Brevet FR3020415A1 — publié le 20151030

La présente invention concerne le domaine des moteurs et pompes hydrauliques. Plus précisément, la présente invention concerne le domaine des moteurs et pompes hydrauliques à pistons radiaux. Le demandeur a déjà proposé de nombreux modèles de moteurs et pompes hydrauliques à pistons radiaux. Comme représenté en coupe longitudinale sur la figure 1 et en coupe transversale sur la figure 2, les moteurs hydrauliques à pistons radiaux comprennent généralement, dans la chambre d'un carter 10, un 10 transducteur hydraulique/mécanique composé : - d'une came multilobes 20, formée par exemple sur la surface interne d'un élément 22 du carter, - d'un bloc cylindres 30 monté à rotation relative dans le carter 10, - d'un arbre 40 lié à rotation au bloc cylindres 30, 15 - de pistons 50 guidés à coulissement radial dans des cylindres respectifs 52 du bloc cylindres et prenant appui sur les lobes de la came 20, le nombre des pistons 50 étant différents du nombre de lobes formés sur la came 20, et - d'un distributeur 60 adapté pour appliquer successivement et de 20 manière contrôlée sur les pistons 50 un fluide provenant d'une source sous pression, de sorte que l'appui successif des pistons 50 sur les lobes de la came 20 entraîne la rotation relative du bloc cylindres 30 et des éléments qui lui sont liés par rapport au carter 10. Un tel système est réversible. C'est-à-dire que si l'arbre 40 ou un 25 élément qui lui est lié mécaniquement est entrainé en rotation par un organe mécanique externe, la coopération des pistons 50 et de la came multilobes 20 génère des pressions successives dans les cylindres 52, de sorte que le transducteur hydraulique/mécanique illustré sur les figures 1 et 2 constitue alors non pas un moteur mais une pompe hydraulique. 30 Un exemple de réalisation d'une telle machine hydraulique comprenant une came multilobes externe associée à un bloc cylindre et des pistons radiaux internes, est décrit dans le document FR 2872227. Il a été constaté que dans certaines configurations machine, les contraintes d'encombrement dans une direction privilégiée peuvent empêcher et/ou rendre difficile l'utilisation de machines à pistons radiaux axisymétriques précitées. Dans ce contexte l'invention a pour but de perfectionner l'état de la technique. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à une machine hydraulique comprenant : - un carter, - une came comportant une pluralité de lobes, - un bloc cylindre comportant une pluralité de cylindres, - des pistons mobiles à translation dans les cylindres et en appui sur les lobes de la came, et - un ensemble de distribution de fluide en liaison avec les cylindres, la came et le bloc cylindre étant susceptibles de rotation relative autour d'un axe de rotation, caractérisé en ce que : - l'enveloppe externe du carter n'est pas symétrique de révolution autour de l'axe de rotation et présente une plus petite dimension en regard d'un secteur de la came dépourvu de lobes fonctionnels. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatifs et sur lesquels : - les figures 1 et 2 précédemment décrites représentent respectivement une vue en coupe longitudinale d'un moteur hydraulique connu de l'état de la technique, selon les plans de coupe référencés I-I sur la figure 2 et une vue en coupe transversale du même moteur selon le plan de coupe référencé II-II sur la figure 1, - la figure 3 représente une vue en coupe transversale d'une machine hydraulique conforme à la présente invention et les figures 4 et 5 représentent des vues similaires en coupe transversale de machines hydrauliques conformes à des variantes de la présente invention. On retrouve sur la figure 3 annexée une machine hydraulique comprenant un carter 100, une came 200 externe centrée sur un axe de rotation 0-0 et comportant une pluralité de lobes répartis sur sa surface radialement interne, dirigés vers l'axe 0-0, un bloc cylindres 300 logé au centre de la came 200 et comportant une pluralité des cylindres 310 orientés radialement par rapport à l'axe de rotation 0-0 et débouchant radialement sur l'extérieur du bloc cylindres 300 et des pistons 500 mobiles à translation dans