Brevet FR2516465A1 — publié le 19830520

Engrenage de direction assistée ". L'invention concerne un engrenage de direction assistée. Les engrenages de direction assistée destinés en particulier aux véhicules à moteur, compren- nent de façon bien connue un élément de soupape monté dans un élément de manchon de soupape ou dans un élé- ment de transmission de manière à pouvoir tourner par rapport à celui-ci, en réponse à un signal d'entrée de direction, pour régler les orifices de commande de l'élément de soupape Le réglage des orifices de com- mande sert à contrôler le débit de fluide sous pression entre une source de pression appropriée et les moyens d'assist ance de puissance destinés à se monter dans un système de direction utilisant l'engrenage, ces moyens se présentant généralement sous la forme d'un piston à double action et d'un cylindre, ou sous la forme d'un dispositif de piston plongeur. Généralement le déplacement de l'élément de soupape par rapport à l'élément de manchon de sou- pape ou élément de transmission, est limité ou retenu élastiquement. Il est important de concevoir les engre- nages de direction de manière à réduire au minimum les dimensions du bloc de direction, dans les limites des possibilités pratiques et sans perte de rendement Cela permet non seulement de réduire les coûts de fabrica- tion de l'engrenage, mais encore de réduire l'espace nécessaire pou 2 le loger dans l'ensemble du système de direction dont on peut ainsi réduire l'encombrement, ce qui présente un intérêt considérable pour faciliter la conception et l'adaptation du système de direction assistée à un véhicule moderne. Pour les éléments de soupape réglables en rotation l'un par rapport à l'autre, et en réponse à un signal d'entrée de direction, il est important de s'assurer, pour obtenir un fonctionnement efficace des orifices de commande reliant ces éléments, que la posi- tion axiale de ces éléments l'un par rapport à l'autre est maintenue parfaitement constante Il est également important de s'assurer que ces éléments sont maintenus de manière à ne pouvoir se déplacer axialement dans le carter d'engrenage Cette retenue axiale des éléments de soupape est généralement obtenue en utilisant des paliers de butée axiaux pour chacun de ces éléments. Ces paliers de butée sont non seulement chers mais encore encombrants et leur logement dans le carter augmente le volume de celui-ci, et par conséquent de l'ensemble de l'engrenage. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients en créant un engrenage de direction assis- tée comprenant un élément de soupape réglable en rota- tion par rapport à un élément de manchon de soupape ou à un élément de transmission, cet élément de soupape utilisant une disposition compacte permettant de le retenir axialement par rapport à l'élément dans lequel il tourne, cette disposition compacte permettant de réduire la taille totale de l'engrenage. A cet effet, l'invention concerne un engrenage de direction assistée comprenant un carter, un élément de transmission pouvant tourner autour de son axe à l'intérieur du carter, des moyens de retenue empêchant l'élément de transmission de se déplacer axialement par rapport au carter, un élément de soupape monté dans un carter pour tourner coaxialement par rap- port à l'élément de transmission, cette rotation rela- tive s'effectuant en réponse à un signal d'entrée de direction appliqué à une extrémité de l'élément de sou- pape partant d'une paroi latérale du carter, et ser- vant à régler les orifices de commande de l'élément de soupape pour contrôler le débit de fluide envoyé aux moyens d'assistance de puissance, engrenage caracté- risé en ce que l'élément de soupape est retenu de ma- nière à ne pouvoir se déplacer axialement par rapport au carter, par un accouplement rigide monté de manière à pouvoir tourner autour de l'axe sans pouvoir se dé- placer axialement par rapport à l'un ou l'autre des éléments de soupape et de transmission, et se reliant à l'autre de ces éléments de soupape et de transmission. Suivant une autre caractéristique de