Brevet FR3067779A1 — publié le 20181221

Dispositif d'actionnement pour actionneur de contrôle moteur, comprenant un mécanisme de vis à billes avec cage La présente invention concerne un dispositif d'actionnement pour actionneur de contrôle moteur, notamment une vanne de recirculation de gaz d'échappement pour moteur thermique d'automobile. Afin d'optimiser le fonctionnement des moteurs à combustion, il est bien connu de contrôler la quantité de gaz d'échappement recirculés entre le circuit d'échappement et le circuit d'admission du moteur. Le débit de gaz recirculés est contrôlé précisément par une vanne électrique commandée par l'unité électronique de commande du moteur du véhicule. Une telle vanne est décrite notamment par le brevet du demandeur FR 2 947 027. Le débit de gaz recirculés est géré par la position d'une soupape permettant d'obturer partiellement ou complètement le conduit de passage des gaz recirculés. Le mouvement de rotation d'un moteur électrique est transformé en un mouvement de translation de la soupape grâce à un mécanisme de transformée de mouvement. Il est également connu, notamment par la demande de brevet FR3040746, d'utiliser une vis à billes pour réaliser la transformation du mouvement de rotation de l'arbre du moteur électrique de la vanne en un mouvement de translation de la soupape. Dans un tel dispositif, des billes sont disposées entre une vis et un écrou, la vis et l'écrou possédant une piste hélicoïdale dans laquelle les billes se déplacent. La vis et l'écrou ne sont pas en contact direct, puisque les billes sont interposées entre les deux pièces et roulent dans la piste hélicoïdale lors du déplacement d'une pièce par rapport à l'autre. Un tel dispositif à billes permet ainsi d'obtenir un faible niveau de frottement, tout en ayant peu de jeu dans le mécanisme. Le rendement mécanique et la précision du mécanisme d'actionnement de la soupape sont ainsi améliorés. Le déplacement relatif entre la vis et l'écrou provoque un déplacement continu des billes, et de façon classique la vis à billes comporte un canal de recirculation permettant de définir un circuit fermé dans lequel circule les billes lors du mouvement relatif de la vis par rapport à l'écrou. Un premier inconvénient d'un tel canal de recirculation est son encombrement radial. Le diamètre de l'écrou doit ainsi être augmenté afin de recevoir le canal de recirculation des billes, également appelé recirculateur. Un autre inconvénient est l'augmentation du nombre de pièces dans le mécanisme, ainsi que les difficultés à réaliser l'assemblage du mécanisme. L'invention vise à fournir un mécanisme simplifié de transformée de mouvement, utilisant des billes pour la liaison cinématique entre la vis et l'écrou, et ne possédant pas de canal de recirculation des billes. 2 A cet effet, l'invention propose un dispositif d'actionnement pour actionneur de contrôle moteur, comportant : - Une bague mobile autour d'un axe, - Un arbre mobile par rapport à l'axe, 5 - Un ensemble de billes agencées pour permettre un mouvement hélicoïdal de la bague par rapport à l'arbre, - Une cage comportant un logement recevant les billes, caractérisé en ce que l'ensemble de billes est fixe en translation et libre en rotation par rapport à la cage. 10 La cage permet de maintenir les billes. Les billes sont maintenues dans le logement de la cage tout en pouvant tourner sur elles-mêmes. La bague et l'arbre forment ainsi une vis à billes ne comportant pas de canal de recirculation des billes. L'encombrement de la vis à billes peut être diminué, puisqu'il n'est pas nécessaire de loger un canal de recirculation des billes. Selon un mode de réalisation, la bague possède une forme de cylindre creux. 