FR2481763A1

FR2481763A1 - Commande de reglage electro-hydraulique

Info

Publication number: FR2481763A1
Application number: FR8108297A
Authority: FR
Inventors: Johannes Tersteegen
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1980-05-03
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1981-11-06
Also published as: GB2075220A; DE3017080A1; US4630523A; FR2481763B1; DE3017080C2; CA1170749A; GB2075220B

Abstract

COMMANDE DE REGLAGE ELECTRO-HYDRAULIQUE, EN PARTICULIER POUR ORGANES DE COMMANDE D'AERODYNES, COMPORTANT UN VERIN DE REGLAGE CONTENANT UN PISTON DE REGLAGE A DOUBLE EFFET, VERIN AUQUEL, POUR ASSURER LE POSITIONNEMENT, LE VOLUME D'HUILE NECESSAIRE PEUT ETRE AMENE SOUS LA FORME DE VOLUMES D'HUILE DISCRETS PAR L'INTERMEDIAIRE DE DISTRIBUTEURS INVERSEURS ACTIONNES MAGNETIQUEMENT, UN CALCULATEUR, PAR L'INTERMEDIAIRE DUQUEL LES IMPULSIONS DE COMMUTATION A TRANSMETTRE AUX DISTRIBUTEURS PEUVENT ETRE PRODUITES AVEC UNE DUREE D'IMPULSION VARIABLE EN FONCTION DE LA COURSE DE DEPLACEMENT PREDETERMINEE DU PISTON DE REGLAGE, DES ETRANGLEMENTS DETERMINANT LE DEBIT, ET DES CAPTEURS QUI, APRES LA COMMUTATION DE L'UN DES DISTRIBUTEURS EMETTENT DES SIGNAUX ELECTRIQUES, QUI SONT REINJECTES DANS LE CALCULATEUR EN TANT QUE SIMPLES CONFIRMATIONS DE FONCTIONNEMENT. CETTE COMMANDE DE REGLAGE EST REMARQUABLE EN CE QUE LES ETRANGLEMENTS 56, 56; 156, 156 SONT DISPOSES DANS LE MONTAGE DE TELLE MANIERE QUE, LORS D'UN DEPLACEMENT DU PISTON DE REGLAGE 32; 132 UN SEUL ETRANGLEMENT SOIT CHAQUE FOIS TRAVERSE PAR DE L'HUILE.

Description

La présente invention concerne une commande de réglage électro-

hydraulique, en particulier pour organe de commande

d'aérodynes, comportant un vérin de réglage contenant un pis-

ton de réglage à double effet, vérin auquel, pour assurer le positionnement, le volume d'huile nécessaire peut être amené

sous la forme de volumes d'huile discrets, par l'intermédiai-

re de distributeurs inverseurs; un calculateur par l'inter-

médiaire duquel les impulsions de commutation à transmettre

aux distributeurs peuvent être produites avec une durée d'im-

pulsion variable en fonction de la course de déplacement pré-

déterminée du piston de réglage, des étranglements déterminant

le débit, et des capteurs qui, après la commutation d'un dis-

tributeur, émettent des signaux électriques qui sont réinjec-

tés dans le calculateur en tant que simples confirmations de

fonctionnement.

Une commande de réglage électro-hydraulique de ce type est connue d'après la demande de brevet allemand publiée avant examen 28 23 960. Dans une forme d'exécution connue décrite

dans cette publication, en amont des distributeurs côté près-

sion sont montés des clapets antiretour ouvrant dans la direc-

tion des distributeurs, et entre les distributeurs et les

compartiments du vérin de réglage sont prévus des étrangle-

ments. Les conduites de raccordement des capteurs soumis à la pression d'huile sont disposés entre les distributeurs et

les étranglements.

Dans cette forme d'exécution, les distributeurs sont commutés de telle manière que, dans la position de repos de

chacun d'eux, la pression du système règne dans les deux com-

partiments du vérin. Pour assurer le positionnement, on relie alors, pour chaque sens, l'un des distributeurs à la purge pendant le laps de temps prévu. On commande donc chaque fois

la quantité d'huile sortant de l'un des compartiments du vé-

rin. Avec cette disposition, il se produit dans le vérin de

réglage des variations de pression de jusqu'à 50%. Cela con-

duit avec les petits volumes d'huile commandés, en raison de la compressibilité de l'huile en fonction de la position du piston, à des non-linéarités de plus de 10% et, en outre, à des charges variant à haute fréquence et, par conséquent, à des charges dynamiques élevées des joints du vérin de réglage

ainsi qu'à une production de bruit considérable.

