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FR3035700A1 - Systeme de regulation de fluide par rotation pour commander un ecoulement de liquide d'un vehicule automobile - Google Patents

Systeme de regulation de fluide par rotation pour commander un ecoulement de liquide d'un vehicule automobile Download PDF

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FR3035700A1
FR3035700A1 FR1653707A FR1653707A FR3035700A1 FR 3035700 A1 FR3035700 A1 FR 3035700A1 FR 1653707 A FR1653707 A FR 1653707A FR 1653707 A FR1653707 A FR 1653707A FR 3035700 A1 FR3035700 A1 FR 3035700A1
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valve
rotational
rotational fluid
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FR1653707A
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Thomas Geffert
Frank Blum
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

La présente invention concerne un système de régulation de fluide par rotation (1) avec un carter (2) doté d'une ouverture d'aspiration (3) et d'au moins une ouverture d'échappement (4), avec un élément de soupape (5) réalisé en creux et logé de façon à pouvoir tourner dans le carter (2) pour former un canal de fluide (6), un élément d'entraînement par moteur électrique étant prévu à l'aide duquel l'élément de soupape (5) peut être tourné, la rotation de l'élément de soupape (5) réalisé en creux permettant de régler ou de bloquer une liaison de fluide entre l'ouverture d'aspiration (3) et au moins une ouverture d'échappement (4).

Description

1 DESCRIPTION La présente invention concerne un système de régulation de fluide par rotation, par exemple notamment un système de régulation de fluide par rotation pour commander un écoulement de fluide d'un véhicule automobile.
Les systèmes de régulation de fluide par rotation sont connus dans l'état de la technique. Le document DE 10 2011 120 798 Al expose ainsi un tel système de régulation de fluide par rotation dans lequel un disque tournant doté d'ouvertures est logé de façon pivotante dans un carter. L'écoulement de fluide est guidé perpendiculairement au plan du disque tournant à travers les ouvertures, de sorte qu'une déviation du fluide de 180° est effectuée à l'intérieur du carter, ce qui a une influence négative sur la chute de pression. Le document DE 100 53 850 Al expose un système de régulation de fluide par rotation réalisé sous la forme d'une soupape excentrée, comportant au moins une rondelle pivotante pouvant être disposée au niveau d'un siège de soupape. La rondelle pivote ainsi en partant du siège de soupape, pour diriger un écoulement de fluide à travers une ouverture d'échappement. La chute de pression est encore très importante lors de l'ouverture de la soupape du fait de la position de la rondelle. L'objectif de la présente invention est de mettre à disposition un système de régulation de fluide par rotation de construction simple permettant toutefois une bonne capacité de réglage ou d'ajustement des écoulements de fluide avec une chute de pression réduite. En l'occurrence, un réglage sûr mais économique en terme d'énergie d'une position intermédiaire doit également pouvoir être possible. Cet objectif est atteint avec un système de régulation de fluide par rotation avec un carter doté d'une ouverture d'aspiration et d'au moins une ouverture d'échappement, avec un élément de soupape réalisé en creux ou de façon creuse logé de façon à pouvoir être tourné dans le carter pour former un canal de fluide, un élément d'entraînement par moteur électrique étant prévu à l'aide duquel l'élément de soupape peut être tourné, la rotation de l'élément de soupape réalisé en creux ou de façon creuse permettant de 3035700 - 2 - régler ou de bloquer une liaison de fluide entre l'ouverture d'aspiration et au moins une ouverture d'échappement. Un exemple de réalisation de la présente invention concerne un système de régulation de fluide par rotation avec un carter doté d'au moins 5 une ouverture d'admission et d'au moins une ouverture d'échappement, avec un élément de soupape réalisé en creux et logé de façon à pouvoir être tourné dans le carter pour former un canal de fluide, un élément d'entraînement par moteur électrique étant prévu à l'aide duquel l'élément de soupape peut être tourné, la rotation de l'élément de soupape réalisé en 10 creux permettant de régler ou de bloquer une liaison de fluide entre l'ouverture d'aspiration et au moins une ouverture d'échappement. Ceci permet de commander ou de régler l'écoulement de fluide sans grande chute de pression sur la base de la formation de l'élément de soupape, lorsque l'écoulement traversant de l'élément de soupape est maximal. On 15 atteint ainsi une réduction simple de l'écoulement traversant et le cas échéant également une répartition entre différentes ouvertures d'échappement. En l'occurrence, il est particulièrement avantageux que deux ouvertures d'échappement ou plus soient prévues, de sorte qu'un 20 écoulement de fluide peut être réparti sur l'une et/ou l'autre ouverture d'échappement. L'écoulement de fluide peut ainsi être réparti soit sur une ouverture d'échappement soit sur l'autre ouverture d'échappement ou le cas échéant même être réparti sur les deux ouvertures d'échappement en même temps.
