EP1612411B1

EP1612411B1 - Moteur hydraulique

Info

Publication number: EP1612411B1
Application number: EP05291376A
Authority: EP
Inventors: Gilles Lemaire
Original assignee: Poclain Hydraulics Industrie
Current assignee: Poclain Hydraulics Industrie
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: US7225721B2; US20050287015A1; FR2872227A1; EP1612411A1; DE602005000963D1; DE602005000963T2; FR2872227B1

Description

La présente invention concerne un moteur hydraulique comprenant une came et un bloc-cylindres aptes à tourner l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation, la came comprenant une pluralité de lobes de came ayant chacun une rampe montante et une rampe descendante et le bloc-cylindres présentant une pluralité de cylindres dans lesquels des pistons aptes à coopérer avec la came sont montés coulissants, le moteur comprenant en outre un distributeur de fluide, solidaire de la came vis-à-vis de la rotation autour de l'axe de rotation et comprenant des conduits de distribution reliés à une alimentation ou à un échappement et aptes à communiquer avec les cylindres au cours de la rotation relative du bloc-cylindres et de la came par des orifices de distribution disposés chacun en correspondance avec une rampe d'un lobe de came de telle sorte qu'un cylindre dont le piston coopère avec une rampe montante puisse être relié à l'alimentation et qu'un cylindre dont le piston coopère avec une rampe descendante puisse être relié à l'échappement, les positions angulaires instantanées selon lesquelles les pistons coopèrent avec la came au cours de la rotation relative du bloc-cylindres et de la came étant telles que le moteur soit sensiblement homocinétique.
Un moteur hydraulique de ce type est connu de l'art antérieur. Il s'agit par exemple d'un moteur hydraulique à pistons radiaux du type décrit dans la demande de brevet français n° 2 834 012.
Le moteur est sensiblement homocinétique ce qui signifie que, lorsque le débit d'alimentation en fluide est constant, la vitesse de rotation de la partie tournante du moteur (bloc-cylindres ou came) est sensiblement constante. En d'autres termes, la rotation s'opère sans à-coup. Dans un moteur homocinétique, le bilan de fluide doit être sensiblement nul, c'est-à-dire qu'à chaque instant, la quantité de fluide entrant dans les cylindres doit être sensiblement égale à la quantité de fluide sortant des cylindres.
Dans des moteurs de ce type, on cherche en général à répartir régulièrement les cylindres dans le bloc-cylindres. En d'autres termes, l'espacement angulaire entre les cylindres de chaque paire de cylindres consécutifs est constant. Cette répartition régulière a notamment trait au souci de faire en sorte que le centre de symétrie du bloc-cylindres soit sensiblement situé sur son axe géométrique, qui est également son axe de rotation. De plus, en général, lorsque l'on conçoit un moteur, on cherche une réalisation compacte ce qui, en ce qui concerne le bloc-cylindres, conduit notamment à définir le minimum d'espace nécessaire entre deux cylindres consécutifs en tenant compte de la taille de ces cylindres qui est nécessaire pour obtenir la cylindrée souhaitée.
En partant d'un moteur de base, on peut chercher à réaliser un moteur légèrement différent, en particulier un moteur ayant une cylindrée réduite. Dans cette démarche, dans un souci d'économie et de rationalisation, on cherche à utiliser autant que possible pour le moteur de cylindrée réduite, des pièces déjà définies pour le moteur de base.
La cylindrée d'un moteur dépend de la taille des cylindres et de la course maximum possible des pistons disposés dans ces cylindres. Cette course dépend elle-même de l'amplitude des ondulations de la came, c'est-à-dire de la profondeur des lobes de came. Ainsi, partant d'un moteur existant, on peut définir un moteur de cylindrée réduite en remplaçant la came de ce moteur préexistant par une nouvelle came dont les lobes ont une profondeur réduite par rapport à ceux de la came préexistante. Ceci étant, cette technique a des limites. Elle revient en effet à diminuer la pente des rampes de lobes de came, ce qui n'est possible que jusqu'à un certain point pour préserver les qualités essentielles du moteur. On considère ainsi qu'il ne convient pas en général de réduire la course des pistons de plus de 50 %.
Il convient d'ajouter qu'il n'est pas toujours souhaitable, pour définir un moteur hydraulique ayant une cylindrée inférieure à celle d'un moteur préexistant, de concevoir un moteur dont les éléments ont une taille inférieure à celle des éléments correspondants du moteur préexistant. Notamment, l'exigence en matière de couple de freinage, de dimensionnement du ou des paliers nécessaires pour supporter l'objet entraîné en rotation par le moteur ou de vitesse de ce dernier peuvent exiger la présence de composants suffisamment grands. De plus, il peut être intéressant de conserver pour le moteur à cylindrée réduite des dimensions d'encombrement identiques à celles du moteur pré-existant, en particulier pour le rendre interchangeable.
La présente invention vise à définir un moteur qui puisse être dérivé d'un moteur préexistant ayant une cylindrée plus grande par d'autres méthodes que celle, précitée, consistant à réduire la profondeur des lobes de came, et ayant un grand nombre de pièces en commun avec le moteur d'origine.
Ce but est atteint grâce au fait que, dans toute position relative du bloc-cylindres et de la came, il existe au moins un lobe de came inutilisé avec lequel aucun piston ne coopère et au fait que les espacements angulaires entre deux cylindres consécutifs sont différents entre eux et différents d'un multiple du plus petit espacement angulaire entre deux cylindres consécutifs, lesdits espacements angulaires étant déterminés de telle sorte que la résultante des efforts exercés par les pistons sur la came soit faible ou sensiblement nulle.
Dans le moteur selon l'invention, c'est en utilisant un nombre de cylindres réduit laissant toujours au moins un lobe de came instantanément inutilisé et en définissant une répartition particulière de ces cylindres dans le bloc-cylindres que l'on parvient à réaliser une cylindrée réduite. En fait, ce moteur peut se distinguer d'un moteur d'origine seulement par son bloc-cylindres, toutes les autres pièces, et même les pistons, pourront être conservés à ceci près que le nombre de pistons est évidemment réduit.
Lorsque le moteur est défini à partir d'un moteur pré-existant, son coût est diminué par rapport à celui d'un moteur de même cylindrée réduite, obtenue par réduction des profondeurs des lobes de came du moteur pré-existant. Cette diminution du coût provient de la réduction du nombre des cylindres (moins de perçages à usiner, moins de pistons).
Dans le moteur de l'invention, la répartition des cylindres dans le bloc-cylindres n'est plus régulière comme dans les moteurs de l'art antérieur et, contrairement à l'art antérieur, on ne cherche pas à disposer un maximum de cylindres dans le bloc-cylindres en tenant compte de la taille de ce dernier. Au contraire, on répartit les cylindres de manière irrégulière mais pour faire en sorte que le moteur soit sensiblement homocinétique avec cette répartition irrégulière et qu'il soit sensiblement équilibré, c'est-à-dire que la résultante des efforts exercés par les pistons sur la came soit faible ou sensiblement nulle.
Dans le moteur de l'invention, on peut obtenir des combinaisons nombre de cylindres sur nombre de lobes de came qu'il n'est pas possible d'obtenir pour un moteur homocinétique ayant une répartition régulière des cylindres.
Le qualificatif « faible » signifie que cette résultante est suffisamment faible pour éviter une usure prématurée de certaines pièces du moteur (en particulier les paliers) qui résulterait de la nécessité de compenser cette résultante. En d'autres termes, la durée de vie des paliers est sensiblement la même pour ce moteur de cylindrée réduite que pour un moteur analogue d'origine mais ayant le maximum de cylindres pouvant être logés dans son bloc cylindre, et espacés les uns des autres. En particulier, on considère que la résultante des efforts exercés par les pistons sur la came est faible si elle est tout au plus du même ordre de grandeur que l'effort de poussée d'un piston dans son cylindre (comprise entre 0 et 1 à 1,3 fois cet effort).
Au sens de la présente demande de brevet, le fait qu'un lobe de came soit « inutilisé » doit être apprécié instantanément : à un instant donné, aucun piston n'est en contact avec ce lobe de came, ce qui ne signifie pas que ce lobe ne contribue pas au couple moteur puisque, bien entendu, un piston sera en contact avec ce lobe de came à un autre instant, au cours de la rotation relative du bloc-cylindres et de la came.
Avantageusement, dans le moteur hydraulique comprenant Np cylindres et Nc lobes de came, les espacements angulaires entre les Np cylindres sont déterminés comme suit :

