Brevet FR2889566A1 — publié le 20070209

La présente invention concerne un actionneur mécanique du type comprenant: - une enceinte délimitant un volume intérieur percée par une ouverture, une tige s'étendant dans le volume intérieur et dépassant hors de l'enceinte par l'ouverture, - un premier piston solidaire de la tige monté mobile par rapport à l'enceinte selon l'axe de la tige et divisant axialement le volume intérieur en deux chambres, - des premiers moyens dle positionnement axial du premier piston 10 comprenant: - des premiers moyens de poussée axiale du premier piston d'une manière sélective dans deux sens opposés, - un premier ensemble d'au moins une butée d'arrêt du premier piston, positionné dans l'enceinte de manière à arrêter axialement le premier piston à deux positions stables définies par la position du premier ensemble de butées dans l'enceinte. Le premier ensemble de butées d'arrêt est généralement constitué de deux butées solidaires de l'enceinte disposées de part et d'autre du piston de manière à ce que ce dernier s'appuie sur l'une des butées en position stable. Pour certaines applications, plus de deux positions stables sont requises. C'est par exemple le cas des dispositifs de passage automatique de vitesses pour véhicule automobile, où la grille de sélection de vitesse comporte habituellement quatre niveaux: marche arrière / première et seconde vitesses / troisième et quatrième vitesses / cinquième et sixième vitesses. Deux actionneurs en série sont donc utilisés. Cette solution est assez complexe et requiert un volume important. L'invention a pour but un actionneur mécanique compact apte à fournir plus de deux positions stables. A cet effet, l'invention a pour objet un actionneur mécanique du type précité, caractérisé en ce que: - le premier ensemble de butées est monté mobile par rapport à l'enceinte selon l'axe de la tige, - il comprend des seconds moyens de positionnement axial du premier ensemble de butées en deux positions stables par rapport à l'enceinte. Grâce au positionnement axial des butées selon l'invention, la tige peut prendre jusqu'à deux nouvelles positions stables. L'actionneur permet donc dans ce cas à la tige de prendre en tout jusqu'à quatre positions stables. Un actionneur mécanique selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - les seconds moyens de positionnement comprennent des seconds moyens de poussée axiale du premier ensemble de butées d'une manière sélective dans deux sens opposés, et un second ensemble d'au moins une butée d'arrêt du premier ensemble de butées, positionné dans l'enceinte de manière à arrêter axialement le premier ensemble de butées à deux positions stables définies par la position du second ensemble de butées dans l'enceinte; - l'actionneur comprend un second piston monté mobile par rapport à l'enceinte selon l'axe de la tige et solidaire du premier ensemble de butées, les premier et second pistons délimitant ensemble trois chambres dans le volume intérieur de l'enceinte; - la tige porte deux collerettes; le second piston délimite une ouverture de passage de la tige et est monté coulissant sur la tige entre les deux collerettes; - les premiers moyens de poussée comprennent une première conduite d'arrivée de fluide souspression dans la chambre la plus éloignée de l'ouverture de l'enceinte, et un premier ressort d'écartement du premier piston par rapport au premier ensemble de butées; - les seconds moyens de poussée comprennent une seconde conduite d'arrivée de fluide sous pression dans la chambre comprise entre les pistons, et un second ressort d'écartement axial du second piston par rapport à l'ouverture de l'enceinte; -l'actionneur comprend une première vanne électrique de passage de fluide vers la première conduite pouvant prendre une première position entraînant à elle seule le positionnement du premier piston dans une de ses deux positions stables par rapport au premier ensemble de butées, et une seconde position entraînant à elle seule le positionnement du premier piston dans l'autre position stable par rapport au premier ensemble de butées, ainsi que une seconde vanne électrique de passage de