FR2681906A1 - Centrifugal pump for a combustion engine coolant circuit - Google Patents
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Abstract
Description
POMPE CENTRIFUGE POUR CIRCUIT DE LIOUIDE DE
REFROIDISSEMENT DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
La présente invention se - rapporte aux moteurs à combustion interne à refroidissement par liquide et notamment par eau, équipant les véhicules routiers et elle vise plus particulièrement une pompe à eau centrifuge bien adaptée à ceux-ci. CENTRIFUGAL PUMP FOR LIQUID CIRCUIT
COOLING OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE
The present invention relates to internal combustion engines cooled by liquid and in particular by water, equipping road vehicles and it relates more particularly to a centrifugal water pump well suited to these.
Généralement les circuits de refroidissement utilisant un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, comporte une pompe centrifuge entraînée directement par le moteur. Il en résulte que la vitesse d'entraînement et donc le débit de la pompe sont proportionnels au régime du moteur. Generally the cooling circuits using a coolant, such as water, include a centrifugal pump driven directly by the engine. As a result, the drive speed and therefore the pump flow rate are proportional to the engine speed.
Etant donné que la pompe est dimensionnée pour répondre aux besoins du moteur fonctionnant à pleine charge sous les conditions ambiantes les plus sévères imposées par le cahier des charges, dans de nombreux autres cas de fonctionnement du moteur la pompe a un débit inadapté générateur de surconsommation énergétique et de défaillance mécanique du moteur. Given that the pump is sized to meet the needs of the engine operating at full load under the most severe ambient conditions imposed by the specifications, in many other cases of engine operation the pump has an unsuitable flow rate generating excess energy consumption and mechanical engine failure.
Pour pallier ces inconvénients on a utilisé des pompes entraînées électriquement et équipées de moteurs à régimes variables de manière à ajuster le débit au besoin du moteur mais le coût et le manque de fiabilité de ces appareils en a limité l'application. To overcome these drawbacks, electrically driven pumps have been used, fitted with variable speed motors so as to adjust the flow rate if necessary, but the cost and unreliability of these devices have limited their application.
La présente invention a pour but d'ajuster le débit de la pompe au besoin du moteur d'une manière simple, fiable et économique. The object of the present invention is to adjust the flow rate of the pump to the needs of the motor in a simple, reliable and economical manner.
La pompe centrifuge selon l'invention est destinée à un circuit de liquide de refroidissement de moteur à combustion interne, équipant notamment les véhicules routiers. elle comporte un corps pourvu d'une chambre de pompage dans laquelle est disposé un rotor muni d'une pluralité d'aubes entraînées mécaniquement à partir de l'arbre moteur, ladite chambre comportant un élément de paroi latérale s'étendant au voisinage de la surface de révolution décrite par les aubes du rotor. The centrifugal pump according to the invention is intended for a coolant circuit of an internal combustion engine, fitted in particular to road vehicles. it comprises a body provided with a pumping chamber in which is disposed a rotor provided with a plurality of vanes mechanically driven from the motor shaft, said chamber comprising a side wall element extending in the vicinity of the surface of revolution described by the rotor blades.
Selon l'invention, la pompe centrifuge est caractérisée en ce que ledit élément de paroi est monté mobile dans un logement dudit corps adjacent à ladite chambre de pompage et en ce qu'elle comporte un dispositif actionneur pour déplacer ledit élément de paroi, de manière à pouvoir ajuster la distance séparant l'élément de paroi et la surface de révolution décrite par les aubes et ainsi à agir sur le rendement de la pompe, ledit dispositif étant piloté à partir d'un ou plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur. According to the invention, the centrifugal pump is characterized in that said wall element is movably mounted in a housing of said body adjacent to said pumping chamber and in that it comprises an actuator device for moving said wall element, so to be able to adjust the distance separating the wall element and the surface of revolution described by the blades and thus to act on the efficiency of the pump, said device being controlled from one or more operating parameters of the motor.
Selon une autre caractéristique de la pompe selon l'invention, le dispositif actionneur est piloté par la seule température du liquide de refroidissement traversant la chambre de pompage. According to another characteristic of the pump according to the invention, the actuator device is controlled by the sole temperature of the coolant passing through the pumping chamber.
