Brevet FR2810700A1 — publié le 20011228

DISPOSITIF D'ACTIONNEUR FLUIDIQUE La présente invention concerne le domaine des actionneurs fluidiques, notamment hydrauliques. De tels actionneurs peuvent être utilisés pour la commande de différents organes, par exemple dans boîte de vitesses. Dans un vérin pousseur classique, un piston peut se déplacer translation à l'intérieur d'un cylindre et est entraîné par un moteur 'lectrique dont l'extrémité libre de l'arbre est filetée et coopère avec filetage correspondant du piston, le piston étant bloqué en rotation par rapport au moteur. La chambre définie par le piston et le cylindre pourvue d'un passage jusqu'à un distributeur hydraulique en aval duquel disposé au moins un organe consommateur d'énergie hydraulique qu'un vérin. Entre la chambre et le distributeur, peut être prévu un accumulateur à ressort comprenant un cylindre, un piston et un ressort disposé entre le cylindre et le piston et permettant de conférer au systeme hydraulique une certaine progressivité afin d'éviter des élévations brutales de la pression hydraulique et du courant électrique consomme par le moteur qui peut alors être détérioré. Dans les boîtes de vitesses pour automobiles, sont généralement prévus des dispositifs de crabotage à synchroniseurs. Les synchroniseurs peuvent être déplacés axialement par des fourchettes portées par des axes et susceptibles d'être actionnées longitudinalement par le conducteur véhicule à l'aide d'un levier de changement de vitesses disposé à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Dans le cas d'une boîte de vitesses dite "robotisée" ou à commande automatisée, le levier de changement de vitesses commande indirectement le déplacement des fourchettes, notamment l'intermédiaire de vérins ou d'autres types d'actionneurs, voir le document FR-A-2 138. Lors d'un changement de vitesses, un crabot, poussé une fourchette elle-même commandée par un vérin hydraulique, pousse un anneau synchroniseur. A un moment donné, le cône du synchroniseur bloque le cône du pignon fou et la fourchette stoppe son déplacement. Le moteur électrique d'entraînement du vérin pousseur continue à tourner un court instant, ce qui fait monter la pression et la fourchette appuie encore plus sur le crabot. L'accumulateur peut permettre de donner consigne moteur pour qu'il se déplace suffisamment pour créer une pression qui sera emmagasinée dans l'accumulateur, de façon que passage du synchronisme se fasse uniquement grâce à l'énergie stockée dans ledit accumulateur. Toutefois, un tel système de vérin pousseur est relativement onéreux et encombrant. L'invention propose d'améliorer ce genre de système. L'invention propose un dispositif de génération d'énergie fluidique particulièrement compact. Le dispositif d'actionneur fluidique, selon un aspect l'invention, est du type comprenant un cylindre creux, un piston disposé dans le cylindre et apte à être déplacé en translation par rapport au cylindre, une chambre fluidique étant délimitée par le piston, l'alésage du cylindre et une extrémité du cylindre. Le dispositif comprend, en outre un passage en communication avec ladite chambre de façon 'un déplacement du piston en translation par rapport au cylindre provoque un déplacement de fluide dans le passage. Le dispositif comprend un moyen supplémentaire intégré de stockage de fluide. Avantageusement, le dispositif comprend une chambre fluidique supplémentaire formée à l'intérieur du cylindre. Dans un mode de réalisation de l'invention, la chambre fluidique et la chambre fluidique supplémentaire sont en communication. Dans un mode de réalisation de l'invention, la chambre fluidique supplémentaire est de section inférieure à celle de la chambre fluidique. Avantageusement, le dispositif comprend un piston supplémentaire disposé dans le cylindre. Avantageusement, le dispositif comprend un moyen de rappel élastique du piston supplémentaire vers une position de repos. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un ressort disposé entre le piston et le piston supplémentaire. De préférence, le piston comprend une paroi circulaire délimitant la chambre, une paroi annulaire opposée à la paroi circulaire une tige s'étendant à partir de la paroi annulaire à l'opposé de la paroi circulaire en saillie à l'extérieur du cylindre. L'invention concerne, également, une boîte de vitesses comprenant au moins un dispositif tel que ci-dessus, par exemple pour déplacement d'une fourchette. Le stockage de liquide hydraulique dans un vérin pousseur permet un gain de place substantiel, en particulier dans le distributeur hydraulique, dans lequel était généralement prévu le stockage. Le gain masse est également avantageux. Le liquide hydraulique peut être stocké sous pression dans une chambre supplémentaire dans le cylindre et autour d'une tige de piston. La seule pièce supplémentaire à prévoir est un piston annulaire. La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par dessins annexés; sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un vérin pousseur, selon un aspect de l'invention; et la figure 2 est une vue schématique d'une application l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, le vérin pousseur constitue un moyen de transformation d'une énergie électrique en une énergie mécanique puis en une énergie hydraulique, comprend un moteur électrique 1 pourvu d'un arbre de sortie fileté 2, un cylindre 3 pourvu d'une première paroi d'extrémité 4, d'un alésage 5 et d'une deuxième paroi d'extrémité 6. La première paroi d'extrémité 4 est circulaire et obture le cylindre. deuxième paroi d'extrémité 6 est annulaire et adjacente à une portion cylindrique 7 de diamètre inférieur à celui de l'alésage 5 et pourvue joint d'étanchéité 8. Le cylindre 3 est pourvu d'un passage de sortie 9 situé à proximité immédiate de la paroi d'extrémité et d'un passage de sortie 10 situé à proximité immédiate de la paroi annulaire 6. Les passages 9 et 10 sont en communication mutuelle par une portion de canalisation 1 et sont également en communication avec une canalisation de sortie 12. Le piston référencé 13 comprend une partie d'obturation 14, de diamètre extérieur adapté à celui de l'alésage 5 et pourvue sur sa périphérie joint d'étanchéité 15 en contact avec ledit alésage 5. La partie d'obturation 14 présente une forme circulaire radiale et est faible longueur dans le sens axial. La partie d'obturation 14 comprend une première surface radiale circulaire 16 et une deuxième surface radiale annulaire 1 située du côté opposé à la surface circulaire 16. piston 13 comprend, en outre, une tige 18 pourvue d'une surface exterieure cylindrique 19 s'étendant à partir de la surface circulaire 17 la partie d'obturation 14 en direction opposée à la surface circulaire 16. La tige 19 se termine par une surface d'extrémité 20 à partir de laquelle est formé un trou fileté 21 coaxial à la tige 18 et à la partie d'obturation 14 et s'etendant à partir de la surface d'extrémité 20 en direction de la partie d'obturation 14 et apte à coopérer avec l'arbre fileté 2 du moteur électrique A proximité de la surface d'extrémité 20, la tige 18 est pourvue d'un ergot 22 en saillie radialement vers l'extérieur et prévu pour coopérer avec une surface de blocage 23 solidaire d'un élément fixe non représenté. L'ergot 22 et la surface de blocage 23 interdisent au piston 13 de tourner, notamment lorsque l'arbre 2 du moteur 1 est en rotation. Le piston 13 est donc forcé de se déplacer en translation par l'effet de la rotation l'arbre fileté 2 dans le trou taraudé 21. Le trou taraudé 21 est de longueur suffisante pour permettre la course qu'on souhaite que le piston exécute et est prolongé par une canalisation 24 qui débouche dans la surface extérieure cylindrique 19 de la tige 18 à proximité immédiate de la surface circulaire 17 de la partie d'obturation 14. Le piston 13 se trouve disposé dans le cylindre 3 avec la périphérie de la partie d'obturation 14 en contact avec l'alésage 5, la surface circulaire 16 de la partie d'obturation 14 délimitant avec la paroi d'extrémité 4 et l'alésage 5 du cylindre une chambre principale 25. La surface cylindrique 19 de la tige 18 est en contact avec la portion cylindrique 7 du cylindre 3. Dans l'espace annulaire formé radialement entre l'alésage 5 et la surface extérieure cylindrique 19 et axialement entre la surface annulaire 17 de la partie d'obturation 14 et la paroi annulaire 6, est disposé un piston supplémentaire 26 pourvu d'un joint d'étanchéité 27 en contact avec l'alésage 5 et d'un joint d'étanchéité 28 en contact avec la surface extérieure cylindrique 19. Le piston supplémentaire 26 comprend une surface annulaire 