Brevet FR2638806A1 — publié le 19900511

La présente invention concerne un dispositif de réglage du débit d'un fluide pouvant être utilisé par exemple dans la recirculation des gaz d'échappement d'un véhicule automobile ou pour le réglage du ralenti d'un moteur à combustion interne d'un tel véhicule. On connatt de tels dispositifs de-réglage formant vanne qui peuvent être classés suivant deux types. Le premier type concerne les vannes fonctionnant en "tout ou rien" qui ont un débit ajusté mais qui n'est pas réglable. Ces vannes n'offrent donc pas de possibilité d'adapter le débit suivant la demande. Il existe cependant des vannes de ce type permettant d'adapter le débit à la demande comprenant plusieurs électro-aimants ouvrant ou fermant des trous de passage du fluide mais qui présentent les inconvénients d'utiliser une commande complexe des électro-aimants, de nécessiter un grand nombre de fils, d'être encombrants du fait de la présence des électro-aimants et d'être coûteux. Les vannes du deuxième type comportent un volet mobile qui ferme plus ou moins le passage du fluide pour régler ainsi le débit. Cependant, par cette vanne connue, il est difficile de connattre exactement à chaque position du volet la section de passage du fluide et donc le débit du fluide. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus des vannes connues en proposant un dispositif de réglage du débit d'un fluide, du type comprenant plusieurs passages disposés en parallèle dans le trajet du fluide et obturables respectivement par des moyens obturateurs commandés séquentiellement par un organe de commande et caractérisé en ce que les passages sont calibrés et en ce que l'organe de commande séquentielle des moyens obturateurs est mobile relativement aux moyens obturateurs et actionne mécaniquement au moins l'un de ceux-ci dans plusieurs positions fixes déterminées dudit organe de commande, pour libérer le passage associé au moyen obturateur actionné. Avantageusement, les passages de fluide ont des calibres différents. Selon une caractéristique de l'invention, l'organe de commande est constitué d'un tambour rotatif pouvant occuper plusieurs positions angulaires fixes déterminées définies par un moyen de positionnement et de plusieurs cames solidaires d'au moins une partie de la périphérie du tambour de manière que dans plusieurs positions angulaires fixes déterminées du tambour, au moins l'une des cames actionne directement un moyen obturateur qui lui est associé à une position angulaire fixe déterminée de l'organe de commande. Selon un mode de réalisation, chaque moyen obturateur est constitué par un élément formant tiroir, perpendiculaire à l'axe de rotation du tambour, comportant une rainure définissant avec la paroi fixe dans laquelle s'emboîte l'élément formant tiroir l'un des passages calibrés, au moins l'une des cames étant susceptible d'agir sur une extrémité de l'élément formant tiroir associé pour le déplacer vers sa position d'ouverture à l'encontre de la force de rappel d'un organe élastique, tel qu'un ressort. Selon un autre mode de réalisation, chaque moyen obturateur est constitué par un élément formant soupape dont la tige traverse un trou calibré réalisé dans une paroi fixe du dispositif et formant l'un des passages calibrés et l'organe obturateur solidaire de la tige de soupape est rappelé élastiquement par un organe élastique tel qu'un ressort, en position de fermeture du trou, au moins l'une des cames agissant sur l'extrémité de la tige de l'élément formant soupape correspondant pour déplacer l'organe obturateur vers sa position d'ouverture à l'encontre de la force de rappel de l'organe élastique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les cames sont réparties sur au moins la partie de la périphérie du tambour suivant plusieurs pistes parallèles en arc de cercle associées respectivement aux moyens obturateurs, des cames successives d'une première piste étant disposées relativement à au moins une came d'une piste adjacente de façon qu'à des positions angulaires successives déterminées du tambour, successivement.le moyen obturateur associé à la première piste soit actionné par une première came de celle-ci, le moyen obturateur associé à la piste adjacente soit actionné par une came de celle-ci, et les deux moyens obturateurs soient actionnés simultanément respectivement par-la seconde came successive de la première piste et par ladite came de la piste adjacente. Avantageusement, chaque came est raccordée à ses deux extrémités à la périphérie du tambour respectivement par deux rampes ascendante et descendante suivant le sens de rotation du tambour pour assurer le déplacement du moyen obturateur associé, et une rampe descendante d'une came d'une piste de cames et une rampe ascendante d'une came d'une autre piste de cames, située en aval de la rampe descendante, sont situées approximativement dans un meme plan médian diamétral contenant l'axe longitudinal du tambour. