Domaine technique de l'invention.
[0001] L'invention concerne un système hydraulique pour véhicule utilitaire, comportant
un dispositif de détection de charge (plus connu sous le terme anglais « Load Sensing
»).
État de la technique.
[0002] Les véhicules utilitaires, par exemple les tracteurs agricoles, comportent généralement
un système à détection de charge ou « Load Sensing ». Cette technologie permet de
disposer de la puissance hydraulique optimale, à tout moment, dès qu'un récepteur
hydraulique (par exemple un vérin ou tout autre type d'équipement ou outils) est sollicité.
La détection de charge permet de contrôler le débit et la pression dans le circuit
hydraulique, de sorte que le récepteur puisse recevoir quasi instantanément le débit
et la pression nécessaires à son fonctionnement.
[0003] En se rapportant à la figure 1, un tel système hydraulique comprend:
- une pompe P à débit variable. Son orifice d'admission est relié à un réservoir de
fluide Re. La pompe P comporte généralement un plateau mobile sur lequel sont fixés
les pistons de la pompe. La position du plateau, et donc le débit et la pression générés,
varie selon la sollicitation du circuit hydraulique.
[0004] Ce plateau est lui-même piloté par un vérin 1, actionné par un dispositif de commande
C. Ce type de pompe permet par exemple d'offrir un débit d'environ 100 L/min, avec
une pression de service d'environ 200 bars (10
5 Pa).
- au moins un récepteur hydraulique R relié à l'orifice de refoulement de la pompe P
par un canal de pression 10, 10'. Ce récepteur est par exemple un moteur hydraulique,
un vérin hydraulique d'un outil, etc.
- un dispositif restricteur de débit LS (ou distributeur « load sensing », ci-après
« le distributeur LS ») disposé dans le canal de pression 10, entre la pompe P et
le récepteur hydraulique R. Le distributeur LS est réglé à la valeur de commande du
récepteur hydraulique R. Il permet d'ajuster le débit de la pompe P au débit utile
Qu du récepteur R. Ce type de distributeur LS est bien connu de l'homme du métier
et ne sera pas décrit plus en détails dans la suite de la description,
- un canal de régulation 20, 20' permet de transmettre la pression de charge réelle
Pu du récepteur hydraulique R à un dispositif de commande C ajustant la pression de
refoulement de la pompe P en fonction de ladite pression de charge. Typiquement, le
dispositif de commande C ajuste la position du vérin 1 de la pompe P en fonction de
la pression de charge Pu réclamée par le récepteur hydraulique R. En pratique, le
dispositif de commande C est taré à une valeur ΔpLS. Ce type de dispositif de commande
C est bien connu de l'homme du métier et ne sera pas décrit plus en détails dans la
suite de la description.
[0005] Le fonctionnement d'un tel système hydraulique va maintenant être décrit. La pression
de charge Pu demandée par le récepteur R est envoyée au dispositif de commande C via
le canal de régulation 20, 20'. Le dispositif de commande C s'adapte à cette charge
en maintenant la pression de refoulement de la pompe P à une valeur Pp=Pu+ΔpLS. Ainsi,
pour un réglage fixé du distributeur LS, cette boucle d'asservissement permet de maintenir
une différence de pression ΔP=P
LS-Pu=Pp-Pu=ΔpLS constante aux bornes dudit distributeur LS et donc de maintenir un
débit constant Qu quelles que soient les variations de charge Pu demandées par le
récepteur R.
[0006] Cependant, certains paramètres extérieurs au distributeur LS peuvent influencer le
débit Qu. Ainsi, les pertes de charges parasites Δpa dans le canal de pression 10,
en amont du distributeur LS, dues aux flexibles, aux raccords ou autres, génèrent
une chute de pression juste devant ledit distributeur LS. Il en résulte alors une
chute du débit théorique Qu puisque la différence de pression aux bornes du distributeur
LS devient ΔP =P
LS-Pu=Pp-Δpa-Pu < ΔpLS.
