Brevet FR3071883A1 — publié le 20190405

Dispositif d'actionnement destiné à être intégré dans une vanne pour moteur thermique La présente invention concerne un dispositif d'actionnement. Ce dispositif d'actionnement peut être intégré dans une vanne équipant un moteur thermique, comme par exemple une vanne de contrôle du débit de gaz d'échappement recirculés à l'admission d'un moteur thermique d'automobile. Il est bien connu d'utiliser un moteur électrique pour commander le mécanisme d'actionnement d'une vanne de contrôle moteur. Dans une telle vanne, un moteur électrique entraine une couronne dentée cinématiquement liée à un obturateur mobile. Le mécanisme comporte au moins deux roues dentées, l'une solidaire du moteur électrique et l'autre liée à l'obturateur mobile. En choisissant convenablement les diamètres respectifs des deux roues dentées on peut démultiplier le couple du moteur électrique et obtenir des forces d'actionnement adaptées aux efforts spécifiques à l'application. Dans de nombreux cas, les roues dentées possèdent un profil cylindrique, c'est-à-dire que leurs surfaces primitives sont des cylindres. Ce type de roue dentée est tout fait adapté au cas où les axes des roues dentées sont parallèles. Afin de réaliser une vanne plus compacte, il peut être intéressant d'implanter selon des axes non parallèles le moteur électrique et la roue dentée actionnant l'obturateur de la vanne. Par exemple, l'axe du moteur électrique peut être perpendiculaire à l'axe de la couronne dentée liée à l'obturateur. Dans une telle configuration, il est possible d'utiliser des dentures cylindriques. L'utilisation d'une denture cylindrique dans un tel cas d'implantation du moteur électrique présente cependant plusieurs inconvénients. Par exemple, comme la surface de contact entre les dents est faible, la pression de contact entre les dents est élevée. Il en résulte un frottement et une usure importante des dentures. Le but de l'invention est de fournir un dispositif d'actionnement permettant d'optimiser l'entrainement de l'obturateur mobile, particulièrement en termes de frottement et d'usure. Le rendement mécanique de la vanne peut ainsi être amélioré, ainsi que sa fiabilité. A cet effet, l'invention propose un dispositif d'actionnement, destiné à être intégré dans une vanne pour moteur thermique, comportant : - un moteur électrique agencé pour entrainer en rotation une première roue dentée mobile en rotation autour d'un premier axe, - une deuxième roue dentée mobile en rotation autour d'un deuxième axe, la deuxième roue dentée étant cinématiquement liée avec un arbre d'actionnement, 2 la deuxième roue dentée engrenant avec la première roue dentée, dans lequel la première roue dentée et la deuxième roue dentée sont des roues coniques. L'utilisation de roues coniques est avantageuse dans certaines applications, en particulier lorsque les axes des roues dentées ne sont pas parallèles. 5 Selon un mode de réalisation préféré, le moteur électrique comporte un arbre de rotation, et la première roue dentée est solidaire de l'arbre de rotation du moteur électrique. Autrement dit, le moteur électrique entraine directement la deuxième roue dentée par l'intermédiaire de la première roue dentée. Cette disposition permet de minimiser l'encombrement du dispositif d'actionnement. 10 Selon un autre mode de réalisation du dispositif d'actionnement, le moteur électrique comporte un arbre de rotation, la première roue dentée étant une roue intermédiaire engrenant avec un pignon solidaire de l'arbre de rotation, la première roue dentée engrenant avec la deuxième roue dentée. Dans ce mode de réalisation, le moteur électrique entraine la deuxième roue dentée par l'intermédiaire d'une roue dentée intermédiaire. Cette roue dentée supplémentaire permet 15 d'augmenter la démultiplication entre le moteur électrique et la deuxième roue dentée et d'augmenter le couple disponible au niveau de la deuxième roue dentée. Selon un mode de réalisation, l'axe de la première roue dentée et l'axe de la deuxième roue dentée sont sécants. Cette disposition permet d'optimiser le rendement mécanique du dispositif d'actionnement. 