Brevet FR2914388A1 — publié le 20081003

Electrovanne à deux états à commutation rapide La présente invention concerne une électrovanne à deux états correspondant respectivement à l'ouverture et à la fermeture d'un conduit de circuit hydraulique, et comportant classiquement une bobine entourant un noyau magnétique fixe, un noyau mobile et un ressort interposé entre lesdits noyaux fixe et mobile. Il existe de nombreuses électrovannes tout-ou-rien conçues à partir de ces composants de base. L'application à laquelle est destinée la présente invention a cependant rendu nécessaire la conception d'une électrovanne à réponse rapide, de l'ordre de la milliseconde. Elle est en effet notamment destinée à faire varier la course entre un basculeur et une soupape d'admission dans un moteur, afin de jouer sur le temps d'ouverture des soupapes, ce qui explique l'exigence de rapidité. A cet effet, l'électrovanne de l'invention se caractérise à titre principal en ce que le noyau mobile sert de clapet au circuit hydraulique, et est sollicité en vue de la fermeture du circuit contre un siège constitué d'une pièce disposée dans w logement orienté dans la direction du déplacement du noyau mobile et dont la forme externe est telle qu'elle est reliée aux parois dudit logement par une liaison de type rotule, ladite pièce dépassant dudit logement et présentant une surface plane d'allure perpendiculaire à la direction du déplacement prévue pour coopérer à la fermeture avec une surface du noyau mobile de même orientation. Les paramètres sur lesquels jouer pour l'obtention d'un temps de réponse très court sont connus, sur un plan théorique. Ainsi est-il préférable d'assurer une faible course du noyau mobile, de n'avoir qu'un poids réduit pour l'ensemble de la partie mobile et que la charge de ressort soit relativement élevée. Par ailleurs, un clapet de très petite section est préconisé, parce que nécessitant des efforts de fermeture d'autant plus faibles que la section est restreinte. La difficulté consiste à appliquer ces critères théoriques à l'application pratique envisagée. Or, en l'espèce, la section de passage du fluide requise est proche de 10 mm2, et la course nécessaire à l'obtention d'une telle section, avec un petit clapet, serait trop grande pour permettre un temps de fermeture rapide. Il convient donc de trouver un compromis satisfaisant, en jouant sur les différents paramètres ajustables dans la configuration globale, en l'occurrence la section de fermeture, la course de clapet, un circuit magnétique performant, etc. Le fait que le noyau mobile serve de clapet au circuit hydraulique, et assure donc directement la fermeture, les dimensionnements respectifs des différents composants en vue d'assurer une grande vitesse de réponse el: la nécessité de privilégier une conception simple pour un coût de fabrication raisonnable conduisent toutefois à une configuration qui peut générer des défauts de perpendicularité des surfaces destinées à coopérer. D'où la nécessité d'une pièce pouvant accepter ces défauts, et les choix d'une liaison de type rotule entre cette pièce et le noyau fixe, liaison permettant une bonne aclaptabilité aux défauts. De préférence, le noyau mobile est au contact du siège lorsque la bobine est parcourue par un courant, et la pièce formant ledit siège est disposée dans un logement du noyau fixe. En d'autres termes, il s'agit d'une électrovanne normalement ouverte. Parmi les caractéristiques permettant d'offrir une section de passage du fluide correct et d'établir un circuit magnétique performant, il est prévu que le noyau mobile soit une palette mince solidaire d'un tube coulissant axialement en face de la bobine et dont une surface plane en regard de la bobine coopère avec le siège, ledit tube étant creux et permettant le passage du fluide. Le noyau plat permet un dimensionnement de la bobine et du circuit magnétique compatibles avec l'exigence de rapidité. Ledit noyau étant solidaire du tube, on est cependant alors tributaire des défauts de perpendicularité de l'ensemble des pièces / liaisons au montage, rançons de la simplicité recherchée : en fermant directement le noyau mobile sur le noyau fixe avec une telle configuration, il y aurait d'ailleurs de fortes chances que l'étanchéité ne puisse pas être complètement assurée. C'est la raison de la présence du siège à liaison de type rotule avec le noyau fixe. Selon une possibilité, le noyau fixe est en forme de E: en section, comportant une portion centrale disposée à l'intérieur de la bobine et une couronne périphérique entourant ladite bobine. Le circuit magnétique, avec une palette plane mobile, comporte dès lors en section une branche centrale et deux sections latérales. Cette configuration est performante et apte à attirer rapidement la palette malgré le ressort de raideur élevée pour une ouverture rapide. Cette pièce formant siège du clapet est par ailleurs ferrnée, afin de n'engendrer aucune fuite