pour un moteur fictif intermédiaire comprenant la came à Nc lobes de came et un bloc-cylindres fictif intermédiaire ayant un nombre Np de cylindres regroupés de sorte que l'espacement angulaire Ei entre deux cylindres regroupés consécutifs est égal à (360°.Nco/Nc)/Np et dans une position relative de référence du bloc-cylindres et de la came de ce moteur fictif intermédiaire, le piston de chaque cylindre occupe une position angulaire Pi, i variant de 1 à Np, sur l'un des Nc lobes de came, le nombre Nco étant le nombre des lobes de came consécutifs sur lesquels le moteur fictif intermédiaire est homocinétique,
les Np cylindres du moteur hydraulique sont répartis dans le bloc-cylindres de telle sorte que, dans une position relative du bloc-cylindres et de la came correspondant à ladite position relative de référence du bloc-cylindres et de la came du moteur fictif, le piston de chaque cylindre occupe sur un lobe de came la même position angulaire Pi que dans le moteur fictif et que la résultante des efforts exercés par les pistons sur les lobes de came soit inférieure à la résultante de ces efforts dans le moteur fictif.

Le recours au moteur fictif intermédiaire permet de définir les positions des pistons sur les Nco de lobes de came du moteur sur lesquels ce dernier est homocinétique. Ceci signifie qu'un moteur ayant seulement ces Nco lobes de came dont le profil serait adapté et les Np cylindres espacés régulièrement les uns des autres serait homocinétique. Une autre façon de vérifier le caractère homocinétique sur Nco lobes de came consiste à constater que le bilan de fluide est nul à chaque instant tant que les pistons des Nc cylindres sont au contact des Nco lobes de came.
Le moteur fictif intermédiaire sert donc à définir, dans une position de référence donnée, la position des pistons sur Nco lobes de came consécutifs pour que le moteur soit homocinétique. Dans le moteur hydraulique, objet de l'invention, les Np cylindres du moteur sont répartis pour conserver les mêmes positions angulaires de coopération des pistons sur les lobes de came, mais en faisant en sorte d'obtenir une résultante des efforts exercés par les pistons sur la came qui soit faible.
Avantageusement, les espacements angulaires entre deux cylindres consécutifs sont au moins égaux à un espacement angulaire Eo égal à 360°/Npo, Npo étant un nombre entier supérieur à Np et représentant le nombre maximum de cylindres, analogues à ceux du moteur de l'invention, qui pourraient être régulièrement répartis dans le bloc-cylindres.
Par exemple, le moteur d'origine à partir duquel le moteur de l'invention peut être défini peut être un moteur homocinétique dans lequel les espacements angulaires entre deux cylindres sont égaux à Eo.
Avantageusement, le moteur ayant au moins une petite et une grande cylindrée active de fonctionnement, il comprend au moins un groupe de Nc/m lobes de came dont les lobes de came sont inactifs dans la petite cylindrée du moteur, m étant un diviseur entier de Nc au moins égal à 2 défini comme suit :

un moteur fictif intermédiaire ayant la came à Nc lobes de came et Np cylindres analogues à ceux dudit moteur, serait homocinétique sur Nco lobes de came,
les nombres Npo et Nc ont un diviseur commun entier d, et
le nombre m est tel que Nco est égal à Nc.m/d et Np est égal à Npo.m/d.

