Brevet FR2637945A1 — publié le 19900420

L'invention concerne des pompes hydrauliques et des moteurs hydrauliques comportant une plaque tournante à orifices qui peut tourner à partir d'une position de référence, dans l'un des deux sens, sur un maximum de 90o- de manière à faire varier le couple ou le débit de fluide d'un minimum à un maximum dans un sens ou dans l'autre. La figure 1 des dessins annexés et décrits ci- après illustre, par une vue en coupe générale, une machine hydraulique & pistons axiaux de l'art antérieur, qui peut fonctionner en pompe ou en moteur hydraulique. Des machines hydrauliques de ce type, ainsi que du type à axe incliné, sont bien connues et ont été utilisées dans diverses applications. Seule la construction d'ensemble de la conception à pistons axiaux sera décrite ci-dessous, mais il est bien entendu que l'invention peut également être appliquée à la conception à axe incliné. L'arbre d'entraî- nement 12 est supporté par deux paliers qui comprennent un palier avant 14 et un palier arrière 16. Le palier avant 14 est monté dans une plaque 18 à orifices à cylindrée variable. Ainsi qu'il est connu dans la technique, la plaque 18 à orifices à cylindrée variable, dans un appareil hydraulique, peut tourner sur un angle inférieur à plus ou moins 90 de- rotation à partir d'une position de référence, soit pour faire varier le couple de sortie lorsque l'appareil fonctionne en moteur, soit pour faire varier le volume de fluide hydraulique déplacé par les cylindres d'un bloc-cylindres d'un minimum à un maximum en fonction des rotations de la plaque à orifices dans chaque sens. La limitation de la rotation de la plaque à orifices à moins de 90' est une conséquence de la géométrie de la plaque 18 à orifices décrite en référence à la figure 2, ci-dessous. Ceci limite les possibilités de couple ou de cylindrée de la machine hydraulique. Un bloc-cylindres 20 contenant plusieurs cylindres 22 tourne en réponse soit à un couple d'entrée appliqué à l'arbre d'entraînement 12 lorsque l'appareil hydraulique fonctionne en pompe, soit en réponse à un fluide hydraulique sous haute pression appliqué à un orifice 28 d'alimentation à l'intérieur d'un corps fixe 29 pour provoquer une rotation. Chacun des pistons exécute un mouvement alternatif dans un alésage du bloc-cylindres 20 afin de balayer un volume variable de fluide hydraulique, lequel volume dépend de la position en rotation de la plaque à orifices 18. Le fluide sortant des cylindres passe par un orifice fixe 30 de retour dans le corps 29. Un patin 24 de piston se déplace sur une plaque d'appui 26. Un orifice incurvé à basse pression, illustré sur la figure 2, ménagé dans la plaque à orifices, a pour fonction de conduire le fluide hydraulique à basse pression qui est balayé dans les cylindres 22 en réponse à une rotation du bloc-cylindres 20 et un orifice incurvé à haute pression, illustré sur la figure 2, a pour fonction de conduire le fluide hydraulique à haute pression passant à travers les cylindres 22, d'une manière bien connue dans la technique. Un agencement des orifices incurvés à basse pression et à haute pression est décrit ci-dessous en référence à la figure 2. Un plateau d'angle fixe 32, qui peut également être appelé "plateau oscillant", est fixe par rapport au bloc-cylindres afin de maintenir un volume constant dans les cylindres. La figure 2 illustre par une vue en plan de dessus la plaque 18 à orifices de la figure 1, à l'inter- face 31 avec le corps 29. La plaque 18 à orifices présente un orifice incurvé 36 à basse pression et un orifice incurvé 38 à haute pression. Les deux orifices incurvés 36 et 38 sont disposés symétriquement autour d'un centre 40 et sous-tendent des angles égaux, tels que mesurés à partir du centre. Il est bien entendu que l'arbre d'entraînement 12 et le palier 14 ont été supprimés pour simplifier le dessin. Des zones pleines 42 séparent les orifices 36 et 38 à haute pression et à basse pression. La longueur de l'arc contenu dans les zones 42 doit être plus grande que le diamètre des cylindres 22 du bloc-cylindres tournant 20 pour éviter tout couplage croisé entre les orifices à haute et basse pression pendant la rotation du bloc-cylindres. En outre, dans un appareil hydraulique utilisant des pressions extrêmement élevées, la longueur en courbe des zones 42 entre les orifices incurvés 36 et 38 à basse pression et à haute pression est encore allongée afin de produire une compression préalable en allant de la basse pression vers la haute pression et une détente en allant de la haute pression vers la basse pression. Il convient de noter que les orifices incurvés 36 et 38 à basse pression et a haute pression s'étendent à travers l'épaisseur de la plaque 18 à orifices et rejoignent les orifices 28 et 30 d'alimentation ménagés dans le corps 29, comme illustré en traits tiretés. Les orifices 28 et 30 d'alimentation du corps 29 permettent le passage d'un fluide hydraulique dans la plaque fixe, ou