25 En l'occurrence, il est également avantageux que l'élément d'entraînement par moteur électrique soit notamment réalisé sous la forme d'un moteur électrique et qu'il comporte un élément de sortie relié à l'élément de soupape via une transmission, pour ainsi entraîner l'élément pour sa mise en rotation. On obtient ainsi une commande particulièrement 30 efficace et une bonne capacité de réglage. Selon un aspect de la présente invention, il est avantageux que la transmission soit une transmission à barre crantée ou une transmission à roue dentée. Ceci permet de convertir le mouvement de rotation de l'élément de sortie de l'élément d'entraînement en un mouvement de rotation de l'élément de soupape, une adaptation de la vitesse de rotation étant également possible en option. 3035700 - 3 - Il est également avantageux de prévoir un élément de freinage à l'aide duquel la position de l'élément de soupape dans le carter peut être bloquée. Cet élément de freinage rend possible la fixation de l'élément de soupape sans devoir alimenter en permanence le moteur d'entraînement, ce 5 qui nécessite des courants élevés. Ce blocage permet de déconnecter le moteur dans ces situations d'entraînement, parce que l'élément de freinage réalise le blocage et/ou le maintien de l'élément de soupape dans la position réglée. Il est également avantageux que l'élément de freinage soit un 10 élément de freinage magnéto-rhéologique. Cet élément de freinage magnéto-rhéologique peut de façon avantageuse être commandé en appliquant ou pas un champ magnétique. Lorsqu'un champ magnétique est appliqué, un agent ou milieu magnéto-rhéologique est enchaîné, ce qui rend un déplacement dans l'agent ou le milieu difficile, voire impossible. C'est 15 ainsi qu'un élément est fixé dans l'agent ou le milieu. Si le champ magnétique est de nouveau déconnecté, l'enchaînement est supprimé, ce qui rend le mouvement à travers l'agent ou le milieu de nouveau possible et/ou plus facile. En l'occurrence, l'élément de freinage peut être utilisé de façon à freiner le mouvement, de façon à l'entraver entièrement ou à seulement en 20 réduire la vitesse. En l'occurrence, il est possible selon la présente invention que l'agent ou milieu magnéto-rhéologique soit un fluide magnéto-rhéologique ou en variante également une sorte de poudre composée d'éléments magnéto-rhéologiques secs.
25 Il est également avantageux que l'élément de freinage magnéto- rhéologique comporte un élément logé de façon à pouvoir se déplacer dans une chambre, un matériau magnéto-rhéologique étant logé dans la chambre, ce matériau empêchant ou entravant à l'état magnétisé le déplacement de l'élément mobile dans la chambre et n'empêchant ou n'entravant pour 30 l'essentiel pas le déplacement de l'élément mobile à l'état non magnétisé. Ceci permet, par la mise en place ou la déconnexion d'un champ magnétique, de réaliser un freinage et ainsi un maintien d'un élément dans une chambre, cet élément étant relié par exemple à l'élément de soupape, de sorte que l'élément de soupape peut également être réglé dans la position 35 respective. En l'occurrence il est particulièrement avantageux que l'élément mobile soit une sorte de piston ou de poussoir logé de façon à 3035700 - 4 - pouvoir se déplacer ou coulisser dans le sens de la longueur dans une chambre. Ceci permet un réglage de l'élément de soupape via un mouvement longitudinal ou un mouvement axial. Il est également opportun que l'élément mobile soit une sorte 5 de piston de torsion ou de poussoir de torsion logé de façon à pouvoir se déplacer en tournant dans une chambre. Ceci permet de régler et d'arrêter un élément effectuant un mouvement de rotation. Ceci permet d'arrêter un mouvement de rotation d'un élément de soupape à l'aide d'un élément pouvant également effectuer un mouvement de rotation.
10 En l'occurrence il est particulièrement avantageux qu'un élément à accumulation d'énergie (ou de force), tel qu'un ressort, soit prévu, cet élément agissant sur la transmission ou sur l'élément de soupape, pour provoquer à l'état non entraîné une action de force en direction d'une position d'extrémité de l'élément de soupape, de sorte que l'élément de 15 soupape puisse se déplacer dans cette position d'extrémité. Ceci permet d'obtenir une fonction de sécurité s'activant par un réglage défini en cas de panne mécanique ou de panne de courant. Dans un tel cas, l'élément à accumulation d'énergie (ou de force) déplace l'élément de soupape dans une position définie en agissant par exemple sur la transmission.