[0007] De plus, la prise d'information de la pression de charge Pu peut être dégradée par
des pertes de charge parasites dans le canal de régulation 20, 20' et/ou par un débit
de fuite pouvant exister au niveau du dispositif de commande C. Dans les deux cas,
la pression de charge restituée au niveau du dispositif de commande C est plus faible
que la pression de charge réelle Pu. De fait, la pompe P fournit une pression Pp plus
faible que celle théoriquement demandée.
[0008] Pour adapter les réglages « pompes » du véhicules aux caractéristiques du distributeur
LS des outils, il est connu d'intégrer un dispositif amplificateur A' disposé dans
le canal de régulation 20, 20' du véhicule. Ce dispositif amplificateur A' est configuré
pour commander le dispositif de commande C avec une pression de charge Pu2 plus élevée
que la pression de charge réelle Pu.
[0009] On connait plus particulièrement par les documents brevets
EP 1.760.325 (AGCO) et
EP 1.783.378 (AGCO), un dispositif amplificateur consistant en un distributeur de débit combiné
à un distributeur avec tiroir de manoeuvre à deux positions et ressort de tarage.
Outre le fait qu'un tel dispositif de correction nécessite deux composants relativement
couteux (distributeur de débit + limiteur de pression) et qu'il doit être actionné
manuellement par l'opérateur, le résultat obtenu n'est pas totalement satisfaisant.
En effet, les pressions de commande du tiroir de manoeuvre ne permettent absolument
pas de compenser les pertes de charges parasites entre la pompe et le bloc de distribution.
[0010] Face à cet état des choses, le principal objectif de l'invention est de proposer
un dispositif de correction permettant de mieux compenser les effets néfastes liés
à l'environnement du distributeur LS.
[0011] Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif de correction de conception
simple et peu onéreuse.
Divulgation de l'invention.
[0012] La solution proposée par l'invention est un système hydraulique pour véhicule utilitaire,
comportant :
- une pompe à débit variable,
- au moins un récepteur hydraulique relié à l'orifice de refoulement de la pompe par
un canal de pression,
- un dispositif restricteur de débit disposé dans le canal de pression, entre la pompe
et le récepteur hydraulique, ledit dispositif restricteur étant réglé à la valeur
de commande dudit récepteur hydraulique,
- un canal de régulation permettant de transmettre la pression de charge réelle du récepteur
hydraulique à un dispositif de commande taré à une valeur de pression, ledit dispositif
de commande ajustant la pression de refoulement de la pompe en fonction de ladite
pression de charge et de ladite pression de tarage,
- un dispositif correcteur configuré pour commander le dispositif de commande avec une
pression de charge différente de la pression de charge réelle du récepteur hydraulique,
ledit dispositif correcteur consistant en un distributeur avec tiroir de manoeuvre
à deux positions et ressort de tarage, ledit distributeur comportant au moins un orifice
de sortie relié au dispositif de commande par le canal de régulation.
[0013] Ce système est remarquable en ce que :
- une première extrémité du tiroir de manoeuvre est soumise à la pression au niveau
de l'orifice de sortie du dispositif restricteur de débit et à la pression du ressort
de tarage,
- une seconde extrémité du tiroir de manoeuvre est soumise à la pression au niveau de
l'orifice d'entrée du dispositif restricteur de débit.
[0014] Comme cela est expliqué plus après dans la description, de telles pressions de commande
du tiroir de manoeuvre permettent de compenser efficacement les pertes de charges
parasites et de garder un débit constant, ou quasi constant, aux bornes du dispositif
restricteur de débit quels que soient les effets liés à son environnement.
[0015] Selon une première variante de réalisation, le dispositif correcteur comporte une
première entrée mise à l'échappement, et une seconde entrée reliée au canal de pression
en amont du dispositif restricteur de débit, la seconde extrémité du tiroir de manoeuvre
étant soumise à la pression au niveau de l'orifice d'entrée dudit dispositif restricteur
de débit.
[0016] Dans cette première variante, la seconde entrée peut être reliée au canal de pression,
au niveau de l'orifice de refoulement de la pompe ou à proximité de l'orifice d'entrée
du dispositif restricteur de débit.
