Brevet FR3084415A1 — publié le 20200131

Ensemble de couplage mécanique, notamment pour vanne papillon de dispositif d'échappement La présente invention concerne un ensemble de couplage mécanique, comprenant deux arbres alignés et reliés par un organe de couplage. Un tel ensemble de couplage est par exemple destiné à équiper une vanne papillon de dispositif de régulation ou de recirculation de gaz d'échappement, par exemple dans un véhicule automobile. Plus particulièrement, l'ensemble de couplage couple dans ce cas un clapet de la vanne papillon avec un actionneur. L'ensemble de couplage doit être capable de transmettre intégralement un mouvement mécanique, sans jeu, et dans le même temps d'empêcher la transmission de chaleur depuis la vanne vers l'actionneur. On connait déjà, dans l'état de la technique, des ensembles de couplage, mais ceux-ci ne sont généralement pas satisfaisants, en ce qu'ils ne remplissent pas de manière satisfaisante les deux fonctions évoquées ci-dessus. L'invention a notamment pour but de fournir un ensemble de couplage remplissant de manière satisfaisante ces deux fonctions. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un ensemble de couplage, comprenant : - un premier arbre s'étendant le long d'un axe entre une première extrémité et une seconde extrémité, - un second arbre s'étendant le long de l'axe entre une extrémité proximale et une extrémité distale, et - un organe de couplage des premier et second arbres, dans lequel l'organe de couplage est formé d'une pièce d'un seul tenant et solidarisé d'une part à la seconde extrémité du premier arbre et d'autre part à l'extrémité distale du second arbre, en laissant un espace libre entre cette seconde extrémité du premier arbre et cette extrémité distale du second arbre. De par sa rigidité axiale et radiale, l'organe de couplage permet la transmission intégrale d'un couple sans jeu. Par ailleurs, l'espace libre limite fortement la transmission de chaleur du second arbre vers le premier arbre, l'air présentant une conductivité thermique faible. Un ensemble de couplage selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. 2 - l'organe de couplage comporte une première partie solidarisée à la seconde extrémité du premier arbre, une seconde partie solidarisée à l'extrémité distale du second arbre, et une partie de liaison rigide reliant les première et seconde parties entre elles. - la partie de liaison rigide de l'organe de couplage est ajourée ; 5 - la partie de liaison rigide de l'organe de couplage comporte au moins un bras de liaison rigides, par exemple trois bras de liaison rigides, s'étendant entre la première et la seconde parties de la pièce rigide ; - l'au moins un bras de liaison rigide est courbe, et présente par exemple une forme générale hélicoïdale ; 10 - la partie de liaison rigide de l'organe de couplage comporte un grillage, par exemple formé par une mousse métallique ; - l'organe de couplage, le premier arbre et le second arbre sont venus de matière ; - l'organe de couplage et l'un des premier ou second arbres sont venus de matière, et l'autre des premier ou second arbres est rapporté sur l'organe de couplage et 15 solidarisé à cet organe de couplage, par exemple par soudage ; et - l'organe de couplage est rigide axialement et/ou radialement, de préférence rigide axialement et radialement. L'invention concerne également une vanne papillon pour dispositif d'échappement de gaz, notamment de véhicule automobile, comportant : 20 - un corps de vanne délimitant un passage des gaz d'échappement, ledit passage s'étendant dans une direction longitudinale, - un clapet mobile en rotation autour d'un axe de rotation perpendiculaire à la direction longitudinale, entre une position d'obturation du passage et une position de libération du passage des gaz d'échappement, et 25 - un actionneur destiné à actionner le clapet entre ses positions d'obturation et de libération des gaz d'échappement, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble de couplage tel que défini précédemment, agencé de sorte que : - l'axe des premier et second arbres est confondu avec ledit axe de rotation, 30 - le premier arbre est solidaire du clapet mobile, et - l'extrémité proximale du second