Pompe à débit variable

Abstract

 Pompe à débit variable comportant au moins un piston (1) associé à une chambre (2), ledit piston (1) coopèrant avec une surface (3) animée d'un mouvement alternatif à déplacement constant, caractérisée en ce que le piston (1) est libre de toute liaison mécanique continue avec ladite surface (3) ; et que ladite chambre (2) est associée à un système de règlage de débit (9) disposé en amont, et qu'elle est munie d'un clapet (7) sur l'alimentation et d'un clapet (8) sur le refoulement ; ledit système de règlage (9) étant alimenté par une pompe de gavage (10).

Description

[0001] La présente invention se rapporte à un système de génération de débit du type pompe à débit variable, qui s'applique notamment à l'alimentation en carburant des moteurs.

[0002] Les dispositifs de génération de débit variable à haute pression font généralement appel à des pompes à piston. Dans ces types de pompe, on fait varier la course du piston de manière mécanique.

[0003] Du fait des pressions mises en jeu, et de la précision exigée dans l'ensemble mécanique, ces dispositifs connus présentent l'inconvénient d'avoir une très grande complexité. D'autre part les efforts mis en oeuvre dans cet ensemble nécessitent un usinage de très grande précision de tous les composants. D'autre part ces dispositifs sont difficiles à adapter à une commande électrique, car il y a toujours des problèmes d'interface. Il faut donc la plupart du temps, des systèmes électro-hydrauliques qui sont de grands consommateurs d'énergie, ce qui donne un très mauvais rendement.

[0004] Le but de la présente invention est de proposer un système de génération de débit, du type pompe à débit variable à haut rendement, qui soit libre de toute liaison mécanique continue avec la prise de mouvement.

[0005] A cet effet, l'invention à pour objet une pompe à débit variable qui comporte au moins un piston associé à une chambre ; ledit piston coopérant avec une surface animée d'un mouvement alternatif à déplacement constant. Le piston est libre de toute liaison mécanique continue avec ladite surface. La chambre est associée à un système de règlage de débit, qui est disposé en amont de cette chambre. De plus la chambre est munie d'un clapet sur son alimentation, et elle est munie d'un clapet sur son refoulement. Le système de règlage est alimenté par une pompe de gavage.

[0006] Elle est agencée de manière que la chambre est constituée directement par le piston, qui coulisse dans le corps de la pompe. La chambre est limitée par le fond du corps de pompe, et par la face supérieure du piston.

[0007] Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface est constituée par la partie supérieure d'un poussoir, qui coopère par l'intermédiaire de sa face inférieure avec une came liée à la prise de mouvement.

[0008] Selon un mode de réalisation de l'invention, le poussoir coulisse dans un guide, et ledit poussoir est maintenu en contact avec la came par un ressort.

[0009] Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de règlage de débit consiste en un étrangleur fixe, qui est associé à un limiteur de pression règlable muni d'une commande.

[0010] Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de règlage de débit consiste en un étrangleur variable muni d'une commande et associé à un limiteur de pression.

[0011] Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de règlage de débit consiste en un distributeur proportionnel muni d'une commande et associé à un limiteur de pression.

[0012] Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de règlage consiste en un distributeur muni d'une commande, et associé à un limiteur de pression.

[0013] La pompe à débit variable selon l'invention présente ainsi l'avantage de ne pas nécessiter de liaison mécanique entre le piston et la prise de mouvement. De ce fait on peut l'adapter facilement à une commande électrique, car on évite les problèmes d'interface. De plus l'ensemble présente un très bon rendement, et la simplicité du dispositif entraîne un prix de revient peu élevé.

[0014] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui suit des modes de réalisation donnés à titre d'exemple en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique avec une coupe partielle de la pompe à débit variable selon l'invention ;

- la figure 2 est une coupe d'un mode de réalisation de la pompe de la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue schématique des éléments de règlage et de commande de la pompe de la figure 1 ;

- la figure 4 est une vue schématique analogue à la figure 3 d'un autre mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 5 est une vue schématique analogue à la figure 3 d'un autre mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 6 est une vue schématique analogue à la figure 3 d'un autre mode de réalisation de l'invention.

