Brevet FR2478254A1 — publié le 19810918

La présente invention concerne des dispositifs de comman- de pour soupapes et, plus spécifiquement, des disposi- tifs de commande de soupapes dans lesquels on utilise deux pistons pouvant être animés simultanément d'un mou- vement de va-et-vient sous l'impulsion de fluides de commande ayant des pressions différentes. Dans les dispositifsde commande alimentés par un fluide pour les systèmes de chauffage et de condition- nement d'air tels que ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N0 3.149.474 au nom de Goodman et 3.441.213 au nom de Maher, Jr., on utilise une soupape telle qu'une soupape à papillon ou analogues pour régler le débit du fluide dans une canalisation d'alimentation. Ces soupapes sont solidarisées méca- niquement à et actionnées par des dispositifs de com- mande à fluide dans lesquels on utilise deux pistons réunis l'un à l'autre et qui sont mus chacun par un fluide de commande, le plus petit de ces pistons étant actionné par un fluide d'alimentation sous haute pres- sion, tandis que le plus grand est actionné par un fluide d'asservissement sous une plus faible pression.Le réglage de la pression du fluide d'asservissement parle dispositif de commandea pour effet de déplacer les pistons, réglant ainsi la soupape dans la canalisation d'alimentation. Il en résulte une modification de la pression du fluide d'ali- mentation avec, pour résultat, une mise en équilibre des pistons de commande dans leurs positions requises. On peut trouver des descriptions plus détaillées du fonctionnement de ces dispositifs de commande dans les brevets précités de Goodman et de Maher, Jr. En raison des limitations imposées aux dimen- sions de ces systèmes de chauffage et de conditionne- ment d'air, en particulier, lorsqu'il s'agit de les utiliser dans les avions militaires et commerciaux, ces dispositifs de commande doivent être aussi compacts que possible dans les limites de la course mécanique que doit effectuer un tel dispositif de commande pour ac- tionner la soupape de réglage de débit. L'amélioration de la compacité d'un dispositif de commande de soupape de ce type a été obtenue par Cercone comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3.525.289. Ainsi qu'il est mentionné dans le brevet de Cercone, la compa- cité associée au dispositif de commande faisant l'objet de ce brevet est obtenue principalement par l'incorpora- tion de membranes qui étanchéifient les pistons vis-à- vis du logement de ce dispositif de commande, ainsi qu'en raison des rapports de surfaces obtenus par la conception de l'assemblage de pistons et des dimensions des pistons eux-mêmes. Bien que le dispositif de commande faisant l'objet du brevet précité de Cercone constitue un per- fectionnement important vis-à-vis des dispositifs de commande de soupapes à deux pistons et à alimentation par fluide selon la technique antérieure, on cherche continuellement à en améliorer la compacité, ainsi que le mode de guidage des pistons dans le logement de sou- pape. En conséquence, un objet principal de la pré- sente invention est de fournir un dispositif de comman- de de soupape compact et alimenté par fluide constituant un perfectionnement vis-à-vis des dispositifs de la technique antérieure. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif de commande du type précité ayant une meilleure compacité. Un autre objet encore de la présente invention est de fournir un dispositif de commande de soupape du type précité, avec un meilleur guidage des pistons dans le logement. Ces différents objets, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement à la lecture de la descrip- tion détaillée et des revendications ci-après en se réfé- rant au dessin annexé, sont réalisés grâce à un dispo- sitif de commande de soupape compact dans lequel on uti- lise deux pistons réagissant chacun à un fluide de com- mande qui leur est appliqué, en effectuant un mouvement de va-et-vient dans un logement. Ces pistons sont soli- darisés à une soupape commandée par ce dispositif, au moyen d'un tringlage assemblé à l'intérieur des pistons entre les parties principales des surfaces de réaction de ces derniers, améliorant ainsi la compacité du dispo- sitif de commande. Le piston réagissant au fluide d'as- servissement ou sous basse pression est étanchéité vis- à-vis du logement du dispositif de commande par une membrane de roulement de façon bien connue dans la technique. Toutefois, le piston à haute pression qui réagit à la pression du fluide d'alimentation, est étanchéifié vis-à-vis du logement du dispositif de com- mande par un segment de piston qui, outre sa fonction d'étanchéification, constitue un moyen permettant de maintenir ce piston en alignement longitudinal précis avec le logement du dispositif de commande. A sa sur- face d'appui, le piston à basse pression ou servopiston voyage sur un élément de guidage tubulaire qui contribue davantage à le maintenir en alignement avec le logement. Le fluide d'asservissement appliqué à la surface de réaction de ce piston y est partiellement acheminé via l'intérieur de l'élément de guidage tubulaire et sur la surface de ce dernier, établissant ainsi une pression constante de part et d'autre de la surface d'appui de ce servopiston en éliminant dès lors tout risque de fui- te du fluide d'asservissement autour de ce dernier suite à une perte de charge en travers de la surface d'appui. L'unique dessin annexé est une élévation en coupe du dispositif de commande de soupape compact de la présente invention. En se référant à ce dessin, le dispositif de com- mande de soupape compact de la présente invention y est indiqué d'une manière générale en 10 et il comprend un logement 15 comportant des admissions 20 et 25 pour un fluide sous basse pression et pour un fluide sous haute pression respectivement. Le fluide pénétrant dans le dispositif de commande par ces admissions 20 et 25 en- traîne, en un mouvement de va-et-vient, un premier et un second piston 30 et 35 respectivement, ces derniers étant disposés dos à dos et assemblés à un tringlage 40 par lequel la soupape commandée (non représentée) est solidarisée au dispositif de commande à l'intervention d'un arbre de soupape 45. Le logement 15 comprend une section haute pres- sion 50 réunie à une section intermédiaire ou à pres- sion ambiante 55 par un raccord fileté associé, cette section 55 étant à son tour réunie à une section en bout à basse pression 60 par un raccord à bride boulon- né qui y est associé. La section à haute pression 50 est disposée en communication avec un fluide de com- mande sous haute pression qui peut être le fluide d'ali- mentation provenant de la conduite dans laquelle est montée la soupape commandée, ce fluide de commande péné- trant dans le dispositif de commande via l'admission 25 définie par l'extrémité de la section 50. La section à basse pression 60 comporte, à son extrémité, un raccord 65 par lequel un fluide d'asservis- sement sous une pression sensiblement inférieure à celle du fluide de commande pénètre dans le dispositif-de com- mande. En règle générale, ce fluide d'asservissement est obtenu au départ d'une prise de la conduite d'ali- mentation, la pression de ce fluide étant abaissée par un étranglement formé dans cette prise. Comme le mon- tre le dessin, le fluide d'asservissement pénètre dans le logement du dispositif de commande via l'admission basse pression 20 et il est canalisé axialement par un tube ou un élément de guidage 70 communiquant directe- ment avec cette admission, pour être ensuite dirigé ra- -5- dialement vers l'extérieur du tube de guidage 70 à l'ex- trémité du premier piston 30 via des admissions secon- daires 75. Comme le montre le dessin, le tube de gui- dage 70 peut être solidaire de la section de logement dans laquelle sont forées les admissions secondaires 75. Toutefois, -on comprendra que le tube de guidage peut également être formé séparément de la section de logement 60 en y étant assujetti par n'importe quel procédé approprié. Le premier piston ou piston à basse pression 30 est généralement en forme de cuvette et comporte une cavité allongée définie par la paroi arrière 85 et une paroi latérale 90 s'étendant à partir de cette dernière. Une douille ou un coussinet 100 disposé autour de la surface intérieure de la paroi latérale 90 vient s'enga- ger sur le tube de guidage 70 à mesure que le piston 30 se déplace en un mouvement de va-et-vient le long de ce dernier en passant sur le coussinet 100. Ce piston 30 comporte également une bride 105 s'étendant radialement vers l'extérieur et à laquelle est fixée une membrane de roulement flexible 110 moyennant un engagement par serra- ge entre cette bride 105 et une plaque annulaire 115 des- tinée à retenir cette membrane et qui définit l'extrémité du piston. La périphérie 125 de la membrane est scellée hermétiquement au logement du dispositif de commande par l'engagement serré d'une partie périphérique 120 de cette membrane avec les brides de montage des sections de loge- ment 55 et 60.La bride 105 se termine par une jupe annulai- re 125 qui guide la membrane de roulement en l'empêchant de se coincer tout au long du mouvement de va-et-vient du piston 30. On comprendra que le fluide d'asservissement appliqué au premier piston 30 à la face de droite de la paroi arrière 85 et en travers de l'extrémité de ce piston ou de la plaque de retenue 115 exerce, sur le piston, une force dirigée vers la gauche. Comme le montre le dessin, la profondeur de la cavité 80 ménagée dans le piston 30 est supérieure à la longueur du tube de guidage 70, si bien que le fluide d'asservissement péné- trant dans le dispositif de commande via ce tube de gui- dage exerce une pression sur la surface d'appui exté- rieure de ce dernier et sur la surface intérieure de la paroi latérale du piston. De plus, le fluide d'as- servissement est également acheminé dans l'espace libre compris entre la paroi latérale 90 et la surface d'ap- pui du tube 70 via les admissions secondaires %5. Dès lors, on comprendra que la même pression de fluide d'asservissement est maintenue de part et d'autre du coussinet 100, empêchant ainsi toute fuite de ce fluide en travers de ce dernier, ce qui contraste avec les différents dispositifs de commande alimentés par fluide de la technique antérieure dans lesquels une différence de pression en travers d'un piston coulissant provoque une fuite de fluide en travers du coussinet. Toute fuite de fluide d'asservissement à la périphérie est également empêchée en raison du joint d'étanchéité posi- tif fixe formé au raccord par serrage entre la périphé- rie 125 de la membrane 110 et les brides de montage des sections de logement 55 et 60. Tout comme le piston 30, le second piston ou piston à haute pression 35 est également en forme de cu- vette et il partage, avec ce piston 30, la paroi arrière commune 85, tandis qu'il comporte-une paroi latérale 130 se terminant par une bride 135 qui s'étend radialement vers l'extérieur et définit l'extrémité du piston. Les faces de gauche de cette bride 135 et de la paroi arriè- re 85 définissent les surfaces de réaction du piston 35 contre lesquelles le fluide d'alimentation ou de comman- de sous haute pression agit pour pousser ce piston vers la droite. Dans la périphérie de la bride 135, est ména- gé un canal annulaire dans lequel prend appui un segment de piston 140 établissant une séparation étanche entre le fluide d'alimentation et la pression ambiante mainte- nue dans la section de logement intermédiaire 55. Ce segment de piston 140 contribue également à guider les pistons à mouvement de va-et-vient 30 et 35. La paroi arrière 85 comporte une partie en re- trait 145 s'étendant dans la cavité 80 du piston 30 et pouvant venir se loger à l'intérieur du tube de guidage 70. A la paroi arrière 155 de la cavité 145, est bou- lonnée une chape 150 constituant un élément destiné à articuler l'élément d'assemblage 40 aux pistons à mou- vement de va-et-vient. Comme le montre le dessin, cet élément 40 comprend deux articulations 160 et 165 soli- darisant les pistons du dispositif de commande à l'arbre de soupape 45. Toutefois, on comprendra que l'on peut utiliser différents autres tringlages ou éléments d'as- semblage équivalents sans se départir de la présente in- vention. On peut dès lors constater que l'élément d'as- semblage est assujetti à l'intérieur des pistons entre les extrémités de ceux-ci. En d'autres termes, le point d'assemblage entre l'élément 40 et le dispositif de com- mande est situé dans le tube de guidage 70 et à l'inté- rieur des pistons eux-mêmes. En conséquence, on compren- dra que, pour une longueur de tringlage et une course requise déterminées, les dimensions longitudinales du dispositif de commande de soupape sont réduites au mini- mum, ce qui distingue ce dispositif de commande de ceux de la technique antérieure dans lesquels les éléments solidarisant la soupape actionnée aux pistons sont assu- jettis à l'extérieur et non à l'intérieur de ces der- niers. Lors de la mise en service, la structure à pis- tons est poussée vers la droite ou vers l'admission à basse pression par un ressort hélicoïdal 170. La pres- sion du fluide d'asservissement agissant sur la plaque de retenue 115 de la membrane et sur la face de droite de la paroi arrière 85 a pour effet de pousser le premier et le second piston vers la gauche à l'encontre de la poussée du ressort 170, ainsi que de la pression exer- cée sur l'extrémité du piston 35 et sur la face de gau- che de la paroi arrière 85 par le fluide d'alimentation ou de commande sous haute pression. Un changement sur- venant dans la pression du fluide d'asservissement par rapport à une valeur à laquelle les pistons sont mainte- nus en équilibre statique, a pour effet d'imprimer, à. ces derniers, un mouvement qui entraîne l'arbre 45 en rotation, provoquant ainsi un nouveau réglage de la sou- pape prévue dans la canalisation d'alimentation et qui règle à son tour la pression du fluide d'alimentation agissant sur cette soupape afin de rétablir les condi- tions de mise en équilibre statique des pistons du dis- positif de commande En conséquence, on comprendra que, grâce à l'orientation donnée aux éléments de guidage des pis- tons et aux raccords de soupape, le dispositif de com- mande de soupape de la présente invention possède une compacité qui n'a pu être atteinte jusqu'à présent dans la technique antérieure. Le maintien d'une pression uniforme le long des surfaces d'appui du piston d'asser- vissement empêche les fuites de fluide d'asservissement entre l'admission de ce dernier et l'atmosphère ambian- te. En outre, grâce à l'utilisation d'un segment de piston pour étanchéifier le piston à haute pression vis- à-vis du logement du dispositif de commande, le tube 70 assure un meilleur guidage des pistons. Bien que l'on ait illustré et décrit une seule forme de réalisation du dispositif de commande de soupape compact de la présente invention, l'homme de métier y verra la possibilité d'apporter de nombreuses modifica- tions, sans se départir de l'esprit et du cadre de l'in- vention tels qu'ils sont définis dans les revendications ci-après. -9- REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de soupape, caractérisé en ce qu'il comprend un élément (40) conçu pour solida- riser ce dispositif de commande à une soupape devant être actionnée, un logement (15) comportant des admissions (20,25) de fluides de commande sous haute pression et sous basse pression, un premier et un second piston (30, ) disposés dans ce logement et conçus pour entraîner l'élément de solidarisation, le premier piston (30) étant mis sous pression par le flUde sous basse pression péné- trant dans le logement via l'admission (20) prévue à cet effet, tandis que le second piston (35) peut se déplacer avec le premier et est mis sous pression par le fluide sous haute pression pénétrant dans le dispositif de comman- de via l'admission (25) prévue à cet effet, ces premier et second pistons étant maintenus en équilibre au moins partiellement par un équilibre entre les forces exercées par les fluides sous haute pression et sous basse pression qui y sont appliqués, ce dispositif de commande de soupape comprenant également un élément (70) le long duquel au moins un des premier et second pistons est guidé lors de son mouvement de va-et-vient, ce piston comprenant un coussinet (100) sur lequel vient s'engager l'élément de guidage, une communication étant établie entre, d'une part, la longueur de cet élément de guidage et les côtés opposés du coussinet et, d'autre part, le fluide -de commande par lequel ils sont mis sous pression et qui s'écoule d'une des admissions correspondant au piston précité afin de minimiser les fuites de fluide entre ce dernier et l'élément de guidage autour du coussinet suite à une différence de pression pratiquement sur toute la longueur de l'élément de guidage qui entre en contact avec ce piston, en travers de ce coussinet. 2. Dispositif de commande de soupape suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (30) précité comporte une surface de réaction et une cavité intérieure (80), tandis que l'élément de guidage (70) est constitué d'un tube venant se loger dans cette cavité et comportant une surface extérieure d'appui sur laquelle - 10 - voyage ce piston, l'admission de fluide mentionnée en premier lieu (20) communiquant avec la surface de réaction du piston précité et avec la surface extérieure d'appui du tube via l'intérieur de ce dernier. 3. Dispositif de commande de soupape suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les pistons (80,35) sontsolidarisés et mis en alignement dans leur sens de déplacement, le piston mentionné en second lieu (35) comportant une surface de réaction de fluide dont une partie est disposée à l'intérieur de la cavité (80) du piston mentionné en premier lieu (30) en formant un élément de montage par lequel le piston mentionné en second lieu est assemblé à l'élément de solidarisation (40). 4. Dispositif de commande de soupape suivant la revendication 3, caractérisé en ce que cet élément de montage est disposé radialement vers l'intérieur par rapport au tube de guidage (80), de telle sorte qu'il puisse venir se loger à l'intérieur de ce tube. 5. Dispositif de commande de soupape suivant la reven- dication 4, caractérisé en ce que l'élément de montage est constitué d'une cavité (145) ménagée dans la surface de réaction du piston mentionné en second lieu (35) tandis que l'élément de solidaristion (40) est constitué d'un trin- glage (160,165) venant se loger partiellement dans cette cavité et articulé à un paroi (155) de celle-ci. 6. Dispositif de commande de soupape suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier piston (30) est étanchéifié, à sa périphérie, vis-à-vis de l'intérieur du logement au.moyen d'une membrane de roulement (110) fixée à ce premier piston (30) et au logement (15). 7. Dispositif de commande de soupape suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le second piston (35) est étanchéifié, à sa périphérie, vis-à-vis de l'intérieur du logement (15) au moyen d'un segment de piston (140) supporté par ce second piston à une surface extérieure de ce dernier. 8. Dispositif de commande de soupape, caractérisé en ce qu'il comprend un logement (15) comportant une paroi dans laquelle sont ménagées des admissions de fluides sous basse - il - pression et sous haute pression (20, 25), deux pistons (30,35) mutuellement solidarisés, fixes l'un par rapport à l'autre et disposés dos à dos dans ce logement, chacun de ces pistons étant mis sous pression par un fluide de commande appliqué à sa surface de réaction via une des admissions précitées, ce dispositif de commande de soupape comprenant également un élément (40) destiné à solidariser les pistons à une soupape actionnée par ce dispositif, cet élément de solidarisation étant assemblé intérieurement aux pistons mutuellement solidarisés. 9. Dispositif de commande de soupape suiant la revendication 8, caractérisé en ce que les deux pistons (30,35) ont généralement la forme d'une cuvette ouverte ët comportent une paroi arrière commune (85) à laquelle est assujetti l'élément de solidarisation(40), chacun de ces pistons comportant une paroi latérale (90, 130) s'étendant vers l'extérieur à partir de cette paroi arriè- re commune et étanchéifiée vis-à-vis de l'intérieur du logement (15). 10. Dispositif de commande de soupape suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la paroi latérale (90) du premier piston (30) est étanchéifiée vis-à-vis de l'intérieur du logement (15) au moyen d'une membrane de roulement (110) assemblée à ce logement et au premier piston, tandis que la paroi latérale (130) du second piston (35) est étanchéifiée par un segment de piston (140). 11. Dispositif de commande de soupape suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend éga- lement un élément (70) destiné à guider les pistons lors de leur mouvement de va-et-vient, cet élément de guidage étant constitué d'un tube occupant une position centrale à l'intérieur du logement et venant se loger dans un des pistons, de telle sorte que sa surface vienne s'en- gager par glissement sur ce piston, la surface de ce tube étant mise intérieurement sous pression, pratiquement sur toute sa longueur, par le fluide qui sert également à mettre sous pression la surface de réaction du piston mentionné en premier lieu (30) réduisant ainsi au minimum les fuites de ce fluide entre ce piston et l'élément de - 12 - guidage suite à une différence de pression éventuelle. 12. Dispositif de commande de soupape suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la paroi arrière (85) commune aux deux pistons comporte une cavité (145) pouvant s'étendre dans le tube de guidage (70), tandis que l'élément de solidarisation (40) est constitué d'un tringlage (160,165) venant se loger au moins partiellement dans cette cavité et articulé à une paroi (155) de celle-ci.