15 Selon un mode de réalisation préféré, la cage est disposée radialement entre la bague et l'arbre. Avantageusement, le dispositif d'actionnement est configuré pour permettre une rotation de la cage par rapport à l'arbre lors d'une rotation de l'arbre par rapport à la bague. Avantageusement encore, le dispositif d'actionnement est configuré pour permettre une rotation de la cage par rapport à la bague lors d'une rotation de l'arbre par rapport à la bague. 20 De préférence, le dispositif d'actionnement est configuré pour permettre une translation de la cage par rapport à la bague lors d'une rotation de l'arbre par rapport à la bague. Selon un mode de réalisation préféré, l'arbre comprend une piste hélicoïdale formée sur une portion de la périphérie de l'arbre. De préférence, l'ensemble de billes est disposé dans une piste hélicoïdale de l'arbre de façon à 25 circuler dans la piste hélicoïdale de l'arbre lors d'un mouvement de l'arbre par rapport à la bague. Selon un mode de réalisation préféré, la bague comprend une piste hélicoïdale formée sur une portion d'une surface intérieure de la bague. Avantageusement, l'ensemble de billes est disposé dans une piste hélicoïdale de la bague de façon à circuler dans la piste hélicoïdale de la bague lors d'un mouvement de l'arbre par rapport à la bague. 30 L'ensemble des billes circule dans la piste hélicoïdale formée conjointement sur la surface intérieure de la bague et sur la surface extérieure de l'arbre. La cage assure le maintien des billes et empêche 3 leur démontage intempestif. Les billes peuvent pivoter sur elles mêmes à l'intérieur de la cage. La bague et l'arbre forment ainsi une vis à billes ne comportant pas de canal de recirculation des billes. L'encombrement de la vis à bille peut être diminué, puisqu'il n'est pas nécessaire de loger un canal de recirculation des billes. 5 De préférence, le logement de la cage possède une forme hélicoïdale. Selon un mode de réalisation, le logement de la cage comporte au moins deux compartiments distincts, les compartiments étant séparés par un muret de séparation. Selon un mode de réalisation préféré, le logement de la cage est une rainure hélicoïdale réalisée dans une portion tubulaire de la cage. 10 Avantageusement, le pas de l'hélice du logement de la cage est identique au pas de l'hélice de la piste hélicoïdale de l'arbre. L'écartement des billes peut ainsi rester constant, les frottements entre les différentes billes sont ainsi minimisés. Avantageusement encore, le pas de l'hélice du logement de la cage est identique au pas de l'hélice 15 de la piste hélicoïdale de la bague. Comme précédemment, l'écartement des billes peut ainsi rester constant, les frottements entre les différentes billes sont ainsi minimisés. Selon un mode de réalisation, la cage est de forme générale cylindrique. La cage est ainsi fabriquée simplement. 20 Selon un mode de réalisation, l'arbre traverse la cage d'une extrémité axiale de la cage à l'autre extrémité axiale de la cage. De préférence, les billes sont identiques. Selon un mode de réalisation, la cage est en matière plastique. Avantageusement, la cage est obtenue par moulage. 25 En variante, la cage est métallique. De préférence, la cage contient des additifs réducteurs de frottement. En variante ou de manière complémentaire, la bague contient des additifs réducteurs de frottement. L'utilisation d'additifs réducteurs de frottement dans l'une ou plusieurs pièces en mouvement du dispositif d'actionnement permet de limiter le frottement et l'usure. 4 De préférence, l'arbre, la bague et les billes sont formés dans des matériaux possédant le même coefficient de dilatation thermique. Ainsi, le jeu de fonctionnement reste sensiblement constant même lorsque la température du dispositif d'actionnement varie. Les frottements évoluent donc peu avec la température. 5 Selon un mode de réalisation, l'arbre, la bague et les billes sont formés dans le même matériau. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'arbre, la bague et les billes sont métalliques. Par exemple, l'arbre, la bague et les billes sont en acier inoxydable. Ce matériau confère une dureté élevée permettant un faible niveau d'usure. Selon un mode de réalisation, le nombre de billes est compris entre 16 et 28. 10 Un tel nombre de billes permet d'assurer un bon guidage de l'arbre par rapport à la bague, tout en limitant l'encombrement axial du dispositif. De préférence, la vitesse de déplacement angulaire de l'arbre par rapport à la cage est comprise entre 65% et 85% de la vitesse de déplacement angulaire de l'arbre par rapport à la bague. De préférence encore, la vitesse de déplacement angulaire de la cage par rapport à la bague est 15 comprise entre 15% et 35% de la vitesse de déplacement angulaire de l'arbre par rapport à la bague. L'invention concerne également une vanne de circulation de fluide, comportant : Un dispositif d'actionnement tel que décrit précédemment, la bague étant fixe en translation et libre en rotation, l'arbre étant fixe en rotation et libre en translation, Un obturateur mobile lié à l'arbre, 20 Un conduit de circulation de fluide, l'obturateur mobile étant agencé pour contrôler le débit de fluide circulant dans le conduit de circulation de fluide. Une vanne de circulation de fluide intégrant un dispositif d'actionnement selon l'invention peut être moins volumineuse qu'une vanne selon l'état de l'art, tout en bénéficiant des avantages de 25 l'utilisation d'une vis à billes. Selon un mode de réalisation, l'obturateur mobile est une soupape mobile en translation. Avantageusement, la tête de la soupape est fixée à l'arbre. En variante, l'obturateur mobile est un volet mobile en rotation. Le volet pivote autour d'un axe, et le mouvement de translation de l'arbre du dispositif 30 d'actionnement fait pivoter le volet. 5 Selon un mode de réalisation préféré, la vanne est une vanne de recirculation de gaz d'échappement de moteur à combustion. L'intégration d'un dispositif d'actionnement selon l'invention dans une vanne de recirculation de gaz d'échappement permet d'obtenir une bonne précision du contrôle du débit de gaz d'échappement 5 recirculés ainsi qu'un bon rendement mécanique. 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 partielle, en coupe, d'une vanne de recirculation de 10 gaz d'échappement pouvant intégrer un dispositif d'actionnement selon l'invention, - La figure 2 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'actionnement selon l'invention, - La figure 3 est une vue éclatée du dispositif d'actionnement de la figure 2, - La figure 4 est une vue en coupe, partielle, d'un dispositif d'actionnement selon un 15 mode de réalisation de l'invention, - Les figures 5 et 6 sont respectivement une vue de coté et une vue en coupe d'une bague d'un dispositif d'actionnement selon l'invention, - Les figures 7 et 8 sont respectivement une vue de coté et une vue en coupe d'une cage d'un dispositif d'actionnement selon l'invention. 20 Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle. Il est représenté sur la figure 1 une vanne 30 de circulation de fluide, comportant : Un dispositif d'actionnement 1, une bague 2 fixe en translation et libre en rotation, un arbre 3 fixe en rotation et libre en translation, 25 Un obturateur mobile 11 lié à l'arbre 3, Un conduit 12 de circulation de fluide, l'obturateur mobile 11 étant agencé pour contrôler le débit de fluide circulant dans le conduit 12 de circulation de fluide. La vanne 30 est sur l'exemple décrit une vanne de recirculation de gaz d'échappement de moteur à 30 combustion. Une partie des gaz d'échappement peut ainsi être recirculée entre le circuit d'échappement et le circuit d'admission d'un moteur à combustion. La vanne 30 permet de contrôler le débit de gaz d'échappement recircu lés. 6 La vanne 30 comporte un corps de vanne 14 qui définit un conduit de circulation de fluide 12. Un obturateur mobile 11 permet de contrôler le débit circulant dans le conduit 12. L'obturateur mobile 11 est une soupape mobile en translation. La tête de la soupape est fixée à l'arbre 3. La tête de soupape est ici soudée sur l'arbre 3. 