Brevet FR3000768A1 — publié le 20140711

MACHINE HYDRAULIQUE COMPORTANT UNE CHAMBRE DE PRE- COMPRESSION ET UN DEUXIEME ANGLE D'INCLINAISON pool La présente invention concerne une machine hydraulique comportant plusieurs pistons, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'une telle machine hydraulique. [0002] Un type de machine hydraulique à barillet connu, comporte un arbre d'entrée motorisé qui entraîne en rotation un barillet comprenant une succession de cylindres parallèles entourant cet axe, chaque cylindre comprenant un piston prenant appui d'un côté appelé côté avant, par un roulement formant une butée axiale, sur un plateau inclinable qui est fixe en rotation. [0003] Un tour de rotation du barillet donne à chaque piston un mouvement suivant un cycle complet comprenant une course dans les deux sens, dont la hauteur dépend de l'angle d'inclinaison du plateau par rapport à un plan transversal, qui est réglable par une commande d'inclinaison. L'extrémité arrière des cylindres, opposée au plateau inclinable, est en appui sur une platine circulaire fixe qui ferme cette extrémité, afin d'assurer une étanchéité. [0004] La machine hydraulique peut fonctionner en moteur ou en pompe. [0005] Pour un fonctionnement en pompe, la platine circulaire comporte un collecteur basse pression qui se trouve en face des cylindres comportant le piston qui descend vers l'avant afin de permettre une aspiration du fluide pour remplir ces cylindres, et un collecteur haute pression qui se trouve en face des cylindres comportant les pistons qui montent, afin de recevoir le fluide sous pression. [0006] On peut aller ainsi d'une cylindrée nulle avec le plateau inclinable disposé perpendiculairement à l'arbre, à une cylindrée maximale avec la plus forte inclinaison du plateau. [0007] Pour un fonctionnement en moteur, les pistons en face du collecteur haute pression reçoivent cette haute pression et descendent vers l'avant, afin de délivrer une force motrice, et les pistons qui se trouvent en face du collecteur basse pression remontent vers l'arrière afin de refouler le fluide qui est à une pression basse. [00os] Ce type de machine génère des pulsations de pression dans les circuits basse et haute pression, dues notamment aux arrivés des cylindres sur chaque collecteur. En effet, dans le cas par exemple du passage du collecteur basse pression à celui haute pression, le cylindre se trouvant à une basse pression débouche brutalement dans le collecteur haute pression. On obtient des échanges dans ce cylindre avec un écart de pression important, qui provoque des effets dynamiques sur le fluide avec des sauts de pression. [0009] Pour atténuer ces pulsations qui génèrent des vibrations et des bruits dans la machine et dans les circuits qui lui sont reliés, une solution connue, présentée notamment par le document US-A-6086336, comporte sur la platine dans l'espace intermédiaire entre les collecteurs, avant l'arrivée sur le collecteur haute pression, une ouverture donnant sur une chambre de pré-compression haute pression. De cette manière le cylindre se trouvant juste avant le collecteur haute pression est alimenté en fluide sous pression par la chambre de pré-compression correspondante, afin de déboucher dans ce collecteur avec une faible différence de pression. [0olo] On peut disposer aussi de manière connue une chambre de pré-compression basse pression correspondante avant l'arrivée sur le collecteur basse pression, afin de réaliser une faible pression dans le cylindre avant qu'il débouche dans ce collecteur. [001 1] Toutefois les chambres de pré-compression réalisent un lissage de la variation de pression dans les cylindres pour préparer l'arrivée sur le collecteur suivant, convenant à une large plage de différence de pression, mais elles n'amènent pas tout à fait la pression dans ce cylindre à un niveau d'équilibre avec celui du collecteur. Il reste à la fin un petit saut brutal de pression final qui génère une pulsation sur la machine hydraulique, transmise au circuit basse ou haute pression qui lui est relié. On a alors des vibrations et des bruits qui peuvent être désagréables, en particulier dans un véhicule automobile. [0012] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. [0013] Elle propose à cet effet une machine hydraulique comportant un barillet entraîné en rotation par un arbre d'entrée, comprenant des cylindres recevant chacun un piston en appui d'un côté sur un plateau inclinable qui peut pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'arbre d'entrée, les cylindres prenant appui du côté opposé au plateau, sur une platine circulaire de fermeture comportant un collecteur basse pression et un collecteur haute pression séparés à leurs extrémités par deux espaces intermédiaires, au moins un de ces espaces comportant au moins une connexion vers une chambre de pré-compression, caractérisée en ce que l'inclinaison du plateau comporte un deuxième angle d'inclinaison qui donne un décalage angulaire des points morts bas et haut des pistons, par rapport aux