EP1882859B1 - Actionneur hydraulique amélioré pour boîte de vitesse d'un véhicule automobile - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a hydraulic actuator for a transmission mechanism of a vehicle, especially a motor vehicle, such as a semi-automatic or automatic gearbox.
- a unit 5 controls the hydraulic actuator to ensure the passage from one speed to another, depending on the choice of driver when the gearbox is in semi-automatic mode, or in function of a speed management system when this gearbox operates in automatic mode.
- the known actuator (for example, in the document WO 2004/085887 ), identified by 1 on the figure 1 , comprises a double-acting cylinder 2 defining two pressure chambers 3, 4 and a piston 6 displaceable in translation along a main direction A1, A'1 in two opposite directions.
- This actuator 1 is further provided with two three-way valves 11, 12, each interposed between a chamber 3, 4 of the jack, a pressurized source 7 and a recovery container 8; the three channels 11a, 11b, 11c and 12a, 12b, 12c respectively leading to the valves 11 and 12 and respectively connecting these valves 11 and 12 to the source 7, the chamber 3, 4 and the container 8.
- Each three-way valve 11, 12 can occupy an active state or an inactive state, in which the valve 11, 12 provides communication between two channels and isolates these channels from the third.
- each valve 11, 12 in its active state, provides the connection between the chamber 3, 4 and the source 7 while isolating the chamber 3, 4 of the container 8, and in its inactive state, the valve 11, 12 connects the chamber 3, 4 to the container 8 and isolates this chamber 3, 4 from the source 7, the two valves 11, 12 occupying each instant different states so as to allow movement of the piston 6 in two opposite directions.
- valves 11, 12 are further proportional type and each allow, in their active and inactive states, a modulation of the amounts of fluid flowing between the two channels in communication, so as to ensure a gradual displacement of the piston 7 in both opposite directions along the main axis A1, A'1.
- the invention relates to a hydraulic actuator comprising a double-acting cylinder provided with two pressure chambers and a piston displaceable in translation in a main direction in two opposite directions, a hydraulic power unit for the cylinder, a non-pressurized recovery vessel, and two three-way valves each interposed between a chamber, the hydraulic unit and the vessel, and each capable of occupying an active state, wherein the valve provides communication between the two channels respectively connected to the chamber and the source and isolates this chamber from the container, and an inactive state, in which the valve provides communication between the two channels respectively connected to the chamber and the container and isolates this chamber from the source, the two valves occupying at each moment states different so as to allow a gradual movement of the actuator in two opposite directions.
- one of the valves is proportional and defines in its two states, between the two channels in communication, a modulable amplitude opening, the other valve is binary and defines a fixed amplitude opening between the two. communication channels.
- the proportional valve is of the pressure solenoid type, the amplitude of the opening being a function of the pressure of the fluid downstream of the valve.
- the proportional valve is of solenoid type in flow, the amplitude of the opening being a function of the flow of fluid downstream of the valve.
- the invention also relates to a gearbox of a motor vehicle comprising one of the actuators above and a control unit delivering a control current of the proportional valve of this actuator, the amplitude of the opening defined by the valve being proportional to the control current.
- the hydraulic actuator 13 of the figure 2 is intended to equip an actuating mechanism for automated or semi-automated transmission, such as a gearbox of a motor vehicle (not shown).
- the actuator When the actuator is used in an automatic transmission, its movement is controlled by a management system according to the current engine speed.
- this actuator When this actuator is disposed within a semi-automatic gearbox, its movement is guided by a speed selection lever (not shown) manually operable by the driver of the vehicle.
- a control unit 20 delivers a control current i depending on the desired direction of movement for the actuator 13 and the desired amplitude of this displacement.
- This actuator 13 comprises a double-acting jack 14 provided with a piston 15 displaceable in a main horizontal direction A1, A'1 in two opposite directions marked respectively by F1 on the figure 2 and by F2 on the figure 3 , the body 16 of the piston 15 separating the jack 14 into two pressure chambers 17, 18.
- Each of these chambers 17, 18 is selectively connected to a hydraulic unit such as a source of pressurized fluid 19 or to a fluid recovery vessel 21 located at a pressure lower than the pressure of the fluid within the source 19. the example of the figures, the container 21 is at ambient pressure.
