FR2706541A1

FR2706541A1 - Method for regulating the pressure and delivery flow rate of a positive-displacement pump, and positive-displacement pump for implementing the method

Info

Publication number: FR2706541A1
Application number: FR9307075A
Authority: FR
Inventors: Pernet Jean Paul
Original assignee: Renault Vehicules Industriels SA
Current assignee: Renault Trucks SAS
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-12-23
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: FR2706541B1

Abstract

The method for regulating the pressure and delivery flow rate of a positive-displacement pump with fixed cylinder capacity consists in determining a reference pressure, in creating within the pump recirculation of a part of the pumping liquid from the delivery outlet (3) to the intake opening (2) when the delivery pressure is greater than or equal to the reference pressure, and in eliminating the recirculation if the delivery pressure is below the reference pressure. Application to the lubrication oil circuit of internal combustion engines for vehicles.

Description

Procédé de régulation de la pression et du débit de refoulement d'une pompe volumétrique et pompe volumétrique pour la mise en oeuvre du procédé. Method for regulating the pressure and the discharge flow rate of a positive displacement pump and positive displacement pump for implementing the method.

La présente invention concerne un procédé de régulation de la pression et du débit de refoulement d'une pompe volumétrique à cylindrée fixe, ainsi qu'une pompe volumétrique permettant de débiter un liquide avec une pression de refoulement inférieure ou égale à une valeur prédéterminée. The present invention relates to a method for regulating the pressure and the delivery rate of a positive displacement displacement pump, as well as a positive displacement pump for delivering a liquid with a delivery pressure less than or equal to a predetermined value.

Les pompes volumétriques sont couramment utilisées dans de nombreux secteurs industriels. Dans une application particulière de pompage d'une huile lubrifiante pour un moteur à combustion interne équipant un véhicule, il est nécessaire de contrôler la pression d'huile dans le circuit de lubrification pour ne pas dépasser une pression limite de sécurité. La plupart du temps, ltentraînement de la pompe est assuré par le moteur pour lequel l'huile de lubrification est destiné. Positive displacement pumps are commonly used in many industrial sectors. In a particular application for pumping a lubricating oil for an internal combustion engine fitted to a vehicle, it is necessary to control the oil pressure in the lubrication circuit so as not to exceed a safety limit pressure. Most of the time, the pump is driven by the motor for which the lubricating oil is intended.

Or, le débit d'huile de refoulement de la pompe volumétrique est proportionnel à la cylindrée de la pompe et est fonction du régime d'entraînement de la pompe. n en résulte que le régime élevé du moteur d'entrainement de la pompe impose un débit important de refoulement d'huile de lubrification qui risque de provoquer une pression trop forte dans le circuit de lubrification.However, the delivery oil flow from the positive displacement pump is proportional to the displacement of the pump and is a function of the drive regime of the pump. As a result, the high speed of the pump drive motor imposes a high flow rate of lubrication oil delivery which risks causing too much pressure in the lubrication circuit.

Pour éviter une pression exagérée dans le circuit de lubrification, on utilise généralement un clapet de régulation à l'aval de la pompe. To avoid excessive pressure in the lubrication circuit, a regulating valve is generally used downstream of the pump.

Lors d'une surpression de refoulement, le clapet de régulation s'ouvre et décharge une partie de l'huile dans un bac d'huile situé en bas du moteur.During a discharge overpressure, the control valve opens and discharges part of the oil in an oil tank located at the bottom of the engine.

