Brevet FR2903645A1 — publié le 20080118

La présente invention concerne les systèmes de direction assistée hydraulique, pour véhicules automobiles. Plus particulièrement, cette invention a pour objet un perfectionnement apporté aux valves d'assistance, habituellement incorporées dans les directions assistées de ce type. Encore plus spécialement, l'invention s'intéresse à l'amélioration de la conception du carter des valves d'assistance. Une valve de direction assistée hydraulique de véhicule automobile comprend, de façon généralement connue, un rotor lié par l'intermédiaire d'une barre de torsion à un pignon, lequel vient en prise avec la crémaillère de la direction, le rotor de forme générale tubulaire étant monté autour de la barre de torsion, et étant lui-même entouré par une chemise rotative liée en rotation avec le pignon. Le rotor est aussi lié en rotation, par son extrémité éloignée du pignon, à la colonne de direction du véhicule concerné. Le rotor, le pignon et la chemise sont ainsi montés rotatifs, suivant même axe, dans un carter de valve, par l'intermédiaire de paliers. La valve d'assistance comporte encore des canaux et chambres remplis d'huile, qui lui permettent, en utilisation, de se comporter comme un distributeur hydraulique fournissant une pression d'huile qui est une fonction croissante du couple appliqué par la colonne de direction sur cette valve et déformant sa barre de torsion, cette pression d'huile alimentant l'une ou l'autre de deux chambres de vérin associées à la crémaillère, de manière à amplifier l'effort de déplacement de cette crémaillère, dont les mouvements commandent l'orientation des roues directrices du véhicule concerné. A titre d'exemple d'une telle valve d'assistance, il peut être fait référence à la demande de brevet français n 2 752 809 au nom du demandeur (sous sa précédente dénomination sociale SOCIETE DE MECANIQUE D'IRIGNY) ou à la demande de brevet européen correspondante n 0827892. Actuellement, la partie supérieure du carter de valve, c'est-à-dire sa partie la plus éloignée du pignon, comporte plusieurs éléments fonctionnels qui sont : -un roulement de guidage en rotation de la partie arrière du rotor, dite "queue de valve", à laquelle est connectée la colonne de direction ; - un joint d'étanchéité annulaire à basse pression, qui maintient l'étanchéité de l'intérieur de la valve, laquelle est remplie d'huile sous faible pression dans cette zone ; 2903645 2 - une partie terminale de carter qui, dans certains cas, comporte une zone de contact ou une autre partie spécifique réalisant l'étanchéité avec le tablier délimitant le compartiment moteur du véhicule, afin d'isoler le compartiment moteur vis-à-vis de l'habitacle du véhicule, dans la région 5 concernée qui comporte un trou ménagé dans ledit tablier pour le passage de la colonne de direction. Actuellement, le carter de valve est généralement réalisé d'une seule pièce en aluminium issu de fonderie, la partie supérieure d'un tel carter métallique comportant des logements usinés pour le roulement et pour le joint 10 d'étanchéité précédemment mentionnés, et dans certains cas une zone d'accrochage spécifique pour l'étanchéité avec le tablier, cette zone d'accrochage résultant elle aussi d'un usinage ou possédant une forme adaptée qui est directement issue du moulage du carter. II est à noter également, pour la compréhension du problème à la 15 base de l'invention, que la partie centrale du carter de valve comporte habituellement quatre orifices latéraux de connexion hydraulique avec des conduits extérieurs, et que, dans sa zone centrale, la valve et notamment son carter sont soumis à une pression hydraulique élevée, généralement supérieure à 100 bars. 20 A titre d'exemples de telles réalisations monobloc du carter de valve, il est ici fait référence au brevet français précité n 2752809, ou encore aux brevets français n 2810957 et n 2869864, également au nom du demandeur. On comprend donc que, dans sa conception actuelle, un carter de 25 valve d'assistance nécessite pour sa fabrication divers usinages relativement coûteux, à effectuer consécutivement au moulage de ce carter. La réalisation actuelle entièrement métallique d'un tel carter reste aussi relativement lourde. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, et elle a donc pour but de diminuer les coûts de fabrication du carter de valve par une 30 diminution du nombre d'usinages et une intégration plus poussée des fonctions, tout en assurant convenablement le guidage, l'étanchéité et la résistance à la pression, ainsi que le cas échéant le contact étanche avec le tablier. A cet effet, l'invention a pour objet une valve d'assistance pour 35 direction assistée hydraulique de véhicule automobile, la valve comprenant, à l'intérieur d'un carter, un pignon et un rotor tubulaire montés rotatifs suivant un 2903645 3 même axe et liés par l'intermédiaire d'une barre de torsion disposée suivant ledit axe, ainsi qu'une chemise rotative entourant le rotor et liée en rotation avec le pignon, le carter de valve comportant dans sa partie inférieure, c'est-à-dire sa partie la plus proche du pignon, des moyens de guidage en rotation du 5 pignon et des moyens d'étanchéité, et ce carter de valve comportant aussi dans sa partie supérieure, c'est-à-dire sa partie la plus éloignée du pignon, des moyens de guidage en rotation du rotor et d'autres moyens d'étanchéité, cette valve étant essentiellement caractérisée par le fait que le carter de valve possède un corps en matière synthétique, entourant une âme tubulaire 10 métallique, le corps en matière synthétique comportant les moyens de guidage en rotation du rotor tandis que l'âme tubulaire métallique entoure et guide la chemise de la valve. Ainsi, l'idée à la base de l'invention consiste à réaliser le carter de valve dans une matière synthétique, qui formera entre autres la partie 15 supérieure du carter avec les moyens de guidage en rotation de la "queue de valve", tout en conservant une partie métallique au centre de ce carter de valve. Plus particulièrement, le corps en matière synthétique du carter de valve reprend ici tout ou partie des fonctions précédemment mentionnées pour 20 la partie supérieure du carter de valve, ce qui permet de simplifier ou de supprimer des usinages et d'obtenir directement, par le moulage de ce corps, les formes et les fonctions souhaitées. La partie supérieure de ce corps en matière synthétique intègre ainsi, au minimum, la fonction de guidage en rotation du rotor tubulaire de la valve d'assistance, dans la région de la "queue 25 de valve", notamment en formant directement dans cette partie du carter un palier lisse en matière synthétique, qui remplacera le roulement habituel. Ceci procure une économie supplémentaire, par la suppression d'un composant. L'âme tubulaire métallique du carter de valve délimite l'alésage de la valve d'assistance, et permet de résister aux contraintes de pression qui, 30 comme exposé plus haut, sont importantes dans la zone centrale de la valve d'assistance. De plus, cette âme métallique résiste à l'effet d'abrasion dû au contact avec les segments d'étanchéité montés autour de la chemise de la valve. Cette âme tubulaire métallique, qui supporte la pression 35 hydraulique, est réalisable notamment en acier ou en aluminium, et elle peut être issue de fonderie ou d'usinage, ou encore être obtenue par assemblage 2903645 4 de deux ou plusieurs pièces métalliques élémentaires, réunies par soudage ou par tout procédé équivalent d'assemblage. En particulier, peuvent être intégrés à l'âme tubulaire métallique du carter de valve des raccords métalliques de connexion de la valve d'assistance 5 à des conduits hydrauliques extérieurs. Dans ce cas, l'âme métallique du carter de valve comprend essentiellement un tube métallique, par exemple en acier, sur lequel sont soudés latéralement les raccords métalliques, ces raccords métalliques étant eux-mêmes enrobés dans la matière synthétique du corps du carter de valve. Cette configuration évite le contact de l'huile sous pression 10 avec la matière synthétique constituant le corps du carter de valve. Le corps en matière synthétique du carter de valve selon l'invention est, de préférence, assemblé par surmoulage avec l'âme tubulaire métallique de carter de valve. Ainsi, une seule et unique opération de moulage assure la formation du corps en matière synthétique, avec la configuration souhaitée, et 15 la liaison définitive de ce corps avec l'âme métallique. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'âme tubulaire métallique se prolonge, du côté de la partie inférieure du carter de valve, jusque dans la zone des moyens de guidage en rotation du pignon et des moyens d'étanchéité associés, et l'extrémité inférieure de l'âme tubulaire 20 métallique loge au moins partiellement ces moyens de guidage et d'étanchéité. Dans une variante, l'âme tubulaire métallique est interrompue, du côté de la partie inférieure du carter de valve, au-dessus de la zone des moyens de guidage en rotation du pignon et des moyens d'étanchéité associés, et c'est l'extrémité inférieure du corps en matière synthétique qui loge 25 lesdits moyens de guidage et d'étanchéité. De même, diverses combinaisons sont envisageables au niveau de la partie supérieure du carter de valve, en ce qui concerne la fonction d'étanchéité. Selon une première possibilité, un joint d'étanchéité annulaire, en 30 contact avec la surface extérieure du rotor, est logé dans l'extrémité supérieure de l'âme tubulaire métallique du carter de valve, l'extrémité supérieure du corps en matière synthétique de ce carter assurant la retenue axiale de ce joint d'étanchéité, en plus de sa fonction de guidage en rotation du rotor, ici réalisée par un palier lisse situé au-dessus du joint d'étanchéité. 35 Cette solution, utilisant un joint d'étanchéité "intérieur", a pour avantage d'éviter tout contact de l'huile avec le corps en matière synthétique du 2903645 5 carter de valve. Cependant, la zone de guidage n'est pas lubrifiée, et il n'est pas réalisé d'étanchéité au-dessus du palier de guidage, qui éviterait le risque d'entrée de corps étrangers dans la zone de guidage. Cet inconvénient peut toutefois être évité, en ajoutant un moyen d'étanchéité sommaire au niveau de 5 la sortie du rotor, moyen d'étanchéité qui peut être soit directement formé par moulage dans la partie supérieure du corps en matière synthétique du carter de valve, soit formé par surmoulage de ladite partie supérieure du corps du carter de valve. Selon une autre possibilité, un joint d'étanchéité annulaire, en 10 contact avec la surface extérieure du rotor, est monté dans un logement formé dans la partie supérieure en matière synthétique du carter de valve, au-dessus du palier de guidage formé dans cette partie supérieure du corps du carter de valve. Cette solution alternative, utilisant un joint d'étanchéité "extérieur", 15 uniquement porté par le corps en matière synthétique du carter de valve, a pour avantage de permettre une lubrification de la zone de guidage. De plus, la position "extérieure" des moyens d'étanchéité assure ici une protection directe contre l'entrée possible de corps étrangers dans la zone de guidage. Dans tous les cas, la partie supérieure du corps en matière 20 synthétique du carter de valve peut encore comporter, venue directement du moulage, une zone d'accrochage ou de contact étanche avec le tablier du véhicule concerné, qui délimite le compartiment moteur vis-à-vis de l'habitacle du véhicule. On obtient ainsi une intégration maximale des fonctions. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la 25 description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de cette valve pour direction assistée hydraulique de véhicule automobile. Figure 1 est une vue d'ensemble, extérieure, d'une valve d'assistance de l'état de la technique ; 30 Figure 2 est une vue en coupe longitudinale de cette valve de l'état de la technique ; Figure 3 représente, en coupe longitudinale, une valve d'assistance conforme à la présente invention, dans une première forme de réalisation ; Figure 4 représente, en coupe longitudinale, une valve d'assistance 35 conforme à la présente invention, dans une deuxième forme de réalisation. 