l'invention, celle-ci concerne un engrenage de direc- tion assistée caractérisé en ce qu'il comprend un élé- ment de soupape intérieur monté coaxialement dans un élément de manchon de soupape, cet élément de soupape intérieur et cet élément de manchon de soupape pouvant tourner en réponse à un signal d'entrée de direction pour donner un signal de sortie de direction, et tour- ner l'un par rapport à l'autre en réponse au signal d'entrée de direction pour régler les orifices de com- mande entre ces éléments de manière à contrôler la pression de fluide appliquée aux moyens d'assistance de puissance pour fournir le signal de sortie de di- rection, des moyens de retenue retenant l'un des élé- ments de soupape pour qu'il ne puisse se déplacer axiale- ment par rapport au carter, et un accouplement rigide monté de manière à pouvoir tourner autour de l'axe sans pouvoir se déplacer axialement par rapport à cet élé- ment de soupape et se reliant à l'autre élément de sou- pape pour empêcher le déplacement axial de ce dernier élément de soupape par rapport au premier. L'élément de transmission pouvant tour- ner autour de l'axe, se présente généralement sous la forme d'un élément denté tel qu'un pignon dont les dents viennent en prise avec celles d'un élément denté entraîné tel qu'une barre de crémaillère, de façon que le déplacement de l'élément denté sous l'action de la rotation de l'élément de transmission, donne un signal de sortie de direction C'est ce signal de sortie de direction qui est généralement appliqué aux moyens d'assistance à commande par fluide sous pression, dont l'alimentation en fluide est contrôlée par le réglage des orifices de commande. L'élément de transmission peut faire corps ou être fixé à l'élément de manchon de soupape dans lequel se monte l'élément de soupape intérieur. Dans une telle disposition, l'élément de transmission (et par conséquent l'élément de manchon de soupape qu'il porte) est généralement retenu par des moyens convena- bles de manière à ne pouvoir se déplacer axialement par rapport au carter (ces moyens de retenue pouvant par exemple être constitués par un palier de butée axial supportant en rotation l'élément de transmission dans le carter) Lorsque les moyens de retenue sont appliqués à l'élément de transmission ou à l'élément de manchon de soupape, l'accouplement rigide sert à empêcher tout déplacement axial entre l'élément de soupape intérieur et l'élément de manchon de soupape ou élément de trans- mission, suivant le cas qui se présente. Par suite, l'accouplement rigide supprime la nécessité d'utiliser un palier de butée axial sur le pourtour de l'élément de soupape intérieur o, classi- quement, ce palier de butée réagit entre l'élément de soupape intérieur et l'élément de manchon de soupape ou le carter pour empêcher le déplacement axial de l'élément desoupape intérieur La possibilité de sup- primer le palier de butée permet de réduire de manière appréciable la taille totale du carter et de l'ensemble de l'engrenage. De préférence, l'accouplement rigide est de forme allongée (en pratique en forme de tige), et cet accouplement, coaxial avec l'élément de soupape, pénètre axialement dans un trou de l'élément de soupape ou élément intérieur Dans cette position, l'accouple- ment peut être monté, par une extrémité, à l'intérieur du trou de l'élément de soupape intérieur de manière à tourner avec celui-ci, tandis que son autre extrémité est supportée pour pouvoir tourner autour de l'axe mais sans pouvoir se déplacer axialement, sous l'action de l'élément de transmission, ou de l'élément de man- chon de soupape suivant le cas. Cet accouplement intérieur entre les éléments décrits ci-dessus, et la retenue axiale qu'il permet d'obtenir pour l'élément de soupape intérieur, facilitent la conception d'un engrenage relativement compact De plus, l'élément de soupape intérieur est le plus souvent de forme générale cylindrique et les ori- fices de commande sont percés dans sa surface cylindri- que, l'accouplement intérieur décrit ci-dessus permet- tant de s'assurer que l'élément de soupape