Brevet FR2950931A1 — publié le 20110408

POMPE A EAU ET MOTEUR A COMBUSTION EQUIPE D'UNE TELLE POMPE [0001] L'invention porte sur le domaine des moteurs à combustion présentant un circuit de refroidissement liquide, et plus particulièrement sur la circulation du liquide de refroidissement dans un tel circuit. [0002] Dans un moteur à combustion muni d'un circuit de refroidissement liquide, le liquide de refroidissement circule sous l'effet d'une pompe dite « pompe à eau ». La pompe à eau est en général entrainée en rotation par une courroie. Il peut s'agir de la courroie de distribution du moteur ou d'une courroie d'entrainement des accessoires. Dans ces deux cas de figure, mais plus particulièrement dans le cas où la pompe est entrainée par la courroie de distribution, la courroie d'entrainement de la pompe impose une contrainte (force radiale et couple) sur le roulement de la pompe à eau, accélérant ainsi son usure. [0003] Outre un certain risque de défaillance, qui serait inexistant si le roulement de la pompe ne travaillait pas sous une telle contrainte, ce phénomène oblige à remplacer périodiquement la pompe à eau, en général lors du remplacement de la courroie de distribution du moteur. [0004] Dans l'invention, on résout ce problème en proposant une pompe à eau dont le moyen d'entrainement n'engendre pas d'usure prématurée de la pompe du fait d'une importante force radiale appliquée sur son axe de rotation, tout en conservant un moyen de distribution classique pour le moteur (courroie, chaine, ou cascade de pignons). [0005] Plus précisément, l'invention porte donc sur une pompe à eau pour moteur à combustion caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'entrainement hydraulique. La pompe à eau peut ainsi être entrainée par un fluide circulant dans le moteur, et n'est pas nécessairement entrainée par une courroie (ou un autre dispositif d'entrainement mécanique) provocant une contrainte radiale notamment sur le roulement de la pompe à eau. La fiabilité de la pompe est ainsi améliorée. [0006] De préférence, le dispositif d'entrainement hydraulique comporte une turbine. C'est un dispositif d'entrainement hydraulique en rotation adapté à l'entrainement de la pompe à eau. Sa géométrie (taille, courbure des aubes de la turbine) peut être adaptée afin de garantir les performances recherchées avec un rendement optimal. [0007] L'invention porte également sur un moteur à combustion présentant un circuit de lubrification et un circuit de refroidissement et une pompe selon l'invention dont le dispositif d'entrainement hydraulique est disposé dans un conduit du circuit de lubrification. En effet, le circuit de lubrification d'un moteur à combustion est compatible de l'entrainement de la pompe à eau. [0008] De préférence, le conduit du circuit de lubrification dans lequel est disposé le dispositif d'entrainement hydraulique est ménagé dans le carter cylindre du moteur. Le circuit de lubrification existant est compatible de l'entrainement d'une pompe à eau selon l'invention. En outre, une telle disposition permet l'obtention d'un système compact, en synergie avec éléments préexistants du moteur, et nécessitant un faible volume d'implantation. [0009] De préférence, le conduit du circuit de lubrification dans lequel est disposé le dispositif d'entrainement hydraulique est un conduit d'alimentation en lubrifiant de la culasse du moteur. Typiquement, la pression de l'ordre de 3 bar et le débit d'huile qui remonte dans le carter pour alimenter le haut-moteur permet l'entrainement de la pompe à eau, sans avoir à redimensionner de façon significative la pompe à huile ou le circuit de lubrification du moteur [0010] De préférence, le circuit de lubrification comporte un canal de dérivation autour du dispositif d'entrainement hydraulique. La dérivation du lubrifiant autour du dispositif d'entrainement de la pompe à eau permet d'isoler cette dernière et de la rendre inopérante, notamment pendant les phases de montée en température du moteur, phases dans lesquelles la circulation du liquide de refroidissement n'est ni nécessaire ni souhaitable. [0011] De préférence, le moteur comporte en outre une électrovanne, permettant de diriger un fluide soit vers le conduit dans lequel le dispositif d'entrainement hydraulique est disposé soit dans le canal de dérivation. C'est un dispositif simple pour sélectionner si le flux de lubrifiant du moteur doit traverser ou contourner le dispositif d'entrainement de la pompe à eau. [0012] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures 30 représentant schématiquement une pompe à eau selon l'invention dans son mode de réalisation préférentiel. [0013] La figure 1 présente une vue en coupe selon un premier plan d'une pompe à eau selon l'invention implantée sur le carter cylindre d'un moteur. [0014] La figure 2 présente une vue en coupe selon un second plan d'une pompe à eau selon l'invention implantée sur le carter cylindre d'un moteur. [0015] Sur la figure 1, une pompe à eau d'un moteur à combustion selon l'invention est implantée dans un logement ménagé dans la paroi d'un carter cylindre 1. La pompe comporte selon l'invention une turbine 2, liée rigidement par un axe 3 à un rotor 4, dont la rotation permet la mise en circulation du liquide de refroidissement dans le circuit de refroidissement du moteur. [0016] Afin de garantir la libre rotation de la turbine dans son logement, un roulement 5 assure la liaison entre la turbine 2 et le carter cylindre 1. Le roulement 5 est préférentiellement un roulement