FR3000770A1

FR3000770A1 - Hydraulic machine for use in e.g. motor, of car, has cylinders supported on circular turntable, and low pressure precompression chamber and high pressure precompression chamber that are emerged on intermediate spaces by two connectors

Info

Publication number: FR3000770A1
Application number: FR1350123A
Authority: FR
Inventors: Olivier Balenghien; Ante Bozic
Original assignee: Technoboost SAS
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2014-07-11
Anticipated expiration: 2033-01-08
Also published as: FR3000770B1

Abstract

The machine (1) has a barrel (12) provided with cylinders (14) and receiving a piston (16) that is slid according to rotation of a shaft of an input shaft (6). The cylinders are supported on a circular turntable (24). The circular turntable comprises a low pressure collector and a high pressure collector whose ends are separated by two intermediate spaces. A low pressure precompression chamber and a high pressure precompression chamber are emerged on the intermediate spaces by two connectors. The low pressure precompression chamber is placed close to the low pressure collector. An independent claim is also included for a car.

Description

MACHINE HYDRAULIQUE A DEUX SENS DE ROTATION, COMPORTANT UNE CHAMBRE DE PRE-COMPRESSION pool La présente invention concerne une machine hydraulique pouvant fonctionner suivant deux sens de rotation, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'une telle machine hydraulique. [0002] Un type de machine hydraulique à barillet connu, comporte un arbre d'entrée motorisé qui entraîne en rotation un barillet comprenant une succession de cylindres parallèles entourant cet axe, chaque cylindre comprenant un piston prenant appui d'un côté appelé côté avant, par un roulement formant une butée axiale, sur un plateau inclinable qui est fixe en rotation. [0003] Un tour de rotation du barillet donne à chaque piston un mouvement suivant un cycle complet comprenant une course dans les deux sens, dont la hauteur dépend de l'angle d'inclinaison du plateau par rapport à un plan transversal, qui est réglable par une commande d'inclinaison. L'extrémité arrière des cylindres, opposée au plateau inclinable, est en appui sur une platine circulaire fixe qui ferme cette extrémité, afin d'assurer une étanchéité. [0004] La machine hydraulique peut fonctionner en moteur ou en pompe. [0005] Pour un fonctionnement en pompe, la platine circulaire comporte un collecteur basse pression qui se trouve en face des cylindres comportant le piston qui descend vers l'avant afin de permettre une aspiration du fluide pour remplir ces cylindres, et un collecteur haute pression qui se trouve en face des cylindres comportant les pistons qui montent, afin de recevoir le fluide sous pression. [0006] On peut aller ainsi d'une cylindrée nulle avec le plateau inclinable disposé perpendiculairement à l'arbre, à une cylindrée maximale avec la plus forte inclinaison du plateau. [0007] Pour un fonctionnement en moteur, les pistons en face du collecteur haute pression reçoivent cette haute pression et descendent vers l'avant, afin de délivrer une force motrice, et les pistons qui se trouvent en face du collecteur basse pression remontent vers l'arrière afin de refouler le fluide qui est à une pression basse. [00os] Ce type de machine génère des pulsations de pression dans les circuits basse et haute pression, dues notamment aux arrivés des cylindres sur chaque collecteur. En effet, dans le cas par exemple du passage du collecteur basse pression à celui haute pression, le cylindre se trouvant à une basse pression débouche brutalement dans le collecteur haute pression. On obtient des échanges dans ce cylindre avec un écart de pression important, qui provoque des effets dynamiques sur le fluide avec des sauts de pression. [0009] Pour atténuer ces pulsations qui génèrent des vibrations et des bruits dans la machine et dans les circuits qui lui sont reliés, une solution connue, présentée notamment par le document US-A-6086336, comporte sur la platine dans l'espace intermédiaire entre les collecteurs, avant l'arrivée sur le collecteur haute pression, une ouverture donnant sur une chambre de pré-compression haute pression. De cette manière le cylindre se trouvant juste avant le collecteur haute pression est alimenté en fluide sous pression par la chambre de pré-compression correspondante, afin de déboucher dans ce collecteur avec une faible différence de pression. [0olo] On peut disposer aussi de manière connue une chambre de pré-compression basse pression correspondante avant l'arrivée sur le collecteur basse pression, afin de réaliser une faible pression dans le cylindre avant qu'il débouche dans ce collecteur. pou ] Toutefois dans le cas où la machine hydraulique doit travailler dans les deux sens de rotation, il faut alors disposer dans chaque espace intermédiaire entre les deux collecteurs une chambre de pré-compression basse pression et une autre chambre haute pression, afin d'assurer la même prestation de réduction des pulsations dans les deux sens de rotation de cette machine. [0012] On a alors un total de quatre chambres qui occupent un espace, ajoutent de la masse à la machine, et augmentent les coûts. [0013] En particulier dans le cas d'une machine hydraulique utilisée pour une chaîne de traction d'un véhicule hybride, et devant fonctionner suivant