Brevet FR2657650A1 — publié le 19910802

Organe de commande d'un dispositif modulateur de débit d'un fluide, en particulier dans un véhicule La présente invention concerne un organe de commande d'un dispositif assurant la modulation du débit d'un fluide, grâce à un corps à papillon, comme par exemple un carburateur ou un dispositif d'alimentation en carburant à injection électronique. Actuellement, la commande du débit d'un fluide le long d'un corps en papillon s'effectue en général au moyen d'un organe mécanique constitué d'un mécanisme complexe de leviers, relié à une pédale du véhicule, ou au moyen d'un moteur pas-à-pas dont le rotor commande le papillon, toujours au moyen de mécanismes complexes de transmission, qui entraînent aussi un encombrement élevé et qui augmentent le coût de fabrication de l'organe de commande. Le but de la présente invention est de réaliser un organe de commande d'un dispositif assurant la modulation du débit d'un fluide, qui soit de type électromagnétique, avec tous les avantages qui en dérivent, par rapport à un organe mécanique, tels que la commande du débit suivant une stratégie prédéterminée et la réalisation d'une commande du corps à papillon, de façon directe et grâce à des procédures simples. A la base de la présente invention, il est réalisé un organe de commande d'un dispositif assurant la modulation du débit d'un fluide, en particulier dans un véhicule, caractérisé par le fait de comprendre: un moteur pas-à-pas dont le rotor présente un trou axial taraudé; une tige clavetée en rotation sur un corps fixe et présentant une première partie filetée en prise avec ledit trou et une seconde partie qui s'étend à l'extérieur dudit moteur; une tête ménagée à l'extrémité axiale de ladite seconde partie et susceptible d'agir sur un élément solidaire en rotation d'un petit arbre qui porte un organe d'interception dudit dispositif; et une centrale électronique susceptible de commander ledit moteur, avec une succession d'inversions du signe du courant d'alimentation du stator dudit moteur, dans le but de déterminer la rotation pas-à-pas dudit rotor, dans un sens de rotation ou dans le sens contraire, en provoquant la translation dans un sens ou dans l'autre de ladite tige et ainsi la rotation dudit organe d'interception, ladite succession d'inversions étant déterminée suivant une loi à la définition de laquelle concourent une pluralité de paramètres relatifs à l'état et aux conditions de fonctionnement des parties dudit véhicule. La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 représente une vue de côté d'un organe réalisé selon les indications de la présente invention, associée à un corps à papillon illustré en coupe; et la figure 2 représente une coupe longitudinale d'un composant de l'organe de la figure 1. Selon l'illustration de la figure 1, on désigne dans son ensemble par 1 un organe pour la commande d'un dispositif 2 assurant la modulation du débit d'un fluide. L'organe de commande 1 comprend un moteur pas-à-pas 3 et une centrale 4, susceptible de recevoir en provenance de capteurs appropriés répartis dans un véhicule des paramètres relatifs à certaines grandeurs physiques, afin de définir une stratégie de commande du moteur 3. En se référant à la figure 2, le moteur 3 comprend une carcasse cylindrique 5 à l'intérieur de laquelle est défini un stator constitué de deux bobines électriques 6 et 7 qui sont de type à bobinage toroidal et généralement supporté par un corps toroïdal ferritique Il est à noter que les bobines 6 et 7 sont installées alignées l'une par rapport à l'autre Chaque bobine 6 ou 7 est reliée, grâce à deux câbles électriques 8 respectifs illustrés en pointillé, à deux fiches lamellaires Il portées par un corps d'enveloppe 12 fixé à la carcasse 5 Le moteur 3 comprend en outre un rotor constitué d'un noyau central en élastomère 13, tournant, et d'un aimant permanent 14. Naturellement, le rotor est placé à l'intérieur du stator. Entre une paroi de base 15 de la carcasse 5 et une extrémité axiale du noyau 13 est installé un roulement 16. Le long de l'axe longitudinal du noyau 13 est réalisé un trou traversant taraudé 17 qui constitue une vis-mère Le trou 17 est en prise avec une vis 18 dont une extrémité axiale porte solidaire une tige 21 qui s'étend à l'extérieur de la carcasse 5 et qui présente, à sa propre extrémité axiale libre, une tête hémisphérique 29 Le moteur 3 est en outre pourvu d'un manchon fixe cylindrique 22, monté coaxialement au noyau 13 et traversé intérieurement par le groupe constitue de la vis 18 et de la tige 21 En particulier, le manchon 22 présente, dans l'ordre, une première partie 23 qui se situe entre le stator et une paroi à bride 24 de la carcasse 5 opposée à la paroi 15, une seconde partie 25 qui se situe à l'intérieur d'un trou central traversant 26, ménagé dans la paroi 24, et une troisième partie 27, de diamètre extérieur inférieur à celui de la partie 25, et qui se place