Brevet FR2909745A1 — publié le 20080613

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale la commande d'actionneurs hydromécaniques. Elle concerne plus particulièrement une vanne de commande d'un actionneur hydromécanique, comportant un premier corps creux comprenant une paroi pourvue d'une entrée et de deux sorties de fluide sous pression, un deuxième corps, monté mobile dans ledit premier corps, comportant une entrée et une sortie de fluide sous pression, le deuxième corps étant adapté à prendre par rapport au premier corps deux positions stables, dont une première position stable dans laquelle sa sortie est placée en regard de l'une des sorties du premier corps et une deuxième position stable dans laquelle sa sortie est placée en regard de l'autre des sorties du premier corps, pour établir alternativement des passages de fluide entre l'entrée et l'une ou l'autre des sorties du premier corps. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Classiquement, un moteur à combustion interne comporte un dispositif d'actionnement de soupapes pourvu d'un arbre à cames qui actionne les soupapes du moteur pour obturer cycliquement les conduits d'admission et d'échappement de ce moteur. On sait que le moment d'ouverture des soupapes influence la puissance 20 et la consommation du moteur, ainsi que le volume d'émissions polluantes qu'il rejette. Afin d'avancer ou retarder l'ouverture des soupapes de ces moteurs, le dispositif d'actionnement de soupapes peut comporter un actionneur hydromécanique tel qu'un dispositif de décalage angulaire de l'arbre à came. Un 25 tel dispositif de décalage comporte une ou plusieurs paires de chambres de compression séparées par une ou des palettes liées à l'arbre à cames. Les chambres de compression sont destinées à être remplies d'un fluide de commande sous pression pour exercer un effort dans un sens ou dans l'autre sur chaque palette afin de la déplacer et de décaler l'arbre à cames. 30 Pour piloter ce dispositif de décalage, on utilise généralement une vanne de commande telle que définie ci-dessus dont les deux sorties de fluide du premier corps sont chacune raccordées à l'une des chambres de chaque paire de chambres du dispositif de décalage. 2909745 2 La vanne de commande pilote ainsi le dispositif de décalage en injectant le fluide de commande dans l'une ou l'autre des deux chambres de chaque paire, afin d'appliquer l'effort de pression souhaité sur la palette pour qu'elle se déplace dans le sens voulu jusqu'à une position désirée. 5 On observe cependant que l'arbre à cames renvoie des efforts sur chaque palette qui oscillent périodiquement. En particulier, certains de ces efforts provoquent un reflux du fluide de commande depuis le dispositif de décalage vers la vanne de commande. II en résulte que la position de chaque palette est instable et que le 10 temps de changement de position de chaque palette est important, ce qui pénalise le pilotage du moteur et donc les performances de ce moteur. OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est alors de diminuer le temps de changement de position de la palette du dispositif de décalage et les instabilités 15 de la palette lorsque sa position doit être maintenue constante. À cet effet, l'invention propose une vanne de commande telle que définie en introduction, qui comporte des moyens d'obturation montés mobiles dans le deuxième corps de façon à obturer, dans l'une et l'autre des deux positions stables du deuxième corps, un passage de fluide prévu entre l'entrée et la sortie du deuxième corps, en cas de reflux du fluide par la sortie du deuxième corps. Lors d'un reflux de fluide par la sortie du deuxième corps, l'obturation du passage de fluide permet de stopper la circulation du fluide de commande, de sorte que la position de la palette reste stable. Ainsi, lorsque les sorties du premier et du deuxième corps sont agencées pour déplacer la palette du dispositif de décalage dans un sens, le déplacement de la palette dans un sens contraire, qui entraîne le reflux du fluide, est limité grâce aux moyens d'obturation. La position voulue de la palette de l'actionneur hydromécanique est alors atteinte plus rapidement. Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens d'obturation comportent un corps sensiblement cylindrique pourvu d'une couronne d'obturation. Ainsi, la translation de ce corps cylindrique dans le deuxième corps permet à la couronne d'obturation d'obturer ou d'ouvrir le passage du fluide entre l'entrée et la sortie du deuxième corps. 2909745 3 Selon une variante de réalisation de l'invention, les moyens d'obturation comportent une bille d'obturation. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la vanne de commande selon l'invention sont les suivantes : 5 il est prévu un ressort de rappel des moyens d'obturation dans une position d'obturation dudit passage de fluide ; le deuxième corps est adapté à prendre au moins une position intermédiaire dans laquelle sa sortie et la sortie correspondante du premier corps ne se recouvrent que partiellement et dans laquelle lesdits moyens d'obturation sont 10 adaptés à obturer ledit passage de fluide ; ladite paroi du premier corps comporte de plus une troisième sortie d'évacuation adaptée à être mise en communication par l'intermédiaire de moyens d'évacuation prévus sur le deuxième corps avec l'une ou l'autre des sorties du premier corps, lorsque ladite sortie est coupée de l'entrée du 15 premier corps par le deuxième corps ; - ladite paroi du premier corps comporte une pluralité de sorties d'évacuation adaptées à être mises en communication avec l'une ou l'autre des sorties du premier corps, lorsque ladite sortie est coupée de l'entrée du premier corps par le deuxième corps ; 20 lesdits moyens d'évacuation comportent au moins une gorge périphérique prévue sur le deuxième corps ; le deuxième corps est mobile en translation par rapport au premier corps ; - il est prévu des moyens de déplacement du deuxième corps par rapport au premier corps dans l'une des positions stables et des moyens de rappel du 25 deuxième corps cylindrique par rapport au premier corps dans l'autre des positions stables. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et 30 comment elle peut être réalisée. Dans les dessins annexés : la figure 1 est une vue éclatée d'une vanne de commande selon l'invention comportant un premier et un deuxième corps ; 2909745 4 les figures 2 et 3 sont des schémas de fonctionnement de la vanne de commande de la figure 1 dans une première position stable du deuxième corps par rapport au premier corps ; les figures 4 et 5 sont des schémas de fonctionnement de la vanne de 5 commande de la figure 1 dans une deuxième position stable du deuxième corps par rapport au premier corps ; les figures 6 et 7 sont des schémas de fonctionnement de la vanne de commande de la figure 1 dans une position intermédiaire du deuxième corps par rapport au premier corps ; et 10 - la figure 8 est une vue d'un actionneur hydromécanique relié à la vanne de commande de la figure 1. Sur les figures 1 à 7, on a représenté une vanne 10 de commande d'un actionneur hydromécanique 300 d'un moteur à combustion interne. Comme le montre la figure 8, cet actionneur hydromécanique est ici un 15 dispositif de décalage 300 d'un arbre à cames 400 du moteur, qui permet de décaler angulairement cet arbre à cames afin d'avancer ou de retarder l'ouverture de soupapes du moteur. Le dispositif de décalage 300 comporte en particulier un corps dont la position angulaire est directement fonction de la position angulaire d'un vilebrequin 20 du moteur. Ce corps peut par exemple être entraîné en rotation par une chaîne à maillons, ou encore par une courroie reliée au vilebrequin. Le corps définit intérieurement deux chambres 301, 303 séparées l'une de l'autre par une palette 302 qui est montée mobile en rotation entre deux butées et qui est liée angulairement à l'arbre à cames 400. Chacune des deux chambres 25 comporte une entrée de fluide de commande. La différence de pression entre les deux chambres 301, 303 permet d'exercer un effort de pression sur la palette pour la faire pivoter dans un sens ou dans l'autre. Ce pivotement permet donc de décaler la position angulaire de l'arbre à cames 400. Comme le montrent les figures 1 et 2, la vanne 10 de commande 30 comporte un premier corps 1 creux et un deuxième corps 2 engagé à l'intérieur du premier corps 1. Le premier corps 1 comporte une paroi tubulaire dont l'une des extrémités est partiellement fermée par une paroi d'extrémité pourvue d'une ouverture centrale 16. 