EP1267077A1 - Pompe volumétrique à double engrenage - Google Patents

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EP1267077A1
EP1267077A1 EP02291491A EP02291491A EP1267077A1 EP 1267077 A1 EP1267077 A1 EP 1267077A1 EP 02291491 A EP02291491 A EP 02291491A EP 02291491 A EP02291491 A EP 02291491A EP 1267077 A1 EP1267077 A1 EP 1267077A1
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chamber
chambers
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gear
pressure
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Jean Cros
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Denis Reverseau
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Renault SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/02—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations specially adapted for several machines or pumps connected in series or in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C2/18—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with similar tooth forms

Definitions

  • the present invention relates to the field of pumps. volumetric, i.e. whose theoretical flow is proportional to the speed, used in particular for the lubrication of combustion engines internal of road vehicles.
  • a positive displacement double gear pump comprising three pinions of pumping defining two intake chambers and two intake chambers discharge, a central supply duct connected to two ducts admission into the first and second respectively intake chamber, and a central discharge duct joining two discharge ducts respectively from the first and the second delivery chamber.
  • volumetric having more than three pinions defining between them more two intake chambers and two discharge chambers.
  • This type of pump is commonly used in systems such as than internal combustion engines of motor vehicles, the lubrication requires high flow and pressure from low revs.
  • the three gears define two by two, two intake chambers and two delivery chambers.
  • the two gears operate in parallel, driving two separate oil flows.
  • the advantage of this operating mode is to double the flow rate of a conventional single-gear pump, by adding only the volume of a pinion.
  • a second operating mode there can be only one intake chamber and a single oil discharge chamber to the outside, the two other rooms being connected, so that the oil discharged by a first gear ensures the supply of the second.
  • An oil pump must ensure in good conditions the engine lubrication, over its entire speed and temperature range. Through elsewhere, it must be compact, silent, and consume the minimum energy, at both low and high temperatures.
  • the object of the invention is to obtain high flow rates in a positive displacement pump with double gears, while keeping a size scaled down.
  • the pump comprises a first communication valve between the first intake chamber and the second discharge chamber, and a second communication valve between the second intake chamber and the first intake chamber discharge.
  • the pump has a single communication valve between the first chamber on the one hand, and between the second intake chamber and the first discharge chamber of other go.
  • the invention also relates to a method for controlling a double gear positive displacement pump with two chambers inlet and two discharge chambers depending on its pressure discharge.
  • the pump has a first mode of operation in which the intake chambers and the repression are not in communication, and a second mode of operation in which part of the flow discharged by a second gear is returned to the intake chamber of the first gear.
  • the pump behaves like a conventional pump with two gears operating in parallel, i.e. with two chambers intake 4, 7 and two discharge chambers 6, 8.
  • the two valves 17, 18 are closed.
  • the oil enters through the central supply duct 9, and gets distributes between the two intake ducts 11, 12.
  • the two pinions 1 and 2 propel the oil to the first discharge chamber 6, and the two sprockets 2 and 3 propel the oil to the second delivery chamber 8. It is then forced back through the conduits 14 and 16 towards the central discharge 13.
  • the first valve 17 opens gradually. At least part of the flow from the second chamber discharge 8 being returned to the first intake chamber 4, the pump is in a first pressure regeneration phase (cf. figure 2), where the increase in pressure as a function of the speed is more lower than between 0 and S1.
  • the first valve 17 is fully open and close the intake duct 11.
  • the pressure supplied by the pump continues to rise with the engine speed. But all the flow of the second gear 2, 3 enters the first intake chamber 4 (at volumetric efficiency), at a pressure identical to that of the second delivery chamber 8, except for pressure losses. Only one gear of the pump delivers, so that the energy consumption is almost divided by two, while the exhaust pressure of the pump increases more faster depending on the speed than between S1 and S2.
  • the pump proposed by the invention is therefore a double pump classic gear with the particularity of having means orientation of the oil making it possible to short-circuit one of the discharge to the other intake chamber at a pressure equal to that of the discharge.
  • valve 19 In FIG. 6, corresponding to the first operating mode, the valve 19 is completely closed. In Figure 7, corresponding to second operating mode, it partially frees the passage between the second discharge chamber and the first intake chamber. On the Figure 8, in accordance with the third operating mode, this passage is completely open, establishing in chamber 4 the pressure of discharge. Finally, in Figure 9, the valve clears the entry of the second inlet duct 12, and part of the flow from the first chamber of delivery 6 is returned to the second intake chamber 7. Thanks to this arrangement, the single valve 19 therefore alone performs the functions previously provided by the two valves 17, 18.
  • valve (s) proposed by the invention allows (tent) short-circuit one of the pump's outlets towards the intake to a pressure equal to that of the discharge. This measure saves power consumed by the pump in the operating phases of this one where the pressure is high and where the engine does not need all the pump flow, for example when the engine is cold.

