de fluide sont formés d'un seul tenant, par exemple sous forme d'une pièce en matière plastique obtenue par moulage, et l'organe ou l'actionneur de commande 9 prend fonctionnellement appui, de manière opposée, sur le corps annulaire 2' dudit organe rotatif 2, par exemple au niveau d'un épaulement interne, et sur l'anneau porteur 7' des éléments structurels mobiles 7 d'obturation et/ou de déflexion. Comme le montrent les figures 2 à 4, l'organe de sollicitation élastique 12 consiste en un ressort de compression monté sous tension sur la structure d'arbre 4, 4' et logé dans une cavité 13 délimitée par le corps structurel 6 formant partie de carter Par ailleurs, l'organe d'entraînement 5 peut, par exemple, consister soit en une poulie montée sur l'axe 4, 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 du fond de la cavité 13 du corps structurel formant partie de carter 6, en particulier par rapport audit moteur 5. 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. Dans cette application particulièrement avantageuse du dispositif de pompe 1 à débit variable, celui-ci permettra, à moindre coût (par exemple sans nécessiter de moteur propre ou d'organe de contrôle sophistiqué, et en particulier sans nécessiter de moteur à vitesse variable) et avec une régulation automatique de débit, d'obtenir une augmentation plus rapide de la température du moteur, en limitant la masse de fluide déplacée par ledit dispositif 1, durant une phase de démarrage à froid (moins de pollution, plus de performance moteur). 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. 7 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 de plusieurs éléments espacés 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 qu'il comprend en outre des moyens mobiles (7) d'obturation et/ou de déflexion du flux (F) de fluide, pouvant s'étendre de manière variable dans ou devant les espaces (8) séparant au moins certains éléments de déplacement du fluide (3) adjacents, le déplacement et le positionnement desdits moyens mobiles (7) étant contrôlés par au moins un organe ou actionneur de commande (9) monté sur ou intégré 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 l'organe rotatif (2) consiste en un corps (2') en forme de disque ou d'anneau situé dans le trajet de circulation (10) du fluide dans la pompe et portant, sur sa face située à l'opposé de la structure d'arbre (4, 4'), des éléments de déplacement de fluide (3) sous forme d'ailettes, d'aubes ou analogues rapportées ou formées d'un seul tenant avec ledit disque ou anneau (2') et en ce que les moyens mobiles (7) d'obturation et/ou de déflexion du flux (F) de fluide consistent en des éléments structurels volumiques ou surfaciques présentant une extension dans la direction axiale (X) de la structure d'arbre (4, 4') et pouvant s'étendre dans ou devant au moins certains desdits espaces (8) entre ailettes ou aubes (3) adjacentes à travers des jours (11) correspondants ménagés dans le corps (2') en forme de disque ou d'anneau, le degré d'obturation et/ou l'intensité de déflexion étant déterminé(e) par déplacement desdits éléments volumiques ou surfaciques (7) dans ladite direction axiale (X) sous l'action contrôlée de l'organe ou de l'actionneur de commande (9). 3) Dispositif de pompe selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments structurels (7) d'obturation et/ou de déflexion du flux (F) de fluide sont montés ou formés sur une structure support (7'), préférentiellement sous la forme d'un disque ou d'un anneau porteur, disposée en regard de la face du corps (2') de l'organe rotatif (2) opposée à celle portant les éléments de déplacement de fluide (3), ou dirigée du côté de la structure d'arbre (4, 4'), s'étendant sensiblement parallèlement audit corps (2') de l'organe rotatif (2) et pouvant être déplacée en translation par rapport à ce dernier dans la direction axiale (X) de ladite structure d'arbre (4, 4') sous l'action contrôlée de l'organe ou de l'actionneur de commande (9). 4) Dispositif de pompe selon la revendication 2 et la revendication 3, caractérisé en ce que les ailettes ou aubes (3) de l'organe rotatif (3) de refoulement ou de mise en circulation présentent chacune une forme profilée à section en arc de cercle, lesdites ailettes ou aubes (3) s'étendant avec une inclinaison déterminée entre un cercle intérieur (C) du corps (2') en forme de disque ou d'anneau et le pourtour périphérique extérieur de ce corps (2') et en ce que les moyens mobiles (7), par exemple sous forme de doigts ou d'ergots, s'étendent dans les espaces (8) séparant chaque extrémité intérieure d'une ailette ou aube (3) de l'extrémité extérieure de l'ailette ou aube (3) suivante. 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 consiste en un organe ou actionneur à simple effet (9), apte à agir activement ou positivement de manière à déplacer les moyens mobiles (7) d'obturation et/ou de déflexion en dehors des espaces (8) séparant les éléments de déplacement de fluide (3) adjacents, ce à l'encontre de l'action d'un organe de sollicitation élastique (12) sollicitant lesdits moyens mobiles (7) dans le sens opposé, c'est-à-dire vers une extension maximale dans lesdits espaces (8) intercalaires. 7) Dispositif de pompe selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, pour autant qu'elles se rattachent à la revendication 3, caractérisé en ce que l'intensité ou l'amplitude de l'action de commande dépend directement de la température du fluide refoulé par ledit dispositif de pompe (1), ledit actionneur (9) ajustant automatiquement la position axiale de la structure support (7) des éléments structurels d'obturation et/ou de déflexion (7) en fonction de ladite température, le cas échéant en coopération avec l'organe de sollicitation élastique (12). 8) Dispositif de pompe selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'actionneur de commande (9) consiste en une pièce ou un élément dont le degré de déploiement est défini par un phénomène physique dont l'intensité est une fonction monotone, croissante ou décroissante, de la température. 9) Dispositif de pompe selon la revendication 8, 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). 10) Dispositif de pompe selon la revendication 3 ou l'une quelconque des revendications 4 à 9 pour autant qu'elles se rattachent à la revendication 3, caractérisé en ce que la structure d'arbre (4, 4') est constituée par un axe (4) relié à ou faisant partie de l'organe d'entraînement (5) et par un manchon (4') formé sur l'extrémité libre dudit axe (4) et prolongeant ce dernier, ledit manchon (4'), éventuellement ajouré, formant support de coulissement pour l'anneau porteur (7') des éléments structurels d'obturation et/ou de déflexion (7) et logement de réception, au moins partielle, pour l'organe ou l'actionneur de commande (9). 11) Dispositif de pompe selon la revendication 10, caractérisé en ce que la structure d'arbre (4, 4') et l'organe rotatif (2) avec ses éléments (3) de déplacement de fluide sont formés d'un seul tenant, par exemple sous forme d'une pièce en matière plastique obtenue par moulage, et en ce que l'organe ou l'actionneur de commande (9) prend fonctionnellement appui, de manière opposée, sur le corps annulaire (2') dudit organe rotatif (2), par exemple au niveau d'un épaulement interne, et sur l'anneau porteur (7') des éléments structurels mobiles (7) d'obturation et/ou de déflexion. 12) Dispositif de pompe selon la revendication 6, ou l'une quelconque des revendications 6 à 7 pour autant qu'elles se rattachent à la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de sollicitation élastique (12) consiste en un ressort de compression monté sous tension sur la structure d'arbre (4, 4') et logé dans une cavité (13) délimitée par le corps structurel (6) formant partie de carter. 13) 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 12.