Brevet FR2520066A1 — publié le 19830722

-1- Distributeur pour servomécanisme hydraulique L'invention concerne un distributeur rotatif pour servomécanisme hydraulique, notamment pour système de servodirection d'une automobile, adap- té pour de tels systèmes dits "à centre ouvert" nécessitant un débit de fluide relativement important, l'agencement de distribution proposé se prêtant à une industrialisation particulièrement simple et rationnelle. On connaît un distributeur, d'industrialisation simple, comportant deux éléments de distributeur, respectivement interne et externe, munis de parties cylindriques coaxiales susceptibles d'une rotation relative limitée autour de leur axe commun De façon classique, l'élément de distributeur in- terne est monté tournant dans un alésage axial de l'élément de distributeur externe et ce dernier est monté tournant dans un boîtier fixe Le circuit de distribution défini par ces deux éléments est essentiellement constitué par six rainures longitudinales pratiquées à la surface de l'élément de distribu- teur interne et par trois trous borgnes diamétraux pratiqués dans l'élément de distributeur externe Ce distributeur est décrit dans la demande de brevet français NO 80 25545 déposée aunom de la demanderesse Il donne toute satis- faction pour des débits faibles ou moyens, c'est-à-dire pour équiper un système de direction assistée d'une automobile de faible cylindrée Cependant, si on désire augmenter les débits en vue de fournir des efforts d'assistance plus importants sans-pour autant augmenter le niveau des pertes de charge en posi- tion de repos des éléments de distributeur correspondant à une conduite en ligne droite, on ne peut augmenter le diamètre des alésages matérialisant les passages à section variable au-delà de certaines limites car celà se tradui- rait par une impression de jeu élastique dans la colonne de direction, corres- pondant à un angle de rotation important de la barre de torsion reliant les deux éléments de distributeur avant tout mouvement de braquage des roues On est donc amené à multiplier le nombre de rainures et d'alésages dans les élé- ments de distributeur interne et externe, respectivement, pour disposer d'un plus grand nombre de passages à section variable, agencés en parallèle. L'invention concerne un nouveau type de distributeur, notamment pour débits élevés, dont le schéma de distribution se prête particulièrement bien à une industrialisation rapide et peu coûteuse. Plus précisément, l'invention concerne donc un distributeur pour servomécanisme hydraulique, notamment pour direction assistée, du type com- portant un bo 3 tier fixe abritant deux éléments de distributeur cylindriques, coaxiaux et susceptibles d'une rotation relative limitée autour de leur axe commun, de part et d'autre d'une position relative neutre, ces éléments de -2- distributeur respectivement externe et interne comportant des ouvertures et cavités définissant un premier circuit de circulation de fluide connectable entre une source de fluide et un réservoir de fluide d'une part et comportant deux prises de pression de travail d'autre part, ce circuit comportant deux branches de distribution agencées en parallèle entre des moyens de raccorde- ment à ladite source et des moyens de raccordement audit réservoir, les- quelles comportent des passages à section variable de deux types se distinguant par des sens de variation de section inversés pour un sens quelconque de la- dite rotation relative au-delà de ladite position relative neutre, chaque branche comprenant un branchement en série de passages des deux types inclu- ant deux groupements en parallèle de passages d'un même type ayant des sec- tions d'écoulement différentes au moins pour une plage de rotation relative entre les deux éléments de distributeur autour de ladite position relative neutre, le point de jonction des deux groupements en parallèle communiquant avec une prise de pression de travail précitée de la branche considérée, ca- ractérisé par un second circuit de circulation de fluide analogue audit pre- mier circuit mais indépendant desdites prises de pression de travail, agen- cé entre lesdits moyens de raccordement à ladite