points milieux des espaces intermédiaires. [0014] Un avantage de cette machine hydraulique est qu'en réalisant pour une montée en pression dans un cylindre avant l'ouverture vers le collecteur haute pression, une combinaison de la progressivité de la mise en pression par la chambre de pré-compression, avec un réglage optimisé de l'inclinaison du plateau suivant le deuxième angle, donnant un lissage du saut de pression final qui peut être ajusté par ce réglage en fonction des paramètres de fonctionnement, on obtient alors une forte atténuation de la pulsation. [0015] La machine hydraulique selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0016] Avantageusement, les points morts bas et haut des pistons sont dans le sens de rotation, en avance par rapport aux points milieux entre les collecteurs. [0017] Avantageusement, le décalage angulaire est inférieur à environ 4°. [0018] En particulier, le décalage angulaire peut être compris entre 1 et 2°. [0019] L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile disposant d'une chaîne de traction comprenant une machine hydraulique comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0020] En particulier, le véhicule peut être du type hybride, comportant un moteur thermique pouvant être relié à la machine hydraulique. [0021] 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 10 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine hydraulique à pistons axiaux ; - la figure 2 est un schéma développé des cylindres de cette machine comprenant des chambres de pré-compression, et ne 15 comportant pas de deuxième angle d'inclinaison du plateau, selon l'art antérieur ; - la figure 3 est un schéma développé des cylindres de cette machine, comportant des chambres de pré-compression et un deuxième angle d'inclinaison du plateau selon l'invention ; 20 - la figure 4 présente un graphique d'un cycle de pression dans un cylindre et les niveaux d'excitation qui en résulte, pour une machine hydraulique selon l'art antérieur, ne comprenant pas de chambre de pré-compression et de deuxième angle d'inclinaison ; 25 - la figure 5 présente les mêmes données pour une machine hydraulique selon l'art antérieur, comprenant seulement des chambres de pré-compression ; 3000 76 8 5 - la figure 6 présente les mêmes données pour une machine hydraulique selon l'art antérieur, comprenant seulement un deuxième angle d'inclinaison ; et - la figure 7 présente les mêmes données pour une machine 5 hydraulique selon l'invention, comprenant des chambres de pré- compression et un deuxième angle d'inclinaison du plateau. [0022] La figure 1 présente une machine hydraulique 1 pouvant tourner dans les deux sens de rotation, comprenant un corps globalement cylindrique 2 fermé du côté arrière par un couvercle 4. Le corps 2 et le couvercle 4 supportent chacun un roulement à rouleaux coniques 8, qui guide un arbre d'entrée 6 disposé suivant l'axe de ce corps. [0023] Un barillet 12 lié en rotation à l'arbre d'entrée 6, comporte neuf cylindres 14 disposés parallèlement à l'axe, qui sont régulièrement répartis autour de cet axe. [0024] Chaque cylindre 14 contient un piston 16, dont l'extrémité avant prend appui par une butée axiale 18 sur un plateau inclinable 20 qui peut pivoter autour d'un axe 0 perpendiculaire à l'arbre d'entrée 6, sous l'effet d'un vérin hydraulique de commande 22 et d'un ressort de rappel 26. [0025] Le côté arrière du barillet 12 prend appui sur une platine circulaire transversale 24 maintenue par le couvercle 4, pour fermer l'extrémité arrière des cylindres 14. [0026] La platine 24 comporte un collecteur basse pression et un collecteur haute pression formant chacun un arc de cercle couvrant un peu moins de la moitié des positions des cylindres 14. Les collecteurs sont séparés entre eux à leurs extrémités par deux espaces intermédiaires qui permettent à un cylindre de quitter entièrement un des collecteurs avant d'arriver sur l'autre, de manière à éviter une communication directe entre ces collecteurs. [0027] On obtient ainsi pour un fonctionnement en pompe par exemple, à chaque rotation du barillet 12 un cycle complet de mouvement de l'ensemble des pistons 16 qui vont coulisser vers l'avant quand ils se trouvent en face du 3000 76 8 6 collecteur basse pression, puis vers l'arrière quand ils se trouvent en face du collecteur haute pression pour refouler le fluide sous pression dans ce collecteur. [0028] Pour les figures 2 et 3 suivantes, les zones de fluide sous haute 5 pression sont représentées avec une trame de points. [0029] La figure 2 présente une vue développée de l'ensemble des cylindres 14, comprenant les pistons 16 qui suivent un mouvement sinusoïdal imposé par l'inclinaison du plateau 20, lors de la rotation du barillet 12 représentée par la flèche tournée vers la droite. 