FR3015582A1 - Machine hydraulique a pistons radiaux presentant un encombrement radial limite - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une machine hydraulique comprenant un carter (100), une came (200) comportant une pluralité de lobes, un bloc cylindres comportant une pluralité de cylindres (310), des pistons (500) mobiles à translation dans les cylindres (310) et en appui sur les lobes de la came (200), et un ensemble de distribution de fluide en liaison avec les cylindres, la came (200) et le bloc cylindres (310) étant susceptibles de rotation relative autour d'un axe de rotation (O-O), caractérisé en ce que la came (200) est une came interne tandis que le bloc cylindres (310) est externe, les cylindres (310) étant répartis autour de l'axe de rotation (O-O) de sorte que l'enveloppe externe du carter (100) n'est pas symétrique autour de l'axe de rotation (O-O) et présente une plus petite dimension en regard d'un secteur du bloc cylindres dépourvu de cylindre (310).

Description

Machine hydraulique à pistons radiaux présentant un encombrement radial limité La présente invention concerne le domaine des moteurs et pompes hydrauliques. Plus précisément, la présente invention concerne le domaine des moteurs et pompes hydrauliques à pistons radiaux.

Le demandeur a déjà proposé de nombreux modèles de moteurs et pompes hydrauliques à pistons radiaux. Comme représenté en coupe longitudinale sur la figure 1 et en coupe transversale sur la figure 2, les moteurs hydrauliques à pistons radiaux comprennent généralement, dans la chambre d'un carter 10, un 15 transducteur hydraulique/mécanique composé : - d'une came multilobes 20, formée par exemple sur la surface interne d'un élément 22 du carter, - d'un bloc cylindres 30 monté à rotation relative dans le carter 10, - d'un arbre 40 lié à rotation au bloc cylindres 30, 20 - de pistons 50 guidés à coulissement radial dans des cylindres respectifs 52 du bloc cylindres et prenant appui sur les lobes de la came 20, et - d'un distributeur 60 adapté pour appliquer successivement et de manière contrôlée sur les pistons 50 un fluide provenant d'une source 25 sous pression, de sorte que l'appui successif des pistons 50 sur les lobes de la came 20 entraîne la rotation relative du bloc cylindres 30 et des éléments qui lui sont liés par rapport au carter 10. Un tel système est réversible. C'est-à-dire que si l'arbre 40 ou un élément qui lui est lié mécaniquement est entrainé en rotation par un 30 organe mécanique externe, la coopération des pistons 50 et de la came multilobes 20 génère des pressions successives dans les cylindres 52, de sorte que le transducteur hydraulique/mécanique illustré sur les figures 1 et 2 constituent alors non pas un moteur mais une pompe hydraulique. Un exemple de réalisation d'une telle machine hydraulique comprenant une came multilobes externe associée à un bloc cylindre et des pistons radiaux internes, est décrit dans le document FR 2872227. Le demandeur a également proposé des machines hydrauliques dans lesquelles, contrairement à l'architecture illustrée sur les figures 1 et 2, la came multilobes 20 est non pas une came externe dont les profils sont dirigés radialement vers l'axe de rotation, c'est-à-dire vers l'intérieur, mais au contraire la came est une came interne dont les profils sont dirigés radialement vers l'extérieur tandis que les pistons ne sont pas disposés sur l'intérieur de la came comme illustré sur les figures 1 et 2, mais sont au contraire disposés radialement sur l'extérieur.