source de fluide d'une part et lesdits moyens de raccordement audit réservoir par l'intermédiaire d' une restriction d'écoulement calibrée d'autre part, les passages à section variable de ce second circuit ayant dis sections d'écoulement supérieures à de même type celles de n'importe lequel des passages/dudit premier circuit dans la plage de rotation relative précitée. L'vinvention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de distributeur conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé dans lequel: la Figure 1 représente une vue générale en coupe d'un distri- buteur selon l'invention; la Figure 2 est un schéma illustrant le circuit de circulation de fluide defini dans ce distributeur, en liaison avec d'autres éléments du système de direction assistée; la Figure 3 est une coupe III-III de la Figure 1 limitée aux deux éléments de distributeur; la Figure 4 est une coupe IV-IV de la Figure 1 limitée aux deux éléments de distributeur; et -,la Figure 5 est une coupe V-V de la Figure 1 limitée aux deux éléments de distributeur. -3- En se reportant aux Figures 1 et 2, le dispositif de distribution 11 selon l'invention comporte essentiellement un boîtier 12, fixe, muni d'un alésage 16 abritant deux éléments de distributeur 14 et 15, cylindriques et coaxiaux, comportant chacun une partie en forme de manchon De façon classi- que, l'élément de distributeur 15 le plus interne est guidé en rotation dans le manchon formé par l'élément de distributeur 14 le plus externe tandis que l'espace interne 13 du manchon formé par l'élément de distributeur 15 abrite une barre de torsion 18 connectée, par l'une de ses extrémités, à l'élément de distributeur 15 par une goupille 19 et, par son autre extrémité, à l'élé- ment de distributeur 14 par une goupille 20 Cette barre de torsion consti- tue donc, de façon bien connue, un moyen de rappel en position relative neu- tre des éléments de distributeur, autorisant une rotation limitée, de quel- ques degrés, d'un élément de distributeur par rapport à l'autre autour de leur axe commun (confondu avec celui de la barre de torsion 18) et de part et d'autre de ladite position relative neutre En outre, les éléments de dis- tributeur comportent aussi des ouvertures et des cavités dont l'agencement sera décrit plus en détail en référence aux Figures 2 à 5 et qui définissent un premier circuit de circulation de fluide 26 et un second circuit de cir- culation de fluide 26 A (voir Figure 2) entre une source de fluide telle qu' une pompe 27 et un réservoir de fluide 28 On notera seulement à ce stade de la description que les ouvertures et cavités précitées coopèrent pour former des passages à section variable opérant par recouvrement des surfaces cylin- driques en contact 30 et 31 des éléments de distributeur 14 et 15, respecti- vement, lors d'une rotation relative limitée précitée Le distributeur 11 étant plus particulièrement destiné à un système de direction assistée, le manchon externe formant l'élément de distributeur 14 est prolongé par un pi- gnon de sortie 35 destiné à être couplé à une crémaillère 36 (voir Figure 2) d'un mécanisme de direction des roues Cet élément de distributeur 14 appelé aussi stator, est guidé en rotation dans l'alésage 16 et des espaces annulai- res 37,38,39,40 adjacents longitudinalement sont individualisés entre la sur- face externe de l'élément de distributeur 14 et la surface de l'alésage 16, au moyen de joints d'étanchéité annulaires 44 et 49, pour former des parties du premier circuit de circulation de fluide 26 et notamment deux prises de pression de travail, confondues avec les espaces annulaires 37 et 39 et destinées à être reliées aux deux chambres d'un vérin à double effet 45 (Figure 2) dont la tige est liée à la crémaillère 36 Les espaces annulaires 37 et 39 sont respectivement en communication avec le vérin 45 au moyen d' embouts de raccordement 46 et 47 du boîtier 12 De façon analogue, l'espace annulaire 38 est raccordé à la sortie de la pompe 27 par un embout de raccordement 48 du boîtier 12, l'ensemble constituant les moyens de raccor- dement à la source de fluide, cités plus haut L'espace 40 (délimité à l'une de ses extrémités par le joint