Brevet FR2599433A1 — publié le 19871204

La présente Invention concerne les pompes et moteurs à cylindrée variable utillsables dans les transmissions hydrostatiques. Les pompes employées dans les transmissions hydrostatiques sont nécessairement des pompes à pistons à cause des hautes pressions utilisées; elles comportent généralement sept pistons pour obtenir un débit régulier sans faire appel à des accumulateurs hydropneumatiques. Le réglage de la cylindrée s'effectue par modification de la course des pistons ; mais ce mode de réglage exige des dispositifs complexes, nécessitant un usinage très précis et capables d'exercer des efforts importants, ce qui augmente considérablement le poids et le prix de revient de la pompe. Dans la pompe selon l'invention, la variation de la cylindrée est obtenue par déphasage des pistons et non par modification de leur course: il en résulte une simplification appréciable de la construction et un gain de poids important sans diminution du rendement La pompe selon l'invention comporte au moins une enceinte, qui peut être mise en communication soit avec les orifices d'aspiration soit avec les orifices de refoulement de la pompe, et dans laquelle plongent deux pistons animes de mouvements alternatifs: ces pistons ont la même section S, la même wurse C et la même période T ; mais ils sont déphasés, leurs phases à l'instant t étant de la forme (2it.t"T + t) et (2Jt.t/T - t) ou # est un paramètre. Pour la clarté de la description, une telle enceinte sera appelée cellule à oistons déphasés, de phase 2#.t/T etdedénhesaoe2 V = constante - S.(C/2).cos (2#.t/T + z) -S.(Ct2).cos (2#.t/T - z soit:Y = constante - CS.cos #.cos(2#.t/T) II en résulte qu'une cellule à pistons déphasés est équivalente à une pompe à piston unique de section Set de course 2C.cos cq ; sa cylindrée 2CS.cos # peut donc être réglée sur une valeur quelconque comprise entre O et 2CS en choisissant convenablement Selon une forme de réalisation préférentielle, la pompe selon l'invention comporte quatorze pistons à axes parallèles répartis dans deux barillets identiques, solidaires d'un même arbre de transmission, qui débitent dans un même distributeur central. L'ensemble possède un plan de symétrie (A) perpendiculaire à l'arbre de transmission. Chacune des sept cellules à pistons déphasés est formée par deux pistons symétriques par rapport à (A), par les cylindres correspondants et par dés cavités creusées dans le distributeur central. Les pistons sont munis de bielles dont les têtes sphériques sont logées dans deux plateaux identiques qui peuvent tourner dans des paliers. Les plateaux sont reliés mécaniquement par des engrenages à l'arbre de transmission avec lequel ils font un meme angle constant.Les paliers peuvent tourner autour de l'arbre de transmission et sont reliés mécaniquement entre eux de façon que si l'un d'eux tourne d'un angle drç l'autre tourne de l'angle -d8ç. La cylindrée de la pompe est maximum quand les deux paliers sont calée en positions symétriques par rapport au plan (A). Si l'on fait tourner l'un des paliers d'un angle ep à partir de la position précédente, l'autre tourne de l'angle - , et, les paliers étant calés dans cette nouvelle position, les sept cellules à pistons déphasés présentent alors toutes le meme déphasage 2 . Selon une variante, bielles et plateaux sont supprimés: les pistons prennent appui directement sur les paliers par l'intermédiaire d'une butée hydraulique ou d'un patin de type Michell à rotule. Cette construction est plus simple mais le rendement est moins bon et l'usure plus importante. Les figures annexes représentent un mode de réalisation d'une pompe suivant l'invention: la figure 1 est une coupe longitudinale, la figure 2 une coupe suivant le plan de symétrie (A) et la figure 3 un schéma illustrant la liaison mécanique des paliers. L'arbre de transmission ( 1 ) est solidaire de deux roues ( 10) qui entraient les deux plateaux ( 16) par l'intermédiaire des engrenages (32) et les deux barillets (5) et (6) grace aux clavettes (9). L'une des roues (10) est démontable et, montée sur l'arbre ( 1 ) par l'intermédiaire du manchon cannelé (2). Les têtes de bielle (15) des 14 pistons (11) sont logées dans les plateaux ( selon une technique classique et le montage des plateaux ( 16) sur les paliers (3) utilise des roulements et des butées à aiguilles (ou des roulements à rouleaux coniques).Les deux paliers (3) peuvent tourner autour le l'axe de l'arbre (1): ils sont munis de butées à billes (18) et, sur environ un tiers de leur périphérie,de dentures (28) et (29) qui engrènent respectivement avec les crémaillères ( 19) et (4); ces dernières sont munies d'une seconde denture qui engrène avec les pignons (26) ou (27) solidaires de l'arbre (23) selon le schéma de la figure 3. Lorsque l'on fait tourner l'arbre (23), les deux paliers (3) tournent du même angle mais en sens inverses. Les cylindres des barillets communiquent, par les orifices circulaires (22), avec le distributeur central (7) qui comporte 4 cavités cylindriques les cavités (30) et (31) débouchent dans les orifices d'aspiration et de refoulement (24) et (25) et assurent la distribution comme dans une pompe classique ; les cavités (20) et (21) sont des canaux de transfert destinés à assurer la permanence de la communication entre les deux cylindres d'une même cellule à pistons déphasés. Une rigoureuse symétrie des barillets par rapport au plan (A) est indispensable au bon fonctionnement de la pompe.Les sections des orifices (22) sont plus importantes que dans une pompe classique et, pour une bonne