Brevet FR2606092A1 — publié le 19880506

L'invention, concernant une machine à pistons, est plus spécifiquement relative à une machine à pistons, à cylindrée commutable, comprenant un dis- tributeur dans lequel sont prévus des perçages de commande conduisant aux pistons, et des canaux de distribution reliés à ces perçages de commande, et par l'intermédiaire desquels les pistons peuvent être reliés à un raccord à haute pression ou à un raccord à basse pression, et un tiroir pour la commutation de la cylindrée dont l'actionnement permet de modifier le nombre des pistons en service. Dans des machines à plusieurs pistons, la cylindrée est modifiée d'une manière connue en agissant sur le nombre des pistons et cames de commande en ser- vice (Poclain Hydraulics). Pour la commutation, les mo- teurs à plusieurs pistons sont pourvus d'un distributeur à trois voies, lequel est relié aux pistons. Dans ce cas, il y a toujours un canal relié à la haute pression, et un deuxième canal, à la basse pression. Le troisième canal est commandé par l'intermédiaire d'une soupape de commande; s'il est relié à la haute pression, la machine présente la cylindrée complète, mais si le troisième canal est relié à la basse pression, la cylindrée est réduite à la moitié, le couple de rotation étant égale- ment réduit de façon correspondante, mais s'il est fourni par la source de fluide sous pression le même volume d'alimentation, la vitesse de rotation du moteur est doublée. Les pistons sollicités par la basse pression lors d'une demi-cylindrée causent de fortes pertes mé- caniques par frottement et fournissent un couple de dé- marrage qui souvent ne permet plus le démarrage sous la charge. Il est connu que la basse pression, dans les systèmes hydrauliques fermés, est de l'ordre de grandeur de 15 à 25 bar et plus. Les pertes de rendement de telles machines avec des demi-volumes aspirés sont alors relati- vement élevées. C'est pourquoi l'invention a pour objet d'établir une machine à pistons à cylindrée commutable de telle façon que le rendement soit amélioré et que les pertes de débit soient réduites. Ce résultat est obtenu, conformément l'invention, grâce au fait que, pour réduire la cylindrée, un certain nombre de canaux de distribution peuvent être reliés ensemble et séparés des raccords haute et basse pression au moyen du tiroir. Ainsi, selon l'invention, les volumes des cylindres correspondant aux pistons qui doivent être commutés pour réduire la cylindrée, sont reliés l'un à l'autre et séparés de l'alimentation et de l'évacuation du fluide de travail par l'intermédiaire des canaux de distribution et du tiroir. Dans l'art antérieur par cor- tre, les canaux de distribution mis hors service sont chaque fois reliés au côté basse pression, soit donc à l'évacuation du fluide de travail et de ce fait, lors d'une inversion de la marche, ils sont obligatoirement reliés à l'alimentation du fluide de travail. Ceci signifie que dans ce cas il apparatt une charge de pres- sion supplémentaire dans la machine, qui se manifeste par une baisse de rendement. Cet inconvénient disparaît avec l'invention. La quantité de fluide de travail chassée par un piston mis hors service est chaque fois absorbée par le piston opposé pendant le fonctionnement de la machine. En outre conformément à l'invention le nombre des pistons qui ne sont pas en service peut être sollicité par une pression auxiliaire, qui est substan- tiellement plus basse que la basse pression régnant dans le système. Ainsi, pour la pression auxiliaire, 1 à 5 barsont déjà suffisants. Les pistons non agissants, c'est-à-dire les pistons se trouvant dans la position de course à vide, ne sont sollicités que par cette pression auxi- liaire extrêmement basse et n'entratnent que des pertes minimes. Un avantage supplémentaire de l'invention réside dans le fait que, pour une cylindrée moitié, le courant d'alimentation pour les pistons en service ne passe pas par le tiroir, mais il peut être direc- tement amené aux perçages de commande correspondant aux pistons en service. De cette façon on évite les pertes de débit causées par une soupape. Lors de l'inversion du sens de rotation de la machine les états et avantages décrits sont con- servés. On verra par la suite les modalités pré- férées de l'invention. Ainsi, conformément à l'invention, le tiroir est disposé dans le distributeur de la machine qui comporte un raccord à pression auxiliaire. Le coulisseau du tiroir peut alors être commuté par la pression auxiliaire et, grâce à un clapet de retenue qui s'ouvre, la pression auxiliaire peut solliciter les canaux de distribution qui doivent être réliés ensemble et sont relatif aux pistons non en service. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, quand les canaux de distribution sont re- liés au carter ou au réservoir, les pistons qui parcourent chaque fois une partie de course commutée sont maintenus dans leur position de point mort bas par un dispositif de retenue, ces pistons fonctionnent alors complètement sans perte et sans course à vide. Le travail de dépla- cement ne se produit alors que dans les parties de course en relation avec la pression de travail. En rassemblant les perçages de commande conduisant aux pistons dans le distributeur en canaux de distribution disposés par groupes on obtient de pré- férence, lors de la commutation de la cylindrée, un rapport de 1:2; néanmoins d'autres rapports de cylindrée et de vitesse de rotation sont possibles, si les perçages de commande sont reliés à un nombre correspondant de canaux de distribution. Le tiroir doit être toujours réalisé de façon que dans chaque position de commande un nombre déterminé de pistons soit sollicité par la pression auxiliaire. Des exemples de réalisation de l'invention sont exposés plus en détail dans ce qui suit avec réfé- rence aux dessins. Parmi ceux-ci: la figure 1 est une coupe axiale d'une machine à plusieurs pistons, suivant une première forme de réalisation; la figure 2, une coupe axiale d'une machine à plusieurs pistons, suivant une deuxième forme de réalisation; et la figure 3, une coupe partielle selon la figure 2, à plus grande échelle. La machine à pistons représentée sur la figure 1 est construite de la manière habituelle et est constituée par un anneau de commande de course 10 sur le c8té intérieur duquel est formée la came de commande de course 11. A titre d'exemple, la came de commande de course 11 est pourvue de six parties saillantes. De part et d'autre de l'anneau 10 se trouvent des parties de carter 12 et 14. La partie de carter 14 comporte des paliers 15, 16 et 17 par lesquels repose, radialement et axialement, un arbre rotatif 18, sur lequel est fixé un rotor 20 dans lequel sont prévus un certain nombre de perçages radiaux 21 ouverts vers la périphérie exté- rieure, dont chacun contient un piston 22. La coupe de la machine est pratiquée sur le dessin de façon qu'on ne voie qu'un seul piston 22. Chaque piston 22 porte un sabot 23 qui glisse sur la courbe de commande de course 11. Par exemple, il est prévu huit pistons 22. Dans la partie de carter 12 est placé un distributeur 259 comportant plusieurs perçages de commande reliés au rotor 20 qui restent à décrire en détail, et par l'intermédiaire desquels le flux d'alimen- tation est amené aux pistons ou en est évacué. Jusque là la machine correspond à la réalisation habituelle. Si la machine fonctionne comme moteur, du fluide sous pression est amené, par l'intermédiaire du raccord sors haute pression A et de perçages de commande corres- pondants, à ceux des pistons qui peuvent se déplacer radialement vers l'extérieur sous l'effet de la haute pression, ce qui fait que l'arbre tournant 18 est entraîné, après quoi, lors du mouvement des pistons vers l'intérieur, le fluide sous pression est chassé, par l'intermédiaire des perçages de commande correspondants jusqu'au raccord à basse pression B de la machine. La machine peut égale- ment fonctionner très bien comme pompe si l'arbre d'entra - nement 18 est actionné de l'extérieur. Dans le distributeur 25 sont disposés quatre canaux de distribution 27, 28, 29 et 30, dont chacun communique avec des perçages de commande 31 ou 32 répartis à la périphérie du distributeur 25. Comme la machine est représentée en coupe sur le dessin, on ne peut distinguer tous les perçages de commandeo On voit, sur la figure, que le raccord haute pression A est relié au perçage de commande 31 par le canal distributeur 27 et le raccord à basse pression B au perçage de com- mande 32 par l'intermédiaire du canal distributeur 30. Cependant le raccord à haute pression A, ou à basse pression B, est encore relié, également par l'intermé- diaire des canaux distributeurs 27 et 30, à un autre perçage de commande, non visible sur le dessin. - Ceci s'applique également aux canaux dis- tributeurs 28 et 29 dont chacun est relié également à deux perçages de commande qui débouchent sur le distribu- teur 25 du c8té du rotor et qui ne sont pas visibles. Dans un perçage excentré du