Ceci permet de définir un moteur de cylindrée réduite ayant deux cylindrées de fonctionnement tel que, dans chaque cylindrée, le moteur soit homocinétique et ait une résultante des efforts exercés par les pistons de la came qui soit faible.
Comme le sait l'homme du métier, considérant un cylindre dont le piston est au contact successivement de la rampe montante et descendante d'un lobe de came, un lobe de came est actif si ce cylindre est alternativement relié à l'alimentation et à l'échappement de fluide, respectivement, qui sont à des pressions différentes. Il est inactif dans le cas où ce cylindre est relié à une même enceinte de pression.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un moteur du type celui de l'invention ;
la figure 2 est une vue schématique en coupe radiale d'un moteur d'origine, avec sa came, son bloc-cylindres et ses pistons, ce moteur ayant six lobes de came et neuf pistons ;
la figure 3 est une vue développée schématique montrant le profil des lobes de came et la position des différents pistons sur ce profil dans une position relative de référence du bloc-cylindres et de la came ;
la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, pour un moteur fictif intermédiaire ayant six lobes de came, six pistons et qui est homocinétique sur quatre lobes de came ;
la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 pour un moteur selon l'invention, comportant six lobes de came, six pistons et pour lequel deux lobes de came sont inutilisés dans toute position angulaire relative du bloc-cylindres et de la came ;
la figure 6 est une vue schématique en coupe radiale, pour le moteur à six lobes de came et six pistons correspondant à la figure 5 ;
la figure 7 est une vue développée schématique montrant les positions des pistons sur les lobes de came pour un moteur à dix lobes de came et à sept pistons, dans une position relative de référence du bloc-cylindres et de la came ;
la figure 8 est une vue analogue à la figure 7 pour un moteur fictif intermédiaire ayant dix lobes de came, cinq pistons et qui est homocinétique sur sept lobes de came ;
la figure 9 est une vue analogue à celle de la figure 8 pour un moteur selon l'invention, ayant dix lobes de came et cinq pistons ; et
la figure 10 est une vue schématique en coupe radiale pour le moteur à dix lobes de came et à cinq pistons correspondant à la figure 9.