- a hydraulic unit such as a source of pressurized fluid 19 or to a fluid recovery vessel 21 located at a pressure lower than the pressure of the fluid within the source 19. the example of the figures, the container 21 is at ambient pressure.
- the selective connection between the two chambers 17, 18 and the source 19 or between these chambers 17, 18 and the container 21 is provided by two three-way solenoid valves 22, 23. These solenoid valves 22, 23 are further controlled by the control unit. aforementioned control 20 so as to regulate the amount of fluid through which these valves 22, 23 are traversed as a function of the control current i delivered by this unit and thus the displacement of the piston 15 of the cylinder 14.
- each valve 22, 23 is disposed at the intersection of three channels 22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c which are a first channel 22a, 23a providing a connection between the valve 22, 23 and the source 19, a second channel 22b, 23b connecting the valve 22, 23 to the relevant chamber 17, 18 and a third channel 22c, 23c allowing communication between the valve 22, 23 and the recovery container 21.
- the first channels 22a, 23a define a junction located downstream of the pressurized source 19.
- Each valve 22, 23 can occupy an active state in which it puts in communication the channels 22a, 23a and 22b, 23b, and connects accordingly the concerned chamber 17, 18 with the source 19, as represented on the figure 2 for the valve 22, causing the pressurized fluid filling of this chamber 17, 18 and consequently preventing the flow of fluid from the chamber 17, 18 to the recovery container 21, the channel 22c connecting the valve 22 to the container 21 acting as a bypass for the fluid coming from the source 19 in the event of overflow of fluid in the chamber 17.
- each valve 22, 23 can occupy an inactive state, as illustrated for the valve 23 of the figure 2 , in which it isolates the relevant chamber 17, 18 from the source 19 and establishes a communication between the channels 22b, 23b and 22c, 23c and thus a connection between the corresponding chamber 17, 18 and the container 21, so that the fluid pressurized from this chamber 17, 18 can flow to the unpressurized container 21.
- the two valves 22, 23 occupy at each moment different states, to move the piston in the two opposite directions F1 and F2.
- valve 23 occupies its inactive state and allows the fluid to flow from the second chamber 18 to the container 21.
- the pressurized fluid from the source 19 exerts, on the side of the first chamber 17, a force on the body 16 of the piston 15 tending to move in the direction indicated by F1.
- one of the valves 22 of the actuator 13 according to the invention is of the type proportional, the other valve 23 being of binary type.
- the proportional valve 22 can define between the two channels in communication in its respective states, that is to say between the channels 22a and 22b in its active state and between the channels 22b and 22c in its inactive state, a partial opening of the passage of the fluid, the amplitude of which is regulated as a function of the control current i.
- This valve 22 can therefore occupy a multitude of positions in each of its states (active / inactive), so as to modulate the amount of fluid passing through it.
- the valve 22 is of the proportional pressure solenoid valve type, that is to say that the fluid pressure downstream of this valve 22 is proportional to the control current i, and c is the force exerted on the piston which is regulated.
- the valve is of proportional flow type, in which case the flow rate of fluid downstream of the valve 22 is proportional to the control current i, so that it is the displacement of the piston 15 which is regulated.
- the binary valve 23 does not define between the channels in communication in its respective states, namely between the channels 23a and 23b in its active state and between the channels 23b and 23c in its inactive state, that an amplitude opening fixed fluid passage and occupies a single position in each of its states, namely a full open position between the channels 23a and 23b and total closure of the channel 23c in its active state and a full open position between channels 23b and 23c and total closure of channel 23a in its inactive state.
- the proportional valve 22 occupies an active state in which it defines a particular opening, directly dependent on the current delivered by the control unit, which is itself fixed by the aforementioned management system when the gearbox is in automatic mode , or by operating the shift lever exerted by the user when the gearbox is semi-automatic.
- the binary valve is controlled to its inactive state, and occupies its unique inactive position, for which it isolates the second chamber 18 from the source 19 and connects it to the container 21, allowing the flow of surplus fluid due to to the displacement of piston 15 in the direction F1, from the second chamber 18 to the recovery container 21.
- the binary valve 23 is controlled to its active state and occupies its unique position in which it connects the pressurized source 19 to the second chamber 18, so that the pressurized fluid exerts a force tending to move the piston 15 in the direction indicated by F2.
