EP2643584A1 - Machine hydraulique a cylindree variable, notamment pour vehicule automobile - Google Patents

Machine hydraulique a cylindree variable, notamment pour vehicule automobile

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Publication number
EP2643584A1
EP2643584A1 EP11796750.5A EP11796750A EP2643584A1 EP 2643584 A1 EP2643584 A1 EP 2643584A1 EP 11796750 A EP11796750 A EP 11796750A EP 2643584 A1 EP2643584 A1 EP 2643584A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydraulic
pistons
machine
hydraulic machine
barrel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11796750.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre Gauthier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technoboost SAS
Original Assignee
Technoboost SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Technoboost SAS filed Critical Technoboost SAS
Publication of EP2643584A1 publication Critical patent/EP2643584A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B13/00—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • F03C1/06—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F03C1/0636—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
    • F03C1/0639—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block having two or more sets of cylinders or pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • F03C1/06—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F03C1/0678—Control
    • F03C1/0686—Control by changing the inclination of the swash plate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/20—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
    • F04B1/22—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block having two or more sets of cylinders or pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26—Control
    • F04B1/30—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks
    • F04B1/32—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F04B1/324—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate

Definitions

  • the present invention relates to a variable displacement hydraulic machine that can operate as a motor or pump, in particular for a hybrid vehicle, as well as a traction chain and a hybrid vehicle equipped with such a hydraulic machine.
  • Hybrid vehicles generally comprise a heat engine constituting the main engine of the vehicle, and a complementary engine using energy that can be stored, such as electrical or hydraulic energy, to optimize the operation of the engine.
  • Hybrid vehicles using hydraulic energy comprise a hydraulic machine connected to the driving wheels of the vehicle, being able to operate as a pump for charging hydraulic accumulators by carrying out energy storage, or as an engine for delivering mechanical power to the wheels by taking energy stored in the accumulators.
  • hydraulic energy storage also makes it possible to drive in hydraulic mode alone or zero emission mode "ZEV", where the vehicle does not emit polluting gas, the heat engine remaining at a standstill.
  • a known type of hydraulic machine with variable displacement comprises a rotating barrel comprising axial pistons distributed in a ring around the axis, which are connected to a plate lying in a plane substantially transverse.
  • a known hydraulic machine made according to a variant, presented in particular in the document WO-A1-2003 / 058035, comprises a barrel comprising a series of axial bores in which floating or free piston rods slide. Axially on each side of the barrel, there is a tilt plate that supports bores in which slide the ends of the piston rods, each forming a piston.
  • This provides a compact hydraulic machine, having a single displacement that can be important by doubling the piston sets on each side of the barrel.
  • this type of hydraulic machine has a yield that varies greatly depending on the actual cylinder capacity, speed and operating pressure. It is then necessary for operation on a vehicle that requires ranges of use in torque and power varied, to have at least two hydraulic machines with two different displacements, in order to use each of these machines in its optimal operating range .
  • the present invention is intended to avoid these disadvantages of the prior art, and to provide a compact hydraulic machine, with a good performance under various operating conditions, which is particularly suitable for a hybrid vehicle.
  • variable displacement hydraulic machine particularly for a motor vehicle, comprising a rotating barrel comprising a series of axial pistons connected to a first plate located axially on one side of this cylinder, in a substantially transverse plane whose inclination is adjustable, to form a first adjustable displacement of this machine, characterized in that the cylinder further comprises a second series of axial pistons linked to a second plate whose inclination is also adjustable, which is relative to the first plate axially on the other side of this cylinder, to form a second adjustable displacement of this machine.
  • An advantage of this hydraulic machine is that one can arrange the different bores receiving the two sets of pistons compactly on the same barrel, to form two separate pumps whose different displacements are controlled independently by the setting of each two reclining trays.
  • the hydraulic machine according to the invention may further comprise one or more of the following features, which may be combined with one another.
  • the two plates each comprise an independent adjustment of their inclination.
  • the two sets of pistons of each cylinder each form a crown centered on the axis and comprising a different radius.
  • the hydraulic machine comprises for each displacement a hydraulic circuit comprising a low pressure chamber and a high pressure chamber, separated by two angular sections located at two diametrically opposite points in contact with the cylindrical outside contour of the cylinder, ensuring a dynamic seal between these chambers, each bore of the pistons comprising a communication conduit disposed radially outwardly to communicate to these chambers.