2903645 6 Les figures 1 et 2 représentent une valve d'assistance de l'état de la technique (telle que connue par exemple par la demande de brevet français N 2810957). Cette valve d'assistance comprend, disposés suivant son axe longitudinal 1 à l'intérieur d'un carter de valve 2, un pignon 3 et un rotor 5 tubulaire 4, ce dernier étant entouré partiellement par une chemise cylindrique 5. Le pignon 3, qui vient en prise avec la crémaillère (non représentée) de la direction, est guidé en rotation dans le carter 2 par un premier roulement 6, auquel est accolé un joint d'étanchéité annulaire 7, le 10 roulement 6 et le joint 7 associé étant situés à une extrémité du carter 2. L'extrémité intérieure du pignon 3 est liée en rotation, par un pion d'entraînement (non représenté), à la chemise 5. Le rotor tubulaire 4 est lié en rotation, par sa partie extérieure dite "queue de valve" 4a, avec la colonne de direction (non représentée) du 15 véhicule concerné. Cette partie du rotor 4 est guidée en rotation dans le carter 2 par un autre roulement 8, auquel est aussi associé un joint d'étanchéité annulaire 9, ici situé du côté extérieur du roulement 8. A l'intérieur du rotor 4, suivant l'axe 1, est disposée une barre de torsion 10, dont une extrémité est encastrée dans le pignon 3, et dont l'autre 20 extrémité est liée en rotation, par une goupille (non représentée) traversant un trou diamétral 11, avec l'extrémité extérieure du rotor 4. La valve d'assistance comporte encore des chambres et canaux hydrauliques, ici non détaillés. Dans cette réalisation traditionnelle, le carter de valve 2 est réalisé 25 d'une seule pièce, en métal et notamment en aluminium issu de fonderie. Ce carter 2 comporte vers ses extrémités des parties usinées qui forment les logements des deux roulements 6 et 8 et des deux joints d'étanchéité 7 et 9. La partie centrale du carter de valve 2 comporte aussi, comme le montre plus particulièrement la figure 1, quatre orifices latéraux 12 pour la connexion de la 30 valve à la source de fluide hydraulique et aux chambres du vérin constituant la partie active de la direction assistée, et pour le retour du fluide hydraulique au réservoir. De plus, sur son côté désigné comme "supérieur", c'est-à-dire sa région terminale la plus éloignée du pignon 3, le carter de valve 2 peut 35 comporter des éléments d'accrochage 13, esquissés en traits mixtes, qui maintiennent une pièce d'étanchéité en mousse 14 ou en un autre matériau, ou 2903645 7 encore par exemple un soufflet, appliqué(e) contre le tablier 15 séparant le compartiment moteur de l'habitacle du véhicule. Les figures 3 et 4, sur lesquelles les éléments correspondant à ceux précédemment décrits sont désignés par les mêmes repères numériques, 5 représentent deux formes de réalisation d'une valve d'assistance conforme à la présente invention. Dans chacune de ces deux formes de réalisation, le carter de valve 2 est réalisé par la réunion de deux parties, à savoir : - une âme tubulaire métallique 2a, par exemple en acier ou en 10 aluminium, qui s'étend en particulier autour de la chemise 5 de la valve ; - un corps surmoulé 2b en matière synthétique, par exemple en polyamide 6.6, qui entoure l'âme tubulaire 2a et forme l'extérieur du carter de valve 2. 15 Les orifices latéraux 12, pour le raccordement de la valve d'assistance avec les conduits hydrauliques extérieurs, sont délimités par des raccords métalliques 12a assemblés latéralement sur l'âme tubulaire métallique 2a. En particulier, dans le cas d'une âme 2a constituée par un tube en acier, les raccords métalliques 12a sont avantageusement fixés par 20 soudage électrique contre ce tube. Après surmoulage du corps en matière synthétique 2b du carter 2, ces raccords 12a se trouvent enrobés dans la matière synthétique du corps 2b, et ils affleurent la surface latérale dudit corps 2b. Dans le cas des figures 3 et 4, le corps en matière synthétique 2b 25 du carter de valve 2 forme directement dans sa partie supérieure, c'est-à-dire sa partie terminale la plus