Le moteur représenté sur la figure 1 est en l'espèce un moteur à came fixe et à bloc-cylindres tournant. Bien entendu, l'invention s'applique également aux moteurs à came tournante et à bloc-cylindres fixe.
Le moteur de la figure 1 comprend un carter 2 dont la came 10 forme une partie, et un bloc-cylindres 12 qui tourne par rapport à cette came autour d'un axe de rotation A. Le bloc-cylindres 12 présente une pluralité de cylindres 14 dans lesquels des pistons 16 aptes à coopérer avec la came sont montés coulissant. Plus précisément, les pistons 16 comportent, à leurs extrémités opposées à l'axe de rotation A, des galets 16A qui, lors des déplacements des pistons dans leur cylindre, roulent sur la came. Celle-ci comprend une pluralité de lobes de came qui, sur la figure 2, sont au nombre de 6 et sont respectivement numérotés L1 à L6. Chaque lobe de came a une rampe montante M et une rampe descendante D. Par convention, si l'on considère que le bloc-cylindres tourne par rapport à la came dans le sens R, les rampes montantes des lobes sont celles avec lesquelles coopèrent les pistons lorsqu'ils sont déplacés dans le sens allant en s'éloignant de l'axe de rotation A.
Le moteur comprend un distributeur de fluide 18 qui est solidaire de la came vis-à-vis de la rotation autour de l'axe A. Ce distributeur comprend des conduits de distribution 20 qui sont reliés à une alimentation ou à un échappement et qui sont aptes à communiquer avec les cylindres au cours de la rotation relative du bloc-cylindres de la came par des orifices de distribution 22. En l'espèce, il s'agit d'une distribution plane, les orifices de distribution 22 étant situés dans une face de distribution 20A du distributeur qui est perpendiculaire à l'axe de rotation A. Le bloc-cylindres comporte quant à lui une face de communication 12A dans laquelle sont situés des orifices de communication 13, cette face de communication étant également perpendiculaire à l'axe A, les faces de distribution et de communication étant en appui l'une contre l'autre et les orifices de distribution et de communication étant disposés de telle sorte que, au cours de la rotation du bloc-cylindres par rapport à la came, les orifices de communication viennent successivement en communication avec les orifices de distribution successifs.
De manière connue en soi, par exemple par la demande de brevet français n° 2 834 012, chaque orifice de distribution est disposé en correspondance avec une rampe d'un lobe de came. Ainsi, dans le sens de rotation R et si le moteur fonctionne en pleine cylindrée, tous les orifices de distribution qui sont situés en regard des rampes montantes sont reliés à l'alimentation tandis que tous les orifices de distribution qui sont situés en regard d'une rampe descendante sont reliés à l'échappement. En l'espèce, le moteur de la figure 1 a deux cylindrées distinctes de fonctionnement. Il présente en effet un dispositif de sélection de la cylindrée connu en soi (voir par exemple FR 2 834 012) ayant un tiroir de sélection 30, disposé dans un alésage 32 d'une partie de carter et apte, dans sa position de la figure 1, à faire communiquer certains conduits de distribution, auquel cas le moteur fonctionne en cylindrée réduite. Lorsque le tiroir 30 est déplacé dans le sens de la flèche T, les conduits de distribution sont isolés les uns des autres et le moteur fonctionne en grande cylindrée.
Sur la figure 2, on voit que les différents cylindres sont espacés régulièrement les uns des autres. Ainsi, le bloc-cylindres du moteur de la figure 2 comprenant en l'espèce 9 cylindres, les axes AC de ces cylindres sont espacés les uns des autres de 40°. Un axe de cylindre est l'axe de symétrie d'un cylindre, s'étendant radialement à partir de l'axe de rotation A.
Sur la figure 3, qui est une représentation schématique de la développée de la came du moteur de la figure 2, on a identifié les différents lobes de came L1 à L6 avec leur rampe montante et descendante (ces rampes étant rectilignes sur la représentation schématique). On a également reporté l'espacement angulaire Eo = 40° entre les axes de cylindre.
Dans la suite, on considérera que l'espacement angulaire entre deux cylindres consécutifs est l'espacement angulaire entre les axes de cylindre de ces deux cylindres.
Sur la figure 3, les cylindres sont représentés par leurs axes AC et référencés dans des cercles.
Comme on le verra dans la suite, les cylindres et les pistons sont répartis en trois groupes et sur la figure 3, les cylindres sont désignés par les références I1 à III3, le chiffre romain qui est la première partie de cette référence désignant le groupe auquel appartient le cylindre considéré, tandis que le chiffre arabe qui constitue la deuxième partie est le quantième du cylindre considéré au sein de ce groupe.
La figure 6 est une vue analogue à la figure 2 pour un moteur selon l'invention. On voit sur cette figure que, à tout moment de la rotation relative du bloc-cylindres et de la came, c'est-à-dire pour toute position relative de ces deux éléments, deux lobes de came sont inutilisés car aucun piston n'est en contact instantané avec eux. En l'espèce, dans la position représentée à la figure 6, les lobes de came L2 et L5 sont instantanément inutilisés. Ceci est également visible sur la développée de la came de ce moteur, représenté sur la figure 5.
Le moteur de la figure 6 peut être obtenu à partir de celui de la figure 2, en modifiant le bloc-cylindres pour supprimer certains cylindres et diminuer ainsi la cylindrée du moteur, et en répartissant les cylindres convenablement pour que le moteur soit homocinétique et que la résultante des efforts exercés par les pistons sur la came soit faible. Plus précisément, dans le moteur des figures 2 et 3, l'espacement E0 entre les cylindres est constant et est égal à 360°/Npo, Npo étant le nombre de cylindres du moteur et étant égal à 9, de sorte que Eo est égal à 40°.
La figure 4 montre la développée de la came d'un moteur fictif intermédiaire utile pour déterminer la construction du moteur selon l'invention, dans la variante des figures 5 et 6. En l'espèce, ce moteur fictif intermédiaire est bâti à partir du moteur préexistant, dont la développée est représentée sur la figure 3.
Ce moteur fictif intermédiaire comprend la came du moteur d'origine, avec ses six lobes de came numérotés de L1 à L6.
Dans la position relative du bloc-cylindres de la came représentée sur la figure 4 (ci-après, position relative de référence), ce sont les deux lobes L5 et L6 qui sont inutilisés. En effet, par rapport au moteur d'origine représenté sur la figure 3, les trois cylindres III1, III2 et III3 du troisième groupe, qui étaient en regard de ces lobes de came, ont été supprimés. Les cylindres I1 à II3 subsistent, ils sont espacés les uns des autres de E0 = 40° et, dans la position de la figure 4, sont regroupés en regard des lobes de came L1 à L4.
Ce moteur fictif intermédiaire est homocinétique sur quatre lobes de came et avec ses six cylindres I1 à II3. Ceci signifie que, dans la position de référence de la figure 4, l'espacement angulaire régulier entre les cylindres regroupés peut être tel que le cylindre qui suivrait naturellement le dernier cylindre II3 du groupe de cylindres regroupés en conservant le même espacement par rapport à ce dernier cylindre se retrouverait exactement dans la même position sur la came que le premier cylindre I1 de ce groupe, en faisant abstraction des lobes inutilisés L5 et L6. En d'autres termes, considérant, dans la position de référence, que seuls les lobes L1 à L4 sont utilisés, et dans la mesure où le premier cylindre I1 est sur le premier sommet du premier lobe de came L1, c'est-à-dire au bas de sa rampe montante M, il faut que le cylindre I'1 qui suivrait naturellement le cylindre II3 avec le même espacement par rapport à lui que l'espacement Eo qu'il y a entre tous les cylindres, se retrouve sur le premier sommet du lobe de came L5, c'est-à-dire au bas de sa rampe montante M. En l'espèce, ceci est naturellement respecté avec l'espacement de 40° du moteur d'origine puisque l'on voit que le cylindre III1 qui était supprimé à la figure 3 était bien situé à cet endroit. Ceci est dû au fait que le moteur des figures 2 et 3 est homocinétique, non seulement sur les neuf cylindres qu'il comprenait, mais également sur chaque groupe I, II, III de cylindres qu'il comprend et ce, à chaque fois, sur deux lobes de came.