sa sortie de la plaque, sur un angle égal à l'arc sous- tendu par les orifices 36 et 38 à haute et basse pression, sortant du bloc-cylindres 20. Le réglage angulaire de la plaque à orifices dans l'art antérieur est inférieur à plus ou moins 90 mesuré à partir de la "position de référence" comme illustré sur la figure 2 et est identifié ici par l'expression "angle de réglage". La possibilité de réglage du degré d'écoulement de fluide dans les orifices à haute et basse pressions est limitée à l'angle sous-tendu par les orifices à haute et basse pressions comme décrit en regard de la figure 2. Cependant, comme décrit précédemment, on n'utilise pas la plage complète de réglage possible du couple de sortie ou du fluide hydraulique pompé, produite par une rotation de la plaque 18 à orifices. Les orifices 28 et 30 d'alimentation sont partiellement recouverts à des déplacements importants, provoquant un étranglement des écoulements de retour et d'alimentation, ce qui finit par arrêter leécoulement lorsque l'appareil hydraulique devrait être à la cylindrée maximale. En conséquence, l'art antérieur ne permet pas de régler le déplacement du fluide hydraulique sur la pleine rotation de 90' sur laquelle la géométrie de la plaque d'angle permet un réglage. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 2 546 583, Ne 2 969 810, N 2 979 037, N' 3 011 453 et N 4 644 850 décrivent des machines hydrauliques ou à fluide de l'art antérieur. L'invention propose un appareil hydraulique, qui peut être une pompe ou un moteur hydraulique, dont la cylindrée peut être réglée par rotation d'une plaque à orifices dans des premier et second sens sur un angle pouvant atteindre un angle maximal, la cylindrée pouvant être réglée en continu sur toute la plage de rotation à partir d'une position de référence, dans un sens ou dans l'autre jusqu'à l'angle maximal. Conformément à l'inven- tion, les orifices d'alimentation ou de retour ne sont pas recouverts par la zone 42 illustrée sur la figure 2. Conformément à l'invention, la plage linéaire de réglage du volume de fluide hydraulique soit introduit lorsque la présente invention est utilisée en moteur hydraulique, soit débité lorsque la présente invention est utilisée en pompe, est étalée sur la plage complète de réglage qui est admissible et est égale à plus ou moins 90'. Un appareil hydraulique conforme à l'invention comprend un bloc-cylindres pouvant tourner, présentant plusieurs cylindres contenant chacun un piston qui exécute un mouvement alternatif dans le cylindre afin de définir un volume qui est rempli d'un fluide hydraulique lorsque le piston exécute un mouvement alternatif conjointement à une rotation du bloc; une plaque à orifices comportant un corps ayant une première surface qui porte en tournant contre le bloc-cylindres une seconde surface qui porte en tournant contre une surface fixe, la première surface présentant un orifice incurvé à haute pression et un orifice incurvé à basse pression, chaque orifice étant disposé radialement par rapport à un centre du corps, et les orifices étant séparés par deux arcs, les orifices interceptant des ouvertures des cylindres pendant que le bloc-cylindres tourne, le corps pouvant être mis en rotation dans des premier et second sens pour faire varier un volume utile de fluide hydraulique admis dans les cylindres, d'un minimum jusqu'à un maximum lors d'une rotation dans un sens ou dans l'autre, un angle maximal, sous- tendu par une rotation dans un sens ou dans l'autre, étant supérieur à un angle sous-tendu par l'orifice incurvé à haute pression, qui est avantageusement d'au moins 90; et un premier passage s'étendant à travers la plaque à orifices, de l'orifice incurvé àA haute pression jusqu'à un second orifice incurvé ménagé dans la seconde surface, qui fait face à la surface fixe et qui sous-tend un angle défini par rapport au centre du corps, au moins aussi grand que l'angle maximal, et qui est en communication de fluide avec un orifice ménagé dans la surface fixe sur un angle au moins aussi grand que l'angle maximal. Le volume utile est la quantité de fluide hydraulique utilisée durant la course de travail. Le second orifice incurvé comporte une paroi surélevée s'étendant à l'écart de la seconde surface, qui entoure totalement et définit le second orifice par rapport à la seconde surface qui reçoit le passage. L'invention peut être mise en oeuvre soit en un moteur hydraulique, soit en une pompe hydraulique. L'angle maximal est de 90' et l'angle sous- tendu par le second orifice incurvé est supérieur à 90'. En outre, un second passage s'étend de l'orifice incurvé à basse pression à travers le corps jusqu'à un orifice de décharge, l'orifice de décharge étant avantageusement placé dans la partie centrale du corps. Dans un appareil hydraulique comportant une plaque tournante à orifices, qui peut tourner pour faire varier le volume de fluide hydraulique admis dans des cylindres ménagés dans un bloc-cylindres