La présente invention concerne un système de moteur pompe hydraulique à amplification de pression débrayable.

La présente invention s'applique, de manière générale, aux systèmes hydrauliques. Elle s'applique aussi aux transmissions de puissance hydrostatiques et aux hybridations hydrauliques, qui mettent en œuvre un moteur thermique associé à un ensemble moteur pompe hydraulique.

De façon classique, dans les transmissions hydrostatiques, une source d'énergie rotative, le plus souvent un moteur électrique ou un moteur thermique, entraîne une pompe hydraulique. Ce générateur de débit transforme l'énergie mécanique en énergie hydraulique ou hydrostatique. Ce débit est véhiculé par des tuyauteries ou canalisations flexibles vers des récepteurs, vérins ou moteurs hydrauliques, qui à nouveau transforment l'énergie hydraulique en énergie mécanique. Entre les deux, il y a une soupape de sécurité et, le plus souvent, un dispositif d'inversion du sens de rotation.

Les organes courants des transmissions hydrostatiques comprennent des moteurs hydrauliques, des pompes, en particulier des pompes et des moteurs à piston, à barillet, à axe brisé, à cylindrée variable ou fixe, des organes de commande, tels que des valves et des clapets.

On a cherché à réaliser des systèmes hydrauliques présentant des plages de fonctionnement relativement étendues, c'est-à-dire des plages de couples fournis plus étendues.

A titre d'exemples, on connaît du document EP0882181A un transformateur de pression hydraulique. On connaît aussi des dispositifs multiplicateurs de pression, tels que les pistons doubles avec des chambres de sections différentes pour assurer un rapport de pression.

A titre d'exemple également, le document FR 2 388 175 décrit un dispositif multiplicateur de pression pour atteindre de hauts rendements lors des accélérations et du freinage d'un véhicule automobile hybride, thermique et hydraulique. Ce dispositif d'amplification de pression comprend :

- un accumulateur, qui met sous pression un gaz compressible et qui stocke un fluide hydraulique sous la pression de ce gaz,

- une pompe hydraulique, qui est entraînée par les roues du véhicule et qui possède un orifice d'entrée et un orifice de sortie, ce dernier étant sélectivement branché à l'accumulateur pour pomper un fluide hydraulique dans l'accumulateur afin de mettre le gaz sous pression, ce qui freine le véhicule,

- un groupe de moteurs électriques accouplés mécaniquement aux roues du véhicule pour entraîner ces dernières, ledit groupe de moteurs comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie et cet orifice de sortie étant sélectivement branché à l'accumulateur pour recevoir à partir de l'accumulateur le fluide hydraulique sous pression,

- un moteur principal monté sur le véhicule,

- un groupe de pompes hydrauliques à déplacement fixe entraînées par le moteur principal, ledit groupe de pompes comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie et cet orifice de sortie étant branché à l'orifice d'entrée du groupe de moteurs hydrauliques pour appliquer un fluide hydraulique sous pression à ce groupe de moteurs, et

- un ensemble de valves qui peuvent être manœuvrées sélectivement et qui sont intercalées entre l'orifice d'entrée du groupe de moteurs électriques et l'orifice de sortie du groupe de pompes, de manière à diriger sélectivement le fluide hydraulique sous pression entre le groupe de pompes, d'une part, et un ou plusieurs des moteurs hydrauliques, d'autre part.

Le but de la présente invention est de fournir un nouveau système de moteur pompe hydraulique à amplification de pression débrayable, qui permette de travailler à deux niveaux de pression différents, en évitant les inconvénients et défauts des systèmes de moteur pompes hydrauliques à cylindrée variable connus de l'art antérieur.

Un autre but de la présente invention est de fournir un tel système de moteur pompe hydraulique à amplification de pression, qui soit de conception, de montage et de fonctionnement simples, qui présente un bon rendement, et qui soit robuste, fiable et économique.

Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un système de moteur pompe hydraulique à amplification de pression, débrayable, qui comprend, d'une part, un moteur pompe hydraulique principal avec une entrée reliée à un circuit « haute pression » et une entrée reliée à un circuit « basse pression », et d'autre part, un amplificateur de pression constitué par deux moteurs pompes hydrauliques jumelés par un arbre mécanique désignés « premier moteur pompe » et « second moteur pompe » respectivement. Le premier moteur pompe a une entrée reliée audit circuit « haute pression » et une entrée reliée audit circuit « basse pression ». La haute pression du premier moteur pompe est reliée à la basse pression du second moteur pompe. Enfin, des moyens pilotés sont prévus pour permettre d'activer ou de désactiver l'amplificateur destiné à amplifier le différentiel de pression aux entrées du moteur pompe principal.