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Abstract

Pompe volumétrique à double engrenage (1, 2 ; 2, 3) comprenant trois pignons de pompage (1, 2, 3) définissant deux chambres d'admission (4, 7) et deux chambres de refoulement (6, 8), un conduit d'alimentation central (9) relié à deux conduits d'admission (11, 12) débouchant respectivement dans la première et dans la seconde chambre d'admission, et un conduit de refoulement central (13) réunissant deux conduits de refoulement (14, 16) issus respectivement de la première et de la seconde chambre de refoulement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'orientation du fluide de pression (17, 18 ; 19) capables de mettre en communication les chambres d'admission et les chambres de refoulement.

Description

La présente invention se rapporte au domaine des pompes volumétriques, c'est à dire dont le débit théorique est proportionnel à la vitesse, utilisées notamment pour la lubrification des moteurs à combustion interne de véhicules routiers.
Elle trouve une application privilégiée, mais non exclusive sur une pompe volumétrique à double engrenage comprenant trois pignons de pompage définissant deux chambres d'admission et deux chambres de refoulement, un conduit d'alimentation central relié à deux conduits d'admission débouchant respectivement dans la première et dans la seconde chambre d'admission, et un conduit de refoulement central réunissant deux conduits de refoulement issus respectivement de la première et de la seconde chambre de refoulement.
Toutefois cette invention s'applique également à toute pompe volumétriques possédant plus de trois de pignons définissant entre eux plus de deux chambres d'admission et de deux chambres de refoulement.
Ce type de pompe est utilisé habituellement dans des systèmes, tels que des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles, dont la lubrification nécessite un débit et une pression élevés dès les bas régimes.
Dans une telle pompe, un premier pignon menant engrène avec un second pignon mené, entraínant lui-même un troisième pignon mené. Les trois pignons définissent deux à deux, deux chambres d'admission et deux chambres de refoulement. Une telle pompe dispose de plusieurs possibilités de fonctionnement, dont notamment les deux modes suivants.
Selon un premier mode de fonctionnement, où les quatre chambres sont indépendantes, les deux engrenages fonctionnent en parallèle, en refoulant deux flux d'huile distincts. L'intérêt de ce mode de fonctionnement est de doubler le débit d'une pompe conventionnelle à simple engrenage, en rajoutant seulement le volume d'un pignon.
Selon un second mode de fonctionnement, on peut avoir une seule chambre d'admission et une seule chambre de refoulement d'huile vers l'extérieur, les deux autres chambres étant mises en communication, de sorte que l'huile refoulée par un premier engrenage assure l'alimentation du second.
De façon générale, lorsque le fluide à pomper a une faible viscosité, les fuites internes de la pompe et du moteur associé nécessitent de forts débits par tour de pompe (c'est à dire une pompe de grosse cylindrée), de façon à compenser ces pertes.
bans le cas particulier de la lubrification des moteurs à combustion interne, les pompes volumétriques posent des problèmes d'utilisation : d'une part, la plage de viscosité de l'huile est très étendue, en raison des variations de température du moteur, et d'autre part la plage de vitesse de rotation de la pompe, directement liée au régime du moteur, est également très étendue.
Une pompe à huile doit assurer dans de bonnes conditions la lubrification du moteur, sur toute sa plage de régime et de température. Par ailleurs, elle doit être compacte, silencieuse, et consommer le minimum d'énergie, à basse comme à haute température.
Les moteurs ont besoin d'un débit d'huile important pour être lubrifiés correctement dans toutes leurs conditions de fonctionnement. Généralement, les élévations de débit requises par les évolutions des moteurs sont obtenues en augmentant la cylindrée de la pompe.
Or, ces augmentations de cylindrée n'ont de réel intérêt qu'aux hautes températures d'huile (120°C - 150°C), car en dessous de ces températures, le besoin en huile se réduit. En augmentant la cylindrée, on a donc, dans certaines situations, une pression d'huile dans le moteur, supérieure au juste nécessaire.
En effet, le rendement des pompes volumétriques étant faible dans les plages de régime faible et moyen (environ jusqu'à 2000 tours /minute), les pompes doivent être dimensionnées en fonction de ce fonctionnement défavorable, et donc surdimensionnées aux régimes élevés.