20 Selon un mode de réalisation préféré, l'axe de la première roue dentée et l'axe de la deuxième roue dentée sont sécants et perpendiculaires. Cette disposition particulière permet en outre de limiter l'encombrement et d'obtenir un dispositif d'actionnement compact. En variante, l'axe de la première roue dentée et l'axe de la deuxième roue dentée sont non 25 concourants. Cette configuration augmente les possibilités de placement du moteur électrique, et peut être utile lorsque la place disponible pour disposer les différents éléments est limitée. L'axe de la première roue dentée et l'axe de la deuxième roue dentée sont de plus non parallèles. La première et la deuxième roue dentée forment ainsi un engrenage hypoïde. 30 Avantageusement, l'angle entre l'axe de la première roue dentée et l'axe de la deuxième roue dentée est compris entre 70° et 90°. 3 Selon un mode de réalisation du dispositif d'actionnement, l'arbre de rotation du moteur électrique s'étend selon un axe, l'arbre d'actionnement s'étend selon un axe, l'axe de l'arbre du moteur électrique étant perpendiculaire avec l'axe de l'arbre d'actionnement. Selon un mode de réalisation, la première roue dentée est en matière plastique. 5 Ainsi la roue dentée est fabriquée facilement et de façon peu couteuse. Avantageusement, la première roue dentée est métallique. La roue dentée présente ainsi une bonne résistance à l'usure et assure une bonne fiabilité. Selon un mode de réalisation, la première roue dentée possède une denture droite. De même, la deuxième roue dentée possède une denture droite. 10 La première et la deuxième roue dentée sont ainsi fabriquées facilement. Selon un autre mode de réalisation du dispositif d'actionnement, la première roue dentée possède une denture hélicoïdale. Selon ce mode de réalisation, la deuxième roue dentée possède une denture hélicoïdale. Les roues à denture de profil hélicoïdal permettent de diminuer le jeu entre les roues dentées et ainsi 15 d'améliorer la précision du positionnement de l'arbre d'actionnement. De plus, la pression de contact entre les roues dentées est diminuée. Selon un mode de réalisation du dispositif d'actionnement, la deuxième roue dentée s'étend sur un secteur angulaire inférieur à 300°. Lorsque le débattement angulaire nécessaire à la deuxième roue dentée est de moins d'un tour, la 20 roue dentée peut prendre la forme d'un secteur angulaire. Autrement dit, les dents de la roue dentée sont présentes sur un angle inférieur à 360°. L'encombrement de la deuxième roue dentée est ainsi réduit. L'invention se rapporte également à une vanne de circulation de fluide, comportant : - Un corps de vanne définissant un conduit de circulation de fluide, 25 - Un obturateur mobile entre une position d'ouverture permettant le passage du fluide dans le conduit et une position de fermeture empêchant le passage du fluide dans le conduit, - Un dispositif d'actionnement tel que décrit précédemment, l'obturateur étant lié à l'arbre d'actionnement. Selon un exemple de réalisation de la vanne, l'arbre d'actionnement est mobile en rotation par 30 rapport au corps de vanne. Cette configuration est par exemple celle où l'obturateur est un volet rotatif. 4 Selon un autre exemple de réalisation, l'arbre d'actionnement est mobile en translation par rapport au corps de vanne. Cette configuration est par exemple celle où l'obturateur est une soupape possédant un mouvement de translation pure. 5 Selon encore un autre mode de réalisation, l'arbre d'actionnement est agencé pour décrire un mouvement hélicoïdal par rapport au corps de vanne. Cette configuration est par exemple celle d'une soupape pivotant autour de son axe en même temps qu'elle se déplace en translation. Selon un mode de réalisation préféré, l'arbre d'actionnement est lié à la deuxième roue dentée par 10 l'intermédiaire d'une vis à billes. La vis à billes permet de garantir un faible niveau de frottements et des faibles jeux dans le mécanisme. La vanne possède à la fois un bon rendement mécanique et une bonne précision de positionnement de l'obturateur. Une bonne précision de contrôle du débit est ainsi assurée. De