L'invention a pour objet de perfectionner une commande de réglage du type mentionné au début du présent préambule de manière à assurer, sur toute la course du piston, une linéarité entre le signal d'entrée et le pas de progression du piston de réglage, et de façon que les charges variant à haute fréquence appliquées aux éléments d'étanchéité dans les

compartiments du vérin soient réduites.

A cet effet, suivant l'invention, les étranglements sont

disposés de telle manière dans le montage que, lors d'un dé-

placement du piston de réglage, un seul de ces étranglements

soit traversé par l'huile.

Une première forme d'exécution est caractérisée en ce que les étranglements sont disposés côté pression devant les distributeurs, en ce que des soupapes de retenue déblocables sont interposées chacune entre l'un des distributeurs et le compartiment correspondant du vérin de réglage, soupapes qui laissent passer l'huile chacune vers le compartiment de vérin

associé, en ce que les soupapes de retenue et les distribu-

teurs sont commutés de telle manière que, dans la position de

repos, les deux compartiments du vérin sont obturés par l'in-

termédiaire des soupapes de retenue tandis que les deux dis-

tributeurs sont ouverts vers la purge, et en ce que pour assu-

rer le positionnement du piston de réglage dans chaque sens, l'un des distributeurs est commuté sur l'admission tandis qu'

en même temps la soupape de retenue disposée devant le compar-

timent de vérin opposé est débloquée.

Une autre forme d'exécution est caractérisée en ce que les étranglements sont montés en aval des distributeurs dans la liaison avec la purge et en ce que, dans la conduite sous

pression, en amont de chaque distributeur, est disposé un cla-

pet antiretour qui laisse passer l'huile en direction du dis-

tributeur associé.

L'invention sera mieux compriseà la lecture de la des-

cription détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint, qui en représente, à titre d'exemple non limitatif, deux formes d'exécution. Sur ce dessin

- la figure 1 représente le schéma symbolique d'un sys-

tème de commande et de régulation d'avion comportant une com-

mande de réglage électro-hydraulique comme unité de commande pilote du vérin de gouvernail; - la figure 2 représente une commande de réglage suivant l'invention suivant une première forme d'exécution de celle- ci

- la figure 3 représente le circuit électrique équiva-

lent de la commande de réglage de la figure 2; - - la figure 4 représente une seconde forme d'exécution d'une commande de réglage suivant l'invention, et

- la figure 5 représente le circuit électrique équiva-

lent de la commande de réglage suivant la figure 4.

Le système de commande et de régulation de la figure 1 comporte un calculateur industriel 2 jouant le rôle de pilote automatique, calculateur auquel est appliqué comme valeur de consigne l'ordre 4 du pilote. Au calculateur industriel sont

en outre transmis les paramètres d'attitude de vol 6 détermi-

nés de la manière usuelle.

Dans le rectangle en trait interrompu 8 est représentée

la commande de réglage agencée suivant l'invention en réali-

sation simplex avec identification des défaillances. Cette commande de réglage utilise des soupapes de commutation

électro-hydrauliques 10 qui sont commandées à partir du cal-

culateur industriel par l'intermédiaire de conducteurs de si-

gnaux électriques 12, 14. Les soupapes de commutation sont

reliées à un système d'alimentation hydraulique non représen-

té sur la figure 1. L'huile est amenée, par l'intermédiaire

d'une conduite 16, à une commande de réglage 18. A une con-

duite d'admission d'huile sous pression PS est relié, par l'intermédiaire d'une conduite 22, un capteur 24 sensible à

la pression et/ou à l'écoulement de l'huile qui, à chaque ré-

ponse, émet un signal électrique, lequel est réinjecté, par l'intermédiaire d'un conducteur de signaux 26, en tant que

confirmation de fonctionnement, dans le calculateur industriel.

