Brevet FR2977644A1 — publié le 20130111

MOTEUR HYDRAULIQUE A PISTONS AXIAUX A CYLINDRES VARIABLE ET FAIBLE ENCOMBREMENT La présente invention concerne les pompes et 5 moteurs à cylindrée variable utilisables dans les transmissions hydrostatiques. Elle concerne plus particulièrement un moteur hydraulique à pistons axiaux comportant deux pompes. Une application particulièrement intéressante de la 10 présente invention va aux chaînes de traction de véhicules automobiles et notamment aux chaînes de traction hybride thermique/hydraulique. Les pompes employées généralement dans les transmissions hydrostatiques sont des pompes à pistons à 15 cause des hautes pressions utilisées. Elles comportent généralement un nombre déterminé de pistons adaptés pour obtenir un débit régulier sans nécessiter d'accumulateurs hydropneumatiques. Le réglage de la cylindrée s'effectue par 20 modification de la course des pistons. Une telle pompe est connue notamment du document DE1653390 auquel on se réfèrera pour plus de détails sur le fonctionnement de la pompe. Elle est illustrée à la figure 1. 25 La pompe à pistons axiaux et à cylindrée variable 1 comprend un barillet 2 solidaire en rotation d'un arbre de commande 3. Le barillet 2 comprend une pluralité de cylindres 4 répartis de manière régulière suivant un cercle centré sur le centre du barillet 2, de rayon 30 déterminé, et s'étendant suivant un axe parallèle à celui XX' du barillet 2. Les cylindres 4 reçoivent des pistons 5 qui lorsque le barillet 2 tourne autour de son axe XX', effectuent des mouvements alternatifs en translation par 35 coulissement à l'intérieur de leurs cylindres respectifs 4 permettant respectivement l'aspiration (entrée du fluide dans la pompe) et le refoulement du fluide (sortie du fluide de la pompe) le fluide utilisé est généralement de l'huile. Les entrée E et sortie S du fluide sont disposées du même côté de la pompe 1 est sont sensiblement parallèles entre elles et parallèles à l'axe XX' du barillet 2. Une face latérale 6 du barillet 2 est appliquée via une pièce intermédiaire 7, contre un distributeur de fluide 8, appelé également glace de distribution, dans laquelle sont aménagées des ouvertures de distribution 9 s'étendant circonférentiellement à la surface de la glace 8. Les fonds des cylindres 4 communiquent avec ces ouvertures 9 par des alésages 10 évasés ou non percés dans la pièce intermédiaire 7 et venant en regard des ouvertures 9. Chaque piston 5 se termine par une tête 11 formant une rotule qui coopère avec un plateau 12 apte à prendre différentes inclinaisons par rapport à l'axe XX' du barillet 2. Cette inclinaison est réalisée par une liaison pivot de type rotule entre l'arbre de commande 3 et le plateau 12. L'inclinaison du plateau 12 par rapport à l'axe XX' détermine la course maximale des pistons 5 dans leurs cylindres respectifs 4 et par conséquent la cylindrée de la pompe 1. Les têtes 11 des pistons 5 sont reçues et pivotent dans des pieds de rotules 13 montés glissant à la surface 14 du plateau 12 et formant ainsi des patins qui glissent légèrement sur la surface 14 quand le barillet 2 tourne sur lui-même ; le parcours suivi par les têtes 11 de pistons 5 décrivant une ellipse. Ainsi, lorsque le barillet 2 est animé d'un mouvement de rotation autour de son axe XX', pour une inclinaison donnée du plateau 12, les pistons 5 aspirent et refoulent alternativement le fluide entrant, respectivement sortant, avec une cylindrée déterminée par l'inclinaison du plateau 12. On obtient une pompe à cylindrée variable en inclinant plus ou moins le plateau 12 par rapport à son axe de pivotement et quand l'angle d'inclinaison est nul, la cylindrée est nulle. La cylindrée est donc proportionnelle à l'angle d'inclinaison du plateau 12 par rapport à son axe de pivotement qui passe par l'axe XX'. Lorsque le besoin est d'avoir une cylindrée double dans un environnement contraint, une