Cette technique ne permet pas de donner entière satisfaction dans la pratique, car elle ne permet pas de réguler de façon précise la pression d'huile dans le circuit de lubrification en tenant compte du régime moteur, de la température d'huile et des fonctions spécifiques telles que le pilotage d'avance automatique du clapet. De plus, l'utilisation du clapet de régulation provoque un bruit supplémentaire et des émulsions dans le bac d'huile. En outre, le clapet de régulation à l'aval de la pompe n'influence pas la puissance d'entraînement de la pompe qui évolue en fonction de son régime d'entraînement, de la température de l'huile et de la pression de refoulement de la pompe. Il en résulte un gaspillage d'énergie de la pompe. This technique does not give full satisfaction in practice, because it does not allow precise regulation of the oil pressure in the lubrication circuit taking into account the engine speed, oil temperature and specific functions such as automatic valve advance control. In addition, the use of the control valve causes additional noise and emulsions in the oil tank. In addition, the control valve downstream of the pump does not influence the drive power of the pump, which changes according to its drive speed, the oil temperature and the discharge pressure. of the pump. This results in wasted energy from the pump.

On connaît par la demande de brevet allemand nO 3840909 (VOLKSWAGEN AG) une pompe à pignons à régulation de débit. Known from German patent application No. 3840909 (VOLKSWAGEN AG) a pinion pump with flow control.

Selon la technique décrite, on fait varier l'entraxe entre les deux pignons de la pompe, en fonction de la pression de refoulement, par le déplacement latéral du pignon entraîné reposé sur un corps mobile élastiquement. Cependant, cette technique est difficile à mettre en oeuvre, car l'engrènement des pignons dont l'entraxe varie provoque nécessairement des usures rapides des dents de pignon qui ont pour conséquence une dégradation rapide des caractéristiques de pompage de la pompe.According to the technique described, the distance between the two pinions of the pump is varied, as a function of the discharge pressure, by the lateral displacement of the driven pinion rested on an elastically movable body. However, this technique is difficult to implement, because the meshing of the pinions whose spacing varies necessarily causes rapid wear of the pinion teeth which results in rapid degradation of the pumping characteristics of the pump.

La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des techniques classiques exposées ci-dessus en proposant un procédé et une pompe permettant de réguler la pression et le débit de refoulement de manière précise, économique et fiable. The object of the present invention is to remedy the drawbacks of the conventional techniques set out above by proposing a method and a pump making it possible to regulate the pressure and the delivery rate in a precise, economical and reliable manner.

L'invention peut être réalisée à partir d'une pompe volumétrique à cylindrée non variable comprenant une ouïe d'aspiration du liquide de pompage et une ouïe de refoulement du liquide. The invention can be carried out from a non-variable displacement positive displacement pump comprising a suction inlet for the pumping liquid and a discharge outlet for the liquid.

Selon l'invention, le procédé de régulation de la pression et du débit de refoulement de la pompe consiste à déterminer une pression de référence, à créer à l'intérieur de la pompe un recyclage d'une fraction du liquide de pompage depuis l'ouïe de refoulement vers l'ouïe d'aspiration lorsque la pression de refoulement est supérieure ou égale à la pression de référence, et à supprimer le recyclage si la pression de refoulement est inférieure à la pression de référence. According to the invention, the method for regulating the pressure and the delivery rate of the pump consists in determining a reference pressure, in creating inside the pump a recycling of a fraction of the pumping liquid from the discharge port to the suction port when the discharge pressure is greater than or equal to the reference pressure, and to eliminate recycling if the discharge pressure is lower than the reference pressure.

La pression de référence peut être déterminée en fonction de la pression du liquide en un point du circuit alimenté par la pompe ou au moyen d'un asservissement du moteur d'entraînement de la pompe. Des moyens élastiques, tels que ressorts, peuvent être utilisés pour définir la pression de référence. The reference pressure can be determined as a function of the pressure of the liquid at a point on the circuit supplied by the pump or by means of a servo-control of the pump drive motor. Elastic means, such as springs, can be used to define the reference pressure.

