Brevet FR2826425A1 — publié le 20021227

VALVE POUR FLUIDE ELECTRO-RHEOLOGIQUE, INSTALLATION DE FREINAGE ET POMPE COMPORTANT DE TELLES VALVES. L'invention est relative à une valve, pour fluide électrorhéologique, qui comprend un corps de valve avec au moins une entrée et une sortie pour le fluide et des moyens de réglage du débit de fluide qui traverse la valve. Un fluide électro-rhéologique est un fluide composé de particules de polymère composite inorganique organique, ces particules étant dispersées dans un liquide isolant d'un point de vue électrique, par exemple de type silicone. Pour commander un débit de liquide on connaît les valves électromagnétiques. Elles sont fréquemment employées dans diverses installations hydrauliques, notamment dans des installations de freinage pour véhicules automobiles, ou dans des installations de contrôle dynamique du châssis d'un véhicule (ESP). Les valves électromagnétiques peuvent être du type à tiroir permettant un contrôle proportionnel, ou du type à bille fonctionnant en tout ou rien ou en proportionnel. Les bobines électromagnétiques utilisées dans ces valves sont encombrantes et lourdes. En outre, les champs électromagnétiques produits lors du fonctionnement créent des parasites qui peuvent être néfastes pour le fonctionnement d'autres composants d'un véhicule automobile. Plus particulièrement, dans le cas d'une installation de freinage pour véhicule automobile avec système d'antiblocage des roues (ABS), deux valves sont prévues pour chaque roue, soit huit valves pour un véhicule de tourisme. Il en résulte un poids non négligeable pour le groupe de valves. De plus, le fonctionnement des valves électromagnétiques est relativement bruyant. L'invention a pour but, surtout, de fournir une valve qui permet d'éviter les problèmes de compatibilité électromagnétique, et qui soit d'un encombrement et d'un poids réduit, tout en ayant un fonctionnement plus silencieux qu'une valve électromagnétique. Il est souhaitable en outre que la valve reste d'une construction simple et économique. Selon l'invention, une valve pour fluide électro-rhéologique, qui comprend un corps de valve avec au moins une entrée et une sortie pour le fluide et des moyens de réglage du débit de fluide qui traverse la valve, est caractérisée par le fait que les moyens de réglage comprennent au moins deux électrodes délimitant le passage du fluide dans le corps de valve, et des moyens de raccordement électrique des électrodes à une source de tension pour créer un champ électrique réglable entre les électrodes. La viscosité d'un liquide électro-rhéologique augmente en fonction du champ électrique auquel il est soumis. Il est ainsi possible, en réglant le champ électrique existant entre les électrodes, de régler le débit traversant la valve. Le liquide électro-rhéologique peut pratiquement se solidifier pour des champs électriques élevés (par exemple de l'ordre de 2 à 3 MV/mm) auquel cas le débit devient pratiquement nul. Aucun élément n'étant en mouvement dans la valve, le fonctionnement est particulièrement silencieux. L'encombrement est réduit et le fonctionnement n'entraîne pas d'émissions électromagnétiques. Le corps de valve peut être électriquement conducteur, notamment métallique, et comprendre au moins un alésage cylindrique, l'entrée de la valve étant prévue vers une extrémité axiale de l'alésage et la sortie vers l'autre extrémité axiale ; un noyau électriquement conducteur, de diamètre extérieur inférieur au diamètre de l'alésage, est maintenu fixe coaxialement à l'alésage par des moyens isolants électriquement de sorte qu'un passage annulaire pour le fluide est défini entre la surface externe du noyau et la surface interne de l'alésage ; le corps de valve constitue une première électrode, tandis que le noyau constitue la deuxième électrode. Généralement, le corps de valve est relié à la masse tandis que le noyau comporte une connexion pour liaison à une haute tension réglable. Selon une autre possibilité, chaque électrode comprend des lamelles parallèles, les lamelles d'une électrode étant disposées en regard des lamelles de l'autre électrode et définissant entre elles des passages pour le fluide. Avantageusement, chaque électrode comprend une plaque dans laquelle les lamelles sont découpées en partie et rabattues à angle droit par rapport