Brevet FR2870302A1 — publié le 20051118

Dispositif de butée à roulement et moteur de commande de vanne de recyclage de gaz d'échappement comprenant un tel dispositif. La présente invention concerne un dispositif de butée à roulement, et un système de commande comprenant un tel dispositif, en particulier une vanne de commande de recyclage de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Des efforts sont entrepris par les constructeurs automobiles pour diminuer les émissions polluantes des moteurs à combustion interne, et notamment les émissions d'oxydes d'azote (NOx). Des vannes de recyclage de gaz d'échappement permettent de prélever une partie des gaz d'échappement et de renvoyer à l'admission les gaz d'échappement prélevés. Ces derniers sont généralement inertes et ne participent pas à la combustion. Leur admission dans les cylindres diminue la quantité de gaz admis participant à la combustion, et permet ainsi de diminuer la température de combustion, ce qui a pour effet de diminuer le taux d'oxydes d'azotes présents dans les gaz d'échappement. On connaît par le document FR 2 744 492 une vanne de recyclage comprenant une soupape dont un mouvement rectiligne de fermeture ou d'ouverture est commandé par l'intermédiaire d'un moteur électrique à aimant rotatif et d'un système de levage convertissant le mouvement rotatif du moteur électrique en mouvement rectiligne. Le rotor du moteur électrique est lié en rotation au stator par l'intermédiaire de deux roulements à aiguille distants, et d'une butée axiale à roulement. Un premier roulement à aiguilles est disposé entre un axe tournant et un alésage d'une bague non tournante de la butée axiale, les aiguilles venant en contact direct sur l'axe et sur l'alésage. Le roulement à aiguilles assure la libre rotation du rotor par rapport au stator. La butée axiale conserve un entrefer défini entre le rotor et le stator. Lors du montage du moteur électrique, il est nécessaire de disposer la butée axiale et le premier roulement à aiguilles dans un ordre précis, ce qui rend une opération de montage compliquée. En outre, la butée axiale et le roulement à aiguilles comprennent des éléments séparés et assemblés lors du montage du moteur électrique. II existe un risque de mauvaise manipulation de la butée axiale ou du roulement à aiguilles pouvant entraîner la perte d'un élément, comme un élément roulant. De plus, il est nécessaire de gérer l'approvisionnement et le stockage d'une part de la butée axiale et de ses pièces et d'autre part du roulement à aiguille et de ses pièces. Par ailleurs, on souhaite obtenir une vanne de recyclage compacte. La butée axiale entourant le roulement à aiguilles possède un encombrement radial important. Le roulement à aiguilles possède un encombrement axial important, nécessitant des aménagements particuliers du rotor et du stator. Le document FR-A-2 837 544 décrit une vanne de recyclage des gaz d'échappement pour véhicule automobile. La vanne comprend un carter, un capot, un moteur électrique et un arbre d'actionnement. Un dispositif de butée à roulement est disposé entre le stator du moteur électrique, d'une part, et le rotor et l'arbre, d'autre part. Un des problèmes à résoudre réside dans le fait que le montage du plateau de rotor sur l'arbre, qui se fait souvent par emmanchement serré, ne présente pas toujours des caractéristiques géométriques rigoureuses. En d'autres termes, le plateau n'est pas toujours monté de façon parfaitement perpendiculaire à l'arbre du rotor et les axes géométriques de l'arbre et du plateau sont légèrement désalignés. Il en résulte que le roulement qui supporte axialement le plateau n'est pas uniformément chargé et que dans la mesure où la partie tournante d'une vanne de recyclage des gaz d'échappement fonctionne sur une plage angulaire réduite, d'environ 70 , les mêmes billes sont toujours chargées, ce qui peut conduire à une détérioration prématurée du roulement dans le temps. L'invention vise à remédier à ce problème. L'invention vise à éviter que de petits défauts de perpendicularité entre le plateau et l'arbre de rotor ne nuisent significativement à la durée de vie du roulement. Le dispositif de butée à roulement pour moteur de commande de vanne de recyclage de gaz d'échappement de moteur à combustion interne, selon un aspect de l'invention, comprend une première bague, une deuxième bague, et des éléments roulants disposés axialement entre les première et deuxième bagues. Le dispositif comprend, en outre, une bague intermédiaire d'appui prévue pour être interposée axialement entre l'une des deux bagues et un autre élément, ladite bague intermédiaire d'appui étant en contact avec une surface oblique de ladite bague et étant ainsi apte à un rotulage au contact de ladite bague du roulement. Le dispositif de butée à roulement est ainsi apte à supporter un désalignement de l'axe géométrique de l'arbre et de l'axe géométrique du plateau de rotor avec lequel il est également en contact. La bague