Selon une autre caractéristique de la pompe selon l'invention, le dispositif actionneur est formé par des moyens de poussée thermo-sensibles en appui contre ledit élément de paroi. According to another characteristic of the pump according to the invention, the actuator device is formed by thermosensitive thrust means pressing against said wall element.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention lesdits moyens de poussée sont formés d'au moins un thermo-poussoir à cire, comprenant un boîtier dans lequel un piston est monté coulissant, une chambre de pression remplie de cire s'étendant entre le fond du boîtier et le piston, le boîtier étant logé dans un alésage débouchant dans le dit logement de façon que l'extrémité libre du piston soit apte à venir au contact de l'élément de paroi. According to a preferred embodiment of the invention, said pushing means are formed by at least one wax thermo-pusher, comprising a housing in which a piston is mounted to slide, a pressure chamber filled with wax extending between the bottom of the housing and the piston, the housing being housed in a bore opening into said housing so that the free end of the piston is capable of coming into contact with the wall element.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la température de déclenchement dudit thermo-poussoir est comprise entre 80 et 900C. According to another characteristic of the invention, the triggering temperature of said thermo-pusher is between 80 and 900C.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit logement comporte des butées délimitant les déplacements dudit élément de paroi. According to another characteristic of the invention, said housing includes stops delimiting the movements of said wall element.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier dudit thermo-poussoir est repoussé en appui contre un épaulement de l'alésage par l'action d'un ressort de rappel de grande raideur en appui contre le fond dudit alésage. According to another characteristic of the invention, the housing of said thermo-pusher is pushed into abutment against a shoulder of the bore by the action of a return spring of great stiffness in abutment against the bottom of said bore.
Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits moyens de poussée sont baignés par un flux de liquide de refroidissement à partir d'un circuit de dérivation spécifique de manière à mettre lesdits moyens de poussée à la température du liquide de refroidissement. According to another characteristic of the invention, said thrust means are immersed in a flow of coolant from a specific bypass circuit so as to bring said thrust means to the temperature of the coolant.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit circuit comprend un premier canal reliant la sortie de la chambre de pompage audit alésage et un second canal reliant ledit alésage à l'entrée de la chambre de pompage. According to another characteristic of the invention, said circuit comprises a first channel connecting the outlet of the pumping chamber to said bore and a second channel connecting said bore to the inlet of the pumping chamber.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé dans lequel
la figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale de la pompe centrifuge selon l'invention
la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 précisant le fonctionnement de ladite pompe.Other characteristics and advantages of the invention will be highlighted in the following description given by way of nonlimiting example with reference to the appended drawing in which
Figure 1 is a partial view in longitudinal section of the centrifugal pump according to the invention
Figure 2 is a view similar to Figure 1 detailing the operation of said pump.
La figure 1 représente en détail une forme de réalisation d'une pompe à eau utilisée dans le système de refroidissement d'un moteur à combustion interne, équipant notamment les véhicules routiers. FIG. 1 shows in detail an embodiment of a water pump used in the cooling system of an internal combustion engine, fitted in particular to road vehicles.
La pompe comporte un corps de pompe (1) pièce principale formant l'enveloppe externe de la pompe. Une chambre de pompage (4) est ménagée à l'intérieur du corps (1). Un arbre allongé (3) tourillonne dans le corps (1). Une extrémité de l'arbre (3a) se termine à 11 intérieur du corps (1) et supporte de façon classique une turbine ou rotor (2). Le rotor (2) présente un moyeu (2a) qui entoure l'extrémité (3a) de l'arbre à laquelle il est fixé . Une plaque annulaire pleine (2b) est assujettie au moyeu (2a) et s'étend radialement. The pump comprises a pump body (1) main part forming the outer casing of the pump. A pumping chamber (4) is provided inside the body (1). An elongated shaft (3) rotates in the body (1). One end of the shaft (3a) ends inside the body (1) and conventionally supports a turbine or rotor (2). The rotor (2) has a hub (2a) which surrounds the end (3a) of the shaft to which it is fixed. A solid annular plate (2b) is attached to the hub (2a) and extends radially.
Plusieurs aubes (2c) sont disposées symétriquement sur la plaque (2b) de laquelle elles font saillies.Several blades (2c) are arranged symmetrically on the plate (2b) from which they project.
Les aubes se trouvent disposées dans la chambre (4), entre l'entrée (4a) et la: sortie non figurée de la chambre (4). The blades are located in the chamber (4), between the inlet (4a) and the: not shown outlet from the chamber (4).
Le nombre, la dimension et la forme des aubes (2c) logées dans la chambre (4) dépendent du type de liquide de refroidissement utilisé, de la configuration de la chambre de pompage et du débit désiré. The number, size and shape of the blades (2c) housed in the chamber (4) depend on the type of coolant used, the configuration of the pumping chamber and the desired flow rate.
