Brevet FR2723765A1 — publié le 19960223

POMPE A DEBIT VARIABLE ET A CONTROLE DE LA DECHARGE A LA BACHE La présente invention concerne les pompes à débit variable. Il est bien connu de refouler du un fluide sous pression au moyen d'une pompe. Il est aussi bien connu de faire varier le débit de la pompe pour s'adapter aux conditions de fonctionnement du circuit hydraulique auquel la pompe est reliée. Lorsque la pompe présente une capacité fixe, il est possible de faire varier le débit en réglant la vitesse de rotation de la pompe, mais ceci est généralement peu pratique, lorsque le moteur utilisé pour faire fonctionner la pompe est conçu pour tourner à vitesse constante, comme par exemple un moteur électrique. En conséquence, lorsqu'il est nécessaire d'obtenir à partir d'une pompe à capacité fixe un débit hydraulique variable, on utilise habituellement une valve hydraulique dans le circuit pour contrôler le débit. Ceci signifie généralement, toutefois, que du fluide sous pression est purgé grâce à une valve de décharge de pression, ce qui provoque un chauffage significatif du fluide hydraulique et une consommation d'énergie plus importante. Les pompes hydrauliques à capacité variable utilisent la variation de la course de la pompe pour faire varier le débit. Ceci est typiquement obtenu grâce à une plaque de chicane ajustable, qui est réglable par rapport à un axe perpendiculaire à l'axe de rotation, et qui agit sur les pistons pour faire varier leur course. Il existe des structures analogues dans lesquelles les pistons sont reliés à une tête rotative de pompe, par l'intermédiaire de joints universels, et dans lesquels l'orientation de la tête par rapport au piston peut être réglée. Bien que de telles pompes soient d'un usage courant, le réglage de ces pompes est mécaniquement complexe, et elles sont difficiles à régler lorsqu'il est nécessaire de fournir des débits faibles ou négligeables. Il existe donc un besoin d'une pompe hydraulique à débit variable qui pallie ou permette d'éviter les inconvénients mentionnés, et qui soit économique à fabriquer et mécaniquement simple. La présente invention propose une pompe hydraulique présentant un piston susceptible de se déplacer en mouvement alternatif dans un cylindre. Du fluide est amené à l'intérieur du cylindre à partir d'une ouverture, et un orifice de décharge à la bâche est prévu sur le piston. Un manchon réglable est disposé sur le cylindre, et peut être réglé de sorte à couvrir l'orifice de décharge lorsque le piston se déplace dans le cylindre. En faisant varier la position pour laquelle l'orifice de décharge est recouvert, la partie de la course pendant laquelle du fluide à haute pression est refoulé par le cylindre est régulée, ce qui permet d'obtenir un débit réglable de la pompe. Pendant la partie de la course pendant laquelle l'orifice de décharge est fR:%13I"13126.DOC - 1 ao&t1995 - 19 découvert, le fluide est refoulé du cylindre dans des conditions normales de basse pression. Il est préférable qu'une pluralité de pistons soit disposée autour d'un axe, et que les manchons soient réglés ensemble par un piston de commande qui agit conjointement sur les manchons. Plus précisément, l'invention a pour objet une pompe hydraulique à débit variable comprenant une pluralité de pistons susceptibles d'être déplacés alternativement à l'intérieur d'un cylindre correspondant, chaque cylindre étant muni d'une entrée comprenant un clapet anti-retour disposé entre une alimentation en fluide et ledit cylindre et susceptible de fonctionner pour interdire le refoulement de fluide en provenance dudit cylindre, et pour alimenter en fluide ledit cylindre, et d'une sortie pour fournir du fluide en provenance dudit cylindre à un consommateur; un passage de décharge dans chacun desdits pistons et qui est susceptible de fonctionner pour mettre à la décharge du fluide en provenance de chacun desdits cylindres au cours du déplacement alternatif dudit piston, et un manchon monté coulissant sur ledit piston pour coopérer avec ledit passage de décharge afin de contrôler la mise à la décharge du fluide à partir dudit cylindre, lesdits manchons étant susceptibles d'être positionnés conjointement par rapport aux cylindres correspondants, afin de faire varier la partie de la course du piston au cours de laquelle ledit passage de décharge est recouvert et obturé par ledit manchon, de manière à faire varier le volume de fluide refoulé à ladite sortie. Ladite pluralité de pistons et de cylindres sont susceptibles de se déplacer alternativement le long d'axes parallèles. Les manchons sont réglables en position par coopération avec un organe de réglage mobile le long d'un axe parallèle à l'axe de déplacement alternatif du piston dans le cylindre. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, un capteur de position est associé audit organe de réglage pour fournir un signal indicatif de la position de l'organe de réglage par rapport au cylindre. Le manchon est positionné pour maintenir ledit passage de décharge recouvert, c'est-à-dire obturé, lorsque ledit cylindre est à sa capacité minimale, et qu'une purge du cylindre se produise lorsque ledit cylindre est à sa capacité maximale. L'alimentation de fluide est disposée à l'intérieur d'un corps contenant lesdits cylindres. Le clapet anti-retour est disposé à l'intérieur de chaque piston dans un passage axial dans ledit cylindre et est alimenté en fluide par des passages radiaux ménagé dans ledit piston. Les passages radiaux communiquent avec l'intérieur du corps. Un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit à titre d'exemple uniquement, en référence aux dessins joints, dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté, en coupe partielle, d'un ensemble de pompe selon l'invention; et Rt:131013126.DOC- 18 aot 1995 -2/9 - la figure 2 est une vue à plus grande échelle des éléments de pompe représentés sur la figure 1. En référence maintenant à la figure 1, une pompe portant la référence générale présente un bloc cylindres 12 et un corps d'entraînement 13. Le bloc 12 est pourvu d'un certain nombre de cylindres 14 répartis circonférentiellement autour d'un axe central portant la référence 16. Les cylindres 14 sont reliés par des passages intérieurs 18 à une sortie 20. Chacun des cylindres 14 est constitué d'un manchon cylindrique 15 disposé dans un alésage 17 du bloc 12. Un piston 22 est monté coulissant dans chacun des cylindres 14, de sorte à se déplacer parallèlement à l'axe 16. Les pistons 22 sont supportés à coulissement par une cloison de séparation 24 et sont entraînés pour se déplacer alternativement par l'intermédiaire d'un organe d'entraînement 26 qui comporte un vilebrequin 28 muni d'un arbre d'entraînement 30 relié à un moteur (non représenté). Le vilebrequin 28 comporte une face d'entraînement inclinée 32 supportant une bague de palier 34 qui porte un plateau oscillant 36 d'axe incliné par rapport à l'axe central 16 et qui vient en contact avec des poussoirs 38 portés par les pistons 22, de telle façon que lorsque l'arbre d'entraînement 30 tourne, les pistons 22 soient obligés de se déplacer alternativement à l'intérieur des cylindres 14. Du fluide hydraulique est amené par un raccord 40 et par des canaux internes jusqu'à un passage de distribution 42 prévu dans le corps 13 adjacent au bloc cylindres 12. Le passage de distribution 42 communique avec un forage transversal 44 prévu dans le piston 22 et communiquant avec un passage d'alimentation 46 s'étendant axialement le long du piston 22. Le piston 22 comporte un contre-alésage 48 défini par un manchon intérieur 49 s'étendant jusqu'au passage d'alimentation 46, et muni d'un ensemble de clapet anti-retour 50, disposé à l'extrémité distale. L'ensemble de clapet anti-retour 50 comporte un siège annulaire 52 et un clapet en forme de disque 54 qui est repoussé sur le siège 52 par un ressort de rappel 56. Le ressort 56 est retenu en butée par une bague élastique du genre "circlip" 58, de telle façcon que le fluide introduit à travers le forage transversal 44 et le passage d'alimentation 46 puisse s'écouler au-delà du clapet 54, à l'intérieur du cylindre 14. Le refoulement depuis le cylindre 14 vers la canalisation d'alimentation 18 est régulée par un clapet anti-retour 60. Le piston 22 est repoussé à distance du passage 18 par un ressort 62 qui est interposé entre la cloison de séparation 24 et un disque de retenue 64. Le disque 64 est fixé par l'intermédiaire d'un manchon fendu 66 à une tige d'actionnement 68 formée comme un prolongement du piston 22. La tige 68 vient porter contre une surface intérieure 70 du poussoir 38. Le poussoir 38 est supporté à coulissement par sa surface radialement extérieure 72 dans un alésage 74 du corps 13. La tête du R:%131013126. DOC- 18 oat 1995-39 poussoir 38 est conique, afin d'assurer une ligne de contact avec le plateau oscillant 36. Comme on le voit mieux sur la figure 2, le piston 22 comporte des passage 80 s'étendant radialement et qui constituent un trajet de décharge à la bâche pour le fluide hydraulique en provenance du cylindre 14. Les passages 80 sont disposés circonférentiellement autour du piston 22. Un manchon annulaire 82 est monté sur chacun des pistons 22, et présente une gorge 84 dirigée vers l'extérieur et prévue sur sa circonférence. Dans chacune des gorges 84 est engagé un disque radial 86 prévu sur un organe de réglage