intérieur est bien retenu axialement, même si une extrémité de sa surface cylindrique peut traverser une paroi latérale du carter. Pour faciliter le montage de l'engrenage, l'accouplement rigide présentant là encore une forme de préférence allongée, coaxiale avec l'élément de soupape, peut comporter une extrémité en alignement axial avec une ouverture ménagée dans l'élément qui peut ainsi le supporter en rotation, cette ouverture permettant de régler l'accouplement rigide en rotation, par rapport à l'élément, pour faciliter ainsi l'orientation angulai- re de l'accouplement pendant le montage. Si cela est nécessaire, l'accouplement rigide tel qu'une tige ou un tube peut être supporté en rotation à la fois par l'élément de soupape et par l'élément de manchon ou l'élément de transmission (sui- vant le cas), ces supports de rotation servant à empê- cher tout déplacement axial entre l'accouplement rigide et les éléments qu'il relie. L'invention sera décrite en détail au moyen des dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est une coupe axiale d'un engrenage de direction assistée à pignon et cré- maillère pour véhicule, réalisé selon l'invention la figure 2 est une coupe radiale partielle, suivant la ligne A-A de la figure 1, repré- sentant les moyens d'accouplement mécanique entre la soupape et les éléments de manchon de soupape contenus dans l'engrenage; et la figure 3 est une coupe radiale par- tielle, suivant la ligne B-B de la figure 1, représen- tant les moyens de ressort destinés à retenir élasti- quement la rotation relative entre les éléments de soupape et de manchon de soupape contenus dans l'engre- nage. L'engrenage de direction est générale- ment du type à pignon et crémaillère comprenant un car- ter de crémaillère l faisant corps avec un carter de soupape 2 Dans le sens longitudinal du carter 1 se monte une barre de crémaillère 3 dont les dents coopè- rent avec un élément de transmission se présentant sous la forme d'un pignon 4 monté, de manière à tourner autour de l'axe, dans un roulement à billes 5 du carter 1 et dans un roulement à rouleaux 6 du carter de soupape 2. Le roulement à billes 5 sert en outre à retenir le dépla- cement axial du pignon 4 par rapport au carter l. La barre de crémaillère 3 est poussée par un attelage 7 comprimé par un ressort, de façon que ses dents soient en prise avec le pignon 4 La rotation du pignon 4 s'effectue sous l'action d'un arbre d'entrée 8, de façon que l'engagement d'entraînement entre les dents du pignon et les dents de la barre de crémaillère, pro- duise le déplacement longitudinal de la barre de cré- maillère 3 dans le carter 1 C'est ce dernier déplace- ment qui sert à effectuer la manoeuvre de direction en réponse à un signal d'entrée rotatif de direction de l'arbre 8. Le système de direction dont la barre de crémaillère 3 fait partie, comprend des moyens d'assistance de puissance (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 pour assurer, de manière classique, l'assistance de puissance néces- saire au mouvement de la barre de crémaillère 3 Une partie de la longueur de l'arbre d'entrée 8 pénètre dans un cylindre de manchon 9 du carter de soupape 2 et constitue un élément de soupape intérieur 10 géné- ralement cylindrique. L'élément de soupape 10 est monté en glissement dans un élément de manchon de soupape Il dont la face annulaire extérieure 12 est montée en glis- sement dans le cylindre de manchon 9 Dans l'élément de soupape 10, à son interface avec l'élément de man- chon 11, sont percés un réseau d'orifices de commande axiaux 13 régulièrement espacés circulairement et desti- nés à coopérer avec des orifices de commande 14 de l'élé- ment de manchon de soupape pour contrôler le débit de fluide pénétrant dans le bloc de cylindre et de piston. L'élément de manchon de soupape 11 part du carter de soupape 2 pour pénétrer dans le carter de barre de crémaillère 1 et se soude ou peut faire corps avec une partie d'arbre tubulaire 15 du pignon 4 Les éléments de soupape 10 et 11 et le cylindre de manchon 9 sont coaxiaux avec l'axe de