les deux sens de rotation, on cherche à assurer les meilleures conditions de confort dans les deux sens de rotation, ainsi que la réduction des masses et des coûts. [0014] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. [0015] Elle propose à cet effet une machine hydraulique prévue pour fonctionner suivant deux sens de rotation, comportant un barillet comprenant des cylindres recevant chacun un piston qui coulisse en fonction de la rotation d'un arbre d'entrée, les cylindres prenant appui sur une platine circulaire pour fermer leurs extrémités, cette platine comportant un collecteur basse pression et un collecteur haute pression séparés à leurs extrémités par deux espaces intermédiaires, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une chambre de pré-compression basse pression ou haute pression, qui débouche par des connexions à la fois sur les deux espaces intermédiaires. [0016] Un avantage de cette machine hydraulique est que l'on peut réduire la pulsation sur la basse ou haute pression pour les deux sens de rotation, grâce à une unique chambre de pré-compression comportant deux connexions se trouvant des deux côtés d'un même collecteur, qui permettent d'adapter la pression des cylindres arrivant sur ce collecteur quel que soit le sens de rotation de ces cylindres. [0017] La machine hydraulique selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0018] Avantageusement, la machine hydraulique comporte une chambre de pré-compression basse pression et une chambre de pré-compression haute pression, qui débouchent chacune sur les deux espaces intermédiaires. [0019] Avantageusement sur les espaces intermédiaires, la connexion de la 5 chambre de pré-compression basse pression est disposée plus près du collecteur basse pression, et la connexion de la chambre pré-compression haute pression est disposée plus près du collecteur haute pression. [0020] En particulier, les connexions peuvent comporter des ouvertures multiples vers les cylindres. 10 [0021] En complément, les connexions peuvent comporter un système de pilotage automatique qui donne des modifications des passages de fluide. [0022] L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile disposant d'une chaîne de traction comprenant une machine hydraulique comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. 15 [0023] En particulier, le véhicule peut être du type hybride, comportant un moteur thermique pouvant être relié à la machine hydraulique. [0024] 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 20 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine hydraulique à pistons axiaux ; - la figure 2 est un schéma développé des cylindres de cette machine comportant des chambres de pré-compression selon 25 l'art antérieur ; et - la figure 3 est un schéma développé des cylindres de cette machine comportant des chambres de pré-compression selon l'invention. [0025] La figure 1 présente une machine hydraulique 1 pouvant tourner dans les deux sens de rotation, comprenant un corps globalement cylindrique 2 fermé du côté arrière par un couvercle 4. Le corps 2 et le couvercle 4 supportent chacun un roulement à rouleaux coniques 8, qui guide un arbre d'entrée 6 disposé suivant l'axe de ce corps. [0026] Un barillet 12 lié en rotation à l'arbre d'entrée 6, comporte neuf cylindres 14 disposés parallèlement à l'axe, qui sont régulièrement répartis autour de cet axe. [0027] Chaque cylindre 14 contient un piston 16, dont l'extrémité avant prend appui par une butée axiale 18 sur un plateau inclinable 20 qui peut pivoter autour d'un axe 0 perpendiculaire à l'arbre d'entrée 6, sous l'effet d'un vérin hydraulique de commande 22 et d'un ressort de rappel 26. [0028] Le côté arrière du barillet 12 prend appui sur une platine circulaire transversale 24 maintenue par le couvercle 4, pour fermer l'extrémité arrière des cylindres 14. [0029] La platine 24 comporte un collecteur basse pression et un collecteur haute pression formant chacun un arc de cercle couvrant un peu moins de la moitié des positions des cylindres 14. Les collecteurs sont séparés entre eux à leurs extrémités par deux espaces intermédiaires qui permettent à un cylindre de quitter entièrement un des collecteurs avant d'arriver sur l'autre, de manière à éviter une communication directe entre ces collecteurs. [0030] On obtient ainsi pour un fonctionnement en pompe par exemple, à chaque rotation du barillet 12 un cycle complet de mouvement de l'ensemble des pistons 16 qui vont coulisser vers l'avant quand leurs cylindres se trouvent en face du collecteur basse pression, puis vers l'arrière quand ils se trouvent en face du collecteur haute pression pour refouler le fluide sous pression dans ce collecteur. [0031] Pour les figures 2 et 3 suivantes, les zones de fluide sous haute pression sont représentées avec une trame de points. [0032] La figure 2 présente une vue développée de l'ensemble des cylindres 14, comprenant les pistons 16 qui suivent un mouvement sinusoïdal imposé par l'inclinaison du plateau 20, lors de la rotation du barillet 12 représentée par la flèche tournée vers la droite. [0033] Le couvercle arrière 4 et la platine comportent en partant du côté gauche, le collecteur basse pression 30 qui est en communication avec les trois premiers cylindres 14, puis après un premier espace intermédiaire le collecteur haute pression 32 qui est en communication avec les