5 En position de fermeture, la tête de la soupape 11 repose sur un siège 18. Le passage des gaz d'échappement est ainsi totalement obturé. La position de la soupape 11 est contrôlée par un moteur électrique 15, qui entraine un dispositif d'actionnement 1 par l'intermédiaire d'une roue dentée 16. La roue dentée 16 est solidaire de la bague 2 du dispositif d'actionnement 1. Le dispositif d'actionnement 1 permet de transformer un 10 mouvement de rotation de la bague 2 en un mouvement de translation de la soupape 11. La bague 2 est solidaire d'un roulement 17 disposé dans le corps de vanne 14. Le roulement 17 est maintenu dans le corps de vanne afin de réaliser l'arrêt axial de la bague 2. L'arbre 3 comporte un dispositif d'anti-rotation, non représenté, empêchant la rotation de l'arbre 3 par rapport au corps de vanne 14. Une rotation de la bague 2 permet ainsi d'obtenir un mouvement 15 de translation pure de l'arbre 3. Ainsi la rotation de l'arbre du moteur électrique 15 permet de commander la position en translation de la soupape 11. En contrôlant la levée de la soupape, c'est-à-dire la distance entre la soupape 11 et le siège 18, le débit de gaz d'échappement traversant la vanne 30 peut être contrôlé. Le moteur électrique 15 est commandé par l'unité électronique de contrôle pilotant l'ensemble des actionneurs 20 du moteur thermique. Cette unité électronique de contrôle n'a pas été représentée. L'axe de l'arbre de rotation du moteur électrique 15 et l'axe de rotation de la roue dentée 16 sont perpendiculaires. Le dispositif d'actionnement 1, pour actionneur de contrôle moteur, comporte : - Une bague 2 mobile autour d'un axe D, 25 - Un arbre 3 mobile par rapport à l'axe D, - Un ensemble de billes 4 agencées pour permettre un mouvement hélicoïdal de la bague 2 par rapport à l'arbre 3, - Une cage 6 comportant un logement 7 recevant les billes 4, et est caractérisé en ce que l'ensemble de billes 4 est fixe en translation et libre en rotation par 30 rapport à la cage 6. Comme représenté notamment sur la figure 3, la bague 2 possède une forme de cylindre creux. La cage 6 est disposée radialement entre la bague 2 et l'arbre 3. La cage 6 est de forme générale cylindrique. 7 Les différentes pièces du dispositif d'actionnement 1 sont détaillées sur la vue éclatée de la figure 3 ainsi que sur la figure 4. La cage 6 permet de maintenir l'ensemble de billes 4. Les billes 4 sont maintenues dans le logement 7 de la cage 6 tout en pouvant tourner sur elles mêmes. La bague 2 et l'arbre 3 forment ainsi une vis à billes ne comportant pas de canal de recirculation des billes. 5 L'encombrement de la vis à bille peut être diminué, puisqu'il n'est pas nécessaire de loger de recirculateur. Le dispositif d'actionnement est configuré pour permettre une rotation de la cage 6 par rapport à l'arbre 3 lors d'une rotation de l'arbre 3 par rapport à la bague 2. De plus, le dispositif d'actionnement 1 est configuré pour permettre une rotation de la cage 6 par 10 rapport à la bague 2 lors d'une rotation de l'arbre 3 par rapport à la bague 2. Le dispositif d'actionnement 1 est configuré pour permettre une translation de la cage 6 par rapport à la bague 2 lors d'une rotation de l'arbre 3 par rapport à la bague 2. L'arbre 3 comprend une piste hélicoïdale 5 formée sur une portion de la périphérie de l'arbre 3. L'ensemble de billes 4 est disposé dans la piste hélicoïdale 5 de l'arbre 3 de façon à circuler dans la 15 piste hélicoïdale 5 de l'arbre 3 lors d'un mouvement de l'arbre 3 par rapport à la bague 2. De même, la bague 2 comprend une piste hélicoïdale 8 formée sur une portion d'une surface intérieure 9 de la bague 2. L'ensemble de billes 4 est disposé dans la piste hélicoïdale 8 de la bague 2 de façon à circuler dans la piste hélicoïdale 8 de la bague 2 lors d'un mouvement de l'arbre 3 par rapport à la bague 2. 