  • the two displacements of this machine each comprise the same number of piston, the pistons of the inner ring being angularly offset from those of the outer ring, and its communication conduits angularly interposed between the pistons of the outer ring.
  • the low and high pressure chambers as well as the communication ducts of each hydraulic circuit can be located on transverse planes axially offset with respect to each other.
  • each angular sealing section may comprise in its central part, a central channel connected to the external hydraulic circuit, the width of the communication ducts being provided so that these ducts open into a certain angular position of the cylinder, both in one of the two pressure chambers, and in this central channel.
  • a transition solenoid valve may be disposed between the central channel and the external hydraulic circuit.
  • the invention also relates to a drive train for a hybrid vehicle, comprising a hydraulic traction machine comprising any one of the preceding features.
  • the invention furthermore relates to a hybrid vehicle having a traction chain comprising a heat engine and a hydraulic traction machine, comprising any one of the preceding features.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of a hydraulic machine according to the invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of this hydraulic machine, according to the section plane II;
  • - Figure 3 is a cross-sectional view of this hydraulic machine, according to the section plane III; and - Figure 4 is a detail view of Figure 2, comprising a particular angular position of the barrel.
  • FIGS. 1 to 3 show a hydraulic machine 1 comprising a casing 2 of generally cylindrical shape centered on an axis, comprising a cylindrical internal cavity which is closed axially on one side in a sealed manner, by a cover 4.
  • the inner cavity is traversed by an axially disposed shaft 6, which is guided in rotation by two bearings 8 held one in the housing 2, and the other in the cover 4.
  • One end of the shaft 6 coming out of the machine hydraulic 1 on the side of the cover 4, is connected by a transmission not shown to the driving wheels of a hybrid vehicle, in the case where the hydraulic machine is provided for this type of vehicle.
  • a rotary barrel 10 fixed on the shaft 6, is fitted into the cylindrical cavity of the casing 2.
  • the barrel 10 comprises a first series of nine axially arranged bores, and distributed in a regular manner to form a crown comprising a large radius, arranged near the outer contour of this barrel.
  • Each bore of the first series of bores receives a piston 12, the outgoing end of the right side of the barrel 10, is connected by a ball 16 to a friction pad 17 which is supported on a first plate 14 located in a substantially transverse plane.
  • a tilt adjustment mechanism comprising an actuator 40 integrated in the casing 2 makes it possible to adjust a small inclination of this first plate 14 around the transverse plane.
  • the barrel 10 further comprises a second series of bores comprising the same number of bores, nine in this example, arranged axially and regularly distributed to form a crown. comprising a small radius, which is located radially inside the first series of bores.
  • Each bore of the second series of bores receives a piston 22 whose outgoing end of the left side of the barrel 10, is linked by a ball 26 to a friction pad 27 which is supported on a second plate 24 located in a substantially transverse plane.
  • a tilt adjustment mechanism comprising an actuator 42 integrated in the casing 2 makes it possible to adjust a small inclination of this second plate 24 around the transverse plane, independently of the adjustment of the first plate 14.
  • Each plate 14, 24 is fixed in rotation relative to the axis of the casing 2, with an inclination adjustable with respect to the transverse plane, the pistons 12, 22 remaining in contact with these plates, by sliding on them by means of the pads friction 17, 27.
  • the pistons 12 of the first series of pistons have a greater diameter than those of the second series, giving the hydraulic machine 1 a large displacement defined by their diameter and their maximum stroke, while the pistons 22 of the second series have a smaller diameter, providing a small displacement also defined by their diameter and their maximum stroke.
  • the two large and small displacements are each independently adjustable between a zero volume and a maximum volume.
  • the inner cavity of the casing 2 comprises in a transverse plane aligned on the bottom of the first series of bores of the large displacement, a low pressure chamber 18 and a high pressure chamber 20, separated by two angular sections 44 of small width formed by the casing 2, which are at two diametrically opposite points in permanent contact with the outer cylindrical contour of the cylinder 10.
  • the two angular sections 44 constitute a dynamic seal that isolates the two chambers low 18 and high pressure 20 of the large cylinder, during the rotation of the barrel 10.