La pompe volumétrique à cylindrée fixe, selon l'invention, comprend une ouïe d'aspiration du liquide de pompage, une ouïe de refoulement du liquide, des moyens pour transférer le liquide depuis l'ouïe d'aspiration vers l'ouïe de refoulement, un passage interne reliant directement les ouies d'aspiration et de refoulement, des moyens mobiles d'obturation dudit passage, et des moyens de commande pour déplacer les moyens d'obturation de façon à fermer le passage lorsque la pression de refoulement du liquide est inférieure à une pression de référence prédéterminée, et à ouvrir le passage lorsque la pression de refoulement est supérieure ou égale à la pression de référence. The fixed displacement positive displacement pump, according to the invention, comprises a suction inlet for the pumping liquid, a discharge outlet for the liquid, means for transferring the liquid from the suction outlet to the discharge outlet, an internal passage directly connecting the suction and discharge outlets, mobile means for closing said passage, and control means for moving the closure means so as to close the passage when the liquid delivery pressure is lower at a predetermined reference pressure, and opening the passage when the discharge pressure is greater than or equal to the reference pressure.

L'invention sera mieux comprise à ltétude de la description détaillée d'un exemple de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustré par des dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est une vue schématique d'une pompe volumétrique selon l'invention,
la figure 2 est une vue partielle en coupe de la pompe selon IIo de la figure 1, et
la figure 3 est une vue partielle en coupe de la pompe selon E-E de la figure 1.The invention will be better understood on studying the detailed description of an exemplary embodiment taken by way of non-limiting example and illustrated by appended drawings, in which
FIG. 1 is a schematic view of a positive displacement pump according to the invention,
FIG. 2 is a partial sectional view of the pump according to IIo in FIG. 1, and
FIG. 3 is a partial sectional view of the pump according to EE in FIG. 1.

La pompe volumétrique à cylindrée fixe choisie dans cette exemple est du type à pignons comprenant une enveloppe 1 étanche pourvue d'une ouïe d'aspiration 2 et d'une ouïe de refoulement 3. Une huile de lubrification du moteur est aspirée par la pompe dans l'ouïe d'aspiration 2 selon la flèche 4 (figure 3) et est refoulée par la pompe via l'ouïe de refoulement 3 selon la flèche 5 (figure 3). La pompe fait partie d'un circuit de lubrification d'un moteur d'entraînement non représenté. Enfermées dans l'enveloppe 1 se trouvent une roue dentée d'entraînement 6 et une roue dentée entraînée 7 s'engrenant l'une dans l'autre, les axes de rotation 6a et 7a desdites roues dentées étant parallèles. L'axe 6a de la roue dentée d'entraînement 6 est entraîné en rotation par le moteur à lubrifier non représenté. The fixed displacement positive displacement pump chosen in this example is of the pinion type comprising a sealed casing 1 provided with a suction port 2 and a discharge port 3. A lubricating oil from the engine is sucked by the pump in the suction port 2 according to arrow 4 (FIG. 3) and is discharged by the pump via the discharge port 3 according to arrow 5 (FIG. 3). The pump is part of a lubrication circuit of a drive motor, not shown. Enclosed in the casing 1 are a toothed drive wheel 6 and a driven toothed wheel 7 meshing with one another, the axes of rotation 6a and 7a of said toothed wheels being parallel. The axis 6a of the drive toothed wheel 6 is rotated by the engine to be lubricated, not shown.

Pour simplifier l'exposé, on désigne par direction axiale, la direction parallèle aux axes 6a et 7a des roues dentées, et par direction radiale, une direction perpendiculaire auxdits axes 6a et 7a. To simplify the description, the direction parallel to axes 6a and 7a of the gear wheels is designated by axial direction, and by direction radial direction, a direction perpendicular to said axes 6a and 7a.