[0015] L'ensemble du dispositif de pompe à débit variable selon l'invention est représenté schématiquement sur la figure 1. Cet ensemble comprend la pompe à débit variable proprement dite qui est constituée d'un piston 1, qui coulisse dans un alésage 20 aménagé dans le corps 17 de la pompe. Le piston 1 coopère avec une surface 3 qui est animée d'un mouvement alternatif à déplacement constant. Cette surface 3 est liée à la prise de mouvement. Le piston 1 est libre de toute liaison continue avec cette surface 3.

[0016] La chambre 2 est constituée directement par le débattement du piston 1 dans l'alésage 20. La chambre 2 est limitée par le fond 18 du corps de pompe 17 et par la face supérieure 22 du piston 1.

[0017] La face inférieure 21 du piston 1 coopère avec la surface 3, qui appartient à un poussoir 4. Ce poussoir 4 coulisse librement dans un guide 23. La face inférieure 19 du poussoir 4 est associé à une came 5 qui est lié à la prise de mouvement matérialisée par un arbre 6.

[0018] La chambre 2 est munie sur l'alimentation d'un clapet 7 et sur le refoulement d'un clapet 8 ; la chambre 2 étant associée à un système de règlage de débit 9 disposé en amont du clapet 7.

[0019] Le circuit d'alimentation comprend un réservoir 11 dans lequel aspire une pompe de gavage 10 par l'intermédiaire d'un canal 12. Cette pompe de gavage 10 refoule dans un canal 13, qui alimente le système de règlage de débit 9. On appel la pression qui règne dans le canal 13 pression d'alimentation P₁₃. Le système de règlage de débit 9 alimente directement un canal de gavage 14 dans lequel règne la pression de gavage P₁₄. Le canal de gavage 14 reli ainsi le système de règlage de débit 9 avec le clapet d'alimentation 7. Le clapet de refoulement 8 est relié directement à un canal de refoulement 15 branché sur l'utilisation.

[0020] On convient d'appeler P₂ la pression qui règne dans la chambre 2 de la pompe, tandis que les différents débits sont repérés : Q₁₃ pour le débit d'alimentation qui règne dans le canal 13, Q₁₄ pour le débit de gavage qui règne dans le canal 14, et Q₁₅ le débit de refoulement qui règne dans le canal 15.

[0021] Il faut noter dans le cas de la figure 1 que le déplacement de la came 5 dépend du désaxement entre cette came 5 et l'axe de l'arbre 6, qui passe par l'axe 16 du piston 1 de la pompe.

[0022] La pompe à débit variable selon l'invention comporte ainsi une surface 3, qui est animée d'un mouvement alternatif procuré par une came 5. Il faut noter que ce mouvement alternatif peut être procuré par tout autre moyen, et que le déplacement de la surface 3 est constant quelque soit la cylindrée voulue pour la pompe. L'amplitude maximale de ce déplacement de la surface 3 définie une course C₃.

[0023] Lorsque la surface 3, au cours du cycle du fonctionnement, s'éloigne de l'alésage 20, le piston 1 est repoussé par le liquide arrivant de la pompe de gavage 10 au travers du clapet l'alimentation 7. Le débit d'alimentation Q₁₃ est fixé par le système de règlage de débit 9, qui sera décrit ci-après. La quantité de liquide introduite au moyen du système de règlage de débit 9 permet au piston 1 d'effectuer une course C₁ compris entre 0 et la course C₃ de la surface 3. Dans la poursuite du cycle de fonctionnement, le déplacement de la surface 3 s'inverse, et cette surface 3 vient ainsi au contact avec la face inférieure 21 du piston 1. Il faut noter qu'à l'endroit du contact, on peut prévoir éventuellement une disposition particulière destinée à limiter le choc. Cette disposition n'est pas décrite car elle fait appel à des moyens connus par l'homme du métier. La surface 3 avant de venir en contact avec la face inférieure 21 du piston 1, effectue une course morte C_m qui est égale à la différence entre C₃ et C₁, c'est-à-dire que la course morte C_m est comprise entre 0 et C₃. La course du piston 1 est alors égale à la différence entre C₃ et C_m c'est-à-dire à la valeur C₁. Le produit de la course C₁ du piston 1 par la surface dudit piston 1 défini la quantité de liquide refoulé par le piston 1 au travers du clapet de refoulement 8. Ce produit est la cylindrée de la pompe à ce moment donné, et il est fonction de la valeur règlée par le système de règlage de débit 9.