  • Each bore of the first series comprises, in the transverse plane of the pressure chambers 18, 20, a radially outwardly directed communication duct 50, alternately bringing into communication the chamber of the first pistons 12 with the low pressure chamber 18 or the chamber high pressure 20, according to the angular position of this barrel.
  • the position of the two angular sealing sections 44 is defined to separate the two chambers 18, 20 in the top or bottom dead center positions of the pistons 12, so that for each chamber the pistons move in the same direction, by increasing or reducing the volumes of these rooms.
  • Each low or high-pressure chamber 20 is connected by a low or high-pressure external pipe 46 respectively to a supply electrovalve 56.
  • the feed solenoid valve 56 comprises three positions alternately giving a direct connection of the two external pipes 46, 48 to one another, enabling the hydraulic machine to be rotated empty with very little resistance, the fluid passing directly from the high pressure chamber 20 to the low pressure chamber 18, a connection with two external pipes 58 connecting the hydraulic machine 1 to pressure accumulators, for receiving or sending energy to these accumulators according to whether this machine operates respectively as a motor or pump, or a closure of two external pipes 46, 48 which blocks the hydraulic machine.
  • the hydraulic machine 1 turns in one or other of the two directions of rotation, so as to operate either as a motor or as a pump.
  • This hydraulic circuit is similar to that of the large cylinder, comprising in the same way, with an axial offset to be in the transverse plane aligned on the bottom of the second series of bores of the small displacement, a low pressure chamber 28 and a high pressure chamber 30 separated by two angular sections 44, and in the barrel 10 radially outwardly facing communication conduits 70 for each bore of this small displacement.
  • the two displacements each comprise the same number of piston, the pistons 22 of the inner ring being offset angularly with respect to those 12 of the outer ring, their communication ducts 70 being angularly interposed between each piston of this outer ring.
  • the hydraulic circuit of the small displacement also comprises two low 66 and high pressure external pipes 68, and a supply solenoid valve 76 connected to the external pipes 58.
  • this second circuit of small displacement is similar to that of the first large displacement circuit, with an independent adjustment of its plate 24, its reduced displacement delivering lower levels of torque and power, which allow to obtain a better performance in the case where small torques or small powers are required, whether motor or pump.
  • each angular sealing section 44 comprises in its central part a small radial channel 52 connected to a transition solenoid valve 54, which can operate proportionally or in a proportional manner. all or nothing, to alternatively leave the central channel closed, or connect it to one of the two external pipes 46, 48.
  • the width of the communication ducts 50, 70 of the barrel 10 is designed so that these ducts open into a certain angular position of this barrel, both in one of the two pressure chambers 18, 20, and in the central channel 52, as shown in Figure 4.
  • the transition valve 54 is connected via the central channel 52 to the high pressure external pipe 48, and for the passage of the high pressure chamber 20 to the low-pressure chamber 18, this central channel is connected to the low-pressure external pipe 46.
  • the flow rate of the central channel 52 is regulated by its diameter, or by the transition solenoid valve 54 which is proportional.
  • the transition solenoid valves 54 allow a gradual transition from one pressure chamber to another, so as to avoid hydraulic compressions or cavitation problems, which generate noise and torque pulsations at low rotational speeds.
  • a hydraulic machine 1 comprising two independently adjustable displacements, which is made very compactly using a single barrel 10 mounted on a shaft 6, and housed in the same housing 2.
  • the barrel 10 is used in a a space available radially inside the first series of pistons 12 of large diameter, to accommodate the second series of pistons 22 of small diameter, which avoids using a second cylinder, and gives a lightweight, compact and economical , comprising a reduced number of components.
  • the losses are reduced and the efficiency of the hydraulic machine 1 is improved compared to other types of machine producing two different displacements with two barrels.
  • the hydraulic machine according to the invention can operate with fewer functions, in particular without the supply solenoid valves 56, 76, or without the transition solenoid valves 54 which can be replaced by calibrated valves to limit the flow.
  • the hydraulic machine may also include common high and low pressure chambers with a common rotary distributor for the two small and large displacement hydraulic circuits, which simplifies the realization of this machine, but brings reduced performance.
  • this hydraulic machine can be used advantageously in a hybrid vehicle.

