Brevet FR2906849A3 — publié le 20080411

FR 2906849 A3 20080411 FR 0654156 A 20061009 Pompe à palette La présente invention se rapporte au domaine des pompes à palettes de 5 lubrification pour moteurs de véhicules automobiles. De telles pompes, bien connues dans l'état de la technique, comportent, classiquement, et ainsi que le présente la figure 1, un corps 1, creux, fermé par un couvercle (non représenté), formant une cavité de pompage dans laquelle est ménagé un espace creux 2, sensiblement cylindrique, excentré par 10 rapport à la cavité de pompage, apte à accueillir un arbre tournant 3, non représenté sur les figures (par exemple, le nez du vilebrequin du moteur), dont la rotation entraînera des palettes 4 de la pompe : on supposera dans ce qui suit que le sens de rotation de l'arbre tournant 3 est le sens trigonométrique, représenté par la flèche F sur les figures. L'arbre 3 est lié en rotation à une 15 bague guide-palettes 5 traversée radialement par les palettes 4 de la pompe. L'arbre tournant 3 et la bague guide-palettes 5 sont coaxiaux. Des moyens appropriés 6 permettent, à la fois, d'une part, d'éviter que les palettes 4 ne viennent buter contre l'arbre tournant 3, et, d'autre part, de plaquer lesdites palettes 4 contre la paroi intérieure 12 du corps de pompe 1, afin d'assurer 20 l'étanchéité des différentes chambres de pompage 7a, 7n, et 7r, que ces palettes 4 délimitent avec la paroi extérieure 51 de la bague guide-palettes 5 et la paroi intérieure 12 du corps de pompe 1. Du fait de l'excentricité de l'arbre tournant 3 et de la bague guide-palettes 5 dans la cavité de pompage, les chambres 7a, 7r, et 7n n'ont pas toutes le même volume, et l'on peut 25 distinguer trois groupes parmi elles. Ainsi, les chambres de pompage 7a sont situées dans la partie de la cavité de pompage dans laquelle la distance entre la paroi extérieure 51 de la bague guide-palettes 5 et la paroi intérieure 12 du corps de pompe 1 augmente dans la direction du sens de rotation des palettes 4 : le volume desdites chambres 7a augmente donc dans la direction du sens de 30 rotation choisi. Sensiblement diamétralement opposées, les chambres de pompage 7r sont situées dans la partie de la cavité de pompage dans laquelle la distance entre la paroi extérieure 51 et la paroi intérieure 12 diminue dans la direction du sens de rotation des palettes 4 : le volume desdites chambres 7r 2906849 2 diminue donc dans la direction du sens de rotation choisi. Les chambres 7n, situées dans la partie de la cavité de pompage dans laquelle la distance entre la paroi extérieure 51 de la bague guide-palettes 5 et la paroi intérieure 12 du corps de pompe 1 est maximale, ont, en revanche, des volumes sensiblement identiques dans la direction du sens de rotation choisi. Un premier conduit 8, ou conduit d'aspiration, met en communication l'extérieur de la pompe avec la zone de la cavité de pompage dans laquelle sont situées les chambres de pompage 7a définies ci-dessus, et un second conduit 9, ou conduit de refoulement, met en communication la zone de la cavité de pompage dans laquelle sont situées les chambres de pompage 7r définies ci-dessus avec l'extérieur de la pompe. Lors de la rotation de l'arbre 3 et de la bague guide-palettes 5 dans le sens de rotation choisi, la rotation des palettes 4 entraîne le fluide à pomper situé au voisinage du conduit 8 vers les chambres 7a précédemment définies, dont le volume augmente dans la direction du sens de rotation : il s'en suit la création d'une dépression dans ledit fluide, induisant une nouvelle aspiration de fluide par ledit conduit 8. Le fluide à pomper est ensuite acheminé, via les chambres de pompage 7n dans lesquelles il ne subit aucune variation de volume, jusqu'aux chambres 7r précédemment définies, dont le volume diminue dans la direction du sens de rotation de l'arbre tournant 3 et des palettes 4 : il s'en suit une compression dudit fluide, favorable à son refoulement vers l'extérieur de la pompe par le conduit 9 défini ci-dessus. Une telle pompe présente toutefois, par construction, un volume non fonctionnel V dans la zone des chambres de pompage 7n précédemment évoquées. Or, lors de la conception d'un moteur pour un véhicule automobile, la lubrification et l'évacuation de la chaleur sont des points critiques, et les contraintes