arbre est connectée à l'actionneur. Avantageusement, l'organe de couplage comporte une première partie solidarisée à la seconde extrémité du premier arbre, une seconde partie solidarisée à l'extrémité distale du second arbre, et une partie de liaison rigide reliant les première et seconde 35 parties entre elles, et le corps de vanne comporte un logement pour un organe de 3 guidage du premier arbre, la première partie de l'organe de couplage refermant ce logement en le recouvrant. L'invention concerne par ailleurs un procédé de fabrication de l'ensemble de couplage tel que défini précédemment, comprenant la réalisation de l'organe de couplage 5 d'un seul tenant et l'assemblage de l'organe de couplage avec les premier et second arbres en laissant un espace libre entre la seconde extrémité du premier arbre et l'extrémité distale du second arbre. De manière optionnelle, l'organe de couplage, le premier arbre et le second arbre sont réalisés par moulage d'un seul tenant. 10 De manière optionnelle, le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes : - fourniture d'une tige et surmoulage de l'organe de couplage sur la tige, ou fourniture d'une tige d'un seul tenant avec l'organe de couplage, et - perçage de la tige à travers l'organe de couplage, de manière à séparer la tige en premier et second arbres. 15 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble de couplage selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention ; 20 - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un organe de couplage de l'ensemble de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un ensemble de couplage selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un ensemble de couplage selon un 25 troisième exemple de mode de réalisation de l'invention, au cours d'un procédé de fabrication de cet ensemble de couplage ; - la figure 5 est une vue en perspective de l'ensemble de couplage de la figure 4, en fin de procédé de fabrication ; - la figure 6 est une vue en perspective d'une vanne papillon comprenant 30 l'ensemble de couplage de la figure 1. On a représenté sur la figure 1 un ensemble 10 de couplage, destiné à relier un actionneur avec un clapet de vanne papillon de dispositif d'échappement de gaz, notamment de véhicule automobile. L'ensemble de couplage 10 comprend un premier arbre 12 s'étendant le long d'un 35 axe X entre une première extrémité 12A et une seconde extrémité 12B, et un second 4 arbre 14 s'étendant le long de l'axe X entre une extrémité proximale 14A et une extrémité distale 14B. L'ensemble de couplage 10 comporte par ailleurs un organe 16 de couplage des premier 12 et second 14 arbres. 5 L'organe de couplage 16 est formé d'une pièce d'un seul tenant. Avantageusement, cet organe de couplage 16 est rigide axialement et/ou radialement, et de préférence rigide axialement et radialement. Cet organe de couplage 16 est solidarisé d'une part à la seconde extrémité 12B du premier arbre 12 et d'autre part à l'extrémité distale 14B du second arbre 14, en 10 laissant un espace libre 18 entre cette seconde extrémité 12B du premier arbre 12 et cette extrémité distale 14B du second arbre 14. L'espace 18 est dit libre car rien ne se trouve entre la seconde extrémité 12B du premier arbre 12 et l'extrémité distale 14B du second arbre 14. De préférence, la hauteur de l'espace libre 18, c'est-à-dire la distance entre la 15 seconde extrémité 12B du premier arbre 12 et l'extrémité distale 14B du second arbre 14, est inférieure à 30 mm, de préférence inférieure à 20 mm et encore de préférence sensiblement égale à 10 mm. Cette hauteur permet un bon compromis entre tenue mécanique de l'organe de couplage 16 et isolation thermique entre les arbres 12, 14. Afin d'assurer la liaison entre les premier 12 et second 14 arbres, l'organe de 20 couplage 16 comporte : - une première partie 16A, de forme générale de révolution autour de l'axe X, solidarisée à la seconde extrémité 12B du premier arbre 12, - une seconde partie 16B, de forme générale de révolution autour de l'axe X, solidarisée à l'extrémité distale 14B du second arbre 14, et 25 - une partie de liaison rigide 16C reliant les première 16A et seconde 16B parties entre elles. La partie de liaison 16C de l'organe de couplage 16 ne s'étend pas dans l'espace libre 18, mais entoure cet espace libre 18. La partie de liaison rigide 16C de l'organe de couplage 16 est ajourée, afin de 30 minimiser le pont thermique formé par cette partie de liaison 16C entre les première 16A et secondes 16B parties. Conformément au premier mode de réalisation, la partie de liaison rigide 16C de l'organe de couplage 16 comporte au moins un bras de liaison rigides 20, par exemple trois bras de liaison, s'étendant entre la première 16A et la seconde 16B parties de 35 l'organe de couplage 16. 