FR3028568B1 - Accumulateur avec piston relais - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de stockage d'énergie hydraulique, comprenant : un accumulateur de pression hydraulique (11) et un cylindre relais (12) comprenant un piston relais (13) coulissant librement dans le cylindre relais (12) et séparant le volume du cylindre relais (12) en une chambre dite intermédiaire (121) et une chambre dite utile (122), lesdites chambres (121, 122) recevant de l'huile, et comprenant une butée de piston (14, 127) ; dans lequel l'accumulateur (11) est relié hydrauliquement à la chambre dite intermédiaire (121) via une conduite le liaison (110) et la chambre dite utile (122) comprend un port de sortie (123) apte à être connecté à un circuit hydraulique (2), et dans lequel la butée de piston (14, 127) est située entre le piston (13) et le port de sortie (123).

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne les systèmes à accumulateurs hydrauliques, en particulier les systèmes à accumulateurs hydrauliques utilisés dans des circuits hydrauliques comprenant un moteur hydraulique, ledit moteur hydraulique permettant notamment le démarrage d'un moteur thermique.

ETAT DE L'ART

Les accumulateurs de pression hydraulique permettent d'emmagasiner sur un circuit hydraulique une quantité importante d'énergie dans un volume restreint. Ils reposent sur les principes de la faible compressibilité des liquides qui peuvent transmettre un effort important et de la forte compressibilité des gaz qui peuvent stocker la quantité importante d'énergie dans le volume restreint.

De tels accumulateurs sont notamment utilisés dans des machines à technologie Clean Start commercialisée par la société Poclain Hydraulics (ou Start & Go, Start-Stop, etc.), c'est-à-dire qui s'arrêtent dès l'instant où elles ne sont plus sollicitées, et qui démarrent quasi-instantanément lorsque cela est nécessaire, par exemple dès qu'une commande est touchée.

Pour cela, l'accumulateur permet un démarrage rapide d'une machine hydraulique, qui entraîne par la suite un moteur thermique. On peut utiliser par exemple des machines hydraulique à pistons radiaux et came multilobe, qui présentent un couple très élevé pour un volume réduit et dont la vitesse de rotation correspond au ralenti d'un moteur thermique. Une telle technologie Clean Start implique des milliers de cycles (à fréquence souvent élevée), au cours de la vie de la machine, ce que des démarreurs électriques ne peuvent pas faire.

Pour cette technologie Clean start, les accumulateurs sont vidangés intégralement à chaque cycle. En outre, la vitesse de vidange est alors rapide et provoque des chocs en butée d'accumulateur.

Dans le cadre d'une telle technologie, deux types d'accumulateurs de pression hydraulique sont principalement utilisés. L'accumulateur à membrane

Aussi appelé accumulateur à vessie, ladite vessie formant une poche fermée, il comprend un logement solide à l'intérieur duquel une membrane, remplie de gaz, typiquement de l'azote, est logée. Le gaz se comprime lorsqu'on injecte de l'huile dans l'accumulateur. La décompression du gaz permet ensuite la vidange de l'accumulateur et ainsi de réinjecter l'huile sous pression dans un circuit hydraulique. Malgré son faible coût, ce type d'accumulateur présente deux limitations principales : - lors de la vidange complète, la membrane vient frapper le port de remplissage/vidange à une vitesse élevée et s'endommage ; - lors d'une vidange trop rapide, la membrane peut obstruer ledit port avant la vidange complète. On parle alors de pochage et le rendement de l'accumulateur chute. L'accumulateur à piston

Le gaz et le fluide sont ici séparés par un piston équipés de différents joints annulaires, offrant une étanchéité entre le piston et la paroi intérieure de l'accumulateur. Le fonctionnement reste sensiblement le même que celui de l'accumulateur à membrane précédemment décrit. On remarque alors deux types de comportement lors d'une utilisation pour la technologie mentionnée précédemment : - soit les joints sont parfaitement étanches, et aucune quantité d'huile ne passe du côté du gaz, ce qui provoque un manque de lubrification et par conséquence une usure accélérée et rend l'accumulateur inutilisable après un nombre de cycles trop faible par rapport à l'utilisation souhaitée ; - soit les joints laissent un film d'huile sur la paroi de l'accumulateur, ce qui permet de lubrifier mais finit, cycle après cycle, par faire diminuer la quantité d'huile stockable, ce qui provoque une diminution du rendement volumétrique de l'accumulateur.

En outre, lors d'une vidange rapide, le choc du piston et/ou la chute de pression du côté huile peut déplacer les joints et provoquer une remontée d'huile vers la partie gaz.

Des solutions à l'aide d'une valve pilotée disposée en aval de l'accumulateur et destinée à limiter les chutes de pression au niveau de la sortie de l'accumulateur ont été proposées. Mais cela nécessite soit des équipements électroniques de pilotage de précision (capteur, calcul, etc. pour tenir compte des temps de réaction), engendrant des surcoûts et difficilement implémentables sur un véhicule, soit des équipements de pilotage en fonction de la vitesse du moteur, mais la mesure de vitesse des moteurs n'est pas précise. Par conséquent, ces solutions ne sont pas privilégiées pour des véhicules.