Un exemple de réalisation d'une telle machine hydraulique comprenant des pistons radiaux externes et une came multilobes interne est donné dans le document FR 2 940 672. Il a été constaté que dans certaines configurations machine, les contraintes d'encombrement dans une direction privilégiée peuvent empêcher ou rendre difficile l'utilisation de machines à pistons radiaux axisymétriques précitées. Dans ce contexte l'invention a pour but de perfectionner l'état de la technique. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à une machine hydraulique comprenant : - un carter, - une came comportant une pluralité de lobes, - un bloc cylindres comportant une pluralité de cylindres, - des pistons mobiles à translation dans les cylindres et en appui sur les lobes de la came, - un ensemble de distribution de fluide en liaison avec les cylindres, la came et le bloc cylindres étant susceptibles de rotation relative autour d'un axe de rotation, caractérisée en ce que : - la came est une came interne tandis que le bloc cylindres est externe, - les cylindres étant répartis autour de l'axe de rotation de sorte que l'enveloppe externe du carter n'est pas symétrique de révolution autour de l'axe de rotation et présente une plus petite dimension en regard d'un secteur du bloc cylindres dépourvu de cylindre. L'homme de l'art comprendra à la lecture de la description détaillée qui va suivre que la répartition des pistons en dehors de la direction privilégiée précitée, autour de la came intérieure, permet de réduire l'encombrement des machines hydrauliques ainsi réalisées.

La dimension minimale dans la direction sans piston est directement liée au diamètre de la came interne. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - les figures 1 et 2 précédemment décrites représentent respectivement une vue en coupe longitudinale d'un moteur hydraulique connu de l'état de la technique selon les plans de coupe référencés I-I sur la figure 2 et une vue en coupe transversale du même moteur selon le plan de coupe référencé II-II sur la figure 1, - la figure 3 représente une vue en coupe transversale d'une machine hydraulique conforme à une première variante de réalisation de la présente invention, - la figure 4 illustre une représentation comparée d'une machine hydraulique conforme à la présente invention donnée sur la figure 4a et identique à la figure 3 et d'une machine hydraulique conforme à l'état de la technique illustrée sur la figure 4b, - la figure 5 représente une vue en coupe transversale d'une machine hydraulique conforme à une deuxième variante de réalisation de la présente invention formée par la combinaison de deux étages illustrés respectivement sur les figures 6 et 7, - la figure 8 représente une vue en coupe transversale d'une machine hydraulique conforme une troisième variante de réalisation de la présente invention, - la figure 9 représente une vue en coupe longitudinale de la machine hydraulique représentée sur la figure 8, et - les figures 10 et 11 représentent deux variantes de réalisation de circuits hydrauliques associés à la machine hydraulique conforme à la présente invention. Comme indiqué précédemment, la présente invention a pour objectif principal de proposer une machine hydraulique adaptée pour être placée au plus près d'un objet, par exemple au plus près d'un bloc moteur thermique de véhicule ou encore au plus près d'un plancher de véhicule. L'invention n'est bien entendue pas limitée aux deux cas particuliers mentionnés ci-dessus et s'étend à toutes applications dans lesquelles l'on peut souhaiter rapprocher une machine hydraulique d'un objet. Sur les figures annexées, cet objet est représenté schématiquement sous la référence O et ne sera pas décrit plus en détail par la suite. On retrouve sur la figure 3 une machine hydraulique comprenant un carter 100, une came multilobes 200 centrée sur un axe de rotation 0-0, au centre et à l'intérieur du carter 100, un bloc cylindres 300 solidaire du carter 100 définissant une pluralité de cylindres 310 orientés radialement par rapport à l'axe 0-0 et débouchant radialement à l'intérieur du carter 100 en regard de la came multilobes 200, et des pistons 500 montés à translation respectivement dans l'un des cylindres 310, reposant par leurs extrémités radialement internes sur les lobes de la came 200 et associés à un distributeur de fluide. La came 200 et le bloc cylindres 300 sont susceptibles de rotation relative autour de l'axe 0-0. Plus précisément la came est rotative autour de l'axe 0-0 tandis que le bloc cylindres 300 est fixe. Comme indiqué précédemment selon l'invention la came 200 est une came interne tandis que le bloc cylindres 300 est externe et par ailleurs les cylindres 310 sont répartis autour de l'axe de rotation 0-0 de sorte que l'enveloppe externe du carter 100 n'est pas symétrique de révolution autour de l'axe de rotation 0-0 et présente une plus petite dimension en regard d'un secteur 110 du bloc cylindres 300 dépourvu de cylindre 310.