5 Chaque bras de liaison 20 est courbe, et présente par exemple une forme générale hélicoïdale. Chaque bras de liaison 20 s'étend en s'écartant de l'axe X. Par exemple, l'envergure radiale de chaque bras de liaison 20 est supérieure à celle de la première partie 16A de l'organe de couplage 16. 5 On définira ci-dessous le chemin thermique formé par chaque bras de liaison 20, c'est-à-dire la distance parcourue par la chaleur en passant par ce bras de liaison 20, depuis le premier arbre 12 vers le second arbre 14. Avantageusement, le rapport du chemin thermique sur la hauteur de l'espace libre 18 est supérieur à 3, de préférence supérieur à 5. Dans un exemple de réalisation 10 particulièrement préféré, le rapport du chemin thermique sur la hauteur de l'espace libre 18 est compris entre 5 et 10. Par exemple, le chemin thermique formé par ces bras de liaison 20 est supérieur à 5 cm. Les bras de liaison 20 sont de préférence rigides, à la fois axialement et 15 radialement. Ainsi, ils ne se déforment pas lorsque le second arbre 14 est entraîné en rotation par un actionneur, si bien que le premier arbre 12 est également entraîné en rotation par le second arbre, sans jeu. On notera que les bras sont dits « rigides » lorsque, soumis à un effort inférieur à 2 N.m, le mouvement relatif, autour de l'axe X, entre les première 16A et seconde 16B parties de l'organe de couplage 16 est inférieur à 1°. Il 20 est à noter que les bras de liaison 20 sont généralement soumis à un effort d'environ 0,3 N.m dans un dispositif de gaz d'échappement. Comme cela est représenté sur la figure 2, les bras de liaison 20 présentent par exemple une section triangulaire. Une telle forme triangulaire est optimale pour un compromis entre une section de passage minimale et une surface d'échange maximale 25 avec l'air entourant les bras de liaison 20. Ainsi, une grande quantité de chaleur est évacuée avant de parvenir au second arbre 14. De préférence, les côtés de ce triangle présentent une longueur supérieure à 1,5 mm et/ou une longueur inférieure à 3mm. Dans un exemple préféré, la longueur est sensiblement égale à 2 mm. 30 On a représenté sur la figure 3 un ensemble de couplage 10 selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure, les éléments analogues à ceux des autres figures sont désignés par des références identiques. Conformément à ce deuxième exemple de mode de réalisation, la partie de liaison rigide 16C de l'organe de couplage 16 comporte un grillage, par exemple formé par une 35 mousse métallique comprenant des cellules alvéolaires. Une telle mousse métallique 6 forme un grand chemin thermique, tout en présentant une très grande surface d'échange avec l'air environnant. Ce grillage 16C présente des dimensions radiales supérieures à celle des arbres 12, 14, afin de maximiser le chemin thermique parcouru par la chaleur entre ces arbres à 5 travers ce grillage. On a représenté sur la figure 6 une vanne papillon 22 pour dispositif d'échappement de gaz, notamment de véhicule automobile, comprenant l'ensemble de couplage 10 selon le premier mode de réalisation. Toutefois, de manière totalement équivalente, la vanne papillon 22 pourrait comporter l'ensemble de couplage du second 10 mode de réalisation, ou selon tout autre mode de réalisation envisageable. La vanne papillon 22 comporte un corps de vanne 24, comprenant des bras 26 de fixation à un bâti 28 d'un actionneur 30. L'ensemble de couplage 10 est porté par le corps de vanne 24, et plus particulièrement par un organe de guidage en rotation, logé dans un logement 32 porté 15 par le corps de vanne 24. La première partie 16A de l'organe de couplage 16 a également pour fonction