à l'intérieur d'un appendice annulaire 28 qui s'étend du bord du trou 26 à l'extérieur de la carcasse 5. A l'intérieur de la partie 27, partant de sa surface, s'étendent radialement vers l'intérieur de la partie 27 deux dents 31 diamétralement opposées, qui viennent en prise avec une cannelure axiale 32 respective creusée sur la surface latérale de la tige 21 Cet accouplement empêche toute rotation de la tige 21 et par conséquent de la vis 18, qui, suite à son engagement dans le trou 17 lors de la rotation du rotor, est obligée de se déplacer vers l'extérieur ou l'intérieur de la carcasse 5, suivant le sens de rotation du rotor. Le moteur 3 est enfin pourvu d'un deuxième manchon ou gaine à soufflet 33, qui protège la tige 21 par le fait qu'elle la recouvre, sauf sa tête hémisphérique 39, même lors de la translation de la tige En effet, cette gaine 33 présente une première extrémité axiale qui est solidaire de la partie 25 et une seconde extrémité axiale qui porte un anneau 34 mobile le long de la tige 21, jusqu'à une partie d'extrémité de la tige o est réalisée une butée Entre l'anneau 34 et l'épaulement défini entre les parties 25 et 27 du manchon 22 est disposé un ressort précontraint 35 dont l'action consiste à presser vers la butée précitée l'anneau 34 dont la translation détermine l'étendue longitudinale de la gaine 33. Le dispositif qui est représenté ici comprend un conduit 36 et un papillon 37, calé sur un petit arbre tournant 38, qui s'étend par une partie radialement à l'extérieur du conduit 36, suivant des modalités connues. Sur cette partie extérieure du petit arbre 38 est calé une première extrémité d'une plaquette 41 dont une seconde extrémité porte un disque 42 sur lequel va agir la tête 29 de la tige 21 Le réglage de la position angulaire du papillon 37 est réalisé par ajustement de la distance entre le disque 42 et la plaquette 41 En effet, le disque 42 est réalisé à une extrémité d'une vis 43 qui est en prise avec un trou taraudé 44 réalisé dans la plaquette 41 et qui est pourvue d'un écrou pour le réglage de sa position dans ce trou 44 Le fonctionnement d'un moteur pas-à-pas est amplement connu, ce qui permet de n'en donner qu'une description sommaire On sait que lorsque les bobines 6 et 7 sont alimentées, pour l'une avec un courant électrique de signe positif et pour l'autre avec un courant électrique de signe négatif, une bobine imprime une rotation au rotor dans un sens et l'autre dans le sens contraire, ce qui fait que le moteur reste à l'arrêt En intervertissant maintenant le sens du courant d'alimentation d'une seule bobine, on détermine la rotation du rotor, de la valeur d'un pas, dans un sens qui correspond au signe du courant d'alimentation des bobines. Il est maintenant évident qu'en présence d'une succession d'inversions du courant, on peut commander autant de rotations que l'on veut, ces rotations étant chacune de la valeur d'un pas, dans un sens ou dans l'autre Grâce aux accouplements décrits ci-dessus, la rotation de la valeur d'un pas du rotor est transformée en une translation, correspondant à un pas, de la tige 21, qui à son tour commande directement la position angulaire du papillon 37 et ainsi le débit du fluide qui traverse le conduit 36. En utilisation, il arrive à la centrale 46 une série de lignes électriques 46 le long desquelles sont transmis des signaux électriques relatifs aux paramètres du véhicule, qui sont par exemple la valeur de la température de l'eau de refroidissement et le nombre de tours ou vitesse de rotation du moteur du véhicule même, ou le nombre de tours des roues et autres A la centrale 4 arrive en outre une ligne électrique 47 le long de laquelle est transmis un signal électrique dérivé d'un capteur 49 et relatif à la position de la pédale d'accélération La centrale 4, suite à l'arrivée de ces signaux et d'une loi prédéterminée imposée au préalable, va commander, au moyen de quatre lignes électriques 48 reliées aux fiches 11, le moteur 3 et par conséquent le débit du fluide le long du conduit 36, ce suivant les modalités décrites ci-dessus et en envoyant une succession d'inversions du signe des bobines 6 et 7 Naturellement, la centrale 4 sera toujours informée de la position de la tige 21 et par conséquent de la position angulaire du papillon 37 à laquelle correspond un débit déterminé de fluide. Si le dispositif 2 représente un carburateur, tout au long duquel le conduit 36 véhicule de l'air, l'organe 1 peut régler la puissance du moteur du véhicule, soit au démarrage à froid, soit dans les régimes transitoires et par exemple lorsque la pédale d'accélération est relâchée brusquement, en perdant ainsi le contrôle du moteur du véhicule, soit également assurer le réglage du régime et le contrôle de la vitesse de rotation à chaud du moteur du véhicule. En effet, par exemple au ralenti du moteur du véhicule, la centrale 4 déterminera une rotation du papillon 37 apte à maintenir ce régime de ralenti