La taille des pompes à huile étant directement liée à leur cylindrée, les pompes sont donc de plus en plus encombrantes. Par ailleurs, plus les pompes sont volumineuses, plus elles sont bruyantes, car la quantité d'huile pulsée dans les engrenages augmente avec la cylindrée.
L'invention a pour but d'obtenir des débits importants dans une pompe volumétrique à double engrenage, tout en conservant une taille réduite.
Dans ce but, elle propose de tirer profit de différentes combinaisons possibles entre les chambres d'admission et de refoulement pour réduire la cylindrée de la pompe. Ces combinaisons sont obtenues grâce à la présence de moyens d'orientation du fluide de pression entre les différentes chambres, plus précisément, entre les chambres d'admission et les chambres de refoulement.
Selon un premier mode de réalisation, la pompe comporte un premier clapet de communication entre la première chambre d'admission et la seconde chambre de refoulement, et un second clapet de communication entre la seconde chambre d'admission et la première chambre de refoulement.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, la pompe comporte un seul clapet de communication entre la première chambre d'admission et la seconde chambre de refoulement d'une part, et entre la seconde chambre d'admission et la première chambre de refoulement d'autre part.
L'invention concerne également un procédé de commande d'une pompe volumétrique à double engrenage comportant deux chambres d'admission et deux chambres de refoulement en fonction de sa pression de refoulement.
Selon ce procédé, la pompe dispose d'un premier mode de fonctionnement dans lequel les chambres d'admission et les chambres de refoulement ne sont pas en communication, et d'un second mode de fonctionnement dans lequel une partie du débit refoulé par un second engrenage est renvoyée vers la chambre d'admission du premier engrenage.
Elle peut également disposer d'un troisième mode de fonctionnement dans lequel tout le débit refoulé par ce second engrenage est refoulée vers la chambre d'admission du premier engrenage, et d'un quatrième mode de fonctionnement dans lequel tout le débit refoulé par le second engrenage est refoulé vers la chambre d'admission du premier engrenage, et une partie du débit refoulé par le premier engrenage est renvoyée vers la chambre d'admission du second engrenage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de celle-ci, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
  • les figures 1 à 4 montrent schématiquement le fonctionnement de la pompe proposée par l'invention,
  • la figure 5 illustre son fonctionnement, et
  • les figures 6 à 9 illustrent un mode de réalisation particulier de celle-ci. La pompe volumétrique à double engrenage des figures 1 à 4 comporte trois pignons 1, 2, 3, dont un premier pignon menant 1 engrenant avec un second pignon mené 2 de façon à constituer un premier engrenage 1, 2, et un second pignon mené engrenant avec le premier pignon mené, de façon à constituer un second engrenage 2, 3. Le premier engrenage 1, 2 présente une première chambre d'admission 4 et une première chambre de refoulement 6. Le second engrenage présente une seconde chambre d'admission 7 et une seconde chambre de refoulement 8. Les deux chambres d'admission 4, 6 sont reliées à un conduit d'alimentation central 9 par deux conduits d'admission 11, 12. Un conduit de refoulement central 13 réunit deux conduits de refoulement 14, 16, issus respectivement de la première et de la seconde chambre de refoulement 6, 8.Conformément à l'invention, la pompe comporte des moyens d'orientation du fluide de pression, capables de mettre en communication les chambres d'admission et les chambres de refoulement.Sur les figures 1 à 4, ces moyens d'orientation sont constitués par deux clapets 17, 18, pouvant respectivement mettre en communication la première chambre de refoulement 6 avec la seconde chambre d'admission 7, et la seconde chambre de refoulement 8 avec la première chambre d'admission 4.Conformément à l'invention, la pompe peut disposer des quatre modes de fonctionnement suivants.
  • un premier mode de fonctionnement dans lequel les chambres d'admission et les chambres de refoulement ne sont pas en communication directe, et les deux engrenages travaillent en parallèle,
  • un second mode de fonctionnement dans lequel une partie du débit refoulé par un second engrenage est renvoyée vers la chambre d'admission du premier engrenage,
  • un troisième mode de fonctionnement dans lequel tout le débit refoulé par ce second engrenage est refoulé vers la chambre d'admission du premier engrenage, et