rotation du pignon 4 et, bien qu'on puisse considérer les deux éléments de sou- pape comme tournant avec le pignon 4, on peut cependant retenir le mouvement de rotation de l'élément de sou- pape intérieur 10 par rapport à l'élément de manchon de soupape 11. Ce dernier effet est obtenu au moyen d'un accouplement par clavette, indiqué en 16 sur la figure 2, dans lequel l'extrémité intérieure de l'élément de soupape 10 comporte un réseau de clavettes extérieures 17 régulièrement réparties circulairement et venant se loger entre un réseau correspondant de clavettes inté- rieures circulairement réparties 18 de la partie d'arbre tubulaire 15. Les cavités axiales 19 dans lesquelles les clavettes viennent se loger, s'étendent sur un arc de cercle plus grand que les clavettes 17 qu'elles re- çoivent, de manière à permettre une rotation axiale relative entre les éléments de soupape 10 et 11 sur une distance angulaire limitée par la butée des cla- %ettes 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 de l'élément de soupape intérieur par rapport à l'élément de soupape extérieur, et à pousser ces éléments en rotation vers une position neutre prédéterminée de la soupape Le ressort 20 en- toure l'élément de soupape 10 et se place de préférence dans une cavité annulaire extérieure de cet élément, de manière à pouvoir se dilater et se contracter diamé- tralement Une tige 21 traversant diamétralement l'élé- ment de soupape 10, comporte une extrémité 22 faisant saillie entre les extrémités libres 23 du ressort 20 pour empêcher le ressort de tourner autour de l'élément de soupape 10. Entre les extrémités libres 23 du ressort vient également se loger une cheville axiale 24 fixée sur l'élément de manchon de soupape 11, et c'est la réaction de cette cheville 24 sur l'une ou l'autre des extrémités 23 du ressort, au cours de la rotation relative des éléments de soupape 10 et 11, qui provoque l'écartement diamétral du ressort et l'application d'une force de poussée entre les deux éléments de soupape, de manière à ramener ceux-ci 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 qui peut être considéré comme faisant partie du carter de soupape, de façon que sa face cylindrique sorte du carter de soupape. Un accouplement rigide se présentant sous la forme d'une tige de retenue 27, empêche l'élé- ment de soupape 10 de se déplacer axialement par rap- port au carter 2, de façon qu'on ne puisse le retirer du carter de soupape par le capot d'extrémité 2 a. La tige 27 est montée en rotation, par une extrémité, dans un roulement à billes 28 logé coaxialement dans la partie d'arbre tubulaire 15 du pignon 4 et dans l'élément de manchon de soupape 11, cette tige 27 étant retenue axialement par rapport au poignon 4, à 1 ' intérieur du roulement à billes 28 L'au- tre extrémité de la tige 27 fait saillie dans un trou borgne 27 a de l'élément de soupape 10 et comporte un trou transversal 29 permettant de la relier convenable- ment, par la tige 21, à l'élément de soupape 10 pour qu'elle tourne avec celui-ci. Pour faciliter le montage des éléments de soupape, et en particulier l'alignement du trou transversal 29 avec la tige 21 pendant l'introduction de cette dernière, la tige 27 est munie d'une extrémité fendue 30 au moyen de laquelle on peut faire tourner axialement à la main la tige 27 pour aligner son trou 29 de façon qu'il reçoive la tige 21, cette opération s'effectuant en introduisant par exemple un tournevis dans un orifice 31 du carter de barre de crémaillère et dans un passage 32 traversant axialement le pignon, pour qu'il vienne dans l'axe de la fente 30. Le passage 32 constitue de façon pratique un conduit de retour de fluide vers l'échappement ou vers un réservoir relié à l'orifice 31, ce passage 32 se prolongeant par les passages de retour de fluide 32 a mern Iqés dans la partie d'arbre 15 communiquant avec le trou borgne 27 a Le fluide revenant des orifices de com- mande 13 et 14 est envoyé dans le trou-borgne 27 a par des passages radiaux 33 ménagés dans l'élément de sou- pape 10, puis s'échappe. Dans la face annulaire 12 