d'encombrement sont fortes sur le volume occupé par la pompe à huile. Il est donc important de réduire au maximum l'encombrement de cette pompe, tout en optimisant ses performances. Il est connu de moduler le débit d'une pompe à palettes en modifiant, à l'aide d'un dispositif externe de vannes, la pression au refoulement de ladite pompe. Ceci est classiquement réalisé, ainsi que le présentent, par exemple et 2906849 3 de manière non exhaustive, les documents FR2185251, FR2555215, ou W02005026553, par la mise en place d'une unité de positionnement et d'une unité de commande diamétralement opposées par rapport à l'arbre tournant et à la bague guide-palettes, et comportant chacune au moins un piston coulissant 5 dans une cavité appropriée. Le piston de l'unité de positionnement a une surface inférieure à celle du piston de l'unité de commande, et les unités de positionnement et de commande sont reliées entre elles et à une conduite de pression allant de la pompe aux éléments alimentés par le fluide circulant dans ladite pompe. La portion de ladite conduite allant à l'unité de commande est 10 munie d'une vanne de décharge reliant ladite portion de conduite à un réservoir sans pression. L'arbre tournant et la bague guide-palettes sont radialement mobiles en translation dans la cavité de pompage, de telle manière que l'excentricité de l'ensemble est modulable, et s'ajuste en permanence à partir de l'équilibre atteint sous l'action d'un ressort de charge, dont l'élongation est 15 réglée par l'ouverture de la vanne de décharge, elle-même pilotée par une pression prédéterminée dans la conduite de pression. Un tel dispositif permet de moduler le volume des zones d'aspiration et de refoulement de la pompe, et, ainsi, d'en faire varier le débit, mais ne permet toutefois pas de limiter ou de supprimer le volume non fonctionnel précédemment évoqué. 20 La présente invention a pour objectif la réalisation d'une pompe à palettes dans laquelle le volume non fonctionnel précédemment évoqué est supprimé, tout en bénéficiant d'un débit accru. Cet objectif est atteint, selon l'invention, par une pompe à palettes 25 dont les palettes traversent, sensiblement radialement, une bague guide-palettes placée coaxialement autour d'un arbre tournant apte à être inséré au sein d'un logement approprié ménagé dans le corps de pompe ; dans laquelle les palettes, la surface extérieure de la bague guide-palettes, et la surface intérieure d'un élément sensiblement décentré par rapport à l'ensemble 30 "logement apte à accueillir l'arbre tournant / bague guide-palettes" et placé sensiblement autour de la bague guide-palettes, délimitent un premier étage de pompage formé d'un ensemble de chambres dont les volumes, respectivement, croissent, décroissent, et demeurent constants selon la 2906849 4 direction du sens de rotation des palettes et de l'arbre tournant, caractérisée en ce qu'une bague intérieure, concentrique avec l'élément décentré, est insérée entre la surface intérieure de la bague guide-palettes et la surface extérieure de la paroi du logement accueillant l'arbre tournant, de manière à 5 définir un deuxième étage de pompage formé par l'ensemble des chambres, respectivement de volume décroissant, de volume croissant, et de volume constant selon la direction du sens de rotation des palettes, délimitées par lesdites palettes, la surface extérieure de la bague intérieure, et la surface intérieure de la bague guide-palettes. 10 Avantageusement, l'élément décentré dont la paroi intérieure contribue à définir les chambres du premier étage de pompage est formé par la paroi intérieure du corps de pompe. Alternativement, ledit élément décentré est une bague extérieure, concentrique avec la bague intérieure de la pompe selon l'invention. 15 Avantageusement, l'invention présente également une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : un premier et un second conduits d'aspiration, distincts, permettent d'acheminer le fluide à pomper respectivement vers les chambres d'aspiration du premier et du deuxième étages de pompage, 20 un premier et un second conduits de refoulement, distincts, permettent d'évacuer le fluide à pomper des chambres de refoulement respectivement du premier et du deuxième étages de pompage, les premier et second conduits de refoulement débouchent dans une canalisation de refoulement commune, ménagée dans le corps de 25 pompe, les premier et second conduits d'aspiration dérivent d'une canalisation d'aspiration commune alimentée par une crépine ménagée dans le corps de pompe. 