L'enveloppe 1 de la pompe présente deux parois radiales intérieures la dont l'une est représentée sur les figures. L'engrenage constitué par les roues dentées 6 et 7 présente les deux côtés radiaux opposés qui effleurent les parois latérales intérieures la de l'enveloppe 1. Au milieu de l'entraxe défini par les axes 6a et 7a des roues dentées 6 et 7, l'une des parois radiales intérieures la de l'enveloppe est pourvue d'un premier alésage axial 8 prolongé par un second alésage axial 9.The casing 1 of the pump has two internal radial walls 1a, one of which is shown in the figures. The gear formed by the toothed wheels 6 and 7 has the two opposite radial sides which touch the inner side walls 1a of the casing 1. In the middle of the center distance defined by the axes 6a and 7a of the toothed wheels 6 and 7, one of the inner radial walls 1a of the envelope is provided with a first axial bore 8 extended by a second axial bore 9.

Le second alésage 9 présente un diamètre supérieur au diamètre du premier alésage 8. Les alésages 8 et 9 sont co-axiaux et séparés l'un de l'autre par un épaulement radial 8a. Un piston 10 présente une partie tête 10a coulissant axialement de façon étanche dans l'alésage 8, et une partie d'embase 10b coulissant de façon étanche dans l'alésage 9. The second bore 9 has a diameter greater than the diameter of the first bore 8. The bores 8 and 9 are co-axial and separated from each other by a radial shoulder 8a. A piston 10 has a head portion 10a sliding axially in leaktight manner in the bore 8, and a base portion 10b sliding in leaktightness in the bore 9.

Entre les parties tête 10a et embase 10b, le piston 10 présente un étranglement annulaire qui défini avec les alésages 8 et 9 une chambre annulaire Il. Un joint torique 12 est logé dans l'espace annulaire 11 entre l'embase 10b du piston 10 et l'épaulement 8a, de façon à assurer l'étanchéité de la chambre annulaire 11 et l'amortissement du mouvement axial du piston 10. Un ressort hélicoïdal de compression 13 agit axialement sur Embase 10b du piston 10 à l'intérieur de l'alésage 9, une rondelle 14 encastrée dans l'alésage servant d'une surface d'appui au ressort de compression 13.Between the head 10a and base 10b parts, the piston 10 has an annular constriction which defines, with the bores 8 and 9, an annular chamber II. An O-ring 12 is housed in the annular space 11 between the base 10b of the piston 10 and the shoulder 8a, so as to seal the annular chamber 11 and dampen the axial movement of the piston 10. A helical compression spring 13 acts axially on base 10b of the piston 10 inside the bore 9, a washer 14 embedded in the bore serving as a bearing surface for the compression spring 13.

Les ouïes d'aspiration 2 et de refoulement 3 de la pompe se prolongent dans la paroi radiale intérieure la de l'enveloppe 1 et débouchent dans l'alésage 8 formant cylindre qui coopère avec la tête 10a du piston 10. The suction 2 and discharge 3 vents of the pump extend into the inner radial wall 1a of the casing 1 and open into the bore 8 forming a cylinder which cooperates with the head 10a of the piston 10.

Pendant le fonctionnement de la pompe, le moteur non représenté entraîne en rotation la roue dentée d'entraînement 6 via son axe 6a La roue dentée menée 7 engrenée dans la roue dentée 6 est entraînée en rotation par cette dernière. L'huile de lubrification est alors aspirée par l'ouïe d'aspiration 2 dans l'enveloppe étanche 1 et transférée dans l'ouïe de refoulement 3 par les roues dentées 6 et 7 en rotation pour être refoulée dans le circuit de lubrification non représenté. Le ressort de compression 13 agit axialement sur le piston 10 qui vient au ras de la paroi latérale intérieure la de l'enveloppe 1. Ainsi la tête 10a du piston 10 obture Ie passage de l'huile entre les ouïes d'aspiration 2 et de refoulement 3 débouchant toutes deux dans l'alésage 8. During operation of the pump, the motor, not shown, rotates the drive toothed wheel 6 via its axis 6a. The driven toothed wheel 7 meshed in the toothed wheel 6 is driven in rotation by the latter. The lubricating oil is then sucked by the suction port 2 in the sealed casing 1 and transferred into the discharge port 3 by the rotating gears 6 and 7 to be discharged into the lubrication circuit not shown. . The compression spring 13 acts axially on the piston 10 which comes flush with the inner side wall 1a of the envelope 1. Thus the head 10a of the piston 10 blocks the passage of the oil between the suction ports 2 and discharge 3 both opening into bore 8.