quatre cylindres suivants, ensuite le deuxième espace intermédiaire qui ferme le cylindre suivant, et enfin à nouveau le collecteur basse pression 30 qui est en communication avec le dernier cylindre. [0034] Le premier espace intermédiaire comporte un petit perçage formant une connexion 36 vers une chambre de pré-compression haute pression 34, et de la même manière le deuxième espace intermédiaire comporte aussi un petit perçage formant une connexion 40 vers une chambre de pré-compression basse pression 38. [0035] La position de chaque connexion 36, 40 d'une chambre de pré-compression 34, 38, par rapport au collecteur 30, 32 se trouvant après, est particulièrement étudiée de manière à réaliser un ajustement de la pression du cylindre 14 juste avant qu'il arrive devant ce collecteur, afin de préparer l'ouverture vers ce collecteur en évitant une différence de pression élevée causant un choc dans la machine ainsi que dans les circuits hydrauliques. [0036] Pour la machine hydraulique présentée qui tourne dans le sens indiqué, chaque chambre de pré-compression 34, 38 prépare l'arrivée des cylindres 14 dans le collecteur suivant 30, 32, en venant toujours du même côté. [0037] La figure 3 présente une vue développée pour une machine hydraulique tournant dans les deux sens, le mouvement des cylindres 14 étant schématisé par les flèches des deux côtés. [0038] Chaque chambre de pré-compression 34, 38 comporte deux connexions 36, 40, chacune de ces connexions débouchant dans un des espaces intermédiaires, avec une position précise par rapport au collecteur correspondant suivant 30, 32 en fonction du sens de rotation de la machine hydraulique. [0039] Chaque espace intermédiaire comportant deux connexions, la connexion de la chambre de pré-compression basse pression 40 est disposée plus près du collecteur basse pression 30, et la connexion de la chambre de pré-compression haute pression 36 est disposée plus près du collecteur haute pression 32. De cette manière, chaque chambre de pré- compression 34, 38 comporte un passage de fluide vers le cylindre qui arrive prochainement sur le collecteur correspondant 30, 32, quel que soit le côté d'arrivée de ce cylindre. [0040] On utilise ainsi une chambre de pré-compression commune 34, 38 pour préparer l'arrivée du cylindre sur chaque collecteur 30, 32 dans les deux sens de rotation, ce qui permet de gagner en encombrement, et de réduire la masse de la machine hydraulique ainsi que les coûts. [0041] En complément, les connexions 36, 40 avec les chambres de pré-compression 34, 38 peuvent comporter des ouvertures multiples vers les cylindres, comprenant des diamètres et des positions variables, afin d'optimiser les échanges entre le cylindre et la chambre de pré-compression pour obtenir le meilleur lissage de la variation de pression. [0042] Les connexions 36, 40 avec les chambres de pré-compression 34, 38 peuvent aussi comporter un système de pilotage automatique, qui peut 25 donner un diamètre de passage variable, ou une fermeture de ce passage. [0043] On obtient une machine hydraulique compacte comprenant seulement deux chambres de pré-compression 34, 38, qui permettent de lisser les fortes variations de pression pour donner un niveau de pulsation réduit dans les deux sens de rotation, ce qui permet d'atténuer les vibrations et les bruits dans cette machine ainsi que dans les circuits hydrauliques qui lui sont reliés. [0044] La machine hydraulique selon l'invention est particulièrement adaptée pour des applications sur les véhicules automobiles, comprenant des contraintes importantes sur le niveau de confort, sur la masse totale ainsi que sur les coûts. On peut l'utiliser notamment pour un véhicule hybride comportant un moteur thermique qui peut être relié à cette machine, afin de réaliser un stockage d'énergie hydraulique sous pression dans des réservoirs permettant une restitution de cette énergie, pour optimiser le fonctionnement du moteur thermique.The present invention relates to a hydraulic machine that can operate in two directions of rotation, and to a motor vehicle equipped with such a hydraulic machine. A type of hydraulic barrel machine known comprises a motorized input shaft which rotates a barrel comprising a succession of parallel cylinders surrounding this axis, each cylinder comprising a piston bearing on one side called the front side, by a bearing forming an axial stop, on a tilting plate which is fixed in rotation. A rotational turn of the barrel gives each piston a movement following a complete cycle comprising a stroke in both directions, the height of which depends on the angle of inclination of the plate relative to a transverse plane, which is adjustable by a tilt control. The rear end of the cylinders, opposite to the tilting plate, is supported on a fixed circular plate which closes this end, to ensure a seal. The hydraulic machine can operate as a motor or pump. For a pump operation, the circular plate has a low pressure collector which is opposite the cylinders having the piston which descends forward to allow suction of the fluid to fill the cylinders, and a high pressure collector which is in front of the cylinders having the pistons that rise, in order to receive the fluid under pressure. We can go well with zero displacement with the tilting plate disposed perpendicular to the shaft at a maximum displacement with the steepest inclination