30 L'invention s'étend également au procédé de pompage mis en oeuvre par une pompe présentant une ou plusieurs des caractéristiques énoncées ci-dessus, dans lequel : 2906849 5 une première partie du fluide à pomper est aspirée par le premier conduit d'aspiration, puis acheminée, à travers les chambres d'aspiration du premier étage de pompage, vers les chambres de refoulement dudit premier étage de pompage et vers le premier conduit de refoulement, 5 parallèlement, une deuxième partie du fluide à pomper est aspirée par le deuxième conduit d'aspiration, puis acheminée successivement dans les chambres d'aspiration du deuxième étage de pompage, jusqu'aux chambres de refoulement dudit deuxième étage de pompage, puis, enfin, vers le deuxième conduit de refoulement. 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées dans lesquelles: la figure 1 est un schéma de principe en coupe, selon un plan 15 sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation des palettes, d'une pompe à palettes, la figure 2 est un schéma de principe en coupe, selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation des palettes, d'une pompe à palettes selon l'invention, 20 - la figure 3 est une vue en coupe, selon un plan contenant l'axe de rotation de l'arbre tournant, d'une pompe selon l'invention, - la figure 4 est une vue de dessus de la cavité de pompage d'une pompe selon l'invention, faisant apparaître les canalisations d'aspiration et de refoulement de la pompe. 25 Ainsi qu'il a été précédemment décrit, et ainsi que le présente la figure 1, une pompe à palettes classique comporte principalement un corps de pompe 1 formant une cavité de pompage, dans laquelle est ménagé un logement 2 apte à accueillir un arbre tournant 3, excentré par rapport à ladite cavité de 30 pompage : ainsi qu'il a été précédemment mentionné, on supposera, dans la description qui suit, que le sens de rotation de l'arbre tournant 3 et des palettes 4 est le sens trigonométrique, représenté par la flèche F sur l'ensemble des figures. 2906849 6 Dans une telle pompe, une bague guide-palettes 5, sensiblement cylindrique, liée en rotation à l'arbre tournant 3 par des moyens appropriés 31 schématiquement évoqués sur la figure 4, est, de manière connue, traversée sensiblement radialement par les palettes 4 de la pompe. Des moyens 5 appropriés 6, définis plus haut, permettent en particulier le plaquage des palettes 4 contre la paroi intérieure 12 du corps de pompe 1, de telle manière que les chambres de pompage 7a, 7r, et 7n, respectivement délimitées par lesdites palettes 4, ladite paroi intérieure 12 du corps de pompe 1, et la paroi extérieure 51 de la bague guide-palettes 5, soient étanches entre elles. L'arbre 10 tournant 3 et la bague guide-palettes 5 sont coaxiaux. Le fluide à pomper est aspiré par un conduit d'aspiration 8, et refoulé par un conduit de refoulement 9, mettant respectivement en communication l'extérieur de la pompe avec les chambres de pompage 7a et 7r. Le fonctionnement d'une telle pompe a été détaillé plus haut et ne sera 15 pas repris ici. Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, toutefois, une telle pompe présente, dans la zone des chambres de pompage de volume maximal 7n, un volume V non fonctionnel. 20 La pompe selon l'invention propose de supprimer ce volume non fonctionnel V tout en augmentant le débit de pompage. Dans ce but, elle comporte, outre les éléments cités ci-dessus, identiquement repérés sur la figure 2, une bague intérieure 10, coaxiale avec la cavité de pompage, insérée entre la surface extérieure 21 de la paroi du logement 2 et la paroi intérieure 25 52 de la bague guide-palettes 5. Les palettes 4 délimitent alors, outre les chambres 7a, 7r, et 7n précédemment évoquées, entre la paroi intérieure 12 du corps de pompe 1 et la paroi extérieure 51 de la bague guide-palettes 5, un second ensemble de chambres 13, entre la paroi intérieure 52 de la bague guide-palettes 5 et la 30 paroi extérieure 101 de la bague intérieure 10. Du fait de l'excentricité de la bague intérieure 10 par rapport à l'arbre