à la plaque, les lamelles des deux électrodes étant imbriquées et maintenues à distance les unes des autres. Une telle valve peut comporter un corps parallélépipédique isolant assurant le maintien des électrodes formées par les lamelles, l'entrée du fluide étant prévue sur une face du corps perpendiculaire aux lamelles et la sortie étant prévue sur la face opposée du corps. Un ensemble compact de valves peut comprendre un bloc parallélépipédique métallique dans lequel sont forés plusieurs alésages d'axes parallèles, notamment situés dans un même plan, chaque alésage étant équipé d'un noyau coaxial maintenu par des moyens électriquement isolants de sorte qu'un passage annulaire pour le fluide est défini dans chaque alésage entre la surface interne de cet alésage et le noyau correspondant, le bloc étant relié à la masse et chaque noyau étant relié à un potentiel électrique spécifique à ce noyau. L'invention concerne également une installation de freinage hydraulique pour véhicule automobile dans laquelle le liquide est un liquide électro-rhéologique et la commande du débit de liquide dans les différentes canalisations de l'installation est assurée par des valves comprenant des électrodes délimitant le passage du fluide dans le corps de valve et des moyens de raccordement électrique des électrodes à une source de tension électrique. L'invention est également relative à une pompe pour fluide électro-rhéologique comprenant un cylindre et un piston animé d'un mouvement alternatif dans le cylindre, une entrée de fluide et une sortie pour le refoulement, et des moyens de commande de l'entrée et de la sortie en synchronisme avec les mouvements du piston, cette pompe étant caractérisée par le fait que chaque moyen de commande de l'entrée et de la sortie comprend une valve telle que définie précédemment, à l'exclusion de tout clapet. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées cidessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Fig. l est une vue schématique en coupe avec partie arrachée d'une valve pour liquide électro-rhéologique selon l'invention. Fig. 2 est un schéma illustrant l'état du liquide électrorhéologique soumis à un champ électrique relativement faible. Fig. 3 est un schéma semblable à Fig. 2 montrant l'état du liquide soumis à un champ électrique plus important. Fig. 4 est une vue en perspective schématique d'un bloc foré. Fig. 5 est une vue en perspective schématique d'une variante de valve pour liquide électro-rhéologique. Fig. 6 est une coupe schématique d'une pompe sans clapet pour liquide électro-rhéologique. Fig. 7 est un schéma partiel d'une installation de freinage automobile. Fig. 8 et Fig. 9 enfin, sont des schémas simplifiés de circuits de freinage sur un véhicule automobile. Comme illustré sur Figs. 2 et 3, un fluide électro-rhéologique est composé de particules p de polymère composite inorganique organique, ces particules étant dispersées dans un liquide L isolant d'un point de vue électrique, par exemple de type silicone. L'effort de cisaillement du fluide (et donc sa viscosité) varie en accord avec l'amplitude du champ électrique auquel le fluide est soumis. Dans un champ électrique nul, la viscosité du fluide est basse et la fluidité est bonne. La viscosité augmente avec l'amplitude du champ électrique traversant le fluide. Le temps de réponse des variations de la viscosité en fonction des variations du champ électrique est très rapide, par exemple de l'ordre de la milliseconde. En se reportant à Fig. l, on peut voir une valve V pour fluide électro-rhéologique. Cette valve comprend un corps de valve 1 avec une entrée 2 et une sortie 3 pour le fluide. Des moyens de réglage R du débit traversant la valve comprennent deux électrodes Al, A2 délimitant le passage du fluide dans le corps 1. Des moyens de raccordement électrique Cl, C2 sont prévus pour relier les électrodes Al, A2 aux bornes d'une source de tension U réglable pour créer un champ électrique réglable entre les électrodes Al, A2. Le corps 1 est électriquement conducteur, généralement métallique, et comprend au moins un alésage cylindrique 4 fermé à une extrémité et débouchant sur une face du corps 1 à son autre extrémité. L'entrée 2 de la valve est prévue vers une extrémité axiale de l'alésage 4, à savoir l'extrémité ouverte selon Fig. l, tandis que la