29 faisant face à la surface annulaire 17 de la partie d'obturation 14 et une surface annulaire 30 disposée du côté opposé, c'est- à-dire faisant face à la paroi annulaire 6 du cylindre 3. Une chambre supplémentaire 31 est définie par la paroi annulaire 6 du cylindre 3 et la surface annulaire 30 du piston supplémentaire 26, radialement entre l'alésage 5 et la surface extérieure cylindrique 19. Dans l'espace 32 délimité axialement entre les surfaces annulaires 17 de la partie d'obturation 14 et 29 du piston supplémentaire 26, disposé un ressort hélicoïdal 33 qui est en appui d'un côté sur la surface annulaire 17 et de l'autre sur la surface annulaire 29. L'espace 32, dans lequel est logé le ressort 33, est prévu pour rester vide de fluide hydraulique. En cas de fuite, la canalisation 24 permet un écoulement du fluide qui s'y trouve. La chambre principale 25 et la chambre supplémentaire 31 sont en communication par les passages 9 et 10 et la portion de canalisation 11. La chambre principale 25 présente une section S 1 supérieure la section S2 de la chambre supplémentaire 31. En effet, la section S2 est égale la différence entre la section S 1 et la section de la tige 18 du piston 13. La position longitudinale du piston 13 est déterminée par le moteur 1 qui pourra être commandé par un calculateur ou une unité de commande non représentée. La position longitudinale du piston supplémentaire 26 résulte d'un équilibre de forces contradictoires avec, d'une part, le ressort 33 exerçant une force dirigée en direction du moteur 1 et, d'autre part, la force exercée par le fluide présent dans la chambre supplémentaire 31 vers une direction opposée à celle de la force du ressort 33. En fonctionnement, lorsque la charge n'oppose pas de résistance à l'écoulement du fluide hydraulique, la pression dans la canalisation 12 reste faible. Sous l'action du moteur 1, le piston 13 peut donc se déplacer de la droite vers la gauche sur la figure 1, c'est-à-dire en réduisant le volume de la chambre principale 25. Le piston supplémentaire 26 reste en butée d'extrémité contre la paroi annulaire 6 du cylindre 3 et le ressort 19 se détend progressivement au fur et à mesure du déplacement du piston 14. De plus, le ressort 33 assiste le moteur 1 lors d'un démarrage lorsque la chambre principale 25 est à volume maximal, le ressort 33 étant alors comprimé. Lors du déplacement du piston 13 dans le sens d'une réduction du volume de la chambre principale 25 et si la charge, c'est-à-dire le ou les organes consommateurs d'énergie fluidique en provenance de la canalisation 12 opposent une forte résistance, la pression augmente, soit progressivement, soit brusquement, et, en fonction de la raideur et du tarage du ressort 33, le piston supplémentaire 26 peut se déplacer dans le meme sens que le piston 14 sous l'action du fluide qui, s'écoulant par le passage 9, passe par la portion de canalisation 11 et le passage 10 jusque vers la chambre supplémentaire 31. Si la pression est suffisante pour compenser la force exercée par le ressort 33 sur le piston supplémentaire alors ce dernier se déplace de la droite vers la gauche sur la figure 1 et le volume de la chambre supplémentaire 31 s'accroît. Si la pression dans la canalisation 12 diminue, la force exercée par le ressort 33 sur le piston supplémentaire 26 sera supérieure celle du fluide hydraulique présent dans la chambre supplémentaire 31 et égale au produit de la pression relative par la surface S2. Le piston supplémentaire 26 tendra à se déplacer dans le sens d'une réduction du volume de la chambre supplémentaire 31 jusqu'à un éventuel retour en butée contre la paroi annulaire 6 du cylindre 3. En raison de la communication entre la chambre principale 25 et la chambre supplémentaire 31, la pression est maintenue égale. La force exercée par le moteur sur le piston 13 sera donc égale au produit de la pression de fluide par la différence entre les surfaces S 1 et S2. On parvient ainsi à diminuer le couple demandé au moteur électrique 1, ce qui présente plusieurs avantages. On réduit la consommation de courant électrique, on réduit la fatigue du moteur électrique 1, et on peut également prévoir un moteur de plus faible couple nominal. Dans le cas où l'augmentation de pression dans la canalisation a lieu de façon brutale qui peut correspondre au blocage d'un