tournant 3 et à la bague guide-palettes 5, l'ensemble de chambres 13 peut, de même que les chambres de pompage 7a, 7n, et 7r précédemment définies, être 2906849 7 réparti en trois groupes 13a, 13n, et 13r, placés en opposition par rapport auxdites chambres 7a, 7n, et 7r dans la cavité de pompage. Dans la direction du sens de rotation choisi et représenté par la flèche F sur les figures, les chambres 13a, 13n, et 13r, sont ainsi situées, entre la paroi 5 intérieure 52 de la bague guide-palettes 5 et la paroi extérieure 101 de la bague intérieure 10, respectivement : dans la zone dans laquelle la distance entre ladite paroi 52 et ladite paroi 101 augmente, dans la zone dans laquelle ladite distance entre lesdites parois 52 et 101 est sensiblement maximale et constante, et dans la zone dans laquelle ladite distance entre lesdites parois 52 10 et 101 diminue. Un conduit d'aspiration 14, distinct du conduit d'aspiration 8, met en communication les chambres 13a avec l'extérieur de la pompe, et un conduit de refoulement 15, distinct du conduit de refoulement 9, met en communication les chambres 13r avec l'extérieur de la pompe. 15 Il est à noter, ainsi que le met en évidence la figure 3, que la bague guide-palettes 5 a ici sensiblement la forme d'une cloche constituée d'un premier anneau 53, apte à accueillir les palettes 4 ainsi que décrit précédemment, et d'une deuxième partie, 54, sensiblement cylindrique de même axe de révolution que l'anneau 53, dont le diamètre extérieur est 20 sensiblement inférieur au diamètre extérieur dudit anneau 53, et reliée audit anneau 53 au moyen d'une plaque sensiblement plane 55, sensiblement perpendiculaire à l'axe de révolution de ladite bague guide-palettes 5. La deuxième partie 54 de la bague guide-palettes 5 est apte à être placée autour de l'arbre tournant 3, et maintenue en place grâce aux moyens 31 évoqués 25 précédemment : la bague guide-palettes 5 est alors emboîtée autour de la bague intérieure 10, entraînant ainsi la rotation simultanée de celle-ci selon la direction F. Les chambres 13a, 13n, et 13r, couplées aux conduits 14 et 15 peuvent donc, selon le même principe, précédemment décrit de manière détaillée, que 30 les chambres 7a, 7n, et 7r, couplées aux conduits 8 et 9, constituer une pompe à palettes indépendante, au sein du corps de pompe 1, fonctionnant en parallèle du premier étage de pompage constitué des chambres 7a, 7n, et 7r couplées aux conduits d'aspiration et de refoulement 8 et 9. 2906849 8 L'invention permet ainsi, au sein d'un unique corps de pompe 1, de réaliser parallèlement deux étages de pompage : l'un mettant en oeuvre les chambres de pompage 7a, 7n, et 7r et les conduits d'aspiration 8 et de 5 refoulement 9, l'autre mettant en oeuvre les chambres de pompage 13a, 13n, et 13r, et les conduits d'aspiration 14 et de refoulement 15. Le débit de la pompe est alors amélioré de manière significative, les mesures effectuées mettant en évidence une augmentation de la cylindrée unitaire de la pompe pouvant aller j usqu'à 60% 10 De plus, la présence des deux étages de pompage ainsi constitués permet de réduire sensiblement le volume V précédemment défini comme non fonctionnel, optimisant ainsi le volume de pompage. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, présenté par la 15 figure 4, les conduits d'aspiration 8 et 14, distincts ainsi qu'il a été précisé plus haut, sont issus d'une canalisation d'aspiration commune 16 alimentée par une crépine 17 reliée au dispositif d'alimentation en huile, non représenté sur les figures. Selon ce même mode de réalisation préféré de l'invention, les conduits de refoulement 9 et 15, distincts ainsi qu'il a été précisé plus haut, débouchent 20 dans une canalisation de refoulement commune 18 permettant l'évacuation du fluide à pomper à l'extérieur de la pompe. Il est à noter que si, selon le mode de réalisation présenté par les figures, la paroi extérieure des chambres de pompage 7a, 7n, et 7r du premier 25 étage de pompage est constituée par la paroi intérieure 12 du corps de pompe 1, selon des modes de réalisation alternatifs, ladite paroi extérieure desdites chambres de pompage 7a, 7n, et 7r pourra être constituée par la paroi intérieure d'une bague extérieure 19 placée, au sein de la cavité de pompage, autour de la bague guide-palettes 