étanchéité entre le distributeur et les barillets, ceux-ci sont soumis à l'action complémentaire des pistons ( 13) qui prennent appui sur les moyeux des roues (10) et sont logés dans des cylindres percés dans les barillets et communiquant avec les orifices (22) (on peut aussi donner aux orifices (22) une forme allongée, leur dimension dans le sens radial étant réduite). Les ressorts (8) assurent l'étanchéité en l'absence de pression. La figure 1 représente la pompe quand sa cylindrée est maximum : les paliers (3) sont symétriques par rapport au plan vA). Si l'on fait tourner l'arbre (23), les paliers (3) tournent des angles ep et - Le blocage et la rotation des paliers (3) peuvent être obtenus en faisant agir sur les 4 extrémités des crémaillères (4) et ( 19) la pression de l'huile d'un dispositif hydraulique, composé d'une source à haute pression et d'un tiroir distreibuteur (le système mécanique formé par les deux paliers (3), les deux crémaillères (4) et (19) et l'arbre (23) n'est soumis, pendant le fonctionnement de la pompe, qu'à des forces alternatives relativement faibles). Un graissage abondant peut être obtenu en remplissant d'huile les deux carters et en les mettant simplement en communication avec un réservoir d'huile par les orifices ( 14) et ( 12). D'autre modes de graissage sont évidemment possibles. La pompe selon l'invention est réversible et peut donc être utilisée en moteur hydraulique à cylindre variable. Il est possible de faire sortir l'arbre (1) des deux côtés de la pompe ce qui permet l'entraînement de la pompe par deux moteurs. Les paramètres suivants: puissance, cylindrée maximum, vitesses linéaires, pression, mode de construction, étant les mêmes, les alésages des 14 pistons ( 1 1 ) sont plus faibles que ceux des 7 pistons d'une pompe classique (d'environ 30 % ) et la vitesse de rotation est plus élevée (d'environ 40 %). Il en résulte une réduction importante du poids (d'autant plus marquée que le système de réglage de la cylindrée est moins lourd) et de l'encombrement dans le sens radial. Le rendement n'est pas altéré par la présence des canaux de transfert (20) et (21) qui se comportent comme des labyrinthes, Et en ce qui concerne le prix de revient, l'usinage des deux barillets et des 14 pistons est très largement compensé par le fait que leurs dimensions sont réduites et surtout par la simplicité du système de réglage de la cylindrée. La pompe selon l'invention est destinée essentiellement à la réalisation de transmissions hydrostatiques utilisables notsmment dans la construction automobile. Revendications 1 ) Pompe réversible à cylindrée variable caractérisée en ce que la course des pistons est constante et que le réglage de la cylindrée est obtenu de la focon suivente: la pompe comporte au moins une enceinte, qui peut être mise en communication soit avec les orifices d'aspiration soit avec les orifices de refoulement de la Pompe, et dans laquelle plongent deux pistons animés de mouvements alternatifs: ces pistons ont la même section S, la même cour C et la même période T, mais leurs phases à l'instant t sont de la forme (2#.t/T + et (2it.t/T - #) où p est un paramètre (une telle enceinte sera désignée ci-apres sous le nom de cellule à pistons déphasés de phase 2 .t/T et de déphasage 2 #); une cellule à pistons déphasés est équivalente à une pompe à piston unique de section Set de course 2C.cos # : sa cylindrée 2CS.cos t peut donc être réglée sur une valeur quelwnque comprise entre 0 et 203 en choisissant convenablement # entre 11/2 et O ; pour fournlr un débit régulier la pompe comporte sept cellules à pistons déphasés identiques, ayant même déphasage, et dont les phases forment une suite arithmétique de raison 2X/7. 2) Pompe selon la revendication 1, ,caractérisée en ce que les pistons (11) des sept cellules à pistons déphasés sont montés dans deux barillets (5) et (6) disposés symétriquement par rapport à un même distributeur central (7) et solidaires d'un même arbre de transmission ( 1), qu'ils sont parallèles à l'arbre ( 1), que leur mouvement alternatif résulte de l'action de deux paliers de butée (3), dont les axes font un même angle constant avec l'arbre (1), et que leur déphasage résulte du fait que les paliers (3) peuvent tourner autour de l'arbre (1) d'angles égaux meis de sens opposés. 3) Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que la communication, entre les deux parties d'une même cellule à pistons déphasés qui sont situées de part et d'autre du distributeur (7), est assurée par des canaux de transfert creusés danse distributeur (7), les uns (20) et (21 ) étant Isolés dés orifices d'admission et de refoulement, les autres (30) et (31) communiquant librement avec eux. 4) Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'action des paliers (3) est transmise eux pistons (11) par l'intermédiaire de bielles qui prennent appui sur deux plateaux (16) montés sur les paliers (3) et entraînés mécaniquement par l'arbre (1) au moyen d'engrenages (32). 5) Pompe selon la revendication 2, carecierisée en ce que les pistons ( 1) prennent eppui directement sur les paliers (3) par l'intermédiaire d'une butée hydraulique ou d'un patin de type Mlchell à rotule. 6) Pompe selon la revendicotion 2, caractérisée en ce que des pistons compansateurs (13) permettent d'augmenter la pression exercée par les barillets(S) et (6) sur le distributeur central (7). 7) Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que les orifices (22) ont une forme allongée (plus petite dimension dans le sens radial) ressemblant à un secteur de couronne circulaire.