fluide vers la première conduite pouvant prendre une première position entraînant à elle seule le positionnement du premier ensemble de butées dans une de ses deux positions stables par rapport à l'enceinte, et une seconde position entraînant à elle seule le positionnement du premier ensemble de butées dans l'autre position stable par rapport à l'enceinte; - l'actionneur comprend une conduite de raccordement de la chambre la plus éloignée de l'ouverture de l'enceinte à la chambre la plus proche de cette ouverture. L'invention a également pour objet un dispositif de passage automatique de vitesses pour un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend une boîte de vitesses et un actionneur selon l'invention pour la sélection d'une vitesse de la boîte. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donné uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un actionneur mécanique selon l'invention, - la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de passage automatique de vitesses pour un véhicule automobile, comprenant l'actionneur de la figure 1, et - les figures 3 à 6 sont des figures en coupe de l'actionneur de la figure 1 illustrant les positions stables qu'il peut prendre. L'actionneur, désigné par la référence générale 10 sur la figure 1, comporte une enceinte 12 constituée d'une cuve 14 et d'un couvercle 16, recouvrant la cuve 14 et percé d'une ouverture circulaire 18. La cuve 14 et le couvercle 16 délimitent ensemble un volume intérieur 20 composé de trois parties cylindriques co-axiales d'axe X, mises bout à bout. L'axe X passe également par le centre de l'ouverture 18. Le diamètre des parties cylindriques est décroissant vers le fond de la cuve, c'est-à-dire vers le côté opposé à l'ouverture 18. L'actionneur 10 comprend un premier piston 22 monté mobile par rapport à l'enceinte selon l'axe X. Le premier piston 22 est un disque monté coulissant de manière étanche dans la partie cylindrique du volume intérieur 20 de plus petit diamètre. II divise ainsi axialement le volume intérieur 20 en deux chambres. L'actionneur comprend en outre une tige 24, solidaire du premier piston 22, s'étendant dans le volume intérieur 20 le long de l'axe X et dépassant hors de l'enceinte par l'ouverture 18. Deux collerettes 26, 28 sont portées par la tige dans le volume intérieur 20. La collerette la plus proche de l'ouverture 18 est dite collerette proximale 28, tandis que l'autre collerette est dite collerette distale 26. L'actionneur 10 comprend en outre un second piston 30. Ce second piston 30 présente un profil en coupe axiale en forme de H. Autrement dit, il est constitué d'un cylindre creux 32, au milieu duquel un disque 34 est disposé. Le cylindre creux 32 et le disque central 34 sont venus de matière l'un avec l'autre. Une ouverture 36 de passage de la tige 24 est ménagée dans le disque 34. Cette ouverture 36 est bordée, respectivement sur deux faces opposées du disque 34, par deux manchons 38, 40. Le manchon le plus proche de l'ouverture 18 est dit manchon proximal 40, tandis que l'autre manchon est dit manchon distal 38. Le piston 30 est monté sur la tige 24 de manière étanche entre les deux collerettes 26, 28. Ainsi, en coopérant avec les collerettes 26, 28, les manchons 38, 40 forment un premier ensemble de butées d'arrêt de la tige 24, et donc du premier piston 22. Le second piston 30 est monté coulissant dans la troisième partie du volume intérieur 20 donnant sur l'ouverture 18, le diamètre du cylindre creux 32 correspondant au diamètre de cette troisième partie dans laquelle il coulisse de manière étanche. L'actionneur 10 comporte un anneau 41 disposé à l'intérieur de l'enceinte 12, contre le couvercle 16, arrêtant le second piston 30 dans sa course vers le couvercle 16. Le même piston 30 est arrêté dans l'autre sens par un épaulement 43 dans la cuve 14, résultant de la différence de diamètre entre la deuxième et la troisième partie du volume intérieur 20. Ainsi, l'anneau 41 et l'épaulement 43 forment un second ensemble de butées d'arrêt du second piston 30. Le volume intérieur 20 est donc divisé par les premier et second pistons 22, 30 en trois chambres. La