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les cames successives d'une piste et des zones inactives les séparant ont des longueurs sensiblement égales à une longueur déterminée ou à un multiple de cette longueur. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels - la figure 1 représente en coupe un mode de réalisation du dispositif de réglage du débit conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en perspective d'une partie du tambour utilisé dans le dispositif de réglage de l'invention ; - la figure 4 est une vue développée de la partie de tambour représentée en figure 3 ; et - la figure 5 représente en coupe le deuxième mode de réalisation des moyens obturateurs du dispositif de réglage de l'invention. En se reportant aux figures 1 à 3, le dispositif de réglage du débit d'un fluide comporte un corps ou carter étanche 1, pourvu de tubulures de raccordement respectivement d'entrée 2 et de sortie 3 par lesquelles le fluide s'écoule en traversant le dispositif qui peut être par exemple inséré dans une conduite d'admission d'air ou de mélange gazeux pour un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le corps 1 comporte un boîtier 4 dans lequel sont définies deux chambres respectivement supérieure 4a et inférieure 4b et séparées l'une de l'autre par une paroi 4c, la chambre 4a contenant un tambour rotatif 5, dont l'axe longitudinal de rotation X-X' est vertical, tandis que la chambre 4b contient un dispositif (non représenté) de commande de la rotation du tambour 5. Ce dispositif de commande positionne sélectivement le tambour 5 à des positions angulaires fixes successives suivant le débit souhaité de fluide comme il sera expliqué ultérieurement et peut etre du type électrique fournissant un signal carré de commande à rapport cyclique variable ne nécessitant que deux fils électriques de raccordement extérieur, ou du type pneumatique. Ces types de commande sont déjà connues et utilisées sur un certain nombre de vannes de l'art antérieur et n'ont pas à être discutées plus en détail. Le tambour 5 est monté rotatif par deux arbres extrêmes opposés coaxiaux à l'axe longitudinal du tambour, un arbre supérieur 5a tourillonant dans une partie formant couvercle 4d de fermeture de la chambre 4a et un arbre inférieur 5b traversant la paroi de séparation 4c et monté tourillonant dans celle-ci, l'arbre 5b étant mécaniquement entraîné par le dispositif de commande susmentionné. La partie formant couvercle 4d est fixée au bottier 4 par l'intermédiaire de vis de fixation (non représentées) tandis que la chambre inférieure 4b du bottier 4 est fermée par une partie formant fond 4e fixée au boitier 4 par des vis de fixation (non représentées). La tubulure de sortie 3 traverse la paroi latérale 4al de la chambre 4a pour être en communication de fluide avec cette dernière. La tubulure d'entrée 2 communique directement avec une cavité 6 s'étendant sensiblement parallèlement å l'axe X-X' du tambour 5 et définie entre la partie supérieure du bottier 4 et une plaque de fermeture 7 comportant la tubulure 2 et fixée au bottier 4 par des vis de fixation (non représentées). La cavité 6 communique à travers trois orifices parallèles 01, 02, 03 de la paroi latérale 4a2 parallèle et opposée à la paroi latérale 4al avec la chambre 4a.Dans les ouvertures 01, 02, 03, dans le cas présent ayant chacune une section transversale rectangulaire, sont emboités respectivement trois éléments obturateurs formant tiroirs 8, 9, 10 comportant chacun, usinée dans leur face supérieure suivant leur axe longitudinal, une rainure 8a-10a définissant respectivement avec les bords supérieurs des ouvertures 01 à 03 un passage calibré.De préférence, les sections des passages calibrés et notamment les profondeurs des rainures 8a-10a sont différentes les unes des autres comme représentés, la profondeur de la rainure 8a étant supérieure à celle de la. rainure 9a laquelle est supérieure à celle de la rainure lova. Les éléments formant tiroirs 8-10 sont montés dans leurs ouvertures respectives 01-03 sensiblement perpendiculairement à l'axe X-X' du tambour 5 et sont chacun poussés vers cet axe en position de fermeture du passage correspondant par un organe élastique tel qu'un ressort R1, R2, R3 monté précontraint entre une extrémité de l'élément formant tiroir associé et le fond d'une cavité C1, C2, C3 réalisée dans la plaque de fermeture 7 en regard de l'ouverture correspondante 01, 02, 03.Les éléments 8-10 sont disposés les uns au-dessus des autres dans un même