Brevet FR2968045A1 — publié le 20120601

MACHINE HYDRAULIQUE A CYLINDREE VARIABLE, NOTAMMENT POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne une machine hydraulique à cylindrée variable pouvant fonctionner en moteur ou en pompe, en particulier pour véhicule hybride, ainsi qu'une chaîne de traction et un véhicule hybride équipés d'une telle machine hydraulique. Les véhicules hybrides comportent généralement un moteur thermique constituant la motorisation principale du véhicule, et une motorisation complémentaire utilisant de l'énergie qui peut être stockée, comme de l'énergie électrique ou hydraulique, pour optimiser le fonctionnement du moteur thermique. Les véhicules hybrides utilisant l'énergie hydraulique, comportent une machine hydraulique reliée à des roues motrices du véhicule, pouvant fonctionner en pompe pour charger des accumulateurs de pression hydrauliques en réalisant un stockage d'énergie, ou en moteur pour délivrer une puissance mécanique aux roues motrices en prélevant de l'énergie stockée dans les accumulateurs. On peut en particulier pendant les phases de freinage, utiliser la machine hydraulique comme une pompe pour récupérer l'énergie cinétique du véhicule et la stocker, cette énergie étant ensuite restituée par la machine hydraulique fonctionnant en moteur, pour la traction du véhicule. Cette utilisation d'énergie hydraulique stockée permet d'optimiser le fonctionnement du moteur thermique, et de réduire sa consommation ainsi que les émissions de gaz polluants. Le stockage d'énergie hydraulique permet aussi de rouler en mode hydraulique seul ou mode zéro émission « ZEV », où le véhicule n'émet pas de gaz polluant, le moteur thermique restant à l'arrêt. Un type de machine hydraulique connu à cylindrée variable, comporte un barillet tournant comprenant des pistons axiaux répartis en couronne autour de l'axe, qui sont liés à un plateau se trouvant dans un plan sensiblement transversal. En réglant l'inclinaison du plateau par rapport au plan transversal, on modifie la course des pistons qui peut aller d'une course nulle avec le plateau dans le plan transversal, donnant une cylindrée nulle, à une course maximum avec la plus forte inclinaison du plateau, donnant la cylindrée maximum. Une machine hydraulique connue réalisée suivant une variante, présentée notamment dans le document WO-A1-2003/058035, comporte un barillet comprenant une série de perçages axiaux dans lesquels coulissent des tiges de piston flottantes ou libres. Axialement de chaque côté du barillet, se trouve un plateau inclinable qui supporte des alésages dans lesquels coulissent les extrémités des tiges de piston, formant chacune un piston. On obtient ainsi une machine hydraulique compacte, comportant une unique cylindrée qui peut être importante par le doublement des jeux de pistons de chaque côté du barillet. Toutefois, ce type de machine hydraulique comporte un rendement qui varie fortement en fonction de la cylindrée réellement utilisée, de la vitesse et de la pression de fonctionnement. On est alors obligé pour un fonctionnement sur un véhicule qui nécessite des plages d'utilisation en couple et en puissance variées, de disposer au moins deux machines hydrauliques comprenant deux cylindrées différentes, afin d'utiliser chacune de ces machines dans sa plage de fonctionnement optimale. L'implantation de deux machines hydrauliques pose des problèmes notamment de masse, d'encombrement et d'implantation dans le véhicule. De plus ce type de machine peut générer en fonctionnement du bruit, ainsi que des pulsations de couple liées au nombre de pistons. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer une machine hydraulique compacte, comportant un bon rendement dans des conditions de fonctionnement variées, qui convient en particulier pour un véhicule hybride. Elle propose à cet effet une machine hydraulique à cylindrée variable, notamment pour véhicule automobile, comportant un barillet tournant comprenant une série de pistons axiaux liés à un premier plateau se trouvant axialement d'un côté de ce barillet, dans un plan sensiblement transversal dont l'inclinaison est réglable, pour former une première cylindrée réglable de cette machine, caractérisée en ce que le barillet comporte de plus une deuxième série de pistons axiaux liés à un deuxième plateau dont l'inclinaison est aussi