chambre la plus éloignée de l'ouverture 18 du couvercle 16 est appelée chambre distale 42, tandis que la chambre contiguë à cette ouverture 18 est appelée chambre proximale 44. La troisième chambre, intercalée entre les deux précédentes et délimitée axialement de chaque côté par les pistons 22, 30, est appelée chambre intermédiaire 46. L'actionneur 10 comprend également des premiers moyens de poussée axiale du premier piston 22 d'une manière sélective dans deux sens opposés, le long de l'axe X, ainsi que des seconds moyens de poussée axiale du second piston 30 d'une manière sélective dans deux sens opposés, également le long de l'axe X. Les premiers moyens de poussée comportent une première conduite 48 d'arrivée de fluide sous pression dans la chambre distale 42. Cette première conduite 48 est ménagée dans la cuve 14 de l'enceinte 12. Les premiers moyens de poussée comportent aussi un ressort 50 enroulé autour de l'axe X s'appuyant, d'un côté, sur le premier piston 22 et, de l'autre côté, sur le second piston 30. Le ressort 50 tend à ramener le piston 22 vers le fond de la cuve 14, autrement dit à ramener la tige 24 vers l'intérieur de l'enceinte 12. De manière similaire, les seconds moyens de poussée comportent une conduite 52, ménagée dans la cuve 14, d'introduction du fluide sous pression dans la chambre intermédiaire 46, ainsi qu'un second ressort 54. Le second ressort 54 est enroulé autour de l'axe X et s'appuie, d'un côté, contre le second piston 30 et, de l'autre côté, contre le couvercle 16. Il permet de repousser le second piston 30 vers le fond de la cuve 14. L'actionneur 10 comprend en outre une conduite 56, ménagée dans la cuve 14, de raccordement de la chambre distale 42 à la chambre proximale 44. Afin d'éviter les surpressions, par exemple en cas de blocage de la tige 24, l'actionneur 10 est muni de premier et second limiteurs de pression 58, 60, associés respectivement à la première conduite 48 et à la seconde conduite 52. Le premier limiteur de pression 58 comporte un premier canal 61 ménagé dans la cuve 14 et relié par un premier étranglement 62 à la première conduite 48. Une première bille 64 est insérée dans le premier canal 61 et repoussée contre l'étranglement 62 par un ressort 66. Le premier canal 61 est également relié à la seconde conduite 58. Ainsi, lors d'une surpression dans la première conduite 48, la bille est 30 décollée de l'étranglement 62 de manière à autoriser une décharge de fluide entre la première conduite 48 et la seconde conduite 52. De façon similaire, le second limiteur de pression 60 comporte un second canal 68 relié par un second étranglement 70 à la seconde conduite 52. Une seconde bille 72 est insérée dans ce second canal 68 et repoussée contre l'étranglement 70 par un ressort 74. Le second canal 68 est également relié à la chambre proximale 44, par un conduit 76 ménagé dans le couvercle 16. Ainsi, lors d'une surpression dans la seconde conduite 52, la seconde bille 72 est décollée de l'étranglement 70 de façon à permettre une décharge vers la première conduite 48, par l'intermédiaire de la chambre proximale 44 de la conduite de raccordement 56 et de la chambre distale 42. Le dispositif, représenté sur la figure 2, de passage automatique de vitesses du véhicule automobile est désigné par la référence générale 80. Il comporte l'actionneur 10 de la figure 1 et une pompe 82 de mise sous pression d'un fluide stocké dans une cuve 83. Chacune des première et seconde conduites de fluide 48, 52 est reliée à la pompe 82 respectivement par des première et seconde vannes électriques 84, 86. Chacune des vannes 84, 86 peut prendre une première position entraînant le passage de fluide sous pression depuis la pompe 83, respectivement vers la première conduite 48 ou la seconde conduite 52. Chaque vanne 84, 86 peut également prendre une seconde position entraînant l'évacuation du fluide contenu dans respectivement la première conduite 48 ou la seconde conduite 52 vers la cuve 83. Ainsi, la première position de la première vanne 84 entraîne à elle seule le positionnement du premier piston 22 dans la position stable obtenue lorsque la collerette distale 