On voit en effet que le premier cylindre de chaque groupe I1, II1, III3, se trouve en regard du premier sommet d'un lobe de came impair, L1, L3 et L5. De plus, le bilan de fluide du moteur de la figure 4 est nul pour chacun des groupes I et II car, si l'on considère que le bloc-cylindres tourne dans le sens R par rapport à la came, le fluide sortant du deuxième cylindre du groupe (I2 ou II2) est compensé par le fluide entrant dans le troisième (I3 ou II3) et aucun fluide n'entre dans le premier cylindre (I1 ou II1) ni n'en sort.
Le moteur fictif intermédiaire n'est pas équilibré puisque, dans la position de référence (sur la figure 4), ces 6 cylindres sont tous au regard des 4 premières cames L1 à L4.
En se reportant à la figure 2, on comprend en effet que la suppression des cylindres III1, III2, III3 aurait pour conséquence que la résultante des efforts exercés par les pistons sur la came aurait une valeur relativement importante et serait sensiblement orientée selon la flèche F indiquée sur la figure 2.
Le moteur selon l'invention, selon la variante des figures 5 et 6, est dérivé du moteur fictif intermédiaire de la figure 4 par une répartition angulaire différente des cylindres. Sur la figure 4, dans la position de référence, les six cylindres I1 à I3 étaient disposés de telle sorte que leurs pistons respectifs coopéraient avec les cames utilisées L1 à L4 dans des positions respectives P1 à P6.
Sur le moteur de la figure 5, dans la position de référence représentée, ce sont les lobes des cames L2 et L5 qui sont instantanément inutilisés. Les six cylindres sont répartis de telle sorte que les positions P1 à P6 sont préservées sur les autres lobes de came. Ainsi, les cylindres I1 et I2 conservent leur position d'origine et les positions P1 et P2 sur le lobe de came L1 sont donc conservées. Le lobe de came L2 est inutilisé. Le troisième cylindre I3 du premier groupe est espacé du cylindre I2 pour que, dans la position de référence, son piston coopère avec le lobe de came L3 dans la même position P3 que celle dans laquelle il coopérait avec le lobe de came L2 sur la figure 4. De même, les cylindres du deuxième groupe II1 à II3 sont déplacés comme indiqué par les flèches qui vont de la figure 4 à la figure 5 pour que, dans la même position de référence, leurs pistons coopèrent avec les lobes de came L4 et L6 dans les mêmes positions P4, P5 et P6 que celles dans lesquelles ils coopéraient avec les lobes L3 et L4 de la figure 4.
Sur la figure 6, on a représenté en coupe radiale la came du moteur selon cette variante de l'invention avec son bloc-cylindres ayant six cylindres, le bloc-cylindres et la came étant dans la même position relative de référence que sur la figure 5. On voit que les pistons coopèrent avec les lobes de came L1, L3, L4 et L6 dans les positions P1 à P6.
Comme indiqué sur les figures 5 et 6, pour ce moteur à 6 lobes de came et 6 cylindres, et pour lequel 2 lobes de came sont inutilisés dans toute position relative du bloc-cylindres et de la came, les espacements angulaires entre les cylindres consécutifs sont respectivement sensiblement égaux à 40°, 100°, 40°, 40°, 100° et 40°. Bien entendu, les contraintes d'usinage du bloc-cylindres et les tolérances de fabrication font que ces espacements angulaires peuvent être légèrement différents des valeurs précitées, ce qui est exprimé par l'adverbe « sensiblement ». Les variations peuvent être de l'ordre de plus ou moins 0,5°. On voit que l'espacement de 100° entre les cylindres les plus espacés n'est pas un multiple de l'espacement de 40° entre les autres cylindres.
On comprend en considérant la figure 6 que ce moteur est sensiblement équilibré, c'est-à-dire que la résultante des efforts exercés par les pistons sur la came est sensiblement nulle. En effet, à chaque piston occupant une position donnée sur un lobe de came, correspond à un autre piston diamétralement opposé qui occupe une position analogue sur un autre lobe de came. Ainsi, les pistons des cylindres I1 et II1 qui sont diamétralement opposés coopèrent chacun avec un sommet de lobe de came, les pistons des cylindres I2 et II2 qui sont diamétralement opposés coopèrent chacun avec la région médiane de la rampe descendante d'un lobe de came ; les pistons des cylindres I3 et II3 qui sont diamétralement opposés coopèrent chacun avec la région médiane de la rampe montante M d'un lobe de came.
Le moteur des figures 5 et 6 est homocinétique sur les 4 lobes de came qui sont instantanément utilisés dans chaque position angulaire relative du bloc-cylindres de la came.
Un moteur avec un bloc-cylindres ayant des cylindres analogues à ceux du moteur de la figure 6 et ayant six lobes de came dont aucun ne serait instantanément inutilisé, serait homocinétique sur l'ensemble de ses six lobes de came, si, comme le moteur de la figure 2, il comportait un nombre Npo égal à 9 de cylindres régulièrement espacés selon un espacement Eo égal à 360°/Npo, soit 40°. On remarque que, dans le moteur des figures 5 et 6, les espacements entre les cylindres consécutifs sont toujours au moins égaux à cet espacement Eo.
Comme indiqué en référence à la figure 1, le moteur de l'invention peut comprendre plusieurs cylindrées actives de fonctionnement. C'est en particulier le cas de celui des figures 5 et 6 qui peut être homocinétique dans une grande et une petite cylindrée de fonctionnement.
Plus précisément, ce moteur comporte un nombre Nc égal à 6 de lobes de came, un nombre Np égal à 6 de cylindres ; il est homocinétique sur un nombre Nco égal à 4 de lobes de came et comme indiqué ci-dessus, il pourrait au maximum comporter un nombre Npo égal à 9 de cylindres analogues aux siens, régulièrement répartis, en étant homocinétique sur ses Nc cames. Les nombres Npo et Nc ont un diviseur commun d égal à 3. Il existe un nombre m égal à 2 tel que Nco = 4 = Nc.m/d = 6 x 2/3 et tel que Np = 6 = Npo . m/d = 9 x 2/3. Dans ces conditions, un groupe de Nc/m = 6/2 = 3 lobes de came peut être inactif dans la petite cylindrée du moteur. En l'espèce, ces considérations sont aisément vérifiables sur le moteur des figures 5 et 6 dans lequel deux des trois groupes de cylindres du moteur d'origine de la figure 3 ont été conservés.
Il est rappelé que pour rendre les lobes de came inactifs en petite cylindrée, il convient de faire en sorte que les conduits de distribution situés en correspondance avec les rampes montante et descendante de ces lobes de came ne soient pas alternativement reliés à l'alimentation et à l'échappement de fluide. Pour toutefois éviter l'usure prématurée des paliers de support de la partie tournante du moteur, on choisit avantageusement que les lobes qui sont inactifs en petite cylindrée soient intercalés entre deux lobes actifs. En d'autres termes, les 6 lobes de came L1 à L6 du moteur de la figure 6 sont répartis en deux groupes de 3 lobes de came, soit un groupe L1, L3 et L5, et un autre groupe L2, L4 et L6, et les lobes du deuxième groupe étant inactifs en petite cylindrée.