La pompe comporte les joints et paliers nécessaires pour l'arbre (3). Comme cela n'est pas figuré, l'arbre est entraîné par un pignon approprié ou dispositif analogue monté sur son extrémité qui est à l'opposé de l'extrémité (3a) supportant le rotor (2). The pump has the seals and bearings necessary for the shaft (3). As not shown, the shaft is driven by a suitable pinion or similar device mounted on its end which is opposite the end (3a) supporting the rotor (2).
La chambre de pompage (4) comporte une paroi latérale de révolution (5) encore appelée contre aubage, qui s'étend au voisinage de la surface de révolution décrite par les aubes (2c) du rotor en tournant L'espace entre la paroi et les aubes constitue ltentrefer (6) dont les dimensions influent directement sur le débit de la pompe. The pumping chamber (4) comprises a lateral wall of revolution (5) also called counterblade, which extends in the vicinity of the surface of revolution described by the blades (2c) of the rotor by rotating the space between the wall and the blades constitute the air gap (6) whose dimensions directly influence the flow rate of the pump.
Conformément à l'invention la paroi formant le contre aubage (5) est montée mobile en translation axiale à l'intérieur d'un logement (11), de manière à pouvoir faire varier l'entrefer et donc le débit de la pompe et ce indépendamment de l'action de l'arbre d'entraînement (3). Le logement (11) comporte des butées (12) délimitant avec le fond du logement les déplacements dudit élément de paroi (5), de manière à contrôler les variations de l'entrefer et éviter le contact entre la paroi (5) et les aubes (2c). According to the invention, the wall forming the counterblade (5) is mounted movable in axial translation inside a housing (11), so as to be able to vary the air gap and therefore the flow rate of the pump and this regardless of the action of the drive shaft (3). The housing (11) has stops (12) delimiting with the bottom of the housing the movements of said wall element (5), so as to control the variations in the air gap and avoid contact between the wall (5) and the blades (2c).
Pour déplacer la paroi (5), des moyens de poussée formés par des thermo-poussoirs à cire sont disposés derrière la paroi. To move the wall (5), pushing means formed by wax thermo-pushers are arranged behind the wall.
Les thermo-poussoirs sont constitués par un boîtier (7a) dans lequel un piston (7b) est monté coulissant, une chambre de pression remplie de cire s'étendant entre le fond du boîtier (7a) et le piston (7b), le boîtier (7a) étant logé dans un alésage adapté (10) débouchant dans le logement (11) de façon que l'extrémité libre du piston (7b) soit apte à venir au contact de la paroi (5). Le boîtier (7a) est repoussé en appui contre un épaulement (13) de l'alésage (10) sous l'action d'un ressort de rappel (9) de grande raideur en appui respectivement contre le fond de l'alésage (10) et contre le fond du boîtier (7a). The thermo-pushers consist of a housing (7a) in which a piston (7b) is slidably mounted, a pressure chamber filled with wax extending between the bottom of the housing (7a) and the piston (7b), the housing (7a) being housed in a suitable bore (10) opening into the housing (11) so that the free end of the piston (7b) is able to come into contact with the wall (5). The housing (7a) is pushed back against a shoulder (13) of the bore (10) under the action of a return spring (9) of great stiffness bearing respectively against the bottom of the bore (10 ) and against the bottom of the housing (7a).
Les thermo-poussoirs à cire (7) sont maintenus en permanence à la température du liquide de refroidissement traversant la pompe, ce dernier baignant les boîtiers (7a) par l'intermédiaire de circuits de dérivation (8) alimentant les alésages (10). Ces circuits (8) comprennent essentiellement un premier canal (8b) reliant la sortie de la chambre de pompage (4) à alésage (10) associé et un second canal (8a) reliant ledit alésage (10) à l'entrée (4a) de la chambre de pompage (4). The wax thermo-pushers (7) are permanently maintained at the temperature of the coolant passing through the pump, the latter bathing the housings (7a) by means of bypass circuits (8) supplying the bores (10). These circuits (8) essentially comprise a first channel (8b) connecting the outlet of the pumping chamber (4) to associated bore (10) and a second channel (8a) connecting said bore (10) to the inlet (4a) of the pumping chamber (4).
Conformément à la description donnée cidessus et conformément aux figures 1 et 2, le fonctionnement de la pompe centrifuge selon l'invention est le suivant. In accordance with the description given above and in accordance with Figures 1 and 2, the operation of the centrifugal pump according to the invention is as follows.