préférence, la vis à billes possède une bague intérieure et une bague extérieure, les deux bagues 15 étant concentriques, et l'arbre d'actionnement est fixé à la bague intérieure de la vis à billes. Par exemple, la deuxième roue dentée est fixée à la bague extérieure de la vis à billes. Selon un mode de réalisation, l'obturateur est une soupape, la soupape étant liée à l'arbre d'actionnement. Par exemple, l'obturateur est une soupape mobile en translation, la soupape étant fixée à l'arbre 20 d'actionnement. Ce type d'obturateur permet de garantir un faible niveau de fuites parasites. Selon un autre mode de réalisation de la vanne, l'obturateur est un volet rotatif. Ce type d'obturateur permet de limiter les pertes de charges dans la vanne. Avantageusement, l'obturateur est un volet rotatif fixé à l'arbre d'actionnement. 25 L'obturateur peut être vissé, soudé, brasé à l'axe. Selon un exemple de mise en oeuvre de la vanne, le fluide circulant dans le conduit contient des gaz d'échappement d'un moteur thermique. Selon un mode de réalisation préféré, la vanne est une vanne de recirculation des gaz d'échappement entre un circuit d'échappement et un circuit d'admission d'un moteur thermique. 30 Avantageusement, les gaz d'échappement recirculés sont recirculés dans le circuit d'admission en aval d'un compresseur d'un dispositif de suralimentation du moteur thermique. 5 Autrement dit, la vanne est utilisée selon l'architecture dite « haute pression ». Ce type de vanne est bien adapté à cette application, en raison notamment de son faible niveau de fuites. Selon une autre variante, la vanne est une vanne doseuse d'air comburant circulant dans un circuit d'admission d'un moteur thermique. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnée à titre d'exemples non limitatifs, accompagnée des figures ci-dessous : - La figure 1 représente une vue en coupe d'une vanne de recirculation de gaz d'échappement intégrant un dispositif d'actionnement selon l'invention, 10 - La figure 2 est une vue en perspective, partielle, du dispositif d'actionnement de la vanne de la figure 1, - La figure 3 est une vue en perspective, partielle, du dispositif d'actionnement de la vanne de la figure 1. Sur les différentes figures, les éléments analogues sont désignés par des références numériques 15 identiques. Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle. On a représenté sur la figure 1 une vanne 30 de circulation de fluide, comportant : - Un corps de vanne 10 définissant un conduit 11 de circulation de fluide, - Un obturateur 12 mobile entre une position d'ouverture permettant le passage du fluide dans le 20 conduit 11 et une position de fermeture empêchant le passage du fluide dans le conduit 11, - Un dispositif d'actionnement 20, l'obturateur 12 étant lié à l'arbre d'actionnement 3. Le fluide circulant dans le conduit 11 contient des gaz d'échappement d'un moteur thermique. Plus précisément, sur l'exemple ici représenté la vanne 30 est une vanne de recirculation des gaz 25 d'échappement entre un circuit d'échappement et un circuit d'admission d'un moteur thermique. Les gaz d'échappement recirculés sont recirculés dans le circuit d'admission en aval d'un compresseur d'un dispositif de suralimentation du moteur thermique. Les gaz d'échappement recirculés sont prélevés dans le circuit d'échappement du moteur en amont de la turbine. Autrement dit, la vanne 30 est utilisée selon l'architecture dite « haute pression ». 30 Le corps de vanne 10 reçoit les principaux éléments de la vanne 30. La vanne 30 possède un capot 21 permettant de fermer de manière hermétique aux corps solides et liquides le corps de vanne 10. 6 Le dispositif d'actionnement 20 permet d'actionner l'obturateur 12. L'obturateur 12 en mobile en translation entre une position de fermeture du conduit 11 dans laquelle l'obturateur repose sur un siège 18, comme représenté sur la figure 1, et une position de levée maximale dans laquelle la distance entre l'obturateur 12 et le siège 18 est maximale. 