DISPOSITIF DE COMMUTATION AUTOMATIQUE DE CYLINDRÉE D'UNE MACHINE À PISTONS AXIAUX

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL

[0001] L'invention concerne un dispositif de contrôle de cylindrée d'une machine à pistons axiaux à cylindrée variable.

[0002] En particulier, l'invention concerne un dispositif pour une machine permettant de commuter automatiquement entre une petite et une grande cylindrée par variation d'inclinaison de plateau, en fonction de certaines pressions.

ETAT DE L'ART

[0003] Les machines à pistons axiaux sont des machines pouvant fonctionner soit en pompe, soit en moteur. Pour cela (voir figure 1), la machine comprend :

• un bloc-cylindre BC composé d'une pluralité de cylindres C répartis en cercle autour d'un axe de rotation R-R',
• une série de pistons Q1, Q2, ..., répartis en cercle autour du même axe de rotation R-R', guidés à coulisser axialement respectivement dans les cylindres C du bloc-cylindres BC et reliés chacun à deux conduits d'huiles d'admission et de refoulement,
• un plateau inclinable IP, monté à rotation relativement au bloc-cylindre BC, qui sert d'appui à l'extrémité des pistons Q1, Q2,... externes aux cylindres C,

[0004] L'inclinaison du plateau est variable par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation R-R' grâce à des vérins V1, V2 et permet de régler la course des pistons Q et donc de la cylindrée (voir figures 2a et 2b, pour respectivement la petite et la grande cylindrée). La machine complète intègre plusieurs éléments. Dans un boîtier commun comprenant un couvercle se trouve à la fois la structure pompe/moteur BC, Q1, Q2, avec le plateau IP, et des moyens hydrauliques qui permettent d'une part de contrôler les arrivées et les retours d'huile vers les pistons Q et d'autre part de contrôler l'inclinaison du plateau IP pour faire varier la cylindrée.

[0005] Ces moyens hydrauliques comprennent deux unités distinctes S1 (contrôle des pressions), S2 (pilotage du plateau) pour ces deux fonctions, qui utilisent des valves et des liaisons complexes.
Or, ces moyens hydrauliques (et ses deux unités) doivent être intégrés dans le boitier et en particulier dans le couvercle.

[0006] En référence à la figure 3, l'unité S1 comprend typiquement un distributeur quatre ports, trois positions.

[0007] Quant à l'unité S2 de pilotage du plateau, elle se décline sous plusieurs modes de réalisation : la commutation non-automatique et automatique.

Commutation non-automatique

[0008] Les figures 4a, 4b, 4c présentent respectivement une section latérale, frontale et un schéma hydraulique d'une machine telle qu'existant dans l'art antérieur. La figure 4d représente un tel système S2 en trois dimensions. Les systèmes S1, S2 ont été identifiés sur les figures. Les deux sont situés dans le même plan.

[0009] L'unité S2 comprend une valve de pilotage cinq ports et deux positions qui permettent :

• dans une position standard de mettre les vérins d'inclinaison sous une mise à vide, vers le réservoir par exemple,
• dans une position pilotée d'alimenter les vérins d'inclinaison V1, V2 respectivement sous pression P1 et P2, en fonction du sens de fonctionnement : l'une des lignes sera en haute pression et l'autre sera en basse pression. Les pressions P1 et P2 peuvent s'inverser si la machine fonctionne en sens inverse, ou si la machine est en traction ou en retenue).

[0010] Le pilotage est effectué par une ligne de pression de commande Ps indépendante elle aussi.

[0011] Dans ce mode de réalisation, le pilotage est uniquement contrôlé par la ligne de pression de commande Ps.

[0012] Sur la figure 4d, on remarque un boitier B1 qui loge un tiroir de pilotage B2 pouvant être commuté selon un axe de commutation Δ entre deux positions par une pression de commande Ps. Un ressort B3 s'oppose au mouvement dudit tiroir B2. La commutation se fait si la force Fd exercée par l'huile sous pression Ps est plus importante que la force d'opposition Fo du ressort B3.

Commutation automatique

[0013] Les figures 5a, 5b, 5c, 5d présentent respectivement une section latérale, frontale et un schéma hydraulique d'une machine telle qu'existant dans l'art antérieur. Dans ce mode de réalisation, la machine comprend une unité d'automatisation S3 supplémentaire. Comme on peut le voir sur la figure 4a, cette unité S3 ne se situe pas dans le même plan que les autres et nécessite une adaptation assez lourde de l'architecture par rapport à la machine des figures 4a, 4b et 4d.

[0014] Le document WO 2007/115828 décrit un tel dispositif.

[0015] L'unité S3 comprend une valve deux ports une position en position bloquée par défaut et pilotée par une ligne qui est contrôlée par la pression la plus élevée parmi P1 et P2. La valve de l'unité S3 comprend une goupille, un tiroir et un ressort que la goupille peut compresser en entrainant le tiroir en translation. En condition de travail légère, la pression du moteur diminue et la charge hydraulique de l'huile qui agit sur la goupille est inférieure à la valeur du ressort. Le tiroir devient bloquant et les circuits de deux vérins ne se déchargent plus via l'unité S3 vers le réservoir. La pression dans ces circuits augmente alors. Le plateau se déplace de sa configuration de cylindrée maximale à sa configuration de cylindrée minimale. Inversement, en condition de travail difficile, la charge hydraulique augmente et le tiroir ne bloque pas. L'huile des circuits de vérins se décharge alors dans le réservoir et le plateau récupère sa configuration de cylindrée maximale.

[0016] Alternativement, comme représenté sur la figure 6, le document Kayaba JPH01116301 (ou publié sous JP 2654953) présente un autre mode de réalisation S2' de l'unité de pilotage du plateau.

[0017] Cette unité S2' comprend un boîtier A1 qui loge un tiroir de pilotage A2 pouvant être commuté selon un axe de commutation Δ entre deux positions par une pression de commande Ps:

• une position de travail dans laquelle le tiroir de pilotage assure une liaison entre une entrée recevant une pression d'alimentation et une sortie reliée au vérin V1 (ou V2),
• une position de repos dans laquelle le tiroir de pilotage A2 interrompt ladite liaison.