Tant que le liquide de refroidissement n'atteint pas la température de déclenchement de la cire contenue dans les thermo-poussoirs (7), confère figure 2, la paroi (5) est soumise à la seule pression du liquide de refroidissement régnant dans la chambre (4). La paroi (5) se trouve de ce fait repoussée au fond de son logement (11), l'entrefer étant à sa valeur maximale. As long as the coolant does not reach the triggering temperature of the wax contained in the thermo-pushers (7), see FIG. 2, the wall (5) is subjected to the only pressure of the coolant prevailing in the chamber. (4). The wall (5) is therefore pushed back to the bottom of its housing (11), the air gap being at its maximum value.
Cette valeur de l'entrefer est prédéterminée de façon à générer un faible débit, ce qui permet une montée rapide en température du moteur et donc de meilleures performances de ce dernier notamment en terme d'émission de polluants. This value of the air gap is predetermined so as to generate a low flow rate, which allows a rapid rise in temperature of the engine and therefore better performance of the latter in particular in terms of emission of pollutants.
Lorsque la température de déclenchement est atteinte, la dilatation de la cire contenue dans les chambre de pression entraîne le déplacement des pistons (7b) qui repoussent la paroi (5) en direction des aubes (2c) contre la pression du liquide de refroidissement contenu dans la chambre (4). La paroi (5) se rapproche jusqu'à venir en appui contre les butées (12), confère figure 1. La dilatation supplémentaire de la cire est alors absorbée par les ressorts (9), le déplacement des pistons (7b) opèrant alors le déplacement des boîtiers. When the triggering temperature is reached, the expansion of the wax contained in the pressure chambers causes the pistons (7b) to move, which push the wall (5) towards the blades (2c) against the pressure of the coolant contained in the bedroom (4). The wall (5) approaches until it comes to bear against the stops (12), gives FIG. 1. The additional expansion of the wax is then absorbed by the springs (9), the displacement of the pistons (7b) then operating moving the boxes.
La diminution de l'entrefer entraîne une augmentation des performances de la pompe et notamment de son débit. Cette augmentation du débit augmente 11 évacuation des calories et répond ainsi à l'augmentation de la température du liquide de refroidissement. The reduction in the air gap results in an increase in the performance of the pump and in particular in its flow rate. This increase in flow increases the evacuation of calories and thus responds to the increase in the temperature of the coolant.
La pompe suivant l'invention permet donc l'obtention d'un débit variable et ce grâce au déplacement de l'entrefer qui augmente ou decroit en fonction de la température du liquide de refroidissement. Il est donc possible d'adapter les performances débits, pressions et puissances de la pompe indépendamment de la vitesse d'entraînement de l'arbre (3). The pump according to the invention therefore makes it possible to obtain a variable flow rate, thanks to the displacement of the air gap which increases or decreases as a function of the temperature of the coolant. It is therefore possible to adapt the flow, pressure and power performances of the pump independently of the drive speed of the shaft (3).
Le paramètre de fonctionnement du moteur choisi pour piloter la valeur de l'entrefer est la température car il représente bien les besoins en refroidissement du moteur et présente l'intérêt d'être facilement accessible. The operating parameter of the engine chosen to control the value of the air gap is the temperature because it well represents the cooling needs of the engine and has the advantage of being easily accessible.
Le choix de la cire contenue dans les thermo-poussoirs est effectué de façon à choisir la température de déclenchement comprise entre 80 et 900C, on pourra toutefois affiner ce choix en fonction des caractéristiques de fonctionnement du moteur considéré. The choice of the wax contained in the thermo-pushers is made so as to choose the triggering temperature between 80 and 900C, it will however be possible to refine this choice according to the operating characteristics of the engine considered.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre.d'exemples. Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and illustrated, which has been given only as examples.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. On the contrary, the invention includes all the technical equivalents of the means described and their combinations if these are carried out according to the spirit.
Ainsi il est possible de ne déplacer qu'une partie de la paroi de contre aubage. Seul dans cette réalisation un élément de paroi serait donc soumis à l'action de moyens de poussée thermosensibles. Thus it is possible to move only a part of the counterblow wall. Only in this embodiment a wall element would therefore be subjected to the action of heat-sensitive pushing means.
Ainsi il est possible de prendre en compte d'autres paramètres de fonctionnement du moteur en plus de la température pour piloter le déplacement de la paroi formant contre aubage. Thus it is possible to take into account other operating parameters of the engine in addition to the temperature to control the movement of the wall forming against blading.
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