20 La présente invention va être expliquée en détail par la suite à l'aide d'un exemple de réalisation, en se référant au dessin dans lequel : la figure 1 illustre une représentation éclatée d'un système de régulation de fluide par rotation ; la figure 2 illustre une vue schématique d'un premier exemple 25 de réalisation d'un système de régulation de fluide par rotation ; la figure 3 illustre une autre vue schématique du système de régulation de fluide par rotation selon la figure 2 ; la figure 4 illustre une vue schématique d'un autre exemple de réalisation d'un système de régulation de fluide par rotation ; 30 la figure 5 illustre une autre vue schématique du système de régulation de fluide par rotation selon la figure 4 ; et la figure 6 illustre une autre vue schématique du système de régulation de fluide par rotation selon la figure 4. La figure 1 illustre un exemple de réalisation d'un système de 35 régulation de fluide par rotation 1 dans une représentation éclatée. En l'occurrence, des composants individuels du système de régulation de fluide 3035700 - 5 - par rotation sont représentés séparément, pour mieux permettre de les identifier. Le système de régulation de fluide par rotation 1 comporte un carter 2 dans lequel une ouverture d'aspiration 3 et au moins une ouverture 5 d'échappement 4 sont prévues. Dans l'exemple de réalisation, deux ouvertures d'échappement 4 sont prévues. En l'occurrence, l'ouverture d'aspiration 3 est disposée au niveau d'un côté axial avant du carter 2 et les deux ouvertures d'échappement 4 sont disposées au niveau d'une paroi reposant à l'extérieur dans le plan radial.
10 Un élément de soupape 5 disposé de façon à pouvoir tourner est logé dans le carter 2, cet élément reliant l'ouverture d'aspiration 3 à au moins une des ouvertures d'échappement 4 ou seulement à une des ouvertures d'échappement 4 ou à aucune des ouvertures d'échappement 4. Une des ouvertures d'échappement 4, les deux ouvertures d'échappement 4 15 ou aucune des ouvertures d'échappement 4 est ainsi respectivement reliée à l'ouverture d'aspiration 3 en fonction de la position de l'élément de soupape 5 dans le carter 2. L'élément de soupape 5 est réalisé en creux ou de façon creuse et forme un canal de fluide 6. Ce canal de fluide 6 s'étend dans l'élément de 20 soupape 5 au début depuis la droite, dans une direction axiale, puis de façon incurvée avant de déboucher dans la direction radiale au niveau d'une paroi périphérique radiale 7 de l'élément de soupape 5. L'ouverture d'admission 8 de l'élément de soupape 5 est en communication fluide avec l'ouverture d'aspiration 3 tandis que l'ouverture d'échappement 9 de l'élément de 25 soupape 5 peut être reliée par rotation de l'élément de soupape 5 dans le carter 2 à au moins une des ouvertures d'échappement 4 du carter 2. Ceci permet de réaliser une liaison ciblée entre l'ouverture d'aspiration 3 et au moins une des ouvertures d'échappement 4. L'élément de soupape 5 est réalisé de telle sorte qu'il comporte 30 un manchon s'emboîtant dans l'ouverture d'aspiration pour y être raccordé. Il comporte à l'extérieur dans le plan radial une paroi périphérique pouvant glisser dans le carter 2, les ouvertures de l'élément de soupape 5 étant prévues à l'extérieur dans le plan radial au niveau de la paroi périphérique et pouvant s'aligner respectivement, en fonction de la position de l'élément 35 de soupape, avec au moins une des ouvertures d'échappement. Un élément d'étanchéité 10 est disposé dans le plan radial entre l'élément de soupape 5 et la paroi intérieure de carter du carter 2, ledit 3035700 - 6 - élément permettant d'étanchéifier l'ouverture d'échappement respective par rapport aux fuites d'écoulement. Un écoulement sortant du fluide est empêché dans le cas dans lequel l'ouverture d'échappement 9 de l'élément de soupape 5 n'est pas alignée avec l'ouverture d'échappement 4 du carter 5 2. Des manchons d'étanchéité ou manchons de raccordement 11 sont utilisés à l'extérieur dans les ouvertures d'échappement 4 pour permettre un raccordement de fluide. L'élément de soupape 5 est disposé de façon étanche par 10 rapport au carter 2 dans la région de l'ouverture d'aspiration 3, à l'aide de bagues d'étanchéité 12, par exemple de joints toriques. Un élément d'entraînement par moteur électrique 13 est prévu au niveau du carter 2, cet élément permettant d'entraîner en rotation l'élément de soupape 5.