2909745 5 La paroi tubulaire du premier corps 1 est, quant à elle, percée de trois ouvertures 11, 12, 13 rectangulaires disposées au-dessus les unes des autres suivant l'axe longitudinal dudit premier corps 1, ainsi que de deux autres ouvertures 14, 15 diamétralement opposées par rapport à ces trois premières 5 ouvertures 11, 12, 13. L'une 11 des trois premières ouvertures forme une entrée 11 de fluide de commande (huile). Elle est destinée à être raccordée à une pompe amenant dans la vanne 10 le fluide de commande sous pression, à une pression notée P. Les deux autres 12,13 des trois premières ouvertures forment des sorties 10 12, 13 du fluide de commande. Elles sont chacune reliées à l'une des chambres du dispositif de décalage 300. Enfin, les deux autres ouvertures 14, 15 du premier corps 1 ainsi que l'ouverture centrale de sa paroi d'extrémité forment des sorties d'évacuation 14, 15, 16 du fluide de commande. Elles sont destinées à être reliées à un puits de 15 récupération du fluide de commande. La pression du fluide de commande au niveau de ces sorties d'évacuation 14, 15, 16 reste donc constamment faible. Le deuxième corps 2 présente une forme de cylindre monté à coulissement dans le premier corps 1. Ce deuxième corps 2 est percé axialement d'un alésage 56 non 20 traversant. Le deuxième corps 2 comporte donc une extrémité fermée et une extrémité ouverte. Une fois le deuxième corps 2 inséré dans le premier corps 1, cette extrémité ouverte est tournée vers la paroi d'extrémité du premier corps 1. L'alésage 56 présente, sur une majeure partie de sa longueur, une section constante de diamètre appelé diamètre nominal. Il présente toutefois, à 25 proximité de son extrémité ouverte, une première portion 80 de section plus importante et, au niveau de son extrémité fermée, une deuxième portion 81 de plus faible section. Le débouché de l'alésage 56 est hermétiquement fermé par une douille 5 vissée dans une partie filetée de cet alésage. Cette douille 5 comporte une paroi 30 latérale tubulaire et une paroi d'extrémité fermée. Le diamètre intérieur de sa paroi latérale est égal au diamètre de la deuxième portion 81 de l'alésage 56. L'extrémité ouverte de cette douille est tournée vers l'intérieur de l'alésage 56. Le deuxième corps 2 est par ailleurs percé radialement de deux conduits 21, 22 le traversant sur un diamètre complet. Ces deux conduits 21, 22 sont 2909745 6 disposés l'un au dessus de l'autre suivant l'axe longitudinal du deuxième corps 2, parallèlement l'un à l'autre. Un premier conduit 22 forme une entrée de fluide de commande dans le deuxième corps 2. La partie centrale de ce premier conduit 22 d'entrée débouche 5 dans l'alésage 56, à proximité de l'extrémité fermée de celui-ci. Un deuxième conduit 21 forme une sortie de fluide de commande hors du deuxième corps 2. La partie centrale de ce deuxième conduit 21 de sortie débouche dans l'alésage 56, au niveau de la première portion 80 élargie de celui-ci. 10 On comprend alors que la partie centrale de l'alésage 56 située entre les première et deuxième portions 80, 81 de cet alésage forme un passage 56 du fluide de commande depuis le premier conduit 22 d'entrée vers le deuxième conduit 21 de sortie. La vanne 10 de commande comporte par ailleurs des moyens de 15 déplacement longitudinal 7 du deuxième corps 2 par rapport au premier corps 1 et des moyens de rappel 6 du deuxième corps 2 dans une position stable. Les moyens de déplacement comportent ici un électroaimant 7 à noyau plongeur raccordé par une tige 71 à l'extrémité fermée du deuxième corps 2. Ces moyens de déplacement permettent en particulier de pousser le deuxième corps 2 20 en direction de la paroi d'extrémité du premier corps 1 lorsque la bobine de l'électroaimant 7 est