[0018] Le tiroir A2 est maintenu en position de repos un ressort A3, relié à une extrémité du tiroir A2 et à un bouchon A4. Le ressort A3 exerce une force selon l'axe Δ qui tend à éloigner le tiroir A2 du bouchon A4. Le bouchon A4 ferme le boitier de façon étanche.

[0019] En outre, entre le bouchon A4 et le tiroir A2 se trouve une cavité A5 qui peut recevoir l'huile de la pression de commande Ps. L'huile sous pression de commande Ps exerce une force sur le tiroir A2 colinéaire de même sens que le ressort A3.

[0020] Le boîtier A1 comprend une arrivée d'huile sous pression Pm au niveau d'une autre extrémité du tiroir A2, qui peut exercer une force sur le tiroir, de sens contraire à celle du ressort A3 exercée sur le tiroir A2.

[0021] De cette façon, le déplacement du tiroir A2 dépend des pressions Pm, Ps et du ressort A3. En particulier, lorsque la force exercée par la pression Ps est inférieure à celle exercée par le ressort A3, le tiroir A2 est maintenu en position de repos. Lorsque cette pression augmente, elle permet de déplacer le tiroir A2 en comprimant le ressort A3.

[0022] Lorsque l'on active la pression de commutation Pm, le positionnement du tiroir A2 s'effectue automatiquement en fonction de la valeur de cette pression de commutation Pm. Néanmoins, il n'est pas permis d'obtenir une correspondance simple entre la position du tiroir A2 et les valeurs des pressions A6 et Ps.

[0023] En effet, lorsque le ressort A3 est comprimé au maximum par la pression Ps, la pression de commutation Pm nécessaire pour déplacer le tiroir A2 vers sa position de repos sera inférieure à celle nécessaire pour maintenir le tiroir A2 dans sa position de repos, à cause de l'allongement du ressort A3, qui voit ipso facto sa force diminuer quand son allongement augmente (ressort maintenu en compression).

[0024] Cela pose des problèmes de contrôle de pression et d'ajustement du tiroir A2.

[0025] Ainsi, quelles que soient les unités de pilotage S2 décrites précédemment, aucune n'est pleinement satisfaisante. La première complique et modifie grandement l'architecture de la pompe par rapport à des versions dites standard, et la deuxième présente des problèmes de contrôle.

PRESENTATION DE L'INVENTION

[0026] La présente invention est définie dans les revendications indépendantes qui suivent. Des variantes préférées sont définies dans les revendications dépendantes. L'invention propose un dispositif de contrôle de cylindrée d'une machine à pistons axiaux comprenant un boitier qui loge une unité de pilotage comprenant :

• un tiroir de pilotage de cylindrée adapté pour être commuté entre deux positions par une pression de commande selon un axe de coulissement :

  ∘ une position de travail dans laquelle le tiroir de pilotage assure une liaison entre au moins une entrée recevant une pression d'alimentation et une sortie reliée à un vérin de réglage d'inclinaison de ladite machine, et

  ∘ une position de repos dans laquelle le tiroir de pilotage interrompt la liaison entre ladite entrée et ladite sortie, et

• des moyens de commutation adaptés pour faire varier la position du vérin de réglage,
• un ressort,

dans lequel :

∘ lesdits moyens de commutation comprennent un second tiroir de commutation, coaxial au tiroir de pilotage,

∘ une pression de commutation exerce une force axiale sur le second tiroir en direction du tiroir de pilotage,

∘ le ressort exerce une force axiale sur les deux tiroirs, qui tend à les éloigner l'un de l'autre,

∘ une pression de commande exerce une force axiale sur le tiroir de pilotage en direction du second tiroir.

[0027] L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

• Le tiroir de pilotage comprend au moins une gorge circulaire et le tiroir possédant deux extrémités,
• Le second tiroir comprend une tête et un corps, la tête coulissant dans un bouchon situé sur l'axe de coulissement,
• La force axiale de la pression de commande est exercée via de l'huile par une ligne de pression de commande dans une cavité formée par le boitier et la première extrémité du piston,
• Le ressort exerce sa force sur le corps du second tiroir et sur la deuxième extrémité du tiroir de pilotage,
• La force axiale de la pression de commutation est exercée via de l'huile par une ligne de pression de commutation dans une cavité formée par ledit bouchon et la tête du second tiroir,
• la deuxième extrémité du tiroir de pilotage comprend un évidement dans lequel le ressort est partiellement logé,
• le corps du second tiroir est apte à venir au contact de la deuxième extrémité du tiroir de pilotage lorsque le ressort est comprimé à l'intérieur dudit évidement du tiroir de pilotage.

[0028] L'invention propose aussi une machine à pistons axiaux comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boitier comprend :

• une première entrée, une première sortie, une seconde entrée, une seconde sortie,
• le tiroir de pilotage comprend deux gorges parallèles,

dans laquelle en position de travail, le tiroir de pilotage permet de relier la première entrée à la première sortie via la première gorge et la seconde entrée à la seconde sortie via la seconde gorge.

[0029] L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

• la pression de commutation est la pression d'alimentation de la machine,
• la ligne de pression de commande comprend une restriction, de préférence un orifice de 0,5 mm de diamètre.

[0030] Enfin, l'invention propose un procédé d'utilisation d'un dispositif ou d'une machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :

a. Si l'on n'applique pas de pression de commande, alors le tiroir de pilotage est maintenu en position de repos par le ressort,

b. Si l'on applique une pression de commande alors le changement de cylindrée se fait automatiquement selon la charge appliquée à la machine:

i. Si la force exercée par la pression de commande est supérieure à la force exercée par la pression de commutation, alors le tiroir de pilotage est en position de travail,

ii. Si la force exercée par la pression de commande est inférieure à la force exercée par la pression de commutation, alors le tiroir de pilotage est en position de repos.

[0031] Le procédé peut comprendre les caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :

• le tiroir de pilotage en position de repos, respectivement de travail, signifie que la machine est à grande cylindrée, respectivement petite cylindrée,
• la pression de commande est constante,
• la pression de commutation est variable,
• la pression de commande est comprise entre 20 et 40 bars,
• la pression de commutation est comprise entre 40 et 250 bars et dépend de la charge de la machine.