de course indiqué d'une manière générale par la référence 88 et qui comporte un piston de commande 90 s'étendant à partir du disque 86 dans un cylindre de commande 92. Une pression de commande est fournie au cylindre de commande 92 par une canalisation de commande 94 et l'organe de réglage de course 88 est sollicité par un ressort 96 dans le sens tendant à diminuer le volume de la chambre 92. Une tige d'indicateur 98 part du piston de commande 90 dans un alésage du corps 13. La tige 98 porte un insert magnétique 100 qui coopère avec un capteur à effet Hall 102 pour fournir un signal de position de rétroaction indicatif de la position de l'organe 90. La pression fournie au cylindre de commande 92 est modulée par une valve de commande proportionnelle de pression 104 qui reçoit un signal de commande en provenance d'un module électronique de commande 106. Le module 106 est disposé dans un boîtier 108 relié au bloc cylindre 12 et il reçoit des signaux intérieurs de commande en provenance du capteur de position 98 et des signaux de commande extérieurs via un coupleur 110. Le module 106 fournit également un signal de commande à la valve 104. En service, la rotation de l'arbre d'entraînement 30 oblige les pistons 22 à se déplacer alternativement à l'intérieur des cylindres 14. Lorsque le piston 22 se déplace pour réduire le volume du cylindre 14, du fluide est refoulé à travers le passage de décharge 80 vers la bâche. Le clapet anti-retour 60 interdit l'écoulement vers le passage de refoulement 18 jusqu'à ce qu'une pression suffisante soit engendrée à l'intérieur du cylindre 14 pour ouvrir le clapet anti-retour. Lorsque le piston 22 se déplace télescopiquement à l'intérieur du cylindre 14, le passage de décharge 80 vient à l'intérieur du manchon 82 o il est obturé afin d'interdire la poursuite de l'écoulement à travers le passage radial de décharge 80. Lorsque le piston 22 continue à se déplacer vers l'intérieur, il provoque une augmentation de la pression dans le cylindre 14 et du fluide est ainsi refoulé vers le passage 18. Lorsque la course du piston est inversée, le clapet anti-retour 60 empêche un écoulement en retour en provenance du passage 18, et le clapet anti- retour 50 s'ouvre pour permettre l'écoulement depuis le raccord d'alimentation 40 à travers le forage transversal 44 et le passage d'alimentation 46 dans l'alésage 48. On LUIO31 II26DOC - Il am 1995 - 409 notera que le clapet anti-retour 50 peut s'ouvrir dès que la pression dans le cylindre 14 devient inférieure à celle régnant dans le passage de distribution 42, ce qui est le cas dès que la course s'est inversée. Ceci assure une durée maximale au cours de laquelle le fluide peut remplir à nouveau le cylindre, et permet d'éviter les pressions négatives dans le cylindre 14. Le fluide est fourni au cylindre 14 à partir de l'intérieur du corps 13, de telle sorte qu'une alimentation en fluide est très rapidement disponible. Le point ou le manchon 82 vient obturer le passage de décharge 80 est déterminé par la position de l'organe de commande 90. L'admission de fluide sous pression dans la chambre 92 par le passage de commande 94 provoque le déplacement axial du piston de l'organe de réglage de course 88, de facçon à déplacer le manchon 82 axialement le long du piston 22. La pression dans le passage 94 est commandée par la valve 104, en réponse à des signaux de commande traités par le module de commande 106. Lorsque le manchon 82 est déplacé à l'encontre du ressort 96 en direction du bloc cylindres 12, le passage de décharge 80 est obturé plus tard au cours de la course, ce qui provoque le déplacement d'un volume de fluide réduit dans la canalisation de refoulement 18 à chaque course du piston. Dans la position en traits pleins représentée à la figure 2, le manchon 82 est dans la position de déplacement maximum, c'est-à-dire celle qui assure une course efficace maximale au piston 22. La position de déplacement minimale est représentée en tirets et cette position assure une décharge à la bâche sur pratiquement toute la course du piston 22. Grâce à l'agencement selon l'invention représenté sur les figures, le fluide en excès est déchargé à la bâche à basse pression, ce qui permet d'éviter la surchauffe du fluide hydraulique et de diminuer la consommation de puissance et d'énergie. Les forces radiales imposées au piston par le vilebrequin sont absorbées par les paliers prévus en 72 dans le corps 13, ce qui permet le libre déplacement de coulissement des pistons 22. La capacité de refoulement de la pompe 10 est indiquée par le capteur de position 100, 102, afin d'assurer la flexibilité de la commande de la pompe 10. Le contrôle du débit de la pompe 10 peut être