traversée par un courant d'intensité élevée. Les moyens de rappel comportent quant à eux ici un ressort de rappel 6 disposé en compression entre l'extrémité ouverte du deuxième corps 2, autour de la douille 5, et la paroi d'extrémité du premier corps 1, autour de son ouverture 25 centrale 16. Ces moyens de rappel permettent en particulier de pousser le deuxième corps 2 à distance de la paroi d'extrémité du premier corps 1 lorsque la bobine de l'électroaimant 7 est traversée par un courant d'intensité faible ou nul. Le deuxième corps 2 est ainsi adapté à prendre deux positions stables par rapport au premier corps 1. 30 Dans une première position stable représentée sur les figures 2 et 3, l'embouchure du deuxième conduit 21 de sortie du deuxième corps 2 est disposée en vis-à-vis de l'une des sorties 12 du premier corps 1. Dans cette position, l'embouchure du premier conduit 22 d'entrée du deuxième corps 2 est disposée en vis-à-vis de l'entrée 11 du premier corps 1. 2909745 7 Cette position stable est atteinte grâce à l'électroaimant 7 qui génère un effort axial sur le deuxième corps 2 qui comprirne au maximum le ressort de rappel 6. Dans cette position, le fluide de commande arrivant dans la vanne 10 par 5 son entrée 11 peut circuler jusqu'à sa sortie 12 afin de déboucher dans l'une des chambres 301 du dispositif de décalage 300. En outre, dans cette position, l'autre sortie 13 du premier corps 1, celle reliée à l'autre chambre 303 du dispositif de décalage 300, est disposée en regard d'une gorge 28 périphérique prévue sur le deuxième corps 2. Cette gorge 28 10 forme un moyen d'évacuation du fluide depuis cette autre chambre 303 vers le puits de récupération, via la sortie d'évacuation 14 du premier corps 1. En effet, le fluide arrivant dans la sortie 13 du premier corps 1 peut circuler dans la gorge 28, en étant canalisé entre le premier corps 1 et le deuxième corps 2, jusqu'à la sortie d'évacuation 14 (voir figure 3). 15 La palette du dispositif de décalage 300 peut ainsi venir en butée dans une première position de décalage de l'arbre à cames. Dans une deuxième position stable représentée sur les figures 4 et 5, l'embouchure du deuxième conduit 21 de sortie du deuxième corps 2 est disposée en vis-à-vis de l'autre des sorties 13 du premier corps 1. Dans cette position, 20 l'embouchure du premier conduit 22 d'entrée du deuxième corps 2 est décalée par rapport à l'entrée 11 du premier corps 1. Toutefois, le deuxième corps 2 comporte sur sa surface externe une autre gorge 82 périphérique qui permet au fluide de commande de circuler depuis l'entrée 11 du premier corps 1 jusqu'à l'embouchure du premier conduit 22 d'entrée du deuxième corps 2 (voir figure 5). 25 Cette deuxième position stable est atteinte grâce au ressort de rappel qui génère un effort axial sur le deuxième corps 2. Dans cette position, le fluide de commande arrivant dans la vanne 10 par son entrée 11 peut circuler jusqu'à sa sortie 13 afin de déboucher dans l'autre des chambres 303 du dispositif de décalage 300. 30 En outre, dans cette position, la première sortie 12 du premier corps 1, celle reliée à la première chambre 301 du dispositif de décalage 300, est disposée en regard d'une gorge 210 périphérique prévue sur le deuxième corps 2, du côté de son extrémité ouverte. Cette gorge 210 forme un moyen d'évacuation du fluide 2909745 8 disposé dans cette première chambre 301 vers le puits de récupération, via les sorties d'évacuation 15, 16 du premier corps. La palette du dispositif de décalage 300 peut ainsi venir en butée dans une deuxième position de décalage de l'arbre à cames. 5 Selon une variante représentée sur les figures 6 et 7, les moyens de déplacement longitudinal 7 peuvent positionner le deuxième corps 2 dans une position intermédiaire entre les première et deuxième positions stables. Cette position est atteinte en faisant circuler un courant d'intensité très précise dans la bobine de l'électroaimant 7. 10 Dans cette position intermédiaire, l'embouchure du deuxième conduit 21 de sortie du deuxième corps 2 ne recouvre que partiellement la sortie 12 du premier corps 1. Par ailleurs, l'entrée 11 du premier corps 1 est raccordée à l'embouchure du premier conduit 22 d'entrée du deuxième corps 2 par la gorge 82 périphérique. 