les cylindres 310 et en appui sur les lobes de la came 200. Chaque lobe 210 de la came 200 comprend un ventre concave 212 de plus grand rayon par rapport à l'axe 0-0 encadré de deux 15 sommets 214 conduisant à des lobes adjacents. La machine hydraulique illustrée sur la figure 3 comprend également un ensemble de distribution de fluide en liaison avec les cylindres 310. Cependant, cet ensemble de distribution de fluide qui peut être conforme aux dispositions connues de l'état de la technique, 20 par exemple tel qu'illustré sur la figure 1, ne sera pas décrit plus en détail par la suite. Comme indiqué précédemment, selon la présente invention, l'enveloppe externe du carter 100 n'est pas symétrique de révolution autour de l'axe de rotation 0-0 et présente une plus petite dimension en 25 regard d'un secteur 110 de la came dépourvu de lobe fonctionnel. On entend par « lobe fonctionnel » une zone de la came qui induit un déplacement radial du piston en regard, lors du déplacement relatif à rotation du bloc cylindres 300. Ainsi on entend par « secteur de la came dépourvu de lobe fonctionnel », un secteur 110 de la came 200 dont le 30 profil n'induit pas de déplacement radial du piston en regard lors du déplacement relatif à rotation du bloc cylindres 300. Comme indiqué précédemment, la présente invention a pour objectif principal de proposer une machine hydraulique adaptée pour être placée au plus près d'un objet, par exemple au plus près d'un bloc thermique de véhicule ou encore au plus près d'un plancher de véhicule. L'invention n'est bien entendu pas limitée à ces deux cas particuliers et s'étend à toutes applications dans lesquelles on peut souhaiter rapprocher une machine hydraulique d'un objet. Sur la figure 3 annexée cet objet est représenté schématiquement sous la référence 0 et ne sera pas décrit plus en détail par la suite. Plus précisément, comme on le voit sur la figure 3 annexée de préférence selon l'invention l'enveloppe externe du carter 100 comporte 10 au niveau du secteur 110 précité un méplat 112 qui s'étend perpendiculairement à un rayon dressé à partir de l'axe de rotation 0-0. On observera que de préférence la machine présente un plan de symétrie passant par l'axe 0-0 et par le rayon précité transversal au méplat 112. 15 L'homme de l'art comprendra que ainsi l'invention crée une zone 110 de came inactive, sans course, et d'épaisseur minimale de carter dans la zone angulaire 110 où l'on souhaite réduire l'encombrement. La dimension radiale minimale dans la direction de la zone de came sans course est directement liée au diamètre du bloc cylindre 300. 20 Au niveau de la zone neutralisée 110, la came 200 a un profil en creux, c'est-à-dire concave en direction de l'axe de rotation 0-0. Plus précisément encore, de préférence au niveau du secteur 110 le profil de la came 200 assure une transition entre deux sommets 212 et au niveau du secteur 110 le profil intérieur de la came 200 est 25 cylindrique de révolution centré sur l'axe de rotation 0-0. Ce profil de came au niveau du secteur 110 correspond à une position rentrée des pistons 500, c'est-à-dire au diamètre d'un sommet 214 de lobe de came. La dimension externe de la came 200 et du carter 100 peut être 30 ajustée en conséquence. Il suffit de maintenir l'épaisseur minimale nécessaire pour la tenue de la came 200 sachant que les pistons exercent peu de poussée sur la zone 110 neutralisée ne comportant pas de lobe. Le cas échéant l'on peut prévoir une répartition non régulière des lobes de came, mixée avec l'application d'un principe de moteur homocinétique par lobe tel que décrit dans FR 2 872 227. Le secteur neutralisé 110 ne comprend pas de came active. Selon l'exemple particulier représenté sur la figure 3 et non limitatif, la came externe 200 possède cinq lobes actifs equirépartis sur un secteur angulaire de 3000, le secteur neutralisé 110 a une ouverture angulaire de l'ordre de 60° (son ouverture angulaire est donc égale à l'ouverture angulaire d'un lobe et correspond à la suppression ou l'effacement d'un lobe par rapport à une came classique), et le bloc cylindres 300 comprend huit cylindres 310 logeant un piston 500 respectif. Sur la