d'étanchéité 49) communique avec l'embout de raccordement 52 qui constitue la sortie de retour au réservoir 28 Des trous radiaux 50 dans l'élément 14 mettent l'espace 40 en communication avec l'es- pace interne 13 de l'élément de distributeur 15, dans lequel est logée la barre de torsion 18 L'élément de distributeur interne 15 est encore appelé rotor et il est destiné à être connecté par son extrémité axiale 55 à la colonne de direction (non représentée) du véhicule. On va maintenant décrire les circuits de circulation de fluide 26 et 26 A en référence à la Figure 2 De façon classique, le premier circuit 26 se compose essentiellement de deux branches parallèles 56,57 munies de passa- ges à section variable précités Il existe deux types de passages se distin- guant par des sens de variation de section inversés pour un sens quelconque de ladite rotation relative au-delà de la position relative neutre précitée des deux éléments de distributeur 14 et 15 Dans cette position neutre, la barre de torsion 18 ne subit aucune contrainte Dans la suite de la description, les passages de l'un ou l'autre type seront différenciés par des références numériques portant les indices "a" ou "b", respectivement Ainsi, on distingue au moins deux passages 60 a,61 a dans la branche 56, agencés en parallèle entre l'espace annulaire 38 d'alimentation en fluide et la prise de pression 37 et au moins deux passages 62 a,63 a dans la branche 57 agencés en parallèle entre la prise de pression 39 et l'espace annulaire 40 de retour au réservoir (voir Figure 2) De façon analogue, on distingue au moins deux passages 60 b,61 b dans la branche 57 agencés en parallèle entre l'espace annulaire 38 et la prise de pression 39 ainsi qu'au moins deux passages 62 b,63 b, dans la branche 56 agencés en parallèle entre la prise de pression 37 et l'espace annulaire 40 Ainsi, chaque branche 56 ou 57 comporte des passages à section variable des deux types (indice "a" et "b") montés en série entre la source de fluide (pompe 27) et le réservoir 28 et une portion de circuit entre des passages de types diffé- rents communique avec une prise de pression 37,39 de la branche 56,57, respec- tivement considérée, ces prises de pression étant destinées à être reliées respectivement aux deux chambres du vérin d'assistance 45. Selon une particularité importante de l'invention, le second cir- cuit 26 A est analogue au premier circuit 26, c'est-à-dire qu'il comporte deux branches 56 A et 57 A agencées en parallèle et comportant chacune un branchement en série d'au moins un passage à section variable de type "a" et d'une passage à section variable de type "b" Plus précisément, la branche 56 A comporte un passage 64 a relié aux moyens de raccordement à la source de fluide (notamment -5- à l'espace annulaire 38) branché en série avec un passage 65 b tandis que la branche 57 A comporte un passage 64 b relié auxmoyens de raccordement 38 et branché en série avec un passage 65 a Cependant, le circuit 26 A est indépen- dant des prises de pression de travail 37 et 39, c'est-à-dire que le point commun des passages 64 a et 65 b n'est pas connecté à l'espace annulaire 37 et que le point commun des passages 64 b et 65 a n'est pas connecté à l'espace annulaire 39 En outre, le point commun des passages à section variable 65 a et 65 b est relié auxmoyens de raccordement au réservoir (notamment l'espace annulaire 40) par l'intermédiaire d'une restriction d'écoulement calibrée 66 dite: "restriction anticavitation" Les passages 64 et 65 sont appelés des "passages pour hautes pressions" parce queleur fermeture complète, pour un sens de rotation relative correspondant, est déterminée à un angle de décalage angulaire entre les éléments de distributeur 14 et 15 pour lequel tous les autres passages du même type du premier circuit 26 sont déjà fermés Par ex- emple, la fermeture complète des passages 64 a,65 a n'intervient qu'après celle des passages 60 a,61 a,62 a,63 a, pour un sens de rotation relative donnée et pendant cette ultime plage de rotation relative possible entre les éléments de distributeur 14 et 15, le débit de fluide dans le circuit 26 A est essen- tiellement déterminé par les sections des