En référence aux figures 7 à 10, on décrit maintenant un moteur selon l'invention, conformément à une autre variante.
La figure 7 représente la développée de la came et indique les positions des cylindres pour un moteur classique ayant 10 lobes de came, numérotés de L'1 à L'10 et 7 cylindres, numérotés C1 à C7. Ainsi, pour ce moteur, Nc = 10 et Npo = 7. Sur les figures 7 à 9, les rampes montantes M et descendantes D sont indiquées pour un sens de rotation R du bloc-cylindres par rapport à la came.
Le moteur selon l'invention, dans la variante des figures 9 et 10, est homocinétique sur 7 de ses 10 lobes de came.
La figure 8 montre la développée de la came et la position du cylindre pour le moteur fictif intermédiaire qui est homocinétique sur 7 lobes de came regroupés, de sorte que le nombre Nco est égal à 7. On voit en effet sur la figure 8 que le bilan de fluide est nul, le fluide sortant des cylindres C3 et C5 étant compensé par le fluide entrant dans les cylindres C2 et C4, respectivement, tandis qu'aucun fluide n'alimente le cylindre C1 ni ne s'en échappe.
Dans la position de référence représentée sur la figure 8, le premier cylindre C1 est dans une position telle que son piston coopère avec le premier sommet du premier lobe de came L'1, ce qui détermine la position de référence du bloc-cylindres et de la came choisie pour les figures 7 à 9. Les cylindres sont regroupés en regard des sept premiers lobes de came L'1 à L'7. Ainsi, les cylindres C1 à C5 du moteur de la figure 7 sont conservés tandis que les cylindres C6 et C7 sont supprimés.
Pour que le moteur de la figure 8 soit homocinétique sur sept lobes de came, avec ses cylindres regroupés et espacés régulièrement, il faut que, si un cylindre C'1 était ajouté après le cylindre C5, en respectant le même espacement angulaire entre tous les cylindres regroupés, alors le piston de ce cylindre additionnel C'1 serait en contact avec le premier sommet du lobe de came L'8, dans la même position que le cylindre C1 par rapport au lobe L'1.
Contrairement à la situation décrite en référence aux figures 3 à 6, celle des figures 7 à 10 nécessite un recalage de la position des cylindres entre le moteur d'origine correspondant à la figure 7 et le moteur fictif intermédiaire correspondant à la figure 8. En effet, le premier cylindre supprimé du moteur d'origine C6 ne se trouve pas en regard du premier sommet du lobe de came L'8.
Dans le moteur d'origine, les cylindres sont régulièrement espacés, l'espacement Eo entre deux cylindres consécutifs étant égal à 360°/Npo, soit environ 51,4°, Npo étant égal à 7. Dans la position de référence représentée à la figure 7, le premier cylindre C1 est en regard du premier sommet du lobe de came L'1 et, du fait de l'espacement Eo, la position du cylindre C6 est située en regard du lobe de came L'8, en étant espacée d'un espacement ΔE par rapport au premier sommet de ce lobe.
Pour définir la configuration du moteur fictif intermédiaire, ii convient donc de corriger cet espacement ΔE. Ceci est réalisé en espaçant régulièrement les cylindres C1 à C5 d'un espacement $Ei = (360 ° . Nco / Nc) / Np, soit (360 \times 7 / 10) / 5, soit 50, 4 ° .$
Dans ce moteur fictif intermédiaire, et pour la position de référence représentée à la figure 8, les pistons des cylindres C1 à C5 occupent respectivement sur les lobes de came L'1, L'2, L'3, L'5 et L'6 des positions angulaires P1 à P5. Ce moteur est homocinétique sur sept lobes de came. Toutefois, comme on l'a expliqué en référence à la variante précédente, dans la mesure où tous les cylindres sont regroupés, le moteur n'est pas équilibré, c'est-à-dire que la résultante des efforts exercée par les pistons sur la came est trop importante. En conséquence, pour définir le moteur de la figure 9, à partir du moteur fictif de la figure 8 et en considérant la position de référence des figures 7 et 8, on répartit les cylindres sur les différents lobes de came de manière à conserver sur les lobes de came respectifs les positions angulaires qu'avaient ces cylindres, tout en faisant sorte que les efforts exercés par un piston sur la came soit sensiblement compensé par les efforts exercés par un ou plusieurs pistons sensiblement opposés. En l'espèce, le cylindre C3 est disposé en regard du lobe de came L'2 dans la position P3 qu'il avait par rapport au lobe L'3, le cylindre C5 est disposé en regard du lobe de came L'7 dans la position P5 qu'il avait par rapport au lobe L'6, et le cylindre C2 est disposé en regard du lobe de came L'9 dans la position P2 qu'il avait par rapport au lobe L'2. Les positions des cylindres C1 et C4 sont quant à elles inchangées.
Ainsi, comme on le voit sur les figures 9 et 10, le moteur selon la deuxième variante comprend 10 lobes de came et 5 cylindres, les espacements angulaires entre les cylindres consécutifs étant respectivement sensiblement égaux à 64,8°, 86,4°, 86,4°, 64,8° et 57,6°. En pratique, compte tenu des tolérances de fabrication, les espacements peuvent varier de plus ou moins 0,5° par rapport aux valeurs annoncées ci-dessus. On voit que les espacements différents de 57,6° ne sont pas des multiples de cette valeur. De plus, ces espacements sont supérieurs à l'espacement minimum Eo qui est de 51,4° pour le moteur de la figure 7.
Pour définir le moteur selon l'invention, on part donc avantageusement d'un moteur préexistant ayant Npo cylindres, tel que représenté par exemple par les développées des figures 3 et 7. En retenant un nombre de cylindres réduit Np, on définit ensuite le nombre Nco de lobes de came sur lesquels le moteur doit être homocinétique et, partant de ce nombre Nco, on définit l'espacement angulaire entre les cylindres regroupés du moteur intermédiaire, selon les figures 4 ou 8, pour que moteur soit homocinétique sur ces Nco lobes de came. Ensuite, on répartit les Np cylindres du moteur dans le bloc-cylindres pour que leurs positions angulaires par rapport aux lobes de came respectifs soient préservées, de manière à assurer que ce moteur soit bien homocinétique. Cette répartition est faite pour que la résultante des efforts exercés par les pistons sur la came soit aussi faible que possible.
Pour définir un moteur de cylindrée réduite ayant plusieurs cylindrées possibles de fonctionnement, on part d'un moteur homocinétique d'origine (par exemple selon les figures 2 et 3) pour lequel les nombres Npo de cylindres et Nc de lobes de came ont un diviseur commun entier d. On détermine alors un nombre entier m au moins égal à 2 et inférieur à d, qui est un diviseur entier du nombre Nc et on définit le moteur fictif intermédiaire tel que le nombre Nco de lobes de came sur lequel ce moteur est homocinétique est égal à Nc.m/d et tel que le nombre Np de ses cylindres est égal à Npo.m/d. On détermine enfin au moins un groupe de Nc/m de lobes de came dont les lobes de came peuvent être inactivés de manière à faire fonctionner le moteur hydraulique dans une petite cylindrée active.
Avantageusement, lorsque le moteur a au moins une petite et une grande cylindrée de fonctionnement, il comprend au moins deux groupes de lobes de came, les lobes de came de l'un des groupes étant inactifs dans la petite cylindrée. Dans ce cas, on peut choisir que les lobes de came d'un même groupe aient tous un profil identique qui soit différent du profil des lobes de came de l'autre groupe.
On a indiqué précédemment que la profondeur des lobes de la came est l'un des paramètres qui détermine la cylindrée du moteur. On peut donc déterminer la profondeur des lobes de came qui sont actifs dans une cylindrée de fonctionnement donnée pour que la valeur de cette cylindrée soit précisément égaie à une valeur déterminée.