vérin alimenté par la canalisation 12, le fluide s'écoulant de la chambre principale 25 peut être dirigé en totalité vers la chambre supplémentaire 31. La diminution de volume de la chambre principale 25 qui est égale produit de la course du piston 13 par la section S 1, est alors égale l'augmentation de volume de la chambre supplémentaire 31 qui est égale au produit de la course du piston supplémentaire 26 par la section S2. Comme S 1 est supérieure à S2, on comprend que la course du piston supplémentaire 26 sera supérieure à celle du piston 13 dans un rapport égal S 1/S2. Le ressort 33 permet un stockage d'énergie, ce qui peut permettre d'arrêter le moteur 1 avant la fin d'une action qui doit être effectuée par un vérin non représenté alimenté par la canalisation 12, le ressort 33 stockant suffisamment d'énergie pour permettre audit vérin de terminer l'action en cours. Sur la figure 2, on voit que la canalisation 12 débouche dans un distributeur hydraulique 34 commandé par un calculateur 35 auquel il est relié par une liaison 36, du genre câble électrique ou bus informatique. En aval du distributeur 34, on a représenté une des canalisations aval qui porte la référence 37 et qui débouche dans la chambre 38 d'un actionneur hydraulique 39 pourvu d'un piston fixe 40 et d'un cylindre mobile solidaire d'un axe 42 sur lequel est fixée une fourchette 43. La fourchette est prévue pour commander le changement des rapports de vitesses dans une boîte de vitesses non représentée. L'invention est particulièrement bien adaptée à l'alimentation énergie hydraulique des différents vérins d'une boîte de vitesses robotisée et permet un passage en souplesse des vitesses, y compris lors de blocage, par exemple lorsqu'une partie du synchro vient se bloquer sur une partie d'un pignon fou et bloque la fourchette. On prévoit alors de donner une consigne au moteur 1 pour que le piston 13 se déplace suffisamment pour créer une pression suffisante pour comprimer le ressort 33 et accumuler ainsi de l'énergie. On arrête ensuite le moteur. Le synchronisme de la boîte de vitesses est obtenu lors du déblocage du synchro et du pignon fou par un déplacement de la fourchette assuré grâce à l'énergie stockée dans le ressort 13 et restituée par vidange de la chambre supplémentaire 31. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'actionneur fluidique, du type comprenant un cylindre (3) creux, un piston (13) disposé dans le cylindre et apte à etre déplacé en translation par rapport au cylindre, une chambre fluidique (25) étant délimitée par le piston, l'alésage (5) du cylindre et une extrémité du cylindre, le dispositif comprenant, en outre, un passage (9) en communication avec ladite chambre de façon qu'un déplacement du piston en translation par rapport au cylindre provoque un déplacement de fluide dans le passage, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen supplémentaire intégré de stockage de fluide. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une chambre fluidique supplémentaire (31) formée à l'intérieur du cylindre. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la chambre fluidique et la chambre fluidique supplémentaire sont en communication. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que la chambre fluidique supplémentaire est de section inférieure à celle de la chambre fluidique. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un piston supplémentaire (26) disposé dans le cylindre. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de rappel élastique du piston supplémentaire vers une position de repos. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un ressort (33) disposé entre le piston et le piston supplémentaire. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le piston comprend une paroi circulaire 6) délimitant la chambre, une paroi annulaire (17) opposée à la paroi circulaire et une tige (18) s'étendant à partir de la paroi annulaire à l'opposé la paroi circulaire en saillie à l'extérieur du cylindre. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'une chambre fluidique supplémentaire est formée entre l'alésage du cylindre, la tige du piston, une paroi d'extrémité du cylindre du côté opposé à la chambre fluidique un piston annulaire. 10. Boîte de vitesses comprenant au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.