intermédiaire d'appui peut ainsi se désaxer par rapport à la bague de roulement avec laquelle elle est en contact, ce qui permet de répartir de façon plus uniforme les efforts axiaux sur les éléments roulants du roulement. La vitesse de rotation d'un roulement disposé dans une vanne de recyclage des gaz d'échappement étant relativement faible, la bague intermédiaire d'appui peut se déplacer par un mouvement de rotulage par rapport à la bague de roulement avec laquelle elle est en contact sans usure excessive. Dans un mode de réalisation de l'invention, ladite surface oblique de la bague de roulement en contact avec la bague intermédiaire d'appui est une surface toroïdale présentant en section méridienne une convexité dirigée vers la bague intermédiaire d'appui. Ladite surface toroïdale convexe peut être disposée d'un côté de ladite bague, tandis qu'une surface toroïdale concave formée de l'autre côté constitue une piste de roulement pour les éléments roulants. Les éléments roulants peuvent être des billes. Dans un mode de réalisation de l'invention, la bague intermédiaire d'appui comprend une portion tronconique en contact avec ladite surface oblique de la bague de roulement avec laquelle elle est en contact. Alternativement, la bague intermédiaire d'appui comprend une portion toroïdale en contact avec ladite surface oblique de la bague de roulement avec laquelle elle est en contact. La surface oblique de la bague de roulement peut alors être une surface tronconique. Dans les deux cas, le contact entre une surface toroïdale de la bague de roulement et une surface tronconique ou une surface toroïdale de la bague intermédiaire d'appui permet à la bague intermédiaire d'appui de se déplacer par rapport à ladite bague de roulement, de façon telle que les axes géométriques respectifs de la bague intermédiaire d'appui de ladite bague de roulement ne sont pas confondus. Dans un mode de réalisation de l'invention, la bague intermédiaire d'appui comprend une portion sensiblement radiale formant une extrémité libre vers l'extérieur et une portion sensiblement axiale formant une extrémité libre vers l'intérieur. La portion extérieure sensiblement radiale peut former une surface de contact avec un plateau de rotor ou un autre élément. Avantageusement, la bague intermédiaire d'appui se présente sous la forme d'une rondelle. La bague intermédiaire d'appui peut être réalisée de façon monobloc par découpe et matriçage à la presse d'un flanc de tôle. Dans un mode de réalisation de l'invention, la portion toroïdale de la bague intermédiaire d'appui présente en section méridienne une convexité dirigée vers ladite bague du roulement. L'invention concerne également un moteur de commande de vanne de recyclage des gaz d'échappement de moteur à combustion interne comprenant un moteur électrique de commande pourvu d'un stator, d'un rotor portant un aimant et situé d'un premier côté axialement du stator et d'un arbre d'actionnement solidaire du rotor. Le rotor et l'arbre sont montés à rotation par rapport au stator par l'intermédiaire d'un dispositif de butée à roulement tel que décrit cidessus, le dispositif de butée à roulement étant disposé axialement entre le rotor et le stator et définissant un entrefer axial donné entre le rotor et le stator. Une telle vanne de recyclage des gaz d'échappement présente une durée de vie accrue, grâce au roulement capable de supporter un certain désalignement entre les axes des pièces avec lesquels il est en contact. Le rotor peut être fixé rigidement sur l'arbre. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'une vanne selon un aspect de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe axiale du roulement de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en coupe axiale du roulement selon un autre aspect de l'invention. Sur les figures 1 et 2, un dispositif de butée à roulement, référencé 1 dans son ensemble, comprend une première bague 2 annulaire, une deuxième bague 3, des éléments roulants 4 disposés axialement entre les première et deuxième bagues 2, 3, et une bague intermédiaire d'appui 5. La première bague 2, monobloc, réalisée en tôle, présente une portion annulaire toroïdale 6, pourvue d'une surface 6a présentant en coupe méridienne une concavité dirigée vers les éléments roulants 4 formant ainsi une piste de roulement pour les éléments roulants 4, ici des billes, et une surface 6b, du côté opposé, ladite surface présentant une convexité dirigée dans une direction opposée aux éléments roulants. La surface convexe 6b dirigée vers l'extérieur par rapport aux éléments roulants 4 est oblique entre le cercle fictif passant par le centre des éléments roulants 4 et le diamètre intérieur des éléments roulants 4. Vers l'extérieur, la portion toroïdale 6 se prolonge par un court rebord radial 7. Vers l'intérieur, la portion toroïdale 6 se prolonge par une pluralité de crochets 8 séparés circonférentiellement par des encoches 8a, lesdits crochets 8 présentant une forme