Il existe donc un besoin concernant un système à accumulateur qui ait une durée de vie satisfaisante, particulièrement dans le cas d'un « Clean Start », tout en maintenant les mêmes qualités d'utilisation.

PRESENTATION DE L'INVENTION

Pour cela, l'invention propose un dispositif de stockage d'énergie hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend : - Un accumulateur de pression hydraulique, - Un cylindre relais, comprenant : o un piston relais coulissant librement dans le cylindre relais et séparant le volume du cylindre relais en une chambre intermédiaire et une chambre utile, lesdites chambres recevant de I'huile, o une butée de piston ; dans lequel l'accumulateur est relié hydrauliquement à la chambre dite intermédiaire via une conduite de liaison et la chambre dite utile comprend un port de sortie connecté à un circuit hydraulique, dans lequel la butée de piston est située entre le piston et le port de sortie. L'invention comprend aussi les caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - l'accumulateur de pression hydraulique comprend une chambre à huile de volume variable, qui contient de l'huile, - l'accumulateur de pression hydraulique comprend : o un logement de volume fixe, o un moyen de séparation mobile, divisant le volume du logement en : une chambre à gaz, contenant du gaz de façon étanche, et la chambre à huile, comprenant une bouche d'accumulateur, les volumes desdites chambres étant variables mais de somme constante, - la chambre utile est ainsi délimitée par le piston relais et la butée de piston, et en ce que le volume maximal de la chambre à huile est supérieur au volume maximal de la chambre utile, de sorte qu'en utilisation la course du piston est limitée par la butée et que le volume de la chambre à huile n'est jamais nul, - le cylindre relais a une forme cylindrique et comprend une surface latérale délimitée par deux surfaces aux extrémités pour former un volume, le piston relais se trouvant à l'intérieur dudit volume et une des extrémités faisant office de butée de piston, - l'accumulateur à pression hydraulique est un accumulateur à piston, - l'accumulateur à pression hydraulique est un accumulateur à membrane, - le dispositif comprend un autre accumulateur en parallèle, l'autre accumulateur comprenant un autre port de sorti, l'autre port de sortie étant en connexion fluidique avec la chambre intermédiaire, - le volume maximal de la chambre à huile comprend les deux volumes maximaux des chambres à huile et est supérieur au volume maximal de la chambre utile, de sorte qu'en utilisation lorsque le volume de la chambre intermédiaire est maximal, le volume des chambres à huile n'est pas nul, - Le dispositif comprend en outre une valve de démarrage, adapté pour activer ou empêcher la vidange du dispositif.

Un autre objet de l'invention concerne un ensemble comprenant un dispositif tel que précédemment décrit, et un moteur hydraulique débrayable comprenant une entrée haute pression, ladite entrée haute pression étant connectée au port de sortie du dispositif, et dans lequel le moteur est débrayé automatiquement lorsque le piston relais est en fin de course contre la butée c'est-à-dire que le volume de la chambre utile est nul. L'invention comprend aussi les caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - le moteur hydraulique est un moteur à pistons radiaux et came lobée, les pistons étant placés dans des cylindres respectifs et comprenant des ressorts permettant de maintenir les pistons à l'intérieur de leur cylindre, dans lequel les pistons sont rentrés dans leur cylindre par la chute de pression consécutives à la butée du piston relais sur l'extrémité du cylindre relais, - l'ensemble comprenant en outre une valve de démarrage progressif apte à limiter le débit tant que la pression est sous un certain seuil et apte à délivrer l'intégralité du débit sinon, afin de limiter la vitesse de mise en contact des pistons sur la came lobée au moment de la mise en route. L'invention propose aussi une utilisation d'un dispositif tel que précédemment décrit dans une architecture de « Ctean Start ». L'invention propose aussi un procédé de démarrage d'un moteur hydraulique à piston radiaux à l'aide d'un dispositif tel que précédemment décrit, comprenant une étape de vidange dans laquelle : de l'huile sous pression est injectée dans la cavité utile, le piston relais déplace l'huile de la cavité intermédiaire vers l'accumulateur de pression hydraulique, de sorte que lorsque d'accumulateur décharge l'huile stockée, l'huile de l'accumulateur pénètre dans la cavité intermédiaire et déplace le piston relais, qui à son tour relâche l'huile stockée dans la cavité utile.

PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention comprenant en outre une valve de démarrage, - les figures 3a et 3b représentent deux états d'un accumulateur, - la figure 4 représente un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention avec une pompe, - les figures 5a et 5b représentent deux types d'accumulateurs, - la figure 6 représente un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, - les figures 7a à 7d représentent un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention avec une machine hydraulique et un moteur thermique lors des étapes d'utilisation, - la figure 8 représente un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention après une vidange, - la figure 9 représente un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 10 représente un type de machine hydraulique, - la figure 11 représente un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention avec une valve de démarrage progressive, - la figure 12 représente une partie du dispositif conforme à l'invention, - la figure 13 représente un schéma hydraulique du dispositif implémenté conforme à un mode de réalisation de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE

Un mode de réalisation du dispositif 1 conforme à l'invention va être à présent décrit, en relation avec la figure 1. Dans la présente description, le terme « hydraulique » signifie que l'on se rapporte à un fluide (eau, huile, etc.), généralement sous pression.

Le dispositif 1

Le dispositif 1 de stockage d'énergie hydraulique comprend : - un accumulateur hydraulique 11, - un cylindre dit relais 12, le cylindre relais 12 comprenant un piston dit relais 13, qui coulisse librement dans le cylindre relais 12.

Le cylindre relais 12 possède un axe de coulissement C-C' et une section constante, ladite section constante correspondant, aux jeux près, à la dimension de la section du piston relais 13.

Le piston relais 13 sépare le volume du cylindre relais 12 en une chambre dite intermédiaire 121 et une chambre dite utile 122.

La chambre intermédiaire 121 et la chambre utile 122 ont donc chacune des volumes variables en fonction des pressions dans le dispositif, et dû au piston relais 13 qui sépare les deux chambres, leur volume évolue de façon inverse. On définit un volume maximal Vi22max de la chambre utile 122. L'accumulateur 11 est relié hydrauliquement via une conduite de liaison 110 à la chambre intermédiaire 121 par une bouche 124 axiale et la chambre dite utile 122 comprend un port de sortie 123 axial, destiné à être connecté à un circuit hydraulique 2. Alternativement, la bouche 124 et le port de sortie 123 peuvent être latéraux. L'accumulateur 11 comprend une chambre dite à huile 114 de volume variable, qui contient de I'huile, le volume variable possédant une valeur de volume maximal.

Le cylindre relais 12 comprend une butée de piston 14 positionnée entre l'accumulateur 11 et le port de sortie 123, de sorte que la course du piston relais 13 lors d'une vidange est au plus limitée par ladite butée 14. Dans un mode de réalisation préférée, le cylindre relais 12 a une forme cylindrique avec une surface latérale 125 et deux surfaces 126, 127 formant deux extrémités axiales du cylindre 12, l'extrémité 126 étant située entre le piston relais 13 et l'accumulateur 11, l'extrémité opposée 127 étant située entre le piston relais 13 et le port de sortie 123. Dans ce cas, l'extrémité 127 fait essentiellement office de butée 14. L'ensemble cylindre relais 12 et piston 13 constitue un dispositif similaire à un vérin double effet.

Préférablement, afin de maximiser le volume d'utilisation du cylindre relais 12, la bouche 124 est située sur l'extrémité 126 du cylindre relais 12 et le port de sortie 123 est situé sur l'extrémité opposée 127. L'accumulateur 11, la chambre intermédiaire 121 et la chambre utile 122 sont destinés à recevoir de l'huile.

Dans un mode de réalisation préférée, l'accumulateur 11 et le piston à relais 13 sont dimensionnés de sorte que, lorsque la chambre utile 122 est vide, (i.e. de volume nulle, c'est-à-dire que le piston relais 13 est contre la butée 14), l'accumulateur 11 n'est pas vide (l'accumulateur n'est pas en butée).

Le dispositif 1 de stockage comprend un outre avantageusement une valve de démarrage 15 qui peut être sous la forme d'un distributeur primaire 151d, préférablement à commande électrique, disposée entre le port de sortie 123 et le circuit hydraulique 2. Cette valve de démarrage 15 peut par exemple dans une première position par défaut fermer le dispositif 1 et relier le circuit hydraulique 2 à un réservoir R. par exemple et dans une deuxième position, quand activée, relier le dispositif 1 au circuit hydraulique 2 (figure 2). Un schéma plus détaillé comprenant un tel dispositif sera détaillé par la suite (cf. infra).

Plus précisément, l'accumulateur 11 comprend : - un corps 111 de volume fixe, - un moyen de séparation mobile 112, séparant le volume du logement 111 en : o une chambre dite à gaz 113, contenant du gaz de façon étanche, et, o la chambre dite à huile 114, contenant de l'huile, L'accumulateur 11 comprend en outre une bouche d'accumulateur 115 au niveau de la chambre à huile 114 et reliant l'accumulateur 11 à la chambre intermédiaire 121 du cylindre relais 12 via la conduite de liaison 110. L'accumulateur comprend en outre une valve de remplissage 116, pour pouvoir injecter du gaz, typiquement de l'azote, dans la chambre à gaz 113.

On attribue au corps 111 un volume Vm, à la chambre dite à gaz 113 un volume Vn3 et à la chambre à huile 114 un volume Vn4.

Dans un accumulateur, on a donc la somme Vn3 + Vn4 qui est constante et inférieure à Vm.