5 L'obturateur 12 est une soupape, la soupape étant liée à l'arbre d'actionnement 3. L'obturateur 12 peut aussi être désigné par le terme « tête de soupape ». L'arbre d'actionnement 3 est dans l'exemple représenté la tige de soupape à laquelle est lié l'obturateur 12. Plus précisément, l'obturateur 12 est une soupape mobile en translation, la soupape étant fixée à l'arbre d'actionnement 3. On entend par « fixée » que la soupape est rigidement liée à l'arbre 10 d'actionnement 3, et qu'il n'existe aucun degré de liberté de l'obturateur 12 par rapport à l'arbre d'actionnement 3. L'obturateur 12 et l'arbre 3 peuvent être soudés ensemble. La soudure peut par exemple être une soudure laser réalisée entre le bord du logement débouchant 13 de l'obturateur 12 et l'arbre 3. Une unité électronique de contrôle, par exemple celle pilotant le fonctionnement du moteur 15 thermique, contrôle le dispositif d'actionnement 20. Plus précisément, l'unité électronique de contrôle gère le courant d'alimentation du moteur électrique 5 du dispositif d'actionnement 20, afin d'assurer le degré d'ouverture souhaité de l'obturateur 12. Le débit de gaz d'échappement recirculés peut ainsi être régulé à la valeur de consigne imposée. Le débit de la vanne 30 peut varier de façon continue, par variation continue de la position de l'obturateur 12. Le moteur électrique 5 est ici un 20 moteur à courant continu. L'unité électronique de contrôle n'a pas été représentée sur les figures. Le connecteur 22 situé sur le capot 21 permet d'assurer la connexion électrique entre la vanne 30 et l'unité électronique de contrôle. Lorsque l'obturateur 12 repose sur son siège 18, le débit de gaz dans le conduit est nul. Par débit nul, 25 on entend qu'il n'y a pas d'écoulement de gaz, à l'exception des inévitables fuites parasites, qui sont négligeables. Lorsque l'obturateur 12 est en position de levée maximale, la section de passage des gaz dans le conduit 11 est maximale. La figure 2 détaille un dispositif d'actionnement 20 selon l'invention. 30 Le dispositif d'actionnement 20, destiné à être intégré dans une vanne 30 pour moteur thermique, comporte : - un moteur électrique 5 agencé pour entrainer en rotation une première roue dentée 1 mobile en rotation autour d'un premier axe D1, 7 - une deuxième roue dentée 2 mobile en rotation autour d'un deuxième axe D2, la deuxième roue dentée 2 étant cinématiquement liée avec un arbre d'actionnement 3, la deuxième roue dentée 2 engrenant avec la première roue dentée 1, dans lequel la première roue dentée 1 et la deuxième roue dentée 2 sont des roues coniques. 5 Par roue conique, on entend que la surface primitive de la roue dentée est un cône. Par cône, on entend la figure géométrique à trois dimensions engendrée par la révolution autour d'un axe fixe d'une droite sécante à cet axe. Grace à la forme conique de la denture, le contact entre les dents est de type linéique. La pression de contact entre les dents est diminuée par rapport aux vannes selon l'état de l'art 10 possédant des dentures cylindriques à axes non parallèles. Le moteur électrique 5 comporte un arbre de rotation 4, et la première roue dentée 1 est solidaire de l'arbre de rotation 4 du moteur électrique 5. Autrement dit, le moteur électrique 5 entraine directement la deuxième roue dentée 2 par l'intermédiaire du pignon 1. 15 La première roue dentée 1 est mobile en rotation autour d'un premier axe D1 et la deuxième roue dentée 2 est mobile en rotation autour d'un deuxième axe D2. Sur l'exemple représenté, l'axe D1 de la première roue dentée 1 et l'axe D2 de la deuxième roue dentée 2 sont sécants. Cette disposition permet d'optimiser le rendement mécanique du dispositif d'actionnement. 20 Plus précisément, l'axe D1 de la première roue dentée 1 et l'axe D2 de la deuxième roue dentée 2 sont sécants et perpendiculaires. Cette disposition permet d'obtenir un dispositif d'actionnement compact. L'arbre de rotation 4 du moteur électrique 5 s'étend selon un axe D3, l'arbre d'actionnement 3 s'étend selon un axe D4, l'axe D3 de l'arbre du moteur électrique 5 étant perpendiculaire avec l'axe 25 D4 de l'arbre d'actionnement 3. Dans l'exemple représenté sur les figures, l'axe D3 de l'arbre de rotation 4 du moteur électrique est confondu avec l'axe D1 de la première roue dentée. De même, l'axe D4 de l'arbre d'actionnement 3 est confondu avec l'axe D2 de la deuxième roue dentée. La deuxième roue dentée 2 est en matière plastique. 