passages 64 a et 65 a d'une part et par la section de la restriction d'écoulement 66 d'autre part On notera que sur cette plage mettant en jeu des pressions de fonctionnement relativement élevées, l'écoulement de fluide dans le circuit 26 est sensiblement nul en raison de la fermeture complète des passages 60 a,61 a d'une part et 62 a,63 a d'autre part Tout le débit de fluide passe donc par le circuit 26 A de sorte qu'une perte de charge notable apparaît aux bornes de la restriction 66. *Cette contrepression permet de repousser le seuil de cavitation dans les pas- sages 64 a et 65 a et donc de repousser également le seuil de fonctionnement bruyant du distributeur, lequel seuil dépend avantageusement de la valeur de la contrepression Ainsi, une contrepression de quelques bars suffit à repous- ser le seuil de fonctionnement bruyant à plusieurs dizaines de bars en amont de la restrictiory Le bruit de fonctionnement est ainsi éliminé sur toute la plage de rotation relative des éléments de distributeur, c'est-àdire sur toute la gamme de pressions de manoeuvre du vérin 45 Pareillement, la fermeture complète des passages 64 b et 65 b n'intervient qu' "après" celle des passages 60 b,61 b,62 b,63 b et il va de soi que tout ce qui a été décrit ci-dessus en référence au passage 64 a et 65 a et à la restriction 66 est valable pour les passages 64 b et 65 a et cette même restriction 66. Les Figures 3 à 5 montrent comment sont réalisés les différents passages et restrictions constituant les circuits de circulation de fluide -6- 26 et 26 A L'élément de distributeur 15, formant rotor comporte douze rainures longitudinales 70 creusées dans sa surface cylindrique externe 31 et fermées à leurs extrémités axiales Ces rainures sont régulièrement angulairement décalées de 30 les unes par rapport aux autres Six rainures 70 a,ou rainures d'amenée de fluide, sont fermées et disposées en permanence en regard de trous 74 de l'élément de distributeur 14 qui communiquent avec l'espace an- nulaire 38 relié à la pompe 27 Six autres rainures 70 b ou 70 c sont les rai- nures d'évacuation de fluide disposées en alternance avec les rainures 70 a. Les rainures 70 b,au nombre de quatre, sont percées de trous 75 de diamètre suffisant pour ne pas créer de perte de charge notable, établissant la commu- nication avec l'espace interne 13 abritant la barre de torsion 18, c'està- dire avec le réservoir 28 via les trous d'évacuation 40 et l'embout de raccor- dement 52 Chaque rainure 70 c est également reliée à l'espace interne 13, mais par l'intermédiaire d'une restriction d'écoulement calibrée 66 précitée. Il apparaît clairement à ce stade de la description que le nombre de passages à section variable et de restrictions d'écoulement dans le mode de réalisation des Figures 1, 3, 4 et 5 est doublé par rapport au schéma de principe de la Figure 2. L'élément de distributeur 14 ne comporte quant à lui que des alésages 71, 72,73 pour matérialiser tous les passages à section variable précités, opérant par chevauchement partiel desdites rainures et desdits alésages. Cette particularité est avantageuse car elle permet d'éliminer le façonnage par électro-érosion des ouvertures pratiquées à travers l'élé- ment de distributeur 14. On peut néanmoins adapter la caractéristique "Pression-Angle de rotation relative" du distributeur à toute loi de variation voulue par le fait que des passages d'un même type sont agencés en parallèle dans une mêmebranche 56 ou 57 du circuit 26 et dans la branche correspondante 56 A ou 57 A du circuit 26 A avec des sections d'écoulement différentes au moins pour une plage de rotation relative entre les deux éléments de distributeur autour de la position relative neutre On obtient ainsi une loi de variation voulue entre l'accroissement de pression disponible à l'une des prises de pression et l'angle de rotation relative dans le sens correspondant, par un choix judicieux d'une combinaison d'ouvertures à sections d'écoulement différentes, ces sections d'écoulement différentes étant par exemple considérées à la posi- tion relative neutre des éléments du distributeur Dans le mode de réalisation décrit, les différences de section d'écoulement entre