de former un capuchon refermant le logement 32 pour éviter l'introduction de particules extérieures (notamment d'eau, de boue, de sel, ou toute autre particule indésirable). La vanne papillon 22 comporte un clapet 34 logé dans un passage 36 de gaz 20 d'échappement ménagé dans le corps de vanne 24. Le clapet 34 est mobile en rotation autour de l'axe X, entre une position d'obturation du passage 36 et une position de libération de ce passage 36 des gaz d'échappement. Le clapet 34 est solidarisé au premier arbre 12. Le second arbre 14 est quant à lui relié, à son extrémité proximale 14A, à 25 l'actionneur 30. Ainsi, l'actionneur 30 permet la rotation du clapet 34 entre ses positions d'obturation et de libération du passage des gaz d'échappement, par l'intermédiaire du second arbre 14, de l'organe de couplage 16 et du premier arbre 12. Le premier arbre 12, en contact avec les gaz d'échappement, subit de fortes températures. 30 L'organe de couplage 16 de l'invention, grâce à l'espace libre 18, limite le transfert de chaleur entre le premier arbre 12 et le second arbre 14, si bien que la chaleur transmise à l'actionneur 30 est très limitée, afin de sauvegarder cet actionneur 30. Divers procédés de fabrication d'un ensemble de couplage 10 vont maintenant être décrits. 35 Conformément à un premier exemple, l'organe de couplage 16, le premier arbre 12 et le second arbre 14 sont venus de matière. Ils sont ainsi par exemple tous venus de 7 moulage en une seule pièce. Par exemple, le moulage est réalisé par une méthode de cire perdue, qui permet aisément d'obtenir une telle forme complexe. Conformément à un second exemple, l'organe de couplage 16 et l'un des premier 12 ou second 14 arbres sont venus de matière, et l'autre des premier 12 ou second 14 5 arbres est rapporté sur l'organe de couplage 16 et solidarisé à cet organe de couplage 16, par exemple par soudage. Dans ces premier et second exemples, l'organe de couplage 16 est assemblé avec les premier 12 et second 14 arbres en laissant l'espace libre 18 entre la seconde extrémité 12B du premier arbre 12 et l'extrémité distale 14B du second arbre 14. 10 Conformément à un troisième exemple, lorsque l'organe de couplage 16 est un grillage, celui-ci est par exemple réalisé par moulage en sable, et surmoulé sur les arbres 12, 14. Conformément à un quatrième exemple, représenté sur les figures 4 et 5, le procédé de fabrication comprend une étape de fourniture d'une tige 38, puis de 15 surmoulage de l'organe de couplage 16 sur la tige 38, de manière à obtenir une pièce intermédiaire telle que représentée sur la figure 4. Cette même pièce intermédiaire peut être réalisée par moulage en une seule pièce, par exemple par une méthode de cire perdue. Comme illustré sur la figure 5, le procédé comporte ensuite le perçage de la tige 20 38 à travers l'organe de couplage 16, de manière à séparer la tige 38 en premier 12 et second 14 arbres. La seconde extrémité 12B du premier arbre 12 et l'extrémité distale 14B du second arbre 14 sont ainsi formées lors de ce perçage. Cet exemple a été illustré avec l'ensemble de couplage 10 du second mode de réalisation, mais le procédé peut être réalisé à l'identique avec le premier mode de 25 réalisation, ou tout autre mode de réalisation envisageable. Il apparait clairement que l'ensemble de couplage 10 selon l'invention transmet un couple depuis l'actionneur 30 vers le clapet 34, sans élasticité ni jeu. Cela permet une position précise du clapet 34, commandée précisément et avec fiabilité par l'actionneur 30. 30 Par ailleurs, l'organe de coupage 16 augmente le chemin thermique entre les arbres 12, 14, REVENDICATIONS1. Ensemble de couplage (10), comprenant : - un premier arbre (12) s'étendant le long d'un axe (X) entre une première extrémité (12A) et une seconde extrémité (12B), - un second arbre (14) s'étendant le long de l'axe (X) entre une extrémité proximale (14A) et une extrémité distale (14B), et - un organe (16) de couplage des premier (12) et second (14) arbres, caractérisé en ce que l'organe de couplage (16) est formé d'une pièce d'un seul tenant, et solidarisé d'une part à la seconde extrémité (12B) du premier arbre (12) et d'autre part à l'extrémité distale (14B) du second arbre (14), en laissant un espace libre (18) entre cette seconde extrémité (12B) du premier arbre (12) et cette extrémité distale (14B) du second arbre (14). 