sortie 3 est prévue vers l'autre extrémité, à savoir l'extrémité borgne selon l'exemple représenté. Le diamètre de l'alésage 4 est égal à Dl. Un noyau 5 électriquement conducteur, généralement métallique, est formé par un cylindre de diamètre D2 inférieur à Dl. Le noyau 5 est maintenu fixe coaxialement à l'alésage 4. Vers ses deux extrémités axiales, le noyau 5 est décolleté suivant des prolongements 5a, 5b de diamètre inférieur à D2 ; des dégagements annulaires sont ainsi créés au niveau de l'entrée 2 et de la sortie 3. Le prolongement 5a, situé du côté de l'extrémité ouverte de l'alésage 4, est lui-même prolongé par une partie 5c coaxiale de plus petit diamètre engagée dans une rondelle isolante de centrage 6 bloquée dans l'alésage 4. Le prolongement inférieur 5b est engagé dans une autre rondelle isolante 7 en appui contre le fond de l'alésage borgne 4. Un passage annulaire 8 de section suffisante est ainsi défini entre le noyau 5 et la surface interne de l'alésage 4 pour l'écoulement du fluide de l'entrée 2 vers la sortie 3. Le corps de valve 1 constitue la première électrode Al par la surface interne de l'alésage 4, tandis que le noyau 5 constitue la deuxième électrode A2, par sa surface cylindrique externe. Le moyen de connexion Cl est constitué par un fil électrique 9 reliant le corps 1 à la masse. Le moyen de connexion C2 est constitué par un fil électrique 10, entouré d'une gaine isolante, relié à la source U de haute tension réglable. La tension à laquelle peut être porté le noyau 5 relativement à la masse est de plusieurs milliers de volts (plusieurs kilovolts). Le champ électrique E auquel est soumis le fluide dans l'espace annulaire 8 peut varier, par exemple, de 0 kV/mm à 5 kV/mm ou plus. Pour un champ électrique nul entre le noyau 5 et le corps 1, la viscosité du fluide électro-rhéologique est faible et le débit traversant la valve V est maximum. Pour un champ électrique élevé, la viscosité du fluide est plus forte et le débit est réduit. Fig. 2 illustre schématiquement l'état du fluide électrorhéologique pour une tension E = 300 V appliquée entre le noyau 5 et la surface interne de l'alésage 4. La tension est relativement faible et les particules p du fluide restent relativement espacées entre les électrodes ce qui permet un débit d'écoulement relativement élevé. Fig. 3 représente l'état pour une tension plus élevée appliquée entre les électrodes 5 et 4, par exemple une tension de 1000 V. Les particules p forment des rangées plus denses entre les électrodes 4 et 5 ce qui correspond à une augmentation de viscosité et à une diminution du débit de liquide traversant la valve. Pour un champ électrique encore plus élevé, on peut pratiquement solidifier le fluide et annuler le débit. Fig. 4 montre schématiquement un ensemble de huit valves d'un groupe anti-blocage des roues (ABS) d'une installation de freinage pour véhicule automobile dont le liquide est un liquide électro-rhéologique. L'ensemble comprend un bloc métallique B en forme de parallélépipède rectangle dans lequel sont forés huit alésages borgnes 4 d'axes parallèles situés dans un même plan, parallèle aux grandes faces du parallélépipède. L'entrée 2 et la sortie 3 pour chaque alésage 4 sont prévues sur une même grande face 11 du bloc B. Chaque alésage 4 est équipé d'un noyau coaxial 5. Le bloc B est relié à la masse. Le noyau 5 de chaque alésage 4 est relié à une source de tension électrique spécifique à ce noyau. Huit valves V1-V8 sont ainsi réalisées sous un encombrement minimum et peuvent fonctionner de manière silencieuse. Deux valves sont affectées à chacune des quatre roues du véhicule. Fig. 5 est un schéma d'un autre exemple de réalisation de la valve V. Les électrodes Al, A2 comprennent respectivement des lamelles 12,13 rectangulaires, parallèles, disposées en regard et définissant entre elles des passages rectilignes 14 pour le fluide. Chaque électrode comprend avantageusement une plaque 15, 16 rectangulaire dans laquelle sont découpées en partie les lamelles 12,13 qui restent attenantes à la plaque par un de leurs grands côtés, et qui sont rabattues à angle droit par rapport à cette plaque. Dans le cas de la plaque 15, chaque lamelle 12 forme avec une bande 17 de la plaque un dièdre droit dont une extrémité est libre et dont l'autre extrémité est solidaire, par un petit côté