Par l'expression « jumelés par un arbre mécanique » on entend, dans la suite du présent texte, que les deux moteurs pompes hydrauliques sont reliés mécaniquement.

Selon le mode préféré de réalisation de l'invention, le premier moteur pompe et le second moteur pompe, jumelés par un arbre mécanique, sont des moteurs pompes hydrauliques de même cylindrée.

Selon le mode préféré de réalisation de l'invention également, les moyens pilotés permettant d'activer ou de désactiver l'amplificateur de pression sont constitués par deux clapets anti-retour pilotés forcés en ouverture, à savoir un premier clapet anti-retour entre le circuit basse pression et la basse pression du premier moteur pompe, et un second clapet anti-retour placé entre la haute pression dudit premier moteur pompe et la haute pression du second moteur pompe.

De manière préférentielle, deux capacités hydrauliques sont prévues, à savoir une première capacité hydraulique à la basse pression du premier moteur pompe et une seconde capacité hydraulique en amont de la haute pression du moteur pompe principal, de façon à rendre progressives les transitions lors de l'activation et de la désactivâtion de l'amplificateur de pression.

En variante, le premier moteur pompe et le second moteur pompe, jumelés par un arbre mécanique, peuvent être des moteurs pompes de cylindrées différentes, de sorte que l'amplification de pression obtenue peut être différente d'un facteur 2.

En variante également, le premier moteur, le second moteur et le moteur pompe principal peuvent comporter un drain d'écoulement vers la basse pression.

La présente invention concerne aussi un procédé d'amplification de pression débrayable d'un moteur pompe hydraulique, utilisant un système de moteur pompe hydraulique à amplification de pression débrayable conforme à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. Ce procédé nouveau comporte les étapes suivantes, prises en combinaison :

- on force l'ouverture du premier clapet anti-retour, tandis que le second clapet anti-retour fonctionne en clapet normal ,

- l'ensemble constitué par les deux moteurs pompes jumelés par un arbre mécanique est entraîné en rotation, en réponse au couple mécanique exercé sur ledit ensemble par les différences de pression aux entrées des deux moteurs pompes, et les frottements divers.

- un équilibre est atteint, qui permet d'obtenir une amplification du couple fourni par le moteur pompe principal . L'amplification de pression, par conséquent l'amplification de couple fourni par le moteur pompe principal, peut être dosée en dosant la pression dans la première capacité hydraulique.

D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels :

- les figures 1 et 2 sont des schémas illustrant des solutions envisageables pour étendre la plage de fonctionnement d'un moteur pompe hydraulique, et

- la figure 3 est un schéma illustrant l'architecture du système de moteur pompe hydraulique à amplification de pression débrayable, selon la présente invention.

On a représenté sur le dessin de la figure 1 un moteur pompe hydraulique, de référence générale 100, avec une entrée haute pression « HP » et une entrée basse pression « BP ». Pour étendre la plage de fonctionnement du moteur pompe 100, il est possible d'utiliser une association de plusieurs couples de pignons, désignés collectivement par la référence 108, de diamètres différents offrant différents rapports de transmission entre un arbre primaire 108 et un arbre secondaire 106, un rapport étant enclenché (sens de la flèche « m ») lorsqu'un pignon de l'arbre secondaire devient solidaire d'un pignon de vitesse de l'arbre primaire. Il s'agit d'une association de couples de pignons comme dans une boîte de vitesses, qui offre la possibilité d'augmenter le couple disponible sur l'arbre de sortie du moteur pompe 100.

Une autre solution envisageable pour étendre la plage de fonctionnement d'un moteur pompe hydraulique est représentée sur le dessin de la figure 2, dans laquelle on utilise deux moteurs pompes hydrauliques 200 et 210 à cylindrée variable et débrayables, la référence 208 désignant le dispositif mécanique d'embrayage débrayage (à déplacement « d ») symboliquement représenté et les références 205 et 206 désignant les arbres de sortie des deux moteurs pompes 200 et 210, respectivement.