5, et concentrique avec la bague intérieure 30 10. Revendications 1. Pompe à palettes dont les palettes (4) traversent, sensiblement radialement, une bague guide-palettes (5) placée coaxialement autour d'un arbre tournant (3) apte à être inséré au sein d'un logement approprié (2) ménagé dans le corps de pompe (1) ; dans laquelle les palettes (4), la surface extérieure (51) de la bague guide-palettes (5), et la surface intérieure (12) d'un élément sensiblement décentré par rapport à l'ensemble "logement (2) apte à accueillir l'arbre tournant (3) / bague guide-palettes (5)" et placé sensiblement autour de la bague guide-palettes (5), délimitent un premier étage de pompage formé d'un ensemble de chambres (7a, 7r, 7n) dont les volumes, respectivement, croissent, décroissent, et demeurent constants selon la direction (F) du sens de rotation des palettes (4) et de l'arbre tournant (3), caractérisée en ce qu'une bague intérieure (10), concentrique avec l'élément décentré, est insérée entre la surface intérieure (52) de la bague guide-palettes (5) et la surface extérieure (21) de la paroi du logement (2) accueillant l'arbre tournant (3), de manière à définir un deuxième étage de pompage formé par un ensemble des chambres (13r, 13a, 13n), respectivement de volume décroissant, de volume croissant, et de volume constant selon la direction (F) du sens de rotation des palettes (4), délimitées par lesdites palettes (4), la surface extérieure (101) de la bague intérieure (10), et la surface intérieure (52) de la bague guide-palettes (5). 2. Pompe à palettes selon la revendication (1), caractérisée en ce qu'un premier conduit d'aspiration (8) permet d'acheminer le fluide à pomper vers les chambres d'aspiration (7a) du premier étage de pompage, et en ce qu'un second conduit d'aspiration (14), distinct, permet d'acheminer le fluide à pomper vers les chambres d'aspiration (13a) du deuxième étage de pompage. 3. Pompe à palettes selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un premier conduit de refoulement (9) permet d'évacuer le fluide à pomper des chambres de refoulement (7r) du premier étage de pompage, et un second conduit de refoulement (15), distinct, permet d'évacuer 2906849 10 le fluide à pomper des chambres de refoulement (13r) du deuxième étage de pompage. 4. Pompe à palettes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 5 caractérisée en ce que les premier et second conduits de refoulement (9, 15) débouchent dans une canalisation de refoulement commune (18), ménagée dans le corps de pompe. 5. Pompe à palettes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 10 caractérisée en ce que les premier et second conduits d'aspiration (8, 14) dérivent d'une canalisation d'aspiration commune (16) ménagée dans le corps de pompe. 6. Pompe à palettes (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 15 caractérisée en ce que l'élément décentré dont la paroi intérieure (12) contribue à définir les chambres (7a, 7n, 7r) du premier étage de pompage est formé par la paroi intérieure du corps de pompe. 7. Pompe à palettes selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 20 caractérisée en ce que l'élément décentré dont la paroi intérieure (12) contribue à définir les chambres (7a, 7n, 7r) du premier étage de pompage est une bague extérieure (19), concentrique avec la bague intérieure (10), dans la cavité de pompage (2). 25 8. Procédé de pompage mettant en oeuvre une pompe à palettes selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que : une première partie du fluide à pomper est aspirée par le premier conduit d'aspiration (8), puis acheminée, à travers les chambres d'aspiration (7a) du premier étage de pompage, vers les chambres de 30 refoulement (7r) dudit premier étage de pompage et vers le premier conduit de refoulement (9), parallèlement, une deuxième partie du fluide à pomper est aspirée par le deuxième conduit d'aspiration (14), puis acheminée, au travers des 2906849 11 chambres d'aspiration (13a) du deuxième étage de pompage, jusqu'aux chambres de refoulement (13r) dudit deuxième étage de pompage, puis, enfin, vers le deuxième conduit de refoulement (15). 5 9. Moteur pour un véhicule automobile comportant un dispositif de pompage d'un fluide de lubrification mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 8.