portion 110 de came neutralisée qui ne comprend pas de portion de came active, c'est-à-dire pas de lobe fonctionnel, la forme de came place les pistons 500 qui viennent successivement en regard, en position rétractée dans le bloc cylindres 300. Il n'y a pas d'action motrice sur cette portion neutralisée 110. Néanmoins, les lobes moteurs peuvent être adaptés sans difficulté par le concepteur, notamment agencés selon une répartition non régulière, pour régulariser le cycle et obtenir un moteur homocinétique. Une condition est qu'il y ait d'autres actions motrices sur d'autres lobes de la came pendant que les pistons passent sur le secteur neutralisé 110 pour que le moteur puisse faire un tour complet. De préférence les pistons placés en regard de la zone neutralisée 110 sont maintenus en alimentation basse pression pour minimiser frottements et pertes. Plus précisément pour cela les orifices d'alimentation prévus sur le distributeur 60 au niveau du secteur neutralisé 110 sont placés en alimentation basse pression afin de maintenir les pistons 500 en position rétractée à ce niveau. Sur la figure 3 ces orifices sont référencés 62 et 64. Plus précisément encore, pour éviter de solliciter les pistons 500 radialement vers l'extérieur au niveau du secteur neutralisé 110, les orifices précitées 62 et 64 prévus au niveau du secteur neutralisé 110 peuvent être : . soit non alimentés, .soit reliés à la basse pression interne au carter, . soit reliés à une pression de gavage, basse pression, . soit reliés à une basse pression spécifique sélectionnée. D'une manière avantageuse l'épaisseur de métal sur le secteur neutralisé 110 peut être diminuée car les pistons 500 en regard sont toujours alimentés en basse pression ce qui permet de gagner encore en 10 diamètre. On a représenté sur la figure 4 une variante de réalisation conforme à la présente invention qui se distingue du mode de réalisation illustré sur la figure 3 et précédemment décrit par le fait que l'arbre central 40 lié à rotation avec le bloc cylindres 30, est creux, c'est-à-dire 15 tubulaire, pour permettre le passage d'un arbre auxiliaire, par exemple un arbre couplé à un différentiel et lié à rotation avec un cardan entrainant une roue. Sur la figure 4 le canal central formé dans l'arbre 40 pour permettre le passage de l'arbre auxiliaire, est référencé 42. Selon un mode de réalisation particulier et non limitatif, pour 20 pouvoir intégrer la machine conforme à la présente invention sous une caisse de véhicule, sans diminuer la garde au sol, le diamètre extérieur D1 maximal de la machine (hors secteur neutralisé 110) est inférieur à 130mm et le diamètre D2 du canal 42 est de l'ordre de 30mm. En conséquence le rayon R1 de la machine, en dehors du secteur neutralisé 25 110, pour intégrer la fonction transformation de puissance est de l'ordre de 50mm. En adoptant une répartition de 30% pour la came, 60% pour la fonction piston et 10% pour l'arbre intérieur 40, les dimensions radiales pour la came 100 sont R2 (au niveau d'un ventre 212 de la came) de l'ordre de 15mm, pour la fonction piston, bloc cylindre 30 compris, R3 de l'ordre de 30mm et pour l'arbre intérieur 40 R4 de l'ordre de 5mm. Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, pour équilibrer géométriquement la machine, celle-ci peut comporter plusieurs secteurs 110 dépourvus de lobe fonctionnel, équirépartis autour de l'axe 0-0, par exemple trois secteurs 110 équirépartis autour de l'axe 0-0. Selon un mode de réalisation avantageux, comme illustré sur la figure 5, il peut être prévu deux secteurs 110 diamétralement opposés par rapport à l'axe 0-0. La machine comprend alors deux méplats 112 diamétralement opposés par rapport à l'axe 0-0. Cette disposition permet de réduire encore plus la dimension transversale de la machine dans la direction perpendiculaire aux méplats 112. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisations particuliers qui viennent d'être d'écrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. Le cas échéant on peut réaliser une machine hydraulique, qu'il s'agisse d'une version moteur ou d'une version pompe, par empilement coaxial de plusieurs sous-ensembles du type illustré sur la figure 3, en décalant angulairement les pistons des différents sous-ensembles. L'empilement de plusieurs sous-ensembles permet d'augmenter la cylindrée donc le couple de la machine globale ainsi formée. L'homme de l'art appréciera que de préférence la machine conforme à la présente invention présente une symétrie par rapport à un plan P orthogonal au méplat 112. REVENDICATIONS1. Machine hydraulique comprenant : - un carter (100), - une came (200) comportant une pluralité de lobes, - un bloc cylindres (300) comportant une pluralité de cylindres (310), - des pistons (500) mobiles à translation dans les cylindres (310) et en appui sur les lobes de la came (200), et - un ensemble de distribution de fluide en liaison avec les cylindres, la came (200) et le bloc cylindres (310) étant susceptibles de rotation relative autour d'un axe de rotation (0-0), caractérisée en ce que : - l'enveloppe externe du carter (100) n'est pas symétrique de révolution autour de l'axe de rotation (0-0) et présente une plus petite dimension au regard d'un secteur (110) de la came dépourvu de lobe fonctionnel. 2. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la came (200) est définie par un cylindre de révolution centré sur l'axe de rotation (0-0) au niveau de son secteur (110) dépourvu de lobe fonctionnel. 3. Machine hydraulique selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisée par le fait que le profil de la came (200) prolonge les sommets (214) de lobes adjacents de came au niveau du secteur (110) dépourvu de lobe fonctionnel. 4. Machine selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait 30 que l'enveloppe externe du carter (100) présente un méplat (112) en regard du secteur (110) de la came (200) dépourvu de lobe fonctionnel. 5. Machine selon la revendication 4 caractérisée par le fait que le carter (100) présente une épaisseur minimale au niveau du secteur (110) de la came placé en regard du méplat (112). 6. Machine selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée par le fait que l'ouverture angulaire du secteur (110) de came dépourvu de lobe fonctionnel couvre une ouverture angulaire de lobe. 7. Machine selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée par le fait 10 qu'elle comprend des moyens qui placent les cylindres (310) en alimentation basse pression lorsque ceux-ci sont au niveau du secteur (110) de came dépourvu de lobe fonctionnel. 8. Machine selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée par le fait 15 que des orifices (62, 64) d'alimentation des cylindres (310) logeant les pistons (500) prévus au niveau du secteur neutralisé (110) sont : . soit non alimentés, .soit reliés à une basse pression interne au carter, . soit reliés à une pression de gavage, basse pression, 20 . soit reliés à une basse pression spécifique sélectionnée, pour éviter de solliciter les pistons (500) radialement vers l'extérieur au niveau du secteur neutralisé (110). 9. Machine selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisée par le fait 25 qu'elle présente un plan de symétrie orthogonal à un méplat externe (112) du carter. 10. Machine selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisée par le fait qu'elle comprend une répartition non régulière des lobes pour définir 30 un moteur homocinétique. 11. Machine selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisée par le fait qu'elle comporte plusieurs secteurs (110) dépourvus de lobe fonctionnel, équirépartis autour de l'axe 0-0. 12. Machine selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisée par le fait qu'elle comporte deux secteurs (110) dépourvus de lobe fonctionnel diamétralement opposés par rapport à l'axe 0-0. 13. Machine selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisée par le fait qu'elle comporte deux méplats (112) diamétralement opposés par rapport à l'axe 0-0. 14. Machine selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisée par le fait qu'elle comprend un arbre central (40) lié à rotation avec le bloc cylindres (30), creux, pour permettre le passage d'un arbre auxiliaire, par exemple un arbre couplé à un différentiel et lié à rotation avec un cardan entrainant une roue.15