FR2618205A1 - Soupape thermostatique pour installation de refroidissement de moteur de vehicule automobile. - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte au refroidissement des moteurs d'automobiles. Cette soupape thermostatique 1 comprend un bulbe à cire qui, en fonction de la température du liquide, actionne un premier obturateur agissant sur une lumière 39 d'entrée du liquide 71 dans un circuit primaire 63 qui comprend un radiateur 68 et un deuxième obturateur qui agit sur une lumière 57 d'entrée du liquide dans un circuit de bipasse 64. Le premier moyen obturateur comprend deux éléments annulaires coaxiaux qui s'appliquent à joint étanche l'un sur l'autre et sont actionnés successivement, pour réduire la force d'actionnement. Principales applications : thermostat du circuit de refroidissement des moteurs d'automobiles.

Description

La présente invention se rapporte à une soupape thermostatique pour

installations de refroidissement de

moteurs de véhicules automobiles.

Ainsi qu'il est connu, l'installation de refroi-

dissement du moteur d'un véhicule comprend généralement

un circuit primaire, constitué par un radiateur, dans le-

quel le liquide est refroidi sous l'effet d'un échange thermique avec un flux d'air à la température ambiante,

d'un conduit de refoulement du liquide de refroidisse-

ment, allant d'une bouche de sortie du moteur à une en-

trée du radiateur, et d'un conduit de retour allant du

radiateur à une bouche d'entrée du moteur.

Etant donné qu'il est souhaitable que le moteur atteigne rapidement un état de régime thermique, après

le démarrage à froid, les installations de refroidisse-

ment comprenaient généralement un circuit secondaire dit de "bipasse" en parallèle avec le circuit primaire, apte

à permettre le retour immédiat du liquide de refroidisse-

ment au carburateur, en excluant le radiateur.

Le flux de liquide qui parcourt le circuit pri-

maire et/ou le circuit de bipasse est réglé par une sou-

pape thermostatique. On connaIt déjà des soupapes ther-

mostatiques qui comprennent généralement un élément ther-

mosensible apte à être léché par le liquide de refroidis-

sement, par exemple, un bulbe à cire qui commande des or-

ganes appropriés d'interception du flux de liquide al-

lant de la bouche de sortie du moteur au circuit primai-

re, ou au circuit de bipasse; ces organes d'intercep-

tion sont généralement constitués par des obturateurs circulaires liés mécaniquement à un élément mobile du

bulbe à cire et aptes à coopérer avec des sections d'en-

trée respectives du circuit primaire et du circuit de bi-

passe de telle manière que le circuit primaire soit ex-

clu lorsque le moteur est froid, et que le circuit de bi-

passe soit exclu lorsque le moteur est à son régime. Le

passage de l'un à l'autre des deux états décrits se pro-

duit progressivement, en traversant une phase de transi-

tion dans laquelle une partie du liquide de refroidisse-

ment passe dans le circuit primaire et une autre partie

dans le circuit de bipasse, ce qui donne ainsi un mélan-

ge entre les deux parties à la bouche d'entrée du mo-

teur.

Les soupapes du type connu présentent un incon-

vénient fondamental. Dans les situations de moteur

froid, c'est-à-dire dans lesquelles l'obturateur du cir-

cuit primaire est fermé, on observe une sensible diffé-

rence de pression entre l'amont et l'aval de l'obtura-

teur, en raison de l'effet de la différence de températu-

re entre le liquide à la sortie du moteur et le liquide contenu dans le circuit primaire. Cette différence de

pression agit dans le sens de la fermeture de l'obtura-

teur et croît avec la température du moteur, en faisant obstacle à l'ouverture de l'obturateur. Le grand effort mécanique se transmet de l'obturateur au bulbe à cire et peut entraîner une détérioration de ce dernier, avec

éventuellement une sortie de cire et un déréglage consé-

cutif du tarage de la soupape. L'inconvénient est parti-

culièrement grave en ce sens qu'une diminution de la

quantité de cire à l'intérieur du bulbe équivaut en pra-

tique à une plus faible dilatation et, par conséquent, à une détérioration de la détection de la température. Il en résulte que le tarage de la soupape, c'est-à-dire le

seuil d'intervention, se déplace vers les hautes tempéra-

tures, en provoquant ainsi une surchauffe indésirable du

moteur, avec les risques bien connus qui y sont liés.