distributeur 29 est disposé un coulisseau 35 qui est constitué par trois parties formant piston 36, 37, 38 et deux gorges annulaires 39 et 40 formées entre les parties formant piston. Le volume intérieur 41 du perçage peut être relié par un raccord 42 à pression auxiliaire à une source extérieure de fluide sous pression auxiliaire, non représentée. S'il n'y a pas de pression auxiliaire sur le raccord 42, le coulisseau 35 est poussé, par un ressort 45 s'appuyant sur un couvercle 44 du distributeur , dans la position représentée, dans laquelle les canaux distributeurs 27 et 28 sont reliés l'un à l'autre, ainsi qu'également les canaux distributeurs 29 et 30. Ainsi, dans cette position du coulisseau 35, le canal de distribution 28 et les perçages de commande q i lui sont raccordés sont également sollicités par la haute pression par l'intermédiaire de la rainure annulaire 39, tandis que le canal distributeur 29 et les perçages de commande qui lui sont raccordés sont reliés au raccord basse pression B du canal distributeur 30 et de la rainure annulaire 40. Dans cette position, tous les perçages de commande sont ainsi reliés à la haute pression ou à la basse pression et la machine présente la cylindrée complète et fournit par suite la couple de rotation total prévu. Si l'on veut passer à la cylindrée moitié, le raccord 42 est sollicité par la pression auxiliaire. Grâce à l'effet de cette pression dans le volume 41, le coulisseau 35 est manoeuvré en opposition à la force 260609Z du ressort 45, de sorte que le canal distributeur 30 est fermé par rapport à la partie 38 formant piston et la canal distributeur 27, par rapport à la partie 37 formant piston. Dans le coulisseau 35 il est prévu un clapet de retenue 47 qui s'ouvre dans la direction de l'écoulement du volume 41 vers la rainure annulaire 40. De ce fait la pression auxiliaire du volume 41 peut pas- ser, par l'intermédiaire du clapet de retenue 47 qui s'ouvre, dans la rainure annulaire 40 et à partir de là, dans les deux canaux distributeurs médians 28 et 29. Les pistons qui communiquent par les perçages de commande correspondants avec ces canaux distributeurs 28 et 29 sont ainsi sollicités par la pression auxiliaire et de ce fait ils sont amenés en position de course à vide. On peut voir que dans cette position co.m- mutée du coulisseau 35 le flux haute pression arrive di- rectement depuis le raccord A aux perçages de commande, ou le flux basse pression, directement au raccord B, sans que le tiroir soit traversé par l'alimentation, de sorte qu'on évite des pertes de débit correspon- dantes lors de la commutation à volume de course moitié. Si les pistons commutés pour réduire la cylindrée ne doivent pas être reliés à la pression auxi- liaire, le clapet de retenue 47 sera omis dans le cou- lisseau du tiroir. Lors de la commutation du tiroir, les canaux distributeurs 28 et 29 sont alors seulement reliés l'un à l'autre et séparés des raccords A et B. De cette façon également, une diminution du volume de course de la machine est également possible sans dégra- dation importante du rendement. La machine représentée sur les figures 2 et 3 est tout à fait semblable à la réalisation de la figure 1, à part la modification suivante: un canal 48 débouche dans le perçage correspondant au coulisseau 35 entre les canaux distributeurs 28 et 29. Le canal 48 est relié à l'intérieur du carter et il est donc solli- cité par la pression du carter ou la pression du réser- voir. Si la commutation du coulisseau 35 s'effectue, les canaux distributeurs 28 et 29 sont reliés ainsi par le canal 48 avec le carter. De plus, pour chaque piston 22 il est prévu dans le bloc cylindre 20 un dispositif de retenue méca- nique 50 qui est disposé dans le perçage recevant ce piston 22, de façon à maintenir ce piston 22 dans la position du point mort bas. Le dispositif de retenue mécanique 50 est constitué par une bille 52 sollicitée par un ressort 51, cette bille reposant dans un évidement 53 du piston 2Z. Chaque piston qui traverse ainsi une par- tie de course qui correspond aux canaux distributeurs 28 et 29 reliés l'un à l'autre et à la pression du réser- voir, est maintenu par le dispositif de retenue 50 dans sa position de point mort bas, de sorte qu'il fonctionne sans perte et sans course à vide. Si le piston est à nouveau sollicité par de la pression dans une partie de course suivante par l'intermédiaire d'un canal dis- tributeur relié à la source de fluide sous pression, le piston 22 peut se libérer lui-même