tournant, qui est mis en rotation dans des premier et second sens jusqu'à un angle maximal de plus ou moins 90 à partir d'une position de référence pour faire varier le volume d'un minimum à un maximum dans un sens ou dans l'autre, la plaque à orifices ayant un orifice incurvé à basse pression et un orifice incurvé à haute pression sous-tendant chacun un angle, mesuré à partir du centre de la plaque à orifices, inférieur à 90', et les plaques à orifices étant séparées, le long de deux arcs, mesurés à partir du centre de la plaque à orifices, chacun des deux arcs étant égal ou supérieur à un diamètre des cylindres de la plaque à orifices, un perfectionnement conforme à l'invention comprend un passage s'étendant de l'orifice incurvé à haute pression à travers le corps de la plaque à orifices, jusqu'à un second orifice incurvé à haute pression sous- tendant un angle d'au moins 90*, le second orifice incurvé à haute pression étant en communication de fluide avec un orifice ménagé dans une surface fixe sur au moins plus ou moins 90* de rotation du corps de la plaque à orifices pour permettre un réglage du volume de fluide hydraulique admis entre un minimum et un maximum sur 90' de rotation de la plaque à orifices dans un sens ou dans l'autre. En outre, l'appareil peut fonctionner en pompe ou en moteur hydrauli- que. Un second passage s'étend de l'orifice incurvé à basse pression à travers le corps de la plaque à orifices jusqu'à un orifice de décharge qui est avantageusement situé dans une partie centrale du corps. Le second orifice incurvé comporte une paroi surélevée s'étendant à l'écart de la seconde surface, qui entoure totalement et définit le second orifice incurvé par rapport à la seconde surface qui reçoit le passage. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un appareil hydraulique de l'art antérieur qui peut fonction- ner en pompe ou en moteur hydraulique; - la figure 2 est une vue en plan de dessus d'une plaque & orifices de l'appareil hydraulique de l'art antérieur illustré sur la figure 1; - la figure 3 est une élévation avec coupe de la présente invention; - la figure 4 est une vue en coupe de la plaque à orifices de la présente invention; - la figure 5 est une vue en coupe transversale de la plaque à orifices de la figure 4; et - la figure 6 est une vue en plan de dessus de la plaque à orifices de la figure 4. La figure 3 illustre en élévation un appareil hydraulique conforme à l'invention qui peut fonctionner soit en pompe hydraulique, soit en moteur hydraulique. Les structures classiques telles que celles décrites ci-dessus en regard de la figure 1 n'ont pas été représentées pour simplifier l'illustration. Il convient en outre de noter que l'invention peut être utilisée dans toute configuration d'appareil hydraulique pouvant fonctionner soit en moteur hydraulique, soit en pompe hydraulique, appareil dans lequel le volume de fluide admis dans un bloc-cylindres est modifié en fonction de la rotation de la plaque à orifices dans des premier et second sens à partir d'une position de référence. La présente invention permet la variation linéaire du volume utile du fluide hydraulique à partir d'une position de référence, fluide admis dans les cylindres d'un bloc-cylindres tournant, sur toute la plage de réglage pouvant être utilisée, en conséquence de la géométrie d'une plaque a orifices. Le volume utile est la quantité de fluide hydraulique utilisée durant la course de puissance. Les mêmes éléments illustrés sur les figures 1 à 3 sont désignés par les mêmes références numériques. La plaque 18 à orifices peut être réglée sur une plage maximale possible de rotation de 90- dans des premier et second sens, mesurée à partir d'une position de référence (figure 6), de façon à faire varier le volume du fluide hydraulique pompé ou du couple qui est délivré, suivant que l'appareil fonctionne en pompe ou en moteur hydraulique. La plaque tournante 18 a orifices est en contact par une surface avec un corps fixe 50. L'orifice incurvé 36 à basse pression débouche dans un passage 54 qui s'étend jusque dans le centre de la plaque à orifices, puis qui s'élève axialement par un passage 56 pour s'ouvrir à un orifice de décharge 58. De façon similaire, l'orifice incurvé 38 à haute pression débouche dans un passage 60 qui s'ouvre dans un second orifice incurvé 62 décrit ci- dessous en référence à la figure 6. Un orifice circulaire correspondant 64, situé à l'intérieur d'un passage 66 du corps fixe 50, débouche dans un orifice d'entrée 68 à haute pression. Comme décrit plus en détail ci-dessous en regard de la figure 6, le second orifice incurvé 62 sous-tend un angle supérieur à 90 afin de permettre un réglage linéaire du débit d'écoulement de fluide vers l'intérieur du passage 64 sur toute la plage de + 90' de rotation pouvant être utilisée dans le réglage de la plaque à orifices. Un joint surélevé 65 d'étanchéité aux fluides est prévu entre les orifices 62 et 64 et est décrit ci-dessous