Lorsque l'accumulateur 11 est vidangé, i.e. qu'il ne stocke plus d'huile (voir figure 3a), le moyen de séparation 112 est en butée contre le corps 111 : le volume Vn4 de la chambre à huile est quasiment nul et le volume Vn3 de la chambre à gaz 113 est quasiment égal (au volume du moyen de séparation 112 près) au volume du corps Vm. On note Po la pression de gaz dans la chambre à gaz 113 au cours cette étape (généralement aux alentours de 100 bars).

Pendant la charge, lorsqu'on injecte, dans la chambre à huile 114, de l'huile sous une pression supérieure à celle de la pression de gaz dans la chambre à gaz 113, le volume Væde la chambre à gaz 113 diminue et le volume Vn4 de la chambre à huile 114 augmente. A chaque instant un équilibre de pression entre les deux chambres 113, 114 est atteint. Inversement, lorsque l'accumulateur 11 est chargé (voir figure 3b), le volume Vn3 de la chambre à gaz est faible et le volume Vn4 de la chambre à huile 114 est élevé. Le volume Vn4 dépend directement de la pression d'huile. Le dispositif 1 possédant une pression maximale d'utilisation Pmax (généralement plus de 300 bars), on peut donc définir un volume maximal Vn4max pour la chambre à huile 114 pour lequel la pression de gaz et la pression d'huile sont égales à Pmax.

Le chargement de l'accumulateur 11 peut se faire à l'aide d'une pompe auxiliaire 16 reliée au port de sortie 123 (figure 4). Afin de commuter les différents éléments et de protéger les différents éléments, des valves et clapet anti-retour peuvent être installés (non représentés sur la figure 4). Un schéma plus précis du dispositif de rechargement sera détaillé par la suite.

Les types d'accumulateur

Les deux types d'accumulateur présentés en introduction peuvent être utilisés dans le cadre de l'invention. Ils vont à présent être plus détaillés.

La figure 5a représente un accumulateur à membrane lia. Le moyen de séparation 112 est une membrane 112a, typiquement en caoutchouc et elle comprend un butée renforcée 117a.

La figure 5b représente un accumulateur à piston 11b. Le moyen de séparation 112 est un piston 112b. Un système d'étanchéité 117b à base de joints, est situé en périphérie du piston 112b.

Fonctionnement du dispositif 1 A présent le fonctionnement du dispositif 1 va être décrit. Il est pour cela relié au niveau du port de sortie 123 à un circuit hydraulique 2.

On définit le volume Vi2i de la chambre intermédiaire 121 (volume entre le piston relais 13 et l'extrémité 126 du cylindre relais 14) et le volume Vi22 de la chambre utile 122 (volume entre le piston relais 13 et l'extrémité opposée 127 du cylindre relais 14, i.e. la butée 14). On néglige ici la pression hydrostatique, de sorte que, la chambre à huile 114 et la chambre intermédiaire 121 étant connectées hydrauliquement, les pressions dans ces deux chambres 114, 121 sont égales.

Charge

Lorsque le dispositif 1 est maintenu chargé, toutes les pressions des chambres sont égales à Pmax (par exemple la valve de démarrage 15 étant fermée ou la pression dans le circuit hydraulique 2 étant fixée à

Pmax aussi). Du fait d'une structure en série de plusieurs chambres communiquant entre elles, les volumes maximaux des chambres dépendent du dimensionnement du corps 111 et du cylindre 12.

Si le volume maximal Vn4maxde la chambre à huile 114 est supérieur au volume maximal Vi22max de la chambre utile 122 (voir figure 6), alors le piston relais 13 vient en butée contre l'extrémité 126 du cylindre 12 et le volume Vi2i de la chambre intermédiaire 121 est nul. La capacité de stockage du dispositif 1 est donc limitée par le dimensionnement du cylindre 12 et de cette façon l'accumulateur 11 peut fonctionner dans sa plage de fonctionnement standard, c'est-à-dire sans se vider complètement ; cela permet d'éviter la chute de pression au niveau du moyen de séparation 112 et aussi de supprimer le choc dudit moyen de séparation 112 en fin de course. La durée de vie du dispositif 1 est augmentée.

Vidange

Lorsqu'on a besoin d'un apport d'énergie, on vidange le dispositif 1. Dans un mode de réalisation, le circuit hydraulique 2 est relié à une machine hydraulique 3 que l'on souhaite démarrer. La machine hydraulique 3 permet ensuite par exemple de lancer un moteur thermique 4 (voir figures 7a à 7d) - on parle donc de démarreur hydraulique.

La valve de démarrage 15 passe d'un état fermé (figure 7a) à un état ouvert (figure 7b) et l'énergie stockée dans la chambre à gaz 113, est libérée. Le volume Vn3 de la chambre à gaz 113 augmente, chassant ainsi l'huile de la cavité à huile 114 vers la cavité intermédiaire 121. Le volume Vi2i de la cavité intermédiaire 121 augmente et l'huile de la cavité utile 122 est injectée dans le circuit hydraulique 2 (figure 7c). La pression de l'huile injectée diminue au fur et à mesure de la vidange (de Pmax à moins). L'huile sous pression permet d'apporter du couple à la machine hydraulique 3.