par rapport au dispositif de retenue 50, de sorte que son travail peut s'effectuer dans les parties de course liées à la pression de travail. REVENDICATIONS 1. Machine à pistons, à cylindrée com-utable, comprenant un distributeur (25) dans lequel sont prévus des perçages de commande (31, 32) conduisant aux pistons et des canaux de distribution (27 à 30) reliés à ces perçages de commande, et par l'intermédiaire desquels les pistons peuvent être reliés à un raccord à haute pression (A) ou à un raccord à basse pression (B) et un tiroir pour la commutation de la cylindrée, dont l'action- nement permet de modifier le nombre de pistons (22) en service, caractérisée en ce que, pour réduire la cylindrée un certain nombre de canaux de distribution (27, 28, 29, 30) peuvent être reliés ensemble et séparés des raccords haute et basse pression au moyen du tiroir. 2. Machine à pistons selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le tiroir peut être commuté au moyen d'une pression auxiliaire* 3. Machine à pistons selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisée en ce que les canaux de distribution séparés sont reliés à un raccord (42) pour la pression auxiliaire. 4. Machine à pistons selon la revendica- tion 2 ou 3, caractérisée en ce que le tiroir comporte un clapet de retenue (47) par l'intermédiaire duquel la pression auxiliaire peut être amenée aux canaux de distribution (28, 29) relatifs aux pistons non en ser- vice. 5. Machine à pistais selon l'une des reven- dications 1 à 4, caractérisée en ce que le tiroir com- porte un coulisseau (35) sollicité par ressort, compor- tant des positions de commande, les canaux de distri- bution (27, 28, 29, 30) étant reliés, dans une position de commande, aux raccords à haute et à basse pression, alors que, dans une autre position de commande, un nom- bre déterminé de canaux de distribution sont reliés les uns aux autres et au raccord (42) à pression auxiliaire. 6. Machine à pistons selon la revendication 4 ou 5,-caractérisée en ce que le clapet de retenue (47) est disposé dans le coulisseau (35) du tiroiro 7. Machine à pistons selon l'une des re- vendications 1 à 6, caractérisée en ce que le coulisseau (35) du tiroir est disposé dans le distributeur (25) de la machine. 8. Machine à pistons selon l'une des re- vendications 1 à 7, caractérisée en ce que pour la commutation de la cylindrée dans le rapport 1:2 il est prévu quatre canaux de distribution (27, 28, 29, 30) qui sont reliés à un nombre identique de perçages de commande (31, 32)j et en ce que, lors de la marche avec cylindrée complète, chaque fois deux canaux de distribution sont reliés au raccord à haute pression (A) et au raccord à bas- se pression (B), et lors de la marche avec demi-cylindrée chaque fois un canal de distribution est relié au raccord à haute pression ou à basse pression et les deux autres canaux de distribution sont reliés l'un à l'autre ou au raccord (42) à pression auxiliaire. 9. Machine à pistons selon la revendication 8, caractérisée en ce que le distributeur (25) contient quatre canaux de distribution écartés axialement, et le coulisseau (35) comporte deux rainures annulaires (39, 40), et en ce que, pour une marche avec cylindrée complète, chaque canal de distribution extérieur (27, 30) est relié par une rainure annulaire respective (39, 40) au canal de distribution voisin (28, 29), tandis que pour une marche avec demi-cylindrée, les deux canaux de distribution médians (28, 29) sont reliés ensemble ou au raccord (42) à pression auxiliaire. 10. Machine à pistons selon la revendi- cation 9, caractérisée en ce que les canaux de distribu- tion extérieurs (27, 30) sont raccordés au raccord (A) à haute pression et au raccord (B) à basse pression. 11. Machine à pistons selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les canaux de distri- bution (28, 29) pouvant être mis hors service sont solli- cités par la pression du carter ou la pression du ré- servoir, et en ce que les pistons (22) peuvent être immobilisés dans le bloc cylindre (20) à leur point mort bas au moyen d'un dispositif de retenue (50). 12. Machine à pistons selon la revendica- tion 11, caractérisée en ce que le dispositif de retenue (50) peut se relâcher automatiquement sous l'effet d'une pression. 13. Machine à pistons selon la revendica- tion 11 ou 12, caractérisée en ce que le dispositif de retenue (50) est constitué par une bille (52) sollicitée par un ressort (51), cette bille reposant dans un évi- dement (53) du piston.