plan médian vertical contenant l'axe X-X' du tambour 5. Chaque cavité C1-C3 a une section transversale rectangulaire de dimension analogue à celle de chaque ouverture 01-03 et reçoit une partie extrême de l'élément formant tiroir associé 8-10 de façon à maintenir horizontaux les éléments formant tiroir et ainsi parfaitement guider ceux-ci lors de leurs déplacements vers leurs positions d'ouverture ou de fermeture. L'élément formant tiroir 9 est représenté à sa position de fermeture où la rainure 9a est escamotée dans l'ouverture 02, empêchant ainsi au fluide contenu dans la cavité 6 de circuler vers la chambre 4a à travers la rainure oa. Les éléments formant tiroir 8 et 10 sont en position d'ouverture où les rainures 8a et iCa autorisent le passage du fluide de la chambre 6 dans la chambre 4a. Il est à noter que chaque élément formant tiroir 8-10 à une largeur 1 inférieure à la profondeur de la cavité 6. Le tambour 5 comporte, solidaires sur au moins une partie de sa périphérie, plusieurs cames susceptibles d'actionner chaque élément formant tiroir 8-10. Plus précisément, les cames sont réparties sur la partie de la périphérie du tambour 5 suivant plusieurs pistes parallèles 11, 12, 13 en arc de cercle associées respectivement aux éléments formant tiroirs 8-10. A titre d'exemple, la piste il comprend quatre cames Ila-lld, la piste 12 comprend deux cames 12a et 12b tandis que la piste 13 comprend une seule came 13a.Suivant la position angulaire du tambour 5 par rapport aux éléments formant tiroirs 8-10 au moins l'une des cames des pistes 11-13 agira sur l'extrémité arrondie d'un élément formant tiroir 8-10 opposée à celle contre laquelle vient en appui le ressort correspondant R1-R3, pour déplacer cet élément formant tiroir à l'encontre de la force de rappel du ressort correspondant R1-R3 et ouvrir ainsi le passage calibré associé à l'élément formant tiroir, le fuide circulant à travers le dispositif suivant un débit défini par le passage ainsi libéré.Les cames sont chacune raccordées à leurs deux extrémités à la périphérie du tambour 5 respectivement par deux rampes ascendante llbl et descendante 11b2 (pour la came llb) suivant le sens de rotation du tambour 5 symbolisé par la flèche F pour faciliter l'engagement de l'extrémité de l'élément formant tiroir sur la came d'actionnement associée lors de la rotation du tambour dans le sens F ou dans l'autre. De plus, une rampe descendante d'une came d'une piste de cames et une rampe ascendante d'une came d'une autre piste, cette dernière came étant située en aval de l'autre came suivant le sens de rotation du tambour 5, sont situées approximativement dans un même plan médian diamétral contenant l'axe longitudinal X-X' du tambour 5. Ceci concerne ainsi, comme cela ressort mieux de la figure 4, la rampe descendante 11a2 de la came lia et la rampe ascendante 12al de la came 12a, la rampe descendante llb2 de la came llb et la rampe ascendante 13al de la came 13a, la rampe descendante llc2 de la came lic et la rampe ascendante 12bl de la came 12b ainsi que la rampe descendante 12a2 de la came 12a et la rampe ascendante 13al de la came 13a. Cette disposition relative de rampes permet un changement de débit sans interruption brève de celui-ci ou discontinuités en phases transitoires lors de la rotation du tambour 5 d'une position angulaire à une position angulaire suivante.La figure 4, où les zones hachurées correspondent à la partie active située entre deux rampes ascendante et descendante d'une came, montre que ces zones, ainsi que les zones inactives entre deux cames successives d'une piste, ont des longueurs sensiblement égales à une longueur déterminée L ou à un multiple de cette longueur. Ainsi, les cames de la piste 11 et leurs espacements ont des longueurs identiques égales à cette longueur L. Les cames 12a et 12b ont une longueur approximativement double de celle des cames Ila-lld tandis que la came 13a à une longueur approximativement double de celle des cames 12a et 12b.De plus, la fin de la zone active de la came 11b coïncide avec la fin de la zone active de la came 12a tandis que les fins des zones actives respectivement des cames îîd, 12b et 13a coincident entre-elles. La configuration ci-dessus décrite des cames des pistes 11-13 permet d'obtenir pour un déplacement angulaire total du tambour 5 de 180 degrès, 8 zones différentes actives ou d'actionnement d'au moins l'un des éléments formant tiroir 8-10 et donc 8 débits différents. En effet, la figure 4 montre la présence d'une zone numéro 1 située au voisinage de 0 degré correspondant à une position hors service du tambour 5 dans laquelle les éléments formant tiroirs 8-10 ferment les passages calibrés. Lorsque le tambour 5 est mis en rotation suivant