FR2775027A1

FR2775027A1 - Pompe de carburant a turbine et moteur electrique

Info

Publication number: FR2775027A1
Application number: FR9901780A
Authority: FR
Inventors: Charles Henry Tuckey; Joseph M Ross; Kirk D Fournier
Original assignee: Walbro Corp
Current assignee: Walbro Corp
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 1999-08-20
Also published as: JPH11280686A; DE19904560A1; US6068456A

Abstract

L'invention concerne une pompe de carburant.Elle se rapporte à une pompe qui comprend un boîtier (36), un corps de pompe ayant un canal courbe de pompage (20), une entrée (22) de carburant adjacente à une première extrémité du canal et une sortie (24) de carburant adjacente à l'autre extrémité du canal, une roue (30) ayant plusieurs ailettes (60) et communiquant avec le canal de pompage (20), un moteur électrique raccordé à la roue (30) afin qu'elle aspire le carburant par l'entrée (22) vers le canal de pompage (20) et qu'elle évacue le carburant sous pression par la sortie (24), et le canal de pompage (20) a une section qui diminue de la proximité de l'entrée (22) de carburant du canal de pompage (20) vers le milieu au moins environ de l'étendue courbe du canal de pompage (20).Application aux moteurs à combustion interne.

Description

La présente invention concerne de façon générale les pompes de carburant

et, plus precisément, une pompe de

carburant du type à turbine.

Les pompes de carburant du type à turbine et à moteur électrique ont été utilisées dans les circuits d'alimen-

tation en carburant des moteurs d'automobiles et analogues.

Ces pompes comportent habituellement un boîtier, destiné à être immergé dans un réservoir de carburant, avec une entrée d'aspiration de carburant liquide dans le réservoir qui l'entoure et une sortie destinée à transmettre le carburant sous pression au moteur. Le moteur électrique entraîne une

roue de pompe ayant un ensemble d'ailettes espacées circon-

férentiellement à la périphérie de la roue. Un canal courbe de pompage ayant un orifice d'entrée et un orifice de sortie aux extrémités opposées entoure la périphérie de la roue pour créer une pression de carburant par un effet sur le carburant analogue à un tourbillon liquide dans des poches formées par les ailettes de la roue et le canal placé autour d'elles. Un exemple de pompe de carburant de ce type est représenté dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique

n 5 257 916.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 591 311 décrit un second exemple de pompe de carburant de ce type. Cette pompe de carburant a un tronçon séparé à basse pression de son canal de pompage ayant une section élargie qui conduit à un tronçon séparé à haute pression de plus petite section que le tronçon à basse pression. Le tronçon à basse pression s'étend sur moins de 180 depuis l'orifice d'aspiration du canal de pompage et, comme décrit plus précisément, s'étend

de préférence sur le quart seulement du canal de pompage.

Les tronçons à haute pression et à basse pression ont tous

deux une section constante sur leur étendue courbe respec-

tive. Un orifice d'évacuation de vapeurs communique avec le

tronçon élargi à basse pression à son extrémité aval.

Un second type de pompe de carburant à turbine est considéré de façon générale comme une pompe de carburant à canal latéral. Cette pompe de carburant possède une roue ayant un ensemble circonférentiel d'ailettes formées dans une face de la roue et un canal courbe de pompage formé par une gorge dans une face plate d'un stator qui communique

avec les ailettes pour la création d'une plus grande pres-

sion de carburant de l'orifice d'entrée vers l'orifice de sortie du canal de pompage lorsque la roue tourne sous la commande d'un moteur électrique. Un exemple de pompe de carburant de ce type est représenté dans le brevet des

Etats-Unis d'Amérique n 4 715 777.

Malgré des perfectionnements importants de conception

et de construction des pompes de carburant du type a tur-

bine, ces pompes sont en général très peu efficaces, leur rendement étant compris de façon générale entre environ 20

et 45 % et, en combinaison avec un exemple de moteur élec-

trique ayant un rendement de 45 à 50 % environ, ces pompes de carburant donnent un rendement total compris entre 10 et

% environ. Il est en outre souhaitable de réduire l'aspi-

ration de vapeurs dans la pompe de carburant et la quantité de vapeurs évacuée par la pompe de carburant si bien qu'il

est encore nécessaire d'augmenter le rendement et les possi-

bilités de transmission de vapeurs des pompes de carburant

à turbine.