[0017] Selon une seconde variante de réalisation, le dispositif correcteur comporte une
première entrée reliée au canal de pression en aval du dispositif restricteur de débit,
et une seconde entrée reliée au canal de pression en amont dudit dispositif restricteur
de débit, la seconde extrémité du tiroir de manoeuvre étant soumise à la pression
au niveau de l'orifice d'entrée dudit dispositif restricteur de débit.
[0018] Dans cette seconde variante, la seconde entrée peut être reliée au canal de pression,
au niveau de l'orifice de refoulement de la pompe, ou à proximité de l'orifice d'entrée
du dispositif restricteur de débit. Et préférentiellement, la valeur de tarage ΔpLS
du dispositif de commande et la valeur de tarage X du ressort du dispositif correcteur
A sont telles que : ΔpLS-5(bars)<X<ΔpLS.
[0019] Selon une troisième variante de réalisation, le dispositif correcteur comporte une
première entrée reliée au canal de pression en aval du dispositif restricteur de débit,
et une seconde entrée reliée au canal de pression en amont du dispositif restricteur
de débit, la seconde extrémité du tiroir de manoeuvre étant soumise à la pression
de l'orifice de sortie du dispositif correcteur.
Description des figures.
[0020] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture
de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux
dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels
:
- la figure 1 précitée schématise un système hydraulique à détection de charge et correcteur,
du type connu de l'art antérieur,
- la figure 2 schématise un système hydraulique conforme à l'invention, selon une première
variante, dans un premier mode de réalisation,
- la figure 3 schématise un système hydraulique conforme à l'invention, selon la première
variante, dans un second mode de réalisation,
- la figure 4 schématise un système hydraulique conforme à l'invention, selon une seconde
variante, dans un premier mode de réalisation,
- la figure 5 schématise un système hydraulique conforme à l'invention, selon la seconde
variante, dans un second mode de réalisation,
- la figure 6 schématise un système hydraulique conforme à l'invention, selon une troisième
variante, dans un premier mode de réalisation,
- la figure 7 schématise un système hydraulique conforme à l'invention, selon la troisième
variante, dans un second mode de réalisation.
Modes de réalisation de l'invention.
[0021] Le système hydraulique objet de l'invention est particulièrement destiné à être utilisé
dans un véhicule utilitaire du type engin de chantier ou tracteur. Il convient particulièrement
à des véhicules agricoles tels que les équipements tractés ou portés par un tracteur
agricole réutilisant ses sources hydrauliques.
[0022] Lorsque des éléments du système hydraulique sont « connectés » ou « reliés » entre
eux, on entend, au sens de la présente invention, que des conduit(e)s permettent de
faire circuler le fluide d'un élément à l'autre.
[0023] Conformément à l'invention, et comme schématisé sur les figures 2 à 7, le dispositif
correcteur A (ci-après « le correcteur ») consiste en un distributeur comportant un
tiroir de manoeuvre 30 mobile entre au moins deux positions I, II. Chaque extrémité
31, 32 du tiroir 30 est soumise à une pression de commande. Une première extrémité
31 est en outre soumise à la pression X d'un ressort de tarage 310. La valeur de X
dépend de la configuration du circuit hydraulique et peut être par exemple réglée
entre 1 bar et 50 bars. La conception et le fonctionnement d'un tel distributeur sont
connus de l'homme du métier et ne seront pas décrits plus en détails dans la suite
de la description. Le correcteur A comporte au moins un orifice de sortie S relié
au dispositif de commande C par le canal de régulation 20, 20'. Dans les modes de
réalisation des figures 2 à 7, le correcteur A comporte en outre deux entrées e1,
e2. Dans la première position I, la seconde entrée e2 est reliée à la sortie S, tandis
que dans la seconde position II, la première entrée e1 est reliée à ladite sortie.
Le distributeur est donc préférentiellement un distributeur 3/2 (3 voies et 2 positions).
Le ressort de tarage 310 est disposé au niveau de la première extrémité 31 du tiroir
30 de sorte que ce dernier tende à se positionner selon la première position I.
[0024] Trois variantes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrites plus
en détails.
1) Première variante de réalisation (figures 2 et 3).