Le couple produit par la machine hydraulique 3 entraîne par exemple un vilebrequin du moteur thermique 4 pour le démarrer. Lorsque le moteur thermique 4 a démarré (figure 7d), le couple en sortie de la machine hydraulique 3 chute brusquement et, de facto, la pression dans le circuit hydraulique 2 chute aussi. Par conséquent, si la pression dans l'accumulateur 11 est suffisante, le piston relais 13 peut venir en butée contre une extrémité du cylindre 12, le volume Vi22 de la chambre utile 122 étant alors nul.

La chute de pression au niveau de l'accumulateur 11 est évitée puisque la bouche d'accumulateur 115 et la conduite de liaison 110 sont maintenues en permanence dans une quantité constante d'huile.

Afin d'éviter que cette chute de pression n'affecte l'accumulateur (choc et passage d'huile vers la chambre à gaz), comme mentionné précédemment, le volume maximal Vn4max de la chambre à huile 114 est supérieur au volume maximal Vi22max de la chambre utile 122. Le piston 13 arrive en butée contre l'extrémité opposée 127 du cylindre 12 alors que le volume Vn4 de la chambre à huile 114 de l'accumulateur 11 n'est pas nul (voir figure 8). De cette façon, l'accumulateur 11 n'est pas vidé intégralement et les limitations présentées dans l'introduction sont évitées : la durée de vie de l'accumulateur 11 est prolongée et il peut être utilisé dans un mode Clean Start tel que présenté en introduction.

Le cylindre 12 et le piston 13 sont réalisés en des matériaux supportant mieux les chocs et les chutes de pression que l'accumulateur 11, tels que de l'aluminium. Dans le cas d'un accumulateur à membrane lia, la membrane 112a est un élastomère qui supporte moins bien les chocs que l'aluminium du piston 13. L'aluminium étant léger, l'énergie cinétique du piston 13 est minimisée. On ne remarque d'ailleurs par de marquage de la matière après des chocs répétés. Enfin, si les chocs provoquent une légère fuite d'huile dans un sens à l'intérieur du piston, il s'agit d'une fuite d'huile vers de I'huile. D'autres fuites en sens inverse pourraient aussi compenser ces fuites.

Lors de la chute de pression due au démarrage du moteur hydraulique, l'équilibre des pressions n'est plus nécessairement vérifié. Grâce à la butée de piston 14, la pression de l'huile de la chambre intermédiaire 121 et de la chambre à huile 114 et le gaz de la chambre à gaz 113 possède une borne inférieure, appelée pression résiduelle Pr non nulle, alors que le circuit hydraulique 2 peut être à une pression nulle ou très faible.

En résumé, l'accumulateur 11 et le cylindre 12 sont dimensionnés de sorte que le volume maximal Vn4max de la chambre à huile 114 de l'accumulateur 11 est supérieur au volume maximal Vi22max de la chambre utile 122 (Vn4max>Vi22max). De cette façon, le volume Vn4 de la chambre à huile 114 ne peut être jamais nul et le moyen de séparation 112 ne peut venir au contact du corps 111 de l'accumulateur.

En d'autres termes, l'accumulateur 11 et le cylindre 12 sont dimensionnés de sorte qu'en fin de démarrage du moteur thermique 4, le piston 13 est en butée (i.e. un volume Vi22 de la chambre utile 122 nul), mais qu'il reste une pression résiduelle Pr dans la chambre à huile 114, ou encore, en d'autres termes, de sorte qu'en fin de démarrage, l'accumulateur 11 ne soit pas vidé.

Les chocs dans l'accumulateur 11 sont ainsi supprimés.

Mode de réalisation du dispositif 1 selon les accumulateurs

Lorsque l'on utilise le dispositif 1 avec un accumulateur à piston 11b, il n'y a pas de risque de pochage.

En revanche, ce risque est toujours présent avec un accumulateur à membrane lia.

Afin de pallier cet écueil, il est possible de prévoir un deuxième accumulateur à membrane lia, de façon à décaler le point de fonctionnement risquant le pochage.

La figure 9 représente une telle architecture. Deux accumulateur lia sont placés en parallèle et chacun de leur chambre à huile 114 est reliée à la chambre intermédiaire 121.

Il suffit de considérer cette fois la somme des deux volumes des chambres à huile 114 (par exemple, dans le cas du mode de réalisation préféré de dimensionnement, il faut que la somme des deux volumes maximaux des chambres à huile soit supérieure au volume maximal Vi22max de la chambre utile 122). Les pressions y sont les mêmes et sont identiques à celle de la chambre à huile dans le cas d'un seul accumulateur (à paramétrage de la pression de gaz égal).

En revanche, comme chaque accumulateur 112a fournit la moitié du débit, la vitesse de déplacement de la membrane 112a est divisé par deux comparativement à un unique accumulateur 112.

