FR3010742A1

FR3010742A1 - Dispositif hydraulique, a accumulateurs haute pression et basse pression combines, pour une machine hydraulique

Info

Publication number: FR3010742A1
Application number: FR1358882A
Authority: FR
Inventors: Olivier Balenghien; Ante Bozic
Original assignee: Technoboost SAS
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2015-03-20
Anticipated expiration: 2033-09-16
Also published as: FR3010742B1

Abstract

Un dispositif hydraulique (D) comprend i) un premier réceptacle haute pression (R1) subdivisé par un premier piston (PI1) en une première partie (P11), contenant un premier fluide compressible, et une deuxième partie (P12), contenant un premier fluide incompressible et munie d'une entrée/sortie couplée à une première entrée/sortie (E1) d'une machine hydraulique (MH), et ii) un second réceptacle basse pression (R2) subdivisé par une première sous-partie (SP1) d'un second piston (PI2), présentant une première section, en une troisième partie (P21), contenant un second fluide compressible, et une quatrième partie (P22), contenant un deuxième fluide incompressible et munie d'une entrée/sortie couplée à une seconde entrée/sortie (E2) de la machine hydraulique (MH). Le second piston (PI2) comprend en outre une seconde sous-partie (SP2) solidarisée fixement à la première sous-partie (SP1), présentant une seconde section strictement inférieure à la première section, et logée à coulissement dans les première (P11) et troisième (P21) parties.

Description

DISPOSITIF HYDRAULIQUE, À ACCUMULATEURS HAUTE PRESSION ET BASSE PRESSION COMBINÉS, POUR UNE MACHINE HYDRAULIQUE [0001] L'invention concerne les dispositifs hydrauliques qui sont destinés à être couplés à des machines hydrauliques. [0002] Dans certains domaines, comme par exemple celui des véhicules (éventuellement automobiles), on utilise des dispositifs hydrauliques pour faire fonctionner des machines hydrauliques en tant que moteur hydraulique et/ou pompe hydraulique. Ces dispositifs hydrauliques comprennent un accumulateur haute pression et un accumulateur basse pression destinés à stocker de l'énergie hydraulique. Ces accumulateurs peuvent être soit déformables (on parle alors « d'accumulateurs à vessie »), soit rigides (on parle alors « d'accumulateurs à piston »). [0003] Un accumulateur déformable comprend une vessie (déformable) subdivisée en deux sous-parties par une cloison fixe et étanche, l'une des sous-parties comprenant un fluide compressible (comme par exemple un gaz), et l'autre sous-partie comprenant un fluide incompressible (comme par exemple de l'huile) et est couplée à une entrée/sortie d'une machine hydraulique. La déformation d'une vessie résulte de la différence de pression entre le fluide compressible (dont la quantité est constante) et le fluide incompressible (dont la quantité varie du fait de l'échange avec l'autre vessie via la machine hydraulique). [0004] Un accumulateur rigide comprend, comme illustré sur la figure 1, un réceptacle (ou conteneur) Ai (i = 1 ou 2) rigide et subdivisé par un piston Pi coulissant en une première sous-partie SPil , contenant un fluide compressible sous haute ou basse pression (comme par exemple un gaz), et une deuxième sous-partie SPi2, contenant un fluide incompressible sous haute ou basse pression (comme par exemple de l'huile) et munie d'une entrée/sortie couplée à une entrée/sortie Ei d'une machine hydraulique MH. [0005] Lorsque le fluide incompressible haute pression circule du réceptacle haute pression Al vers le réceptacle basse pression A2, la machine hydraulique MH fonctionne en tant que moteur hydraulique dont le couple moteur est proportionnel à la différence de pression entre la haute pression et la basse pression et à la cylindrée de la machine. Lorsque le fluide incompressible basse pression circule du réceptacle basse pression A2 vers le réceptacle haute pression A1, la machine hydraulique fonctionne en tant que pompe hydraulique. [0006] Les inconvénients majeurs de ces dispositifs hydrauliques à accumulateur basse pression et accumulateur haute pression totalement dissociés résident dans leur encombrement et dans leur coût de fabrication. [0007] II a également été proposé dans le document brevet US 2012/308404 un dispositif hydraulique comprenant, d'une part, un réceptacle (ou conteneur) rigide et subdivisé en quatre sous-parties par une cloison centrale fixe et par des premier et second pistons solidarisés fixement et rigidement l'un à l'autre par une tige rigide, et, d'autre part, un petit accumulateur tampon à vessie. La première sous-partie loge un fluide compressible sous haute pression (comme par exemple un gaz), et son volume dépend de la position du premier piston. La deuxième sous-partie loge un fluide incompressible sous haute pression (comme par exemple de l'huile), est munie d'une entrée/sortie couplée à une première entrée/sortie d'une machine hydraulique, et son volume dépend