de l'élément de manchon de soupape est usinée une cavité annulaire -0 25 formant avec le cylindre 9 une chambre annulaire en communication permanente avec un orifice d'entrée 26 destiné à se relier à une source de fluide sous pres- sion. La cavité 25 communique par les moyens de passage 34 avec les orifices de commande 14 Deux orifices supplémentaires (non représentés) sont percés dans le carter de soupape 2 de manière à communiquer chacun avec l'une des deux chambres de pression alter- natives 35 et 36, ces orifices supplémentaires étant destinés chacun à assurer la communication avec l'une des chambres de piston du bloc d'assistance de puis- sance. La chambre 35 est partiellement définie par une face d'extrémité radiale 37 de l'élément de manchon de soupape Il partant vers l'intérieur de la face annulaire 12 et faisant partie d'une rainure annu- laire 38 de l'élément de manchon de soupape -La cham- bre 35 communique par des passages 39 ménagés dans l'élément de manchon de soupape, avec les orifices de commande 14, et se ferme 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 rouleaux 6 est convenablement logé à l'intérieur de la chambre 35. La chambre 36 est partiellement formée 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 annu- laire 42 de l'élément de soupape 11 La chambre 36 est fermée par le capot de carter de soupape 2 a, et un joint d'étanchéité haute pression 43 est monté entre le carter de soupape et l'élément de soupape intérieur Des passages 44 ménagés dans l'élément de manchon de soupape 11, assurent la communication entre la cham- bre de pression alternative 36 et les orifices de com- mande 14. Il apparaîtra clairement aux spécialistes de la question que la disposition réelle, les dimensions relatives et le fonctionnement des orifices de com- mande 13 et 14 sont conçus de façon que lorsque les éléments de soupape intérieur et extérieur tournent l'un par rapport à l'autre en réponse à un signal d'en- trée 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 pression alternatives et 36 de façon que la chambre de piston associée soit mise en pression, tandis que l'autre chambre de pression 36 ou 35 est reliée au réservoir par un passage 33 et le trou borgne 27 a de façon que la chambre de piston associée se trouve en échappement, ce qui permet ainsi d'obtenir l'assistance de puissance voulue. Dans la position neutre de la soupape pour laquelle aucune assistance de puissance n'est demandée, le fluide sous pression peut être envoyé directement à l'échappement par les passages 33 et 27 a tandis que les deux chambres de pression alternatives et 36 se trouvent également en communication avec l'orifice de sortie d'échappement 31. On remarquera en particulier sur la figure 1, que la longueur axiale de la face annulaire 12 est très courte et juste suffisante pour recevoir la cavité annulaire 25 et permettre la fermeture étan- che'de cette cavité par rapport aux chambres adjacentes et 36 L'accouplement intérieur par la tige 27 permet d'obtenir un moyen très compact de retenue axiale entre les deux éléments de soupape, tout en offrant la possi- bilité, dans la présente forme de réalisation, d'obtenir une face annulaire courte 12 et par conséquent un élé- ment de manchon de soupape court 11 Cela permet de réduire de manière appréciable la taille totale du car- ter de soupape 2 et par conséquent de l'ensemble de l'engrenage de direction. R E V E N D I C A T I O N S ) Engrenage de direction assistée com- prenant un carter ( 1), un élément de transmission ( 4) pouvant tourner autour de son axe à l'intérieur du car- ter ( 1), des moyens de retenue ( 5) empêchant l'élément de transmission ( 4) de $e déplacer axialement par rap- port au carter ( 1), un élément de soupape ( 10) monté dans un carter ( 2) pour tourner coaxialement par rap- port à l'élément de transmission ( 4), cette rotation relative s'effectuant en réponse à un signal d'entrée de direction appliqué à une extrémité de l'élément de soupape ( 10) partant d'une paroi latérale du carter ( 2), et servant à régler les orifices de commande ( 13) de l'élément de soupape ( 10) pour contrôler le débit de fluide envoyé aux moyens d'assistance de puissance, engrenage caractérisé en ce que l'élément de soupape ( 10) est retenu de manière à ne pouvoir se déplacer axialement par rapport au carter '( 2), par un accouple- ment rigide ( 27) monté de manière à pouvoir tourner autour de l'axe sans pouvoir se déplacer axialement par rapport à l'un ou l'autre des éléments de soupape ( 10) et de transmission ( 4), et se reliant à l'autre de ces éléments de soupape et de transmission. ) Engrenage de direction assistée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de soupape intérieur ( 10) monté coaxialement dans un élément de manchon de soupape ( 11), cet élément de soupape intérieur ( 10) et cet élément de manchon de soupape ( 11) pouvant tourner en réponse à un signal d'entrée de direction pour donner un signal de sortie de direction, et tourner l'un par rapport à l'autre en réponse au signal d'entrée de direction pour régler les orifices de commande ( 13, 14) entre ces éléments de manière à contrôler la pression de fluide appliquée aux moyens d'assistance de puissance pour fournir le signal de sortie de direction, des moyens de retenue ( 27) rete- nant l'un des éléments de soupape pour qu'il ne puisse se déplacer axialement par rapport au carter ( 2), et un accouplement rigide ( 27, 27 a) monté de manière à pouvoir tourner autour de l'axe sans pouvoir se déplacer axiale- ment par rapport à cet élément de soupape ( 10) et se reliant à l'autre élément de soupape ( 11) pour empê- cher le déplacement axial de ce dernier élément de soupape par rapport au premier. 30) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élé- ment de manchon de soupape ( 11) est retenu par les moyens de retenue ( 27). ) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de manchon de soupape ( 11) peut tourner avec un élément de transmission ( 15) et se trouve retenu par celui-ci de manière à ne pouvoir se déplacer axialement par rap- port au carter ( 2). 50) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une par- tie d'extrémité de l'élément de soupape intérieur ( 10) part d'une paroi latérale du carter ( 2) pour recevoir un signal d'entrée de direction rotatif. 60) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'ac- couplement rigide ( 27) est monté en rotation dans un support ( 28) et en ce que ce support empêche le dépla- cement axial de cet accouplement rigide par rapport à l'élément ( 28) qui le supporte en rotation. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élé- ment rigide ( 27) est relié à l'autre élément ( 10) pour tourner avec celui-ci. 80) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'accou- plement rigide ( 27) est de forme allongée coaxiale avec l'élément de soupape ( 10) et vient se loger axialement dans un trou ( 27 a) de l'élément de soupape intérieur ( 10). ) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'accou- plement rigide ( 27) est de forme allongée coaxiale avec l'élément de soupape ( 10) et en ce qu'une extrémité de cet accouplement rigide est en alignement axial avec une ouverture ( 32) de l'élément le supportant en rotation, cette ouverture permettant de régler l'accouplement ri- gide ( 27) en rotation par rapport à l'élément de sup- port pour faciliter l'orientation angulaire de cet accouplement au moment du montage de l'engrenage. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il com- prend des moyens de poussée élastiques ( 20) réagissant entre l'élément de soupape ( 10) et l'élément de manchon de soupape ( 11), ou l'élément de transmission ( 4) sui- vant le cas, ces moyens poussant en rotation les élé- ments associés ( 10, 11) l'un vers l'autre pour les amener dans une position neutre prédéterminée des ori- fices de commande. 110) Engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'accouplement rigide ( 27) est relié à l'autre élément ( 10) par une tige ( 21, 22) retenant les moyens de res- sort ( 20) sur l'autre élément, ces moyens de ressort étant destinés à produire la poussée en rotation.