15 Une liaison fluide réalisée entre l'ouverture d'aspiration 3 et au moins une ouverture d'échappement 4 peut être réglée ou également en variante bloquée par rotation de l'élément de soupape 5 réalisé en creux. L'élément d'entraînement par moteur électrique 13, par exemple un moteur électrique, comporte un élément de sortie 14, par 20 exemple un arbre de sortie pouvant être amené en rotation. L'élément de soupape 5 comporte également un arbre ou peut être relié à lui, de sorte qu'une transmission 15 peut être prévue entre l'élément de soupape 5 et l'élément de sortie 14, pour transposer le mouvement de rotation d'entraînement de l'élément d'entraînement par moteur électrique 13 en un 25 mouvement de rotation de l'élément de soupape. Selon les figures 2 et 3, la transmission 15 est une transmission à roue dentée effectuant notamment une réduction à deux niveaux. Elle peut être réalisée autrement, par exemple sous la forme d'une transmission sans fin ou d'une transmission à un niveau. En l'occurrence, la transmission 15 30 est disposée au niveau du côté du carter 2 opposée à l'ouverture d' aspiration. Un capteur 16 est en outre prévu pour identifier la position de l'élément de soupape 5 dans le carter 2 détectant la position de rotation de l'élément de soupape. Ce capteur peut être par exemple un capteur à effet 35 de Hall ou équivalent. Les figures 4 à 6 illustrent une vue d'un autre exemple de réalisation dans laquelle une transmission à barre crantée 20 est prévue en 3035700 - 7 - variante de l'exemple de réalisation des figures 1 à 3. En l'occurrence, une roue dentée 21 engrenant l'endentement 22 de la barre dentée 23 est reliée à l'élément de sortie 14 de l'élément d'entraînement par moteur électrique 13. Une roue dentée 24 est également reliée à l'élément de soupape 5, ladite 5 roue dentée engrenant également l'endentement 22 de la barre dentée 23. Un mouvement d'entraînement partant de l'élément d'entraînement par moteur électrique 13 est transmis à l'élément de soupape 5 par coulissement de la barre dentée 23. Un élément à accumulation d'énergie ou de force 25, tel qu'un 10 ressort, est en outre prévu sur les figures 4 et 5, ledit élément agissant sur la transmission ou en variante et en option sur l'élément de soupape, pour provoquer à l'état non entraîné une action de force en direction d'une position d'extrémité de l'élément de soupape 5, de sorte que l'élément de soupape 5 puisse se déplacer dans cette position d'extrémité. En 15 l'occurrence, l'élément à accumulation d'énergie 25 est un ressort agissant sur la barre dentée 23 dans une direction longitudinale, pour solliciter la barre dentée 23 en direction de la flèche 26. Une fonction dite à sûreté intégrée (ou "fail-safe") est ainsi obtenue. L'élément à accumulation d'énergie 25 et/ou le ressort peut en variante également être réalisé 20 autrement, par exemple sous la forme d'un ressort de torsion ou d'un ressort enroulé etc. agissant sur un élément de transmission de la transmission. Le ressort peut ainsi également être prévu dans les exemples de réalisation des figures 1 à 3, pour agir par exemple sur une roue dentée. Ceci n'est toutefois pas illustré.
25 La figure 6 illustre dans un autre exemple de réalisation qu'un élément de freinage 30 est prévu en sus à l'aide duquel la position de l'élément de soupape 5 peut être bloquée dans le carter 2. En l'occurrence, l'élément de freinage 30 est un élément de freinage magnéto-rhéologique avec un élément logé de façon à pouvoir se déplacer 32 dans une chambre 30 31, un matériau magnéto-rhéologique 33 étant logé dans la chambre 31, ce matériau empêchant à l'état magnétisé le déplacement de l'élément mobile 32 dans la chambre 31 et n'empêchant ou n'entravant pour l'essentiel pas le déplacement de l'élément mobile 32 dans la chambre 31 à l'état non magnétisé.
