Brevet FR2715437A1 — publié le 19950728

"DISPOSITIF DE DOSAGE DE FLUIDE, NOTAMMENT POUR GAZ D' ECHAPPEMENT11 L'invention concerne un dispositif de dosage de fluide, notamment pour le recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, tel qu'un moteur diesel, ou pour une installation de climatisation. On connait déjà des dispositifs doseurs de ce type, qui sont destinés à être montés sur une conduite d'admission d'air au moteur, en amont du débouché d'une conduite de recyclage des gaz d'échappement dans cette conduite d'admission d'air, et qui comprennent un corps, traversé par un conduit dans lequel un obturateur sensiblement en forme de disque est monté rotatif avec un arbre transversal au conduit et commandé en rotation par un actionneur linéaire, implanté latéralement sur le corps, à l'extérieur du conduit. L'actionneur linéaire permet de faire pivoter l'obturateur de l'une à l'autre de deux positions limites dans le corps, dont l'une est une position de pleine ouverture, et dont l'autre est une position de fermeture, qui peut être une position de fermeture non complète, de façon à assurer un débit minimum d'air déterminé. En pivotant l'obturateur de l'une à l'autre de ses deux positions limites dans le conduit du corps, on module la dépression dans le conduit, en aval de l'obturateur, ce qui permet de doser la quantité des gaz d'échappement recyclée et admise au moteur par aspiration dans la conduite d'admission. Les dispositifs doseurs connus de ce type ont pour inconvénient principal d'être encombrants, en raison du fait que, notamment, leur actionneur linéaire est implanté de sorte que sa direction d'actionnement soit sensiblement transversale à l'arbre de rotation de l'obturateur, et le mouvement linéaire de l'actionneur est transmis, par un levier ou une came par exemple, en un point excentré de l'arbre, pour faire tourner ce dernier et l'obturateur dans le corps. Le but de l'invention est de proposer un dispositif doseur du type précité, offrant un gain de compacité par rapport aux réalisations de l'état de la technique, et convenant mieux que ce dernier aux divers desiderata de la pratique. A cet effet, l'invention propose un dispositif doseur du type précité qui se caractérise en ce que l'actionneur comporte un organe mobile translaté parallèlement à l'arbre de rotation de l'obturateur et relié audit arbre de rotation par un mécanisme de transformation du mouvement de translation dudit organe mobile en mouvement de rotation de l'arbre de rotation et de l'obturateur. Lorsque, de manière connue, l'actionneur linéaire du dispositif doseur est un actionneur à membrane à commande pneumatique et sollicitée par des moyens élastiques de rappel, il est avantageux que l'actionneur linéaire et axial du dispositif doseur selon l'invention soit tel que l'organe mobile est un piston, solidaire en déplacement de la membrane, et guidé en translation parallèlement à l'arbre de rotation de l'obturateur par une tige du piston coulissant sur un support transversal solidaire du corps, et tel que le piston coopère par sa tige avec un embout cylindrique dudit arbre par l'intermédiaire dudit mécanisme de transformation de mouvement, comprenant au moins un ergot solidaire de l'un des deux éléments que sont la tige de piston et l'embout, et engagé et guidé dans une rainure hélicoïdale correspondante ménagée dans l'autre desdits éléments, de sorte que toute translation du piston entraîne une rotation de l'embout, de l'arbre et de l'obturateur. Afin de protéger l'embout de l'arbre, le piston, le mécanisme de transformation de mouvement et les moyens de guidage du piston vis-à-vis des agressions extérieures, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le support transversal comprend un manchon logeant l'embout de l'arbre, et la tige de piston est annulaire et coulisse entre le manchon et l'embout, le manchon, la tige de piston et l'embout étant coaxiaux à l'arbre de