passages 60,61,64 -7,- (ou 62,63,65) sont simplement obtenus par des différences de diamètre entre les alésages 71,72 et 73 correspondants En effet, certains passages de type diffé- -rents d'une môme branche ( 60 a,62 b) ou ( 61 a,63 b) ou ( 64 a,65 b) sont agencés par paires et une paire est définie par la coopération d'un alésage du stator 14 ( 71 ou 72 ou 73, respectivement) avec deux rainures ( 70 a,70 b) ou ( 70 a,70 c) adjacentes communiquant respectivement avec la pompe 27 et le réservoir 28, ledit alésage étant équidistant des deux rainures dans la position relative neutre illustrée aux Figures 3 à 5 On conçoit donc qu'avec un tel agencement, -une simple différence de diamètre entre les alésages 71,72 et 73 conditionne entièrement les sections d'écoulement des passages à section variable les uns par rapport aux autres Dans l'exemple illustré, les alésages 72 ont un dia- mètre supérieur à celui des alésages 71 tandis que le diamètre des alésages 73 est supérieur à celui des alésages 72 de sorte que les passages à section va- riable du second circuit 26 A (lequel est matérialisé par la coopération des alésages 73, de rainures 70 a et des rainures 70 c) ont des sections d'écoulement supérieures à celles de n'importe lequel des passages de même type du dudit premier circuit 26 dans la plage de rotation relative précitée Autrement dit, pour une rotation relative importanteentre les éléments de distributeur, correspondant à un fonctionnement mettant en jeu des pressions de fluide éle- vées, la pression de travail ne sera déterminée que par les sections d'écoule- ment des différents passages à section variable du circuit 26 A et des restric- tions calibrées 66 On distingue deux groupes d'alésages 71 à 73 pratiqués respectivement en regard des passages annulaires 37 et 39, c'est-à-dire des prises de pression de travail de la Figure 2 Ces deux groupes d'alésage sont respectivement visibles aux Figures 5 et 3 et matérialisent en coopération avec les rainures tous les passages à section variable des branches 56, 56 A d'une part et 57,57 A d'autre part Les alésages 73 sont rebouchés sur une par- tie de l'épaisseur de la paroi de l'élément de distributeur 14, par des in- serts-métalliques 78, pour ménager des creusures internes 79 respectives co- opérant avec les rainures 70 a et 70 c Ce rebouchage rend le circuit 26 A indé- pendant des prises de pression de travail 37 et 39. Le fonctionnement du distributeur est le suivant Si l'on suppose que le conducteur sollicite le rotor 15 en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, tous les passages portant l'indice "a" vont se fermer et tous les passages portant l'indice "b" vont s'ouvrir Le diamètre des alésages 71 étant supérieur à celui des alésages 72, ce sont les passages 60 a de la branche 56 et 62 a de la branche 57 qui se fermeront complètement en premier lieu Ensuite, pour une rotation relative supplémentaire des deux éléments de distributeur dans le même sens, on aboutira à une fermeture complète des -8- passages 61 a et 63 a Pendant toute cette course de rotation relative, l'aug- mentation de pression à la prise de pression 39 évolue suivant une courbe prdiéteminée en fonction de l'angle de rotation relative (notamment une cour- be sensiblement parabolique) cette courbe résultant du choix des diamètres des alésages 71,72 et 73 Pour une rotation relative supplémentaire dans le même sem, toute circulation de fluide dans le circuit 26 est sensiblement interroue (le fluide qui circule ne correspond plus qu'à la quantité néces- saire pour actionner le vérin 45) La variation de pression est donc entière- ment déterminée par les passages du circuit 26 A et ces variations se réper- cutent néanmoins jusqu'à la prise de pression de travail 39 via l'espace annu- laire 38 et les passages 60 b,61 b largement ouverts Tout le débit de fluide traversant les passages à section variable du circuit 26 A passent donc par les deux restrictions d'écoulement calibrées 66 La contrepression ainsi créée permet d'éliminer le bruit dans les conditions de fonctionnement à hautes pressionsmorrespondant notamment aux manoeuvres de garage du véhicule équi- pé d'un tel système de direction