éloignée du pignon 3, un palier lisse 16 qui assure, au niveau de cette partie supérieure, le guidage en rotation du rotor 4 ou, plus particulièrement, de la "queue de valve" 4a. Dans la forme de réalisation de la figure 3, l'âme métallique 2a du 30 carter de valve 2 possède une extrémité inférieure évasée, qui loge le joint d'étanchéité annulaire 7, tandis que le roulement 6 est appliqué contre le joint d'étanchéité 7 et se trouve partiellement logé dans le corps en matière synthétique 2b du carter de valve 2, tout en venant en appui sur la face annulaire d'extrémité de l'âme tubulaire métallique 2a. Dans la partie 35 supérieure de la valve, l'autre joint d'étanchéité 9 est logé dans l'extrémité supérieure de l'âme tubulaire métallique 2b du carter de valve 2 ; l'extrémité 2903645 8 supérieure du corps en matière synthétique 2b de ce carter de valve 2, formant ici le palier lisse 16, est appliquée extérieurement contre le joint d'étanchéité 9, dont elle assure la retenue axiale. Dans la forme de réalisation alternative selon la figure 4, l'âme 5 tubulaire métallique 2a du carter de valve 2 est interrompue, du côté inférieur, au-dessus de la zone du roulement 6 et du joint d'étanchéité annulaire 7, et ces deux composants se trouvent ainsi logés dans l'extrémité inférieure du corps en matière synthétique 2b du carter de valve 2. Du côté supérieur, le joint d'étanchéité annulaire 9 est disposé extérieurement, dans un logement 17 10 correspondant formé dans la partie supérieure du corps en matière synthétique 2b du carter de valve 2, au-dessus du palier lisse 16. Dans les deux cas, le corps en matière synthétique 2b du carter de valve 2 peut encore comporter une zone d'accrochage spécifique, pour un élément d'étanchéité (ici non représenté) appliqué contre le tablier qui sépare 15 le compartiment moteur de l'habitacle du véhicule concerné, cet élément pouvant être une pièce d'étanchéité en mousse ou un soufflet, ou encore tout autre moyen d'étanchéité. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette valve pour direction assistée hydraulique de véhicule 20 automobile qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : 25 - en modifiant les détails de forme des divers composants de la valve ; - en réalisant les deux parties du carter de valve en tout métal ou alliage, pour l'âme tubulaire, et en toute matière synthétique, pour le corps surmoulé ; 30 -en combinant de façon différente les dispositions, notamment de guidage et d'étanchéité, prévues sur les côtés inférieur et supérieur du carter de valve ; - en intégrant toutes fonctions additionnelles au corps en matière synthétique du carter de valve, par exemple en ajoutant (dans le cas de la 35 figure 3) un organe d'étanchéité évitant le risque d'entrée de corps étrangers dans la zone de guidage ; 2903645 9 - en adaptant la valve à toutes configurations de véhicules, notamment en renonçant à tous moyens d'accrochage ou de contact étanche avec le tablier, si ce dernier reste à distance conséquente de la valve d'assistance. REVENDICATIONS 1. Valve d'assistance pour direction assistée hydraulique de véhicule automobile, la valve comprenant, à l'intérieur d'un carter (2) , un pignon (3) et un rotor tubulaire (4) montés rotatifs suivant un même axe (1) et liés par l'intermédiaire d'une barre de torsion (10) disposée suivant ledit axe (1), ainsi qu'une chemise rotative (5) entourant le rotor (4) et liée en rotation avec le pignon (3), le carter de valve (2) comportant dans sa partie inférieure, c'est-à-dire sa partie la plus proche du pignon (3), des moyens de guidage en rotation (6) du pignon (3) et des moyens d'étanchéité (7), et ce carter de valve (2) comportant aussi dans sa partie supérieure, c'est-à-dire dans sa partie la plus éloignée du pignon (3), des moyens de guidage en rotation du rotor (4) et des moyens d'étanchéité (9), caractérisée en ce que le carter de valve (2) possède un corps en matière synthétique, (2b), entourant une âme tubulaire métallique (2a), le corps en matière synthétique (2b) comportant les moyens de guidage en rotation (16) du rotor (4) tandis que l'âme tubulaire métallique (2a) entoure et guide la chemise (5) de la valve. 