- the proportional valve 22 is controlled to its inactive state and defines between the channels 22b and 22c a particular opening whose amplitude depends on the control current i, so as to regulate according to this current, the amount of excess fluid flowing between the first chamber 17 and the container 21 due to the displacement of the piston 15 in the direction F2.
- the opening defined by the proportional valve 22 controls as a function of the control current i the amount of fluid that can flow from the first chamber 17 to the container and limits the displacement of the body 16 of the piston 15 to the first chamber 17 since the hydraulic fluid is incompressible. Consequently, this opening of the valve 22 controls the value of the force exerted on the piston on the side of the second chamber 18, again as a function of the control current i.
- the piston 15 is moved in the direction indicated by F2 by the application of a force proportional to the control current, with as much precision as for a displacement in the direction of the arrow F1 or that for the actuator known from the figure 1 which has two solenoid valves proportional type.
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Description
- L'invention concerne un actionneur hydraulique pour un mécanisme de transmission d'un véhicule, notamment un véhicule automobile, tel qu'une boîte de vitesses semi-automatique ou automatique. Pour ce type de boîte de vitesses, une unité 5 commande l'actionneur hydraulique afin d'assurer le passage d'une vitesse à une autre, en fonction du choix du conducteur lorsque la boîte de vitesses est en mode semi-automatique, ou en fonction d'un système de gestion des vitesses lorsque cette boîte de vitesses fonctionne en mode automatique.
- Afin d'assurer la fonction de passage des vitesses, l'actionneur connu (par exemple, dans le document
WO 2004/085887 ), repéré par 1 sur lafigure 1 , comprend un vérin à double effet 2 définissant deux chambres de pression 3, 4 et un piston 6 déplaçable en translation suivant une direction principale A1, A'1 selon deux sens opposés. - Cet actionneur 1 est encore pourvu de deux vannes trois voies 11, 12, interposées chacune entre une chambre 3, 4 du vérin, une source pressurisée 7 et un récipient de récupération 8 ; les trois voies 11a, 11b, 11c et 12a, 12b, 12c aboutissant respectivement aux vannes 11 et 12 et reliant respectivement ces vannes 11 et 12 à la source 7, à la chambre 3, 4 et au récipient 8.
- Chaque vanne trois voies 11, 12 peut occuper un état actif ou un état inactif, dans lesquels la vanne 11, 12 assure une communication entre deux voies et isole ces voies de la troisième.
- Plus précisément, dans son état actif, chaque vanne 11, 12 assure la liaison entre la chambre 3, 4 et la source 7 tout en isolant cette chambre 3, 4 du récipient 8, et dans son état inactif, la vanne 11, 12 relie la chambre 3, 4 au récipient 8 et isole cette chambre 3, 4 de la source 7, les deux vannes 11, 12 occupant à chaque instant des états différents de façon à permettre un déplacement du piston 6 selon les deux sens opposés.
- Ces deux vannes 11, 12 sont en outre de type proportionnel et permettent chacune, dans leurs états actif et inactif, une modulation des quantités de fluide circulant entre les deux voies en communication, de façon à assurer un déplacement graduel du piston 7 dans les deux sens opposés selon l'axe principal A1, A'1.
- Toutefois, les coûts de fabrication et d'entretien de cet actionneur sont importants et l'invention vise à palier cet inconvénient.
- A cet effet, l'invention concerne un actionneur hydraulique comprenant un vérin à double effet pourvu de deux chambres de pression et d'un piston déplaçable en translation suivant une direction principale selon deux sens opposés, un groupe hydraulique d'alimentation du vérin, un récipient de récupération non pressurisé, et deux vannes trois voies interposées chacune entre une chambre, le groupe hydraulique et le récipient, et pouvant occuper chacune un état actif, dans lequel la vanne assure une communication entre les deux voies reliées respectivement à la chambre et à la source et isole cette chambre du récipient, et un état inactif, dans lequel la vanne assure une communication entre les deux voies reliées respectivement à la chambre et au récipient et isole cette chambre de la source, les deux vannes occupant à chaque instant des états différents de façon à permettre un déplacement graduel de l'actionneur selon les deux sens opposés.