réglable, qui se trouve par rapport au premier plateau axialement de l'autre côté de ce barillet, pour former une deuxième cylindrée réglable de cette machine. Un avantage de cette machine hydraulique, est que l'on peut disposer les différents alésages recevant les deux séries de pistons de façon compacte sur le même barillet, pour former deux pompes distinctes dont les cylindrées différentes sont commandées de manière indépendante par le réglage de chacun des deux plateaux inclinables. La machine hydraulique selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, les deux plateaux comportent chacun un réglage indépendant de leur inclinaison. Avantageusement, les deux séries de pistons de chaque cylindrée, 20 forment chacune une couronne centrée sur l'axe et comprenant un rayon différent. Selon un mode de réalisation, la machine hydraulique comporte pour chaque cylindrée un circuit hydraulique comprenant une chambre basse pression et une chambre haute pression, séparées par deux sections 25 angulaires se trouvant en deux points diamétralement opposés en contact avec le contour cylindrique extérieur du barillet, assurant une étanchéité dynamique entre ces chambres, chaque alésage des pistons comportant un conduit de communication disposé radialement vers l'extérieur pour communiquer vers ces chambres. 30 Avantageusement, les deux cylindrées de cette machine comportent chacune un même nombre de piston, les pistons de la couronne intérieure étant décalés angulairement par rapport à ceux de la couronne extérieure, et ses conduits de communication s'interposant angulairement entre les pistons de cette couronne extérieure. Les chambres basse et haute pression ainsi que les conduits de communication de chaque circuit hydraulique, peuvent se trouver sur des plans transversaux axialement décalés l'un par rapport à l'autre. En option, chaque section angulaire d'étanchéité peut comporter dans sa partie centrale, un canal central relié au circuit hydraulique extérieur, la largeur des conduits de communication étant prévue pour que ces conduits débouchent dans une certaine position angulaire du barillet, à la fois dans une des deux chambres de pression, et dans ce canal central. Une électrovanne de transition peut être disposée entre le canal central et le circuit hydraulique extérieur. L'invention a aussi pour objet une chaîne de traction pour un véhicule hybride, comportant une machine hydraulique de traction comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention a de plus pour objet un véhicule hybride disposant d'une chaîne de traction comportant un moteur thermique et une machine hydraulique de traction, comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine hydraulique selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale de cette machine hydraulique, selon le plan de coupe II ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale de cette machine hydraulique, selon le plan de coupe III ; et - La figure 4 est une vue de détail de la figure 2, comprenant une position angulaire particulière du barillet. Les figures 1 à 3 présentent une machine hydraulique 1 comprenant un carter 2 de forme globalement cylindrique centrée sur un axe, comportant une cavité intérieure cylindrique qui est fermée axialement d'un côté de manière étanche, par un couvercle 4. La cavité intérieure est traversée par un arbre 6 disposé axialement, qui est guidé en rotation par deux roulements 8 maintenus l'un dans le carter 2, et l'autre dans le couvercle 4. Une extrémité de l'arbre 6 sortant de la machine hydraulique 1 du côté du couvercle 4, est reliée par une transmission non représentée aux roues motrices d'un véhicule hybride, dans le cas où cette machine hydraulique est prévue pour ce type de véhicule. Un barillet rotatif 10 fixé sur l'arbre 6, est ajusté dans la cavité cylindrique du carter 2. Le barillet 10 comporte une première série de neuf alésages disposés axialement, et répartis de manière régulière pour former une couronne comprenant un grand rayon, disposée près du contour extérieur de ce barillet. En variante, on peut utiliser un nombre d'alésages différent, qui est de préférence impair, comme sept ou onze par exemple, ce qui modifie la régularité cyclique ou la complexité de la machine hydraulique 1. Chaque alésage de la première série d'alésages, reçoit un piston 12 dont l'extrémité