35 L'élément mobile 32 est réalisé à la façon d'un piston ou d'un poussoir disposé au niveau d'une barre 34. Le piston servant d'élément mobile est logé de façon à pouvoir se déplacer dans le sens de la longueur 3035700 - 8 - dans la chambre 31, la barre 34 saillant hors de la chambre 31 et pouvant par exemple être reliée à la barre dentée 23. En variante, l'élément mobile peut également être réalisé à la façon d'un piston de torsion ou d'un poussoir de torsion logé de façon à 5 pouvoir se déplacer en tournant dans une chambre. Cette configuration serait possible dans une configuration des figures 1 à 3. Le matériau magnéto-rhéologique est en l'occurrence de façon préférée une poudre magnéto-rhéologique sèche ou un fluide contenant un matériau magnétique dans lequel l'application d'un champ magnétique 10 provoque un enchaînement d'éléments empêchant un glissement à travers le matériau. L'élément mobile peut glisser à travers le matériau magnéto-rhéologique lorsque le champ magnétique est supprimé. Les parties, éléments, composants, pièces et moyens suivants de l'invention sont référencés comme suit sur les dessins annexés : 15 1 Système de régulation de fluide par rotation 2 Carter 3 Ouverture d'aspiration 4 Ouverture d'échappement 5 Élément de soupape 20 6 Canal de fluide 7 Paroi périphérique 8 Ouverture d'admission 9 Ouverture d'échappement 10 Élément d'étanchéité 25 11 Manchon de raccordement 12 Bague d' étanchéité 13 Élément d'entraînement 14 Élément de sortie 15 Transmission 30 16 Capteur 20 Transmission à barre crantée 21 Roue dentée 22 Endentement 23 Barre dentée 35 24 Roue dentée 25 Élément à accumulation d'énergie 26 Flèche, direction 3035700 - 9 - 30 Élément de freinage 31 Chambre 32 Élément 33 Matériau magnéto-rhéologique 5 34 Barre Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour 10 autant du domaine de protection de l'invention.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Système de régulation de fluide par rotation (1) avec un carter (2) doté d'une ouverture d'aspiration (3) et d'au moins une ouverture d'échappement (4), avec un élément de soupape (5) réalisé en creux ou de façon creuse logé de façon à pouvoir être tourné dans le carter (2) pour former un canal de fluide (6), un élément d'entraînement par moteur électrique (13) étant prévu à l'aide duquel l'élément de soupape (5) peut être tourné, la rotation de l'élément de soupape (5) réalisé en creux ou de façon creuse permettant de régler ou de bloquer une liaison de fluide entre l'ouverture d'aspiration (3) et au moins une ouverture d'échappement (4).
  2. 2. Système de régulation de fluide par rotation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux ouvertures d'échappement (4) ou plus sont prévues, de sorte qu'un écoulement de fluide puisse être réparti sur une et/ou l'autre ouverture d'échappement (4).
  3. 3. Système de régulation de fluide par rotation (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément d'entraînement par moteur électrique (13) est notamment réalisé sous la forme d'un moteur électrique et qu'il comporte un élément de sortie (14) relié à l'élément de soupape (5) via une transmission (15), pour ainsi entraîner l'élément pour sa mise en rotation.
  4. 4. Système de régulation de fluide par rotation (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la transmission (15) est une transmission à barre crantée (20) ou une transmission à roue dentée.
  5. 5. Système de régulation de fluide par rotation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un élément 25 de freinage (30) est prévu à l'aide duquel la position de l'élément de soupape (5) peut être bloquée dans le carter (2).
  6. 6. Système de régulation de fluide par rotation (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de freinage (30) est un élément de freinage magnéto-rhéologique. 30
  7. 7. Système de régulation de fluide par rotation (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément de freinage magnéto-rhéologique comporte un élément (32) logé de façon à pouvoir se déplacer dans une chambre (31), un matériau magnéto-rhéologique (33) étant logé dans la chambre (31), ledit matériau empêchant ou entravant le déplacement 3035700 - 11 - de l'élément mobile (32) dans la chambre (31) à l'état magnétisé et n'empêchant ou n'entravant pour l'essentiel pas le déplacement de l'élément mobile (32) à l'état non magnétisé.
  8. 8. Système de régulation de fluide par rotation (1) selon la 5 revendication 7, caractérisé en ce que l'élément mobile (32) est une sorte de piston ou de poussoir logé de façon à pouvoir se déplacer dans le sens de la longueur dans une chambre (31).
  9. 9. Système de régulation de fluide par rotation (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément mobile (32) est une sorte de 10 piston de torsion ou de poussoir de torsion logé de façon à pouvoir se déplacer en tournant dans une chambre (31).
  10. 10. Système de régulation de fluide par rotation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un élément à accumulation d'énergie (25), tel qu'un ressort, est prévu, cet élément 15 agissant sur la transmission (15) ou sur l'élément de soupape (5), pour provoquer à l'état non entraîné une action de force en direction d'une position d'extrémité de l'élément de soupape (5), de sorte que l'élément de soupape puisse se déplacer dans cette position d'extrémité.
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