mais de façon différentiée suivant la situation du moteur du véhicule et ainsi suivant qu'il s'agit d'un démarrage à froid ou d'un régime à chaud A froid, l'ouverture du papillon 37 sera d'à peu près 20 , tandis qu'à chaud elle sera d'à peu près 80. Dans les régimes transitoires auxquels ont constate soit un relâchement brusque de la pédale d'accélérateur soit une forte pression sur celle-ci, le papillon 37 ne suivra pas directement ni avec la même vitesse la position de la pédale, mais suivra une loi prédéterminée dans la centrale 4. Il résulte des explications ci-dessus que la réalisation selon la présente invention permet d'obtenir des avantages évidents et nombreux. En particulier, il est réalisé une commande directe et ainsi sans aucun mécanisme complexe de transmission au papillon 37 Par l'intermédiaire de cette commande, on peut déterminer la position angulaire du papillon, suivant une loi à laquelle concourent de nombreux paramètres mesurés par la centrale 4 Tout ceci permet drobtenir une commande avantageuse du papillon 37 lors du démarrage à froid, au ralenti à chaud, et durant les régimes transitoires, comme décrit ci-dessus En outre, la centrale 4, en fonction de la rotation des roues et de celui du moteur du véhicule est susceptible de détecter l'éventuel dérapage ou patinage des roues et peut ainsi intervenir pour contrôler de façon appropriée la puissance du moteur du véhicule Par l'intermédiaire d'une touche ou d'un clavier, il est enfin possible d'introduire dans la centrale 4 une vitesse de rotation du moteur du véhicule, qui se révèle être avantageuse lorsqu'on effectue un parcours sur autoroute Il faut noter en outre la simplicité de construction de l'organe 1, l'application directe sur le papillon 37 de la commande, la présence de nombreuses pièces non sujettes à sollicitation mécanique ni ainsi à usure, la plus grande durée de vie en résultant et la moindre manipulation de ces pièces, leur encombrement réduit et enfin le coût de construction moins élevé. Il est enfin évident que de nombreuses modifications et variantes peuvent être apportées à l'organe 1 décrit et illustré ici, sans quitter le champ de la présente invention. En particulier, le dispositif 2 peut faire partie d'un circuit quelconque, dans lequel passe de l'air, un mélange air-carburant, ou du carburant En outre, le dispositif 2 peut être pourvu d'un organe d'interception conformé différemment de celui qui est constitué par le papillon 37. REVENDICATIONS 1 Organe de commande d'un dispositif ( 2) assurant la modulation du débit d'un fluide, en particulier dans un véhicule, caractérisé par le fait de comprendre un moteur pas-à-pas ( 3) dont le rotor ( 13) présente un trou taraudé ( 17); une tige ( 18 et 21) bloquée en rotation sur un corps fixe ( 22) et présentant une première partie filetée ( 18) en prise avec ledit trou ( 17) et une seconde partie ( 21) qui s'étend à l'extérieur dudit moteur ( 3); une tête ( 29) ménagée à l'extrémité axiale de ladite seconde partie ( 21) et susceptible d'agir sur un élément ( 41) solidaire en rotation d'un petit arbre ( 38) qui porte un organe d'interception ( 37) dudit dispositif ( 2); et une centrale électronique ( 4) susceptible de commander ledit moteur ( 3), avec une succession d'inversions du signe du courant d'alimentation du stator dudit moteur ( 3), dans le but de déterminer la rotation pas-à-pas dudit rotor ( 13), dans un sens de rotation ou dans le sens contraire, en provoquant la translation dans un sens ou dans l'autre de ladite tige ( 18 et 21) et ainsi la rotation dudit organe d'interception ( 37), ladite succession d'inversions étant déterminée suivant une loi à la définition de laquelle concourrent une pluralité de paramètres relatifs à l'état et aux conditions de fonctionnement des parties dudit véhicule. 2 Organe selon la revendication 1, caractérisé par le fait de comprendre un capteur ( 49) susceptible de mesurer la position de la pédale d'accélération dudit véhicule; le signal électrique correspondant à cette position de la pédale étant susceptible de concourir à déterminer, dans ladite centrale ( 4), la loi de commande dudit moteur ( 3). -9- 3 Organe selon la revendication 1 et/ou 2, caractérisé par le fait que, le long de la seconde partie ( 21), est ménagée au moins une cannelure axiale ( 32) en prise avec une dent ( 31) partant dudit corps fixe ( 22), en vue d'empêcher la rotation de ladite tige ( 18 et 21) et de n'en permettre que la translation. 4 Organe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait de comprendre une gaine à soufflet ( 33) pour la protection de ladite seconde partie ( 21). Organe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite tête ( 29) présente une configuration hémisphérique; ledit élément ( 41) portant, à une extrémité opposée à celle qui est solidaire en rotation dudit petit arbre ( 38), un dique ( 42) pourvu de moyens de réglage et sur lequel agit ladite tête ( 29).