Le but de la présente invention est de réaliser

une soupape thermostatique pour une installation de re-

froidissement de moteur de véhicule qui soit exempte de l'inconvénient lié aux soupapes de type connu et qui a

été décrit ci-dessus.

Ce but est atteint par la présente invention

grâce au fait qu'elle est relative à une soupape thermos-

tatique destinée en particulier à une installation de re-

froidissement de moteur de véhicule du type qui comprend

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un circuit principal équipé d'un radiateur et un circuit

de bipasse qui sont raccordés en parallèle entre eux en-

tre une bouche de sortie et une bouche d'entrée dudit mo-

teur, ladite soupape comprenant des premiers moyens d'in-

terception aptes à coopérer, en formant un joint étanche avec une première lumière de communication entre ladite

bouche de sortie et ledit circuit principal, des deuxi-

èmes moyens d'interception aptes à coopérer, en formant

un joint étanche, avec une deuxième lumière de communica-

tion entre ladite bouche de sortie et ledit circuit de

bipasse et des moyens thermosensibles d'actionnement des-

dits premiers et deuxièmes moyens d'interception et des-

tinés à ouvrir au moins une desdites lumières en fonc-

tion de la température d'un flux de liquide de refroidis-

sement sortant dudit moteur, caractérisé en ce que les-

dits premiers moyens d'interception comprennent au moins deux éléments obturateurs aptes à coopérer entre eux en

formant un joint étanche pour fermer ladite première lu-

mière et qui peuvent être actionnés successivement pour déterminer différents degrés d'ouverture partielle de

ladite première lumière.

Les figures du dessin annexé feront bien com-

prendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ce dessin,

les figures 1, 2 et 3 sont des vues en éléva-

tion et en coupe partielle d'une soupape thermostatique

réalisée conformément au principe de la présente inven-

tion, dans trois états de fonctionnement différentes; et

la figure 4 représente schématiquement un exem-

ple de montage de la soupape thermostatique des figures

1, 2 et 3 dans une installation de refroidissement de mo-

teur de véhicule.

Comme on peut le voir en se reportant en parti-

culier à la figure 1, on a désigné dans son ensemble par 1 une soupape thermostatique. La soupape 1 comprend un corps de support constitué par une bride annulaire venue

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d'une seule pièce avec une barrette diamétrale 4, con-

vexe vers le haut et à profil en C. Dans la présente des-

cription, les termes "haut" et "bas" sont utilisés pour plus de clarté en regard des figures 1 à 3 et non pas

par référence à la position de la soupape en utilisa-

tion. La barrette 4 présente un trou central 5, coaxial à la collerette annulaire 3, et dans lequel est emboîté un élément 6 sensiblement cylindrique et muni

d'un trou borgne axial 7 qui s'ouvre vers le bas.

Le corps de,support 2 comprend en outre un

étrier de guidage 8 comprenant lui-même une'portion annu-

laire 9 munie d'un trou central 10 présentant un bord re-

dressé axialement vers le haut et une paire de bras laté-

raux 13 qui s'étendent dans des directions diamétrale-

ment opposées vers l'extérieur et vers le haut à partir

de la partie centrale 9 et qui sont assemblés par matâ-

ge, par leurs extrémités supérieures 14, à la collerette annulaire 3, à proximité des extrémités de la barrette 4. Le corps de support 2 renferme un bulbe à cire de type classique, comprenant lui-même un corps extérieur 16 sensiblement cylindrique et un piston 17 qui coulisse axialement à l'intérieur du corps 16, sous la poussée déterminée par les dilatations thermiques de la cire. Le bulbe 15 est disposé avec son axe vertical, une partie terminale du piston 17 est engagée à coulissement dans le trou 7 de l'élément 6; et l'élément extérieur 16 est monté pour coulisser axialement dans le trou 10

de l'étrier 8. Le corps 16 comprend un épaulement annu-

laire 18 situé vers l'extrémité supérieure de ce corps 16 et délimité axialement par une surface supérieure 19 qui est à la fois plane et perpendiculaire à l'axe du bulbe 15, et par une surface inférieure conique 20. Le

corps 16 est finalement muni d'un prolongement cylindri-

que inférieur 23 de diamètre réduit.