10 [0030] Le couvercle arrière 4 et la platine comportent en partant du côté gauche, le collecteur basse pression 30 qui est en communication avec les trois premiers cylindres 14, puis après un premier espace intermédiaire le collecteur haute pression 32 qui est en communication avec les quatre cylindres suivants, ensuite le deuxième espace intermédiaire, et enfin à 15 nouveau le collecteur basse pression 30 qui est en communication avec les deux derniers cylindres. [0031] On notera pour cette machine hydraulique selon l'art antérieur, que les points morts bas et haut des pistons, positionnés par le plateau incliné 20, se trouvent pour chacun exactement au point milieu entre les deux collecteurs 20 30, 32. Le plateau inclinable 20 ne comporte pas de deuxième angle d'inclinaison. [0032] Le premier espace intermédiaire comporte un petit perçage formant une connexion 36 vers une chambre de pré-compression haute pression 34, et de la même manière le deuxième espace intermédiaire comporte aussi un 25 petit perçage formant une connexion 40 vers une chambre de pré-compression basse pression 38. [0033] La position de chaque connexion 36, 40 d'une chambre de pré-compression 34, 38, par rapport au collecteur 30, 32 se trouvant après, est particulièrement étudiée de manière à réaliser un ajustement de la pression 30 du cylindre 14 juste avant qu'il arrive devant ce collecteur, afin de préparer l'ouverture vers ce collecteur en évitant une différence de pression élevée causant un choc dans la machine ainsi que dans les circuits hydrauliques. [0034] La figure 3 présente la même machine hydraulique comportant par construction un réglage donnant un deuxième angle d'inclinaison du plateau, suivant un axe de deuxième angle qui est perpendiculaire à l'axe de l'arbre d'entrée ainsi qu'au premier axe d'inclinaison. Ce deuxième angle du plateau donne en pratique une avance de la courbe de déplacement des pistons 16 par rapport aux collecteurs 30, 32 qui sont fixes. [0035] On obtient alors un point mort bas des pistons 16 qui se trouve en avance par rapport au point milieu entre le collecteur basse pression 30 et le collecteur haute pression 32, et un point mort haut qui se trouve de la même manière en avance par rapport au point milieu entre le collecteur haute pression et le collecteur basse pression. Ce décalage angulaire relatif de la courbe de déplacement des pistons 16 est indiqué par l'angle a, correspondant à un déplacement vers la gauche de la sinusoïde représentant le plateau inclinable 20. [0036] On a alors après le point mort bas une petite montée du piston 16 avant que son cylindre 14 ne débouche dans le collecteur haute pression 32, ce qui donne une compression du fluide avant l'ouverture vers ce collecteur. De la même manière, on a aussi après le point mort haut une petite descente du piston 16 avant que son cylindre 14 ne débouche dans le collecteur basse pression 30, ce qui donne une détente du fluide avant l'ouverture vers ce collecteur. [0037] Les caractéristiques de pression dans le cylindre 14 qui arrive sur un collecteur sont alors différentes, elles peuvent en particulier être adaptées précisément pour améliorer la progressivité de la variation de pression dans ce cylindre lors de l'ouverture vers le collecteur, afin de réduire les vibrations et les bruits. [0038] En pratique pour des applications sur un véhicule hybride, le décalage angulaire a ne dépasse pas 4°, une valeur comprise entre 1 et 2° étant généralement suffisante pour obtenir un bon résultat. [0039] Chacune des figures suivantes 4 à 7 comporte pour un type de machine hydraulique, sur le côté gauche un schéma présentant en fonction du temps exprimé en seconde, la simulation de la pression exprimée en bar dans un cylindre 14 lors d'un cycle complet. La progressivité de la montée en pression dans le cylindre, présentée entre les deux droites verticales, est un paramètre important de l'excitation générée par la machine hydraulique. [0040] Les simulations de la pression sont réalisées pour des vitesses de rotation de la machine hydraulique qui peuvent être différentes suivant les figures, ce qui donne différents temps de cycle. [0041] Le côté droit de ces figures présente pour la même machine un rapport du niveau d'excitation vibratoire en fonction de la fréquence de pulsation exprimée en Hertz, comprenant en haut la mesure sur le collecteur haute pression 32, et en bas la mesure sur le collecteur basse pression 30. On obtient périodiquement différents pics de niveaux d'excitation, le premier pour une fréquence d'environ 200Hz étant le plus élevé, les suivants étant de plus en plus faible. [0042] La figure 4 présente des simulations effectuées sur une machine hydraulique ne comportant pas de chambre de pré-compression, et pas de deuxième angle de pivotement du plateau. [0043] On constate qu'on obtient une montée en pression très brutale de 0 à 330bars, qui donne un rapport de niveau d'excitation maximum très élevé de 3.7 sur le collecteur haute pression, et un rapport de 0.8 sur le collecteur basse pression. [0044] La figure 5 présente des simulations effectuées sur une machine hydraulique comportant des chambres de pré-compression, et pas de deuxième angle de pivotement du plateau. [0045] On constate qu'on a une montée en pression rapide