de la bande 17, d'une lame transversale 18 perpendiculaire à la direction longitudinale des lamelles 12. La lame 18 fait saillie par un prolongement 18a permettant un raccordement électrique. Selon la disposition de Fig. 5, la plaque 15 est située au-dessus de la plaque 16 et l'électrode Al correspondant à la plaque 15 sera désignée comme électrode supérieure, l'électrode A2 étant l'électrode inférieure. La plaque 16 comporte des bandes 19, semblables aux bandes 17 de la plaque 15, qui forment avec les lamelles 13 des dièdres droits dont une extrémité située du côté de la lame 18 est libre tandis que l'autre extrémité est solidaire d'une lame transversale 20 par le petit côté des bandes 19. Les lamelles 12 sont rabattues vers le bas, c'est-à-dire vers la plaque 16, tandis que les lamelles 13 sont rabattues vers le haut, c'est-àdire vers la plaque 15. De préférence, l'écartement transversal entre les lamelles 12 et 13 est régulier. La lame transversale 20 de la plaque 16 comporte un prolongement 20a pour le raccordement électrique. Les plaques 15,16 avec leurs lamelles 12,13 sont enfermées et maintenues dans un corps parallélépipédique isolant 21 formant boîtier. Les prolongements 18a, 20a font saillie à travers des ouvertures prévues dans une face de ce boîtier. L'entrée du fluide est prévue sur une face 21a du boîtier perpendiculaire aux lamelles 12,13, suivant la direction de la flèche F perpendiculaire à la face 21a. La sortie du fluide est prévue sur la face du boîtier opposée à 21a. Fig. 6 est un schéma d'une pompe 22 pour un fluide électrorhéologique comportant un cylindre 22a, et un piston 23 entraîné (par un moyen non représenté) en déplacement alternatif dans le cylindre 22a. Une canalisation d'admission 24 du fluide débouche dans la chambre de travail de la pompe 22. Une canalisation 25 de refoulement débouche également dans cette chambre de travail. La pompe 22 est dépourvue de tout clapet d'admission et de refoulement. Par contre, une valve Va pour fluide électro-rhéologique, du type décrit avec référence à Fig. l ou Fig. 5, est installée sur la canalisation 24. De même une valve Vr semblable est installée sur la canalisation de refoulement 25. Les valves Va et Vr sont commandées en synchronisme avec les mouvements du piston 23. Lorsque le piston 23 se déplace dans un sens qui correspond à une augmentation du volume de la chambre de travail de la pompe 22 la valve Va est ouverte, c'est-à-dire que le champ électrique entre les électrodes de cette valve est amené à la valeur nulle tandis que la valve Vr est dans un état qui freine au maximum ou qui bloque le refoulement, le champ électrique entre les électrodes de cette valve étant porté à sa valeur maximale. Lors du mouvement inverse du piston 23, entraînant une diminution du volume de la chambre de travail, la valve Vr est ouverte alors que la valve Va passe à l'état de fermeture, sous champ électrique maximum. Il en résulte un fonctionnement particulièrement silencieux. En outre la fabrication est simplifiée, notamment vis-à-vis d'une pompe avec clapet logé dans le piston de pompe, qui nécessite un usinage compliqué. Fig. 7 montre schématiquement une partie d'une installation de freinage avec fluide électro-rhéologique comportant une pompe 22 dépourvue de clapet et équipée sur sa canalisation d'admission d'une valve Va et sur sa canalisation de refoulement d'une valve Vr semblable à celle représentée sur Fig. 5, les liaisons des électrodes à la source de tension n'étant pas représentées. Les déplacements du piston 23 sont commandées par une bielle 26 et un excentrique 27. Un seul frein à disque 28 a été représenté avec un cylindre 29 de mâchoire de frein. Une canalisation d'admission 30 de fluide sous pression et une canalisation 31 d'évacuation du fluide sont reliées au cylindre 29. Une valve V'1 et une valve V'2 semblables à celles illustrées sur Fig. 5 sont prévues respectivement sur les canalisations 30 et 31 et sont commandées pour assurer la modulation de la pression dans le cylindre 29. Un branchement analogue est prévu pour les trois autres roues du véhicule. Le maître cylindre MC est également représenté sur le schéma de Fig. 7. D'une manière générale deux circuits de freinage indépendants sont prévus dans une installation de freinage, soit par moitié de circuit avant/arrière