[0024] La figure 2 montre un mode de réalisation de la pompe à débit variable selon l'invention. Dans cette réalisation l'arbre 6 qui porte la came 5 est supporté directement par deux paliers 35 montés dans le guide 23 du poussoir 4. Un ressort 24 est monté entre la surface 3 du poussoir 4 et la partie inférieure du corps 17 de la pompe.

[0025] Un premier mode de réalisation du système de règlage de débit 9 est représenté sur la figure 3. Le système de règlage de débit 9 comprend un étrangleur fixe 25 monté sur le canal 13 et alimentant le canal 14. Un limiteur de pression règlable 36 est monté en dérivation en amont de l'étrangleur fixe 25, et il est piloté par une commande 31. Ce premier mode de réalisation permet de règler la cylindrée de la chambre 2 en règlant la pression d'alimentation P₁₃ qui s'établit dans le canal 13.

[0026] Lorsque la surface 3 commence sa course de déscente, le débit traversant l'étrangleur fixe 25 est donné par la relation :

avec α = coefficient de striction
S₂₅ = section de l'étrangleur 25
ρ = masse volumique du fluide.

[0027] Si l'on appelle k le coefficient qui vaut :

La pompe à débit variable ne refoulant que pendant la moitié de la rotation de l'arbre 6, le débit de refoulement Q₁₅ sera :

avec comme valeur maximale pour Q₁₅ :
Q₁₅ = cylindrée géométrique · N · η
avec : cylindrée = volume maximal de la chambre 2
N = vitesse de l'arbre 6
η = rendement volumétrique de la pompe
La cylindré apparente a pour valeur
Q₁₅/N
et la cylindrée apparente efficace que l'on appelera dans la suite de la description cylindrée efficace C_e vaut :

avec comme valeur maximale pour la cylindrée efficace
C_e = cylindrée · η

[0028] La commande 31, en agissant sur le limiteur de pression 26, permet de règler la pression d'alimentation P₁₃, et comme on vient de le voir de règler ainsi la cylindrée de la pompe pour un régime donné.

[0029] Un autre mode de réalisation du système de règlage de débit 9 est représenté sur la figure 4. Le système de règlage de débit 9 comprend un étrangleur variable 28 monté sur le canal 13 et alimentant le canal 14 ; cet étrangleur variable 28 est piloté par une commande 32. Un limiteur de pression 27 est monté en dérivation en avant de l'étrangleur variable 28.

[0030] Ce mode de réalisation permet de règler la cylindrée de la chambre 2 en règlant le débit d'alimentation Q₁₃ avec une pression d'alimentation P₁₃ constante.

[0031] Dans ce cas la cylindrée efficace C_e est donnée par la relation :

avec S₂₈ = section de l'étrangleur variable 28. La commande 32, en agissant sur l'étrangleur variable 28, permet de règler la cylindrée de la pompe pour un régime donné.

[0032] Un autre mode de réalisation du système de règlage de débit 9 est représenté sur la figure 5. Le système de règlage de débit 9 comprend un distributeur proportionnel 29 monté sur le canal 13 et alimentant le canal 14 ; ce distributeur proportionnel 29 est piloté par une commande 33. Un limiteur de pression 27 est monté en dérivation en amont du distributeur proportionnel 29. Ce mode de réalisation permet de règler la cylindrée de la chambre 2 en divisant le débit d'alimentation Q₁₃.

[0033] Le débit Q₁₃ de la pompe de garage 10 se divise entre le besoin en gavage Q₁₄ et le débit excédentaire ou débit de fuite Q_f. La proportion entre le débit de fuite Q_f est réalisé par le distributeur proportionnel 29, qui est piloté par la commande 33. La pression d'alimentation P₁₃ s'ajuste d'elle-même, néanmoins un limiteur de pression 27 est prévue par sécurité et pour limiter la pression au départ ou au cours des changements de régime.