PRESENTATION DES FIGURES

[0032] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :

• La figure 1 présente une machine à pistons axiaux à cylindrée variable,
• Les figures 2a, 2b présentent le plateau selon les deux états (respectivement petite et grande cylindrée),
• La figure 3 représente un schéma hydraulique d'une machine telle qu'existant dans l'art antérieur,
• Les figures 4a à 4c présentent respectivement une section latérale, frontale et un schéma hydraulique d'une machine telle qu'existant dans l'art antérieur,
• La figure 4d représente une unité de pilotage conforme à l'art antérieur des figures 4a à 4c,
• Les figures 5a, 5b, 5c, 5d présentent respectivement une section latérale, frontale et un schéma hydraulique d'une machine telle qu'existant dans l'art antérieur selon un autre mode de réalisation,
• La figure 6 représente une unité de pilotage de l'art antérieur, selon encore un autre mode de réalisation,
• La figure 7 présente une machine avec un dispositif conforme à un des modes de réalisation de l'invention,
• Les figures 8 et 9 présentent une vue grossie du dispositif de l'invention dans deux positions différentes,
• Les figures 10a, 10b présentent deux modes de réalisation de schémas hydrauliques du circuit et d'unité de contrôle des pressions,
• Les figures 11a, 11b représentent le tiroir respectivement en position de repos et de travail.

DESCRIPTION DETAILLEE

[0033] En référence aux figures 7, 8, 9 et 10a, 10b, un mode de réalisation de l'invention va être décrit.

[0034] Le dispositif 10 est une unité de pilotage du plateau S2, intégrée à une machine à pistons axiaux 20 de cylindrées variables par inclinaison du plateau. Le dispositif 10 est un sélecteur disposé dans un circuit hydraulique 30 (voir figure 10a, 10b), le circuit étant essentiellement similaire à celui décrit en introduction (cf. EP 2 592 263). Le circuit hydraulique 30 comprend une première ligne de vérin 31 et une deuxième ligne de vérin 32, reliées aux respectivement aux vérins 31a et 32a qui permettent l'inclinaison du plateau 21 en fonction des pressions auxquelles elles sont soumises.

[0035] Le dispositif 1 possède deux positions : dans une position de repos, les deux lignes de vérin 31, 32 sont mises à vides, dans une position de travail, les deux lignes de vérin 31, 32 sont mises sous pression.

[0036] Une première ligne d'alimentation 33 relie une unité S1 de contrôle des pressions aux pistons de la machine 20 et une deuxième ligne d'alimentation 34 relie les pistons de la machine 20 à l'unité S1. On précise que les rôles peuvent être inversés selon le sens de fonctionnement de la machine (marche avant ou marche arrière). Les lignes d'alimentation 33, 34 sont alimentées à des pressions P1, P2. Une unité S1 de contrôle des pressions répartit les pressions P1, P2 dans les lignes d'alimentation 33, 34. En fonction de l'utilisation (moteur, pompe, marche avant, marche arrière), chaque ligne 33, 34 peut amener ou récupérer l'huile, à haute ou basse pression.
Le dispositif 10 est typiquement logé dans un boitier 23 de la machine 20, le boitier comprenant une première sortie 101, une deuxième sortie 103, une première entrée 102, une deuxième entrée 104 (voir figures 11a, 11b). La première sortie 101 du boitier 23 est reliée à la première ligne de vérin 31 et la deuxième sortie 103 est reliée à la deuxième ligne de vérin 32.
On notera que le dispositif 10 fonctionne de façon similaire avec une seule entrée et sortie au lieu des deux entrées et sorties 101, 102, 103, 104.

[0037] Le dispositif 10 de contrôle de cylindrée d'une machine 20 à pistons axiaux comprend donc le boitier 23 qui loge une unité de pilotage S1 comprenant :

∘ Un tiroir de pilotage de cylindrée 110 adapté pour être commuté entre deux positions par une pression de commande Ps selon un axe de coulissement Δ:

▪ une position de repos (figure 11a) dans laquelle le tiroir de pilotage 110 interrompt la liaison entre ladite entrée 102, 104 et ladite sortie 101, 103, et

▪ une position de travail (figure 11b) dans laquelle le tiroir de pilotage 110 assure une liaison entre au moins une entrée 102, 104 recevant une pression d'alimentation et une sortie 101, 103 reliée à un vérin de réglage d'inclinaison de ladite machine 31a, 31b, et

∘ des moyens de commutation adaptés pour faire varier la position du vérin de réglage (31a, 31b),

∘ un ressort 140.

[0038] Ces différents éléments sont agencés de la façon suivante :

∘ lesdits moyens de commutation comprennent :

▪ un second tiroir de commutation 130, coaxial au tiroir de pilotage 110,

▪ une pression de commutation Pm qui exerce une force axiale sur le second tiroir 130 en direction du tiroir de pilotage 110,

∘ le ressort 140 exerce une force axiale sur les deux tiroirs 110, 130 qui tend à les éloigner l'un de l'autre,

∘ une pression de commande Ps exerce une force axiale sur le tiroir de pilotage 110 en direction du second tiroir 130.

[0039] Plus précisément, le tiroir de pilotage 110 possède deux extrémités 110a, 110b. Le tiroir de pilotage 110 comprend au moins une gorge circulaire 111, 112, et préférablement comme mentionné précédemment une première gorge 111 qui relie la première entrée 102 à la première sortie 101 et une deuxième gorge 112 qui relie la deuxième entrée 104 à la deuxième sortie 103.

[0040] Le second tiroir 130 comprend une tête 131 et un corps 132, la tête coulissant dans un bouchon 120 situé sur l'axe de coulissement Δ.