sortante du côté droit du barillet 10, est liée par une rotule 16 à un patin de frottement 17 qui est en appui sur un premier plateau 14 situé dans un plan sensiblement transversal. Un mécanisme de réglage d'inclinaison comprenant un actionneur 40 intégré dans le carter 2, permet de régler une petite inclinaison de ce premier plateau 14 autour du plan transversal. Le barillet 10 comporte de plus une deuxième série d'alésages comprenant un même nombre d'alésages, neuf dans cet exemple, disposés axialement et répartis de manière régulière pour former une couronne comprenant un petit rayon, qui est située radialement à l'intérieur de la première série d'alésages. Chaque alésage de la deuxième série d'alésages, reçoit un piston 22 dont l'extrémité sortante du côté gauche du barillet 10, est liée par une rotule 26 à un patin de frottement 27 qui est en appui sur un deuxième plateau 24 situé dans un plan sensiblement transversal. Un mécanisme de réglage d'inclinaison comprenant un actionneur 42 intégré dans le carter 2, permet de régler une petite inclinaison de ce deuxième plateau 24 autour du plan transversal, de manière indépendante du réglage du premier plateau 14. Chaque plateau 14, 24 est fixe en rotation par rapport à l'axe du carter 2, avec une inclinaison réglable par rapport au plan transversal, les pistons 12, 22 restants en contact avec ces plateaux, en glissant dessus par l'intermédiaire des patins de frottements 17, 27. On obtient ainsi une rotation du barillet 10 et des pistons 12, 22, qui entraîne en même temps un coulissement de chaque série de pistons suivant un cycle complet d'aller et de retour par rotation complète de l'arbre 6, suivant une course réglée pour chaque série par l'inclinaison de son plateau 14, 24. Les pistons 12 de la première série de pistons possèdent un diamètre plus important que ceux de la deuxième série, procurant à la machine hydraulique 1 une grande cylindrée définie par leur diamètre et leur course maximum, alors que les pistons 22 de la deuxième série possèdent un diamètre plus petit, procurant une petite cylindrée définie aussi par leur diamètre et leur course maximum. On notera que les deux cylindrées grande et petite, sont réglables chacune de manière indépendante entre un volume nul et un volume maximum. Le circuit hydraulique de la grande cylindrée, est détaillé figure 2. La cavité intérieure du carter 2 comporte dans un plan transversal aligné sur le fond de la première série d'alésages de la grande cylindrée, une chambre basse pression 18 et une chambre haute pression 20, séparées par deux sections angulaires 44 de petite largeur formées par le carter 2, qui se trouvent en deux points diamétralement opposés en contact de manière permanente avec le contour cylindrique extérieur du barillet 10. Les deux sections angulaires 44 constituent une étanchéité dynamique qui permet d'isoler les deux chambres basse 18 et haute pression 20 de la grande cylindrée, pendant la rotation du barillet 10. Chaque alésage de la première série comporte dans le plan transversal des chambres de pression 18, 20, un conduit de communication tourné radialement vers l'extérieur 50, mettant alternativement en communication la chambre des premiers pistons 12 avec la chambre basse pression 18 ou la chambre haute pression 20, suivant la position angulaire de ce barillet. La position des deux sections angulaires d'étanchéité 44 est définie pour séparer les deux chambres 18, 20 dans les positions de point mort haut ou bas des pistons 12, de manière à ce que pour chaque chambre les pistons se déplacent dans un même sens, en augmentant ou en réduisant les volumes de ces chambres. Chaque chambre basse 18 ou haute pression 20 est reliée par une canalisation externe respectivement basse 46 ou haute 48 pression, à une électrovanne d'alimentation 56. L'électrovanne d'alimentation 56 comprend trois positions donnant alternativement, une liaison directe des deux canalisations externes 46, 48 entre elles permettant une rotation à vide de la machine hydraulique avec très peu de résistance, le fluide passant directement de la chambre haute pression 20 à la chambre basse pression 18, une liaison avec deux canalisations extérieures 58 reliant la machine hydraulique 1 à des accumulateurs de pression, pour recevoir ou envoyer une énergie vers ces accumulateurs suivant que cette