Ainsi, les risques de pochage sont fortement diminués.

On remarquera que ce dédoublement d'accumulateurs 11 s'applique aussi aux accumulateurs à piston 11b, ce qui leur permettrait de diviser par deux la vitesse de déplacement du piston 112b et ainsi diminuer les passages d'huile entre les deux chambres.

Mode de réalisation avec moteur décrabotable

Le dispositif 1 est ici à nouveau associé à un moteur hydraulique 3. En référence à la figure 10, le moteur hydraulique 3 est à pistons radiaux 31 et came multilobe 32. Chaque piston 31 est logé dans un cylindre 33 compris dans un bloc cylindre 34. Par le contact de la came 32, les pistons 31 effectuent un va-et-vient à l'intérieur de leur cylindre 33, ce qui leur permet de transformer soit une pression en couple, soit un couple en pression. Selon les variantes, l'arbre de sortie (non représenté) est solidaire soit du bloc cylindres 34 soit de la came 32. De tels moteurs ont été décrits dans les documents FR. 2 651 836 et FR 2 955 903.

Les pistons 31 sont reliés entre eux par des ressorts 35 dont la somme des efforts entraîne sur chaque piston 31 une composante vers le centre du bloc cylindres 34) de manière à exercer une force de rappel pour maintenir les pistons 31 à l'intérieur du cylindre 34. D'autres moyens de rentrée des pistons 31 sur les moteurs hydrauliques radiaux à cames multilobes 32 sont également connus, par exemple l'utilisation d'une pression de carter, ou le maintien en position basse des pistons 31 par des doigts de verrouillage ou des aimants.

Dans le cas d'un démarrage, I'huile sous pression issue du dispositif 1 est injectée dans les cylindres 33 et les pistons 31 viennent au contact de la came 32, permettant d'entraîner ainsi l'arbre et de démarrer le moteur thermique 4. Comme mentionné précédemment, lorsque le moteur thermique 4 démarre et que le volume Vi22 de la chambre utile est nul, la pression chute dans le circuit hydraulique 2. Avec l'action des ressorts 35, les pistons 31 sont rétractés dans leur cylindre 34 respectifs, ce qui permet de décraboter la machine hydraulique 3 et de la faire tourner en roue libre par rapport au moteur thermique.

Mode de réalisation avec une valve de démarrage progressive

Lors de la mise en route de la machine hydraulique 3, I'huile arrive avec un débit et une pression élevés. Les pistons 31 sont alors propulsés sur la came multilobe 32 à une vitesse et une force élevées, ce qui peut endommager fortement la machine hydraulique 3 et provoquer des bruits nuisibles et des vibrations.

Pour remédier à cela, la valve de démarrage 15 peut être une valve de démarrage progressif 151. Une telle valve a été décrite dans le document FR. 2 993 613 au nom de Poclain Hydraulics (voir figure 11)

La valve de démarrage progressif 151 permet de limiter le débit d'huile dans le moteur hydraulique 3 tant que la pression est inférieure à un seuil, de sorte que les pistons 31 sont mis en contact progressivement sur la came 32. Une fois la pression seuil atteinte, c'est-à-dire quand les pistons 31 sont effectivement au contact de la came 32 et que la pression dans le moteur augmente, la valve 151 délivre l'intégralité du débit du dispositif 10.

La valve progressive 151 permet ainsi de mettre en œuvre un démarrage sans trop de bruit ni de vibrations.

Plus précisément, la valve de démarrage 151 est installée dans un système comprenant (voir figures 11, 13) : - une ligne primaire 151a et une ligne secondaire 151b reliant chacune le dispositif 1 à l'appareil hydraulique 3, - la ligne primaire 151a comprenant une restriction 151c et un distributeur primaire 151d adapté pour relier sélectivement l'appareil hydraulique 3 au dispositif 1 ou à un réservoir R à pression ambiante, - la ligne secondaire 151b comprenant un distributeur secondaire 151e adapté pour alterner entre une première configuration dans laquelle il obture la ligne secondaire 151b, et une seconde configuration dans laquelle il est passant, - ledit distributeur secondaire 151e étant piloté via la pression au sein de la ligne primaire 151a en aval du distributeur primaire 151d par rapport au dispositif, de sorte que le passage de la première à la seconde configuration du distributeur secondaire 151e ne s'effectue que lorsque la pression dans la ligne primaire 151a atteint une valeur seuil.

Dans la figure 2, la valve de démarrage 15 ne comprend que le distributeur primaire 151d qui est seul mis en place (notamment sans la restriction 151c). Dans ce cas, il n'y a pas de démarrage progressif.

Gestion des fuites

Le piston relais 13 comprend des joints 131 pour étanchéifier les deux chambres 121, 122 (voir figure 12). Les joints 131 sont typiquement annulaires ou toriques ou multilobés et positionnés au niveau de la zone de contact entre le piston relais 13 et la surface interne du cylindre 12. Malgré cela, des fuites peuvent intervenir dans les deux sens. Les joints de piston peuvent intégrer un empilage de joints souples ou durs, parfois désignés sous le nom de joints composites. Les joints en caoutchouc peuvent être encadrés par des bagues anti-extrusion, suivant la pratique connue dans le métier des pistons d'accumulateurs ou de vérins hydrauliques.