[0041] La force axiale de la pression de commande Ps est exercée via de l'huile par une ligne de pression de commande 105 dans une cavité formée par le boitier 23 et la première extrémité du piston 110a. Le ressort 140 exerce sa force sur le corps 132 du second tiroir 130 et sur la deuxième extrémité du tiroir de pilotage 110. Cette ligne de pression de commande 105 est typiquement de mode on/off, c'est-à-dire qu'on applique alternativement une pression Ps ou aucune pression.
La ligne de pression de commande 105 peut comprendre une restriction, de préférence un orifice de 0,5 mm de diamètre.
La force axiale de la pression de commutation Pm est exercée via de l'huile par une ligne de pression de commutation 121 dans une cavité 122 formée par ledit bouchon 120 et la tête 131 du second tiroir 130. La ligne de pression de commutation 121 se trouve dans ledit bouchon 120.

[0042] Dans le cas où l'on dispose de deux entrées et sorties 101, 102, 103, 104, la première ligne d'alimentation 33 est piquée par un premier prélèvement 33a pour alimenter la première entrée 102 et la deuxième ligne d'alimentation 34 est piquée par deuxième prélèvement 34a pour alimenter la deuxième entrée 104.

[0043] Le boitier 23 guide le tiroir de pilotage 110. La première extrémité 110a du tiroir de pilotage 110 et le boitier 23 forment une cavité 113, de taille variable selon la position du tiroir de pilotage 110. La ligne de pression de déplacement 105 alimente ladite cavité 113 en huile sous pression de commande Ps. Préférablement, lorsque le mode automatique est activé, la pression de commande Ps est constante. De plus, elle est typiquement comprise entre 20 et 40 bars. De cette façon, le dispositif 10 est tel que l'huile sous pression exerce une force de déplacement Fd sur le tiroir de pilotage 110 selon l'axe de coulissement Δ, en direction du second tiroir 130.
Alternativement, la pression Ps est réglable par l'utilisateur pour paramétrer le fonctionnement de la machine.
Comme mentionné précédemment, la communication entre les entrées 102, 104 et sorties 101, 103 respectivement se fait par les deux gorges circulaires 111, 112 (voir figures 8, 9 et 11a pour la position de repos, et figure 11b pour la position de travail - seule la gorge 111 est présentée) dessinées sur le tiroir de pilotage 110 lorsque la cavité 113 est soumise à la pression de commande Ps. Ces gorges 111, 112 ont aussi une fonction de limiteur de débit.

[0044] Le second tiroir 130 coulisse dans le bouchon 120 selon l'axe de coulissement Δ, ce qui signifie que les déplacements du tiroir de pilotage 110 et du second tiroir 130 sont colinéaires. Le bouchon 120 guide ainsi le second tiroir 130. La tête 131 et le bouchon 120 forme une cavité 122, de taille variable selon la position du second tiroir 130. La ligne de pression de commutation 121 alimente ladite cavité 122 en huile sous pression de commutation Pm. La pression de commutation Pm correspond typiquement à l'une des pressions P1, P2 d'alimentation de la machine 20. Elle est donc variable en fonction de la charge de la machine 20. Elle est comprise typiquement entre 40 et 250 bars.
De cette façon, le dispositif 10 est tel que l'huile sous pression de commutation Pm dans la cavité 122 exerce une contre-force Fc sur la tête 131 du second tiroir 130 selon l'axe de coulissement Δ, en direction du tiroir de pilotage 110.

[0045] Le ressort 140, comme mentionné précédemment, est situé entre la deuxième extrémité 110b du tiroir de pilotage 110 et le corps 132 du second tiroir 130. Par l'architecture du dispositif 10, le ressort 140 exerce des forces de poussée (il est en permanence en compression).
Le ressort 140 baigne dans l'huile. Pour cela, un circuit de drainage 150 permet d'alimenter en huile la zone du ressort 140.

[0046] Selon un mode de réalisation préféré, la deuxième extrémité 110b du tiroir de pilotage 110 comprend un évidement 114 dans lequel est logé partiellement le ressort 140 (voir figures 8 et 9 en particulier). En outre, le corps 132 du second tiroir 130 est apte à venir au contact de la deuxième extrémité 110b lorsque le ressort 140 est comprimé à l'intérieur dudit évidement 114 du tiroir de pilotage 110. Pour cela, le diamètre du corps 132 du second tiroir 130 est par exemple égal ou supérieur au diamètre de la deuxième extrémité 110b.
Le circuit de drainage 150 débouche dans l'évidement 114.

[0047] Sauf donc en butée, la deuxième extrémité 110b du tiroir de pilotage 110 n'est donc pas en contact direct avec le second tiroir 130.

[0048] Alternativement (non représenté sur les figures), la deuxième extrémité 110b du tiroir de pilotage 110 ne peut venir au contact du corps 132 du second tiroir 130 : soit le ressort ayant une raideur telle que la force de déplacement Fd et la contre-force Fc ne peuvent le comprimer assez, soit parce que son volume de matière empêche le contact lorsqu'il est intégralement comprimé.

[0049] La force de déplacement Fd est égale au produit de la pression de commande Ps de l'huile dans la ligne de pression de déplacement 105 avec l'aire St de la section sur laquelle la pression de commande Ps s'exerce, c'est-à-dire typiquement la section de la première extrémité 110a du tiroir 110 : Fd = Ps x St.
Similairement, la contre-force Fc est égale au produit de la pression de commutation Pm de l'huile dans la ligne de pression de commutation 121 avec l'aire Sp de la section sur laquelle la pression de commande Ps s'exerce, c'est-à-dire la section de la tête 131 de second tiroir 130 : Fc = Pm x Sp.
Par l'agencement des éléments décrits précédemment, on rappelle que la force de déplacement Fd et la contre-force Fc s'exercent donc en sens contraire.
Le ressort 140, quant à lui, s'oppose aux déplacements du tiroir de pilotage 110 et du second tiroir 130. A second tiroir 130 fixe, le ressort exerce donc sa force d'opposition Fo (ladite force étant égale au produit de sa raideur et de sa différence de longueur avec sa longueur à vide) en sens contraire à celui de la force de déplacement Fd. A tiroir de pilotage 110 fixe, le ressort 140 exerce donc sa force d'opposition Fo en sens contraire à celui de la contre-force Fc.
A toutes fins utiles, on rappelle la force d'opposition du ressort Fo sur une pièce dépend de la position de la pièce située de l'autre côté, puisque cette position a une influence sur la longueur du ressort 140 comprimé.