machine fonctionne respectivement en moteur ou en pompe, ou une fermeture des deux canalisations externes 46, 48 qui bloque la machine hydraulique. En conservant toujours les mêmes chambres 18, 20 pour la basse et la haute pression, la machine hydraulique 1 tourne dans l'un ou l'autre des deux sens de rotation, de manière à fonctionner soit en moteur, soit en pompe. En variante on peut inverser les liaisons avec les accumulateurs hydrauliques pour échanger les chambres basse 18 et haute 20 pression entre elles, pour fonctionner en moteur ou en pompe en gardant un même sens de rotation de la machine hydraulique 1. Le circuit hydraulique de la petite cylindrée, est détaillé figure 3. Ce circuit hydraulique est similaire à celui de la grande cylindrée, comprenant de la même manière, avec un décalage axial pour se trouver dans le plan transversal aligné sur le fond de la deuxième série d'alésages de la petite cylindrée, une chambre basse pression 28 et une chambre haute pression 30 séparées par deux sections angulaires 44, et dans le barillet 10 des conduits de communication tournés radialement vers l'extérieur 70 pour chaque alésage de cette petite cylindrée. Les deux cylindrées comportent chacune un même nombre de piston, les pistons 22 de la couronne intérieure étant décalés angulairement par rapport à ceux 12 de la couronne extérieure, leurs conduits de communication 70 s'interposant angulairement entre chaque piston de cette couronne extérieure. Le circuit hydraulique de la petite cylindrée comporte aussi deux canalisations externes basse 66 et haute pression 68, et une électrovanne d'alimentation 76 reliée aux canalisations extérieures 58. Le fonctionnement de ce deuxième circuit de petite cylindrée est similaire à celui du premier circuit de grande cylindrée, avec un réglage indépendant de son plateau 24, sa cylindrée réduite délivrant des niveaux de couple et de puissance inférieurs, qui permettent d'obtenir un meilleur rendement dans le cas où de petits couples ou petites puissances sont demandés, que ce soit en moteur ou en pompe. On peut aussi obtenir la puissance maximum de la machine 30 hydraulique 1, pour un fonctionnement en moteur ou en pompe, en travaillant simultanément avec les deux cylindrées. De plus comme détaillé figure 4, pour chaque circuit hydraulique de grande ou petite cylindrée, chaque section angulaire d'étanchéité 44 comporte dans sa partie centrale un petit canal radial 52 relié à une électrovanne de transition 54, qui peut fonctionner de manière proportionnelle ou en tout ou rien, pour alternativement laisser fermé ce canal central, ou le relier à une des deux canalisations externes 46, 48. La largeur des conduits de communication 50, 70 du barillet 10, est prévue pour que ces conduits débouchent dans une certaine position angulaire de ce barillet, à la fois dans une des deux chambres de pression 18, 20, et dans le canal central 52, comme présenté dans la figure 4. En particulier pour le passage de la chambre basse pression 18 vers la chambre haute pression 20, on relie par l'électrovanne de transition 54 le canal central 52 à la canalisation externe de haute pression 48, et pour le passage de la chambre haute pression 20 vers la chambre basse pression 18, on relie ce canal central à la canalisation externe de basse pression 46. Le débit du canal central 52 est réglé par son diamètre, ou par l'électrovanne de transition 54 qui est proportionnelle. Les électrovannes de transition 54 permettent un passage progressif d'une chambre de pression à l'autre, de manière à éviter des compressions hydrauliques ou des problèmes de cavitation, qui génèrent du bruit et des pulsations de couple aux basses vitesses de rotation. On obtient ainsi une machine hydraulique 1 comprenant deux cylindrées réglables indépendamment, qui est réalisée de manière très compacte en utilisant un seul barillet 10 monté sur un arbre 6, et logé dans un même carter 2. En particulier, on utilise dans le barillet 10 une place disponible radialement à l'intérieur de la première série de pistons 12 de grand diamètre, pour y loger la deuxième série de pistons 22 de petit diamètre, ce qui évite d'utiliser un deuxième barillet, et donne un ensemble léger, compact et économique, comprenant un nombre réduit de composants. De plus avec un seul barillet tournant 10, on réduit les pertes et améliore le