Lorsque la pression de refoulement de l'huile augmente, la pression exercée par l'huile sur la tête 10a du piston 10 augmente jusqu'à une valeur limite au delà de laquelle le piston 10 se déplace axialement en comprimant le ressort hélicoïdal 13. Le déplacement axial du piston crée ainsi un passage dans l'alésage 8 qui relie les ouïes d'aspiration 2 et de refoulement 3. Etant donné que la pression d'huile dans l'ouïe de refoulement 3 est supérieure à la pression d'huile dans l'ouïe d'aspiration 2, une fraction du débit de la pompe est ainsi recyclé via le passage créé par le piston 10 et intérieurement à la pompe, depuis l'ouïe de refoulement 3 vers l'ouïe d'aspiration 2. Le débit de refoulement, ainsi que la pression de refoulement de la pompe diminuent, par ce phénomène de recyclage de la fraction non utilisée du débit à l'intérieur de la pompe. When the discharge pressure of the oil increases, the pressure exerted by the oil on the head 10a of the piston 10 increases to a limit value beyond which the piston 10 moves axially by compressing the helical spring 13. The axial displacement of the piston thus creates a passage in the bore 8 which connects the suction 2 and discharge 3 outlets. Since the oil pressure in the outlet 3 is higher than the oil pressure in the suction port 2, a fraction of the pump flow is thus recycled via the passage created by the piston 10 and internally at the pump, from the discharge port 3 to the suction port 2. The flow discharge, as well as the discharge pressure of the pump decrease, by this phenomenon of recycling the unused fraction of the flow inside the pump.

Lorsque la pression exercée par l'huile sur la tête 10a du piston 10 devient inférieure à la valeur limite, le ressort 13 rappelle le piston 10 à sa position stable interrompant ainsi la communication entre les ouïes d'aspiration 2 et de refoulement 3. La valeur limite de la pression précédemment définie dépend de la pression de refoulement de la pompe et de la force de rappel du ressort 13. Lorsqu'on choisi un ressort de rappel 13 une fois pour toutes, cette pression limite est directement proportionnelle à la pression de refoulement. On peut ainsi définir une pression de référence pour la pression de refoulement. When the pressure exerted by the oil on the head 10a of the piston 10 becomes less than the limit value, the spring 13 returns the piston 10 to its stable position thereby interrupting the communication between the suction 2 and discharge 3 gills. limit value of the pressure previously defined depends on the discharge pressure of the pump and the return force of the spring 13. When a return spring 13 is chosen once and for all, this limit pressure is directly proportional to the pressure of repression. It is thus possible to define a reference pressure for the discharge pressure.

n est possible de changer la pression de référence de refoulement sans changer le ressort de rappel 13. Une solution simple consiste à introduire un liquide de commande dans la chambre annulaire 1 1 du piston 10 via un conduit 15 dans l'enveloppe 1 et débouchant dans la chambre annulaire 11. Le liquide de commande peut être simplement constitué par l'huile de lubrification prise en un point du circuit de lubrification non représenté. La pression du liquide de commande dans la chambre annulaire 1 1 modifie la force axiale de rappel exercée sur le piston 10. Selon la valeur choisie pour la pression de référence de refoulement, on fait varier la pression dans la chambre annulaire 1 1 en fonction de la pression d'huile prise en un point du circuit de lubrification ou selon une loi d'asservissement exigée par le moteur. It is possible to change the discharge reference pressure without changing the return spring 13. A simple solution consists in introducing a control liquid into the annular chamber 1 1 of the piston 10 via a conduit 15 in the casing 1 and opening into the annular chamber 11. The control liquid can simply consist of the lubricating oil taken at a point in the lubrication circuit not shown. The pressure of the control liquid in the annular chamber 1 1 modifies the axial restoring force exerted on the piston 10. Depending on the value chosen for the discharge reference pressure, the pressure in the annular chamber 1 1 is varied as a function of the oil pressure taken at a point in the lubrication circuit or according to a control law required by the engine.