[0050] La raideur du ressort 140 et/ou la pression de commande Ps est choisie (en fonction de la surface active de la partie mobile) de sorte que la valeur de la force d'opposition Fo minimale est inférieure la force de déplacement Fd.
Lorsque le second tiroir 130 est en butée dans le bouchon 120, c'est-à-dire que la cavité 122 du bouchon 120 est de taille minimale, et que la ligne de pression de déplacement 105 n'alimente pas la cavité 113 en huile sous pression de commande Ps, le ressort 140 maintient le tiroir de pilotage 110 en position de repos (c'est-à-dire que la cavité 113 du boitier 23 est de taille minimale).
Plus généralement, quelles que soient les positions du tiroir de pilotage 110 et du second tiroir 130, tant que la force de déplacement Fd est inférieure à la force d'opposition Fo, le tiroir de pilotage 110 est maintenu en position de repos par le ressort 140, comme peut l'illustrer la figure 8.
On remarquera que si est la cavité 122 du bouchon 120 est à pression de commutation Pm, le tiroir de pilotage 110 est a fortiori maintenu dans cette position de repos, comme peut l'illustrer la figure 9.
En revanche, lorsque la cavité 113 est alimentée en huile sous pression de commande Ps, le tiroir de pilotage 110 peut être mis dans les deux positions sans que la longueur du ressort 140 ne change. Pour cela, la pression de commande Ps doit pouvoir générer une force de déplacement Fd supérieure à la force d'opposition Fo maximale, qui est celle obtenue lorsque la cavité 122 a un volume maximal, qui est celle du ressort le plus fortement comprimé.
On obtient deux cas :

▪ Si la force de déplacement Fd est supérieure à la contre-force Fc, alors le tiroir de pilotage 110 est en position de travail,

▪ Si la force de déplacement Fd est inférieure à la contre-force Fc, alors le tiroir de pilotage 110 est en position de repos,

On va détailler à présent plus précisément l'état du ressort 140 dans ces cas.

[0051] Selon un premier mode de réalisation (préféré) du ressort 140 et de la deuxième extrémité 110b du tiroir de pilotage 110 : on suppose le tiroir de pilotage 110 en position de travail, c'est-à-dire que que Fd>Fo, on applique ensuite Fc sur le second tiroir, avec Fc > Fo. Dans ce cas, le ressort 140 va se comprimer jusqu'à ce que le corps 132 du second tiroir 130 soit au contact de la deuxième extrémité 110b du tiroir de pilotage 110. Il s'agit ensuite de deux pièces solides en contact, et le déplacement se fait dans un sens ou dans l'autre selon la valeur des forces : les caractéristiques des différents éléments (la pression de contrôle Ps, la raideur du ressort 140, choix des surfaces, etc.) sont choisies lors de la conception de sorte que Fc puisse être supérieure à Fd, de cette façon le tiroir de pilotage 110 passe en position de repos. Inversement, le tiroir 110 repasse en position de travail, lorsque la pression de commutation Pm diminue et vérifie Fc<Fd. La diminution de la pression de commutation Pm est liée à la charge de la machine 20 (montée, descente, utilisation intense, etc.).

[0052] Selon un autre mode de réalisation du ressort 140 : on suppose le tiroir de pilotage 110 en position de travail, c'est-à-dire que que Fd>Fo, on applique ensuite Fc sur le second tiroir, avec Fc > Fo. Dans ce cas, le ressort 140 va se comprimer jusqu'à ce que Fo=Fc (ou bien atteindre sa limite mécanique, c'est-à-dire sa compression physique maximale, et dans ce cas le ressort se comporte comme une pièce solide et on a aussi Fo=Fc). Les caractéristiques des différents éléments (la pression de contrôle Ps, raideur du ressort 140, choix des surfaces etc.) sont choisies lors de la conception de sorte de sorte que Fc (alors égale à Fo) puisse être supérieure à Fd, de cette façon, on a Fc=Fo>Fd, et donc le tiroir de pilotage 110 passe en position repos. Inversement, le tiroir 110 repasse en position de travail lorsque la pression de commutation Pm diminue et vérifie Fc=Fo<Fd.

[0053] Dans les deux cas par conséquent, lorsque le mode automatique est activé (i.e. la ligne 105 est mise à la pression Ps, ce qui permet d'activer Fd qui s'oppose à Fc), le pilotage du tiroir de pilotage 110 est piloté par la valeur algébrique Fd-Fc, et la valeur de la force Fo du ressort 130 n'intervient plus, contrairement à l'art antérieur de Kayaba décrit en introduction.
Plus concrètement, l'ajout d'un second tiroir 120 signifie que le ressort exerce sa force de chaque côté sur un tiroir différent qui chacun est mobile et déplacé par de la pression d'huile. Par conséquent, les deux forces de sens contraire exercées par le ressort se compensent.
On obtient, dans un même dispositif compact et structurellement proche des solutions sans mode automatique, un dispositif avec mode non-automatique qui profite pleinement du ressort pour maintenir le dispositif 10 en position de repos et un mode automatique qui permet de s'affranchir du ressort afin de pouvoir commuter entre la position de repos et la position de travail en fonction uniquement des pressions de commande Ps et de commutation Pm.

[0054] En relation avec le circuit hydraulique 30, lorsque le dispositif 10 est en position de travail, le premier prélèvement 33a est relié à la première ligne de vérin 31 par la première entrée 102, la gorge 111 et la sortie haute pression 101, pour permettre l'activation du vérin 31a.
Dans la position de repos, les lignes de vérins 31, 32 ne sont plus alimentées en huile sous pression. Dans cette position, les lignes de vérins 31, 32 sont toutes les deux reliées à une ligne de mise à vide.
En position de repos, respectivement de travail, la machine 20 est dite à grande cylindrée, respectivement petite cylindrée.