de la position du premier piston. La troisième sous-partie loge un fluide compressible sous basse pression (comme par exemple un gaz), et son volume dépend de la position du second piston (et donc également de celle du premier piston). La quatrième sous-partie loge un fluide incompressible sous basse pression (comme par exemple de l'huile), est munie d'une entrée/sortie couplée à une seconde entrée/sortie de la machine hydraulique, et son volume dépend de la position du second piston. Le petit accumulateur tampon à vessie est couplé au conduit qui assure l'interconnexion entre la seconde entrée/sortie de la machine hydraulique et l'entrée/sortie de la quatrième sous-partie (basse pression), et est destiné à permettre la prise en compte de l'expansion du fluide incompressible lors de son passage de la haute pression à la basse pression et lors de son changement de température dans la machine hydraulique. La présence de ce petit accumulateur tampon s'avère contraignante sur le plan de l'encombrement, du coût et de la masse. En outre, ce type de dispositif hydraulique impose la présence d'une réserve de fluide compressible haute pression pour réguler la pression dans les première et deuxième sous-parties qui définissent l'accumulateur haute pression. [000s] L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. [0009] Elle propose notamment à cet effet un dispositif hydraulique comprenant : un premier réceptacle (ou conteneur) subdivisé par un premier piston coulissant en une première partie, contenant un premier fluide compressible sous haute pression, et une deuxième partie, contenant un premier fluide incompressible sous haute pression et munie d'une entrée/sortie propre à être couplée à une première entrée/sortie d'une machine hydraulique, et un second réceptacle subdivisé par une première sous-partie d'un second piston coulissant, présentant une première section, en une troisième partie, contenant un second fluide compressible sous basse pression (éventuellement à la pression atmosphérique), et une quatrième partie, contenant un deuxième fluide incompressible sous basse pression et munie d'une entrée/sortie propre à être couplée à une seconde entrée/sortie de la machine hydraulique, ce second piston comprenant en outre une seconde sous-partie solidarisée fixement à la première sous-partie, présentant une seconde section strictement inférieure à la première section, et logée à coulissement dans les première et troisième parties. [0010] On obtient ainsi un dispositif hydraulique compact et ne nécessitant pas de petit accumulateur tampon pour compenser l'expansion de l'huile induite par le passage de la haute pression à la basse pression et par le changement de température dans la machine hydraulique MH. [0011] Le dispositif hydraulique selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : la troisième partie du second réceptacle peut comprendre un trou permettant une communication avec l'extérieur. Dans ce cas, le second fluide compressible est de l'air extérieur (et donc la pression dans cette troisième partie est la pression atmosphérique) ; son premier réceptacle peut présenter une troisième section strictement inférieure à une quatrième section présentée par son second réceptacle. En variante, son premier réceptacle peut présenter une troisième section égale à une quatrième section présentée par son second réceptacle ; son premier réceptacle peut présenter un axe médian qui est décalé par rapport à un axe médian de son second réceptacle. En variante, son premier réceptacle peut présenter un axe médian qui n'est pas décalé par rapport à un axe médian de son second réceptacle ; la seconde sous-partie du second piston peut présenter un axe qui est décalé par rapport à un axe de la première sous-partie du second piston. En variante, la seconde sous-partie du second piston peut présenter un axe qui n'est pas décalé par rapport à un axe de la première sous-partie du second piston. [0012] L'invention propose également un véhicule comprenant, d'une part, une machine hydraulique comportant une première entrée/sortie pour le passage d'un premier fluide incompressible sous haute pression et une seconde entrée/sortie pour le passage d'un second fluide incompressible sous basse pression, et, d'autre part, un dispositif hydraulique du type de celui présenté ci-avant et couplé aux première et seconde entrées/sorties de la machine hydraulique. [0013] Une telle machine hydraulique peut, par exemple, être propre à 30 fonctionner soit en moteur hydraulique lorsque le premier fluide incompressible circule du premier réceptacle vers le second réceptacle, soit en pompe hydraulique lorsque le second fluide incompressible circule du second réceptacle vers le premier réceptacle. [0014] Ce véhicule peut éventuellement être de type hybride. Par ailleurs, ce véhicule peut éventuellement être de type automobile. [0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe, un