Plus précisément au niveau du secteur 110 précité, l'enveloppe extérieure du carter 100 est formée de préférence d'une surface plate 112 constituant un méplat orienté perpendiculairement à un rayon dressé à partir de l'axe de rotation 0-0. L'homme de l'art appréciera que la petite épaisseur radiale de la machine hydraulique illustrée sur la figure 3 correspond à la dimension radiale considérée en regard du méplat 112 et correspond sensiblement au diamètre hors tout extérieur de la came 200. L'on comprendra par ailleurs à l'examen comparé des figures 4a et 4b qui représentent schématiquement une machine hydraulique conforme à l'invention à gauche, figure 4a, et du type illustré sur la figure 3 et une machine hydraulique classique sur la figure 4b de droite, que la répartition dissymétrique des cylindres 310 selon l'invention permet de réduire l'encombrement radial des machines hydrauliques. En effet sur la figure 4, les deux machines hydrauliques, respectivement conformes à la présente invention et classique, sont illustrées en appui contre le même référentiel O et l'on voit clairement que l'axe de rotation 0-0 est plus proche de l'objet O dans le cadre de l'invention illustrée sur la gauche correspondant à la figure 4a. L'homme de l'art appréciera que les machines hydrauliques conformes à la présente invention du type illustré sur la figure 3 peuvent se présenter sous forme de galettes globalement centrées sur l'axe 0-0 mais présentant une faible épaisseur dans le sens longitudinal parallèle à l'axe 0-0. Par ailleurs, les machines hydrauliques conformes à la présente invention peuvent être formées par assemblage de plusieurs galettes du type précité, accolées longitudinalement avec leurs axes de rotation 0-0 respectifs coaxiaux.

On a ainsi représenté sur la figure 5 annexée une machine hydraulique conforme à la présente invention formée par combinaison de deux sous-ensembles illustrés respectivement sur les figures 6 et 7 et comprenant chacun un carter 100, une came multilobes interne 200, des cylindres 310 formés sur le carter 100 et des pistons 500. Les cylindres 310 et en conséquence les pistons 500 associés des deux sous-ensembles illustrés des deux figures 6 et 7 sont disposés selon des configurations angulaires différentes. Les deux sous-ensembles comprennent des cylindres 310 répartis autour de l'axe de rotation 0-0 de sorte que l'enveloppe externe des carters 100, identique pour les deux sous-ensembles, ne soit pas symétrique de révolution autour de l'axe de rotation 0-0 et présente une plus petite dimension en regard d'un secteur 110 du bloc cylindres 300 dépourvu de cylindre 310. Là encore comme dans le mode de réalisation de la figure 3 le 15 secteur précité 110 comprend un méplat 112 perpendiculaire à un rayon dressé à partir de l'axe de rotation 0-0. On va maintenant préciser, à titre non limitatif, la disposition angulaire des cylindres 310 et des pistons associés 500 représentés sur les deux modes de réalisation des figures 3 et 5. 20 Selon le mode de réalisation de la figure 3, il est prévu 4 cylindres 310 répartis sur un même secteur angulaire de 180 degrés à l'opposé du méplat 112 : à savoir deux cylindres 310 diamétralement opposés par rapport à l'axe 0-0, selon un plan diamétral parallèle au méplat 112, et deux cylindres 310 additionnels orientés chacun à environ 40 degrés de 25 l'un des deux cylindres 310 précités sur le même secteur angulaire de 180 degrés. Selon le deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 5 : - - un premier sous ensemble illustré sur la figure 6 correspond à la configuration angulaire précédemment décrite en regard de la figure 3, 30 et - un deuxième sous ensemble illustré sur la figure 7 comprend deux paires de cylindres 310 respectivement diamétralement opposés, les deux paires de cylindre 310 diamétralement opposés présentant un plan de symétrie parallèle au méplat 112 et étant inclinées entre elles d'environ 40 degrés et les cylindres 310 du deuxième sous-ensemble illustré sur la figure 7 étant inclinés d'environ 20 degrés par rapport aux cylindres du sous-ensemble illustré sur la figure 6.