obtenu en surveillant le signal en provenance du capteur 102, et en réglant le manchon 82 afin de maintenir une valeur prédéterminée en provenance du capteur 102. Le contrôle de la pression peut être obtenu en surveillant la pression fournie à la canalisation de refoulement 20, et en réglant la pression de commande dans la chambre 92, afin de maintenir le débit maximal sans dépasser la limite de pression. En combinant les deux fonctions de commande, on peut obtenir par l'intermédiaire du module 106, un contrôle de puissance dans lequel on peut R:I3M1I3126.DOC - 18 ot 1995 - 59 commander soit la pression soit le débit, et l'on peut faire varier l'autre paramètre pour limiter la puissance absorbée. Dans chaque cas, on peut régler le manchon 82 pour assurer une commande précise du débit, tout en permettant la décharge à la bâche, à des pressions faibles, du débit en excès. Le réglage du déplacement est réalisé indépendamment des charges mécaniques imposées à l'entraînement, afm de permettre un contrôle plus précis dans une grande variétés de conditions. Les pistons 22 sont supportés dans le bloc 12 et dans la cloison de séparation 24, les charges radiales étant absorbées par l'alésage 74. Le fluide à basse pression déchargé est recirculé dans le corps de pompe, afin d'aider au refroidissement de la pompe. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. It:1310013126.DOC - IlI ot 1995 -6/9 7 2723765 REVENDICATIONS 1.- Pompe hydraulique (10) à débit variable comprenant une pluralité de pistons (22) susceptibles d'être déplacés alternativement à l'intérieur d'un cylindre correspondant (14), chaque cylindre étant muni d'une entrée comprenant un clapet anti-retour (50) disposé entre une alimentation en fluide (40, 42, 44, 46) et ledit cylindre (14) et susceptible de fonctionner pour interdire le refoulement de fluide en provenance dudit cylindre, et pour alimenter en fluide ledit cylindre, et d'une sortie (18) pour fournir du fluide en provenance dudit cylindre à un consommateur; un passage de décharge (80) dans chacun desdits pistons (14) et qui est susceptible de fonctionner pour mettre à la décharge du fluide en provenance de chacun desdits cylindres (14) au cours du déplacement alternatif dudit piston (22), et un manchon (82) monté coulissant sur ledit piston (22) pour coopérer avec ledit passage de décharge (80) afin de contrôler la mise à la décharge du fluide à partir dudit cylindre (14), lesdits manchons (82) étant susceptibles d'être positionnés conjointement par rapport aux cylindres correspondants (14), afin de faire varier la partie de la course du piston (22) au cours de laquelle ledit passage de décharge (80) est recouvert et obturé par ledit manchon (82), de manière à faire varier le volume de fluide refoulé à ladite sortie (18). 2.- Pompe à débit variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pluralité de pistons (22) et de cylindres (14) sont susceptibles de se déplacer alternativement le long d'axes parallèles. 3.- Pompe à débit variable selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les manchons (82) sont réglables en position par coopération avec un organe de réglage (88) mobile le long d'un axe (16) parallèle à l'axe de déplacement alternatif du piston (22) dans le cylindre (14). 4.- Pompe à débit variable selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un capteur de position (102) est associé audit organe de réglage (88) pour fournir un signal indicatif de la position de l'organe de réglage par rapport au cylindre (14). 5.- Pompe à débit variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit manchon (82) est positionné pour maintenir ledit passage de décharge (80) recouvert, c'est-à-dire obturé, lorsque ledit cylindre (14) est à sa capacité minimale, et pour qu'une purge du cylindre se produise lorsque ledit cylindre est à sa capacité maximale. 6.- Pompe à débit variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite alimentation en fluide (40, 42, 44, 56) est disposée à l'intérieur d'un corps (13) contenant lesdits cylindres (14). R:%Il31011126.DOC- 18 aWk 1995-7/9 8 2723765 7.- Pompe à débit variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit clapet anti-retour (50) est disposé à l'intérieur de chaque piston (22). 8.- Pompe à débit variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit clapet anti-retour (50) est disposé dans un passage axial (46) dans ledit cylindre (22) et est alimenté en fluide par des passages radiaux (44) ménagé dans ledit piston (22). 9.- Pompe à débit variable selon la revendication 8 caractérisée en ce que lesdits passages radiaux (44) communiquent avec l'intérieur dudit corps (13). LUO%13 113126DOC - 18 no 1995 - 89