Une méthode de gestion des fuites consiste à contrôler le volume dans le circuit hydraulique fermé formé par la chambre à huile 114 de l'accumulateur 11, la conduite de liaison 110 et la chambre intermédiaire 121 du cylindre relais 12 à l'aide d'un capteur de pression 17 sur le circuit hydraulique 2 et d'un circuit d'échange d'huile 18 (voir figure 13) relié à l'accumulateur 11. Par exemple le capteur de pression 17 permet d'y repérer un niveau anormalement bas de pression, ce qui signifie qu'il manque de l'huile.

Exemple d'architecture détaillée

La figure 13 représente une architecture détaillée du système hydraulique. On retrouve les éléments tels que le dispositif 1 (sous sa forme avec deux accumulateurs 11), le circuit hydraulique 2, la machine hydraulique 3, le moteur thermique 4, la valve de démarrage progressive 151, la pompe auxiliaire 16, le capteur de pression 17, le circuit d'échange d'huile 18.

Lorsque le moteur thermique 4 fonctionne (la majeure partie du temps), la pompe auxiliaire 16 tourne en permanence. Pour cela, deux valves (deux ports, deux positions passante/bloquante) 161, 162 (redondance pour sécurité) permettent dans une position passante de vidanger le débit vers le réservoir R.. L'architecture de rechargement comprend en outre une valve d'ajustement 191 (trois ports, deux positions) au niveau du port de sortie 123, qui permet dans une position par défaut de vider mais aussi de recharger le dispositif 1 et dans une position commandée de vérifier l'état de pression du dispositif 1 (voir infra). Pour cela, un circuit de rechargement 192 relie la pompe auxiliaire 16 à la valve d'ajustement 191. Un filtre 193 et un clapet anti-retour 194 de sens passant de ladite pompe 16 vers le dispositif 1, tous deux placés sur le circuit de rechargement 192, permettent respectivement de filtre l'huile et de protéger le circuit les éléments du circuit de rechargement (notamment la pompe auxiliaire) lors d'une vidange. Le circuit de rechargement et les éléments qui le composent assure le remplissage du dispositif 1 une fois la vidange effectuée. Les deux valves 161, 162 sont positionnées entre le circuit de rechargement 192 et le réservoir R.

La valve d'ajustement 191 est préférentiellement à commande électrique. Dans sa position par défaut, elle met en communication le dispositif 1 avec le circuit hydraulique 2 pour permettre la vidange et le dispositif 1 avec le circuit de rechargement 191 pour permettre le rechargement. Dans sa position commandée, elle court-circuite le piston relais 12, de sorte que les accumulateurs 11 sont directement reliés au circuit hydraulique 2.

En effet, lors de la vidange, le clapet anti-retour 194 ferme le circuit de rechargement 192 et I'huile sous pression se dirige vers la valve de démarrage progressive 151 détaillée précédemment. Les circuits primaires 151a et secondaire 151b sont reliés au circuit hydraulique 2, entre la valve d'ajustement 191 et le clapet anti-retour 194 du circuit de rechargement 192. Lors du remplissage, le circuit hydraulique 2 n'est plus sous haute pression et le pompe auxiliaire 16 injecte de I'huile dans le circuit de rechargement 194 qui se dirige ensuite vers la chambre utile 122. Pour cela, les valves 161, 162 sont en position fermée. La valve d'ajustement 191 est restée en position par défaut.

Lorsqu'il faut ajuster les niveaux d'huile dans le dispositif 1, la valve d'ajustement 191 est commutée en position commandée. De cette façon, le capteur de pression 17 peut mesurer la pression entre les accumulateurs 11 et le piston relais 12. Un sélecteur 181 est placé sur le circuit d'échange d'huile 18, par défaut en position fermée, ainsi qu'un limiteur de pression 182. S'il faut vider de I'huile, le sélecteur ouvre le circuit de rechargement 18 et I'huile se déverse par exemple dans le réservoir R jusqu'à ce que la pression soit égale à celle définie par le limiteur (par exemple 170 bars). S'il faut injecter de I'huile, les valves 161, 162 sont en position ouverte et le débit de la pompe auxiliaire 16 est apporté au circuit d'échange d'huile 18.

Le but est de maintenir l'accumulateur 11 dans sa plage d'utilisation standard, c'est-à-dire sans contact entre le moyen de séparation 112 et le corps 111 en vidange et en évitant tout pochage.

Applications

Un tel dispositif, surtout selon le mode de réalisation préféré, est particulièrement adapté pour la technologie Clean Start (ou Start & Go, Go-Start, etc.) qui exige des démarrages fréquents et devant être le moins ressentis possible.

Le dispositif est implémentable sur des véhicules 5 tels que des véhicules de chantier ou des camions.