La disposition des pistons 500 opposés deux à deux et symétriquement par rapport au diamètre perpendiculaire au méplat 112, permet de limiter les efforts de flexion sur l'arbre qui porte la machine. D'autres dispositions analogues, par exemple une disposition des pistons 500 opposés par trois, c'est-à-dire équirépartis avec un écart 10 angulaire constant par exemple de 120°, donnent le même effet technique de limiter les efforts de flexion sur l'arbre qui porte la machine. La réalisation d'une machine hydraulique par empilement coaxial de plusieurs sous-ensembles ou tranches, chacun fonctionnel, 15 comprenant chacun un ensemble de pistons et de came comme illustré sur la figure 5, permet d'augmenter la cylindrée de la machine et d'obtenir un recouvrement des temps d'admission/refoulement et ainsi de lisser la régularité de rotation. Pour obtenir un recouvrement des temps 20 d'admission/refoulement, les profils des cames 200 des différents étages empilés, sont de préférence déphasés régulièrement. L'empilement de tranches de sous-ensembles individuels tels qu'illustrés sur les figures 6 et 7 permet de réaliser une machine hydraulique modulaire. 25 L'homme de l'art comprendra que les moteurs hydrauliques du type illustré sur les figures 1 et 2 conformes à l'état de la technique exigent un distributeur hydraulique comprenant une face plane accolée au bloc cylindres 30 pour assurer la distribution fluidique dans les cylindres. 30 La présente invention permet de s'affranchir de cette contrainte de distributeur plan grâce à la disposition des cylindres 310 radialement sur l'extérieur de la came 200.

Ainsi dans le cadre de la présente invention plusieurs types de distribution peuvent être mis en oeuvre. A cet égard les cylindres de la machine hydraulique conforme à la présente invention peuvent par exemple être alimentés : 5- par une distribution de type électronique, par exemple sous forme d'électrovalves pilotées, ou - par une distribution commandée mécaniquement par une came, des tiroirs ou des clapets pilotés. Les distributions ainsi mises en oeuvre dans le cadre l'invention 10 permettent d'avoir un meilleur rendement que les distributions planes exigées selon l'état de la technique représenté sur le figures 1 et 2. On a représenté schématiquement sur le figures 8 et 9 un exemple de réalisation de la distribution du fluide sur les cylindres 310 grâce à des tiroirs de distribution 600 pilotés mécaniquement par came 15 ou électroniquement. Pour la réalisation d'une machine hydraulique constituant une pompe, les tiroirs précités peuvent être remplacés par des clapets 610 comme illustré sur la figure 10. On a ainsi représenté schématiquement sur la figure 10 un réseau 20 de conduits 700a interconnectés qui alimentent un ensemble de clapets d'admission 610a comprenant un clapet 610a servant à l'admission associé respectivement avec chaque cylindre 310 et un deuxième réseau de conduits 700r interconnectés associés à un ensemble de clapets de refoulement 610r comprenant un clapet de refoulement 610r associé 25 respectivement à chaque cylindre 310. Les conduits 700a ont une entrée commune 710a. Les sorties 700r ont une sortie commune 710r. La pompe ainsi formée tel qu'illustrée sur la figure 10 constitue une pompe à clapets très économique et à bon rendement et ne générant pas de pulsation de pression dans la ligne haute pression 700r, 30 donc une pompe silencieuse. La variante de réalisation illustrée sur la figure 11 se distingue de la figure 10 en ce que les groupes de cylindres et de pistons disposés respectivement de part et d'autre d'un plan diamétral P orthogonal au méplat 112, constituent respectivement deux sous pompes homocinétiques individuelles A et B réalisant deux débits indépendants dans le ratio des pompes A et B et permettant par exemple d'alimenter deux moteurs indépendamment.

Dans ce cas les conduits 700a des deux sous moteurs A et B débouchent sur des entrées respectives 710aA et 710aB, tandis que les conduits 700r des deux sous moteurs A et b débouchent sur des sorties respectives 710rA et 710rB. L'homme de l'art comprendra que les machines hydrauliques constituant une pompe telle qu'illustrée sur les figures 10 et 11 comprennent ainsi deux clapets passifs 610a 610r sur chaque cylindre, l'un des clapets 610 a étant utilisé pour l'admission et l'autre clapet 610r étant utilisé pour le refoulement. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisations particuliers qui viennent d'être d'écrits mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. Selon une variante, la machine hydraulique conforme à la présente invention est décrabotable par rétractation des pistons, par contrôle de la pression du carter.