of the plate. For operation in the engine, the pistons in front of the high pressure manifold receive this high pressure and down to the front, in order to deliver a driving force, and the pistons that are in front of the low pressure manifold back to the back to repress the fluid that is at a low pressure. This type of machine generates pressure pulsations in the low and high pressure circuits, due in particular to the arrival of the cylinders on each manifold. Indeed, in the case for example of the passage of the low pressure collector to high pressure, the cylinder being at a low pressure suddenly opens into the high pressure manifold. Exchanges in this cylinder are obtained with a large pressure difference, which causes dynamic effects on the fluid with pressure jumps. To mitigate these pulsations that generate vibrations and noises in the machine and in the circuits connected thereto, a known solution, presented in particular by US-A-6086336, comprises on the plate in the intermediate space between the manifolds, before the arrival on the high-pressure manifold, an opening overlooking a high-pressure pre-compression chamber. In this way the cylinder just before the high-pressure manifold is supplied with pressurized fluid by the corresponding pre-compression chamber, in order to open into this manifold with a small pressure difference. [0101] It is also possible, in a known manner, to have a corresponding low-pressure pre-compression chamber before arrival on the low-pressure manifold, in order to achieve a low pressure in the cylinder before it opens into this manifold. However, in the case where the hydraulic machine must work in both directions of rotation, it is then necessary to have in each space between the two collectors a low pressure pre-compression chamber and another high pressure chamber, to ensure the same performance of reduction of the pulsations in both directions of rotation of this machine. We then have a total of four rooms that occupy space, add mass to the machine, and increase costs. In particular in the case of a hydraulic machine used for a drive train of a hybrid vehicle, and to operate in both directions of rotation, it is sought to ensure the best comfort conditions in both directions of rotation. as well as the reduction of masses and costs. The present invention is intended to avoid these disadvantages of the prior art. It proposes for this purpose a hydraulic machine provided to operate in two directions of rotation, comprising a cylinder comprising cylinders each receiving a piston which slides according to the rotation of an input shaft, the cylinders being supported on a turntable for closing their ends, this plate comprising a low pressure manifold and a high pressure manifold separated at their ends by two intermediate spaces, characterized in that it comprises at least one low pressure or high pressure pre-compression chamber, which leads to connections at the same time on the two intermediate spaces. An advantage of this hydraulic machine is that it can reduce the pulse on the low or high pressure for both directions of rotation, thanks to a single pre-compression chamber having two connections on both sides of the same collector, which allow to adapt the pressure of the cylinders arriving on this manifold regardless of the direction of rotation of these cylinders. The hydraulic machine according to the invention may further comprise one or more of the following features, which may be combined with each other. Advantageously, the hydraulic machine comprises a low pressure pre-compression chamber and a high pressure pre-compression chamber, each of which opens on the two intermediate spaces. [0019] Advantageously on the intermediate spaces, the connection of the low-pressure pre-compression chamber is arranged closer to the low-pressure manifold, and the connection of the high-pressure pre-compression chamber is arranged closer to the high-pressure manifold. In particular, the connections may include multiple openings to the cylinders. In addition, the connections may include an autopilot system which provides modifications to the fluid passages. The invention also relates to a motor vehicle having a traction chain comprising a hydraulic machine comprising any one of the preceding features. In particular, the vehicle may be of the hybrid type, comprising a heat engine that can be connected to the hydraulic machine. The invention will be better understood and other features and advantages will appear more clearly on reading the following description given by way of example and in a nonlimiting manner, with reference to the appended drawings in which: Figure 1 is an axial sectional view of a hydraulic machine with axial pistons; FIG. 2 is a developed diagram of the cylinders of this machine comprising pre-compression chambers according to the prior art; and FIG. 3 is a developed diagram of the cylinders of this machine comprising pre-compression chambers according to the invention. Figure 1 shows a hydraulic machine 1 rotatable in both directions of rotation, comprising a generally cylindrical body 2 closed on the rear side by a cover 4. The body 2 and the cover 4 each support a tapered roller bearing 8 , which guides an input shaft 6 disposed along the axis of this body. A barrel 12 rotatably connected to the input shaft 6, comprises nine cylinders 