20 L'ensemble des billes 4 circule ainsi dans la piste hélicoïdale formée conjointement dans la surface intérieure 9 de la bague 2 et sur la surface extérieure de l'arbre 3. Chaque bille est en contact avec la piste hélicoïdale 5 réalisée sur l'arbre 3, et est également en contact avec la piste hélicoïdale 8 réalisée dans la bague 2. La cage 6 assure le maintien des billes 4 et empêche leur démontage. Les billes 4 peuvent pivoter sur elles mêmes à l'intérieur de la cage 6. La bague 2 et l'arbre 3 forment 25 ainsi une vis à billes ne comportant pas de canal de recirculation des billes. L'encombrement de la vis à bille peut être diminué, puisqu'il n'est pas nécessaire de loger de canal de recirculation des billes. Le logement 7 de la cage 6 possède une forme hélicoïdale. Comme on peut le voir notamment sur les figures 3 et 7, le logement 7 de la cage 6 est une rainure 30 hélicoïdale réalisée dans une portion tubulaire de la cage 6. La rainure s'étend de la surface extérieure 22 de la cage 6 jusqu'à la surface intérieure 23 de la cage 6. Autrement dit, et comme représenté sur les figures 7 et 8, la rainure hélicoïdale traverse la cage 6 selon une direction radiale. 8 Le pas h6 de l'hélice du logement 7 de la cage 6 est identique au pas de l'hélice de la piste hélicoïdale 5 de l'arbre 3. De même, le pas h6 de l'hélice du logement 7 de la cage 6 est identique au pas h2 de l'hélice de la piste hélicoïdale 8 de la bague 2. 5 L'écartement entre les billes 4 peut ainsi rester constant lors de d'une rotation de l'arbre 3 par rapport à la bague 2. Les frottements entre les différentes billes 4 sont ainsi minimisés. Lorsque la bague 2 tourne par rapport à l'arbre 3, les billes 4 se déplacent dans la piste hélicoïdale formée conjointement dans la bague 2 et sur l'arbre 3. Les billes 4 exercent ainsi un effort sur la cage 6. La cage 6 est ainsi entrainée en rotation ainsi qu'en translation. En d'autres termes, un 10 mouvement de rotation de la bague 2 par rapport à l'arbre 3 est accompagné par un mouvement de translation et de rotation de la cage. La vitesse de déplacement angulaire de l'arbre 3 par rapport à la cage 6 est comprise entre 65% et 85% de la vitesse de déplacement angulaire de l'arbre 3 par rapport à la bague 2. De même, la vitesse de déplacement angulaire de la cage 6 par rapport à la bague 2 est comprise 15 entre 15% et 35% de la vitesse de déplacement angulaire de l'arbre 3 par rapport à la bague 2. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 4, l'arbre 3 traverse la cage 6 d'une extrémité axiale 19 de la cage 6 à l'autre extrémité axiale 21 de la cage 6. Les billes 4 sont identiques. Sur l'exemple représenté, la cage 6 est métallique. La cage 6 est obtenue par moulage. 20 La cage 6 contient des additifs réducteurs de frottement. En variante ou de manière complémentaire, la bague 2 peut contenir des additifs réducteurs de frottement. L'utilisation d'additifs réducteurs de frottement dans l'une ou plusieurs pièces en mouvement du dispositif d'actionnement permet de limiter le frottement ainsi que l'usure du mécanisme. 25 L'arbre 3, la bague 2 et les billes 4 sont formés dans des matériaux possédant le même coefficient de dilatation thermique. Ainsi, le jeu de fonctionnement reste sensiblement constant même lorsque la température du dispositif d'actionnement varie. En effet, les gaz d'échappement pouvant entrer dans la vanne 30 à une température dépassant 800°C, la température de l'ensemble des composants de la vanne est 30 susceptible d'évoluer pendant l'utilisation. Les frottements évoluent donc peu avec la température. De plus, l'apparition de contraintes internes sur les billes 4 est évitée. L'arbre 3, la bague 2 et les billes 4 sont formés dans le même matériau. L'arbre 3, la bague 2 et les billes 4 sont ici métalliques. Plus précisément, l'arbre 3, la bague 2 et les billes 4 sont en acier inoxydable. Ce matériau confère une dureté élevée permettant un faible niveau d'usure et une bonne fiabilité. 