Une pompe de carburant du type à turbine ou du type regénérateur à moteur électrique ayant un canal de pompage de carburant dont la section diminue progressivement d'une région voisine de l'entrée jusqu'à mi- distance environ au moins dans le canal de pompage permet une augmentation du

rendement et du traitement de vapeurs de la pompe de carbu-

rant. De préférence, le canal de pompage a une dimension qui varie de façon continue de l'entrée vers sa sortie. Dans une forme de réalisation, le canal de pompage est délimité entre deux plaques ou capuchons, et une bague fendue est placée entre les capuchons et entoure une roue ayant plusieurs ailettes formées à sa périphérie et disposées dans le canal de pompage. Chacun des capuchons a de préférence une gorge peu profonde qui constitue une partie du canal de pompage, chacune des gorges ayant une section plus grande près de

l'entrée du canal de pompage que près de la sortie de celui-

ci. Dans une pompe à turbine dite à canal latéral, la gorge courbe du canal de pompage, dans une face plate d'un stator et en communication avec les ailettes de roue, a une section

plus grande près de son entrée que de sa sortie.

L'invention a donc pour objet la réalisation d'une pompe de carburant du type à turbine et moteur électrique

ayant un rendement nettement accru, ayant d'excellentes pro-

priétés de transmission de vapeurs, de réalisation relative-

ment simple et de fabrication et de montage peu coûteux,

ayant en outre une longue durée de service.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront mieux de la description qui va suivre

d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe partielle d'une pompe de carburant du type à turbine et moteur électrique ayant un

canal de pompage de carburant dont la dimension varie pro-

gressivement, selon l'invention;

la figure 2 est une vue en plan d'un capuchon d'extre-

mité d'entrée de la pompe de carburant de la figure 1; la figure 3 est une coupe du capuchon d'extrémité d'entrée suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue de dessous d'un capuchon supérieur de la pompe de carburant de la figure 1;

la figure 5 est une coupe partielle du capuchon supé-

rieur suivant la ligne 5-5 de la figure 4; la figure 6 est une coupe partielle d'une pompe de carburant du type à turbine et canal latéral; la figure 7 est une vue de bout d'un stator de la pompe de carburant de la figure 6; la figure 8 est une coupe du stator suivant la ligne 8-8 de la figure 7; la figure 9 est une vue de bout d'une roue de la pompe de carburant de la figure 6; et

la figure 10 est une vue en plan d'un capuchon d'extré-

mité d'entrée d'un autre mode de réalisation de l'invention.

On se réfère plus précisément aux dessins; la figure 1 représente une pompe 18 de carburant du type à turbine et moteur électrique selon l'invention ayant un canal 20 de pompage de carburant qui possède une entrée 22 près d'une première extrémité et une sortie 24 près de l'autre extrémité. La section du canal 20 diminue de la proximité de l'entrée 22 vers la moitié au moins de l'étendue courbe du canal 20 et de préférence diminue uniformément de façon générale de l'entrée 22 jusqu'à la sortie 24. Le canal 20 de pompage est délimité entre un capuchon 26 d'extrémité d'entrée, un capuchon supérieur 28, une roue 30 logée entre eux et une bague fendue 32 entourant la périphérie de la roue 30. La roue 30 est entraînée par le moteur électrique 34 afin qu'elle tourne et aspire le carburant par l'orifice d'entrée 22 du canal 20, élève la pression du carburant dans le canal 20 et évacue le carburant par l'orifice 24 de

sortie du canal 20 sous pression.

La pompe 18 de carburant possède un boîtier 30 forme par une enveloppe cylindrique 38 qui se raccorde au capuchon d'entrée 26 qui est espacé axialement et un capuchon 40 d'extrémité de sortie, le moteur électrique 34 et l'ensemble 42 de pompage de carburant étant placés entre les capuchons des extrémités d'entrée et de sortie 26, 40. Le moteur électrique 34 comporte un rotor 44 qui tourillonne sur un arbre 46 afin qu'il tourne dans le boîtier 36 et soit entouré par un stator 48 à aimant permanent. Des balais 49 sont repoussés en contact électrique glissant avec une plaque 50 de collecteur portée par le rotor 44 et l'arbre 46. Le rotor 44 est couplé à la roue 30 par une agrafe 52 de fil métallique afin que la roue 30 tourne avec l'arbre 46 et

crée une pression dans le canal 20 de pompage.