Selon une autre variante de réalisation, la machine possède un dégagement central permettant de passer un ou des arbres en son centre formant une machine à arbre traversant. Cette disposition permet de réaliser des entraînements « parallèles » sur un arbre. La machine peut ainsi être couplée ou non à un arbre qui la traverse. Cette disposition permet de réaliser des transmissions à plusieurs entrées de puissance ou des transmissions avec prélèvement de puissance dite transmission parallèle. La forme massive et simple de la came 200 permet avantageusement ce passage central.

La came centrale peut être reliée à un arbre de manière fixe ou débrayable. Elle peut être accouplée par un embrayage progressif ou par un système à crabot.

La disposition angulaire des pistons 500 est adaptée pour éviter tout effort parasite élevé sur l'arbre, afin de maintenir l'homocinétie du composant malgré la rupture de symétrie angulaire, selon toute technique connue de l'homme de l'art, par exemple par mise en oeuvre des préconisations données dans le document FR 2 940 672. Selon l'exemple non limitatif donné sur les figures annexées, le méplat 112 couvre une ouverture angulaire de l'ordre de 70° et la came 200 comprend 5 lobes équirépartis autour de l'axe 0-0. Les machines hydrauliques précédemment décrites, comportant des clapets pilotés ou un distributeur rotatif, sont réversibles, c'est-à- dire qu'elles peuvent fonctionner aussi bien en tant que pompe ou moteur, suivant le sens de l'effort à fournir. Les machines à clapets passifs en revanche ne fonctionnent qu'en tant que pompe.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Machine hydraulique comprenant : - un carter (100), - une came (200) comportant une pluralité de lobes, - un bloc cylindres comportant une pluralité de cylindres (310), - des pistons (500) mobiles à translation dans les cylindres (310) et en appui sur les lobes de la came (200), et - un ensemble de distribution de fluide en liaison avec les cylindres, la came (200) et le bloc cylindres (310) étant susceptibles de rotation relative autour d'un axe de rotation (0-0), caractérisé en ce que : - la came (200) est une came interne tandis que le bloc cylindres (310) est externe, - les cylindres (310) étant répartis autour de l'axe de rotation (00) de sorte que l'enveloppe externe du carter (100) n'est pas symétrique autour de l'axe de rotation (0-0) et présente une plus petite dimension en regard d'un secteur du bloc cylindres dépourvu de cylindre (310).
2. 2. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la petite dimension de l'enveloppe externe du carter (100) correspond à un méplat (112).
3. 3. Machine selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée par le fait que les cylindres (310) sont opposés deux à deux réalisant une symétrie.
4. 4. Machine hydraulique selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait qu'elle comprend plusieurs sous-ensembles juxtaposés coaxialement comprenant chacun une came (200) et un jeude cylindres (310) non symétriques par rapport à l'axe de révolution (00).
5. 5. Machine selon la revendication 4 caractérisée par le fait que les différents sous-ensembles sont déphasés régulièrement.
6. 6. Machine selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée par le fait que l'ensemble de distribution de fluide est un distributeur électronique formé par exemple d'électrovalves pilotées.
7. 7. Machine selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée par le fait que l'ensemble de distribution de fluide est commandé mécaniquement par une came, des tiroirs ou des clapets pilotés.
8. 8. Machine selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée par le fait qu'elle constitue une pompe.
9. 9. Machine selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée par le fait que l'ensemble de distribution comprend des clapets (610a, 610r) comportant un clapet d'admission (610a) et un clapet de refoulement (610r) associés à chaque cylindre (310) de sorte que la machine constitue une pompe à clapets.
10. 10. Machine selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisée par le 25 fait qu'elle comprend des moyens de décrabotage par rétraction des pistons.
11. 11. Machine selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisée par le fait qu'elle comprend un dégagement central pour le passage d'un arbre. 30