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Abstract

Machine hydraulique à cylindrée variable, notamment pour véhicule automobile, comportant un barillet tournant (10) comprenant une série de pistons axiaux (12) liés à un premier plateau (14) se trouvant axialement d'un côté de ce barillet, dans un plan sensiblement transversal dont l'inclinaison est réglable, pour former une première cylindrée réglable de cette machine, caractérisée en ce que le barillet (10) comporte de plus une deuxième série de pistons axiaux (22) liés à un deuxième plateau (24) dont l'inclinaison est aussi réglable, qui se trouve par rapport au premier plateau (14) axialement de l'autre côté de ce barillet, pour former une deuxième cylindrée réglable de cette machine.

Description

MACHINE HYDRAULIQUE A CYLINDREE VARIABLE, NOTAMMENT POUR VEHICULE AUTOMOBILE
La présente invention concerne une machine hydraulique à cylindrée variable pouvant fonctionner en moteur ou en pompe, en particulier pour véhicule hybride, ainsi qu'une chaîne de traction et un véhicule hybride équipés d'une telle machine hydraulique.
Les véhicules hybrides comportent généralement un moteur thermique constituant la motorisation principale du véhicule, et une motorisation complémentaire utilisant de l'énergie qui peut être stockée, comme de l'énergie électrique ou hydraulique, pour optimiser le fonctionnement du moteur thermique.
Les véhicules hybrides utilisant l'énergie hydraulique, comportent une machine hydraulique reliée à des roues motrices du véhicule, pouvant fonctionner en pompe pour charger des accumulateurs de pression hydrauliques en réalisant un stockage d'énergie, ou en moteur pour délivrer une puissance mécanique aux roues motrices en prélevant de l'énergie stockée dans les accumulateurs.
On peut en particulier pendant les phases de freinage, utiliser la machine hydraulique comme une pompe pour récupérer l'énergie cinétique du véhicule et la stocker, cette énergie étant ensuite restituée par la machine hydraulique fonctionnant en moteur, pour la traction du véhicule.
Cette utilisation d'énergie hydraulique stockée permet d'optimiser le fonctionnement du moteur thermique, et de réduire sa consommation ainsi que les émissions de gaz polluants. Le stockage d'énergie hydraulique permet aussi de rouler en mode hydraulique seul ou mode zéro émission « ZEV », où le véhicule n'émet pas de gaz polluant, le moteur thermique restant à l'arrêt.
Un type de machine hydraulique connu à cylindrée variable, comporte un barillet tournant comprenant des pistons axiaux répartis en couronne autour de l'axe, qui sont liés à un plateau se trouvant dans un plan sensiblement transversal. En réglant l'inclinaison du plateau par rapport au plan transversal, on modifie la course des pistons qui peut aller d'une course nulle avec le plateau dans le plan transversal, donnant une cylindrée nulle, à une course maximum avec la plus forte inclinaison du plateau, donnant la cylindrée maximum.
Une machine hydraulique connue réalisée suivant une variante, présentée notamment dans le document WO-A1 -2003/058035, comporte un barillet comprenant une série de perçages axiaux dans lesquels coulissent des tiges de piston flottantes ou libres. Axialement de chaque côté du barillet, se trouve un plateau inclinable qui supporte des alésages dans lesquels coulissent les extrémités des tiges de piston, formant chacune un piston.
On obtient ainsi une machine hydraulique compacte, comportant une unique cylindrée qui peut être importante par le doublement des jeux de pistons de chaque côté du barillet.
Toutefois, ce type de machine hydraulique comporte un rendement qui varie fortement en fonction de la cylindrée réellement utilisée, de la vitesse et de la pression de fonctionnement. On est alors obligé pour un fonctionnement sur un véhicule qui nécessite des plages d'utilisation en couple et en puissance variées, de disposer au moins deux machines hydrauliques comprenant deux cylindrées différentes, afin d'utiliser chacune de ces machines dans sa plage de fonctionnement optimale.
L'implantation de deux machines hydrauliques pose des problèmes notamment de masse, d'encombrement et d'implantation dans le véhicule. De plus ce type de machine peut générer en fonctionnement du bruit, ainsi que des pulsations de couple liées au nombre de pistons.