solution naturelle qui vient à l'esprit est d'accoupler deux pompes à pistons axiaux "en série" sur un même axe. Cette solution amène à doubler la longueur axiale du moteur hydraulique constitué par les deux pompes et 15 par ailleurs à doubler le nombre de composants. Une autre solution pour doubler la cylindrée d'un moteur hydraulique consiste à redimensionner les cylindres, les pistons et donc le barillet. Dans ce cas, le volume de l'organe augmente 20 considérablement tant radialement qu'axialement. La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un moteur hydraulique à cylindrée variable et pistons axiaux 25 comprenant un carter définissant une cavité étanche renfermant deux pompes à pistons axiaux identiques, disposées à l'intérieur de ce même carter, et alignées de part et d'autre d'une glace de distribution de fluide commune aux deux pompes, fixée à l'intérieur de la 30 cavité. Selon une caractéristique, les deux pompes sont montées sur un même arbre d'entraînement traversant la glace et dont une extrémité ressort du carter pour son couplage avec un élément apte à être entraîné par le 35 moteur. Selon une autre caractéristique, chaque pompe comporte: - un barillet monté à rotation sur l'arbre, ledit barillet comportant une pluralité de cylindres recevant respectivement à coulissement une pluralité de pistons, les fonds des cylindres débouchant à l'extérieur des barillets par des alésages ; - un plateau, fixe par rapport au barillet et centré sur l'arbre et recevant à pivotement les têtes des pistons, ledit plateau étant apte à pivoter dans un plan transversal à la cavité pour définir la cylindrée de la pompe ; la glace commune comportant une pluralité de trous débouchant de part et d'autre de la glace et qui sont aptes à faire communiquer les cylindres des deux barillets entre eux quand les alésages des barillets se trouvent en regard des trous débouchant. Selon une autre caractéristique, la glace commune comporte en outre une entrée et une sortie de fluide par lesquelles sont aspiré et refoulé, respectivement, le fluide lesdites entrée et sortie étant disposées radialement par rapport à la glace en étant diamétralement opposées. Selon une variante, lesdites entrée et sortie sont 25 disposées radialement par rapport à la glace en étant diamétralement opposées. L'invention permet de mutualiser un maximum de pièces, confinées à l'intérieur d'un seul et même carter, tout en doublant la cylindrée du moteur. 30 Avantageusement, l'invention permet de symétriser une pompe à cylindrée variable classique à pistons axiaux. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description 35 suivante de deux modes de réalisation, donnés à titre d'exemple non limitatif, en regard des figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe longitudinale d'une pompe hydraulique de l'état de la technique ; - la figure 2 est un premier mode de réalisation 5 d'un moteur hydraulique selon l'invention dans une configuration de cylindrée maximale ; et - la figure 3 est un deuxième mode de réalisation d'un moteur hydraulique selon l'invention dans une configuration de cylindrée nulle. 10 Les figures 2 et 3 présentent une machine hydraulique 20 comprenant un carter 21 de forme globalement cylindrique centrée sur un axe YY', comportant une cavité intérieure cylindrique 22 qui est fermée axialement d'un côté de manière étanche, par un 15 couvercle 23. La cavité intérieure 22 est traversée par un arbre 24 disposé axialement, qui est guidé en rotation par deux roulements 25 et 26 maintenus l'un 26 dans le carter 21, et l'autre 25 dans le couvercle 23. Une extrémité 27 de 20 l'arbre 24 sortant du couvercle 23, est apte à être couplée mécaniquement, par une transmission non représentée, par exemple, aux roues motrices d'un véhicule hybride thermique/hydraulique. Deux pompes identiques 15 et 16 sont disposées à 25 l'intérieur de la cavité 22, alignées sur le même arbre 24 et de part et d'autre d'une même glace de distribution de fluide 35. La glace de distribution 35 est fixée à l'intérieur de la cavité 22 du carter 21 et s'étend en travers de la 30 cavité 22 en définissant deux chambres étanches de part et d'autre de la glace 35. La première pompe 15 comporte un barillet 28 fixé à rotation sur l'arbre 24, à l'intérieur de la cavité cylindrique 22 et en regard du fond 29 de la cavité 22. 