Dans celui-ci, les signaux électriques émis par le capteur sont comparés avec les impulsions électriques de commande des soupapes de commutation 10, moyennant quoi des défaillances,

par exemple des commutations non effectuées par les dites sou-

papes son immédiatement identifiables. Par l'intermédiaire de la commande de réglage à fonctionnement proportionnel 18, le vérin de gouvernail 28 est commandé et actionne à son tour le

gouvernail non représenté sur la figure 1. Le vérin de gou-

vernail 28 est réalisé sous la forme d'une commande de puis-

sance hydraulique, dont les moyens de commande sont actionnés par la commande de réglage 18. Ces moyens de commande peuvent

également être agencés directement sur la commande de réglage.

Ainsi, par exemple, au moins une des tiges de piston ou le

piston de réglage de la commande de réglage peuvent être ré-

alisés sous la forme d'un piston de commande d'une soupape

de commande.

Comme soupapes de commutation électro-hydrauliques, il

est prévu des distributeurs inverseurs électromagnétiques pou-

vant également fonctionner de façon bistable. Avec des cla-

pets à bille spéciaux, des temps de commutation des distribu-

teurs d'un ordre de grandeur de 1 ms peuvent être obtenus. Le temps de commutation des distributeurs doit être aussi court que possible car le degré.de finesse de la commande en dépend directement. Le débit des distributeurs peut être adapté aux

exigences de chaque cas particulier par modulation des impul-

sions, les distributeurs étant alors commandés par le procédé

de la modulation de durée des impulsions différentielle.

Pour exclure l'influence de variations de la section d' écoulement dans chaque distributeur sur le débit volumétrique, les distributeurs sont de préférence exclusivement utilisés en tant que commutateurs. Le débit volumétrique est alors exclusivement déterminé par l'étranglement qui est indépendant

de la viscosité.

Dans la forme d'exécution de la figure 2, un vérin de

réglage 30 est muni d'un piston à double effet 32. Les surfa-

ces actives du piston de réglage peuvent être égales ou iné-

gales selon les conditions d'utilisation. Le tige de piston 34 s'étend de part et d'autre du piston et traverse les deux

couvercles du vérin. Pour la commande de l'admission de l'hui-

le sous pression dans le vérin de réglage 30 et de la purge

de cette huile hors dudit vérin, il est prévu deux distribu-

teurs inverseurs bistables 36, 38 actionnés magnétiquement, qui peuvent être agencés de manière identique, et peuvent être

incorporés ensemble dans un unique bottier. Les deux distribu-

teurs 36 et 38 sont à un seul étage et présentent chacun une soupape de retenue 40 et une soupape d'inversion 42. Ces deux

soupapes comportent comme éléments d'obturation des billes-

clapets 44, 46. La soupape de retenue 40 est mécaniquement déblocable par l'intermédiaire d'un poussoir de clapet 48 qui lève la bille 44 de son siège contre la pression du ressort 50. La soupape de retenue 40 communique par une conduite 52

avec le compartiment 54 du vérin de réglage 30, ladite soupa-

pe s'ouvrant en direction de ladite conduite,52.

La soupape d'inversion 42 est reliée à une source d'ali-

mentation hydraulique sous pression PS et cela par l'intermé-

diaire d'un étranglement 56. Entre l'étranglement 56 et le siège de soupape 58 est branchée la conduite de raccordement du capteur de pression 62. La soupape d'inversion 42 est

en outre reliée, par l'intermédiaire d'un second siège de sou-

pape 64, à la conduite de purge PR' La conduite de raccorde-

ment médiane 66 communique avec la purge de la soupape de retenue 40' du second distributeur 38. L'élément d'obturation de soupape en forme de bille 46 est actionné mécaniquement par l'intermédiaire d'un poussoir de clapet, qui l'applique

contre le siège de soupape 58.

Comme commande, il est prévu un système à électro-aimant rotatif polarisé bistable 70, muni d'une armature 72, qui peut pivoter autour d'un axe de rotation 74. Les extrémités

desbranches de l'armature tournante 72 coopèrent avec les ex-

trémités extérieures des poussoirs de soupape 46, 68%et cela de préférence par l'intermédiaire de butées réglables qui ne sont pas représentées sur le dessin. Sur l'armature tournante

72 se trouvent des bobines W1 et W2, qui peuvent recevoir al-

ternativement un courant pulsé par l'intermédiaire de fils de connexion respectifs 76, 78. Au moyen des butées réglables,

des entrefers sont déterminés entre les extrémités des bran-

ches de l'armature tournante 72 et les pôles 80.