En référence au dessin de la figure 3, on a représenté l'architecture du système de moteur pompe hydraulique à amplification de pression débrayable, selon la présente invention. Ce système nouveau de moteur pompe hydraulique selon l'invention comprend principalement :

- un moteur pompe principal, de référence générale 4, un amplificateur de pression constitué de deux moteurs pompes de même cylindrée, référencé 1 et 3, jumelés par un arbre mécanique 2, la haute pression du premier étant reliée à la basse pression du deuxième,

deux clapets anti-retour pilotés forcés en ouverture, référencés 6 et 7, permettant d'activer ou désactiver l'amplificateur de pression, et

- deux capacités hydrauliques, référencées 8 et 9.

A titre d'exemple non limitatif de l'objet et de la portée de la présente invention, le moteur pompe principal est un moteur pompe hydraulique à barillet tournant et plateau inclinable. C'est l'inclinaison du plateau qui permet de régler le débit de la pompe. Le débit est maximal lorsque l'inclinaison du plateau est maximale. En inversant l'inclinaison du plateau, on inverse le sens du pompage. C'est un mécanisme assez complexe, mais qui permet de transmettre et de contrôler avec précision une force motrice importante, beaucoup plus grande que celle d'un moteur électrique. De plus, ce mécanisme de moteur pompe hydraulique est peu sensible aux agressions extérieures, comme l'humidité.

A titre d'exemple également, avec une haute pression de 200 Bar, une basse pression de 5 Bar, par conséquent une différence de pression « ΔΡ » de 195 Bar, et une cylindrée « Cyl » de 30 cm ³ , un tel moteur fournit un couple maximal de :

ΔΡ x Cyl / 2n soit : 93 Nm (newton-mètre) La basse pression du moteur pompe hydraulique 1 est reliée à la basse pression « BP » du circuit par l'intermédiaire du clapet anti-retour 6, qui peut être piloté en ouverture. Le sens normal du clapet 6, illustré par la flèche « a », est de laisser passer l'huile de la basse pression (conduit 13) vers l'entrée basse pression du moteur 1. La capacité hydraulique 8 est placée entre le clapet anti-retour 6 et la basse pression du moteur pompe 1.

La basse pression du moteur pompe hydraulique 3 est reliée par une canalisation 10 à la haute pression du moteur hydraulique 1. La haute pression du moteur pompe hydraulique 3 est reliée par une canalisation 12 à la haute pression du moteur hydraulique 1.

Le moteur pompe principal 4 est relié à la transmission mécanique du véhicule par l'intermédiaire d'un arbre mécanique référencé 5. De plus, ce moteur pompe principal 4 est relié à la basse pression 13.

Une capacité hydraulique 9 est placée en amont de la haute pression du moteur pompe principal 4.

Un second clapet anti-retour 7 peut être piloté en ouverture. Le sens normal du clapet 7, illustré par la flèche « b », est de laisser passer l'huile de la haute pression (conduit 13) vers l'entrée haute pression du moteur pompe 3 et du moteur principal 4. Il permet de relier la haute pression du moteur pompe 1 à la haute pression du moteur pompe 3, notamment.

Le fonctionnement du système décrit ci-dessus est le suivant, d'une part, en mode dit « mode normal », l'amplificateur de pression étant désactivé, et d'autre part, en mode dit « mode amplifié », l'amplificateur de pression étant activé.

A. Fonctionnement en mode normal.

Le clapet anti-retour 6 fonctionne en mode normal, qui est celui du passage de l'huile du circuit de la base pression 13 vers l'entrée basse pression du moteur pompe 1 (sens « a ») . Le clapet anti-retour 7 est forcé en position d ' ouverture .

L'huile étant stoppée par le clapet anti-retour 6, la pression s'équilibre entre les entrées du moteur pompe 1. La pression s'équilibre également entre les entrées du moteur pompe 3 grâce à la canalisation 10, et l'ensemble constitué par les moteurs pompes 1 et 3 et l'arbre 2 qui les relie se stabilise et ne tourne pas.

Dans ce mode de fonctionnement, l'amplificateur est désactivé, il ne tourne pas : il n'y a donc pas de perte de rendement par rapport au système nominal de moteur pompe hydraulique sans système d'amplification.

B. Fonctionnement en mode amplifié.

Le clapet anti-retour 6 est forcé en position d'ouverture.