- Selon l'invention, l'une des vannes est proportionnelle et définit dans ses deux états, entre les deux voies en communication, une ouverture d'amplitude modulable, l'autre vanne est binaire et définit une ouverture d'amplitude fixe entre les deux voies en communication.
- Selon une autre caractéristique, la vanne proportionnelle est de type électrovanne en pression, l'amplitude de l'ouverture étant fonction de la pression du fluide en aval de la vanne.
- Selon encore une autre caractéristique, la vanne proportionnelle est de type électrovanne en débit, l'amplitude de l'ouverture étant fonction du débit de fluide en aval de la vanne.
- L'invention concerne également une boîte de vitesses d'un véhicule automobile comprenant l'un des actionneurs ci-dessus et une unité de commande délivrant un courant de commande de la vanne proportionnelle de cet actionneur, l'amplitude de l'ouverture définie par la vanne étant proportionnelle au courant de commande.
- L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description suivante, faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple parmi lesquels :
- la
figure 1 susmentionnée est un schéma de principe d'un actionneur hydraulique de type connu ; - la
figure 2 est un schéma de principe d'un actionneur selon l'invention pour un sens de déplacement positif du piston de l'actionneur ; - la
figure 3 est un schéma analogue à celui de lafigure 2 pour un sens de déplacement négatif du piston de l'actionneur. - L'actionneur hydraulique 13 de la
figure 2 est destiné à équiper un mécanisme d'actionnement pour transmission automatisée ou semi-automatisée, tel qu'une boîte de vitesses d'un véhicule automobile (non représentée). - Il permet d'actionner une fourchette de boîte de vitesses (non illustrée) du véhicule en vue du passage des rapports de vitesses dans ce véhicule.
- Lorsque l'actionneur est utilisé au sein d'une boîte de vitesses automatique, son déplacement est commandé par un système de gestion en fonction du régime courant du moteur.
- Lorsque cet actionneur est disposé au sein d'une boîte de vitesse semi-automatique, son déplacement est guidé par un levier de sélection de vitesse (non représenté) actionnable manuellement par le conducteur du véhicule.
- Dans les deux cas, une unité de commande 20 délivre un courant de commande i dépendant du sens du déplacement souhaité pour l'actionneur 13 et de l'amplitude désirée de ce déplacement.
- Cet actionneur 13 comprend un vérin à double effet 14 pourvu d'un piston 15 déplaçable suivant une direction principale horizontale A1, A'1 selon deux sens opposés repérés respectivement par F1 sur la
figure 2 et par F2 sur lafigure 3 , le corps 16 du piston 15 séparant le vérin 14 en deux chambres de pression 17, 18. - Chacune de ces chambres 17, 18 est sélectivement reliée à un groupe hydraulique tel qu'une source de fluide pressurisée 19 ou à un récipient de récupération de fluide 21 situé à une pression inférieure à la pression du fluide au sein de la source 19. Dans l'exemple des figures, le récipient 21 est à pression ambiante.
- La liaison sélective entre les deux chambres 17, 18 et la source 19 ou entre ces chambres 17, 18 et le récipient 21 est assurée par deux électrovannes trois voies 22, 23. Ces électrovannes 22, 23 sont en outre commandées par l'unité de commande susmentionnée 20 de façon à réguler la quantité de fluide par laquelle ces vannes 22, 23 sont traversées en fonction du courant de commande i délivré par cette unité et ainsi le déplacement du piston 15 du vérin 14.
- Plus précisément, chaque vanne 22, 23 est disposée à l'intersection de trois voies 22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c qui sont une première voie 22a, 23a assurant une liaison entre la vanne 22, 23 et la source 19, une deuxième voie 22b, 23b reliant la vanne 22, 23 à la chambre concernée 17, 18 et une troisième voie 22c, 23c permettant une communication entre la vanne 22, 23 et le récipient de récupération 21. Il est à noter que les premières voies 22a, 23a définissent une jonction située en aval de la source pressurisée 19.