14 arranged parallel to the axis, which are regularly distributed around this axis. Each cylinder 14 contains a piston 16, whose front end is supported by an axial abutment 18 on a tilting plate 20 which can pivot about an axis 0 perpendicular to the input shaft 6, under the effect of a hydraulic control cylinder 22 and a return spring 26. The rear side of the cylinder 12 is supported on a transverse circular plate 24 held by the cover 4, to close the rear end of the cylinders 14 The plate 24 comprises a low pressure collector and a high pressure collector each forming an arc of a circle covering a little less than half of the positions of the cylinders 14. The collectors are separated from each other at their ends by two intermediate spaces which allow one cylinder to completely leave one of the collectors before arriving on the other, so as to avoid direct communication between these collectors. Thus, for operation in a pump for example, with each rotation of the barrel 12 a complete cycle of movement of the set of pistons 16 which slide forward when their cylinders are in front of the low pressure collector , then backwards when they are in front of the high-pressure manifold to discharge the pressurized fluid into this manifold. For the following Figures 2 and 3, the areas of fluid under high pressure are represented with a dot pattern. FIG. 2 shows a developed view of all the cylinders 14, including the pistons 16 which follow a sinusoidal movement imposed by the inclination of the plate 20, during the rotation of the barrel 12 represented by the arrow facing the right. The rear cover 4 and the plate comprise starting from the left side, the low pressure collector 30 which is in communication with the first three cylinders 14, then after a first intermediate space the high pressure collector 32 which is in communication with the four subsequent cylinders, then the second intermediate space which closes the next cylinder, and finally again the low pressure collector 30 which is in communication with the last cylinder. The first intermediate space comprises a small hole forming a connection 36 to a high-pressure pre-compression chamber 34, and in the same manner the second intermediate space also comprises a small hole forming a connection 40 to a pre-compression chamber. low pressure compression 38. The position of each connection 36, 40 of a pre-compression chamber 34, 38, with respect to the collector 30, 32 located after, is particularly studied so as to achieve an adjustment of the pressure cylinder 14 just before it arrives in front of this collector, to prepare the opening to this manifold avoiding a high pressure difference causing a shock in the machine as well as in the hydraulic circuits. For the presented hydraulic machine which rotates in the direction indicated, each pre-compression chamber 34, 38 prepares the arrival of the cylinders 14 in the next collector 30, 32, always coming from the same side. [0037] Figure 3 shows a developed view for a hydraulic machine rotating in both directions, the movement of the cylinders 14 being shown schematically by the arrows on both sides. Each pre-compression chamber 34, 38 has two connections 36, 40, each of these connections opening into one of the intermediate spaces, with a precise position relative to the corresponding next collector 30, 32 depending on the direction of rotation of the hydraulic machine. Each intermediate space having two connections, the connection of the low pressure pre-compression chamber 40 is disposed closer to the low pressure manifold 30, and the connection of the high pressure pre-compression chamber 36 is disposed closer to the In this manner, each pre-compression chamber 34, 38 has a fluid passage to the cylinder which will arrive soon on the corresponding manifold 30, 32, regardless of the arrival side of this cylinder. Thus a common pre-compression chamber 34, 38 is used to prepare the arrival of the cylinder on each manifold 30, 32 in both directions of rotation, which saves space, and reduce the mass of the hydraulic machine as well as the costs. In addition, the connections 36, 40 with the pre-compression chambers 34, 38 may comprise multiple openings to the cylinders, comprising diameters and variable positions, in order to optimize exchanges between the cylinder and the chamber. pre-compression to obtain the best smoothing of the pressure variation. The connections 36, 40 with the pre-compression chambers 34, 38 may also include an automatic piloting system, which may give a variable passage diameter, or a closure of this passage. We obtain a compact hydraulic machine comprising only two pre-compression chambers 34, 38, which smooth the strong pressure variations to give a reduced level of pulsation in both directions of rotation, which can mitigate vibrations and noise in this machine as well as in the hydraulic circuits connected to it. The hydraulic machine according to the invention is particularly suitable for applications on motor vehicles, including significant constraints on the level of comfort, the total weight as well as costs. It can be used in particular for a hybrid vehicle comprising a heat engine that can be connected to this machine, in order to achieve a hydraulic energy storage under pressure in tanks for the return of this energy, to optimize the operation of the engine .