26 s'appuie contre le manchon distal 38, tandis que la seconde position entraîne à elle seule le positionnement du premier piston 22 dans l'autre position stable obtenue lorsque la collerette proximale 28 s'appuie contre le manchon proximal 40. De même, la première position de la seconde vanne 86 entraîne à elle seule le positionnement du second piston 30 dans la position stable obtenue lorsqu'il s'appuie contre l'anneau 41, tandis que la seconde position entraîne à elle seule le positionnement du second piston 30 dans l'autre position stable obtenue lorsqu'il s'appuie contre l'épaulement 43. Le dispositif de passage de vitesses 80 comprend en outre une boîte de vitesses 88 dont la tringlerie 90 d'engagement de crabots est reliée à la tige 24 de l'actionneur 10 afin de sélectionner un groupe d'une ou deux vitesses parmi: marche arrière / première et seconde vitesses / troisième et quatrième vitesses / cinquième et sixième vitesses. Le dispositif 80 comporte en outre un actionneur de passage 92 relié à la tringlerie 90 permettant de sélectionner une vitesse dans chaque groupe. L'actionneur de passage 92 comporte un vérin 94 pouvant prendre deux positions afin de faire tourner la tige 24 autour de son axe X. En référence aux figures 3 à 6, le fonctionnement de l'actionneur 10 de la figure 1 va à présent être décrit. Dans ce qui suit, l'introduction du fluide dans une conduite est obtenue en plaçant la vanne respective dans sa première position. Au contraire, l'absence d'introduction de fluide dans une conduite est 10 obtenue en plaçant la vanne respective dans sa seconde position. La première position de l'actionneur (figure 3) est obtenue lorsqu'il n'est pas alimenté, c'est-à-dire lorsque aucun fluide n'est introduit dans les première et seconde conduites 48, 52. Dans cette position, le prernier ressort 50 repousse le premier piston 22, et donc la tige 24, au loin du second piston 30 et le second ressort 54 repousse le second piston 30 contre l'épaulement 43. La tige 24 se trouve donc dans sa position la plus enfoncée possible dans l'enceinte 12. La figure 4 montre la seconde position prise par la tige 24. Cette position est obtenue en introduisant le fluide sous pression dans la première conduite 48, afin qu'il remplisse la chambre distale 42. Le fluide repousse alors le premier piston 22 vers l'ouverture 18 jusqu'à ce que la tige 24 soit arrêtée par le manchon distal 38 du second piston 30. Grâce à la conduite de raccordement 56, la chambre proximale 44 se remplit également de fluide. Le fluide exerce donc une contre-pression sur le second piston 30, qui, alliée à l'effort fourni par le second ressort 54, maintient le second piston 30 contre l'épaulement 43. La troisième position de la tige 24 est représentée sur la figure 5. Elle est obtenue en introduisant le fluide uniquement dans la seconde conduite 52. Le fluide remplit alors la chambre intermédiaire 46 et repousse le second piston 30 contre l'anneau 41. Le premier ressort 50 contribue, avec la pression exercée par le fluide dans la chambre intermédiaire 46, à maintenir le premier piston 20 le plus éloigné possible du second piston 30, c'est-à-dire lorsque la collerette proximale 28 est maintenue au contact du manchon proximal 40. Enfin, la quatrième position de la tige 24 représentée sur la figure 6 est la position dans laquelle la tige 24 est la plus sortie hors de l'enceinte 12. Cette position est obtenue en introduisant simultanément le fluide sous pression dans les trois chambres 42, 44, 46 simultanément. Le fluide contenu dans la chambre distale 42 repousse alors, d'une part, le premier piston 20 vers le second piston 30 et, d'autre part, avec l'aide du fluide contenu dans la chambre intermédiaire 46, le second piston 30 contre l'anneau 41. REVENDICATIONS 1. Actionneur mécanique du type comprenant: - une enceinte (12) délimitant un volume intérieur (20) percée par une ouverture (18), - une tige (24) s'étendant dans le volume intérieur (20) et dépassant hors de l'enceinte (12) par l'ouverture (18), - un premier piston (22) solidaire de la tige (24) monté mobile par rapport à l'enceinte (12) selon l'axe (X) de la tige (24) et divisant axialement le volume intérieur (20) en deux chambres, des premiers moyens de positionnement axial du premier piston (22) comprenant: - des premiers moyens (48, 50) de poussée axiale du premier piston d'une manière sélective dans deux sens opposés, - un premier ensemble d'au moins une butée d'arrêt (38, 40) du premier piston (22), positionné dans l'enceinte (12) de manière à arrêter axialement le premier piston (22) à deux positions stables définies par la position du premier ensemble de butées (38, 40) dans l'enceinte (12), caractérisé en ce que le premier ensemble de butées (38, 40) est monté mobile par rapport à l'enceinte (12) selon l'axe (X) de la tige (24), et en ce que l'actionneur comprend des seconds moyens (41, 43, 52, 54) de positionnement axial du premier ensemble de butées (38, 40) en deux positions stables par rapport à l'enceinte (12). 2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens de positionnement comprennent: - des seconds moyens (52, 54) de poussée axiale du premier ensemble de butées (38, 40) d'une manière sélective dans deux sens opposés, et - un second ensemble d'au moins une butée d'arrêt (41, 43) du premier ensemble de butées (38, 40), positionné dans l'enceinte (12) de manière à arrêter axialement le premier ensemble de butées (38, 40) à deux positions stables définies par la position du second ensemble de butées (41, 43) dans l'enceinte (12). 3. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un second piston (30) monté mobile par rapport à l'enceinte (12) selon l'axe (X) de la tige (24) et solidaire du premier ensemble de butées (38, 40), les premier et second pistons (22, 30) délimitant ensemble trois chambres (42, 44, 46) dans le volume intérieur (20) de l'enceinte (12). 4. Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que: -la tige (24) porte deux collerettes (26, 28), - le second piston (30) délimite une ouverture (36) de passage de la tige (24) et est monté coulissant sur la tige (24) entre les deux collerettes (26, 28). 5. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premiers rnoyens de poussée comprennent: - une première conduite (48) d'arrivée de fluide sous-pression dans la chambre (42) la plus éloignée de l'ouverture (18) de l'enceinte (12), et - un premier ressort (50) d'écartement du premier piston (22) par rapport au premier ensemble de butées (38, 40). 6. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les second moyens de poussée comprennent: - une seconde conduite (52) d'arrivée de fluide sous pression dans la chambre (46) comprise entre les pistons (22, 30), et - un second ressort (54) d'écartement axial du second piston (30) par rapport à l'ouverture (18) de l'enceinte (12). 7. Actionneur selon les revendications 5 et 6 prises ensembles, caractérisé en ce qu'il comprend: - une première vanne électrique (84) de passage de fluide vers la première conduite (48) pouvant prendre une première position entraînant à elle seule le positionnement du premier piston (22) dans une de ses deux positions stables par rapport au premier ensemble de butées (38, 40), et une seconde position entraînant à elle seule le positionnement du premier piston (22) dans l'autre position stable par rapport au premier ensemble de butées (38, 40), et - une seconde vanne électrique (86) de passage de fluide vers la première conduite (52) pouvant prendre une première position entraînant à elle seule le positionnement du premier ensemble de butées (38, 40) dans une de ses deux positions stables par rapport à l'enceinte (12), et une seconde position entraînant à elle seule le positionnement du premier ensemble de butées (38, 40) dans l'autre position stable par rapport à l'enceinte (12). 8. Actionneur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite (56) de raccordement de la chambre (42) la plus éloignée de l'ouverture (18) de l'enceinte (12) à la chambre (44) la plus proche de cette ouverture. 9. Dispositif de passage automatique de vitesses pour un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte de vitesses (88) et un actionneur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour la sélection d'une vitesse.