Grâce à l'invention, la pression de l'huile de lubrification du moteur peut être régulée à volonté selon les exigences propres à chaque moteur. La régulation se fait par un recyclage à l'intérieur de la pompe d'une fraction non utile du débit de la pompe. Cela constitue une technique simple et efficace pour résoudre un problème difficile. Thanks to the invention, the pressure of the engine lubricating oil can be regulated as desired according to the requirements specific to each engine. The regulation is done by recycling inside the pump a non useful fraction of the pump flow. This is a simple and effective technique for solving a difficult problem.

Il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'application particulière de lubrification du moteur, et s'applique à tous les secteurs industriels nécessitant une régulation de la pression et du débit de refoulement d'une pompe. It goes without saying that the invention is not limited to the specific application of engine lubrication, and applies to all industrial sectors requiring regulation of the pressure and delivery rate of a pump.

Claims

1. A method of regulating the pressure and the delivery rate of a volumetric pump with fixed displacement, the pump comprising a suction opening (2) and a delivery opening (3), characterized in that it consists in determine a reference pressure, create inside the pump a recycling of a fraction of the pumping liquid from the discharge port to the suction port when the discharge pressure is greater than or equal to the pressure pressure, and to suppress recycling if the discharge pressure is lower than the reference pressure.

2. A regulation method according to claim 1, characterized in that it consists in defining the reference pressure as a function of the pressure of the liquid taken at a point in the circuit supplied by the pump or by means of a servo control of a pump drive motor.

3. A method of regulation according to claim 2, characterized in that it consists in obtaining a variable flow rate of the pump, with a volumetric pump with fixed displacement.

4. A regulation method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it consists in defining the reference pressure using an elastic means (13) which controls said recycling inside the pump.

5. Volumetric pump with fixed displacement, comprising a suction port (2) for a pumping liquid, a discharge port (3) for the liquid, and means (6, 6a, 7, 7a) for transferring the liquid from the suction opening to the delivery opening, characterized in that it comprises an internal passage (8) directly connecting the suction and delivery openings, mobile means (10) for closing the passage, and control means for moving the movable and closing means so as to open the passage when the discharge pressure is greater than or equal to a predetermined reference pressure, and to close the passage when the discharge pressure is less than the reference pressure.

6. positive displacement pump according to claim 5, of the pinion type comprising a sealed casing (1) which encloses two pinions (6, 7) with parallel axes and intermeshing, characterized in that the internal passage consists of a bore axial (8) formed in an inner side wall (la) of the casing in the middle of the center distance of the pinions (6, 7), the suction (2) and discharge (3) openings opening into the axial bore, and that the movable sealing means is constituted by a piston (10) whose head (10a) seals between the suction and discharge openings with an axial prestress which is directly defined by the reference discharge pressure .

7. positive displacement pump according to claim 6, characterized in that the piston (10) under axial prestress moves in the bore - (8) when the axial thrust exerted by the pumping fluid on the head of the piston (10a) exceeds axial prestressing, so as to connect the suction and discharge openings to recycle a fraction of the flow inside the pump.

8. Positive displacement pump according to claim 6 or 7, characterized in that it comprises an axial compression spring (13) which creates an axial return prestress on the piston (10).

9. Positive displacement pump according to claim 8, characterized in that the piston (10) has an annular groove (11) into which is introduced a control liquid whose pressure can be regulated, so as to modify the axial preload exerted by the compression spring (13) on the piston (10).

10. Positive displacement pump according to claim 9, characterized in that the casing (1) comprises a conduit (15) for supplying the control liquid withdrawn directly at a point of the pumping circuit.