Claims

REVENDICATIONS1. Hydraulic machine designed to operate in two directions of rotation, comprising a cylinder (12) comprising cylinders (14) each receiving a piston (16) which slides according to the rotation of an input shaft (6), the cylinders bearing on a circular plate (24) to close their ends, this plate comprising a low pressure manifold (30) and a high pressure manifold (32) separated at their ends by two intermediate spaces, characterized in that it comprises at least a low pressure (34) or high pressure (38) pre-compression chamber, which opens through connections (36, 40) at both the two interspaces.

2. Hydraulic machine according to claim 1, characterized in that it comprises a low pressure pre-compression chamber (34) and a high pressure pre-compression chamber (38), each of which opens on the two intermediate spaces.

3. Hydraulic machine according to claim 1 or 2, characterized in that the intermediate spaces, the connection of the low pressure pre-compression chamber (40) is disposed closer to the low pressure manifold (30), and the connection of the high pressure pre-compression chamber (36) is disposed closer to the high pressure manifold (32).

4. Hydraulic machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the connections (36, 40) have multiple openings to the cylinders (14).

5. Hydraulic machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the connections (36, 40) comprise an automatic control system which gives changes to the fluid passage.

6. A motor vehicle comprising a traction chain comprising a hydraulic machine (1), characterized in that this hydraulic machine is made according to any one of the preceding claims.

7. Motor vehicle according to claim 6, characterized in that it is of the hybrid vehicle type, comprising a heat engine that can be connected to the hydraulic machine (1).