Claims

Moteur hydraulique comprenant une came (10) et un bloc-cylindres (12) aptes à tourner l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation, la came comprenant une pluralité de lobes de came (L1-L6) ayant chacun une rampe montante M et une rampe descendante D et le bloc-cylindres présentant une pluralité de cylindres (14 ; I1-II3 ; C1-C5) dans lesquels des pistons (16) aptes à coopérer avec la came sont montés coulissants, le moteur comprenant en outre un distributeur de fluide (18), solidaire de la came vis-à-vis de la rotation autour de l'axe de rotation (A) et comprenant des conduits de distribution (20) reliés à une alimentation ou à un échappement et aptes à communiquer avec les cylindres au cours de la rotation relative du bloc-cylindres (12) et de la came (10) par des orifices de distribution (22) disposés chacun en correspondance avec une rampe (M, D) d'un lobe de came (L1-L6) de telle sorte qu'un cylindre dont le piston coopère avec une rampe montante (M) puisse être relié à l'alimentation et qu'un cylindre dont le piston coopère avec une rampe descendante (D) puisse être relié à l'échappement, les positions angulaires instantanées selon lesquelles les pistons (16) coopèrent avec la came (10) au cours de la rotation relative du bloc-cylindres (12) et de la came (10) étant telles que le moteur soit sensiblement homocinétique,
caractérisé en ce que, dans toute position relative du bloc-cylindres (12) et de la came (10), il existe au moins un lobe de came inutilisé avec lequel aucun piston (16) ne coopère et en ce que les espacements angulaires entre deux cylindres consécutifs sont différents entre eux et différents d'un multiple du plus petit espacement angulaire entre deux cylindres consécutifs, lesdits espacements angulaires étant déterminés de telle sorte que la résultante des efforts exercés par les pistons sur la came soit faible ou sensiblement nulle.
Moteur selon la revendication 1, comprenant Np cylindres et Nc lobes de came, caractérisé ce que les espacements angulaires entre les Np cylindres sont déterminés comme suit :
- pour un moteur fictif intermédiaire (Fig. 4, Fig. 8) comprenant la came à Nc lobes de came et un bloc-cylindres fictif intermédiaire ayant un nombre Np de cylindres (I1-I3; C1-C5) regroupés de sorte que l'espacement angulaire Ei entre deux cylindres regroupés consécutifs est égal à (360°.Nco/Nc)/Np et dans une position relative de référence du bloc-cylindres et de la came de ce moteur fictif intermédiaire, le piston (16) de chaque cylindre (I1-II2, C1-C5) occupe une position angulaire Pi, i variant de 1 à Np, sur l'un des Nc lobes de came (L1-L6; L'1-I'10), le nombre Nco étant le nombre des lobes de came consécutifs sur lesquels le moteur fictif intermédiaire est homocinétique,

- les Np cylindres (I1-II3; C1-C5) du moteur hydraulique sont répartis dans le bloc-cylindres (12) de telle sorte que, dans une position relative du bloc-cylindres et de la came correspondant à ladite position relative de référence du bloc-cylindres et de la came du moteur fictif, le piston (16) de chaque cylindre occupe sur un lobe de came (L1, L3, L4, L6 ; L'1, L'2, L'5, L7, L'9) la même position angulaire Pi que dans le moteur fictif et que la résultante des efforts exercés par les pistons sur les lobes de came soit inférieure à la résultante (F) de ces efforts dans le moteur fictif.
Moteur selon la revendication 1 ou 2, comprenant Np cylindres (I1-II3 ; C1-C5) et Nc lobes de came (L1-L6 ; L'1-L'10), caractérisé en ce que les espacements angulaires entre deux cylindres consécutifs sont au moins égaux à un espacement angulaire Eo égal à 360°/Npo, Npo étant un nombre entier supérieur à Np et représentant le nombre maximum de cylindres analogues aux cylindres dudit moteur qui pourraient être régulièrement répartis dans le bloc-cylindres.
Moteur selon la revendication 3, ayant au moins une petite et une grande cylindrée active de fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un groupe de Nc/m lobes de came (L2,L4,L6) dont les lobes de came sont inactifs dans la petite cylindrée du moteur, m étant un diviseur entier de Nc au moins égal à 2 défini comme suit :
- un moteur fictif intermédiaire ayant la came à Nc lobes de came et Np cylindres analogues à ceux dudit moteur, serait homocinétique sur Nco lobes de came,