[0055] Lorsque le mode automatique est activé (i.e. la ligne 105 est mise sous pression Ps) :

• en utilisation nulle ou de faible intensité, les lignes d'alimentation 33, 34 de la machine 20 sont faiblement chargées et la pression de commutation Pm, qui est l'une des pressions d'alimentation P1, P2 de la machine 20, est faible. De cette façon, le tiroir 110 est en position de travail et les lignes d'alimentation de vérins 31, 32 sont alimentés en huile sous pression. La machine est alors en petite cylindrée,
• en utilisation de forte intensité, les lignes d'alimentation 33, 34 de la machine 20 sont fortement chargées et la pression Pm est élevée. De cette façon, le tiroir 110 est poussé en position de repos et les lignes 31, 32 ne sont plus alimentés en huile sous pression et sont mises à vide vers le réservoir. Le moteur est alors en grande cylindrée.

[0056] Deux modes de réalisation de l'unité S1 sont à présent donnés.
Dans un premier mode de réalisation (figure 10a), l'unité S1 comprend un distributeur 40 cinq ports, trois positions. Le distributeur 40 reçoit les lignes d'alimentation 33, 34 ainsi que la ligne de pression de contrôle Pm. Ce distributeur 40 permet soit :

• dans une position à vide, d'applique la pression P1 dans la première ligne d'alimentation 33 et la pression P2 dans la deuxième ligne d'alimentation 34 dans une position, la première ligne d'alimentation 33 et la ligne de pression de commutation 121 sont mises à la pression P1, la deuxième ligne d'alimentation 34 servant alors de refoulement pour la machine hydraulique 20,
• dans une autre position, la seconde ligne d'alimentation 34 et la ligne de pression de commutation 121 sont mises à la pression P2, la première ligne d'alimentation 33 servant alors de refoulement.

Le distributeur 40 intègre des clapets anti-retour 41 en direction des lignes d'alimentation 33, 34 de la machine 20.
Dans ce mode de réalisation, le circuit 30 peut comprendre au moins deux limiteurs de pressions 36 entre les deux lignes d'alimentation 33, 34, dans deux sens différents.

[0057] Dans un deuxième mode de réalisation (figure 10b) l'unité S1 comprend un distributeur 42 six ports, cinq positions. Les lignes d'alimentation 33, 34 sont divisées et sont chacune reliée à deux ports du distributeur 42.

[0058] Trois des positions sont similaires en fonction au distributeur 40 précédent.
A l'exception de la ligne de commutation 121, le document EP 2 592 263 décrit une cette unité S1.
Dans les deux positions supplémentaires :

• le distributeur 42 relie un des deux ports de la première ligne d'alimentation 33 à la pression P1 (avec un clapet anti-retour 41) et un deux ports de la deuxième ligne d'alimentation 34 à la pression P1 aussi, avec un limiteur de débit, ou
• le distributeur 42 relie l'autre des deux ports de la seconde ligne d'alimentation 34 à la pression P2 (avec un clapet anti-retour 41) et l'autre des deux ports de la première ligne d'alimentation 34 à la pression P2, avec un limiteur de débit.

[0059] En comparant l'architecture du dispositif 10 par rapport à la solution de l'art antérieur sans mode automatique (figure 4d vs. figure 8), on remarque que l'architecture reste semblable, à l'inverse du premier art antérieur décrit (différents éléments dans plusieurs plans, cf. figures 5a à 5c). En effet, le tiroir de pilotage 110, le ressort 140, l'arrivée de la ligne de pression de déplacement 105, le boîtier 23 côté premier extrémité 11a du tiroir de pilotage 110 sont inchangés. Le bouchon 120 et le second tiroir 130 sont quant à eux nouveaux mais sont adaptables sur des éléments standards.
Enfin, en ce qui concerne le boitier 23 de la machine 20, celui-ci nécessite simplement une modification aux environs du bouchon 120 et du second tiroir 130.

Revendications

1. Dispositif (10) de contrôle de cylindrée d'une machine (20) à pistons axiaux comprenant un boitier (23) qui loge une unité de pilotage comprenant :

∘ Un tiroir de pilotage de cylindrée (110) adapté pour être commuté entre deux positions par une pression de commande (Ps) selon un axe de coulissement (Δ) :

▪ une position de travail dans laquelle le tiroir de pilotage (110) assure une liaison entre au moins une entrée (102, 104) recevant une pression d'alimentation et une sortie (101, 103) reliée à un vérin de réglage d'inclinaison de ladite machine (31a, 31b), et

▪ une position de repos dans laquelle le tiroir de pilotage (110) interrompt la liaison entre ladite entrée (102, 104) et ladite sortie (101, 103), et

∘ des moyens de commutation adaptés pour faire varier la position du vérin de réglage (31a, 31b),

∘ un ressort (140),

∘ lesdits moyens de commutation comprennent un second tiroir de commutation (130), coaxial au tiroir de pilotage (110),

∘ une pression de commutation (Pm) exerce une force axiale sur le second tiroir (130) en direction du tiroir de pilotage (110),

∘ une pression de commande (Ps) exerce une force axiale sur le tiroir de pilotage (110) en direction du second tiroir (130).

caractérisé en ce que :

∘ le ressort (140) exerce une force axiale sur les deux tiroirs (110, 130), qui tend à les éloigner l'un de l'autre.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel

∘ Le tiroir de pilotage (110) comprend au moins une gorge circulaire (111, 112) et le tiroir possédant deux extrémités (110a, 110b),

∘ Le second tiroir (130) comprend une tête (131) et un corps (132), la tête coulissant dans un bouchon (120) situé sur l'axe de coulissement (Δ),

∘ La force axiale de la pression de commande (Ps) est exercée via de l'huile par une ligne de pression de commande (105) dans une cavité formée par le boitier (23) et la première extrémité du piston (110a),

∘ Le ressort (140) exerce sa force sur le corps (132) du second tiroir (130) et sur la deuxième extrémité du tiroir de pilotage (110),

∘ La force axiale de la pression de commutation (Pm) est exercée via de l'huile par une ligne de pression de commutation (121) dans une cavité (122) formée par ledit bouchon (120) et la tête (131) du second tiroir (130).

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième extrémité (110b) du tiroir de pilotage (110) comprend un évidement (114) dans lequel le ressort (140) est partiellement logé.

4. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le corps (132) du second tiroir (130) est apte à venir au contact de la deuxième extrémité (110b) du tiroir de pilotage (110) lorsque le ressort (140) est comprimé à l'intérieur dudit évidement (114) du tiroir de pilotage (110).

5. Machine à pistons axiaux comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boitier comprend :

∘ une première entrée (102),

∘ une première sortie (101),

∘ une seconde entrée (104),

∘ une seconde sortie (103),

et le tiroir de pilotage (110) comprend deux gorges parallèles (111, 112), dans laquelle en position de travail, le tiroir de pilotage (110) permet de relier la première entrée (102) à la première sortie (101) via la première gorge (111) et la seconde entrée (104) à la seconde sortie (103) via la seconde gorge (112).

6. Machine à pistons axiaux selon la revendication précédente caractérisée en ce que la pression de commutation (Pm) est la pression d'alimentation (P1, P2) de la machine.

7. Machine à pistons axiaux selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisée en ce que la ligne de pression de commande (105) comprend une restriction, de préférence un orifice de 0,5 mm de diamètre.

8. Procédé d'utilisation d'un dispositif ou d'une machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :

a. Si l'on n'applique pas de pression de commande (Ps), alors le tiroir de pilotage (110) est maintenu en position de repos par le ressort (140),

b. Si l'on applique une pression de commande (Ps) alors le changement de cylindrée se fait automatiquement selon la charge appliquée à la machine (20) :

i. Si la force exercée par la pression de commande (Ps) est supérieure à la force exercée par la pression de commutation (Pm), alors le tiroir de pilotage (110) est en position de travail,

ii. Si la force exercée par la pression de commande (Ps) est inférieure à la force exercée par la pression de commutation (Pm), alors le tiroir de pilotage (110) est en position de repos.

9. Procédé d'utilisation selon la revendication précédente, dans lequel lorsque le tiroir de pilotage (110) est en position de repos, respectivement de travail, la machine (20) est à grande cylindrée, respectivement petite cylindrée.

10. Procédé d'utilisation selon l'une des revendications 8 à 9, dans lequel la pression de commande (Ps) est constante.

11. Procédé d'utilisation selon l'une des revendications 8 à 10 dans
lequel la pression de commutation (Pm) est variable

12. Procédé d'utilisation selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel :

∘ la pression de commande (Ps) est comprise entre 20 et 40 bars.

∘ la pression de commutation (Pm) est comprise entre 40 et 250 bars et dépend de la charge de la machine (20).

Ansprüche

1. Vorrichtung (10) zum Steuern der Verdrängung einer Maschine (20) mit Axialkolben, aufweisend ein Gehäuse (23), das eine Steuereinheit umfasst, die Folgendes aufweist:

∘ eine Verdrängungssteuerspule (110), die angepasst ist, um durch einen Steuerdruck (Ps) entsprechend einer Verschiebungsachse (Δ) zwischen zwei Positionen umgeschaltet zu werden:

▪ einer Arbeitsposition, in der die Steuerspule (110) eine Verbindung zwischen mindestens einem Einlass (102, 104), der einen Zuführdruck empfängt, und einem Auslass (101, 103), der mit einem Zylinder zum Einstellen der Neigung der Maschine (31a, 31b) verbunden ist, bereitstellt, und

▪ einer Leerlaufposition, in der die Steuerspule (110) die Verbindung zwischen dem Einlass (102, 104) und dem Auslass (101, 103) unterbricht, und

∘ Mittel zum Umschalten, angepasst für ein Variieren der Position des Einstellzylinders (31a, 31b),

∘ eine Feder (140),

∘ wobei die Mittel zur Kommunikation eine zweite Umschaltspule (130), koaxial zur Steuerspule (110), aufweisen,

∘ ein Umschaltdruck (Pm) eine Axialkraft auf die zweite Spule (130) in Richtung der Steuerspule (110) ausübt,

∘ ein Steuerdruck (Ps) eine Axialkraft auf die Steuerspule (110) in Richtung der zweiten Spule (130) ausübt,

dadurch gekennzeichnet, dass:

∘ die Feder (140) auf die zwei Spulen (110, 130) eine Axialkraft ausübt, die dazu neigt, diese voneinander weg zu bewegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei

∘ die Steuerspule (110) mindestens eine kreisförmige Rille (111, 112) aufweist und die Spule zwei Enden (110a, 110b) hat,

∘ die zweite Spule (130) einen Kopf (131) und einen Körper (132) aufweist, wobei der Kopf in einem Stopfen (120) gleitet, der auf der Verschiebungsachse (Δ) angeordnet ist,

∘ die Axialkraft des Steuerdrucks (Ps) durch Öl über eine Steuerdruckleitung (105) in einem vom Gehäuse (23) und dem ersten Ende des Kolbens (110a) gebildeten Hohlraum ausgeübt wird,

∘ die Feder (140) ihre Kraft auf den Körper (132) der zweiten Spule (130) und auf das zweite Ende der Steuerspule (110) ausübt,

∘ die Axialkraft des Umschaltdrucks (Pm) durch Öl über eine Umschaltdruckleitung (121) in einem vom Stopfen (120) und dem Kopf (131) der zweiten Spule (130) gebildeten Hohlraum (122) ausgeübt wird.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Ende (110b) der Steuerspule (110) eine Aussparung (114) aufweist, in der die Feder (140) teilweise aufgenommen ist.

4. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Körper (132) der zweiten Spule (130) in Kontakt mit dem zweiten Ende (110b) der Steuerspule (110) kommen kann, wenn die Feder (140) in der Aussparung (114) der Steuerspule (110) zusammengedrückt wird.

5. Maschine mit Axialkolben, aufweisend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse Folgendes aufweist:

∘ einen ersten Einlass (102),

∘ einen ersten Auslass (101),

∘ einen zweiten Einlass (104),

∘ einen zweiten Auslass (103),

und die Steuerspule (110) zwei parallele Rillen (111, 112) aufweist, wobei in der Arbeitsposition die Steuerspule (110) ein Verbinden des ersten Einlasses (102) mit dem ersten Auslass (101) über die erste Rille (111) und des zweiten Einlasses (104) mit dem zweiten Auslass (103) über die zweite Rille (112) ermöglicht.