- Chaque vanne 22, 23 peut occuper un état actif dans lequel elle met en communication les voies 22a, 23a et 22b, 23b, et relie en conséquence la chambre concernée 17, 18 avec la source 19, tel que représenté sur la
figure 2 pour la vanne 22, provoquant le remplissage en fluide pressurisé de cette chambre 17, 18 et interdisant en conséquence l'écoulement du fluide depuis la chambre 17, 18 jusqu'au récipient de récupération 21, la voie 22c reliant la vanne 22 au récipient 21 servant de dérivation au fluide issu de la source 19 en cas de trop plein de fluide dans la chambre 17. - Au contraire, chaque vanne 22, 23 peut occuper un état inactif, comme illustré pour la vanne 23 de la
figure 2 , dans lequel elle isole la chambre concernée 17, 18 de la source 19 et établit une communication entre les voies 22b, 23b et 22c, 23c et donc une liaison entre la chambre correspondante 17, 18 et le récipient 21, de sorte que le fluide pressurisé issu de cette chambre 17, 18 puisse s'écouler vers le récipient non pressurisé 21. - Les deux vannes 22, 23 occupent à chaque instant des états différents, permettant de déplacer le piston selon les deux sens opposés F1 et F2.
- Plus précisément, tel qu'illustré sur la
figure 2 , lorsque la première vanne 22 occupe son état actif, permettant l'alimentation en fluide de la première chambre 17, la vanne 23 occupe son état inactif et autorise l'écoulement du fluide depuis la deuxième chambre 18 jusqu'au récipient 21. - Ainsi, le fluide pressurisé issu de la source 19 exerce, du côté de la première chambre 17, un effort sur le corps 16 du piston 15 tendant à le déplacer selon le sens repéré par F1.
- De façon similaire et tel qu'illustré sur la
figure 3 , lorsque la première vanne 22 occupe son état inactif et que la deuxième vanne 23 occupe son état actif, le corps 16 du piston 15 est déplacé selon le sens repéré par F2. - Afin d'assurer un déplacement graduel du piston 15 suivant la direction A1, A'1, tout en présentant un coût de fabrication et d'entretien faibles, l'une des vannes 22 de l'actionneur 13 selon l'invention est de type proportionnel, l'autre vanne 23 étant de type binaire.
- Plus précisément, la vanne proportionnelle 22 peut définir entre les deux voies en communication dans ses états respectifs, c'est-à-dire entre les voies 22a et 22b dans son état actif et entre les voies 22b et 22c dans son état inactif, une ouverture partielle de passage du fluide dont l'amplitude est réglée en fonction du courant de commande i. Cette vanne 22 peut donc occuper une multitude de positions dans chacun de ses états (actif/inactif), de façon à moduler la quantité de fluide la traversant.
- Selon un mode de réalisation possible de l'invention, la vanne 22 est de type électrovanne proportionnelle en pression, c'est-à-dire que la pression de fluide en aval de cette vanne 22 est proportionnelle au courant de commande i, et c'est l'effort exercé sur le piston qui est régulé.
- Selon un autre mode de réalisation, la vanne est de type proportionnel en débit, auquel cas le débit de fluide en aval de la vanne 22 est proportionnel au courant de commande i, si bien que c'est le déplacement du piston 15 qui est régulé.
- Au contraire, la vanne binaire 23 ne définit entre les voies en communication dans ses états respectifs, à savoir entre les voies 23a et 23b dans son état actif et entre les voies 23b et 23c dans son état inactif, qu'une ouverture d'amplitude fixe de passage du fluide et occupe une unique position dans chacun de ses états, à savoir une position d'ouverture complète entre les voies 23a et 23b et d'obturation totale de la voie 23c dans son état actif et une position d'ouverture complète entre les voies 23b et 23c et d'obturation totale de la voie 23a dans son état inactif.
- On détaille dans ce qui suit le fonctionnement de l'actionneur selon l'invention en référence aux
figures 2 et3 : - Sur la
figure 2 , la vanne proportionnelle 22 occupe un état actif dans lequel elle définit une ouverture particulière, dépendant directement du courant délivré par l'unité de commande, qui est lui-même fixé par le système de gestion précité lorsque la boîte de vitesses est en mode automatique, ou par l'actionnement du levier de vitesse exercé par l'utilisateur lorsque la boîte de vitesses est semi-automatique. - En conséquence, le fluide pressurisé issu de la source 19 exerce sur le piston 15 un effort proportionnel au courant de commande i, si bien que le piston 15 est déplacé selon le sens repéré par F1.