  • un quatrième mode de fonctionnement dans lequel tout le débit refoulé par le second engrenage est refoulé vers la chambre d'admission du premier engrenage, et une partie du débit refoulé par le premier engrenage est renvoyée vers la chambre d'admission du second engrenage.
En se reportant à la figure 5, illustrant l'évolution de la pression débitée par la pompe, en fonction du régime moteur, on distingue trois seuils de pression S1, 52, 53, qui définissent sur le graphe quatre zones correspondant aux modes de fonctionnement indiqués ci-dessus.
Dans la première zone de fonctionnement, entre P = 0 et P = S1 (cf. figure 1), la pompe se comporte comme une pompe conventionnelle à deux engrenages fonctionnant en parallèle, c'est à dire avec deux chambres d'admission 4, 7 et deux chambres de refoulement 6, 8. Les deux clapets 17, 18 sont fermés. L'huile entre par le conduit d'alimentation central 9, et se répartit entre les deux conduits d'admission 11, 12. Les deux pignons 1 et 2 propulsent l'huile vers la première chambre de refoulement 6, et les deux pignons 2 et 3 propulsent l'huile vers la seconde chambre de refoulement 8. Elle est ensuite refoulée par les conduits 14 et 16 vers le conduit de refoulement central 13.
Entre S1 et S2 (cf. figure 2), le premier clapet 17 s'ouvre progressivement. Au moins une partie du débit issu de la seconde chambre de refoulement 8 étant renvoyée vers la première chambre d'admission 4, la pompe se trouve dans une première phase de régénération de pression (cf. figure 2), où l'augmentation de la pression en fonction du régime est plus faible qu'entre 0 et S1.
Entre S2 et S3 (cf. figure 3), le premier clapet 17 est complètement ouvert et ferme le conduit d'admission 11. La pression fournie par la pompe continue à s'élever avec le régime du moteur. Mais tout le débit du second engrenage 2, 3 rentre dans la première chambre d'admission 4 (au rendement volumétrique près), à une pression identique à celle de la seconde chambre de refoulement 8, aux pertes de charge près. Seul un engrenage de la pompe débite, de sorte que la consommation d'énergie est presque divisée par deux, tandis que la pression à l'échappement de la pompe augmente plus vite en fonction du régime qu'entre S1 et S2.
Lorsque P > S3 (cf. figure 4), le second clapet 18 s'ouvre, et au moins une partie du débit de la première chambre refoulement 7 est renvoyée vers la seconde chambre d'admission 6, de sorte qu'au delà de S3, la pente de la courbe est plus faible qu'entre S2 et S3 (cf. figure 5). On se trouve alors dans une deuxième phase de régénération de débit.
La pompe proposée par l'invention est donc une pompe à double engrenage classique avec la particularité de posséder des moyens d'orientation de l'huile permettant de court-circuiter un des conduits de refoulement vers l'autre chambre d'admission à une pression égale à celle du refoulement.
Sur, les figures 6 à 9, correspondant respectivement aux mêmes modes de fonctionnement que les figures 1 à 4, les deux clapets sont remplacés par un clapet unique 19, qui remplace les deux clapets précédents.
Sur ces schémas, on reconnaít les trois pignons 1, 2, 3, les deux chambres d'admission 4, 7, les deux chambres de refoulement 6, 8, le conduit d'alimentation central 9, le conduit de refoulement central 13, le premier conduit d'admission 11 et les deux conduits de refoulement 14, 16. Quant au second conduit d'admission 12, il est ici représenté en pointillés pour des raisons de clarté.
Sur la figure 6, correspondant au premier mode de fonctionnement, le clapet 19 est complètement fermé. Sur la figure 7, correspondant au second mode de fonctionnement, il libère partiellement le passage entre la seconde chambre de refoulement et la première chambre d'admission. Sur la figure 8, conformément au troisième mode de fonctionnement, ce passage est complètement ouvert, établissant dans la chambre 4 la pression de refoulement. Enfin, sur la figure 9, le clapet dégage l'entrée du second conduit d'admission 12, et une partie du débit de la première chambre de refoulement 6 est renvoyé vers la seconde chambre d'admission 7. Grâce à cette disposition, le clapet unique 19 assure donc à lui seul les fonctions assurées précédemment par les deux clapets 17, 18.
En résumé, le ou les clapet(s) proposé(s) par l'invention permet(tent) de court-circuiter un des refoulements de la pompe vers l'admission à une pression égale à celle du refoulement. Cette mesure assure une économie de puissance consommée par la pompe dans les phases de fonctionnement de celle-ci où la pression est élevée et où le moteur n'a pas besoin de tout le débit de la pompe, par exemple quand le moteur est froid.