[0025] Dans cette variante préférée de réalisation, la première entrée e1 du correcteur
A est mise à l'échappement, en étant en pratique reliée au réservoir Re. La seconde
entrée e2 est reliée au canal de pression 10, en amont du distributeur LS, au niveau
de l'orifice d'entrée dudit distributeur (figure 3) ou préférentiellement à proximité
(sensiblement au même niveau) de l'orifice de refoulement de la pompe P (figure 2)
pour avoir la pression maximale du circuit.
[0026] La première extrémité 31 du tiroir 30 est soumise à la pression Pu au niveau de l'orifice
de sortie (ou pression de charge réelle) du distributeur LS et à la pression X du
ressort de tarage 310. La seconde extrémité 32 du tiroir 30 est soumise à la pression
P
LS au niveau de l'orifice d'entrée du distributeur LS.
[0027] Lorsque le récepteur R n'est pas sollicité, le distributeur LS est inactif et le
débit Qu=0. Et la pression Pu est nulle. La pompe P fonctionnant, la pression P
LS augmente et devient supérieure à la pression de tarage X. Le tiroir 30 bascule dans
la seconde position II où la première entrée e1 est reliée à la sortie S. Dans cette
position, la première entrée e1 étant reliée au réservoir Re, alors la pression Pu2=0
au niveau de l'orifice de sortie S du correcteur A. Donc la pression d'attente de
la pompe P est Pp=ΔpLS.
[0028] Dans le cas où X>ΔpLS, le tiroir 30 reste dans la première position I où la seconde
entrée e2 est reliée à la sortie S. Dans cette position, la seconde entrée e2 étant
reliée au canal de pression 10, la pression Pu2 augmente de sorte que la pression
Pp de la pompe P augmente jusqu'à atteindre la valeur X. Donc la pression d'attente
de la pompe P est Pp=X.
[0029] Lorsque le récepteur R est sollicité, le distributeur LS est actif et laisse passer
un débit Qu. Etant donné que la pression Pu augmente, le tiroir 30 se positionne dans
la première position I où la seconde entrée e2 est reliée à la sortie S. Dans cette
position, la seconde entrée e2 étant reliée au canal de pression 10, la pression Pu2
augmente entrainant de fait une augmentation de pression Pp de la pompe P. Le correcteur
A s'équilibre dès que P
LS=Pu+X et ΔP=P
LS-Pu=X. La différence de pression ΔP aux bornes du distributeur LS reste donc constante
et indépendante de l'environnement du circuit hydraulique. Ainsi, pour un réglage
de débit donné du distributeur LS, celui-ci est conservé, quelles que soient les pertes
de charges parasites en amont dudit distributeur LS et/ou les pertes de charges parasites
dans le canal de régulation 20, 20'.
[0030] En écrivant l'équilibre des pressions dans le circuit hydraulique, il apparaît que
:
- PLS=Pp-Δpa (pertes de charges parasites dans le canal de pression 10, en amont du distributeur
LS)
- PLS=Pu+X
- Pp=Pu2-Δpc+ΔpLS (Δpc=pertes de charges parasites dans le canal de régulation 20',
en aval du correcteur A)
⇒ Pu2=Pp+Δpc-ΔpLS=PLS+Δpa+Δpc-ΔpLS= Pu+X+Δpa+Δpc-ΔpLS
[0031] L'intérêt supplémentaire de ce mode de réalisation réside dans son action à double
sens. Lorsque X>ΔpLS, le correcteur A joue le rôle d'amplificateur de signal pour
compenser les pertes de charges dues à l'environnement du circuit hydraulique (pertes
de charges parasites dans canal de pression 10 et/ou dans canal de régulation 20',
...). Lorsque X<ΔpLS, le correcteur A joue le rôle de réducteur de signal pour compenser,
par exemple, un réglage initial trop important du ΔpLS du dispositif de commande C.
2) Seconde variante de réalisation (figures 4 et 5).
[0032] Dans cette variante de réalisation, la première entrée e1 du correcteur A est reliée
au canal de pression 10' en aval du distributeur LS, en particulier au niveau de l'orifice
de sortie dudit distributeur. Comparée à la première variante (figures 2 et 3) où
la première entrée e1 est reliée au réservoir Re, cette configuration diminue le nombre
de connexions, en évitant la liaison audit réservoir.