La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer une machine hydraulique compacte, comportant un bon rendement dans des conditions de fonctionnement variées, qui convient en particulier pour un véhicule hybride.
Elle propose à cet effet une machine hydraulique à cylindrée variable, notamment pour véhicule automobile, comportant un barillet tournant comprenant une série de pistons axiaux liés à un premier plateau se trouvant axialement d'un côté de ce barillet, dans un plan sensiblement transversal dont l'inclinaison est réglable, pour former une première cylindrée réglable de cette machine, caractérisée en ce que le barillet comporte de plus une deuxième série de pistons axiaux liés à un deuxième plateau dont inclinaison est aussi réglable, qui se trouve par rapport au premier plateau axialement de l'autre côté de ce barillet, pour former une deuxième cylindrée réglable de cette machine.
Un avantage de cette machine hydraulique, est que l'on peut disposer les différents alésages recevant les deux séries de pistons de façon compacte sur le même barillet, pour former deux pompes distinctes dont les cylindrées différentes sont commandées de manière indépendante par le réglage de chacun des deux plateaux inclinables.
La machine hydraulique selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, les deux plateaux comportent chacun un réglage indépendant de leur inclinaison.
Avantageusement, les deux séries de pistons de chaque cylindrée, forment chacune une couronne centrée sur l'axe et comprenant un rayon différent.
Selon un mode de réalisation, la machine hydraulique comporte pour chaque cylindrée un circuit hydraulique comprenant une chambre basse pression et une chambre haute pression, séparées par deux sections angulaires se trouvant en deux points diamétralement opposés en contact avec le contour cylindrique extérieur du barillet, assurant une étanchéité dynamique entre ces chambres, chaque alésage des pistons comportant un conduit de communication disposé radialement vers l'extérieur pour communiquer vers ces chambres.
Avantageusement, les deux cylindrées de cette machine comportent chacune un même nombre de piston, les pistons de la couronne intérieure étant décalés angulairement par rapport à ceux de la couronne extérieure, et ses conduits de communication s'interposant angulairement entre les pistons de cette couronne extérieure.
Les chambres basse et haute pression ainsi que les conduits de communication de chaque circuit hydraulique, peuvent se trouver sur des plans transversaux axialement décalés l'un par rapport à l'autre.
En option, chaque section angulaire d'étanchéité peut comporter dans sa partie centrale, un canal central relié au circuit hydraulique extérieur, la largeur des conduits de communication étant prévue pour que ces conduits débouchent dans une certaine position angulaire du barillet, à la fois dans une des deux chambres de pression, et dans ce canal central.
Une électrovanne de transition peut être disposée entre le canal central et le circuit hydraulique extérieur.
L'invention a aussi pour objet une chaîne de traction pour un véhicule hybride, comportant une machine hydraulique de traction comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
L'invention a de plus pour objet un véhicule hybride disposant d'une chaîne de traction comportant un moteur thermique et une machine hydraulique de traction, comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine hydraulique selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe transversale de cette machine hydraulique, selon le plan de coupe II ;
- la figure 3 est une vue en coupe transversale de cette machine hydraulique, selon le plan de coupe III ; et - La figure 4 est une vue de détail de la figure 2, comprenant une position angulaire particulière du barillet.
Les figures 1 à 3 présentent une machine hydraulique 1 comprenant un carter 2 de forme globalement cylindrique centrée sur un axe, comportant une cavité intérieure cylindrique qui est fermée axialement d'un côté de manière étanche, par un couvercle 4.
La cavité intérieure est traversée par un arbre 6 disposé axialement, qui est guidé en rotation par deux roulements 8 maintenus l'un dans le carter 2, et l'autre dans le couvercle 4. Une extrémité de l'arbre 6 sortant de la machine hydraulique 1 du côté du couvercle 4, est reliée par une transmission non représentée aux roues motrices d'un véhicule hybride, dans le cas où cette machine hydraulique est prévue pour ce type de véhicule.
Un barillet rotatif 10 fixé sur l'arbre 6, est ajusté dans la cavité cylindrique du carter 2. Le barillet 10 comporte une première série de neuf alésages disposés axialement, et répartis de manière régulière pour former une couronne comprenant un grand rayon, disposée près du contour extérieur de ce barillet.