Pour plus de clarté, on a représenté sur la figure 3 un circuit électrique équivalent de la commande de réglage, dl après lequel le mode de fonctionnement de celle-ci sera décrit ci-après. La commande de réglage est représentée en position de repos. Les deux distributeurs 36 et 38 laissent alors passer l'huile dans la purge PR' Les deux soupapes de retenue 40,

' sont fermées et maintiennent le piston 32 du vérin de ré-

glage 30, entre les colonnes d'huile enfermées, dans une po-

sition verrouillée. Devant les distributeurs 36 et 38 sont interposés côté admission les étranglements 56, 56' détermi- nant le débit. Entre ces résistances à l'écoulement et le

raccord d'alimentation en huile sous pression des distribu-

teurs, se trouvent les conduites de raccordement des capteurs 62, 62'. Lors de l'actionnement du distributeur 36, celui-ci est commuté sur l'admission tandis qu'en même temFs la soupape de retenue 40 est débloquée, comme indiqué sur la figure 3 par les interrupteurs de shunt montés chacun en parallèle avec l'une des soupapes 40, 401. Par l'intermédiaire de la soupape de retenue 40', une quantité d'huile appropriée peut maintenant pénétrer dans le compartiment de gauche du vérin

de réglage 30, tandis qu'en même temps, à partir du comparti-

ment de droite de ce vérin, une quantité d'huile correspondan-

te peut s'écouler à la purge par l'intermédiaire de la soupape de retenue 40 débloquée. La tension préalable de la soupape de retenue 40 agit ainsi à l'encontre de la pénétration de 1'

huile. On peut régler la soupape de retenue 40 de telle maniè-

re que cette contre-pression atteigne environ 1% de la pres-

sion duisystème. A l'exception de la résistance des conduites, aucune autre résistance hydraulique n'agit à l'encontre de l'échappement de l'huile. La différence de pression appliquée au piston de réglage 32 est ainsi essentiellement déterminée par une force qui résulte du frottement du piston de réglage

et de l'accélération de sa masse dans le sens de son déplace-

ment. La valeur de la différence de pression est inférieure à % de la pression du système. On obtient ainsi une réduction appréciable de l'influence de la compressibilité de l'huile

et la linéarité entre le signal d'entrée et le pas de progres-

sion est maintenue sur toute la course du piston. En raison des faibles variations de pression et de la basse pression

régnant dans les compartiments, on constate en outre des con-

séquences positives sur la durée de vie des joints dynamiques

et sur le rayonnement du bruit.

Un autre avantage de cette forme d'exécution réside en ce que le saut de pression, sensiblement égal à la valeur de la pression du système, qui se produit dans la petite

chambre entre le distributeur et l'étranglement et qui appa-

raît dans le capteur de pression, même en cas de fluctuations de la pression du système et de perturbations de signal sur les conducteurs électriques de transmission, fournit encore un grand espacement des signaux utiles pour la surveillance

des soupapes de commutation.

Le mode de fonctionnement décrit ci-dessus d'après le circuit équivalent de la figure 3 se traduit comme suit dans le cas d'un distributeur double, tel que représenté sur la

figure 2.

Le distributeur 36 est en position de repos tandis que,

par l'intermédiaire de la soupape 42, la conduite 66 communi-

que librement avec la purge PR. L'admission à partir de la conduite sous pression PS est bloquée par la soupape 42. La

soupape de retenue 40 bloque l'échappement hors du comparti-

ment de vérin de gauche 54.

Le distributeur de droite 38 est commuté. Il en résulte

que la soupape de retenue 40' est débloquée et que l'admis-

sion d'huile sous pression à partir de la conduite sous pres-

sion PS à travers la soupape 42' est rendue possible. La com-

munication avec la purge PR par l'intermédiaire de la soupape 42' est bloquée. A partir de la conduite sous pression PS, de l'huile peut parvenir, par l'intermédiaire de la conduite 66' et de la soupape de retenue 40, ainsi que par l'intermédiaire

de la conduite 52, dans le compartiment de vérin de gauche 54.