Le clapet anti-retour 7 fonctionne en mode normal, qui est celui du passage de l'huile de la haute pression du moteur 1 vers la haute pression du moteur 3 (sens de la flèche « b ») .

Les différentiels de pression aux entrées des moteurs pompes 1 et 3 génèrent deux couples sur l'ensemble constitué par les moteurs pompes 1 et 3 et l'arbre 2 qui les relie. La résultante de ces deux couples entraîne une rotation de l'ensemble 1 + 2 + 3, jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint. Cet équilibre est atteint lorsque :

HP -BP = THP - HP, soit THP = 2 x HP - BP

Dans l'exemple donné précédemment de pressions haute et basse à 200 Bar (« HP ») et 5 Bar (« BP ») , avec une cylindrée (« Cyl ») de 30 cm3, les pressions haute et basse aux entrées du moteur pompe principal 4 passent à 395 Bar et 5 Bar, et le couple maximal de la pompe qui en résulte devient :

ΔΡ x Cyl / 2n soit 186 Nm (newton-mètre) On obtient bien une amplification du couple fourni par le moteur pompe principal 4.

Le moteur pompe principal 4 peut fonctionner en moteur, ou bien en pompe.

Dans le premier cas, le moteur pompe 4 fonctionnant en moteur, l'huile sous pression vient de la haute pression HP.

A la pression HP, une partie arrive directement à la basse pression du moteur 3, tandis que l'autre partie va à la basse pression par l'intermédiaire du moteur 1, ce qui a pour résultat de faire tourner l'ensemble 1 + 2 + 3. Le moteur pompe 3 agit alors comme une pompe et augmente la pression dans la canalisation 12.

C'est l'équilibre des couples sur l'ensemble 1 + 2 + 3 et la rotation résultante qui ajuste les niveaux de pression. Les capacités hydrauliques 8 et 9 permettent de rendre progressives les variations des pressions.

Dans le second cas, le moteur pompe 4 fonctionnant en pompe, l'huile sous pression vient de la très haute pression

THP du moteur 4. Elle fait tourner le moteur pompe 3, qui fonctionne en moteur et continue dans le circuit HP à la pression HP par l'intermédiaire de la canalisation 10.

L'ensemble 1 + 2 + 3 tournant, le moteur pompe 1 fonctionne en pompe et amène de l'huile de la basse pression BP à la haute pression HP.

C'est l'équilibre des couples sur l'ensemble 1 + 2 + 3 et la rotation résultante qui ajuste les niveaux de pression. Les capacités hydrauliques 8 et 9 permettent de rendre progressives les variations des pressions.

Lorsque l'amplificateur est actif, les variations de pression induites par le fonctionnement du moteur pompe principal 4 entraîne un déséquilibre des couples et une rotation de l'ensemble 1 + 2 + 3 jusqu'à retrouver un nouvel équilibre obtenu lorsque ;

THP = 2 x HP - BP Le passage du mode normal au mode amplifié se fait par 1 ' actionnement des clapets anti-retour pilotés 6 et 7, la transition étant rendue progressive par les capacités hydrauliques 8 et 9.

Les références 16 et 17 illustrent les lignes de commande électriques, hydrauliques, pneumatiques ou autres des clapets anti-retour 6 et 7, respectivement.

Selon une variante de réalisation de l'invention, non décrite en détail, on peut doser l'amplification de couple en dosant la pression au niveau de la basse pression « BP » du moteur pompe principal 4, donc dans la capacité hydraulique 8. La nouvelle pression d'équilibre de la très haute pression « THP » devient : THP = 2 x HP - BP - P8 (P8 étant la pression dans la capacité hydraulique 8)

Le système de moteur pompe hydraulique à amplification de pression débrayable décrit ci-dessus présente d'autres avantages que ceux déjà mentionnés précédemment, en particulier les avantages suivants :

il permet de réduire la taille des composants hydrauliques ,

- il n'est pas source d'une perte de rendement lorsque l'amplification n'est pas activée, parce que, dans cette situation, il ne tourne pas,

- il n'est pas non plus source d'un débit de fuite,

- il est d'une grande simplicité d ' actionnement ,

- il gère parfaitement les transitions entre le mode « normal » et le mode « amplifié », et

- il est robuste, fiable et économique.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté ci-dessus à titre d'exemple ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention.