Brevet FR2516466A1 — publié le 19830520

Engrenage de direction assistée ". L'invention concerne un engrenage de direction assitée. Les engrenages de directions assistées sont bien connus, en particulier pour les véhicules à moteur, et comprennent classiquement un élément de sou- pape monté dans un élément de manchon de soupape, la soupape pouvant se déplacer par rapport au manchon soit axialement, soit en rotation, en réponse à un signal d'entrée de direction, pour régler les orifices de commande mettant ces éléments en-communication. Le réglage des orifices de commande sert à commander le débit de fluide sous pression entre une source de pression appropriée et les moyens d'assistance destinés à se monter dans le système de direction assis- tée utilisant l'engrenage, ces moyens se présentant géné- ralement sous la forme d'un piston à double action et d'un cylindre, ou sous la forme d'un dispositif de pis- ton plongeur. Généralement le déplacement relatif en- tre l'élément de soupape et l'élément de manchon de soupape est limité ou retenu élastiquement par un élé- ment de barre de torsion ou de ressort permettant de relier ces éléments, en particulier lorsqu'ils peuvent se déplacer en rotation l'un par rapport à l'autre. Classiquement l'élément de manchon de soupape présente une face annulaire extérieure montée en glissement dans le cylindre de manchon d'un carter de soupape faisant généralement corps avec le carter de l'engrenage de direction et comportant au moins trois orifices dont l'un est destiné à se brancher à la source de fluide sous pression, tandis que les deux autres sont destinés à se brancher aux moyens d'assis- tance tels que par exemple les chambres opposées d'un cylindre et piston à double action, pour assurer l'ad- mission et l'échappement du fluide sous pression dans ces chambres de piston, de manière à effectuer une assistance convenable. La commande du débit de fluide entrant et sortant par les orifices cidessus s'effectue en réglant les orifices de commande situés entre les élé- ments de soupape et de manchon de soupape Pour obte- nir ce résultat, il est classique, comme par exemple dans l'engrenage de direction assistée de la figure 1 correspondant au Brevet Britannique n O 1 223 551, de trouver dans la face annulaire extérieure de l'élé- ment de manchon de soupape au moins trois cavités an- nulaires espacées axialement, communiquant chacune avec l'un des trois orifices ci-dessus du carter de soupape, permettant d'amener ou d'évacuer le fluide sous pres- sion des moyens d'assistance par réglage des orifices de commande. Grâce à cette disposition, les trois cavités annulaires peuvent alternativement assurer l'admission ou l'échappement du fluide sous pression, suivant l'assistance de puissance qu'on veut obtenir. Dans cette disposition selon l'art antérieur, les faces d'extrémité radiales, opposées axialement de l'élément de manchon de soupape, débouchent dans-des chambres du carter de soupape formant effectivement des espaces morts à l'intérieur de l'engrenage et pouvant rester en communication permanente avec l'échappement ou l'admission pour soulager la pression sur les faces d'extrémité, ces chambres faisant en fait partie du cir- cuit de retour du fluide au réservoir après passage par les orifices de commande. Il est très important de concevoir un engrenage de direction de manière à réduire au minimum ses dimensions pratiques sans perte d'efficacité ou de rendement Cela permet non seulement de réduire les coûts de fabrication de l'engrenage, mais encore de réduire la place nécessaire pour loger cet engrenage et l'ensemble du système de direction, ce qui présente une importance considérable dans la conception des sys- tèmes techniques utilisés dans les véhicules modernes. Dans les engrenages de direction assis- tée selon l'art antérieur, les dimensions du carter de soupape et des éléments associés représentent une pro- portion considérable des dimensions totales de l'engre- nage. L'invention a pour but de pallier cet inconvénient en créant un moyen permettant de réduire l'encombrement de la soupape. A cet effet, l'invention concerne un engrenage de direction assistée comprenant un élément de soupape monté dans un élément de manchon de soupape et pouvant se déplacer par rapport à celui-ci, en ré- ponse à un signal d'entrée de direction, pour régler les orifices de commande situés entre ces éléments, de ma- nière à contrôler le débit de fluide sous pression en- tre une source de fluide sous pression et les moyens d'assistance de puissance, engrenage caractérisé en ce que l'élément de manchon de soupape comporte une face annulaire extérieure montée en glissement dans le cy- lindre de manchon d'un carter de soupape, et des faces d'extrémité partant radialement de la face annulaire aux deux extrémités axialement opposées de celle-ci une première chambre à fluide formée par une cavité annulaire creusée dans la face annulaire, et des se- conde et troisième chambres à fluide partiellement définies par les faces d'extrémité et les zones d'ex- trémité axialement opposées du carter de soupape, les trois chambres à fluide communiquant chacune avec l'un de-s trois orifices de fluide percés dans le carter de soupape, et avec les orifices de commande par des pas- sages ménagés dans l'élément de manchon de soupape, l'un des orifices de fluide étant destiné à assurer la communication avec la source de fluide sous pression et les deux autres orifices de fluide étant destinés à assurer la communication avec les moyens d'assistance de puissance. On peut constater que, selon l'inven- tion, la face annulaire extérieure de l'élément de man- chon de soupape est munie d'une seule cavité annulaire par laquelle le fluide sous pression peut arriver de la source d'alimentation, ou au contraire être appli- qué ou évacué par des moyens d'assistance d'un des orifices de fluide du carter de soupape, tandis que les deux autres orifices de fluide du carter de soupape (dont l'un au moins correspond aux moyens d'assistance de puissance tandis que l'autre peut correspondre soit aux moyens d'assistance, soit à la source de fluide sous pression) sont reliés aux chambres formées en par- tie par les faces d'extrémité de l'élément de manchon de soupape, et par les extrémités axialement opposées du carter de soupape. De cette manière, la dimension axiale de la face annulaire extérieure de l'élément de manchon de soupape, et par conséquent la longueur axiale de l'élément de manchon de soupape, peuvent être considé- rablement réduites comparativement à la longueur des éléments de manchon de soupape selon l'art antérieur utilisant trois cavités annulaires espacées axialement comme par exemple dans le Brevet Britannique N O 1 223 551 On remarquera qu'une telle réduction de longueur axiale de l'élément de manchon de soupape, permet de réduire la longueur axiale totale du carter de soupape, et par conséquent de réduire corrélative- ment l'espace nécessaire pour loger l'engrenage de direction dans un véhicule. Bien que les seconde et troisième cham- bres à fluide situées aux extrémités axialement opposées du carter de soupape dans lesquelles débouchent les faces d'extrémité radiales de l'élément de manchon de soupape, soient soumises périodiquement au fluide sous pression, on peut accepter sans difficulté cette pres- sion en utilisant des moyens d'étanchéité convenables et l'on peut également s'adapter à toute poussée axiale sur l'élément de manchon de soupape provoquée par la compression ou l'échappement alternés du fluide dans ces chambres, en prévoyant des moyens convenables de retenue axiale de l'élément de manchon de soupape. Ce léger inconvénient lié à la nécessité de prévoir, comme indiqué ci-dessus, des moyens d'étan- chéité et de retenue axiale, est très largement compen- sé par les avantages qu'on peut en tirer en réduisant considérablement la longueur axiale de l'élément de manchon de soupape et la taille globale de l'ensemble de carter de soupape et d'engrenage. De préférence, l'orifice de fluide com- muniquant avec la première chambre à fluide formée par la cavité annulaire creusée dans l'élément de manchon de soupape, est destiné à communiquer avec une source de fluide sous pression, tandis que les seconde et troisième chambres à fluide sont destinées à être reliées, par leurs orifices de fluide respectifs, aux moyens d'assistance de puissance (généralement consti- tués par les chambres de piston situées de part et d'autre du piston). Compte tenu de ces éléments, l'invention concerne également un engrenage de direction assistée du type décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'une cavité annulaire est creusée dans la face-annulaire pour amener le fluide sous pression aux orifices de commande, et en ce que les faces d'extrémité définis- sent en partie avec les zones d'extrémité axialement opposées du carter de soupape, deux chambres de pres- sions alternatives communiquant avec les orifices de commande et restant en communication permanente avec les orifices ménagés dans le carter de soupape pour actionner les moyens d'assistance de puissance. L'invention sera décrite en détail au moyen des dessins ci-Joints dans lesquels la figure 1 représente une coupe axiale d'un engrenage de direction assistée de véhicule selon l'invention, cette direction assistée étant de type à piston et pignon la figure 2 est une coupe radiale par- tielle, suivant la ligne A-A de la figure 1, représen- tant les moyens de liaison mécanique entre la soupape et les éléments de manchon de soupape faisant partie de l'engrenage selon l'invention; et la figure 3 est une coupe radiale partielle, suivant la ligne B-B de la figure 1, repré- sentant les moyens de ressort permettant de retenir élastiquement la rotation relative entre la soupape et les éléments de manchon de soupape faisant partie de l'engrenage selon l'invention. L'engrenage de direction est générale- ment du type à pignon et crémaillère comprenant un carter de crémaillère 1 faisant corps avec un carter de soupape 2 Une barre de crémaillère 3 traverse lon- gitudinalement le carter 1 et les dents de cette cré- maillère 3 coopèrent avec un pignon 4 monté de manière à tourner axialement dans un roulement à billes 5 du carter 1 et dans un roulement à rouleaux 6 du carter de soupape 2 La barre de crémaillère 3 est poussée par un attelage 7 comprimé par un ressort, de façon que ses dents viennent s'engager en pression dans les dents du pignon 4. La rotation du pignon 4 s'obtient en faisant tourner un arbre d'entrée 8 de façon que l'en- gagement d'entraînement obtenu entre les dents du pignon et les dents de la barre de crémaillère, provo- que le déplacement longitudinal de la barre de cré- maillère 3 dans le carter 1 C'est ce dernier déplace- ment qu'on utilise pour effectuer une manoeuvre de direction en réponse à un signal rotatif d'entrée de direction de l'arbre 8. Le système de direction dont la barre de crémaillère 3 fait partie, comprend des moyens d'assistance de direction (non représentés) qui, pour plus de simplicité, peuvent être considérés comme un dispositif de cylindre et piston à double action dont les chambres de piston sont soumises à l'admission et à l'échappement d'un fluide sous pression, de manière à assist er, suivant la pratique courante, le mouvement de la barre de crémaillère 3 Une partie de la longueur de l'arbre d'entrée 8 pénètre dans un cylindre de man- chon 9 du carter de soupape 2 et constitue un élément de soupape intérieur 10 Cet élément de soupape 10 est monté en glissement dans un élément de manchon de soupape 11 présentant une face annulaire extérieure 12 montée en glissement dans le cylindre de manchon 9. Un réseau d'orifices de commande axiaux espacés circulairement 13 sont prévus dans l'élément de soupape 10 à son interface avec l'élément de manchon 11. Ces orifices de commande 13 sont destinés à coopérer avec les orifices de commande 14 de L'élément de man- chon de soupape pour contrôler le débit de fluide arri- vant au bloc de piston et de cylindre L'élément de manchon de soupape 11 part du carter de soupape 2 pour pénétrer dans le carter 1 de la barre de crémaillère et cet élément de manchon se soude à une partie d'arbre tubulaire 15 du pignon 4 (l'élément de manchon pouvant également faire partie intégrante de l'arbre tubulaire ) Les éléments de soupape 10, 11 et le cylindre de manchon 9 sont coaxiaux avec l'axe de rotation du pignon 4 et, bien qu'on puisse considérer que ces deux éléments de soupape tournent avec le pignon 4, l'élé- ment de soupape intérieur 10 peut être retenu dans son mouvement de rotation par rapport à l'élément de man- chon de soupape 11. Ce dernier effet est obtenu au moyen d'un accouplement à clavettes, indiqué en 16 sur la figure 2, dans lequel l'extrémité intérieure de l'élé- ment de soupape 10 comporte un réseau de clavettes extérieures espacées circulairement 17, qui viennent se loger entre un réseau de clavettes intérieures circulai- rement espacées 18 de la partie d'arbre tubulaire 15. Les cavités-axiales 19 dans lesquelles les clavettes viennent se loger, s'étendent sur une plus grande longueur circulaire que les clavettes correspondantes 17 qu'elles reçoivent, ce qui permet une rotation axiale relative entre les éléments-de soupape 10, 11, sur une distance limitée par la butée des clavettes intérieures 17 contre les clavettes extérieures 18. Sur l'élément de soupape intérieur 10 est monté un ressort en forme de "C" 20 servant à rete- nir élastiquement la rotation relative entre les élé- ments de soupape intérieur et extérieur, et à pousser ces éléments en rotation jusqu'à une position neutre prédéterminée de la soupape Le ressort 20 entoure l'élément de soupape 10 et se place de préférence à l'intérieur d'une cavité annulaire extérieure de cet élément, de manière à pouvoir se dilater et se contrac- ter diamétralement Une tige 21 traversant diamétrale- ment l'élément de soupape 10, comporte une extrémité 22 faisant saillie entre les extrémités libres 23 du res- sort 20 pour empêcher celui-ci de tourner circulaire- ment autour de l'élément de soupape 10. De plus, une cheville axiale 24 montée sur l'élément de manchon de soupape 11, fait également saillie entre les extrémités libres 23 du ressort 20, et c'est la réaction de cette cheville 24 sur l'une ou l'autre des extrémités 23 du ressort pendant la rota- tion relative des éléments de soupape 10, 11, qui pro- voque l'élargissement diamétral du ressort et l'appli- cation d'une force de poussée entre les deux éléments de soupape pour les ramener dans-leur position neutre de la figure 3. L'élément de soupape 10 est monté dans le carter de soupape 2 à l'intérieur d'un capot d'ex- trémité 2 a qu'on peut considérer comme faisant partie du carter de soupape, et qu'on ne peut retirer de ce carter de soupape du fait de la présence d'une tige de retenue 27. L'une des extrémités de cette tige 27 est montée en rotation, par un roulement à billes 28, dans la partie d'arbre tubulaire 15, et se trouve re- tenue axialement à l'intérieur de ce roulement à billes. L'autre extrémité de la tige 27 pénètre dans un trou borgne 27 a de l'élément de soupape 10 et comporte un trou transversal 29 permettant de la fixer convenable- ment à l'élément de soupape 10 par une tige 21. Pour faciliter le montage des éléments de soupape et en particulier l'alignement du trou transver- sal 29 avec la tige 21 pendant l'introduction de cette dernière, la tige 27 comporte une extrémité fendue 30 permettant de la faire tourner axialement à la main pour aligner son trou 29 dans l'axe de la tige 21 en introduisant par exemple un tournevis dans un orifice 31 du carter de barre de crémaillère et dans un pas- sage 32 traversant axialement le pignon, de manière à obtenir l'alignement avec la fente 30. Le passage 32 constitue de façon très pratique un circuit de retour du fluide vers l'échappe- ment ou vers un réservoir relié à l'orifice 31 Ce pas- sage 32 se prolonge par des passages de retour de fluide 32 a ménagés dans la partie d'arbre 15 communiquant avec le trou borgne 27 a Le fluide revenant des orifices de commande 13 et 14 est destiné à passer dans le trou borgne 27 a, grâce à la présence de passages radiaux 33 ménagés dans l'élément de soupape 10, et peut ainsi s'échapper vers l'extérieur. Dans la face annulaire 12 de l'élément de manchon de soupape, est usinée une cavité annulaire formant avec le cylindre 9 une chambre annulaire en communication permanente avec un orifice d'admission 26 destiné à être relié à une source de fluide sous pres- sion. La cavité 25 communique avec les orifices de commande 14 par des moyens de passage 34 Deux orifi- ces supplémentaires (non représentés) sont percés dans le carter de soupape 2 pour communiquer chacun avec l'une des deux chambres de pressions alternatives, et ces orifices supplémentaires sont destinés à assurer chacun la communication avec l'une des chambres de pis- ton du bloc d'assistance de puissance. La chambre 35 est partiellement définie par une face d'extrémité radiale 37 de l'élément de man- chon de soupape 11 partant intérieurement de la face annulaire 12 et constituant une partie d'une rainure annulaire 38 de l'élément de manchon de soupape La chambre 35 communique par les passages 39 de l'élément de manchon de soupape, avec les orifices de commande 14, et se trouve fermée par un joint d'étanchéité haute pression 40 monté entre le carter de soupape 2 et l'élément de manchon de soupape 11 Le roulement à billes 6 est convenablement placé à l'intérieur de la chambre 35. La chambre 36 est partiellement consti- tuée par une face d'extrémité 41 de l'élément de manchon de soupape 11 partant radialement vers l'intérieur de la face annulaire 12 et faisant partie d'une rainure annulaire 42 de l'élément de soupape 11 La chambre 36 est fermée par le capot de carter de soupape 2 a et par un joint d'étanchéité haute pression 43 monté entre le carter de soupape et l'élément de soupape intérieur 10 Les passages 44 de l'élément de manchon de soupape Il assurent la communication entre la chambre de pres- sion alternative 36 et les orifices de commande 14. La disposition réelle, les dimensions relatives et le fonctionnement des orifices de commande 13 et 14 permettront aux spécialistes de la question de comprendre facilement que lorsqu'on fait tourner les éléments de soupape intérieur et extérieur l'un par rapport à l'autre en réponse à un signal d'entrée de direction appliqué à l'arbre 8, le fluide sous pression arrivant par l'orifice 26 se trouve dirigé vers l'une ou l'autre des chambres de pressions alternatives 35 et 36 de manière à comprimer la chambre de piston associée, tandis que l'autre chambre de pression 36 ou 35 se trouve reliée au réservoir par un passage 33 et le trou borgne 27 a de manière à produire l'échappement de la imbre de piston associée, po-ur obtenir l'assistance Je auissance voulue. Dans la position neutre de la soupape pour laquelle aucune assistance de puissance