- Dans le même temps, la vanne binaire est commandée à son état inactif, et occupe son unique position inactive, pour laquelle elle isole la deuxième chambre 18 de la source 19 et la relie au récipient 21, permettant l'écoulement du surplus de fluide dû au déplacement du piston 15 selon le sens F1, depuis la deuxième chambre 18 jusqu'au récipient de récupération 21.
- Sur la
figure 3 , la vanne binaire 23 est commandée à son état actif et occupe son unique position dans laquelle elle relie la source pressurisée 19 à la deuxième chambre 18, de sorte que le fluide pressurisé exerce un effort tendant à déplacer le piston 15 selon le sens repéré par F2. - Dans le même temps, la vanne proportionnelle 22 est commandée à son état inactif et définit entre les voies 22b et 22c une ouverture particulière dont l'amplitude dépend du courant de commande i, de façon à réguler en fonction de ce courant, la quantité de surplus de fluide s'écoulant entre la première chambre 17 et le récipient 21 du fait du déplacement du piston 15 selon le sens F2.
- Or, l'ouverture définie par la vanne proportionnelle 22 contrôle en fonction du courant de commande i la quantité de fluide pouvant s'écouler depuis la première chambre 17 jusqu'au récipient et limite le déplacement du corps 16 du piston 15 vers la première chambre 17 puisque le fluide hydraulique est incompressible. En conséquence, cette ouverture de la vanne 22 contrôle la valeur de l'effort exercé sur le piston du côté de la deuxième chambre 18, toujours en fonction du courant de commande i.
- Ainsi, le piston 15 est déplacé selon le sens repéré par F2 par l'application d'un effort proportionnel au courant de commande, avec autant de précision que pour un déplacement dans le sens de la flèche F1 ou que pour l'actionneur connu de la
figure 1 qui comporte deux électrovannes de type proportionnel.
Claims (4)
- Actionneur hydraulique comprenant un vérin à double effet (13) pourvu de deux chambres de pression (17, 18) et d'un piston (15) déplaçable en translation suivant une direction principale (A1, A'1) selon deux sens opposés, un groupe hydraulique d'alimentation (19) du vérin (13), un récipient de récupération non pressurisé (21), et deux vannes trois voies (22, 23) interposées chacune entre une chambre (17, 18), le groupe hydraulique (19) et le récipient (21), et pouvant occuper chacune un état actif, dans lequel la vanne assure une communication entre deux voies (22a, 22b, 23a, 23b) reliées respectivement à la chambre (17, 18) et au groupe hydraulique (19) et isole une voie (22c, 23c) reliée au récipient (21), et un état inactif dans lequel la vanne (22, 23) assure une communication entre les deux voies (22b, 23b, 22c, 23c) reliées respectivement à la chambre (17, 18) et au récipient (21) et isole la voie (22a, 23a) reliée au groupe hydraulique (19), les deux vannes (22, 23) occupant à chaque instant des états différents de façon à permettre un déplacement graduel du piston (15) de l'actionneur (13) selon les deux sens opposés, caractérisé en ce que l'une des vannes (22, 23) est proportionnelle et définit dans ses deux états une ouverture d'amplitude modulable entre les deux voies en communication (22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c), l'autre vanne (23, 22) est binaire et définit dans ses deux états une ouverture d'amplitude fixe entre les deux voies en communication.
- Actionneur selon la revendication 1, dans lequel la vanne proportionnelle (22, 23) est de type électrovanne en pression, l'amplitude de l'ouverture étant fonction de la pression du fluide en aval de la vanne (22, 23).
- Actionneur selon la revendication 1, dans lequel la vanne proportionnelle (22, 23) est de type électrovanne en débit, l'amplitude de l'ouverture étant fonction du débit de fluide en aval de la vanne (22, 23).
- Boîte de vitesse d'un véhicule automobile caractérisée en ce qu'elle comprend un actionneur hydraulique (13) selon l'une des revendications précédentes et une unité de commande (20) délivrant un courant de commande (i) de la vanne proportionnelle (22, 23) de l'actionneur (13), l'amplitude de l'ouverture définie par la vanne (22, 23) étant proportionnelle au courant de commande.
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