supplémentaire. Ledit siège consiste par exemple en une pièce d'allure cylindrique creuse de manière à pouvoir loger et servir de butée à l'une des extrémités du ressort, dont l'autre extrémité repose sur un épaulement équipant la paroi interne du tube creux. Pour minimiser les effets de la pression d'entrée, de préférence, la bordure cylindrique de la pièce sur laquelle s'opère la fermeture par contact du noyau mobile présente un diamètre voisin et supérieur au diamètre interne du tube. Plus précisément encore, les parois externes périphériques du siège sont munies, sur leur face externe, d'au moins un bossage arrondi en section, situé sensiblement au milieu dans la dimension axiale, et permettant un contact ponctuel en section avec la paroi du logement. Le fond de la pièce formant siège est également muni d'un bossage sensiblement médian permettant un contact ponctuel avec le fond du logement. Cette configuration en pseudo-rotule permet de rattraper le cas échéant les défauts de perpendicularité / parallélisme. Selon une configuration, la palette mobile et le tube auquel elle est solidarisée peuvent être constitués en une seule pièce. Une variante également possible consiste à les fabriquer séparément, puis à les assembler. Le logement pratiqué dans le noyau fixe est préférentiellement cylindrique à section circulaire. Le tube auquel est fixé le noyau mobile a comme indiqué une fonction de passage du fluide lorsque l'électrovanne est ouverte. Il sert aussi de zone d'étanchéité, entre sa paroi externe et l'alésage dans lequel il coulisse. En position fermée, on peut choisir d'établir une fuite contrôlée par maîtrise du jeu entre le tube et son alésage. Dans l'hypothèse de supprimer ladite fuite ou à tout le moins de la diminuer de manière importante, un joint annulaire peut être placé entre eux. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées pour lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une vanne selon l'invention ; la figure 2 montre en coupe un agrandissement de la pièce formant siège disposée avec une liaison de type rotule dans le noyau fixe ; et - la figure 3 est un schéma simplifié de l'allure du courant de commande de l'électrovanne de l'invention. En référence à la figure 1, l'électrovanne (1) comporte classiquement une bobine (2) coopérant avec un noyau fixe (3) et reliée à un connecteur (4) d'alimentation en énergie électrique. Ces composants forment un ensemble qui est vissé dans le posage (5) qui comporte la vanne et la portion du circuit hydraulique (6, 6') sur lequel agit ladite vanne. La vanne proprement dite comprend également le noyau mobile ou palette (7), d'une seule pièce avec un tube creux (8), ladite palette (7) étant en forme de coupelle plane de faible épaisseur permettant l'établissement d'un circuit magnétique performant avec une surface d'entrefer relativement importante. Ainsi, la palette mobile (7) se situe en face du tronc central (9) et aussi, au moins partiellement, de la couronne périphérique (10) du noyau fixe (3). Ladite palette (7) et le tube creux (8) logent un ressort (11) dont l'une des extrérnités s'appuie sur un épaulement (12) dépassant de la paroi interne dudit tube (8). L'autre extrémité de ce ressort (11) repose au fond d'une pièce (13) disposée dans un logement (14) du noyau fixe (3). Le ressort (11), au même titre que le circuit magnétique mais pour assurer un déplacement inverse (ouverture), doit avoir une charge élevée. La figure 2 montre de manière plus précise la forme des différentes pièces participant à la fonction "vanne" et leurs liaisons respectives. En position ouverte, c'est-à-dire lorsqu'aucun courant ne parcourt la bobine (2), le ressort (11) repousse la palette (7) et le tube (8) contre une butée annulaire (15). Lorsqu'un courant parcourt la bobine (2), l'ensemble palette (7) / tube (8) est rappelé en direction du noyau fixe (3), et arrive au contact de la bordure périphérique plane (19) de la pièce (13). Celle-ci, du fait de la liaison à rotule, impliquant des contacts ponctuels à la fois au niveau du fond du logement (14) et sur ses parois latérales, assure l'étanchéité en s'adaptant à l'orientation de la face plane (2a) de la palette (7) qui vient s'appuyer contre ladite bordure (19). Plus précisément, la pièce (13) comporte un bossage (16) central équipant la paroi externe de son fond, et un renflement annulaire (17) sur la périphérie de sa paroi externe. Il est à noter que le positionnement du ressort (11) à l'intérieur du tube (8) et de la pièce (13) permet de le dimensionner avec un fil moins épais, pour l'obtention de la même force, que si on l'avait positionné à l'extérieur. Si cela est admissible, une fuite contrôlée peut être maintenue entre la paroi de l'alésage dans lequel coulisse le tube (8) et ce dernier. Dans l'hypothèse inverse, un joint (non représenté) est placé entre eux. En référence à la figure 3, la bobine et le noyau fixe (3) sont dimensionnés pour pouvoir, dans