30 La première roue dentée 1 est métallique. La roue dentée présente ainsi une bonne résistance à l'usure et assure une bonne fiabilité. Selon le mode de réalisation illustré, la première roue dentée 1 possède une denture droite. 8 De même, la deuxième roue dentée 2 possède une denture droite. Par « denture droite », on entend que la direction des génératrices du profil de denture passe par le sommet du cône formant la surface primitive de la roue dentée. L'arbre d'actionnement 3 est mobile en translation par rapport au corps de vanne 10. 5 On entend ici que l'arbre d'actionnement 3 possède ici un mouvement de translation pure. L'obturateur 12 lié à l'arbre d'actionnement 3 possède donc également un mouvement de translation pure. Pour cela, un système anti-rotation 23 est fixé à l'arbre d'actionnement 3 et prend appui sur une partie rigidement liée au corps de vanne 10. L'arbre 3 est ainsi bloqué en rotation, mais peut se 10 déplacer en translation le long de l'axe D4. Sur l'exemple représenté, par exemple sur la figure 3, l'arbre d'actionnement 3 est lié à la deuxième roue dentée 2 par l'intermédiaire d'une vis à billes 14. La vis à billes 14 permet de garantir un faible niveau de frottements et de faibles jeux dans le mécanisme. Cela contribue à ce que la vanne 30 possède un bon rendement mécanique et une 15 bonne précision de positionnement de l'arbre d'actionnement 3 et donc de l'obturateur 12. Comme représenté sur la figure 3, la vis à billes 14 possède une bague intérieure 15 et une bague extérieure 16, les deux bagues 15,16 étant concentriques, et l'arbre d'actionnement 3 est fixé à la bague intérieure 15 de la vis à billes 14. Un ensemble de billes 17 circule dans une piste hélicoïdale formée conjointement sur la surface latérale intérieure de la bague extérieure 16 et sur la surface 20 latérale extérieure de la bague intérieure 15. Le contact entre les deux bagues 15, 16 est assuré par l'intermédiaire des billes 17. La deuxième roue dentée 2 est fixée à la bague extérieure 16 de la vis à billes 14. La bague extérieure 16 de la vis à billes est solidaire de la cage intérieure d'un roulement 19. Le roulement 19 est disposé dans un alésage 24 du corps 10, l'alésage 24 assurant le maintien radial 25 du roulement 19. Le maintien axial du roulement 19 est assuré par des vis, non représentées. Les vis prennent appui sur une surface latérale de la cage extérieure du roulement et plaquent le roulement 19 contre la paroi de fond de l'alésage. Le mot « comporte » n'exclut pas la présence d'autres éléments. De même, les termes « un » et « une » signifient « au moins un » et « au moins une ». 30 Selon des modes de réalisation non représentés, le dispositif d'actionnement ainsi que la vanne de circulation de fluide intégrant ce dispositif peuvent également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou combinées entre elles : 9 - Le moteur électrique 5 peut comporter un arbre de rotation 4, la première roue dentée 1 étant une roue intermédiaire engrenant avec un pignon solidaire de l'arbre de rotation 4, la première roue dentée 1 engrenant avec la deuxième roue dentée 2. - L'axe D1 de la première roue dentée 1 et l'axe D2 de la deuxième roue dentée 2 peuvent être 5 non concourants. La première et la deuxième roue dentée forment alors un engrenage hypoïde. - L'angle entre l'axe D1 de la première roue dentée 1 et l'axe D2 de la deuxième roue dentée 2 peut être compris entre 70° et 900 . - La deuxième roue dentée 2 peut être métallique. - La première roue dentée 1 peut être en matière plastique. 10 - La première roue dentée 1 peut posséder une denture hélicoïdale. - La deuxième roue dentée 2 peut posséder une denture hélicoïdale. Les roues à denture de profil hélicoïdal, encore appelée denture spirale, permettent de diminuer le jeu entre les roues dentées ainsi d'améliorer la précision du positionnement de l'arbre d'actionnement. 