exemple de réalisation d'un dispositif hydraulique de l'art antérieur, couplé à un exemple de réalisation d'une machine hydraulique, et la figure 2 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe, un exemple de réalisation d'un dispositif hydraulique selon l'invention, couplé à un exemple de réalisation d'une machine hydraulique. [0016] L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif hydraulique D destiné à être couplé à une machine hydraulique MH. [0017] Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le dispositif hydraulique D et la machine hydraulique MH sont destinés à équiper un véhicule automobile, comme par exemple une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle concerne en effet tout système, appareil, dispositif, bâtiment ou installation devant comporter au moins une machine hydraulique. Ainsi, elle concerne de nombreux véhicules, terrestres (y compris les trains), fluviaux (ou maritimes), ou aériens, et de type hybride ou conventionnel, et de nombreuses installations, industrielles ou non. [0018] Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que la machine hydraulique MH est destinée à fournir de l'énergie hydraulique, en complément de l'énergie thermique offerte par un moteur thermique, au sein d'un véhicule hybride (c'est-à-dire comprenant au moins un moteur thermique et au moins une machine hydraulique). La machine hydraulique MH peut alors fonctionner en tant que moteur ou bien en tant que pompe ou encore en tant que moteur ou pompe en fonction de son « inclinaison plateau ». [0019] On a schématiquement représenté sur la figure 2 un exemple de dispositif hydraulique D selon l'invention, couplé à un exemple de machine hydraulique MH. [0020] La machine hydraulique MH comprend une première entrée/sortie El pour le passage d'un premier fluide incompressible sous haute pression et une seconde entrée/sortie E2 pour le passage d'un premier fluide incompressible sous basse pression. On considère ici qu'elle peut fonctionner aussi bien en tant que moteur hydraulique, qu'en tant que pompe hydraulique. Mais, dans des variantes de réalisation elle pourrait ne fonctionner qu'en tant que moteur hydraulique ou bien qu'en tant que pompe hydraulique. [0021] Comme illustré non limitativement sur la figure 2, un dispositif hydraulique D, selon l'invention, comprend des premier R1 et second R2 réceptacles (ou conteneurs) rigides et solidarisés fixement l'un à l'autre. [0022] Le premier réceptacle R1 est subdivisé par un premier piston Pli coulissant en des première P11 et deuxième P12 parties, et est dédié à l'accumulation d'énergie hydraulique haute pression. La première partie Pll contient un premier fluide compressible sous haute pression, comme par exemple un gaz. La deuxième partie P12 contient un premier fluide incompressible sous haute pression, comme par exemple une huile, et est munie d'une entrée/sortie qui est propre à être couplée à la première entrée/sortie (haute pression) El de la machine hydraulique MH. On notera que le couplage précité est ici indirect. Il est en effet réalisé via un premier conduit C1. Mais il pourrait se faire directement par accouplement du premier réceptacle R1 à la première entrée/sortie El de la machine hydraulique MH, et donc sans conduit. [0023] On notera que la première partie P11 est équipée d'une première valve de remplissage V1 destinée à permettre son alimentation en premier fluide compressible. De même, la deuxième partie P12 est équipée d'une deuxième valve de remplissage V2 destinée à permettre son alimentation en premier fluide incompressible et à purger le premier accumulateur R1 ainsi qu'éventuellement le premier conduit C1. [0024] On notera également que le premier piston Pli coulisse de façon étanche dans le premier réceptacle R1. Pour ce faire, il est par exemple équipé sur sa périphérie d'au moins un joint torique. [0025] Le second réceptacle R2 est subdivisé par une première sous-partie SP1 d'un second piston PI2 coulissant entre les troisième P21 et quatrième P22 parties, et est dédié à l'accumulation d'énergie hydraulique basse pression. La troisième partie P21 contient un second fluide compressible sous basse pression, comme par exemple un gaz ou l'air extérieur (comme on le verra plus loin). La quatrième partie P22 contient un second fluide incompressible sous basse pression, comme par exemple de l'huile, et est munie d'une entrée/sortie qui est propre à être couplée à la seconde entrée/sortie (basse pression) E2 de la machine hydraulique MH. On notera que le couplage précité est ici indirect. Il est en effet réalisé via un second conduit C2. Mais il pourrait se faire directement par accouplement du second réceptacle R2 à la seconde entrée/sortie E2 de la machine hydraulique MH, et donc sans conduit. [0026] On notera également que la quatrième partie P22 est équipée d'une troisième valve de remplissage V3 destinée à permettre son