EP1267077B1 - Pompe volumétrique à double engrenage - Google Patents

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EP1267077B1
EP1267077B1 EP20020291491 EP02291491A EP1267077B1 EP 1267077 B1 EP1267077 B1 EP 1267077B1 EP 20020291491 EP20020291491 EP 20020291491 EP 02291491 A EP02291491 A EP 02291491A EP 1267077 B1 EP1267077 B1 EP 1267077B1
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chamber
delivery
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chambers
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Jean Cros
Gonzalo Portela Garnika
Denis Reverseau
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Renault SAS
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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 volumetric pumps, ie whose theoretical flow rate is proportional to the speed, used in particular for the lubrication of internal combustion engines of road vehicles.
  • a dual-gear volumetric pump comprising three pumping gears defining two intake chambers and two delivery chambers, a central supply duct connected to two inlet ducts opening respectively into the first and in the second inlet chamber, and a central discharge pipe joining two discharge pipes respectively from the first and the second discharge chamber.
  • this invention also applies to any volumetric pump having more than three gears defining between them more than two inlet chambers and two discharge chambers.
  • This type of pump is commonly used in systems, such as internal combustion engines of motor vehicles, whose lubrication requires a high flow and pressure at low speeds.
  • a first drive gear meshes with a second driven gear, driving itself a third driven gear.
  • the three gables define two by two, two intake chambers and two discharge chambers.
  • the two gears operate in parallel, in repressing two separate streams of oil.
  • the advantage of this mode of operation is to double the flow rate of a conventional single gear pump, by adding only the volume of a pinion.
  • the positive displacement pumps pose problems of use: on the one hand, the viscosity range of the oil is very wide, because of the variations of temperature of the engine, and on the other hand the speed range of the pump, directly related to the engine speed, is also very extensive.
  • An oil pump must ensure good lubrication of the engine over its entire operating range and temperature. Moreover, it must be compact, silent, and consume the minimum of energy, low and high temperature.
  • the efficiency of the positive displacement pumps being low in the low and medium speed ranges (approximately up to 2000 revolutions / minute), the pumps must be dimensioned according to this unfavorable operation, and therefore oversized at high speeds.
  • the size of the oil pumps being directly related to their capacity, the pumps are therefore more and more bulky. Moreover, the larger the pumps, the more they are noisy because the amount of pulsed oil in the gears increases with the cubic capacity.
  • the object of the invention is to obtain high flow rates in a dual gear volumetric pump, while keeping a small size.
  • 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 discharge chamber.
  • the pump comprises a single communication valve between the first chamber inlet and second discharge chamber on the one hand, and between the second inlet chamber and the first discharge chamber on the other.
  • the invention also relates to a method for controlling a dual-gear volumetric pump comprising two intake chambers and two discharge chambers depending on its delivery pressure as defined in claim 3.
  • the pump has a first mode of operation in which the intake chambers and the discharge chambers are not in communication, and a second mode of operation in which a portion of the flow discharged by a second gear is returned to the inlet chamber of the first gear.
  • It may also have a third mode of operation in which all the flow delivered by the second gear is discharged to the inlet chamber of the first gear, and a fourth operating mode in which all the flow discharged by the second gear.
  • the gear is pushed back to the inlet chamber of the first gear, and a portion of the flow delivered by the first gear is returned to the intake chamber of the second gear.
  • the pump behaves like a conventional pump with two gears operating in parallel, that is to say with two inlet chambers 4, 7 and two delivery chambers 6, 8.
  • the two valves 17, 18 are closed.
  • the oil enters through the central supply duct 9, and is distributed between the two intake ducts 11, 12.
  • the two pinions 1 and 2 propel the oil towards the first delivery chamber 6, and the two pinions 2 and 3 propel the oil to the second discharge chamber 8. It is then discharged through the conduits 14 and 16 to the central discharge pipe 13.
  • the first valve 17 opens gradually. At least part of the flow from the second chamber discharge 8 being returned to the first inlet chamber 4, the pump is in a first phase of pressure regeneration (cf. figure 2 ), where the increase in pressure as a function of the speed is lower than between 0 and S1.
  • the first valve 17 is fully open and closes 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 inlet chamber 4 (volumetric efficiency close), at a pressure identical to that of the second discharge chamber 8, the pressure losses close. Only one gear pump pumps, so the energy consumption is almost halved, while the pump exhaust pressure increases faster than the speed between S1 and S2.
  • the second valve 18 opens, and at least a portion of the flow of the first discharge chamber 6 is returned to the second intake chamber 7, so that beyond S3, the slope of the curve is more between S2 and S3 (cf. figure 5 ). We are then in a second phase of regeneration of flow.
  • the pump proposed by the invention is therefore a conventional double-gear pump with the particularity of having oil orientation means for short-circuiting one of the discharge pipes to the other inlet chamber at a pressure equal to that of repression.
  • the valve 19 On the figure 6 , corresponding to the first mode of operation, the valve 19 is completely closed. On the figure 7 , corresponding to the second mode of operation, it partially releases the passage between the second discharge chamber and the first inlet chamber. On the figure 8 according to the third mode of operation, this passage is completely open, establishing in the chamber 4 the discharge pressure. Finally, on the figure 9 the valve releases the inlet of the second intake duct 12, and a portion of the flow rate of the first discharge chamber 6 is returned to the second intake chamber 7. With this arrangement, the single valve 19 thus ensures only the functions previously performed by the two valves 17, 18.
  • valve (s) proposed (s) proposed by the invention allows (tent) to bypass one of the pump backs to the inlet at a pressure equal to that of the discharge. This measurement ensures a power saving consumed by the pump in the operating phases thereof where the pressure is high and where the motor does not need the full flow of the pump, for example when the engine is cold.

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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 concerne ainsi une pompe comme définit dans les préambules de la revendication 1. Une telle pompe est connue du document US-A-4 502 845 .
  • 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, entraînant 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 comme définit dans la revendication 3.
  • 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 apparaîtront 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, 7 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 6 est renvoyée vers la seconde chambre d'admission 7, 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 reconnaît 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 (8)

  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 et comportant 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, caractérisé 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).
  2. Pompe volumétrique selon le préambule de 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.
  3. Procédé de commande d'une pompe volumétrique selon la revendication 1 ou 2,
    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).
  4. Procédé de commande selon la revendication 3, 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).
  5. Procédé de commande selon la revendication 4, 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).
  6. Procédé de commande selon la revendication 3, 4 ou 5, 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.
  7. Procédé de commande selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le troisième mode de fonctionnement est adopté entre le second seuil 52 de pression, et un troisième seuil et un troisième seuil S3 supérieur à 52.
  8. Procédé de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que le quatrième mode de fonctionnement est adopté au delà du troisième seuil de pression 53.
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