Par exemple, dès que l'utilisateur lâche toute commande, le moteur thermique s'arrête, puis dès qu'il touche la pédale d'accélération ou une commande d'outils, la commande électrique active la valve de démarrage et déclenche la vidange du dispositif 1.

Claims (13)

1. Revendications

   1. Dispositif de stockage d'énergie hydraulique, comprenant : - Un accumulateur de pression hydraulique (11), - Un cylindre relais (12), comprenant : o un piston relais (13) coulissant librement dans le cylindre relais (12) et séparant le volume du cylindre relais (12) en une chambre intermédiaire (121) et une chambre utile (122), lesdites chambres (121, 122) recevant de i'huile, o une butée de piston (14, 127) ; dans lequel l'accumulateur (11) est relié hydrauliquement à la chambre dite intermédiaire (121) via une conduite le liaison (110) et la chambre dite utile (122) comprend un port de sortie (123) connecté à un circuit hydraulique (2), dans lequel la butée de piston (14, 127) est située entre le piston (13) et le port de sortie (123), dans lequel l'accumulateur de pression hydraulique (11) comprend une chambre à huile (114) de volume variable, qui contient de l'huile (114), caractérisé en ce que la chambre utile (122) est ainsi délimitée par le piston relais (13) et la butée de piston (14, 127), et en ce que le volume maximal de ia chambre à huile (114) est supérieur au volume maximal de ia chambre utile (122), de sorte qu'en utilisation la course du piston (13) est limitée par la butée (14, 127) et que le volume de la chambre à huile (114) n'est jamais nul.
2. 2. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'accumulateur de pression hydraulique (11) comprend : - un logement de volume fixe (111), - un moyen de séparation mobile (112), divisant le volume du logement (111) en : o une chambre à gaz (113), contenant du gaz de façon étanche, et o la chambre à huile (114), comprenant une bouche d'accumulateur (115), les volumes desdites chambres (113, 114) étant variables mais de somme constante.
3. 3. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le cylindre relais (12) a une forme cylindrique et comprend une surface latérale (125) délimitée par deux surfaces aux extrémités (126, 127) pour former un volume, le piston relais (13) se trouvant à l'intérieur dudit volume et une des extrémités (127) faisant office de butée (14, 127) de piston (13).
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'accumulateur à pression (11) hydraulique est un accumulateur à piston (11b).
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'accumulateur à pression (11) hydraulique est un accumulateur à membrane (lia).
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un autre accumulateur (11) en parallèle, l'autre accumulateur comprenant un autre port de sortie (123), l'autre port de sortie (123) étant en connexion fluidique avec la chambre intermédiaire (121).
7. 7. Dispositif selon ia revendication précédente, dans lequel le volume maximal de la chambre à huile comprend les deux volumes maximaux des chambres à huile (114) et est supérieur au volume maximal de la chambre utile (122), de sorte qu'en utilisation lorsque le volume de la chambre intermédiaire (121) est maximal, le volume des chambres à huile (114) n'est pas nul.
8. 8. Dispositif seion l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une valve de démarrage (15, 151, 151d), adaptée pour activer ou empêcher la vidange du dispositif.
9. 9. Ensemble comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, et un moteur hydraulique (3) débrayable comprenant une entrée haute pression, ladite entrée haute pression étant connectée au port de sortie (123) du dispositif, et dans lequel le moteur (3) est débrayé automatiquement lorsque le piston relais (13) est en fin de course contre la butée (14, 127) c'est-à-dire que ie volume de la chambre utile (122) est nul.
10. 10. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le moteur hydraulique (3) est un moteur à pistons radiaux (31) et came lobée (32), ies pistons (31) étant placés dans des cylindres respectifs (33) et comprenant des ressorts (35) permettant de maintenir les pistons (31) à l'intérieur de leur cylindre (33), dans lequel les pistons (31) sont rentrés dans leur cylindre (33) par la chute de pression consécutives à la butée du piston relais (13) sur l'extrémité du cylindre relais (13).
11. 11. Ensemble selon l'une des revendications 9 ou 11, comprenant en outre une valve de démarrage progressif (151) apte à limiter ie débit tant que ia pression est sous un certain seuil et apte à délivrer l'intégralité du débit sinon, afin de limiter la vitesse de mise en contact des pistons (31) sur ia came lobée (32) au moment de la mise en route.
12. 12. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans une architecture de « Clean Start ».
13. 13. Procédé de démarrage d'un moteur hydraulique à piston radiaux à i'aide d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une étape de vidange dans laquelle: - De I'huile sous pression est injectée dans la cavité utile (122), - le piston relais (13) déplace I'huile de ia cavité intermédiaire (121) vers l'accumulateur de pression hydraulique (11), de sorte que lorsque d'accumulateur (11) décharge I'huile stockée, I'huile de l'accumulateur (11) pénètre dans la cavité intermédiaire (121) et déplace le piston relais (11), qui à son tour relâche I'huile stockée dans la cavité utile (122).