La roue 30 a un ensemble d'ailettes 60 qui sont espa-

cées circonférentiellement et qui s'étendent radialement et axialement et délimitent des poches 62 entre elles, et une

nervure circonférentiellement continue 64 qui s'étend radia-

lement et est centrée axialement. La nervure 64 est centrée entre les faces latérales axiales opposées 66, 68 de la roue 30 et coopère avec les ailettes 60 pour former un ensemble de poches identiques 62 qui sont également espacées en direction circonférentielle et qui débouchent axialement et radialement, aux deux faces latérales axiales opposées 66, 68 de la roue 30. Dans la construction préférée, les ailettes 60 sont des ailettes dites fermées dans lesquelles les poches 62 d'une face 66 de la roue 30 ne communiquent

pas avec les poches 62 de l'autre face 68 de la roue 30.

Cependant, des constructions a ailettes dites ouvertes, du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 257 916, peuvent aussi être utilisées, habituellement avec une certaine réduction du rendement de pompage. Bien que les poches 62 des faces axiales opposées de la roue 30 soient de préférence alignées, on peut aussi utiliser des

poches décalées.

La bague fendue 32 a une encoche externe d'alignement (non représentée) qui facilite le positionnement de la bague 32 par rapport au capuchon 26 d'extrémité dans le boîtier 36 et a une nervure 72 qui s'étend radialement vers l'intérieur

et qui est placée axialement au centre et recouvre la majo-

rité de la surface interne de la bague 32. Lors du montage, la nervure 72 est alignée axialement sur la nervure 64 de la roue 30 qui lui est opposée radialement, pour diviser le canal 20 de pompage en canaux supérieur et inférieur séparés

de pompage sur la longueur de la nervure 72.

Un orifice 80 de ventilation de vapeurs (figure 2) s'étend de préférence dans le capuchon 26 d'extrémité d'entrée et peut être placé pratiquement n'importe o le long du canal de pompage 20 ou même dans une zone 82 de séparation ou de passage délimitée entre les orifices 22 et 24 d'entrée. L'orifice 80 de ventilation est de préférence positionné afin qu'il vienne successivement en face de la partie radialement la plus interne des poches 62 délimitées entre les ailettes adjacentes 60 afin que l'air et les vapeurs de carburant qui sont collectés dans les poches 62 soient évacués lorsqu'ils sont séparés du carburant liquide de densité supérieure sous l'action de la force centrifuge

créée par la roue 30 qui tourne.

Le capuchon 26 d'extrémité d'entrée est monté dans le boîtier 36 afin qu'il ne puisse pas tourner et il a un épaulement annulaire 84 dans lequel une extrémité ouverte de l'enveloppe 38 est roulée de préférence avec interposition d'un organe d'étanchéité tel qu'un joint torique 86. Un passage 88 d'entrée de carburant dans le capuchon 26

débouche à l'orifice d'entrée 22 du canal 20 de pompage.

Comme l'indique la figure 2, une gorge courbe 90 formée a la face supérieure plate 92 du capuchon d'extrémité d'entrée 26 délimite en partie la portion inférieure du canal 20 de pompage. Comme l'indique la figure 3 sur laquelle le canal courbe 20 est représenté sous forme rectiligne, la gorge 90 du capuchon 26 devient moins profonde vers l'orifice de sortie 24 du canal 20 et a sa partie la plus profonde qui est adjacente à l'orifice 22 d'entrée. Bien qu'on ait représenté une variation uniforme ou constante de façon générale de l'orifice 22 d'entrée à l'orifice 24 de sortie, la gorge 90 peut être inclinée de l'orifice d'entrée 22 afin qu'elle se termine n'importe o en aval d'un point qui se trouve à mi-distance de façon générale autour de la partie courbe de la gorge 90 ou, en d'autres termes, en un point quelconque entre le point médian du canal de pompage 20 et l'orifice de sortie 24. En aval de ce point, le canal de pompage peut avoir une profondeur uniforme et une section uniforme. En outre, bien que la gorge 90 soit formée de préférence avec une inclinaison constante de façon générale, la réduction de section de la gorge 90 de l'entrée 22 vers la sortie 24 peut aussi être réalisée avec une inclinaison

variable telle que diverses parties peuvent avoir une incli-

naison plus ou moins progressive. Dans un autre mode de réalisation de capuchon 26' d'extrémité représenté sur la

figure 10, la gorge 90' a une profondeur constante et uni-

forme de façon générale mais une largeur radiale qui diminue depuis l'entrée 22' sur la moitié au moins de façon générale de la partie courbe et de préférence pratiquement sur toute

sa longueur vers l'orifice de sortie 24'.