rotation de l'obtu- rateur. La réalisation du mécanisme de transformation de mouvement est simple et fiable s'il comprend deux ergots, sensiblement radiaux et opposés, en saillie vers l'intérieur de la tige annulaire qui les porte, et chacun engagé dans l'une respectivement de deux rainures hélicoïdales ménagées dans la face latérale externe de l'embout cylindrique. De manière avantageusement simple, le guidage du piston parallèlement à l'arbre de l'obturateur peut être assuré par un dispositif de guidage comportant au moins un ergot en saillie sur l'un des deux éléments que sont le manchon et la tige de piston, et engagé à coulissement dans une rainure axiale ménagée dans l'autre des deux éléments. Dans ce cas, dans un mode de mise en oeuvre avantageusement fiable et simple, le dispositif de guidage comprend deux ergots sensiblement radiaux et opposés, en saillie vers l'extérieur sur la tige de piston qui les porte, et chacun engagé dans l'une respectivement de deux rainures axiales ménagées dans la face latérale interne du manchon. En outre, afin de permettre un bon positionnement relatif de l'obturateur, de l'arbre et du corps, l'arbe de l'obturateur est avantageusement soumis, du côté de son extrémité opposée à l'actionneur, à la sollicitation de moyens élastiques de rattrapage de jeu axial, prenant appui sur une butée amovible réglable sur le corps. Dans ce cas, pour limiter les débattements en rotation de l'arbre et de l'obturateur entre deux positions limites, la butée amovible peut avantageusement comporter un organe excentré, en saillie axiale vers l'arbre de l'obturateur, et en regard d'un méplat ménagé dans l'extrémité de l'arbre, du côté opposé à l'actionneur, pour former une butée de rotation. Cependant, la limitation des débattements en rotation de l'arbre et de l'obturateur entre leurs deux positions limites peut également être assurée, indépendamment de cette butée amovible, par des moyens, de préférence réglables, de limitation de la course axiale du piston par rapport au corps. Dans un exemple de réalisation avantageusement simple et pratique, la membrane est montée mobile avec le piston dans un boîtier d'actionneur en au moins deux parties, entre lesquelles la membrane est montée étanche de façon à délimiter deux chambres isolées l'une de l'autre, dont l'une est une chambre de dépression mise en communication sélective avec une source de dépression ou l'atmosphère, et dont l'autre chambre est à la pression atmosphérique, les moyens élastiques de rappel étant coaxiaux à l'arbre de l'obturateur et logés dans l'une des chambres. Dans ce cas, il est avantageux que le corps, le manchon et l'une au moins des parties du boîtier d'actionneur soient d'une seule pièce en matière plastique. En outre, l'arbre et son embout d'une part, et l'obturateur, d'autre part, peuvent être des pièces en matière plastique. Ces différentes pièces de matière plastique peuvent être, de manière économique, aisément réalisées par moulage. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention découleront de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, d'un exemple de réalisation décrit en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un dispositif doseur pour recyclage des gaz d'échappement, en coupe par un plan médian passant par l'axe du conduit et par l'axe de rotation de l'obturateur, - la figure 2 représente une coupe transversale selon 11-11 de la figure 1, et - la figure 3 représente schématiquement, en coupe selon III-III sur la figure 1, des moyens du dispositif doseur pour limiter la rotation de l'obturateur. Le doseur de recyclage des gaz d'échappement représenté sur les figures comprend un corps 1 traversé par un conduit 2, de forme globale cylindrique de section circulaire, dans lequel un obturateur 3, en forme de disque, est fixé, par exemple par des vis 4, sur un arbre 5 d'axe transversal au conduit 2 (perpendiculaire à l'axe longitudinal du conduit 