En même temps, de l'huile peut s'échapper à la purge PR par l'intermédiaire de la conduite 52', de la soupape de retenue 40' débloquée, de la conduite 66 et de la soupape 42. Il en résulte que le piston 32 se déplace et, avec lui, la tige de piston 34. Par l'intermédiaire du capteur de pression PT2 branché en aval de l'étranglement 56', après l'ouverture de la soupape 42', un signal électrique est réinjecté dans le

calculateur industriel, signal qui est traité comme une confir-

mation du fait que la soupape 42' s'est bien ouverte. Le débit par unité de temps est déterminé par l'étranglement 56'. La

soupape 42' ne comporte pas de section de passage d'huile dé-

terminant le débit. Cette soupape joue donc exclusivement le

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rôle de commutateur.

Après admission de la quantité d'huile prédéterminée par le calculateur industriel, le distributeur 38 est ramené

à sa position initiale. Il en résulte que la soupape 42' blo-

que l'admission d'huile sous pression, tandis que la soupape

de retenue 40' reprend sa position de blocage. Avec la ferme-

ture de la soupape de retenue 40', le volume d'huile est en-

fermé entre la soupape de retenue 40' et le piston de réglage

32 et celui-ci est freiné positivement dans son mouvement.

Comme il est admis par hypothèse qu'aucune force antagoniste

active n'agit sur la tige de piston 34, les soupapes de rete-

nue 40 et 40' ont moins pour fonction d'immobiliser le piston

de réglage dans la position qu'il a atteinte (cette immobili-

sation est déjà assurée par le frottement du piston), que d'

arrêter le piston 32 en mouvement lorsqu'il a atteint la po-

sition désirée et de le positionner ainsi de façon précise sans dépassement de course. Pour déplacer le piston 32 en

sens inverse, le distributeur 36 est commuté.

Dans la forme d'exécution de la figure 4, il est prévu

comme précédemment un vérin de réglage 30 comportant un pis-

ton de réglage à double effet 132 et, dans cette variante

également, les surfaces actives peuvent être égales ou inéga-

les. La tige de piston 134 s'étend des deux côtés du piston

et traverse les deux couvercles du vérin.

Pour la commande de l'admission de l'huile sous pression dans le vérin de réglage 130 ou de la purge de cette huile hors de ce vérin, il est prévu deux distributeurs inverseurs 137, 139 commandés électromagnétiquement, qui sont agencés de manière identique et peuvent être intégrés conjointement dans un même boîtier. Les deux distributeurs 137, 139 sont à un seul étage et comprennent chacun un clapet antiretour 140,

' ainsi qu'une soupape d'inversion 142, 142'. Les distri-

buteurs et les clapets antiretour comportent des éléments d'

obturation de soupape en forme de bille. Les éléments d'obtu-

ration des deux clapets antiretour 140 s'ouvrent en direction des distributeurs correspondants et sont reliés à la conduite sous pression Pst Les éléments d'obturation 142, 142' des distributeurs 137 et 139, respectivement, peuvent être actionnés par des poussoirs de clapet respectifs 148, 148', qui peuvent être déplacés par l'intermédiaire de commandes électriques 150, '. Les commandes électriques 150, 150' sont de préférence des commandes électromagnatiques à noyau plongeur qui sont actionnées par des impulsions électriques de durée variable. Les distributeurs 137, 139 communiquent, d'une part, par l'intermédiaire de conduites 152, 152', avec les compartiments 154, 154' du vérin de réglage 130 et, d'autre part, avec une conduite de purge P R' Chacune de ces liaisons s'effectue par l'intermédiaire de l'un des étranglements 156, 1561. Entre

les étranglements et les distributeurs sont branchés les cap-

teurs 162, 162'.