de 0 à 310bars, puis peu de temps après un saut final d'environ 20bars. On obtient un rapport de niveau d'excitation maximum un peu moins élevé sur le collecteur haute pression, qui est de 3, mais un rapport plus élevé de 1.6 sur le collecteur basse pression. En particulier, le saut final de pression maintient un certain niveau d'excitation. [0046] La figure 6 présente des simulations effectuées sur une machine hydraulique ne comportant pas de chambre de pré-compression, mais un deuxième angle de pivotement du plateau qui a été réglé pour les caractéristiques de fonctionnement de cette machine. [0047] On constate que l'on obtient une montée en pression de 0 à 330bars qui est très progressive, avec un rapport de niveau d'excitation qui est bas sur les deux collecteurs, comprenant un maximum de 1.6 sur le collecteur haute pression, et de 0.7 sur le collecteur basse pression. [0048] On a donc avec ce type de machine hydraulique une bonne réduction du niveau d'excitation sur une plage de vitesse beaucoup plus importante, mais qui est obtenue pour un écart entre la haute et la basse pression qui est précis. En pratique pour des écarts de pression fortement variables, cette technologie n'est pas suffisante pour obtenir dans tous les cas une bonne réduction des excitations. [0049] La figure 7 présente des simulations effectuées sur une machine hydraulique comportant une chambre de pré-compression et un deuxième angle de pivotement du plateau. [0050] On constate que l'on a à la fois une montée en pression de 0 à 310bars qui est très progressive, et une rampe de montée progressive pour le saut final d'environ 20bars. On obtient alors un rapport de niveau d'excitation maximum qui est bas sur les deux collecteurs, comprenant un maximum de 1.5 sur le collecteur haute pression, et de 0.9 sur le collecteur basse pression. Les pics suivants de niveaux d'excitation sont aussi particulièrement bas. [0051] On notera que la succession des opérations comprend d'abord la mise en communication de la chambre de pré-compression avec le cylindre pour obtenir une montée progressive de la pression sur une grande partie de la plage de pression, puis ensuite l'apport du deuxième angle d'inclinaison du plateau pour terminer cette montée en pression. [0052] La position des connexions de la chambre de pré-compression par rapport au collecteur est particulièrement importante pour obtenir la montée progressive de la pression, ainsi que le bon fonctionnement du deuxième angle inclinaison du plateau. La position optimale des connexions peut avantageusement être étudiée par des simulations, en fonction de la plage de régime et de la plage de pression utilisées pour le fonctionnement de la machine hydraulique. [0053] La machine hydraulique selon l'invention est particulièrement adaptée pour des applications sur les véhicules automobiles, comprenant des contraintes importantes sur le niveau de confort, sur la masse totale ainsi que sur les coûts. On peut l'utiliser notamment pour un véhicule hybride comportant un moteur thermique qui peut être relié à cette machine, afin de réaliser un stockage d'énergie hydraulique sous pression dans des réservoirs permettant une restitution de cette énergie, pour optimiser le fonctionnement du moteur thermique. REVENDICATIONS1. Machine hydraulique comportant un barillet (12) entraîné en rotation par un arbre d'entrée (6), comprenant des cylindres (14) recevant chacun un piston (16) en appui d'un côté sur un plateau inclinable (20) qui peut pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'arbre d'entrée, les cylindres prenant appui du côté opposé au plateau, sur une platine circulaire (24) de fermeture comportant un collecteur basse pression (30) et un collecteur haute pression (32) séparés à leurs extrémités par deux espaces intermédiaires, au moins un de ces espaces comportant au moins une connexion (36, 40) vers une chambre de pré-compression (34, 38), caractérisée en ce que l'inclinaison du plateau (20) comporte un deuxième angle d'inclinaison qui donne un décalage angulaire (a) des points morts bas et haut des pistons (16), par rapport aux points milieux des espaces intermédiaires. 2. Machine hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les points morts bas et haut des pistons (16) sont dans le sens de rotation, en avance par rapport aux points milieux entre les collecteurs (30, 32). 3. Machine hydraulique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le décalage angulaire (a) est inférieur à environ 4°. 4. Machine hydraulique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le décalage angulaire (a) est compris entre 1 et 2°. 5. Véhicule automobile comportant une chaîne de traction comprenant une machine hydraulique (1), caractérisé en ce que cette machine hydraulique est réalisée selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes. 6. Véhicule automobile selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est du type véhicule hybride, comportant un moteur thermique pouvant être relié à la machine hydraulique (1).