[0034] Dans ce cas la cylindrée efficace C_e est donnée par la relation :
C_e = (Q₁₃-Q_f)· η/N
ou la valeur (Q₁₃-Q_f) dépend de la commande 33 et C_e = Q₁₄·η/N.

[0035] Si la vitesse N est identique pour la pompe de gavage 10 et pour la pompe à débit variable, on a la relation :
Q₁₃ = C_g · N
avec C_g = cylindrée de la pompe de gavage 10.

[0036] Le distributeur proportionnel 29 ayant un rapport de division de débit R, on a :
Q₁₄ = Q₁₃ · R
donc C_e = Q₁₃ · R · ηN
ou C_e = C_g · R · η

[0037] Le règlage du rapport de division R du distributeur proportionnel 29, par la commande 33, permet alors de fixer la cylindrée de manière indépendante du règime.

[0038] Un autre mode de réalisation du système de règlage de débit 9 est représenté sur la figure 6. Le système de règlage de débit 9 comprend un distributeur 30 monté sur le canal 13 et alimentant le canal 14 ; ce distributeur 30 est piloté par une commande 34. Un limiteur de pression 27 est monté en dérivation en amont du distributeur 30.

[0039] Ce mode de réalisation permet de règler la cylindrée de la chambre 2 par une commande séquentiel.

[0040] Le distributeur 30 à deux positions est placé sur le canal de gavage 14. Ce distrbuteur 30 est piloté par la commande 34 de manière synchrone avec la rotation de la pompe à débit variable. De ce fait c'est le temps d'ouverture du distributeur 30 qui détermine le débit de gavage Q₁₄. On a la relation :

avec S₃₀ = section de passage du distributeur 30
t = temps de commande du distributeur 30,
T = période du signal de commande de 34.

[0041] La pompe à débit variable ne refoulant que pendant la moitié de sa rotation, le débit de refoulement Q₁₅ sera :

ou la cylindrée efficace :

Comme la période T en seconde est bien la vitesse N en tours par seconde par la relation :

On a la cylindrée efficace qui est donnée par la relation

Le règlage du temps t pour la commande 34 permet donc de fixer la cylindrée de manière indépendante du régime.

[0042] Les différentes commandes 31, 32, 33 et 34 permettent d'élaborer un signal de pilotage par fluide mécanique ou électrique. Ce signal maintient la cylindrée à la valeur voulue en fonction de paramètres extérieurs, tels que la pression, le débit, la puissance ou tout autre.

Revendications

1. Pompe à débit variable comportant au moins un piston (1) associé à une chambre (2), ledit piston (1) coopèrant avec une surface (3) animée d'un mouvement alternatif à déplacement constant, caractérisée en ce que le piston (1) est libre de toute liaison mécanique continue avec ladite surface (3) ; et que ladite chambre (2) est associée à un système de règlage de débit (9) disposé en amont, et qu'elle est munie d'un clapet (7) sur l'alimentation et d'un clapet (8) sur le refoulement ; ledit système de règlage (9) étant alimenté par une pompe de gavage (10).

2. Pompe à débit variable selon la revendication 1, caractérisée directement par le piston (1) qui coulisse dans un corps de pompe (17), ladite chambre (2) est limitée par le fond (18) du corps de pompe (17) et par la face supérieure (22) du piston (1).

3. Pompe à débit variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface (3) est la partie supérieure d'un poussoir (4) qui coopère par l'intermédiaire de sa face inférieure (19) avec la came (5).

4. Pompe à débit variable selon la revendication 3, caractérisée en ce que le poussoir (4) coulisse dans un guide (23), et qui est maintenu en contact avec la came (5) par un ressort (24).

5. Pompe à débit variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système de règlage de débit (9) consiste en un étrangleur fixe (25) associé à un limiteur de pression règlable (26) muni d'une commande (31).

6. Pompe à débit variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système de règlage de débit (9) consiste en un étrangleur variable (28) muni d'une commande (32) associée à un limiteur de pression (27).

7. Pompe à débit variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système de règlage de débit (9) consiste en un distributeur proportionnel (29) munie d'une commande (33) associé à un limiteur de pression (27).

8. Pompe à débit variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système de règlage de débit (9) consiste en un distributeur (30) munie d'une commande (34), et associé à un limiteur de pression (27).

Dessins