15 Bien sûr, selon cette variante, le deuxième corps 2 peut prendre une autre position intermédiaire (non représentée) dans laquelle l'embouchure du deuxième conduit 21 de sortie du deuxième corps 2 ne recouvre que partiellement la sortie 13 du premier corps 1. Ainsi, dans ces deux positions intermédiaires, le recouvrement partiel de 20 l'une ou l'autre des sorties 12, 13 du premier corps 1 par l'embouchure du deuxième conduit 21 du deuxième corps 2 permet au fluide de commande de continuer à alimenter la chambre 301, 303 correspondante du dispositif de décalage 300, en limitant son débit à un débit juste nécessaire pour compenser les fuites du fluide dans cette chambre 301, 303, permettant ainsi de maintenir en 25 position constante la palette 302 du dispositif de décalage 300 entre ses deux butées. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la vanne 10 de commande comporte des moyens d'obturation 3 montés mobiles dans l'alésage 56 du deuxième corps 2 de façon à obturer, dans l'une ou l'autre 30 des positions stables ou intermédiaires du deuxième corps 2, le passage du fluide de commande entre le premier conduit 22 d'entrée et le deuxième conduit 21 de sortie du deuxième corps, en cas de reflux du fluide par le deuxième conduit 21 de sortie (voir figures 2,4,7). 2909745 9 Ces moyens d'obturation comportent ici, d'une part, une tige 3 présentant un corps sensiblement cylindrique pourvu d'une couronne d'obturation 31 de diamètre égal au diamètre nominal de l'alésage 56, et, d'autre part, un ressort de rappel 4 de la tige 3 qui est engagé sur celle-ci et qui est disposé en 5 compression entre la couronne d'obturation 31 et la douille 5. Cette tige 3 est disposée dans l'alésage 56 du deuxième corps 2. Plus précisément, l'une de ses extrémités est engagée clans la deuxième portion 81 de section réduite de l'alésage 56 tandis que l'autre de ses extrémités est engagée dans la douille 5. Sa longueur est telle que ses deux extrémités ne peuvent pas 10 être simultanément au contact du fond de la deuxième portion 81 de l'alésage 56 et du fond de la douille 5. La tige 3 est ainsi maintenue transversalement et est adaptée à se translater longitudinalement entre deux positions extrêmes. Dans une première position extrême représentée sur les figures 2, 4 et 7, 15 le ressort de rappel 4 maintient l'une des extrémités de la tige 3 en butée contre le fond de la deuxième portion 81 de l'alésage 56. Dans cette position, la couronne d'obturation 31 est disposée en dessous de la première portion 80 élargie de l'alésage 56, de sorte qu'elle obstrue le passage de fluide de commande dans cet alésage 56. 20 Elle empêche ainsi tout reflux de fluide de commande depuis le deuxième conduit 21 de sortie vers le premier conduit 22 d'entrée du deuxième corps 2. Cette couronne d'obturation 31 n'empêche pas pour autant le passage du fluide de commande depuis le premier conduit 22 d'entrée vers le deuxième 25 conduit 21 de sortie du deuxième corps 2. En effet, comme le montrent les figures 3, 5 et 6, lorsque la pression P du fluide au niveau de l'entrée 11 du premier corps 1 est supérieure à la pression du fluide au niveau de la sortie 12, 13 du premier corps 1 qui est reliée au deuxième conduit 21 de sortie du deuxième corps 2, cette différence de pression 30 provoque la translation de la tige 3 en direction de la douille 5, en comprimant le ressort de rappel 4, ce qui permet au fluide de commande de circuler librement pour déboucher dans la chambre 301, 303 associée du dispositif de décalage 300. Par conséquent, la vanne 10 peut commander la position de la palette 302 du dispositif de décalage 300 ; en outre, en bloquant tout reflux de fluide de 2909745 10 commande, elle évite que la position de cette palette 302 soit instable même si les efforts appliqués sur celle-ci par l'arbre à cames varient fortement. Selon une variante de réalisation de l'invention, les moyens d'obturation peuvent comporter, à la place