Brevet FR2735883A1 — publié le 19961227

La présente invention concerne un régulateur hydraulique de débit, à action proportionnelle, c'est-à- dire permettant d'obtenir un débit de fluide hydraulique proportionnel à une grandeur électrique et, plus particulièrement, à l'intensité d'un courant électrique alimentant un électro-aimant faisant partie du régulateur de débit. Un tel régulateur, permettant une régulation progressive de débit par modification de la section de découvrement d'au moins une lumière traversée par le fluide hydraulique, est notamment utilisable dans le domaine de l'industrie automobile. Les régulateurs de débit de ce genre ont actuellement très peu d'applications dans le domaine de l'automobile. Ils sont néanmoins connus, et leur application est beaucoup plus courante dans d'autres domaines d'activités: véhicules industriels, commande de machines, etc... Dans le cas de ces applications existantes, pour augmenter la précision de la commande, il est utilisé un potentiomètre de "recopie" qui informe de la position du noyau mobile de l'électro-aimant, donc de la valeur de la section instantanée de passage du fluide hydraulique. La régulation de débit s'effectue ainsi avec un retour d'information externe, ce qui complique et renchérit le dispositif, mais rend aussi le fonctionnement imparfait; en effet, les effets des variations de température de fonctionnement, se traduisant par un changement de viscosité modifiant le débit du fluide, ne sont pas pris en compte par les régulations actuelles qui s'effectuent uniquement en position et/ou ne tiennent pas directement compte du débit réel. La présente invention vise à éviter ces inconvénients, en fournissant un régulateur hydraulique de débit du genre considéré, dans lequel la précision de commande est améliorée sans adjonction d'aucun dispositif externe tel que cité plus haut, le retour d'information étant interne au régulateur et tenant compte du débit réel de manière à minimiser les effets des variations de température, la solution technique proposée étant par ailleurs simple, compacte et économique ce qui la rend applicable au domaine de l'automobile. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un régulateur hydraulique de débit, à action proportionnelle, comprenant un électroaimant à noyau mobile et agissant par variation de la section de découvrement d'au moins une lumière traversée par un débit de fluide hydraulique, de telle sorte que le débit de fluide soit proportionnel à un courant électrique alimentant la bobine de l'électro-aimant, ce régulateur hydraulique de débit étant caractérisé en ce qu'il comprend, dans le prolongement de l'électro-aimant, un distributeur hydraulique avec chemise fixe, pourvue d'au moins un orifice radial d'entrée de fluide hydraulique sous pression et d'au moins un orifice radial de sortie de fluide, espacé axialement du ou des orifices d'entrée, tandis qu'à l'intérieur de la chemise est monté coulissant un tiroir hydraulique possédant deux portées entre lesquelles s'étend une chambre annulaire, le tiroir étant lié axialement au noyau mobile de l'électroaimant, de telle sorte que ce tiroir est déplacé par le noyau mobile en obturant plus ou moins le ou les orifices de sortie, le débit de fluide passant par la section de découvrement de ces orifices générant un effort hydrodynamique de sens opposé à l'effort de poussée de l'électro-aimant et servant de contre-réaction à l'intérieur du régulateur de débit. On réalise ainsi un régulateur de débit, dans lequel un électro-aimant "proportionnel" à action directe vient régler la position axiale d'un tiroir de distribution; le contrôle de cette position, déterminant le débit de fluide, s'effectue avec un "rebouclage" interne par l'effort hydrodynamique (de sens opposé à l'effort de poussée de l'électro-aimant sur le tiroir) généré par le débit lui-même. Ainsi, l'invention permet une régulation avec un retour d'information interne, ce qui permet, par rapport à d'autres dispositions constructives connues, de minimiser les effets des variations de température de fonctionnement. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le tiroir hydraulique est lié axialement au noyau mobile de l'électro-aimant, dans un sens de déplacement, par un poussoir amagnétique prolongeant le noyau mobile en direction du distributeur hydraulique et appuyé sur une extrémité du tiroir, et dans le sens opposé, par un ressort monté à l'intérieur du distributeur et assurant le contact entre le tiroir et le poussoir, ce contact étant ainsi rendu permanent quelles que soient les conditions de fonctionnement. I1 convient aussi d'assurer, quelles que soient les positions et pour une course de travail donnée, la proportionnalité entre le courant électrique d'alimentation circulant dans la bobine de l'électro- aimant et l'effort transmis au tiroir hydraulique du distributeur. Ceci est assuré par la conception de l'électro-aimant, notamment en prévoyant que l'ensemble constitué par le noyau mobile et par le poussoir amagnétique est centré et guidé en translation, suivant l'axe central commun à l'électro-aimant et au distributeur hydraulique, par au moins deux bagues de guidage à faible frottement, ces dispositions permettant à la fois de minimiser les frictions lors du déplacement, et de maintenir le noyau mobile centré, avec un entrefer radial constant assurant le fonctionnement "proportionnel" de l'électro-aimant. De préférence, le régulateur hydraulique de débit objet de l'invention comporte encore un ressort de calibrage, poussant l'ensemble constitué par le noyau mobile et par le poussoir en direction du distributeur hydraulique, une vis de réglage étant associée à ce ressort, de manière à permettre le "calage", par l'intermédiaire de la vis de réglage, de la caractéristique débit/courant de tous les régulateurs appartenant à une même série en fabrication industrielle. L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence à l'unique figure du dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce régulateur hydraulique de débit. L'unique figure du dessin est une vue en coupe longitudinale du régulateur hydraulique de débit, qui se compose, d'une façon générale, d'un électro-aimant 1 et d'un distributeur hydraulique 2, disposés l'un dans le prolongement de l'autre suivant un même axe central 3, l'électro-aimant 1 exerçant une action directe sur le distributeur 2. L'électro-aimant 1 comprend une bobine d'excitation 4, un circuit magnétique fixe 5, une pièce polaire 6 située du côté éloigné du distributeur 2, et un noyau mobile magnétique 7 prolongé axialement par un poussoir amagnétique 8 en direction du distributeur 2. L'ensemble mobile constitué par le noyau 7 et par le poussoir 8 est parfaitement centré et guidé en translation, suivant l'axe central 3, par deux bagues de guidage 9 et 10 à faible frottement. Le distributeur hydraulique 2 comprend une chemise cylindrique fixe 11, pourvue d'au moins un orifice radial 12 d'entrée de fluide hydraulique sous pression, et d'au moins un orifice radial 13 de sortie du fluide hydraulique, dont le débit est régulé, le ou les orifices de sortie 13 se présentant comme des lumières rectangulaires, espacées axialement du ou des orifices d'entrée 12. A l'intérieur de la chemise 11 est monté coulissant, dans la direction de l'axe central 3, un tiroir hydraulique 14 qui possède deux portées cylindriques 15 et 16, entre lesquelles s'étend une partie intermédiaire de diamètre réduit. Une chambre annulaire 17 est ainsi aménagée entre la chemise 11 et le tiroir 14. L'extrémité libre du poussoir 8 est appuyée sur une extrémité du tiroir 14. Un premier ressort hélicoïdal 18, monté à l'intérieur de l'électroaimant 1, pousse le noyau mobile 7 et le poussoir 8 en direction du distributeur 2. Un second ressort hélicoïdal 19, monté à l'intérieur du distributeur 2 et agissant en sens opposé du précédent sur le tiroir 14, assure le contact entre ce tiroir 14 et l'extrémité libre du poussoir 8, ceci quelles que soient les conditions de fonctionnement. L'électro-aimant 1 assure, grâce à son entrefer radial, un fonctionnement proportionnel, c'est-à-dire qu'il existe une proportionnalité entre le courant électrique d'excitation parcourant la bobine 4, d'une part, et l'effort axial de poussée F transmis au tiroir hydraulique 14 par l'ensemble mobile "noyau 7 + poussoir 8", d'autre part. En cours de fonctionnement, le fluide hydraulique en provenance d'une source de pression entre dans le distributeur 2 au travers de la chemise 11, suivant la flèche F1, par le ou les orifices radiaux 12, puis il parcourt axialement la chambre annulaire 17, avant de sortir au travers de la chemise 11, suivant la flèche F2, par le ou les autres orifices radiaux 13. Selon sa position axiale, le tiroir 14 obture ou découvre plus ou moins le ou les orifices de sortie 13, par sa portée 16. Le positionnement axial du tiroir 14 résulte d'un équilibre entre l'effort de poussée F de l'électro-aimant 1, d'une part, et l'effort hydrodynamique généré par le débit de fluide hydraulique passant par les orifices de sortie 13, en tenant compte de l'effort mécanique des ressorts 18 et 19. L'effort hydrodynamique caractéristique de l'écoulement du