Brevet FR2927131A1 — publié le 20090807

POMPE A MEMBRANE La présente invention concerne une pompe à membrane. Bien qu'elle s'applique de manière très générale à la circulation de tout fluide, l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la récupération des gaz d'échappement et de la suralimentation des moteurs à combustion interne, notamment les moteurs diesel et les moteurs à essence à injection directe. Dans ce contexte, on entendra donc par � fluide � aussi bien les gaz d'échappement que l'air d'admission ou encore un mélange de gaz d'échappement et d'air d'admission. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée io à ces types particuliers de fluide, mais s'étend à tout fluide, qu'il soit liquide ou gazeux. La plupart des moteurs à combustion interne, et plus spécialement les moteurs diesel et les moteurs à injection directe, produisent des oxydes d'azote, désignés ensemble NOx, dont les effets sur l'environnement sont is particulièrement néfastes. Un moyen connu pour limiter la production d'oxydes d'azote consiste à recycler les gaz d'échappement. Selon cette technique, appelée EGR pour � Exhaust Gas Recovery �, au moins une partie des gaz d'échappement formés est prélevée sur le collecteur d'échappement et mélangée à l'air d'admission 20 en amont du répartiteur d'admission. Ce mélange est alors introduit dans la chambre de combustion du moteur. La présence de gaz d'échappement dans le mélange gazeux a pour effet de diminuer la température de combustion dans la chambre, et, comme la formation des NOx est fortement dépendante de la température, on comprend que la mise en recirculation des gaz 25 d'échappement contribue à réduire la quantité d'oxydes d'azote formés. Cet effet augmente avec la quantité de gaz d'échappement mélangés à l'air d'admission. Les pompes généralement utilisées pour faire circuler les gaz d'échappement dans les architectures EGR connues sont pour la plupart des pompes centrifuges. Or, ce type de pompes présente un certain nombre d'inconvénients qui en limitent les performances. En particulier, les pompes centrifuges sont sensibles à l'environnement acide agressif dû à la présence dans les gaz d'échappement des oxydes d'azote NOx mais également d'oxydes de soufre qui, en contact avec l'humidité ambiante, sont susceptibles de former des acides, nitrique ou sulfurique. Ces produits acides attaquent alors les parties métalliques des io pompes. De même, les gaz d'échappement chargés de suies peuvent encrasser les aubages des pompes dont on sait que les jeux de fonctionnement sont très faibles et sensibles à l'encrassement. De plus, l'excursion en température des pompes centrifuges est ls relativement faible, inférieure à 180°C en sortie, ceci à cause de leur mauvaise tenue mécanique et à la possibilité de fluage. Enfin, le temps de réponse assez long, de l'ordre de quelques centaines de millisecondes, de ce type de pompes est pénalisant lors des régimes transitoires du moteur, car il faut alors pouvoir faire varier très 20 rapidement le taux de gaz d'échappement récupérés et/ou la quantité et le débit d'air à l'admission. L'utilisation de pompes à membrane vibrante permet de remédier à ces inconvénients. Ce type de pompes est décrit en détail dans la demande internationale 25 n° 97/29282. On rappellera simplement qu'une pompe à membrane vibrante comprend essentiellement un corps de pompe constitué de deux parois rigides, ou flasques, entre lesquels est logée une membrane déformable en matériau plastique. Lorsqu'elle est soumise à des forces d'excitation périodique, la membrane est le siège d'ondes progressives dont le 30 déplacement s'accompagne de la propulsion du fluide. Les avantages des pompes à membrane sont multiples. En premier lieu, on retiendra qu'étant réalisées dans un matériau plastique, les pompes à membrane résistent beaucoup mieux à l'environnement acide agressif que les pompes centrifuges principalement métalliques. Elles présentent également une sensibilité moins importante à la température. D'autre part, les jeux de fonctionnement étant plus grands, les particules de suie par exemple peuvent traverser la pompe sans y être retenues, ce qui évite tout risque d'encrassement. Il n'y a donc pas de nécessité à utiliser des systèmes de filtration de particules (filtres à particules, etc.). Cet avantage est augmenté du fait que le mouvement oscillatoire de la membrane peut conférer à la pompe un caractère auto-nettoyant. Il est même io possible dans ces conditions de prévoir des cycles de nettoyage. On notera également que les pièces en mouvement des pompes à membrane présentent une faible inertie, ce qui se traduit par le fait que la puissance à développer au démarrage, ou puissance de pic, est plus faible. Le prélèvement de puissance sur le réseau de bord à la mise en service de la is pompe n'affecte donc pas l'alimentation électrique d'autres organes du véhicule. De même, les pompes à membrane vibrante ont un temps de réponse plus court, de l'ordre de quelques dizaines de milliseconde, avec tous les avantages que cela représente en régime transitoire. 