n'est né- cessaire, le fluide sous pression peut s'échapper di- rectement par les passages 33 et 27 a tandis que les deux chambres de pressions alternatives 35 et 36 sont également en communication avec l'orifice d'échappement 311. On remarquera en particulier sur la figure 1, que la longueur axiale de la face annulaire 12 est très courte et suffit simplement à assurer l'adaptation dans la cavité annulaire 25 pour permet- tre la fermeture étanche de cette cavité par rapport aux chambres adjacentes 35 et 36 La possibilité de réaliser une face annulaire 12 aussi courte permet d'utiliser un élément de soupape 10 et un élément de manchon de soupape 11 relativement courts, ce qui en- trdine une diminution correspondante de la longueur ?x -iiale totale du carter de soupape et par conséquent de 1 'ensemble de l'engrenage de direction. Bien que les chambres 35 et 36 soient alternativement soumises à la pression et à l'échappe- ment du fluide, les joints d'étanchéité 40 et 43 peuvent U 5 facilement supporter les variations de pression néces- :îlt-s De plus, la poussée axiale à laquelle l'élément ^on dc soupape 11 peut être soumis par la com- presi 1 s' de l'une des chambres 35 ou 36 tandis que -1 i tre se trouve en échappement, peut facilement être pportée par les moyens de retenue axiale du piston 4 t (et par conséquent de l'élément de soupape 11) à l'intérieur du roulement à billes 5. R E V E N D I C A T I O N S ) Engrenage de direction assistée com- prenant un élément de soupape ( 10) monté dans un élé- ment de manchon de soupape ( 11) et pouvant se déplacer par rapport à celui-ci, en réponse à un signal d'en- trée de direction, pour régler les orifices de commande ( 13, 14) situés entre ces éléments, de manière à con- trôler le débit de fluide sous pression entre une source de fluide sous pression et les moyens d'assistance de puissance, engrenage caractérisé en ce que l'élément de manchon de soupape ( 10) comporte une face annulaire ex- térieure ( 12) montée en glissement dans le cylindre de manchon ( 9) d'un carter de soupape ( 2), et des faces d'extrémité partant radialement de la face annulaire ( 12) aux deux extrémités axialement opposées de celle- ci; une première chambre à fluide formée par une cavité annulaire ( 25) creusée dans la face annulaire ( 12), et des seconde et troisième chambres à fluide ( 35, 36) partiellement définies par les faces d'extrémité et les zones d'extrémité axialement opposées du carter de soupape ( 2), les trois chambres à fluide communiquant chacune avec l'un des trois orifices de fluide percés dans le carter de soupape ( 2), et avec les orifices de commande ( 13, 14) par des passages ( 39, 44) ménagés dans l'élément de manchon de soupape, l'un des orifices de fluide étant destiné à assurer la communication avec la source de fluide sous pression et les deux autres ori- fices de fluide étant destinés à assurer la communica- tion avec les moyens d'assistance de puissance. 20) Engrenage de direction assistée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une cavité an- nu Laire ( 25) est creusée dans la face annulaire ( 12) pour amener le fluide sous pression aux orifices de commande ( 13, 14), et en ce que les faces d'extrémité définissent en partie avec les zones d'extrémité xialement opposées du carter de soupape, deux chambres ue pressions alternatives ( 35, 36) communiquant avec ies orifices de commande ( 13, 14) et restant en communi- cation permanente avec les orifices ménagés dans le car- ter de soupape ( 2) pour actionner les moyens d'assistan- ce de puissance. )-Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les faces J'extrémité ( 37, 41) sont constituées par des parties de rainures annulaires ( 38, 42) formées aux extrémités axialement opposées de l'élément de manchon de soupape 4 ) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de soupape ( 10) et l'élément de manchon de soupape ( 11) peuvent tourner axialement par rapport au carter de soupape ( 2) en réponse à un signal d'entrée de direc- tion, et en ce que le réglage des orifices de commande ( 13, 14) s'effectue par rotation de l'un des éléments par rapport à l'autre. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'une au moins des chambres ( 35, 36) comprenant une face d'extré- mité ( 37, 41), est partiellement définie par un joint d'étanchéité haute pression ( 40, 43) porté par le car- ter de soupape ( 2). 6 ) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le joint ou un joint haute pression ( 40) est monté entre le carter de soupape ( 2) et l'élément de manchon de soupape ( 11). 7 ) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le joint ou un joint haute pression ( 43) est monté entre le carter de soupape ( 2) et l'élément de soupape ( 10).