fluide au travers du distributeur 2 est proportionnel, pour une différence de pression donnée entre l'entrée et la sortie, au débit de passage. Cet effort hydrodynamique est ascendant (par référence à la figure) et il se traduit, sur le tiroir 14, par une tendance à la réduction de la section de passage par les orifices de sortie 13. Les deux ressorts 18 et 19 exercent sur le tiroir 14 des efforts dont la résultante est elle aussi ascendante, la raideur mécanique résultante étant inférieure à la "raideur hydraulique" de l'effet hydrodynamique. Ces efforts se traduisent globalement par une contre-réaction au déplacement du tiroir 14 commandé par l'effet électromagnétique de l'électro-aimant 1, lui-même proportionnel au courant alimentant la bobine 4. Le contrôle de l'effort de l'électro- aimant 1, par son alimentation électrique, permet donc pour une pression d'entrée de fluide donnée de réguler la section de passage au niveau des orifices de sortie 13, afin d'assurer la réponse en débit souhaitée. Le premier ressort 18 permet, par l'intermédiaire d'une vis de réglage 20 sur laquelle s'appuie ce ressort 18, de calibrer la caractéristique débit de fluide/courant d'alimentation, pour les régulateurs de débit produits en série. Le second ressort 19 assure la stabilité de fonctionnement, quelles que soient les conditions de pression. On obtient ainsi, à la sortie du distributeur 2, un débit de fluide hydraulique (flèche F2) parfaitement régulé, qui est dirigé vers un organe utilisateur de ce débit de fluide. Le régulateur hydraulique de débit, précédemment décrit, possède des applications multiples notamment dans le domaine automobile, par exemple pour la correction dynamique d'assiette ou pour le pilotage d'un élément de suspension. Il va de soi que l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce régulateur hydraulique de débit qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple. Elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par des modifications constructives de détail, concernant par exemple le nombre des orifices d'entrée et de sortie du fluide hydraulique dans le distributeur. REVENDICATIONS 1. Régulateur hydraulique de débit, à action proportionnelle, comprenant un électro-aimant (1) à noyau mobile (7) et agissant par variation de la section de découvrement d'au moins une lumière (13) traversée par un débit de fluide hydraulique, de telle sorte que le débit de fluide soit proportionnel à un courant électrique alimentant la bobine (4) de l'électro-aimant (1), caractérisé en ce qu'il comprend, dans le prolongement de l'électro-aimant (1), un distributeur hydraulique (2) avec chemise fixe (11), pourvue d'au moins un orifice radial (12) d'entrée de fluide hydraulique sous pression et d'au moins un orifice radial (13) de sortie de fluide, espacé axialement du ou des orifices d'entrée (12), tandis qu'à l'intérieur de la chemise (11) est monté coulissant un tiroir hydraulique (14) possédant deux portées (15,16) entre lesquelles s'étend une chambre annulaire (17), le tiroir (14) étant lié axialement au noyau mobile (7) de l'électro-aimant (1), de telle sorte que ce tiroir (14) est déplacé par le noyau mobile (7) en obturant plus ou moins le ou les orifices de sortie (13), le débit de fluide passant par la section de découvrement de ces orifices (13) générant un effort hydrodynamique de sens opposé à l'effort de poussée (F) de l'électro-aimant (1) et servant de contre-réaction à l'intérieur du régulateur de débit. 2. Régulateur hydraulique de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir hydraulique (14) est lié axialement au noyau mobile (7) de l'électro-aimant (1), dans un sens de déplacement, par un poussoir amagnétique (8) prolongeant le noyau mobile (7) en direction du distributeur hydraulique (2) et appuyé sur une extrémité du tiroir (14), et dans le sens opposé, par un ressort (19) monté à l'intérieur du distributeur (2) et assurant un contact permanent entre le tiroir (14) et le poussoir (18). 3. Régulateur hydraulique de débit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par le noyau mobile (7) et par le poussoir amagnétique (8) est centré et guidé en translation, suivant l'axe central (3) commun à l'électro-aimant (1) et au distributeur hydraulique (2), par au moins deux bagues de guidage (9, 10) à faible frottement. 4. Régulateur hydraulique de débit selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort (18) de calibrage, poussant l'ensemble constitué par le noyau mobile (7) et par le poussoir (8) en direction du distributeur (2), une vis de réglage (20) étant associée à ce ressort (18).