En variante, on peut utiliser un nombre d'alésages différent, qui est de préférence impair, comme sept ou onze par exemple, ce qui modifie la régularité cyclique ou la complexité de la machine hydraulique 1 .
Chaque alésage de la première série d'alésages, reçoit un piston 12 dont l'extrémité sortante du côté droit du barillet 10, est liée par une rotule 16 à un patin de frottement 17 qui est en appui sur un premier plateau 14 situé dans un plan sensiblement transversal. Un mécanisme de réglage d'inclinaison comprenant un actionneur 40 intégré dans le carter 2, permet de régler une petite inclinaison de ce premier plateau 14 autour du plan transversal.
Le barillet 10 comporte de plus une deuxième série d'alésages comprenant un même nombre d'alésages, neuf dans cet exemple, disposés axialement et répartis de manière régulière pour former une couronne comprenant un petit rayon, qui est située radialement à l'intérieur de la première série d'alésages.
Chaque alésage de la deuxième série d'alésages, reçoit un piston 22 dont l'extrémité sortante du côté gauche du barillet 10, est liée par une rotule 26 à un patin de frottement 27 qui est en appui sur un deuxième plateau 24 situé dans un plan sensiblement transversal. Un mécanisme de réglage d'inclinaison comprenant un actionneur 42 intégré dans le carter 2, permet de régler une petite inclinaison de ce deuxième plateau 24 autour du plan transversal, de manière indépendante du réglage du premier plateau 14.
Chaque plateau 14, 24 est fixe en rotation par rapport à l'axe du carter 2, avec une inclinaison réglable par rapport au plan transversal, les pistons 12, 22 restants en contact avec ces plateaux, en glissant dessus par l'intermédiaire des patins de frottements 17, 27.
On obtient ainsi une rotation du barillet 10 et des pistons 12, 22, qui entraîne en même temps un coulissement de chaque série de pistons suivant un cycle complet d'aller et de retour par rotation complète de l'arbre 6, suivant une course réglée pour chaque série par l'inclinaison de son plateau 14, 24.
Les pistons 12 de la première série de pistons possèdent un diamètre plus important que ceux de la deuxième série, procurant à la machine hydraulique 1 une grande cylindrée définie par leur diamètre et leur course maximum, alors que les pistons 22 de la deuxième série possèdent un diamètre plus petit, procurant une petite cylindrée définie aussi par leur diamètre et leur course maximum.
On notera que les deux cylindrées grande et petite, sont réglables chacune de manière indépendante entre un volume nul et un volume maximum.
Le circuit hydraulique de la grande cylindrée, est détaillé figure 2.
La cavité intérieure du carter 2 comporte dans un plan transversal aligné sur le fond de la première série d'alésages de la grande cylindrée, une chambre basse pression 18 et une chambre haute pression 20, séparées par deux sections angulaires 44 de petite largeur formées par le carter 2, qui se trouvent en deux points diamétralement opposés en contact de manière permanente avec le contour cylindrique extérieur du barillet 10. Les deux sections angulaires 44 constituent une étanchéité dynamique qui permet d'isoler les deux chambres basse 18 et haute pression 20 de la grande cylindrée, pendant la rotation du barillet 10.
Chaque alésage de la première série comporte dans le plan transversal des chambres de pression 18, 20, un conduit de communication tourné radialement vers l'extérieur 50, mettant alternativement en communication la chambre des premiers pistons 12 avec la chambre basse pression 18 ou la chambre haute pression 20, suivant la position angulaire de ce barillet.
La position des deux sections angulaires d'étanchéité 44 est définie pour séparer les deux chambres 18, 20 dans les positions de point mort haut ou bas des pistons 12, de manière à ce que pour chaque chambre les pistons se déplacent dans un même sens, en augmentant ou en réduisant les volumes de ces chambres.
Chaque chambre basse 18 ou haute pression 20 est reliée par une canalisation externe respectivement basse 46 ou haute 48 pression, à une électrovanne d'alimentation 56.