rendement de la machine hydraulique 1 par rapport à d'autres types de machine réalisant deux cylindrées différentes avec deux barillets. En variante, la machine hydraulique suivant l'invention peut fonctionner avec des fonctions en moins, notamment sans les électrovannes d'alimentation 56, 76, ou sans les électrovannes de transition 54 qui peuvent être remplacées par des clapets tarés pour limiter le débit. La machine hydraulique peut aussi comporter des chambres haute et basse pression communes avec un distributeur rotatif commun pour les deux circuits hydrauliques de petite et grande cylindrée, ce qui simplifie la réalisation de cette machine, mais apporte des performances réduites. Grâce à son bon rendement, à son poids réduit et à sa compacité, facilitant l'implantation dans un véhicule, cette machine hydraulique peut s'utiliser avantageusement dans un véhicule hybride. REVENDICATIONS1 - Machine hydraulique à cylindrée variable, notamment pour véhicule automobile, comportant un barillet tournant (10) comprenant une série de pistons axiaux (12) liés à un premier plateau (14) se trouvant axialement d'un côté de ce barillet, dans un plan sensiblement transversal dont l'inclinaison est réglable, pour former une première cylindrée réglable de cette machine, caractérisée en ce que le barillet (10) comporte de plus une deuxième série de pistons axiaux (22) liés à un deuxième plateau (24) dont l'inclinaison est aussi réglable, qui se trouve par rapport au premier plateau (14) axialement de l'autre côté de ce barillet, pour former une deuxième cylindrée réglable de cette machine. 2 - Machine hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux plateaux (14, 24) comportent chacun un réglage indépendant de leur inclinaison. 3 - Machine hydraulique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les deux séries de pistons (12, 22) de chaque cylindrée, forment chacune une couronne centrée sur l'axe et comprenant un rayon différent. 4 - Machine hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte pour chaque cylindrée un circuit hydraulique comprenant une chambre basse pression (18, 28) et une chambre haute pression (20, 30), séparées par deux sections angulaires (44) se trouvant en deux points diamétralement opposés en contact avec le contour cylindrique extérieur du barillet (10), assurant une étanchéité dynamique entre ces chambres, chaque alésage des pistons (12, 22) comportant un conduit de communication (50, 70) disposé radialement vers l'extérieur du barillet pour communiquer vers ces chambres. 5 - Machine hydraulique selon les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que les deux cylindrées de cette machine comportent chacune un même nombre de piston, les pistons de la couronne intérieure (22) étant décalés angulairement par rapport à ceux (12) de la couronne extérieure, et sesconduits de communication (70) s'interposant angulairement entre les pistons de cette couronne extérieure. 6 - Machine hydraulique selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que les chambres basse (18, 28) et haute pression (20, 30) ainsi que les conduits de communication (50, 70) de chaque circuit hydraulique, se trouvent sur des plans transversaux axialement décalés l'un par rapport à l'autre. 7 - Machine hydraulique selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que chaque section angulaire d'étanchéité (44) comporte dans sa partie centrale, un canal central (52) relié au circuit hydraulique extérieur, la largeur des conduits de communication (50, 70) étant prévue pour que ces conduits débouchent dans une certaine position angulaire du barillet (10), à la fois dans une des deux chambres de pression (18, 20, 28, 30), et dans ce canal central. 8 - Machine hydraulique selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'une électrovanne de transition (54) est disposée entre le canal central (52) et le circuit hydraulique extérieur. 9 - Chaîne de traction pour un véhicule hybride, caractérisée en ce qu'elle comporte une machine hydraulique de traction (1) réalisée selon l'une 20 quelconque des revendications précédentes. 10 - Véhicule hybride disposant d'une chaîne de traction comportant un moteur thermique et une machine hydraulique de traction (1), caractérisé en ce que cette machine hydraulique est réalisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.