2), et monté tourillonnant par ses deux parties d'extrémité dans deux paliers lisses cylindriques 6 et 7 du corps 1, qui sont diamétralement opposés dans le conduit 2. L'obturateur 3 et l'arbre 5 sont ainsi montés rotatifs dans le conduit 2, que l'obturateur 3 peut plus ou moins obturer selon sa position angulaire dans le corps 1. Ce dernier est destiné a être monté dans une conduite, schématiquement représentée par des traits mixtes 8, d'admission d'air à un moteur diesel, le corps 1 étant placé sur la conduite 8 en amont de l'endroit 9 où une conduite de recyclage des gaz d'échappement, schématiquement représentée par des traits mixtes en 10, débouche dans la conduite d'admission d'air 8. Selon que la position de l'obturateur 3 dans le corps 1 obture plus ou moins le conduit 2, la dépression dans la conduite 8, en aval du corps 1, est plus ou moins importante, ce qui dose la quantité de gaz d'échappement recyclée par la conduite 10 et aspirée dans la conduite 8 ves l'admission au moteur. A l'extérieur du conduit 2, le corps 1 supporte latéralement un actionneur, désigné dans son ensemble par la référence 11, et qui est linéaire et axial, c'est-à-dire que sa direction de manoeuvre est parallèle à l'arbre 5 de rotation de l'obturateur 3. L'actionneur 11 comprend un boîtier 12 fermé, en deux parties 12a et 12b chacune en forme de cuvette, à concavité tournée vers l'autre, assemblées par leur bord en pinçant entre elles, avec étanchéité, le bourrelet 13a de la périphérie radiale externe d'une membrane annulaire 13, souple et élastiquement déformable, dont un bourrelet 13b à la périphérie radiale interne est pincé entre deux plaques 14a et 14b accolées, formant un piston 14 solidaire en mouvement de la membrane 13, à l'intérieur du boîtier 12. Dans ce dernier, la membrane 13 et le piston 14 délimitent deux chambres 15 et 16, isolées l'une de l'autre, et dont l'une, 15, est reliée par l'orifice 17 dans la partie de boîtier 12a à une chambre annexe 18 du boîtier 12, qui est reliée par une conduite 19 à une électrovanne de commande (non représentée) permettant la mise en communication sélective des chambres 15 et 18 soit avec l'atmosphère, soit avec une source de dépression, telle qu'une pompe à vide (également non représentée). La chambre 15 renferme également un ressort de compression hélicoïdal 20, prenant appui, d'une part, autour d'une nervure annulaire 21 en saillie sur le fond de la partie de boîtier 12a vers l'intérieur de la chambre 15, et, d'autre part, contre la plaque 14b du piston 14, autour d'un bossage de centrage de cette plaque 14b, et le ressort tend à repousser le piston 14 et la membrane 13 vers le corps 1, dans une position de volume minimum de la chambre 16, mise à l'atmosphère par l'orifice 22 percé dans la partie de boîtier 12b. Par sa plaque 14a, du côté opposé au ressort 20, le piston 14 se prolonge vers le corps 1 par une tige annulaire 23, guidée à coulissement axial (parallèlement à l'axe 5) à l'intérieur d'un manchon 24 cylindrique de section circulaire, coaxial à l'arbre 5, et reliant la partie de boîtier 12b au corps 1, en étant, de préférence, d'une seule pièce en matière plastique avec ces éléments. Le guidage axial du piston 14 dans le manchon 24 est assuré par deux ergots 25 radiaux, diamétralement opposés, en saillie vers l'extérieur sur la partie d'extrémité libre de la tige de piston 23, et chacun engagé et monté coulissant axialement dans l'une respectivement de deux rainures axiales 26 ménagées dans la face latérale interne du manchon 24. Au-delà du palier 7 du corps 1, l'extrémité de l'arbre 5 du côté de l'actionneur 11 porte un embout cylindrique de section circulaire 27, coaxial à l'arbre 5 et logé dans le manchon 24, de sorte que la tige de piston 23 puisse coulisser axialement entre le manchon 24 et l'embout 27. Ce dernier présente, dans sa face latérale externe, deux rainures hélicoïdales 28 identiques, décalées l'une de l'autre