L'électrovanne d'alimentation 56 comprend trois positions donnant alternativement, une liaison directe des deux canalisations externes 46, 48 entre elles permettant une rotation à vide de la machine hydraulique avec très peu de résistance, le fluide passant directement de la chambre haute pression 20 à la chambre basse pression 18, une liaison avec deux canalisations extérieures 58 reliant la machine hydraulique 1 à des accumulateurs de pression, pour recevoir ou envoyer une énergie vers ces accumulateurs suivant que cette machine fonctionne respectivement en moteur ou en pompe, ou une fermeture des deux canalisations externes 46, 48 qui bloque la machine hydraulique.
En conservant toujours les mêmes chambres 18, 20 pour la basse et la haute pression, la machine hydraulique 1 tourne dans l'un ou l'autre des deux sens de rotation, de manière à fonctionner soit en moteur, soit en pompe.
En variante on peut inverser les liaisons avec les accumulateurs hydrauliques pour échanger les chambres basse 18 et haute 20 pression entre elles, pour fonctionner en moteur ou en pompe en gardant un même sens de rotation de la machine hydraulique 1 .
Le circuit hydraulique de la petite cylindrée, est détaillé figure 3.
Ce circuit hydraulique est similaire à celui de la grande cylindrée, comprenant de la même manière, avec un décalage axial pour se trouver dans le plan transversal aligné sur le fond de la deuxième série d'alésages de la petite cylindrée, une chambre basse pression 28 et une chambre haute pression 30 séparées par deux sections angulaires 44, et dans le barillet 10 des conduits de communication tournés radialement vers l'extérieur 70 pour chaque alésage de cette petite cylindrée.
Les deux cylindrées comportent chacune un même nombre de piston, les pistons 22 de la couronne intérieure étant décalés angulairement par rapport à ceux 12 de la couronne extérieure, leurs conduits de communication 70 s'interposant angulairement entre chaque piston de cette couronne extérieure.
Le circuit hydraulique de la petite cylindrée comporte aussi deux canalisations externes basse 66 et haute pression 68, et une électrovanne d'alimentation 76 reliée aux canalisations extérieures 58.
Le fonctionnement de ce deuxième circuit de petite cylindrée est similaire à celui du premier circuit de grande cylindrée, avec un réglage indépendant de son plateau 24, sa cylindrée réduite délivrant des niveaux de couple et de puissance inférieurs, qui permettent d'obtenir un meilleur rendement dans le cas où de petits couples ou petites puissances sont demandés, que ce soit en moteur ou en pompe.
On peut aussi obtenir la puissance maximum de la machine hydraulique 1 , pour un fonctionnement en moteur ou en pompe, en travaillant simultanément avec les deux cylindrées. De plus comme détaillé figure 4, pour chaque circuit hydraulique de grande ou petite cylindrée, chaque section angulaire d'étanchéité 44 comporte dans sa partie centrale un petit canal radial 52 relié à une électrovanne de transition 54, qui peut fonctionner de manière proportionnelle ou en tout ou rien, pour alternativement laisser fermé ce canal central, ou le relier à une des deux canalisations externes 46, 48.
La largeur des conduits de communication 50, 70 du barillet 10, est prévue pour que ces conduits débouchent dans une certaine position angulaire de ce barillet, à la fois dans une des deux chambres de pression 18, 20, et dans le canal central 52, comme présenté dans la figure 4.
En particulier pour le passage de la chambre basse pression 18 vers la chambre haute pression 20, on relie par l'électrovanne de transition 54 le canal central 52 à la canalisation externe de haute pression 48, et pour le passage de la chambre haute pression 20 vers la chambre basse pression 18, on relie ce canal central à la canalisation externe de basse pression 46. Le débit du canal central 52 est réglé par son diamètre, ou par l'électrovanne de transition 54 qui est proportionnelle.
Les électrovannes de transition 54 permettent un passage progressif d'une chambre de pression à l'autre, de manière à éviter des compressions hydrauliques ou des problèmes de cavitation, qui génèrent du bruit et des pulsations de couple aux basses vitesses de rotation.
On obtient ainsi une machine hydraulique 1 comprenant deux cylindrées réglables indépendamment, qui est réalisée de manière très compacte en utilisant un seul barillet 10 monté sur un arbre 6, et logé dans un même carter 2. En particulier, on utilise dans le barillet 10 une place disponible radialement à l'intérieur de la première série de pistons 12 de grand diamètre, pour y loger la deuxième série de pistons 22 de petit diamètre, ce qui évite d'utiliser un deuxième barillet, et donne un ensemble léger, compact et économique, comprenant un nombre réduit de composants. De plus avec un seul barillet tournant 10, on réduit les pertes et améliore le rendement de la machine hydraulique 1 par rapport à d'autres types de machine réalisant deux cylindrées différentes avec deux barillets.