- les nombres Npo et Nc ont un diviseur commun entier d, et

- le nombre m est tel que Nco est égal à Nc.m/d et Np est égal à Npo.m/d.
Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la came (10) présente un nombre de lobes de came Nc égal à 6 et en ce que le bloc-cylindres (12) comporte 6 cylindres, les espacements angulaires entre les cylindres consécutifs étant respectivement sensiblement égaux à 40°, 100°, 40°, 40°, 100° et 40°.
Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les six lobes de came sont répartis en deux groupes de trois lobes de came (L1, L3, L5 ; L2, L4, L6), un lobe de chaque groupe étant intercalé entre deux lobes de l'autre groupe.
Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la came présente 10 lobes de came et en ce que le bloc-cylindres comporte 5 cylindres, les espacements angulaires entre les cylindres consécutifs étant respectivement sensiblement égaux à 64.8°, 86.4°, 86.4°, 64.8° et 57.6°.
Procédé de conception d'un moteur hydraulique selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que :
- on définit un moteur fictif intermédiaire (Fig. 4, Fig. 8) comprenant une came à Nc lobes (L1-L6 ; L'1-L'10) de came dont un nombre Nco de lobes de came est choisi pour que le moteur fictif intermédiaire soit homocinétique sur Nco lobes de came, un bloc-cylindres fictif intermédiaire ayant un nombre Np de cylindres (I1-II3 ; C1-C5) regroupés de sorte que l'espacement angulaire Ei entre deux cylindres regroupés consécutifs est égal à (360°.Nco/Nc)/Np et on définit une position relative de référence du bloc-cylindres et de la came de ce moteur fictif intermédiaire, dans laquelle le piston de chaque cylindre(I1-II3; C1-C5) occupe une position angulaire Pi, sur l'un des Nc lobes de came,

- on définit ensuite le bloc-cylindres du moteur hydraulique en répartissant dans ce bloc-cylindres les Np cylindres (I1-II3 ; C1-C5) du moteur fictif intermédiaire et de telle sorte que, lorsque le bloc-cylindres (12) et la came (10) sont dans la même position relative que la position relative de référence du bloc-cylindres et de la came du moteur intermédiaire, l'ensemble des positions angulaires (P1-P6 ; P1-P5) dans lesquelles les pistons (16) du moteur hydraulique coopèrent avec les lobes de came (L1-L6 ; L'1-L'10) dudit moteur est identique à l'ensemble des positions angulaires Pi occupées par les pistons sur les lobes de came du moteur fictif intermédiaire, et que la résultante des efforts exercés par les pistons sur les lobes de came soit inférieure à la résultante de ces efforts dans le moteur fictif intermédiaire.
Procédé de conception d'un moteur hydraulique selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que :
- on part d'une conception existante pour un moteur homocinétique d'origine (Fig. 3, Fig. 7) comprenant une came à Nc lobes de came (L1-L6 ; L'1-L'10), tous ces lobes étant actifs, et un bloc-cylindres d'origine ayant un nombre Npo supérieur à Np de cylindres (I1-III3 ; C1-C7) répartis régulièrement selon un espacement angulaire Eo égal à 360°/Npo,

- on définit un moteur intermédiaire comprenant la came à Nc lobes de came dudit moteur d'origine, dont un nombre Nco de lobes de came est choisi pour que le moteur fictif intermédiaire soit homocinétique sur Nco lobes de came, un bloc-cylindres fictif intermédiaire ayant un nombre Np de cylindres (I1-II3 ; C1-C5) regroupés de sorte que l'espacement angulaire Ei entre deux cylindres regroupés consécutifs est égal à (360°.Nco/Nc)/Np et on définit une position relative de référence du bloc-cylindres et de la came de ce moteur fictif intermédiaire, dans laquelle le piston de chaque cylindre occupe une position angulaire Pi, sur l'un des Nc lobes de came,

- on définit ensuite le bloc-cylindres (12) du moteur hydraulique en répartissant dans ce bloc-cylindres les Np cylindres (I1-II3 ; C1-C5) du moteur fictif intermédiaire et de telle sorte que, lorsque le bloc-cylindres (12) et la came (10) sont dans la même position relative que la position relative de référence du bloc-cylindres et de la came du moteur intermédiaire, l'ensemble des positions angulaires dans lesquelles les pistons du moteur hydraulique coopèrent avec les lobes de came dudit moteur est identique à l'ensemble des positions angulaires Pi occupées par les pistons sur les lobes de came du moteur intermédiaire, et que la résultante des efforts exercés par les pistons sur les lobes de came soit inférieure à la résultante de ces efforts dans le moteur fictif intermédiaire.
Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on répartit les Np cylindres (I1-II3 ; C1-C5) du moteur fictif intermédiaire dans le bloc-cylindres du moteur hydraulique de telle sorte que les espacements angulaires entre deux cylindres consécutifs soient au moins égaux à Eo.
Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'on choisit un moteur homocinétique d'origine pour lequel les nombres Npo et Nc ont un diviseur commun entier d, on détermine un nombre entier m au moins égal à 2 et inférieur à d, qui est un diviseur entier du nombre Nc, on définit le moteur fictif intermédiaire tel que le nombre Nco est égal à Nc.m/d et tel que le nombre Np est égal à Npo.m/d, et on détermine au moins un groupe de Nc/m lobes de came dont les lobes de came peuvent être inactivés de manière à faire fonctionner le moteur hydraulique dans une petite cylindrée active.