35 Le barillet 28 comporte une pluralité de cylindres 30 (par exemple au nombre de sept ou neuf) s'étendant selon des axes parallèles à l'axe, et répartis de manière régulière sur un cercle du barillet 28, de rayon déterminé. Chaque cylindre 30 reçoit à coulissement un piston 31 dont la tête 32 sortant du cylindre 31, est liée par une liaison de type rotule, à un patin de frottement 33 qui est en appui sur un plateau 34 situé dans un plan sensiblement transversal à l'intérieur de la cavité 22. Un mécanisme de réglage d'inclinaison du plateau 34, non représenté, comprend classiquement un actionneur intégré dans le carter 21, et permet de régler l'inclinaison du plateau 34 autour du plan transversal passant par l'axe YY'. La face latérale du barillet 28, opposée à celle par laquelle sortent les pistons 31, est en contact étanche avec une des faces latérales de la glace 35. La deuxième pompe 16 est disposée de manière complètement symétrique par rapport à la glace 35. La deuxième pompe 16 comporte un barillet rotatif 28' fixé à rotation sur l'arbre 24, à l'intérieur de la cavité 22 et en regard du couvercle 23 fermant la cavité cylindrique 22. Le barillet 28' comporte une pluralité de cylindres 30' disposés axialement, et répartis de manière régulière sur un cercle du barillet 28', de même rayon déterminé que celui de la première pompe 15. Chaque cylindre 30' reçoit à coulissement un piston 31' dont la tête 32' sortant du cylindre 31', est liée par une liaison de type rotule, à un patin de frottement 33' qui est en appui sur un plateau 34' situé dans un plan sensiblement transversal. Un mécanisme de réglage d'inclinaison du plateau, non représenté, comprend classiquement un actionneur intégré dans le carter 21, et permet de régler l'inclinaison de ce plateau 34' autour du plan transversal passant par l'axe YY'. Chaque plateau 34, 34', avec une inclinaison réglable par rapport au plan transversal, les pistons 31, 31' restant en contact avec ces plateaux 34, 34', en glissant dessus par l'intermédiaire des patins de frottements 33, 33'. La rotation des barillets 28, 28' et des pistons 31, 31', entraîne un coulissement de chaque piston 31, 31' suivant un cycle complet d'aller et de retour par rotation complète de l'arbre 24, suivant une course déterminée par l'inclinaison des plateaux 34, 34'. Les cylindres 30 et 30' des deux barillets 28 et 28' sont alignés sur un même axe ZZ'. Le dimensionnement des deux pompes 15 et 16 étant identique, les deux cylindrées sont réglables simultanément entre une cylindrée nulle et une cylindrée maximale correspondant au double de la cylindrée d'une pompe seule. On peut également prévoir un réglage indépendant de l'inclinaison des plateaux 34 et 34'pour offrir une plage de réglage variée de la cylindrée de la pompe 20. On peut ainsi régler la cylindrée, par exemple, en n'inclinant qu'un seul des deux plateaux, l'autre plateau restant en position "neutre" (sans inclinaison. Chaque barillet 28, 28' comporte des alésages 36, 36' s'étendant entre les fonds des cylindres 30, 30' et la face transversale du barillet 28, 28' se trouvant en regard de la glace 35. Ces alésages 36, 36' comportent une première partie droite, partant du fond des cylindres 30, 30', et se prolongent par une partie évasée jusqu'à la glace 35. La glace 35 comporte une pluralité de trous débouchants 37, correspondant au même nombre de cylindres 30, 30' d'un barillet 28, 28', débouchant de part et d'autre de la glace 35 