[0033] La seconde entrée e2 est reliée au canal de pression 10, en amont du distributeur
LS, à proximité de l'orifice d'entrée dudit distributeur (figure 5) ou préférentiellement
à proximité (sensiblement au même niveau) de l'orifice de refoulement de la pompe
P (figure 4).
[0034] La première extrémité 31 du tiroir 30 est soumise à la pression Pu au niveau de l'orifice
de sortie (ou pression de charge réelle) du distributeur LS et à la pression X du
ressort de tarage 310. La seconde extrémité 32 du tiroir 30 est soumise à la pression
P
LS au niveau de l'orifice d'entrée du distributeur LS.
[0035] Lorsque le récepteur R n'est pas sollicité, le distributeur LS est inactif : le débit
Qu=0 et la pression Pu=0. La pompe P fonctionnant, la pression P
LS augmente et devient supérieure à la pression de tarage X. Le tiroir 30 bascule dans
la seconde position II où la première entrée e1 est reliée à la sortie S. Dans cette
position, la première entrée e1 étant reliée à la borne de sortie du distributeur
LS, la pression Pu2=Pu=0 au niveau de l'orifice de sortie S du correcteur A. Donc
la pression d'attente de la pompe P est Pp=ΔpLS.
[0036] Lorsque le récepteur R est sollicité, le distributeur LS est actif et laisse passer
un débit Qu. Etant donné que la pression Pu augmente, le tiroir 30 se positionne dans
la première position I où la seconde entrée e2 est reliée à la sortie S. Dans cette
position, la seconde entrée e2 étant reliée au canal de pression 10, la pression Pu2
augmente entrainant de fait une augmentation de pression Pp de la pompe P. Le correcteur
A s'équilibre dès que P
LS=Pu+X et ΔP=P
LS-Pu=X. La différence de pression ΔP aux bornes du distributeur LS reste donc constante
et indépendante de l'environnement du circuit hydraulique. Ainsi, pour un réglage
de débit donné du distributeur LS, celui-ci est conservé, quelles que soient les pertes
de charges parasites en amont du distributeur LS et/ou les pertes de charges parasites
dans le canal de régulation 20, 20'.
[0037] La demanderesse a mis en évidence que pour un réglage de la valeur X de tarage telle
que : ΔpLS-5(bars)<X<ΔpLS, alors le fonctionnement du système hydraulique est optimal.
3) Troisième variante de réalisation (figures 6 et 7).
[0038] Dans cette variante de réalisation, la première entrée e1 du correcteur A est reliée
au canal de pression 10' en aval du distributeur LS, en particulier au niveau de l'orifice
de sortie dudit distributeur. La seconde entrée e2 est reliée au canal de pression
10, en amont du distributeur LS, à proximité de l'orifice d'entrée dudit distributeur
(figure 7) ou préférentiellement à proximité (sensiblement au même niveau) de l'orifice
de refoulement de la pompe P (figure 6).
[0039] La première extrémité 31 du tiroir 30 est soumise à la pression Pu (ou pression de
charge réelle) au niveau de l'orifice de sortie du distributeur LS et à la pression
X du ressort de tarage 310. La seconde extrémité 32 du tiroir 30 est soumise à la
pression Pu2 au niveau de l'orifice de sortie S du correcteur A.
[0040] Lorsque le récepteur R n'est pas sollicité, le distributeur LS est inactif : le débit
Qu=0 et la pression Pu=0. Le correcteur A agit comme un réducteur de pression en maintenant
Pu2=X. Donc la pression d'attente de la pompe P est Pp=Pu2+ΔpLS=X+ΔpLS.
[0041] Lorsque le récepteur R est sollicité, le distributeur LS est actif et laisse passer
un débit Qu. L'équilibre des pressions au niveau du correcteur A donne: Pu2=Pu+X.