assistée Le fonctionnement est tout à fait ocuparable pour l'autre sens de rotation. -9- REVENDICATIONS 1 Distributeur pour servomécanisme hydraulique, notamment pour direction assistée, du type comportant un boîtier ( 12) fixe abritant deux éléments de distributeur cylindriques, coaxiaux et susceptibles d'une rota- tion relative limitée autour de leur axe commun, de part et d'autre d'une position relative neutre, ces éléments de distributeur, respectivement ex- terne ( 14) et interne ( 15) comportant des ouvertures et cavités définissant un premier circuit de circulation de fluide ( 26) connectable entre une source de fluide ( 27) et un réservoir de fluide ( 28) d'une part et comportant deux prises de pression de travail ( 37,39) d'autre part, ce circuit comportant deux branches de distribution ( 56,57) agencés en parallèle entre des moyens de raccordement à ladite source et des moyens de raccordement audit réservoir, lesqueflescomportent des passages à section variable de deux type ("a", "b") se distinguant par des sens de variation de section inversés pour un sens quelconque de ladite rotation relative au-delà de ladite position relative neutre, chaque branche comprenant un branchement en série de passages des deux types incluant deux groupements en parallèle de passages d'un même type ayant des sections d'écoulement différentes au moins pour une plage de rota- tion relative entre les deux éléments de distributeur autour de ladite posi- tion relative neutre, le point de jonction des deux groupements en parallèle communiquant avec une prise de pression de travail ( 37,39) précitée de la branche considérée, caractérisé par un second circuit de circulation de fluide ( 26 A) analogue audit premier circuit mais indépendant desdites prises de pression de travail, agencé entre lesdits moyens de raccordement à ladite source de fluide d'une part et lesdits moyens de raccordement audit réservoir par l'intermédiaire d'une restriction d'écoulement calibrée( 66) d'autre part, les passages à section variable de ce second circuit ayant des sections d' écoulement supérieures à celles de n'importe lequel des passages de même type dudit premier circuit dans la plage de rotation relative précitée. 2 Distributeur pour servomécanisme selon la revendication 1, comportant notamment un élément de distributeur interne muni de rainures longitudinales ( 70) régulièrement disposées à sa surface cylindrique externe et alternativement reliées auxdits moyens de raccordement ( 38) à ladite source dé fluide et auxdits moyens de raccordement ( 40) audit réservoir et dans lequel deux passages à section variable de types différents d'une même branche dudit premier circuit sont matérialisés par le chevauchement partiel de deux rainures longitudinales ( 70 a,70 b) voisines et d'un alésage ( 71 ou 72) traversant, pratiqué radialement dans l'élément de distributeur externe en regard d'un espace annulaire ménagé entre cet élément de distri- -10- tibuteur et ledit bottier ( 12) pour définir la prise de pression de travail ( 37 ou 39) correspondante, caractérisé en ce que les passages à section varia- ble de types différents dans une même branche dudit second circuit ( 26 A) sont matérialisés par le chevauchement partiel de deux rainures longitudinales voisines ( 70 a,70 c) et d'un alésage ( 73) pratiqué dans la surface de l'élément de distributeur externe et rebouché sur une partie de l'épaisseur de sa paroi pour ménager une creusure interne ( 79) coopérant avec lesdites deux rainures, l'une de ces deux rainures ( 70 c) reliée audit réservoir étant en communication avec ladite restriction d'écoulement calibré ( 66). 3 Distributeur selon la revendication 2, du type dans lequel les rainures ( 70 b,70 c) destinées à être mises en communication avec ledit réser- voir communiquent par des perçages respectifs pratiqués dans le fond de celles- ci, avec une cavité axiale ( 13) dudit élément de distributeur interne ( 15) faisant partie desdits moyens de raccordement audit réservoir, caractérisé en ce que les perçages pratiqués dans le fond de telles rainures ( 70 c) appar- tenant audit second circuit ( 26 A) constituent ladite restriction d'écoulement calibrée.