et qui sont aptes à faire communiquer les cylindres 30 et 30' des deux barillets 28 et 28' entre eux quand les alésages 36, 36' des barillets 28 et 28' se trouvent en regard des trous débouchants 37. La glace 35 comporte en outre une entrée E1, E2 et une sortie S1, S2 de fluide par lesquelles sont aspiré et refoulé, respectivement, le fluide. Cette entrée E1, E2 et cette sortie S1, S2 communiquent avec les trous débouchants 37, par des conduits 38, 39 qui font communiquer les cylindre 30, 30' avec le fluide. L'entrée E1, E2 et la sortie S1, S2 de fluide peuvent être disposées de manière radiale et diamétralement opposées comme illustrée à la figure 3, ou, toujours radialement mais du même côté, comme illustré à la figure 2. La longueur et la forme des conduits 38, 39 seront adaptées en fonction de la configuration voulue de l'entrée E1, E2 et de la sortie S1, S2 de fluide. Des alésages 40 d'entrée et de sortie de fluide sont respectivement aménagés dans le carter 21, en regard des entrée E1, E2 et sortie S1, S2. On obtient ainsi un moteur hydraulique à cylindrées variable réalisée de manière très compacte en utilisant deux pompes identiques logées dans un même carter. Ce qui donne un ensemble compact et économique, 20 comprenant un nombre réduit de composants. Grâce à sa compacité, facilitant l'implantation dans un véhicule, cette machine hydraulique peut s'utiliser avantageusement dans un véhicule hybride thermique/hydraulique. 25 REVENDICATIONS1. Moteur hydraulique (20) à cylindrée variable et pistons axiaux comprenant un carter (21) définissant une cavité (22) étanche renfermant deux pompes à pistons axiaux (15, 16) identiques, disposées à l'intérieur de ce même carter (21), et alignées de part et d'autre d'une glace de distribution de fluide (35) commune aux deux pompes (15, 16), fixée à l'intérieur de la cavité (22). 2. Moteur hydraulique (20) selon la revendication 1, dans lequel les deux pompes (15, 16) sont montées sur un même arbre d'entraînement (24) traversant la glace (35) et dont une extrémité (27) ressort du carter (21) pour son couplage avec un élément apte à être entraîné par le moteur (20). 3. Moteur hydraulique (20) selon la revendication précédente, dans lequel chaque pompe (15, 16) comporte: - un barillet (28, 28') monté à rotation sur l'arbre (24), ledit barillet (28, 28') comportant une pluralité de cylindres (30,30') recevant respectivement à coulissement une pluralité de pistons (31, 31'); les fonds des cylindres (30,30') débouchant à l'extérieur des barillets (28, 28') par des alésages (36, 36') ; - un plateau (34, 34'), fixe par rapport au barillet (28, 28') et centré sur l'arbre (24) et recevant à pivotement les têtes (32, 32') des pistons (31, 31') ; ledit plateau (34, 34') étant apte à pivoter dans un plan transversal à la cavité (22) pour définir la cylindrée de la pompe (15, 16) ; et dans lequel la glace commune (35) comporte une pluralité de trous (37) débouchant de part et d'autre de la glace (35) et qui sont aptes à faire communiquer les cylindres (30, 30') des deux barillets (28, 28') entre eux quand les alésages (36, 36') des barillets (28, 28') se trouvent en regard des trous débouchant (37). 4. Moteur hydraulique (20) selon la revendication précédente, dans lequel la glace commune (35) comporte en outre une entrée (E1, E2) et une sortie (S1, S2) de fluide par lesquelles sont aspiré et refoulé, respectivement, le fluide ; lesdites entrée (E1, E2) et sortie (S1, S2) étant disposées radialement par rapport à la glace (35) en étant diamétralement opposées. 5. Moteur hydraulique (20) selon la revendication 3, dans lequel la glace commune (35) comporte en outre une entrée (E1, E2) et une sortie (S1, S2) de fluide par lesquelles sont aspiré et refoulé, respectivement, le fluide ; lesdites entrée (E1, E2) et sortie (S1, S2) étant disposées radialement par rapport à la glace (35) en étant diamétralement opposées.