de 1800 en direction circonférentielle, et dans chacune desquelles est engagé l'un respectivement de deux ergots 29, diamétralement opposés et en saillie radiale vers l'intérieur de la tige de piston 23, qui les porte, avec un décalage de 90" par rapport aux ergots externes 25. On comprend que l'embout 27 de l'arbre 5, avec ses rainures hélicoïdales 28 coopérant avec les ergots 29 de la tige de piston 23 guidée en translation par ses ergots 25 dans les rainures 26 du manchon 24, constitue un mécanisme de transformation du mouvement de translation axiale du piston 14 en rotation de l'arbre 5 et de l'obturateur 3 dans le conduit 2. Ce dispositif fonctionne de la manière suivante : la figure 1 représente le dispositif en position de repos, dans laquelle l'obturateur 3 est en position d'ouverture maximum du conduit 2, et le piston 14 et la membrane 13 repoussés au maximum vers le corps 1 par le ressort 20, les chambres 15 et 16 étant à la pression atmosphérique, la tige de piston 23 étant engagée au maximum dans le manchon 24, et ses ergots 29 à l'extrémité des rainures 28 de l'embout 27, du côté du corps 1. Si l'électrovanne de commande, fonctionnant en tout ou rien, met la chambre 15 en communication avec la pompe à vide de sorte que la membrane 13 et le piston 14 sont soumis à une pression différentielle de l'ordre de 50 à 60 kP, la surface efficace de la membrane 13 et du piston 14 ainsi que la caractéristique du ressort 20 sont telles que la membrane 13 et le piston 14 sont déplacés en comprimant le ressort 20 et translatés axialement vers le fond de la partie de boîtier 12a, par le guidage axial de la tige de piston 23. Ce faisant, les ergots 29 translatés axialement et se déplaçant dans les rainures hélicoïdales 28 entraînent la rotation de l'embout 27, de l'arbre 5 et de l'obturateur 3 dans le sens de la fermeture du conduit 2. Lorsque l'électrovanne coupe la communication entre la source de dépression et la chambre 15, et met cette dernière à l'atmosphère, le ressort 20 se détend et ramène le piston 14 et la membrane 13 dans la position de la figure 1, de sorte que l'obturateur 3, l'arbre 5 et l'embout 27 sont tournés en sens inverse. Pour un bon fonctionnement et une facilité de réalisation, non seulement le manchon 24, la tige de piston 23 et l'embout 27 sont coaxiaux à l'arbre 5, mais également les différents éléments constitutifs de l'actionneur 11 linéaire, axial, à commande pneumatique par dépression, c'est-à-dire ses parties de boîtier 12a, 12b, sa membrane 13 et son piston 14, et le ressort de rappel 20. De même que pour le corps 1, le manchon 24 et la partie de boîtier 12b, d'une seule pièce en matière plastique, la partie de boîtier 12a, l'obturateur 3, et l'arbre 5 d'une seule pièce avec son embout 27, peuvent être des pièces en matière plastique. La rigidité de la liaison entre le corps 1 et la partie de boîtier 12b peut être améliorée par une nervure 30 en saillie vers l'extérieur du manchon 24. Pour éviter tout effet de piston pneumatique gênant les coulissements de la tige de piston 23 autour de l'embout 27, un petit orifice radial 31 traverse la tige 23 à sa base liée au piston 14, pour mettre le volume interne à la tige 23 en communication avec la chambre 16 à l'atmosphère. L'étanchéité est par contre assurée le long de l'arbre 5 par un joint torique 32 entourant la partie d'arbre 5 reçue dans le palier 7. Du côté opposé à l'actionneur 11, l'extrémité de l'arbre 5 fait saillie au-delà du palier 6 par une partie d'extrémité 33 présentant un méplat diamétral. Cette partie 33 fait saillie axialement dans une chambre latérale 34 délimitée par une partie 35 du corps 1 et fermée par un bouchon 36 formant une butée qui se fixe en position réglable sur la partie 35 du corps 1. Ce bouchon 36 constitue une butée axiale, contre laquelle prend appui l'extrémité d'un ressort de compression hélicoïdal 37 s'appuyant contre l'extrémité cylindrique en regard de