Le capuchon supérieur 28 est aussi monté afin qu'il ne puisse pas tourner dans le boîtier 36 entre le stator 48 et la bague 32 et a un trou débouchant central 94 qui loge l'arbre 46. Comme l'indiquent les figures 4 et 5, une gorge courbe 96 formée à la face inférieure plate 98 du capuchon supérieur 28 délimite l'étendue supérieure du canal 20 de pompage et a une forme de préférence complémentaire de celle de la gorge 90 dans le capuchon 26. Un passage 100 de sortie formé dans le capuchon 28 fait communiquer l'orifice 24 de sortie avec l'intérieur du boîtier 36 de la pompe. La gorge 96 du capuchon 28 a aussi une inclinaison uniforme de préfé- rence ou une construction autre analogue à celle de la gorge du capuchon d'extrémité d'entrée pour donner une plus grande section à la gorge près de l'orifice d'entrée 22 du canal 20 de pompage que près de l'orifice 24 de sortie du canal 20 de pompage. Indépendamment de la construction des gorges 90, 96, la section adjacente à l'entrée 22 du canal de pompage est avantageusement supérieure de 10 à 60 % et de préférence de 20 à 40 % à lasection près de la sortie 24 du

canal de pompage.

Dans une autre forme de réalisation représentée sur les figures 6 à 9, une pompe 150 de carburant du type à turbine à canal latéral a un canal 152 de pompage de carburant délimité entre une face inférieure plate 154 d'une roue 156 entraînée afin qu'elle tourne par un moteur électrique 157 et une face supérieure plate 158 du capuchon 160 d'extrémité

d'entrée dans lequel est formé le canal de pompage 152.

Comme l'indiquent les figures 6 et 9, la roue a un trajet circulaire comprenant plusieurs ailettes individuelles 162 formées à sa face inférieure 154 et communiquant avec le canal de pompage 152 afin que, lorsque la roue 156 tourne, une pression soit créée dans le canal 152 de pompage. Les ailettes 162 sont espacées circonférentiellement et s'étendent de façon générale en direction radiale et axiale

pour délimiter plusieurs poches individuelles espacées cir-

conférentiellement, ayant une configuration générale hémicylindrique. La roue 156 est couplée à une armature 164 du moteur 157 par une agrafe 166 qui possède des doigts 168 dépassant vers le bas et logés dans des trous 170 de la roue 156. L'armature 164 tourillonne sur un arbre 163 logé dans un trou 165 de la roue 156 et pénétrant dans un trou borgne

167 du capuchon d'extrémité d'entrée 160.

Le capuchon d'extrémité d'entrée 160 est monté dans l'enveloppe 38 du boîtier 36 afin qu'il ne puisse pas

tourner et il a un passage d'entrée 172 par lequel le carbu-

rant est aspiré dans l'orifice d'entrée 174 du canal 152 de pompage. Un orifice de sortie 176 du canal 152 se vide dans une gorge circonférentielle 178 formée au bord périphérique du capuchon d'extrémité d'entrée 160 qui communique avec une chambre 180 délimitée dans le boîtier 36 en aval de la roue 156 par un espace 182 compris entre l'enveloppe 38 et la partie supérieure du bord du capuchon 160 et la roue 156. Un orifice 183 de ventilation de vapeurs s'étend de préférence à travers le capuchon 160 de l'extrémité d'entrée et peut occuper une position quelconque le long du canal 152 de pompage et même dans la zone 82 de séparation. Comme l'indique la figure 7, le canal 152 de pompage est délimité par une gorge 184 qui débouche à la face supérieure 158 du capuchon 160 d'extrémité d'entrée, qui est circulaire de façon générale et recouvre 330 à 350 environ, et qui est espacée radialement vers l'intérieur du bord externe du capuchon 160. Comme l'indique la figure 8, la gorge 184 devient de moins en moins profonde et a donc une section qui diminue depuis l'orifice 174 d'entrée du canal 152 de pompage vers l'orifice 176 de sortie de ce canal 152. Comme dans le premier mode de réalisation, la partie de plus grande section du canal 152 est adjacente à l'orifice d'entrée 174 du canal 152 et l'inclinaison qui réduit la section d'une partie déterminée du canal 152 peut aboutir à

peu près au milieu de l'étendue courbe du canal 152 ou au-

delà, le reste du canal 152 ayant une forme et une section constantes de façon générale. De préférence, comme dans le premier mode de réalisation, le canal de pompage 152 a une section qui diminue de façon uniforme par réduction de sa profondeur de l'entrée 174 vers la sortie 176. Dans une variante, le canal 152 de pompage peut avoir une largeur qui diminue de l'entrée 174 vers la sortie 176. Quelles que soient la construction et la configuration du canal 152 de pompage, la section de ce canal 152 près de l'entrée 174 est avantageusement supérieure de 10 à 60 % et de préférence de à 40 % à la section du canal 152 à proximité de sa

sortie 176.