la flèche F Jusqu'à ce que sa zone numéro 2 située au voisinage de 22,5 degrés, se trouve au droit du plan médian des tiroirs, la came îîa actionne l'élément formant tiroir 8 de façon à ouvrir le passage calibré constitué par la rainure 8a, le fluide traversant ainsi le dispositif suivant un débit dl, les éléments formant tiroirs 9 et 10 étant en position de fermeture.En déplaçant le tambour 5 de façon que sa zone numéro 3 située au voisinage de 45 degrés se place au droit des tiroirs, la came 12a déplace l'élément formant tiroir 9 à l'encontre de l'action de rappel du ressort R2 de façon à ouvrir le passage calibré constitué par la rainure 9a, les éléments formant tiroirs 8 et 10 étant en position fermée. A cette zone numéro 3, le fluide traverse le dispositif suivant un débit d2, Lorsque le tambour 5 est déplacé de la zone numéro 3 à la zone numéro 4 située au voisinage de 67,5 degrés, les cames îlb et 12a actionnent respectivement les éléments formant tiroirs 8 et 9 à leur position d'ouverture. Le fluide traverse alors le dispositif suivant un débit égal à dl + d2.En déplaçant le tambour 5 de la zone numéro 4 à la zone numéro 5 située au voisinage de 90 degrés, seul l'élément formant tiroir 10 est actionné par la came 13a de façon que le fluide traverse le dispositif suivant un débit d3. En amenant le tambour 5 à la zone numéro 6 située au voisinage de 112,5 degrés, les cames lic et 13a actionnent respectivement les éléments formant tiroir 8 et 10 à leur position d'ouverture de sorte que le fluide circule à travers le dispositif suivant un débit égal à dl + d3. Lorsque le tambour 5 est à la position angulaire de la zone numéro 7 au voisinage de 135 degrés, les cames 12b et 13a actionnent respectivement les éléments formant tiroir 9 et 10 à leur position d'ouverture, permettant au fluide de circuler à travers le dispositif suivant un débit égal à d2 + d3.Enfin, en amenant le tambour 5 de la zone numéro 7 à la zone numéro 8 située au voisinage de 157,5 degrés, les cames lld, 12b et 13a actionnent respectivement les éléments formant tiroirs 8, 9 et 10 à leur position d'ouverture. Ainsi, le fluide traverse le dispositif suivant un débit dl + d2 + d3. Bien entendu, le nombre de possibilités de réglage du débit dépend du nombre de moyens obturateurs constitués par les éléments formant tiroir, du nombre de cames utilisées et de leur répartition relative sur la périphérie du tambour 5 lequel au lieu de tourner seulement sur 180 degrés d'angle, peut tourner sur.un tour complet de façon à actionner selon une autre séquence déterminée les différents moyens obturateurs. Les trois moyens obturateurs représentés en figure 5 sont chacun constitués par un élément formant soupape 14, 15, 16 dont chaque tige 14a, 15a et 16a traverse un trou calibré correspondant T1, T2, T3 réalisé à travers la paroi latérale fixe 4a2 de la chambre 4a, chaque trou T1-T3 formant un passage calibré du fluide dont on veut régler le débit.L'organe obturateur 14b, 15b, 16b de chaque élément formant soupape est solidaire de la tige correspondante 14a, 15a, 16a et est rappelé élastiduement par un organe élastique, tel qu'un ressort R4, R5, R6 en position de fermeture du trou correspondant T1, T2, T3, chaque ressort R4, R5, R6 étant monté précontraint entre la paroi latérale 4a2 et une face d'appui d'une extrémité bombée 14c, 15c, 16c solidaire de l'extrémité de la tige correspondante 14a, 15a, 16a, chaque extrémité bombée coopérant avec la ou les cames d'une piste associée. Les ressorts R4-R6 -sont disposés coaxialement respectivement au tiges 14a-16a.Ainsi, les éléments formant vannes 14, 15 et 16 peuvent être actionnés suivant une séquence telle que celle définie par les cames réparties comme celle représentée en figure 3, chaque organe obturateur 14b, 15b, 16b libérant le trou calibré correspondant T1, T2, T3 lorsque maintenu en position ouverte à l'encontre de la force de rappel du ressort R4, R5, R6 par une came correspondante. Le dispositif suivant l'invention, par des zones actives suffisamment larges, c'est-à-dire d'environ une vingtaine de degrès en référence à l'exemple donné ci-dessus, permet de s'affranchir des vibrations, imprécisions de commande et/ou dispersions dues à la température. De plus, ce dispositif permet d'avoir une gamme de débits différents et calibrés correspondant à une fonction définie. Enfin, avec ce dispositif, il est extrêmement simple d'obtenir un retour de l'information relative à la section de passage du fluide et donc au débit de celui-ci par un petit circuit électronique tel que par exemple à potentiomètre dont la valeur résistive varie en fonction de la rotation du tambour 5 ou à mécanisme de commutation de résistances, ce qui permet un auto-diagnostic