l'arbre 5 pour former un ressort de rattrapage de jeu axial sur l'arbre 5. Le bouchon 36 porte également, en saillie axiale vers l'arbre 5, un secteur circulaire excentré 38, s'étendant sur un peu plus de 90" et venant en regard du méplat d'extrémité 33 de l'arbre 5, afin de constituer une butée réglable en rotation, limitant la rotation de l'arbre 5 et de l'obturateur 3 entre deux positions limites, dont l'une est une position de pleine ouverture représentée sur la figure 1, et l'autre une position de fermeture (non totale) du conduit 2 par l'obturateur 3. En variante, au moins un plot (non représenté) peut être fixé, de préférence de manière réglable, sur le manchon 24 de sorte à faire saillie dans une rainure 26, afin de limiter la course axiale du piston 14 et de sa tige 23, de manière à limiter également la rotation de l'obturateur 3 entre ses deux positions limites. Dans ce cas, le bouchon amovible 36 ne comporte pas de saillie excentrée 38. On comprend qu'il est également possible, en variante, de prévoir des ergots de guidage en translation axiale en saillie à l'intérieur du manchon 24 et engagés dans des rainures axiales sur la tige de piston 23, ainsi que, pour la transformation du mouvement de translation en rotation, des rainures hélicoïdales dans la face interne de la tige de piston 23 et coopérant avec des ergots en saillie vers l'extérieur sur l'embout 27. On réalise ainsi un dispositif doseur compact, facile à fabriquer et économique, permettant une course axiale suffisante, par exemple de 18 mm, du piston 14 associé à la membrane 13 pour présenter une section efficace d'environ 15 cm2 soumise, en fonctionnement, à une pression différentielle de 50 à 60 kP, permettant de commander dans de bonnes conditions la refermeture de l'obturateur 3 à partir de sa position d'ouverture maximum. Le doseur selon l'invention, décrit ci-dessus dans son application au dosage des gaz d'échappement recyclés, peut être utilisé dans d'autres applications, chaque fois qu'il est utile de transformer un mouvement d'actionnement linéaire en un mouvement de rotation pour commander le débit d'une vanne de dosage de fluide, et en particulier de gaz, par exemple pour le dosage d'air dans une installation de climatisation de véhicule. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dosage de fluide, notamment pour gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, tel qu'un moteur diesel, destiné à être monté sur une conduite (8) d'admission d'air au moteur, en amont du débouché (9) d'une conduite (10) de recyclage des gaz d'échappement dans ladite conduite (8) d'admission d'air, et comprenant un corps (1) traversé par un conduit (2) dans lequel un obturateur (3), sensiblement en forme de disque, est monté rotatif avec un arbre (5) transversal au conduit (2) et commandé en rotation par un actionneur (11) linéaire implanté latéralement sur le corps (1) à l'extérieur du conduit (2), caractérisé en ce que l'actionneur (11) comporte un organe mobile (14) translaté parallèlement à l'arbre (5) de rotation de l'obturateur (3) et relié audit arbre (5) de rotation par un mécanisme (27, 28, 29) de transformation du mouvement de translation dudit organe mobile (14) en mouvement de rotation de l'arbre (5) de rotation et de l'obturateur (3). 2. Dispositif de dosage selon la revendication 1, du type dont l'actionneur linéaire (11) est un actionneur à membrane (13) à commande pneumatique et sollicitée par des moyens élastiques de rappel (20), caractérisé en ce que l'organe mobile est un piston (14), solidaire en déplacement de la membrane (13), et guidé en translation parallèlement à l'arbre (5) de rotation de l'obturateur (3) par sa tige (23) coulissant sur un support (24) transversal solidaire du corps (1), et tel que le piston (14) coopère par sa tige (23) avec un embout (27) cylindrique dudit arbre (5) par l'intermédiaire dudit mécanisme de transformation de mouvement, comprenant au moins un ergot (29) solidaire de l'un des deux éléments que sont la tige de piston (23) et l'embout (27), et engagé et guidé dans une rainure (28) hélicoïdale correspondante ménagée dans l'autre desdits éléments, de sorte que toute translation du piston (14) entraîne une rotation de l'embout (27), de l'arbre (5) et de l'obturateur (3). 