arrondie en s'étendant vers l'intérieur en partant de la portion toroïdale 6, puis en direction opposée axialement à la surface toroïdale convexe 6b et se terminant en oblique vers l'extérieur et à l'opposé axialement de la surface toroïdale convexe 6b. Les éléments roulants 4 peuvent être jointifs ou, éventuellement, être espacés circonférentiellement par une cage en tôle ou en matériau synthétique, non représentée. La bague 3, monobloc, réalisée en tôle, comprend une portion toroïdale 9 pourvue d'une surface concave 9a formant une piste de roulement pour les éléments roulants 4 et disposée en regard de la surface concave 6a de la portion toroïdale 6 de la première bague 2. La bague 3 comprend également un rebord radial 10 prolongeant la portion toroïdale 9 vers l'intérieur et présentant un diamètre intérieur légèrement inférieur au diamètre extérieur de l'extrémité libre des crochets 8 de la bague 2, de façon telle que le rebord radial 10 et les crochets 8 interfèrent diamétralement pour former un moyen de retenue axiale des bagues 2 et 3 ensemble. À l'état monté, illustré sur les figures 1 et 2, les extrémités libres des crochets 8 sont disposées axialement au-delà du rebord radial 10 de la bague 3 par rapport au reste de la bague 2. La bague 3 comprend également une portion oblique 11 s'étendant vers l'extérieur et axialement vers la bague 2 dans le prolongement de la portion toroïdale 9 vers l'extérieur, et une portion sensiblement axiale 12 prolongeant la portion oblique 11 vers la bague 2. Les bagues 2 et 3 sont disposées axialement d'un côté et de l'autre des éléments roulants 4. La bague intermédiaire d'appui 5 se présente sous la forme d'une rondelle annulaire monobloc et comprend une portion centrale tronconique 13, de diamètre sensiblement égal à celui de la portion toroïdale 6 de la bague 2, une portion sensiblement radiale 14 prolongeant vers l'intérieur la portion tronconique 13, et une portion sensiblement radiale 15 prolongeant la portion tronconique 13 vers l'extérieur. En d'autres termes, la portion intérieure 14 est disposée radialement au niveau des crochets 8 de la bague 2 et axialement à proximité desdits crochets 8, tandis que la portion extérieure 15 est axialement éloignée des crochets 8 de la bague 2. La portion tronconique 13 comprend une surface d'appui 13a en contact avec la surface toroïdale convexe 6b de la portion toroïdale 6 de la bague 2 par rapport à laquelle un déplacement par rotulage est ainsi rendu possible. Le contact entre la surface d'appui 13a et la surface toroïdale convexe 6b s'effectue selon un cercle de diamètre inférieur au cercle fictif passant par le centre des éléments roulants 4. En d'autres termes, la zone de contact est disposée radialement du côté intérieur du roulement. La bague intermédiaire d'appui 5 est représentée en traits pointillés sur la figure 2, dans une position sensiblement centrée, où l'axe géométrique de ladite bague intermédiaire d'appui 5 est confondu avec l'axe géométrique des autres éléments du roulement, tels que la bague 2, et en traits forts dans une position décalée dans laquelle l'axe géométrique de la bague intermédiaire d'appui 15 est décalé par rapport à l'axe géométrique des autres éléments du roulement, par exemple avec croisement desdits deux axes géométriques. Sur la figure 2, ont été également représentés les axes 16 suivant lesquels s'effectuent les contacts entre les éléments roulants 4 et les bagues 2 et 3. Les axes 16 sont obliques par rapport à l'axe géométrique des bagues 2 et 3 et passent par la portion tronconique 13 de la bague intermédiaire d'appui 15. En d'autres termes, le roulement est à contact oblique, l'appui des éléments roulants 4 se faisant sur une portion de la surface toroïdale concave 9a de la bague 3, de plus grand diamètre que la portion de la surface toroïdale concave 6a de la portion toroïdale 6 de la bague 2 recevant l'appui des mêmes éléments roulants 4. En outre, il est avantageux que le contact entre la surface d'appui 13a de la portion tronconique 13 de la bague intermédiaire 5 et la surface toroïdale convexe 6b de la portion toroïdale 6 de la bague 2, se fasse à proximité des axes 16. Sur la figure 1, ont été également représentés un arbre 17 prévu pour être tournant, un plateau de rotor 18 prévu pour être monté sur l'arbre 17, et un stator 19. Le plateau de rotor 18 se présente sous la forme d'un disque radial. Un dégagement annulaire comportant une surface radiale d'appui 22 et une surface axiale cylindrique de centrage 20 est prévu sur le stator 19. La bague 3 du roulement 1 est en appui axial sur le stator 19 par la portion toroïdale 9 et est centrée dans ledit stator par la portion sensiblement radiale 12. La bague 2 est montée sur l'arbre 17 par l'alésage 8b des crochets 8, présentant une courte portion cylindrique à cet effet. Les encoches 8a conférant une certaine élasticité radiale à l'alésage 8b des crochets, on peut avantageusement monter avec un léger serrage élastique