2. Ensemble de couplage (10) selon la revendication 1, dans lequel l'organe de couplage (16) comporte : - une première partie (16A) solidarisée à la seconde extrémité (12B) du premier arbre (12), - une seconde partie (16B) solidarisée à l'extrémité distale (14B) du second arbre (14), et - une partie de liaison rigide (16C) reliant les première (16A) et seconde (16B) parties entre elles. 3. Ensemble de couplage (10) selon la revendication 2, dans lequel la partie de liaison rigide (16C) de l'organe de couplage (16) est ajourée. 4. Ensemble de couplage (10) selon la revendication 3, dans lequel la partie de liaison rigide (16C) de l'organe de couplage (16) comporte au moins un bras de liaison rigide (20), par exemple trois bras de liaison rigides (20), s'étendant entre la première (16A) et la seconde (16B) parties de l'organe de couplage (16). 5. Ensemble de couplage (10) selon la revendication 4, dans lequel l'au moins un bras de liaison rigide (20) est courbe, et présente par exemple une forme générale hélicoïdale. 9 6. Ensemble de couplage (10) selon la revendication 3, dans lequel la partie de liaison rigide (16C) de l'organe de couplage (16) comporte un grillage, par exemple formé par une mousse métallique. 5 7. Ensemble de couplage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'organe de couplage (16), le premier arbre (12) et le second arbre (14) sont venus de matière. 8. Ensemble de couplage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 10 dans lequel l'organe de couplage (16) et l'un des premier (12) ou second (14) arbres sont venus de matière, et l'autre des premier (12) ou second (14) arbres est rapporté sur l'organe de couplage (16) et solidarisé à cet organe de couplage (16), par exemple par soudage. 15 9. Ensemble de couplage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'organe de couplage (16) est rigide axialement et/ou radialement, de préférence rigide axialement et radialement. 10. Vanne papillon (22) pour dispositif d'échappement de gaz, notamment de 20 véhicule automobile, comportant : - un corps de vanne (24) délimitant un passage (36) des gaz d'échappement, ledit passage (36) s'étendant dans une direction longitudinale, - un clapet (34) mobile en rotation autour d'un axe de rotation (X) perpendiculaire à la direction longitudinale, entre une position d'obturation du passage et une position de 25 libération du passage des gaz d'échappement, et - un actionneur (30) destiné à actionner le clapet (34) entre ses positions d'obturation et de libération du passage des gaz d'échappement, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble de couplage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, agencé de sorte que : 30 - l'axe (X) des premier (12) et second (14) arbres est confondu avec ledit axe de rotation, - le premier arbre (12) est solidaire du clapet mobile (34), et - l'extrémité proximale (14A) du second arbre (14) est connectée à l'actionneur (30). 35 11. Vanne papillon (22) selon la revendication 10, dans laquelle : 10 - l'organe de couplage (16) comporte une première partie (16A) solidarisée à la seconde extrémité (12B) du premier arbre (12), une seconde partie (16B) solidarisée à l'extrémité distale (14B) du second arbre (14), et une partie de liaison rigide (16C) reliant les première (16A) et seconde (16B) parties entre elles, et 5 - le corps de vanne (24) comporte un logement (32) pour un organe de guidage du premier arbre (12), la première partie (16A) de l'organe de couplage (16) refermant ce logement (32) en le recouvrant. 12. Procédé de fabrication de l'ensemble de couplage (10) selon l'une quelconque 10 des revendications 1 à 8, comprenant la réalisation de l'organe de couplage (16) d'un seul tenant et l'assemblage de l'organe de couplage (16) avec les premier (12) et second (14) arbres en laissant un espace libre (18) entre la seconde extrémité (12B) du premier arbre (12) et l'extrémité distale (14B) du second arbre (14), dans lequel l'organe de couplage (16), le premier arbre (12) et le second arbre (14) sont réalisés par moulage d'un seul 15 tenant.