9 Le dispositif d'actionnement représenté sur la figure 3 comporte 10 billes. Plus généralement, le nombre de billes 4 peut être compris entre 16 et 28. Un tel nombre de billes permet d'assurer un bon guidage de l'arbre par rapport à la bague, tout en limitant l'encombrement axial du dispositif. 5 Selon des modes de réalisation non représentés, le dispositif d'actionnement et la vanne de circulation de fluide peuvent également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou combinées entre elles : - Le logement 7 de la cage 6 comporte au moins deux compartiments distincts, les compartiments étant séparés par un muret de séparation. 10 - La cage 6 peut être en matière plastique. - L'obturateur mobile 11 peut être un volet mobile en rotation. Le volet pivote autour d'un axe, et le mouvement de translation de l'arbre du dispositif d'actionnement fait pivoter le volet autour de son axe. 15 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. REVENDICATIONS1. Dispositif d'actionnement (1) pour actionneur de contrôle moteur, comportant : Une bague (2) mobile autour d'un axe (D), Un arbre (3) mobile par rapport à l'axe (D), Un ensemble de billes (4) agencées pour permettre un mouvement hélicoïdal de la bague (2) par rapport à l'arbre (3), Une cage (6) comportant un logement (7) recevant les billes (4), caractérisé en ce que l'ensemble de billes (4) est fixe en translation et libre en rotation par rapport à la cage (6). 2. Dispositif d'actionnement (1) selon la revendication 1, dans lequel la cage (6) est disposée radialennent entre la bague (2) et l'arbre (3). 3. Dispositif d'actionnement (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'ensemble de billes (4) est disposé dans une piste hélicoïdale (5) de l'arbre (3) de façon à circuler dans la piste hélicoïdale (5) de l'arbre (3) lors d'un mouvement de l'arbre (3) par rapport à la bague (2). 4. Dispositif d'actionnement (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'ensemble de billes (4) est disposé dans une piste hélicoïdale (8) de la bague (2) de façon à circuler dans la piste hélicoïdale (8) de la bague (2) lors d'un mouvement de l'arbre (3) par rapport à la bague (2). 5. Dispositif d'actionnement (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le logement (7) de la cage (6) possède une forme hélicoïdale. 6. Dispositif d'actionnement (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le logement (7) de la cage (6) est une rainure hélicoïdale réalisée dans une portion tubulaire de la cage (6). 7. Dispositif d'actionnement (1) selon l'une des revendications 5 ou 6 lorsqu'elle dépend de la revendication 3, dans lequel le pas (h6) de l'hélice du logement (7) de la cage (6) est identique au pas de l'hélice de la piste hélicoïdale (5) de l'arbre (3). 8. Dispositif d'actionnement (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la vitesse de déplacement angulaire de l'arbre (3) par rapport à la cage (6) est comprise entre 65% et 85% de la vitesse de déplacement angulaire de l'arbre (3) par rapport à la bague (2). 9. Vanne (30) de circulation de fluide, comportant : 11 - Un dispositif d'actionnement (1) selon l'une des revendications précédentes, la bague (2) étant fixe en translation et libre en rotation, l'arbre (3) étant fixe en rotation et libre en translation, Un obturateur mobile (11) lié à l'arbre (3), 5 - Un conduit (12) de circulation de fluide, l'obturateur mobile (11) étant agencé pour contrôler le débit de fluide circulant dans le conduit (12) de circulation de fluide. 10. Vanne (30) selon la revendication précédente, dans laquelle la vanne (30) est une vanne de recirculation de gaz d'échappement de moteur à combustion. 10