Des résultats empiriques ont montré que, dans chaque mode de réalisation, le canal incliné 20, 152 de pompage de

carburant augmente a la fois le rendement et les possibi-

lités de traitement de vapeurs des pompes de carburant 18, 150 à turbine lors de l'utilisation. Une pompe de carburant

18, 150 ayant un meilleur rendement et de meilleures possi-

bilités de traitement de vapeurs permet l'obtention d'un circuit de carburant et d'un moteur qui fonctionnent plus régulièrement. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses

éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS

1. Pompe de carburant du type a turbine et moteur élec-

trique, caractérisée en ce qu'elle comprend: un boîtier (36), un corps de pompe placé dans le boîtier (36) et ayant un canal courbe de pompage (20, 152), une entrée (22, 174) de carburant adjacente à une première extrémité du canal et une sortie (24, 176) de carburant adjacente a l'autre extrémité du canal, une roue (30, 156) ayant plusieurs ailettes (60, 162) espacées circonférentiellement, délimitant plusieurs poches espacées circonférentiellement et communiquant avec le canal de pompage (20, 152), un moteur électrique raccordé à la roue (30, 156) afin

qu'il fasse tourner celle-ci afin qu'elle aspire le carbu-

rant par l'entrée (22, 174) de carburant vers le canal de

pompage (20, 152) et qu'elle évacue le carburant sous pres-

sion par la sortie (24, 176) de carburant, et le canal de pompage (20, 152) a une section qui diminue de la proximité de l'entrée (22, 174) de carburant du canal de pompage (20, 152) vers le milieu au moins environ de

l'étendue courbe du canal de pompage (20, 152).

2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal de pompage (20, 152) a une plus grande profondeur près de l'entrée (22, 174) de carburant que près

de la sortie (24, 176) de carburant.

3. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal de pompage (20, 152) est plus large près de l'entrée (22, 174) de carburant que près de la sortie (24,

176) de carburant.

4. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la roue (30, 156) a plusieurs ailettes (60, 162) formées dans une face plate de la roue (30, 156) et communiquant

avec le canal de pompage (20, 152).

5. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un orifice de ventilation (80) formé dans le corps et communiquant avec le canal de pompage (20, 152) et par lequel une partie au moins de l'air et des vapeurs de carburant du canal de pompage (20, 152) peuvent s'echapper.

6. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal de pompage (20, 152) a une section à proximité de l'entrée (22, 174) de carburant qui est supérieure d'environ 10 a 60 % à la section près de la sortie (24, 176)

de carburant du canal de pompage (20, 152).

7. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal de pompage (20, 152) a une section près de l'entrée (22, 174) de carburant qui est supérieure de 20 à % environ à la section près de la sortie (24, 176) de

carburant du canal de pompage (20, 152).

8. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend aussi un second corps adjacent à la roue (30, 156) et ayant une gorge courbe formée afin qu'elle

délimite en partie le canal de pompage (20, 152).

9. Pompe selon la revendication 8, caractérisée en ce que la roue (30, 156) est logée entre le corps de pompe et le second corps et délimite en partie le canal de pompage

(20, 152) à la périphérie de la roue (30, 156).

10. Pompe selon la revendication 8, caractérisée en ce que la gorge du second corps a une section plus grande près de l'entrée (22, 174) de carburant du canal de pompage (20, 152) que près de la sortie (24, 176) de carburant du canal

de pompage (20, 152).

11. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal de pompage (20, 152) a une construction d'inclinaison générale uniforme de l'entrée (22, 174) de carburant vers au moins une partie médiane de l'étendue

courbe du canal de pompage (20, 152).

12. Pompe selon la revendication 11, caractérisée en ce que le canal de pompage (20, 152) a une inclinaison

uniforme de façon générale de l'entrée (22, 174) de carbu-

rant vers la sortie (24, 176) de carburant.