la configuration prévue, générer une force électromagnétique suffisante pour permettre une attirance très rapide de la palette mobile (7) contre la pièce (13) malgré le ressort (11). A cet égard, il est à noter que, au moment où la fermeture est initiée et pendant une durée Tp de l'ordre de 1 à 3 milliseconde, le courant l p qui parcourt la bobine est un courant de pic pouvant aller jusqu'à 16 ampères. Ensuite, pour maintenir la vanne fermée, et afin de limiter les échauffements dans le circuit magnétique, le courant de maintien IH est de l'ordre de 3 ampères, parcourant la bobine pendant une période TH d'une dizaine de millisecondes. Cette valeur réduite du courant de maintien IH est possible car l'entrefer est à présent sensiblement plus petit. Au final, l'électrovanne à réponse rapide de l'invention est obtenue avec w nombre réduit de composants grâce à l'utilisation de la pièce (13) à rotule, qui permet une configuration simplifiée et donc moins onéreuse avec un bon J compromis section de fermeture / course du clapet, tout en préservant la possibilité d'une section de passage du fluide de l'ordre de 8 mm2. Le mode de réalisation décrit auparavant ne constitue bien entendu qu'un exemple non limitatif de l'invention, qui englobe d'autres configurations équivalentes. REVENDICATIONS 1. Electrovanne (1) à deux états correspondant respectivement à l'ouverture et à la fermeture d'un conduit (6, 6') d'un circuit hydraulique, et comportant une bobine (2) entourant un noyau magnétique fixe (3), un noyau mobile (7) et w ressort (11) interposé entre les noyaux fixe (3) et mobile (7), ce dernier étant apte à se déplacer entre une première position stable en l'absence de courant dans la bobine (2) et une seconde position stable à l'encontre de la force du ressort (11) lorsque la bobine (2) est parcourue par un courant, caractérisée en ce que le noyau mobile (7) sert de clapet au circuit hydraulique, et est sollicité en vue de la fermeture du circuit contre un siège constitué d'une pièce (13) disposée dans un logement (14) orienté dans la direction du déplacement du noyau mobile (7) et dont la forme externe est telle qu'elle est reliée aux parois dudit logement (14) par une liaison de type rotule, ladite pièce (13) dépassant dudit logement et présentant une surface plane (19) d'allure perpendiculaire à la direction du déplacement prévue pour coopérer à la fermeture avec une surface (20) du noyau mobile (7) de même orientation. 2. Electrovanne (1) à deux états selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le noyau mobile (7) est au contact du siège lorsque la bobine (2) est parcourue par un courant, et la pièce (13) formant ledit siège est disposée dans un logement (14) du noyau fixe (3). 3. Electrovanne (1) à deux états selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le noyau mobile est une palette mince (7), ladite palette (7) étant solidaire d'un tube (8) coulissant axialement en face de la bobine (2) et dont une surface plane (20) en regard de la bobine (2) coopère avec le siège (13), ledit tube (8) étant creux et permettant le passage du fluide. 4. Electrovanne (1) à deux états selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la palette (7) et le tube (8) sont d'une seule pièce. 5. Electrovanne (1) à deux états selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le noyau fixe (3) est en forme de E en section, comportant une portion centrale (9) disposée à l'intérieur de la bobine (2) et une couronne périphérique (10) entourant ladite bobine (2). 6. Electrovanne (1) à deux états selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le siège consiste en une pièce (13) d'allure cylindrique creuse de manière à pouvoir loger et servir de butée à l'une des extrémités du ressort (11), dont l'autre extrémité repose sur un épaulement (12) équipant la paroi interne du tube (8). 7. Electrovanne (1) à deux états selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la bordure cylindrique de la pièce (13) sur laquelle s'opère la fermeture par contact du noyau mobile (7) présente un diamètre voisin et supérieur au diamètre interne du tube (8). 8. Electrovanne (1) à deux états selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que les parois externes périphériques du siège (13) sont munies, sur leur face externe, d'au moins un bossage (17) arrondi en section, situé sensiblement au milieu dans la dimension axiale, et permettant un contact ponctuel en section avec la paroi du logement (14), le fond étant également muni d'un bossage (16) d'allure médian permettant un contact ponctuel avec le fond du logement (14). 9. Electrovanne (1) à deux états selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le logement (14) pratiqué dans le noyau fixe (3) est cylindrique à section circulaire. 10. Electrovanne (1) à deux états selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le tube (8) coulisse dans un alésage rnuni d'un joint d'étanchéité.