de la tige, une bille d'obturation disposée dans la 5 première portion 80 élargie de l'alésage 56. Le fonctionnement de la vanne de commande reste dans cette variante identique à celui exposé ci-dessus. Selon une autre variante, on pourrait prévoir une structure de la vanne dans laquelle la mise en communication des sorties correspondantes des premier et deuxième corps serait réalisée par un autre type de mobilité du deuxième corps 10 par rapport au premier corps, tel qu'une mobilité de rotation. REVENDICATIONS , 1. Vanne (10) de commande d'un actionneur hydromécanique (300), comportant : - un premier corps (1) creux comprenant une paroi pourvue d'une entrée (11) et de deux sorties (12, 13) de fluide sous pression, un deuxième corps (2), monté mobile dans ledit premier corps (1), comportant une entrée (22) et une sortie (21) de fluide sous pression, le deuxième corps (2) étant adapté à prendre par rapport au premier corps (1) deux positions stables, dont une première position stable dans laquelle sa sortie (21) est placée en regard de l'une des sorties (12, 13) du premier corps (1) et une deuxième position stable dans laquelle sa sortie (21) est placée en regard de l'autre des sorties (12, 13) du premier corps (1), pour établir alternativement des passages de fluide entre l'entrée (11) et l'une ou l'autre des sorties (12, 13) du premier corps (1), caractérisée en ce qu'elle comporte des rnoyens d'obturation (3) montés mobiles dans le deuxième corps (2) de façon à obturer, dans l'une et l'autre des deux positions stables du deuxième corps (2), un passage (56) de fluide prévu entre l'entrée (22) et la sortie (21) du deuxième corps (2), en cas de reflux du fluide par la sortie (21) du deuxième corps (2). 2. Vanne (10) de commande selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens d'obturation (3) comportent un corps sensiblement cylindrique pourvu d'une couronne d'obturation (31). 3. Vanne (10) de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'obturation comportent une bille d'obturation. 4. Vanne (10) de commande selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il est prévu un ressort de rappel (4) des moyens d'obturation (3) dans une position d'obturation dudit passage (56) de fluide. 5. Vanne (10) de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième corps (2) est adapté à prendre au moins une position intermédiaire dans laquelle sa sortie (21) et la sortie (12,13) correspondante du premier corps (1) ne se recouvrent que partiellement et dans 2909745 12 laquelle lesdits moyens d'obturation (3) sont adaptés à obturer ledit passage de fluide (56). 6. Vanne (10) de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite paroi du premier corps (1) comporte de plus une 5 troisième sortie (14,15,16) d'évacuation adaptée à être mise en communication par l'intermédiaire de moyens d'évacuation (28, 210) prévus sur le deuxième corps (2) avec l'une ou l'autre des sorties (12, 13) du premier corps (1), lorsque ladite sortie (12, 13) est coupée de l'entrée (11) du premier corps (1) par le deuxième corps (2). 10 7. Vanne (10) de commande selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite paroi du premier corps (1) comporte une pluralité de sorties (14,15,16) d'évacuation adaptées à être mises en communication avec l'une ou l'autre des sorties (12, 13) du premier corps (1), lorsque ladite sortie (12, 13) est coupée de l'entrée (11) du premier corps (1) par le deuxième corps (2). 15 8. Vanne (10) de commande selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens d'évacuation comportent au moins une gorge (28, 210) périphérique prévue sur le deuxième corps (2). 9. Vanne (10) de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième corps (2) est mobile en translation par rapport 20 au premier corps (1). 10. Vanne (10) de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de déplacement (7) du deuxième corps (2) par rapport au premier corps (1) dans l'une des positions stables et des moyens de rappel (6) du deuxième corps cylindrique (2) par rapport au premier 25 corps (1) dans l'autre des positions stables.