La pression au niveau du refoulement de la pompe P devient :

[0042] En écrivant l'équilibre des pressions dans le circuit hydraulique, il apparaît que
:
- PLS=Pp-Δpa (pertes de charges parasites dans le canal de pression 10, en amont du distributeur
LS)
- Pp=Pu2-Δpc+ΔpLS (Δpc=pertes de charges parasites dans le canal de régulation 20, en
aval du correcteur A)
- Pu2=Pu+X
⇒ La différence de pression aux bornes du distributeur LS : ΔP=PLS-Pu=X-Δpc-Δpa+ΔpLS
[0043] Les X bars rajoutés par le correcteur A permettent de compenser les pertes de charges
en amont et en aval du distributeur LS.
1. Système hydraulique pour véhicule utilitaire, ledit système comportant:
- une pompe (1) à débit variable,
- au moins un récepteur hydraulique (R) relié à l'orifice de refoulement de la pompe
(P) par un canal de pression (10, 10'),
- un dispositif restricteur de débit (LS) disposé dans le canal de pression (10),
entre la pompe (P) et le récepteur hydraulique (R), ledit dispositif restricteur étant
réglé à la valeur de commande dudit récepteur hydraulique,
- un canal de régulation (20, 20') permettant de transmettre la pression de charge
réelle (Pu) du récepteur hydraulique (R) à un dispositif de commande (C) taré à une
valeur de pression (ΔpLS), ledit dispositif de commande ajustant la pression de refoulement
de la pompe (P) en fonction de ladite pression de charge (Pu) et de ladite pression
de tarage (ΔpLS),
- un dispositif correcteur (A) configuré pour commander le dispositif de commande
(C) avec une pression de charge (Pu2) différente de la pression de charge réelle (Pu)
du récepteur hydraulique (R), ledit dispositif correcteur consistant en un distributeur
avec tiroir de manoeuvre (30) à deux positions (I, II) et ressort de tarage (310),
ledit distributeur comportant au moins un orifice de sortie (S) relié au dispositif
de commande (C) par le canal de régulation (20, 20'),
se caractérisant par le fait que :
- une première extrémité (31) du tiroir de manoeuvre (30) est soumise à la pression
( Pu) au niveau de l'orifice de sortie du dispositif restricteur de débit (LS) et
à la pression (X) du ressort de tarage (310),
- une seconde extrémité (32) du tiroir de manoeuvre (30) est soumise à la pression
(PLS) au niveau de l'orifice d'entrée du dispositif restricteur de débit (LS).
2. Système selon la revendication 1, dans lequel:
- le dispositif correcteur (A) comporte :
• une première entrée (e1) mise à l'échappement,
• une seconde entrée (e2) reliée au canal de pression (10) en amont du dispositif
restricteur de débit (LS),
- la seconde extrémité (32) du tiroir de manoeuvre (30) est soumise à la pression
(PLS) au niveau de l'orifice d'entrée du dispositif restricteur de débit (LS).
3. Système selon la revendication 2, dans lequel la seconde entrée (e2) est reliée au
canal de pression (10), à proximité de l'orifice de refoulement de la pompe (P).
4. Système selon la revendication 2, dans lequel la seconde entrée (e2) est reliée au
canal de pression (10), au niveau de l'orifice d'entrée du dispositif restricteur
de débit (LS).
5. Système selon la revendication 1, dans lequel:
- le dispositif correcteur (A) comporte :
• une première entrée (e1) reliée au canal de pression (10') en aval du dispositif
restricteur de débit (LS),
• une seconde entrée (e2) reliée au canal de pression (10) en amont du dispositif
restricteur de débit (LS),
- la seconde extrémité (32) du tiroir de manoeuvre (30) est soumise à la pression
(PLS) au niveau de l'orifice d'entrée du dispositif restricteur de débit (LS).
6. Système selon la revendication 5, dans lequel la seconde entrée (e2) est reliée au
canal de pression (10), à proximité de l'orifice de refoulement de la pompe (P).
7. Système selon la revendication 5, dans lequel la seconde entrée (e2) est reliée au
canal de pression (10), au niveau de l'orifice d'entrée du dispositif restricteur
de débit (LS).
8. Système selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel la valeur de tarage (ΔpLS)
du dispositif de commande (C) et la valeur de tarage (X) du ressort (310) du dispositif
correcteur (A) sont telles que :