3. Dispositif de dosage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support transversal comprend un manchon (24) logeant l'embout (27) de l'arbre (5), et la tige de piston (23) est annulaire et coulisse entre le manchon (24) et l'embout (27), le manchon (24), la tige de piston (23) et l'embout (27) étant coaxiaux à l'arbre (5) de rotation de l'obturateur (2). 4. Dispositif de dosage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mécanisme de transformation de mouvement comprend deux ergots (29), sensiblement radiaux et opposés, en saillie vers l'intérieur de la tige (23) annulaire qui les porte, et chacun engagé dans l'une respectivement de deux rainures (28) hélicoïdales ménagées dans la face latérale externe de l'embout cylindrique (27). 5. Dispositif de dosage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le guidage du piston (14) parallèlement à l'arbre (5) de l'obturateur (3) est assuré par un dispositif de guidage comportant au moins un ergot (25) en saillie sur l'un des deux éléments que sont le manchon (24) et la tige de piston (23), et engagé à coulissement dans une rainure (26) axiale ménagée dans l'autre des deux éléments. 6. Dispositif de dosage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de guidage comprend deux ergots (25) sensiblement radiaux et opposés, en saillie vers l'extérieur sur la tige de piston (23) qui les porte, et chacun engagé dans l'une respectivement de deux rainures (26) axiales ménagées dans la face latérale interne du manchon (24). 7. Dispositif de dosage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (5) de l'obturateur (3) est soumis, du côté de son extrémité opposée à l'actionneur (11), à la sollicitation de moyens élastiques (37) de rattrapage de jeu axial, prenant appui sur une butée (36) amovible réglable sur le corps (1). 8. Dispositif de dosage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite butée amovible (36) comporte un organe excentré (38), en saillie axiale vers l'arbre (5) de l'obturateur (3), et en regard d'un méplat ménagé dans l'extrémité (33) dudit arbre (5), du côté opposé à l'actionneur (11), pour limiter les débattements en rotation dudit arbre (5) et de l'obturateur (3) entre deux positions limites. 9. Dispositif de dosage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens, de préférence réglables, de limitation de la course axiale du piston (14) par rapport au corps (1), pour limiter les débattements en rotation dudit arbre (5) et de l'obturateur (3) entre deux positions limites. 10. Dispositif de dosage selon l'une quelconque des revendications 3 à 9 précédentes, caractérisé en ce que la membrane (13) est montée mobile avec le piston (14) dans un boîtier (12) d'actionneur (11) en au moins deux parties (12a, 12b), entre lesquelles la membrane (13) est montée étanche de façon à délimiter deux chambres (15, 16) isolées l'une de l'autre, dont l'une (15) est une chambre de dépression mise en communication sélective avec une source de dépression ou l'atmosphère, et dont l'autre chambre (16) est à la pression atmosphérique, les moyens élastiques de rappel (20) étant coaxiaux à l'arbre (5) de l'obturateur (3) et logés dans l'une (15) des chambres. 11. Dispositif de dosage selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps (1), le manchon (24) et l'une au moins (12b) des parties du boîtier (12) d'actionneur (11) sont d'une seule pièce en matière plastique. 12. Dispositif de dosage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (5) et son embout (27) d'une part, et l'obturateur (3), d'autre part, sont des pièces en matière plastique.