alimentation en second fluide incompressible et à purger le second accumulateur R2 ainsi qu'éventuellement le second conduit C2. [0027] Le second piston PI2 comprend également une seconde sous-partie SP2 qui est solidarisée fixement à sa première sous-partie SP1 et logé à coulissement dans les première Pll et troisième P21 parties. A cet effet, la paroi (préférentiellement commune) qui sépare les deuxième P12 et quatrième P22 parties comprend un trou TP traversé de façon étanche (par exemple du fait de la présence d'au moins un joint torique) par la seconde sous-partie SP2 du second piston P12. On comprendra que ce trou TP permet le coulissement de la seconde sous-partie SP2 du second piston PI2 dans les deuxième P12 et quatrième P22 parties. [0028] La première sous-partie SP1 du second piston PI2 présente une première section. La seconde sous-partie SP2 du second piston PI2 3010 742 8 présente une seconde section qui est strictement inférieure à la première section. [0029] On notera que la première sous-partie SP1 du second piston PI2 coulisse de façon étanche dans le second réceptacle R2. Pour ce faire, il est 5 par exemple équipé sur sa périphérie d'au moins un joint torique. [0030] La première face avant F1 de la première sous-partie SP1 du second piston PI2 est en contact avec l'huile basse pression (contenue dans la quatrième partie P22 basse pression), et la seconde face avant F2 de la seconde sous-partie SP2 du second piston PI2 est en contact avec le gaz 10 haute pression (contenu dans la première partie Pll haute pression). [0031] On notera que les premier et second fluides incompressibles sont a priori identiques du fait qu'ils doivent se mélanger. [0032] Grâce à l'agencement décrit ci-avant, il n'y a qu'un seul volume de gaz sous pression (celui contenu dans la première partie P11 haute 15 pression) pour mettre en pression à la fois l'huile haute pression (contenue dans la deuxième partie P12 haute pression) et l'huile basse pression (contenue dans la quatrième partie P22 basse pression). [0033] Par ailleurs, la différence de pression (résultant du gaz haute pression dans P11) est fonction du rapport entre les première et seconde 20 sections présentées respectivement par les première SP1 et seconde SP2 sous-parties du second piston P12. Le gaz haute pression met donc en pression l'huile haute pression dans la deuxième partie P12 (haute pression) et maintient l'huile basse pression à la pression souhaitée pour la quatrième partie P22 (basse pression) en raison du rapport entre les première et 25 seconde sections. Par conséquent, on dimensionne les première et seconde sections en fonction de l'écart de pression que l'on souhaite instaurer entre l'huile haute pression et l'huile basse pression. A titre d'exemple non limitatif, si l'huile haute pression est à une pression d'environ 250 bars et que l'huile basse pression est à une pression d'environ 10 bars, le rapport des 30 pressions est égal à 25, et donc le rapport entre la première section et la seconde section doit être égal à 25. [0034] On notera, comme illustré non limitativement sur la figure 2, qu'en raison du rapport devant exister entre la première section et la seconde section, la troisième section présentée par le premier réceptacle R1 peut être strictement inférieure à la quatrième section présentée par le second réceptacle R2. Mais cela n'est pas obligatoire. En effet, les premier R1 et second R2 réceptacles pourraient présenter une même section. [0035] On n'a donc pas besoin d'un petit accumulateur tampon pour compenser l'expansion de l'huile induite par le passage de la haute pression à la basse pression et par le changement de température dans la machine hydraulique MH. En effet, étant donné qu'il n'y a pas de liaison mécanique entre les premier PI1 et second PI2 pistons, la position du second piston PI2 résulte simplement de l'équilibre des pressions et donc s'auto-ajuste sans qu'il faille un volume tampon additionnel. [0036] Dans l'exemple de réalisation illustré non limitativement sur la figure 2, la machine hydraulique MH peut fonctionner soit en moteur hydraulique, dont le couple moteur est proportionnel à la différence de pression entre la haute pression et la basse pression et à la cylindrée de la machine, lorsque le premier fluide incompressible (huile haute pression) circule du premier réceptacle R1 vers le second réceptacle R2, soit en pompe hydraulique lorsque le second fluide incompressible (huile basse pression) circule du second réceptacle R2 vers le premier réceptacle R1. Pour que la machine hydraulique MH fonctionne correctement, la pression de l'huile basse pression doit être supérieure à une pression minimale. En effet, dans le cas contraire il pourrait y avoir un risque de cavitation et donc de casse de la machine hydraulique MH. [0037] On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 2, qu'il est particulièrement avantageux que la troisième