comme illustré sur Fig. 8, soit avec des circuits en croix comme illustré sur Fig. 9. Les valves selon l'invention permettent de réaliser des systèmes de modulation de pression pour fluide électro-rhéologique peu encombrants à fonctionnement silencieux, particulièrement avantageux pour des installations de freinage notamment de type ABS ou pour des systèmes de contrôle dynamique du châssis (ESP). REVENDICATIONS 1. Valve, pour fluide électro-rhéologique, qui comprend un corps de valve avec au moins une entrée et une sortie pour le fluide et des moyens de réglage du débit de fluide qui traverse la valve, caractérisée par le fait que les moyens de réglage (R) comprennent au moins deux électrodes (Al, A2) délimitant le passage (8 ; 14) du fluide dans le corps de valve, et des moyens de raccordement électrique (Cl, C2) des électrodes à une source de tension pour créer un champ électrique réglable entre les électrodes. 2. Valve selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le corps (1) de valve est électriquement conducteur et comprend au moins un alésage cylindrique (4), l'entrée (2) de la valve étant prévue vers une extrémité axiale de l'alésage et la sortie (3) vers l'autre extrémité axiale, qu'un noyau (5) électriquement conducteur, de diamètre extérieur (D2) inférieur au diamètre (dal) de l'alésage (4), est maintenu fixe coaxialement à l'alésage par des moyens (6,7) isolants électriquement de sorte qu'un passage annulaire (8) pour le fluide est défini entre la surface externe du noyau et la surface interne de l'alésage, le corps (1) de valve constituant une première électrode, tandis que le noyau (5) constitue la deuxième électrode. 3. Valve selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le corps (1) de valve est relié à la masse tandis que le noyau (5) comporte une connexion pour liaison à une haute tension réglable. 4. Valve selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque électrode (Al, A2) comprend des lamelles (12,13) parallèles, les lamelles d'une électrode étant disposées en regard des lamelles de l'autre électrode et définissant entre elles des passages (14) pour le fluide. 5. Valve selon la revendication 4, caractérisée par le fait que chaque électrode comprend une plaque (15,16) dans laquelle les lamelles (12, 13) sont découpées en partie et rabattues à angle droit par rapport à la plaque, les lamelles (12,13) des deux électrodes étant imbriquées et maintenues à distance les unes des autres. 6. Valve selon la revendication 4 ou 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte un corps parallélépipédique (21) isolant assurant le maintien des électrodes (Al, A2) formées par les lamelles (12,13), l'entrée du fluide étant prévue sur une face (21 a) du corps perpendiculaire aux lamelles et la sortie étant prévue sur la face opposée du corps. 7. Ensemble de valves selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un bloc parallélépipédique (B) métallique dans lequel sont forés plusieurs alésages (4) d'axes parallèles, chaque alésage étant équipé d'un noyau coaxial (5) maintenu par des moyens électriquement isolants de sorte qu'un passage annulaire pour le fluide est défini dans chaque alésage entre la surface interne de cet alésage et le noyau correspondant, le bloc (B) étant relié à la masse et chaque noyau (5) étant relié à un potentiel électrique spécifique à ce noyau. 8. Installation de freinage hydraulique pour véhicule automobile caractérisée par le fait que le liquide est un liquide électro-rhéologique et que la commande du débit de liquide dans les différentes canalisations de l'installation est assurée par des valves (V ; V1-V8 ; Va, Vr ; V'l, V'2) comprenant des électrodes (Al, A2) délimitant le passage du fluide dans le corps de valve et des moyens de raccordement électrique des électrodes à une source de tension électrique. 9. Pompe pour fluide électro-rhéologique comprenant un cylindre (22a) et un piston (23) animé d'un mouvement alternatif dans le cylindre, une entrée de fluide (24) et une sortie (25) pour le refoulement, et des moyens de commande de l'entrée et de la sortie en synchronisme avec les mouvements du piston, caractérisée par le fait que chaque moyen de commande de l'entrée et de la sortie comprend une valve (Va, Vr) selon l'une des revendications 1 à 6, à l'exclusion de tout clapet.