simple et efficace du bon fonctionnement du dispositif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage du débit d'un fluide, du type comprenant plusieurs passages disposés en parallèle dans le trajet du fluide et obturables respectivement par des moyens obturateurs commandés séquentiellement par un organe de commande, caractérisé en ce que les passages (8a, 9a 10a ; T1, T2, T3) sont calibrés et en ce que l'organe (5) de commande séquentielle des moyens obturateurs (8, 9, 10 ; 14, 15, 16) est mobile relativement aux moyens obturateurs et, dans plusieurs positions fixes déterminées, actionne mécaniquement au moins l'un de ceux-ci pour libérer le passage associé au moyen obturateur actionné. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les passages précités sont calibrés différemment les uns des autres. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de commande précité est constitué d'un tambour rotatif (5) pouvant occuper plusieurs positions angulaires fixes déterminées définies par un moyen de positionnement et de plusieurs cames (lla-lld ; 12a, 12b ; 13a) solidaires d'au moins une partie de la périphérie du tambour (5) de manière que dans plusieurs positions angulaires fixes déterminées du tambour, au moins l'une des cames actionne directement un moyen obturateur qui lui est associé. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque moyen obturateur (8, 9, 10) est constitué par un élément formant tiroir, perpendiculaire à l'axe de rotation (X-X') du tambour (5), comportant une rainure (8a, 9a, 10a) définissant, avec la paroi fixe (4a2) dans laquelle s'embolie l'élément formant tiroir, l'un des passages calibrés précités et en ce qu'au moins une des cames précitées est susceptible d'agir sur une extrémité de l'élément formant tiroir associé pour le déplacer vers sa position d'ouverture à l'encontre de la force de rappel d'un organe élastique (R1, R2, R3), tel qu'un ressort. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque moyen obturateur (14, 15, 16) est constitué par un élément formant soupape dont la tige (14a, 15a, 16a) traverse un trou calibré (T1, T2, T3) réalisé dans une paroi fixe (4a2) du dispositif et formant l'un des passages calibrés précités et dont l'organe obturateur (14b, 15b, 16b) solidaire de la tige (14a, 15a, 16a) est rappelé élastiquement par un organe élastique (R4, R5, R6), tel qu'un ressort, en position de fermeture du trou (T1, T2, T3) et en ce qu'au moins l'une des cames précitées agit sur l'extrémité de la tige de l'élément formant soupape correspondant pour déplacer l'organe obturateur vers sa position d'ouverture à l'encontre de la force de rappel de l'organe élastique (R4, R5, R6). 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les cames précitées sont réparties sur au moins la partie précitée de la périphérie du tambour (5) suivant plusieurs pistes parallèles (11, 12, 13) en arc de cercle associées respectivement aux moyens obturateurs (8, 9, 10 ; 14, 15, 16), les cames identiques successives d'une piste étant disposées relativement aux cames identiques successives d'une piste adjacente de façon qu'à des positions angulaires successives déterminées du tambour (5) successivement le moyen obturateur associé à la première piste soit actionné par une première came de celle-ci, le moyen obturateur associé à la piste adjacente soit actionné par une came située en aval de la première came suivant le sens de rotation du tambour (5) et les deux moyens obturateurs soient actionnés simultanément respectivement par la seconde came successive de la première piste et par ladite came de la piste adjacente. 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que chaque came est raccordée à ses deux extrémités à la périphérie du tambour (5) respectivement par deux rampes ascendante (llal ; libi îlcî ; lldl ; 12al ; 12bl ; 13al) et descendante (lla2 11b2 ; llc2 ; lld2 ; 12a2 ; 12b2 ; 13a2) suivant le sens de rotation du tambour pour assurer le déplacement du moyen obturateur associé et en ce qu'une rampe descendante d'une came d'une piste de cames et une rampe ascendante d'une came d'une autre piste de cames, cette dernière came étant située en aval de l'autre, sont situées approximativement dans un même plan médian diamétral contenant l'axe longitudinal (X-X') du tambour (5). 8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les cames successives d'une piste (11, 12, 13) et des zones inactives les séparant ont des longueurs sensiblement égales à une longueur déterminée (L) ou multiples de cette longueur. 9.Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les moyens obturateurs précités sont disposés dans un même plan médian vertical contenant l'axe longitudinal (X-X') du tambour (5).