étanche, afin d'éviter tout passage de fluide entre la zone de la turbine et la zone du rotor. [0017] La pompe est coiffée d'un couvercle 6, dans lequel est ménagé, selon la variante de l'invention ici figurée, un port d'entrée 7 du liquide de refroidissement et un port de sortie 8. Avantageusement, la forme du couvercle 6 permet également le positionnement et le centrage des éléments vis-à-vis du carter cylindre 1. [0018] Dans l'invention, on utilise le fluide contenu dans le circuit de lubrification du moteur pour actionner la turbine de la pompe à eau. Le fluide du circuit de lubrification étant généralement de l'huile, on utilise ces expressions comme synonymes. [0019] Dans le circuit de lubrification d'un moteur automobile classique, la pression moyenne de l'huile circulant est d'environ 3 bar, ce qui est compatible de la mise en mouvement de la turbine 2 interposée dans un conduit du circuit de lubrification. [0020] La figure 2 présente plus en détail un mode de réalisation possible du positionnement de la turbine 2 dans le circuit de lubrification du moteur. La vue correspond à une coupe selon le plan C-C représenté en figure 1. [0021] Le carter cylindre 1 d'un moteur à combustion présente un premier conduit 9 permettant la montée de l'huile dans le carter cylindre. Le premier conduit 9 permet ainsi l'alimentation en huile du haut-moteur, et en particulier de la culasse comportant par exemple un ou plusieurs arbres à cames dont la lubrification est nécessaire. [0022] Dans la variante de l'invention ici représentée, on ménage un conduit de dérivation 10, permettant à l'huile de contourner la turbine 2 de la pompe à eau (fonction dite de « by-pass »). Ce by-pass monté en parallèle de la turbine de la pompe permet de la débrayer lorsque la circulation du liquide de refroidissement n'est pas nécessaire, voire pas souhaitable. Cela correspond par exemple aux phases de démarrage à froid du moteur, lors desquelles l'absence de circulation du liquide de refroidissement permet d'améliorer la rapidité de montée en température du moteur, favorable à une faible consommation et à une meilleure dépollution des gaz d'échappement. [0023] Afin de pouvoir sélectionner si l'huile doit être dirigée vers la turbine 2 de la pompe à eau ou dans le conduit de dérivation 10 afin de débrayer la pompe, on dispose une électrovanne, préférentiellement une électrovanne simple à 2 voies, de sorte à permettre la sélection de l'un ou l'autre des conduits de passage pour l'huile de lubrification remontant dans le carter cylindre. Typiquement, l'électrovanne 11 présente un axe de sélection 12 présentant deux orifices. [0024] Lorsque la pompe à eau doit être entrainée, l'axe est rétracté dans l'électrovanne 11 et l'huile passe obligatoirement par la turbine 2 d'entrainement de la pompe à eau. Lorsque l'axe sort, il vient simultanément obturer le canal menant à la pompe à eau et autoriser le passage de l'huile dans le circuit de dérivation 10, menant à la culasse. [0025] L'invention ainsi constituée permet donc, par rapport à un entraînement de la pompe à eau par courroie (que ce soit une courroie de distribution ou une courroie d'accessoire) une meilleure fiabilité de la pompe dans le temps. En outre, la solution développée ne nécessite aucun remplacement périodique de la pompe à eau, ou de son dispositif d'entraînement. Elle ne nécessite pas un redimensionnement sensible de la pompe de lubrification ni du circuit de lubrification du moteur, car les pressions et débit dans le circuit d'un moteur sont généralement compatibles de l'entrainement de la pompe à eau. En outre, dans les variantes de l'invention dans lesquelles la pompe à eau est isolée ou débrayée lors des montées en température, on notera que la pompe du circuit de lubrification étant le plus fortement contrainte lors de ces phases (l'huile de lubrification étant plus visqueuse à froid), on n'augmente généralement pas dans l'invention la puissance maximale requise pour la pompe du circuit de lubrification du moteur. Enfin, l'adoption d'une solution selon l'invention peut offrir un gain en termes de coût de montage, et de rendement énergétique global du moteur. Revendications: 1. Pompe à eau pour moteur à combustion caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'entrainement hydraulique (2). 2. Pompe à eau selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'entrainement hydraulique comporte une turbine (2). 3. Moteur à combustion présentant un circuit de lubrification, caractérisé en ce qu'il présente une pompe selon la revendication 1 ou la revendication 2 dont le dispositif d'entrainement hydraulique est disposé dans un conduit (9) du circuit de lubrification. 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le conduit (9) du circuit de lubrification dans lequel est disposé le dispositif d'entrainement hydraulique est ménagé dans le carter cylindre (1) du moteur. 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qui le conduit du circuit de lubrification dans lequel est disposé le dispositif d'entrainement hydraulique est un conduit d'alimentation en lubrifiant de la culasse du moteur. 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le circuit de lubrification comporte un canal de dérivation (10) autour du dispositif d'entrainement hydraulique. 7. Moteur selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une électrovanne (11), permettant de diriger un fluide soit vers le conduit dans lequel le dispositif d'entrainement hydraulique est disposé soit dans le canal de dérivation (10).