en référence à la figure 6. La figure 4 est une vue en coupe de la plaque tournante 18 à orifices telle que décrite ci-dessus. Les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments sur les figures 1 à 4. Des surfaces 70 et 72 tournent respectivement par rapport au corps fixe 50 et au bloc- cylindres 20. Il convient de noter que le passage 56 s'étendant verticalement a été raccourci pour simplifier l'illustration. Il convient en outre de noter que la surface 74 tourne par rapport au corps fixe 50. La figure 5 illustre une vue en coupe de la plaque 18 à orifices de la figure 4. Les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références numériques sur les figures 3 à 5. Il convient de noter que le passage 60 à haute pression et le passage 36 ont une forme incurvée telle que celle illustrée par l'art antérieur de la figure 2. La figure 6 illustre une vue de dessus de la plaque 18 à orifices à l'interface 81 avec le corps fixe 50 de la figure 4. Les mêmes pièces sont identifiées par les mêmes références numériques sur les figures 3 à 6. Une paroi surélevée 65 entoure totalement la zone 82 et s'étend vers le haut de la surface 70 sur une dimension telle que 0,5 & 0,75 mm afin de permettre au fluide hydraulique de s'écouler vers le bas à partir de l'orifice 64 jusque dans la zone 82, puis vers l'intérieur en direction du passage 60 à haute pression jusqu'à l'orifice incurvé 38 qui communique avec le cylindre. Comme illustré, la paroi surélevée 65 définissant la zone 82 permet un "angle de réglage" de + 90' à partir de la "position de référence" 86. En conséquence, lorsque la plaque 18 à orifices est tournée sur un angle supérieur à l'angle de réglage illustré sur la figure 2, le volume de fluide appliqué pour entraîner l'appareil hydraulique en tant que moteur, ou débité lorsque l'appareil fonctionne en pompe, peut être réglé linéairement sur la totalité des 90' de "l'angle de réglage" de la figure 6. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil hydraulique, caractérisé en ce qu'il comporte: - un bloccylindres tournant (20) présentant plusieurs cylindres (22) contenant chacun un piston qui exécute un mouvement alternatif dans le cylindre afin de définir un volume qui est rempli d'un fluide hydraulique pendant que le piston exécute un mouvement alternatif en même temps que le bloc tourne; une plaque (18) à orifices comprenant un corps ayant une première surface (72) qui tourne contre le bloc-cylindres et une seconde surface (70) qui tourne contre une surface fixe, la première surface ayant un orifice incurvé (38) à haute pression et un orifice incurvé (36) à basse pression qui sont disposés radialement par rapport à un centre du corps et qui sont séparés par deux arcs, les orifices interceptant des ouvertures des cylindres pendant la rotation du bloc-cylindres, le corps pouvant tourner dans des premier et second sens afin de faire varier un volume de fluide hydraulique admis dans les cylindres, d'un minimum jusqu'à un maximum pendant une rotation dans un sens ou dans l'autre, avec un angle maximal sous-tendu par la rotation dans un sens ou dans l'autre, supérieur à un angle sous-tendu par l'orifice incurvé à haute pression, l'appareil comprenant en outre - un premier passage (60) s'étendant à travers la plaque à orifices, de l'orifice incurvé à haute pression jusqu'à un second orifice incurvé (62) ménagé dans la seconde surface, qui fait face à la surface fixe et qui sous-tend un angle, défini par rapport au centre du corps, au moins égal à l'angle maximal et qui est en communication de fluide avec un orifice ménagé dans la surface fixe de la plaque à orifices sur la totalité d'un angle au moins égal à l'angle maximal. 2. Appareil hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second orifice incurvé comprend une paroi surélevée (65) s'étendant à l'écart de la seconde surface, qui entoure totalement et définit le second orifice par rapport à la seconde surface qui reçoit le passage. 3. Appareil hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un moteur hydraulique. 4. Appareil hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il s'agit d'une pompe hydraulique. 5. Appareil hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle maximal est de 90, - chacun des orifices à haute pression et à basse pression sous-tend un angle qui est inférieur à 90 , et - l'angle sous-tendu par le second orifice incurvé est supérieur à l'angle soustendu par l'orifice à haute pression. 6. Appareil hydraulique selon la revendication , caractérisé en ce que l'angle sous-tendu par le second orifice incurvé est supérieur à + 90g. 7. Appareil hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un second passage (54, 56) s'étendant de l'orifice incurvé à basse pression, à travers le corps, jusqu'à un orifice (58) de décharge. 8. Appareil hydraulique selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'orifice de décharge se trouve dans une partie centrale du corps.