Dans la position de commutation de la figure 4, le dis-

tributeur (ou soupape de commutation) 139 est excité et, par suite, le compartiment de vérin 154' est relié à la purge PR

par l'intermédiaire dudit distributeur 139. Sur le côté oppo-

sé, la conduite d'admission PS communique avec le comparti-

ment de vérin 154 par l'intermédiaire du clapet antiretour et du distributeur 137. En conséquence, le piston 132

est déplacé vers la droite. La réduction de pression est as-

surée par l'étranglement 156', de cette manière, la même pres-

sion règne de part et d'autre du piston de réglage 132, comp-

te non tenu de la différente de pression résultant du frotte-

ment du piston. Ainsi des charges variables sont évitées et, sur toute la course du piston, une linéarité entre le signal d'entrée et le pas de progression du piston de réglage est assurée. En outre, le saut de pression de l'ordre de gra.ndeur

de PSest appliqué au capteur de pression, dans cette varian-

te, de la même manière que dans la forme d'exécution des fi-

gures 2 et 3. Après la fin de l'impulsion de commande appli-

quée au distributeur 139, la communication, par l'intermé-

diaire de celui-ci, entre le compartiment de vérin 154' et la

purge est interrompue. Le clapet antiretour 140 est fermé.

Sur la figure 5 est reproduit le circuit équivalent de la commande de réglage suivant la figure 4. Pour actionner le

vérin de réglage 130 dans un sens ou dans l'autre, on action-

ne l'un des distributeurs 137, 139. Lors de l'actionnement du distributeur 139, le vérin de réglage 130 est relié comme décrit ci- dessus, par l'intermédiaire de l'étranglement 136' à la purge PR. De l'huile sous pression peut, en conséquence, parvenir, par l'intermédiaire de la conduite d'admission d'

huile sous pression Psi du clapet antiretour 140 et du dis-

tributeur 137, dans le vérin de réglage 130, à partir de la-

quelle la même quantité d'huile est chaque fois refoulée, par l'intermédiaire du distributeur 139 et de l'étranglement 136', dans la gorge PR. Le déplacement du piston dans le vérin de réglage 130 en sens inverse s'effectue d'une manière analogue

par commutation du distributeur 137.

Claims

REVENDICATIONS

1. Commande de réglage électro-hydraulique, en particu-

lier pour organes de commande d'aérodynes, comportant un vé-

rin de réglage contenant un piston de réglage à double effet, vérin auquel, pour assurer le positionnement, le volume d'hui- le nécessaire peut être amené sous la forme de volumes d'huile

discrets par l'intermédiaire de distributeurs inverseurs ac-

tionnés magnétiquement, un calculateur, par l'intermédiaire

duquel les impulsions de commutation à transmettre aux dis-

tributeurs peuvent être produites avec une durée d'impulsion variable en fonction de la course de déplacement prédéterminée du piston de réglage, des étranglements déterminant le débit,

et des capteurs qui, après la commutation de l'un des distri-

buteurs émettent des signaux électriques, qui sont réinjectés

dans le calculateur en tant que simples confirmations de fonc-

tionnement, ladite commande de réglage étant caractérisée en ce que les étranglements (56, 56'; 156, 156') sont disposés dans le montage de telle manière que, lors d'un déplacement du piston de réglage (32; 132) un seul étranglement soit

chaque fois traversé par de l'huile.

2. Commande de réglage suivant la revendication 1, carac-

térisée en ce que les étranglements (56, 56') sont disposés côté pression en amont des distributeurs (36, 38), en ce qu' entre les distributeurs et les compartiments associés (54, 82) du vérin de réglage (30) sont prévues des soupapes de retenue (40, 40') laissant passer l'huile vers les compartiments du vérin, en ce que les soupapes de retenue et les distributeurs sont montés de telle manière que, dans la position de repos,

les deux compartiments du vérin soient obturés par l'intermé-

diaire des soupapes de retenue, tandis que les deux distribu-

teurs sont ouverts vers la purge (P R), et en ce que, pour as-

surer le positionnement du piston de réglage dans un sens ou

dans l'autre, l'un des distributeurs est commuté à une posi-

tion dans laquelle il communique avec la conduite d'admission d'huile sous pression (PS) tandis qu'en même temps, la soupape de retenue disposée en amont du compartiment de vérin opposé

est débloquée.

3. Commande de réglage suivant la revendication 1, carac-

térisée en ce que les étranglements (156, 156.') respectifs sont montés en aval des distributeurs-(137, 139) respectifs et sont disposés dans la liaison avec la purge (PR) et en ce

que, dans la conduite d'admission, en amont de chaque distri-

buteur, est disposé un clapet antiretour (140, 140') qui lais-

se passer de lhuile vers le distributeur associé.