En variante, la machine hydraulique suivant l'invention peut fonctionner avec des fonctions en moins, notamment sans les électrovannes d'alimentation 56, 76, ou sans les électrovannes de transition 54 qui peuvent être remplacées par des clapets tarés pour limiter le débit.
La machine hydraulique peut aussi comporter des chambres haute et basse pression communes avec un distributeur rotatif commun pour les deux circuits hydrauliques de petite et grande cylindrée, ce qui simplifie la réalisation de cette machine, mais apporte des performances réduites.
Grâce à son bon rendement, à son poids réduit et à sa compacité, facilitant l'implantation dans un véhicule, cette machine hydraulique peut s'utiliser avantageusement dans un véhicule hybride.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Machine hydraulique à cylindrée variable, notamment pour véhicule automobile, comportant un barillet tournant (10) comprenant une série de pistons axiaux (12) liés à un premier plateau (14) se trouvant axialement d'un côté de ce barillet, dans un plan sensiblement transversal dont l'inclinaison est réglable, pour former une première cylindrée réglable de cette machine, le barillet (10) comportant de plus une deuxième série de pistons axiaux (22) liés à un deuxième plateau (24) dont l'inclinaison est aussi réglable, et qui se trouve, par rapport au premier plateau (14), axialement de l'autre côté de ce barillet, pour former une deuxième cylindrée réglable de cette machine, les deux séries de pistons (12, 22) de chaque cylindrée formant chacune une couronne centrée sur l'axe du barillet et comprenant un rayon différent ; les deux cylindrées de cette machine comportant chacune un même nombre de pistons, caractérisée en ce que les pistons de la couronne intérieure (22) sont décalés angulairement par rapport à ceux (12) de la couronne extérieure, et en ce que les deux séries de pistons sont reçues dans leurs séries d'alésages respectives et qui sont décalées l'une par rapport à l'autre dans leur direction axiale en se chevauchant partiellement.
2 - Machine hydraulique selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les deux plateaux (14, 24) comportent chacun un réglage indépendant de leur inclinaison permettant de régler l'inclinaison des deux plateaux (14, 24) autour de leurs plans transversaux respectifs.
3 - Machine hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte pour chaque cylindrée un circuit hydraulique comprenant une chambre basse pression (18, 28) et une chambre haute pression (20, 30), séparées par deux sections angulaires (44) se trouvant en deux points diamétralement opposés en contact avec le contour cylindrique extérieur du barillet (10), assurant une étanchéité dynamique entre ces chambres, chaque alésage des pistons (12, 22) comportant un conduit de communication (50, 70) disposé radialement vers l'extérieur du barillet pour communiquer vers ces chambres.
4 - Machine hydraulique selon la revendication 3, caractérisée en ce que les chambres basse (18, 28) et haute pression (20, 30) ainsi que les conduits de communication (50, 70) de chaque circuit hydraulique, se trouvent sur des plans transversaux axialement décalés l'un par rapport à l'autre.
5 - Machine hydraulique selon l'une quelconque des revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque section angulaire d'étanchéité (44) comporte dans sa partie centrale, un canal central (52) relié au circuit hydraulique extérieur, la largeur des conduits de communication (50, 70) étant prévue pour que ces conduits débouchent dans une certaine position angulaire du barillet (10), à la fois dans une des deux chambres de pression (18, 20, 28, 30), et dans ce canal central.
6 - Machine hydraulique selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une électrovanne de transition (54) est disposée entre le canal central (52) et le circuit hydraulique extérieur.
7 - Chaîne de traction pour un véhicule hybride, caractérisée en ce qu'elle comporte une machine hydraulique de traction (1 ) réalisée selon l'une quelconque des revendications précédentes.
8 - Véhicule hybride disposant d'une chaîne de traction comportant un moteur thermique et une machine hydraulique de traction (1 ), caractérisé en ce que cette machine hydraulique est réalisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
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