15 - La deuxième roue dentée 2 peut s'étendre sur un secteur angulaire inférieur à 300°. Lorsque le débattement angulaire nécessaire à la deuxième roue dentée est de moins d'un tour, la roue dentée peut prendre la forme d'un secteur angulaire. Autrement dit, les dents de la roue dentée sont présentes sur un angle inférieur à 360°. L'encombrement de la deuxième roue dentée est ainsi réduit. 20 - L'arbre d'actionnement 3 peut être agencé pour décrire un mouvement hélicoïdal par rapport au corps de vanne 10. Cette configuration est par exemple celle d'une soupape pivotant autour de son axe en même temps qu'elle se déplace en translation. - L'arbre d'actionnement 3 peut être mobile en rotation par rapport au corps de vanne 10. 25 - L'obturateur 12 peut être un volet rotatif. Ce type d'obturateur permet de limiter les pertes de charges dans la vanne. - En particulier, l'obturateur 12 peut être un volet rotatif fixé à l'arbre d'actionnement 3. L'obturateur peut être vissé, soudé, brasé à l'axe. - La vanne 30 peut être une vanne doseuse d'air comburant circulant dans un circuit d'admission 30 d'un moteur thermique. 10 Bien entendu, d'autres modifications et variations peuvent être aisément réalisées par l'homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisation illustrés. L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés dans cette demande, qui sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas destinés à limiter la portée de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif d'actionnement (20) destiné à être intégré dans une vanne (30) pour moteur thermique, comportant : - un moteur électrique (5) agencé pour entrainer en rotation une première roue dentée (1) mobile en rotation autour d'un premier axe (D1), - une deuxième roue dentée (2) mobile en rotation autour d'un deuxième axe (D2), la deuxième roue dentée (2) étant cinématiquement liée avec un arbre d'actionnement (3), la deuxième roue dentée (2) engrenant avec la première roue dentée (1), dans lequel la première roue dentée (1) et la deuxième roue dentée (2) sont des roues coniques. 2. Dispositif d'actionnement (20) selon la revendication 1, dans lequel l'axe (D1) de la première roue dentée (1) et l'axe (D2) de la deuxième roue dentée (2) sont sécants et perpendiculaires. 3. Dispositif d'actionnement (20) selon la revendication 1, dans lequel l'axe (D1) de la première roue dentée (1) et l'axe (D2) de la deuxième roue dentée (2) sont non concourants. 4. Dispositif d'actionnement (20) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l'arbre de rotation (4) du moteur électrique (5) s'étend selon un axe (D3), l'arbre d'actionnement (3) s'étend selon un axe (D4), l'axe (D3) de l'arbre du moteur électrique (5) étant perpendiculaire avec l'axe (D4) de l'arbre d'actionnement (3). 5. Dispositif d'actionnement (20) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la première roue dentée (1) possède une denture droite et la deuxième roue dentée (2) possède une denture droite. 6. Dispositif d'actionnement (20) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la première roue dentée (1) possède une denture hélicoïdale et la deuxième roue dentée (2) possède une denture hélicoïdale. 7. Vanne (30) de circulation de fluide, comportant : - Un corps de vanne(10) définissant un conduit (11) de circulation de fluide, - Un obturateur (12) mobile entre une position d'ouverture permettant le passage du fluide dans le conduit (11) et une position de fermeture empêchant le passage du fluide dans le conduit (11), - Un dispositif d'actionnement (20) selon l'une des revendications précédentes, l'obturateur (12) étant lié à l'arbre d'actionnement (3). 8. Vanne (30) selon la revendication 7, dans laquelle l'arbre d'actionnement (3) est mobile en rotation par rapport au corps de vanne (10). 12 9. Vanne (30) selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle l'arbre d'actionnement (3) est agencé pour décrire un mouvement hélicoïdal par rapport au corps de vanne (10). 10. Vanne (30) selon l'une des revendications 7 à 9, dans laquelle la vanne est une vanne de recirculation des gaz d'échappement entre un circuit d'échappement et un circuit d'admission 5 d'un moteur thermique.