partie P21 comprenne un trou TC permettant une communication avec l'extérieur. L'intérieur de la troisième partie P21 communiquant alors avec l'extérieur, le second fluide compressible (basse pression) est donc de l'air extérieur et sa (basse) pression est constamment égale à la pression atmosphérique quelle que soit la position du second piston P12. Dans ce cas, la troisième partie P21 (basse pression) constitue juste un espace dédié au déplacement du second piston P12. Quand la quatrième partie P22 (basse pression) est remplie de fluide incompressible (ici de l'huile), la troisième partie P21 présente un volume minimum (proche de zéro). [0038] Cette option permet de s'affranchir de la valve de remplissage du gaz basse pression, et donc permet de réduire le coût de fabrication du dispositif D, de simplifier la fabrication de ce dernier (D), et de faciliter l'entretien de ce dernier (D). [0039] On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 2, que le premier réceptacle R1 peut présenter un axe médian décalé par rapport à l'axe médian du second réceptacle R2. Mais dans une variante leurs axes médians pourraient être situés à un même niveau (sans décalage). Cela peut permettre d'adapter la forme du dispositif D en fonction de l'environnement dans lequel il doit être installé. [0040] On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 2, que la seconde sous-partie SP2 peut présenter un axe décalé par rapport à l'axe de la première sous-partie SP1. Un tel décentrage peut induire un moment de rotation du second piston PI2 qu'il faut alors prendre en compte dans la conception du dispositif D. Mais dans une variante leurs axes pourraient être situés à un même niveau (sans décalage).

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif hydraulique (D) pour une machine hydraulique (MH), caractérisé en ce qu'il comprend i) un premier réceptacle (R1) subdivisé par un premier piston (PI1) coulissant en une première partie (P11), contenant un premier fluide compressible sous haute pression, et une deuxième partie (P12), contenant un premier fluide incompressible sous haute pression et munie d'une entrée/sortie propre à être couplée à une première entrée/sortie (El ) de ladite machine hydraulique (MH), et ii) un second réceptacle (R2) subdivisé par une première sous-partie (SP1) d'un second piston (PI2) coulissant, présentant une première section, en une troisième partie (P21), contenant un second fluide compressible sous basse pression, et une quatrième partie (P22), contenant un deuxième fluide incompressible sous basse pression et munie d'une entrée/sortie propre à être couplée à une seconde entrée/sortie (E2) de ladite machine hydraulique (MH), ledit second piston (PI2) comprenant en outre une seconde sous-partie (SP2) solidarisée fixement à ladite première sous-partie (SP1 ), présentant une seconde section strictement inférieure à ladite première section, et logée à coulissement dans lesdites première (P11) et troisième (P21) parties.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième partie (P21) comprend un trou (TC) permettant une communication avec l'extérieur, ledit second fluide compressible étant alors de l'air extérieur.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit premier réceptacle (R1) présente une troisième section strictement inférieure à une quatrième section présentée par ledit second réceptacle (R2).
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit premier réceptacle (R1) présente une troisième section égale à une quatrième section présentée par ledit second réceptacle (R2).
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit premier réceptacle (R1) présente un axe médian décalé par rapport à unaxe médian dudit second réceptacle (R2).
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite seconde sous-partie (SP2) présente un axe décalé par rapport à un axe de ladite première sous-partie (SP1).
7. Véhicule comprenant une machine hydraulique (MH) comportant une première entrée/sortie (El ) pour le passage d'un premier fluide incompressible sous haute pression et une seconde entrée/sortie (E2) pour le passage d'un second fluide incompressible sous basse pression, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif hydraulique (D) selon l'une des revendications précédentes, couplé auxdites première (El ) et seconde (E2) entrées/sorties.
8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite machine hydraulique (MH) est propre à fonctionner soit en moteur hydraulique lorsque ledit premier fluide incompressible circule dudit premier réceptacle (R1) vers ledit second réceptacle (R2), soit en pompe hydraulique lorsque ledit second fluide incompressible circule dudit second réceptacle (R2) vers ledit premier réceptacle (R1).
9. Véhicule selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il est de type hybride.
10. Véhicule selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.