Claims (9)

  1. Pompe volumétrique à double engrenage (1, 2 ; 2, 3) comprenant trois pignons de pompage (1, 2, 3) définissant deux chambres d'admission (4, 7) et deux chambres de refoulement (6, 8), un conduit d'alimentation central (9) relié à deux conduits d'admission (11, 12) débouchant respectivement dans la première et dans la seconde chambre d'admission, et un conduit d'échappement central (13) réunissant deux conduits de refoulement (14, 16) issus respectivement de la première et de la seconde chambre de refoulement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'orientation du fluide de pression (17, 18 ; 19) capables de mettre en communication les chambres d'admission et les chambres de refoulement, de manière à renvoyer au moins une partie du débit issu de la seconde chambre de refoulement vers la première chambre d'admission.
  2. Pompe volumétrique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier clapet de communication (17) entre la première chambre d'admission (4) et la seconde chambre de refoulement (8), et un second clapet de communication (18) entre la seconde chambre d'admission (7) et la première chambre de refoulement (6).
  3. Pompe volumétrique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un seul clapet de communication (19) entre la première chambre d'admission (4) et la seconde chambre de refoulement (8) d'une part, et entre la seconde chambre d'admission (7) et la première chambre de refoulement (6) d'autre part.
  4. Procédé de commande d'une pompe volumétrique à double engrenage (1, 2 ; 2, 3) comportant deux chambres d'admission (4, 7) et deux chambres de refoulement (6, 8), en fonction de sa pression de refoulement, caractérisée en ce la pompe dispose d'un premier mode de fonctionnement dans lequel les chambres d'admission (4, 7) et les chambres de refoulement (6, 8) ne sont pas en communication, et d'un second mode de fonctionnement dans lequel au moins une partie de la pression refoulée par un second engrenage (2, 3) est renvoyée dans la chambre d'admission (4) du premier engrenage (1).
  5. Procédé de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pompe dispose d'un troisième mode de fonctionnement, dans lequel toute la pression refoulée par le second engrenage (2, 3) est refoulée dans la chambre d'admission (4) du premier engrenage (1, 2).
  6. Procédé de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pompe dispose d'un quatrième mode de fonctionnement, dans lequel toute la pression refoulée par le second engrenage (2, 3) est refoulée dans la chambre d'admission (4) du premier engrenage (1, 2), et une partie de la pression refoulée par ce dernier est renvoyée dans la chambre d'admission (7) du second engrenage (2, 3)
  7. Procédé de commande selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce le premier mode de fonctionnement est conservé en dessous d'un premier seuil de pression de refoulement S1, et en en ce que le second mode de fonctionnement est adopté entre le premier seuil S1 et un second seuil de pression S2 supérieur à S1.
  8. Procédé de commande selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que le troisième mode de fonctionnement est adopté entre le second seuil S2 de pression, et un troisième seuil et un troisième seuil S3 supérieur à S2.
  9. Procédé de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que le quatrième mode de fonctionnement est adopté au delà du troisième seuil de pression S3.
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