6. Maschine mit Axialkolben nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltdruck (Pm) der Zuführdruck (P1, P2) der Maschine ist.

7. Maschine mit Axialkolben nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdruckleitung (105) eine Drosselung, bevorzugt eine Öffnung von 0,5 mm Durchmesser, aufweist.

8. Verfahren zur Anwendung einer Vorrichtung oder Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei:

a. wenn kein Steuerdruck (Ps) angelegt ist, die Steuerspule (110) von der Feder (140) in der Leerlaufposition gehalten wird,

b. wenn ein Steuerdruck (Ps) angelegt ist, die Änderung der Verdrängung automatisch entsprechend der die Maschine (20) beaufschlagenden Last ausgeführt wird:

i. wenn die durch den Steuerdruck (Ps) ausgeübte Kraft höher ist als die vom Umschaltdruck (Pm) ausgeübte Kraft, befindet sich die Steuerspule (110) in der Arbeitsposition,

ii. wenn die durch den Steuerdruck (Ps) ausgeübte Kraft niedriger ist als die vom Umschaltdruck (Pm) ausgeübte Kraft, befindet sich die Steuerspule (110) in der Leerlaufposition.

9. Verfahren zur Anwendung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei, wenn sich die Steuerspule (110) in der Leerlaufposition beziehungsweise der Arbeitsposition befindet, die Maschine (20) eine große Verdrängung beziehungsweise eine kleine Verdrängung aufweist.

10. Verfahren zur Anwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei der Steuerdruck (Ps) konstant ist.

11. Verfahren zur Anwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Umschaltdruck (Pm) variabel ist.

12. Verfahren zur Anwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei:

∘ der Steuerdruck (Ps) zwischen 20 und 40 bar beträgt,

∘ der Umschaltdruck (Pm) zwischen 40 und 250 bar beträgt und von der Belastung der Maschine (20) abhängig ist.

Claims

1. A device (10) for controlling the displacement of a machine (20) with axial pistons comprising a case (23) that houses a control unit comprising:

∘ a displacement control spool (110) adapted to be switched between two positions by a control pressure (Ps) according to an axis of sliding (Δ):

▪ a working position in which the control spool (110) provides a connection between at least one inlet (102, 104) that receives a supply pressure and an outlet (101, 103) connected to a cylinder for adjusting the inclination of said machine (31a, 31b), and

▪ an idle position in which the control spool (110) interrupts the connection between said inlet (102, 104) and said outlet (101, 103), and

∘ means for switching adapted to vary the position of the adjusting cylinder (31a, 31b),

∘ a spring (140),

∘ said means of communication comprise a second switching spool (130), coaxial to the control spool (110),

∘ a switching pressure (Pm) exerts an axial force on the second spool (130) in the direction of the control spool (110),

∘ a control pressure (Ps) exerts an axial force on the control spool (110) in the direction of the second spool (130),

characterized in that:

∘ the spring (140) exerts an axial force on the two spools (110, 130), which tends to move them apart from each other.

2. The device according to claim 1, wherein

∘ the control spool (110) comprises at least one circular groove (111, 112) and the spool having two ends (110a, 110b),

∘ the second spool (130) comprises a head (131) and a body (132), with the head sliding in a plug (120) located on the axis of sliding (Δ),

∘ the axial force of the control pressure (Ps) is exerted via oil by a control pressure line (105) in a cavity formed by the case (23) and the first end of the piston (110a),

∘ the spring (140) exerts its force on the body (132) of the second spool (130) and on the second end of the control spool (110),

∘ the axial force of the switching pressure (Pm) is exerted via oil by a switching pressure line (121) in a cavity (122) formed by said plug (120) and the head (131) of the second spool (130).

3. The device according to any one of the preceding claims, wherein the second end (110b) of the control spool (110) comprises a recess (114) wherein the spring (140) is partially housed.

4. The device according to the preceding claim, wherein the body (132) of the second spool (130) is able to come into contact with the second end (110b) of the control spool (110) when the spring (140) is compressed inside said recess (114) of the control spool (110).

5. A machine with axial pistons comprising a device according to any one of the preceding claims, wherein the case comprises:

∘ a first inlet (102),

∘ a first outlet (101),

∘ a second inlet (104),

∘ a second outlet (103),

and the control spool (110) comprises two parallel grooves (111, 112), wherein in working position, the control spool (110) makes it possible to connect the first inlet (102) to the first outlet (101) via the first groove (111) and the second inlet (104) to the second outlet (103) via the second groove (112).

6. The machine with axial pistons according to the preceding claim characterized in that the switching pressure (Pm) is the supply pressure (P1, P2) of the machine.

7. The machine with axial pistons according to one of claims 5 or 6 characterized in that the control pressure line (105) comprises a restriction, preferably an orifice of 0.5 mm in diameter.

8. A method for using a device or a machine according to any one of the preceding claims, wherein:

a. if no control pressure (Ps) is applied, then the control spool (110) is maintained in idle position by the spring (140),

b. if a control pressure (Ps) is applied then the change in displacement is automatically carried out according to the load applied to the machine (20) :

i. if the force exerted by the control pressure (Ps) is greater than the force exerted by the switching pressure (Pm), then the control spool (110) is in working position,

ii. if the force exerted by the control pressure (Ps) is less than the force exerted by the switching pressure (Pm), then the control spool (110) is in idle position.

9. The method for using according to the preceding claim, wherein when the control spool (110) is in idle, respectively working, position, the machine (20) has a large displacement, respectively small displacement.

10. The method for using according to one of claims 8 to 9, wherein the control pressure (Ps) is constant.

11. The method for using according to one of claims 8 to 10 wherein the switching pressure (Pm) is variable.

12. The method for using according to one of claims 8 to 11, wherein:

∘ the control pressure (Ps) is between 20 and 40 bars.

∘ the switching pressure (Pm) is between 40 and 250 bars and depends on the load of the machine (20).

Dessins