2. Valve d'assistance selon la revendication 1, caractérisée en ce que des raccords métalliques (12a) de connexion de la valve d'assistance à des conduits hydrauliques extérieurs sont intégrés à l'âme tubulaire métallique (2a) du carter de valve (2). 3. Valve d'assistance selon la revendication 2, caractérisée en ce que, l'âme métallique (2a) du carter de valve (2) comprenant essentiellement un tube métallique, les raccords métalliques (12a) sont soudés latéralement sur ce tube, et sont eux-mêmes enrobés dans la matière synthétique du corps (2b) du carter de valve (2). 4. Valve d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'âme tubulaire métallique (2a) se prolonge, du côté de la partie inférieure du carter de valve (2), jusque dans la zone des moyens de guidage en rotation (6) du pignon (3) et des moyens d'étanchéité (7) associés, et en ce que l'extrémité métallique (2a) loge au moins partiellement ces moyens de guidage (6) et d'étanchéité (7). 5. Valve d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'âme tubulaire métallique (2a) est interrompue, du côté de la partie inférieure du carter de valve (2), au-dessus de la zone des moyens de guidage en rotation (6) du pignon (3) et des moyens 2903645 11 d'étanchéité (7) associés, et en ce que ces moyens de guidage (6) et d'étanchéité (7) sont logés dans l'extrémité inférieure du corps en matière synthétique (2b) du carter de valve (2). 6. Valve d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 5 à 5, caractérisée en ce que le corps en matière synthétique (2b) du carter de valve (2) forme directement, dans sa partie supérieure, un palier lisse (16) en matière synthétique pour le guidage en rotation du rotor (4). 7. Valve d'assistance selon la revendication 6, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité annulaire (9), en contact avec la surface extérieure du 10 rotor (4), est logé dans l'extrémité supérieure de l'âme tubulaire métallique (2a) du carter de valve (2), l'extrémité supérieure du corps en matière synthétique (2b) de ce carter (2) assurant la retenue axiale de ce joint d'étanchéité (9), en plus de sa fonction de guidage en rotation du rotor (4), réalisée par le palier lisse (16) situé au-dessus du joint d'étanchéité (9). 15 8. Valve d'assistance selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'un moyen d'étanchéité sommaire est ajouté au niveau de la sortie du rotor (4), ce moyen d'étanchéité étant soit directement formé par moulage dans la partie supérieure du corps en matière synthétique (2b) du carter de valve (2), soit formé par surmoulage de ladite partie supérieure du corps (2b) du carter 20 de valve (2). 9. Valve d'assistance selon la revendication 6, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité annulaire (9), en contact avec la surface extérieure du rotor (4), est monté dans un logement (17) formé dans la partie supérieure du corps en matière synthétique (22) du carter de valve (2), au-dessus du palier 25 de guidage (16) formé dans cette partie supérieure du corps (2b) du carter de valve. 10. Valve d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la partie supérieure du corps en matière synthétique (2b) du carter de valve (2) comporte, venue directement de 30 moulage, une zone d'accrochage ou de contact étanche avec le tablier (15) du véhicule concerné, qui délimite le compartiment moteur vis-à-vis de l'habitacle du véhicule. 11. Valve d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'âme tubulaire métallique (2a) du carter de valve 35 (2) est réalisée en acier ou en aluminium. 2903645 12 12. Valve d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le corps (2b) du carter de valve (2) est réalisé en polyamide 6.6. 13. Valve d'assistance selon l'une quelconque des revendications 5 1 à 12, caractérisée en ce que le corps en matière synthétique (2b) du carter de valve (2) est assemblé par surmoulage avec l'âme tubulaire métallique (2a) de ce carter de valve (2).