20 Enfin, sur le plan mécanique, les pompes à membrane comportent moins de pièces, ce qui en améliore la fiabilité. Cependant, pour mettre en oeuvre de manière satisfaisante la fonction de récupération de gaz d'échappement ainsi que celle de suralimentation des moteurs à combustion interne, il faut pouvoir modifier à volonté les 25 caractéristiques des pompes à membrane vibrante, c'est-à-dire principalement la relation entre pression et débit. C'est dans ce but que l'invention propose une pompe à membrane comprenant un corps de pompe constitué de deux flasques rigides et d'une membrane déformable placée entre lesdits flasques, remarquable en ce que 30 ladite pompe comprend des moyens de réglage de la distance entre les deux flasques rigides, aptes à faire varier le débit de la pompe. Ainsi, en modifiant la distance entre les deux flasques, il est possible de faire varier la perte de charge dans le corps de pompe, et donc de régler le débit de la pompe pour une différence de pression donnée appliquée à ses bornes. On peut constater que ce réglage de débit est obtenu de manière très simple, il suffit en effet pour cela de déplacer l'un des flasques, à l'aide de tous moyens connus, pour le rapprocher ou l'éloigner de l'autre. Les mêmes moyens de réglage permettent également d'annuler complètement le débit en interdisant toute circulation de fluide à travers le corps de pompe, ceci afin de maintenir les pressions dans les circuits lorsque la pompe est hors fonctionnement. w Selon une caractéristique avantageuse, la pompe, objet de l'invention, comprend des moyens de mise en court-circuit dudit corps de pompe, aptes à sélectionner à travers la pompe un trajet traversant ou contournant le corps de pompe, lesdits moyens de mise en court-circuit comprenant lesdits moyens de réglage de la distance entre les deux flasques rigides. ls De cette manière, les mêmes moyens de réglage permettent aussi bien de faire varier le débit de pompe que contribuer à la mise en court-circuit du corps de pompe lorsque cela est nécessaire, par exemple si on veut interrompre la suralimentation du moteur. En particulier, lorsque, lesdits flasques présentant une symétrie de 20 révolution autour d'un axe, un orifice de sortie axial est ménagé sur un premier flasque et lesdits moyens de réglage sont aptes à déplacer le deuxième flasque parallèlement audit axe de révolution, l'invention prévoit alors que, ledit corps de pompe étant disposé dans une chambre présentant un conduit d'entrée latéral débouchant sur un orifice d'entrée périphérique du corps de 25 pompe et un conduit de sortie latéral, lesdits moyens de mise en court-circuit du corps de pompe comprennent, d'une part, lesdits moyens de réglage pour commander la commutation du deuxième flasque entre une position ouverte et une position fermée et, d'autre part, des moyens de commutation simultanée du conduit de sortie latéral entre une position fermée et une 30 position ouverte. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée La figure 1 est une vue en perspective d'une pompe à membrane conforme à l'invention. La figure 2a est une vue de côté de la pompe de la figure 1 en position de fonctionnement. La figure. 2b est une vue de la pompe de la figure 2a hors fonctionnement. La figure 3a est une vue de côté d'une pompe à membrane munie de moyens de court-circuit en position de pompage. La figure 3b est une vue de la pompe à membrane de la figure 3a en io position de court-circuit. Sur la figure 1 est représentée une pompe à membrane, analogue à celle décrite dans la demande internationale n° 97/29282, comprenant un corps 10 de pompe constitué de deux flasques 31, 32 rigides présentant une symétrie de révolution autour d'un axe A, entre lesquels est logée une 15 membrane déformable 33 en forme de disque de même axe A. Cette membrane est réalisée par exemple en élastomère. Le fluide mis en circulation par la pompe pénètre dans le corps 10 de pompe par un orifice 27 d'entrée périphérique et s'en échappe par un orifice 29 de sortie axial ménagé sur un 31 desdits flasques. 20 Un organe moteur, non représenté, engendre une distribution cylindrique et symétrique de forces 34 d'excitation périodique appliquées à l'extrémité périphérique 35 de la membrane 33 du côté de l'orifice 27 d'entrée. La membrane 33 devient alors le support d'ondes concentriques qui se déplacent depuis le bord 35 vers l'axe A, ce déplacement s'accompagnant de 25 l'amortissement des ondes et de la propulsion du fluide. Le débit de la pompe de la figure 1 dépend donc du régime des forces 34 d'excitation appliquées à la membrane 33. Cependant, il dépend également de la géométrie du corps 10 de pompe, et en particulier de la distance de séparation entre les deux flasques 31, 32, cette distance étant un 30 paramètre déterminant pour la perte de charge du fluide lorsqu'il traverse la pompe. C'est pourquoi, comme l'indique la figure 1, des moyens de réglage de la distance entre les flasques 31, 32, symbolisés par la double flèche 40, sont prévus de manière à faire varier le débit de la pompe. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, ces moyens de réglage sont aptes à déplacer le deuxième flasque 32 parallèlement à l'axe A de révolution du corps 10 de pompe. Ces moyens de réglage, non représentés, peuvent être réalisés par tous systèmes électromécaniques connus permettant de déplacer un objet par rapport à un autre. La figure 2a montre en vue de côté une pompe à membrane du type de celle de la figure 1 en situation de fonctionnement. Le deuxième flasque dans la position référencée 32 est complètement dégagé de l'orifice 19 de sortie io axial. La perte de charge du fluide est minimale et le débit maximal. Si l'on veut diminuer le débit, il suffit d'activer les moyens de réglage de manière à amener le deuxième flasque de la position 32 à la position 32' représentée en pointillés sur la figure 2a. Inversement, pour augmenter à nouveau le débit, on déplace le deuxième flasque en sens contraire 15 Sur la figure 2b, le pompe est mise hors fonctionnement, le deuxième flasque ayant été amené par les moyens de réglage dans une position 32" d'obturation complète de l'orifice 29 de sortie axial du corps 10 de pompe. On peut voir sur la figure 2b que dans ce cas la membrane 33 joue le rôle de joint d'étanchéité entre les deux flasques, interdisant toute circulation de fluide 20 entre l'orifice 27 d'entrée périphérique et l'orifice 29 de sortie axial. Les figures 3a et 3b illustrent une application de l'invention à la réalisation d'une pompe apte à être mise en court-circuit lorsque cela est nécessaire, par exemple dans un circuit de récupération de gaz EGR ou un circuit de suralimentation. Pour cela, le corps 10 de pompe est disposé dans 25 une chambre 60 présentant un conduit 62 d'entrée latéral débouchant sur l'orifice 27 d'entrée périphérique du corps 10 de pompe et un conduit 64 de sortie. Comme on peut le voir sur la figure 3b, la mise en court-circuit de la pompe est réalisé par le passage du fluide entre le conduit 62 d'entrée et le 30 conduit 64 de sortie à travers un espace 90 de contournement. Cet espace 90 de contournement permet au fluide de traverser directement la chambre 60 en évitant l'orifice 29 de sortie axial qui se trouve alors fermé par le deuxième flasque amené par les moyens de réglage dans la position 32" d'obturation complète. Le passage entre le mode actif de la pompe (figure 3a) et le mode court-circuité (figure 3b) est obtenu, d'une part, par lesdits moyens de réglage pour commander la commutation du deuxième flasque entre une position ouverte 32 et la position fermée 32" et, d'autre part, des moyens de commutation simultanée d'une vanne 91 placée sur le conduit 64 de sortie latéral entre une position fermée et une position ouverte. De manière pratique, il est possible de ne réaliser qu'un seul conduit de io sortie en reliant en aval l'orifice 29 de sortie axial au conduit 64 de sortie latéral. 15 REVENDICATIONS 1. Pompe à membrane comprenant un corps (10) de pompe constitué de deux flasques rigides (31, 32) et d'une membrane déformable (33) placée entre lesdits flasques, caractérisée en ce que ladite pompe comprend des moyens de réglage de la distance entre les deux flasques rigides (31, 32), aptes à faire varier le débit de la pompe. to 2. Pompe selon la revendication 1, dans laquelle, lesdits flasques (31, 32) présentant une symétrie de révolution autour d'un axe (A), un orifice (29) de sortie axial est ménagé sur un premier flasque (31) et lesdits moyens de réglage sont aptes à déplacer le deuxième flasque (32) parallèlement audit axe (A) de révolution. 15 3. Pompe selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant des moyens de mise en court-circuit dudit corps (10) de pompe, aptes à sélectionner à travers la pompe un trajet traversant ou contournant le corps de pompe, lesdits moyens de mise en court-circuit comprenant lesdits moyens de réglage de la distance entre les deux flasques rigides (31, 32). 20 4. Pompe selon les revendications 2 et 3, dans laquelle ledit corps (10) de pompe étant disposé dans une chambre (60) présentant un conduit (62) d'entrée latéral débouchant sur un orifice (27) d'entrée périphérique du corps de pompe et un conduit (64) de sortie latéral, lesdits moyens de mise en court-circuit du corps (10) de pompe comprennent, d'une part, lesdits moyens de 25 réglage pour commander la commutation du deuxième flasque (32) entre une position ouverte et une position fermée et, d'autre part, des moyens de commutation simultanée du conduit (64) de sortie latéral entre une position fermée et une position ouverte. 30