radial la bague 2 sur l'arbre 17. La portion extérieure 15 de la bague intermédiaire d'appui 5 est en contact avec le plateau du rotor 18. Le plateau du rotor 18 est légèrement désaxé par rapport à l'arbre 17, l'angle de désaxement ayant été volontairement exagéré afin de le rendre plus visible sur la figure 1. La bague intermédiaire d'appui 5 est donc désaxée par rapport à la bague 2, ce qui se traduit par un espace important entre la portion intérieure 14 de la bague intermédiaire d'appui 5 dans la partie inférieure de la figure et un espace réduit dans la partie supérieure de la figure. Lors de la rotation de l'arbre 17 et du plateau de rotor 18, par rapport au stator 19, la bague intermédiaire d'appui 5 est entraînée en rotation par le plateau de rotor 18 et entraîne en rotation la bague 2. La bague intermédiaire d'appui 5 se déplace par un mouvement analogue à celui d'une rotule, par rapport à la bague 2, et peut également se déplacer radialement très légèrement par rapport au plateau de rotor 18. Ainsi, même si des efforts axiaux importants sont exercés sur le roulement, la bague intermédiaire d'appui 5 prend une position naturelle par rapport à la bague 2 qui assure une charge convenablement répartie sur les éléments roulants 4. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, la portion tronconique 13 de la bague intermédiaire d'appui 15 est remplacée par une portion toroïdale 21, à convexité dirigée vers la bague 2. En d'autres termes, la surface de contact 21a est convexe et est en contact avec la surface convexe 6a correspondante de la bague 2. La bague intermédiaire d'appui 5 ainsi réalisée peut rotuler par rapport à la bague 2, de façon particulièrement aisée. Grâce à l'invention, les petits défauts de perpendicularité entre le plateau et l'arbre de rotor peuvent être compensés par le rotulage de la bague intermédiaire d'appui, ce qui permet de conserver une bonne répartition des charges axiales sur les bagues de roulement et sur les éléments roulants. Le roulement peut être réalisé de façon économique à partir de bagues d'épaisseur sensiblement constante, formées par découpe et emboutissage de flans de tôle. Le roulement peut consister en seulement les première et deuxième bagues, la bague intermédiaire d'appui et les éléments roulants. La durée de vie du roulement et par voie de conséquence de la vanne de recyclage des gaz d'échappement s'en trouve accrue. REVENDICATIONS 1-Dispositif de butée à roulement (1) pour moteur de commande de vanne de recyclage de gaz d'échappement de moteur à combustion interne, comprenant une première bague (2), une deuxième bague (3), des éléments roulants (4) disposés axialement entre les première et deuxième bagues, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, une bague intermédiaire d'appui (5) prévue pour être interposée axialement entre l'une des deux bagues et un autre élément, ladite bague intermédiaire d'appui étant en contact avec une surface oblique de ladite bague et étant ainsi apte à un rotulage au contact de ladite bague du roulement. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite surface oblique est une surface toroïdale (6b) présentant en section méridienne une convexité dirigée vers la bague intermédiaire d'appui (5). 3-Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la bague intermédiaire d'appui (5) comprend une portion tronconique (13) en contact avec ladite surface oblique de ladite bague de roulement. 4-Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ladite bague intermédiaire d'appui comprend une portion toroïdale (21) en contact avec ladite surface oblique de ladite bague de roulement. 5-Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la portion toroïdale de la bague intermédiaire d'appui présente en section méridienne une convexité dirigée vers la bague du roulement. 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite bague intermédiaire d'appui comprend une portion sensiblement radiale (15) formant une extrémité libre vers l'extérieur et une portion sensiblement radiale (13) formant une extrémité libre vers l'intérieur. 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la bague intermédiaire d'appui se présente sous la forme d'une rondelle. 8-Moteur de commande de vanne de recyclage de gaz d'échappement de moteur à combustion interne comprenant un moteur électrique de commande pourvu d'un stator (19), d'un rotor (18) portant un aimant et situé d'un premier côté axialement du stator et d'un arbre (17) solidaire du rotor, caractérisée par le fait que le rotor et l'arbre sont montés à rotation par rapport au stator par l'intermédiaire d'un dispositif de butée à roulement (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le dispositif de butée à roulement étant disposé axialement entre le rotor et le stator et définissant un entrefer axial donné entre le rotor et le stator. 9-Moteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le rotor (18) est fixé rigidement sur l'arbre (17).