Un godet 26 est fixé sur une partie terminale

supérieure cylindrique 24 du corps 16 par une bague élas-

tique 15 qui le maintient appliqué en butée contre

l'épaulement 8. Ce godet 26 comprend une paroi cylindri-

que centrale 27 emboîtée sur la partie cylindrique 24 et une paroi cylindrique extérieure 28 coaxiale à la paroi 27 et reliée à cette paroi, en formant une seule pièce avec celle-ci, par quatre rayons 29 qui sont décalés de

les uns par rapport aux autres. La paroi 28 est mu-

nie d'un bord Périphérique plat 30.

Sur le corps 16 est fixée, par agrafage, une

première bague obturatrice 33, qui est profilée et dispo-

sée en butée contre la surface inférieure 20 de l'épaule-

ment 18. La bague obturatrice 33 est munie d'un bord pé-

riphérique conique 34, qui converge vers le haut et défi-

nit un logement annulaire 36 en combinaison avec une par-

tie centrale 35 de la bague 33 qui est emboîtée sur

l'épaulement 18. Le premier ressort conique 37, qui pré-

sente des spires dont le diamètre décroît vers le bas, est monté autour du corps 16 du bulbe 15, coaxialement à

ce bulbe et est comprimé axialement entre le logement an-

nulaire 36 de la bague obturatrice 33 et la portion annu-

laire 9 de l'étrier 8.

La collerette annulaire 3 définit, par sa pro-

pre paroi centrale 38 sensiblement cylindrique, une ou-

verture 39 à l'intérieur de laquelle peut coulisser à joint étanche un bord extérieur 40 d'une deuxième bague

obturatrice 41. La deuxième bague obturatrice 41 com-

prend un bord intérieur cylindrique 43, qui coopère à

- joint étanche et par joint coulissant avec la paroi cy-

lindrique extérieure 28 du godet 26, et un bossage annu-

laire intermédiaire 44 qui présente une section sensible-

ment en V, et qui est apte à coopèrer, par sa paroi coni-

que intérieure 45, avec le bord conique 34 de la pre-

mière bague obturatrice 33. La deuxième bague obturatri-

ce 41 est poussée vers le haut par un deuxième ressort

conique 46 coaxial au premier ressort conique 37 et com-

primé entre le bord extérieur 40 de la deuxième bague

obturatrice 41 et la portion annulaire 9 de l'étrier 8.

La paroi centrale 39 de la collerette 3 définit un épau-

lement axial 42 servant à arrêter la deuxième bague obtu-

ratrice 45 vers le haut.

La collerette annulaire 3 présente un trou 47 dans lequel est montée une soupape de purge qui comprend elle-même une tige intermédiaire 49 qui coulisse avec jeu radial dans le trou 47, une portion supérieure,62 de forme trapézoïdale aplatie, apte à coopérer avec les bords du trou 47, sans établir de joint étanche, pour constituer un arrêt axial du mouvement descendant et un flotteur inférieur 50 muni d'une surface active 51 de forme conique qui est apte à coopérer avec la périphérie

du trou 47 en formant un joint étanche.

La collerette 3 est finalement munie d'une gar-

niture annulaire périphérique 52 qui permet de monter

cette collerette à joint étanche à l'intérieur d'un loge-

ment correspondant 53, dessiné en traits interrompus sur

les figures 1, 2 et 3.

Un plateau obturateur 54 est monté sur le pro-

longement cylindrique inférieur 23 du corps 16 du bulbe

à cire 15. Le plateau 54 est poussé par un troisième res-

sort conique 55 comprimé entre le plateau 54 et le corps

16, contre une bague d'arrêt axial inférieur 56. En uti-

lisation, le plateau 54 est apte à coopérer, avec éta-

blissement d'un joint étanche, avec la périphérie d'une ouverture annulaire 57, ainsi qu'on le décrira plus bas.

Sur la figure 4, on a représenté schématique-

ment un exemple de montage de la soupape 1 dans une ins-

tallation 60 de refroidissement d'un moteur de véhicule 61. L'installation 60 comprend un circuit principal 63 et un circuit de bipasse 64, lesquels sont raccordés en parallèle entre eux, entre une bouche de sortie 65 et

une bouche d'entrée 66 d'un circuit 67 de refroidisse-

ment par eau du moteur 61.

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Le circuit principal 63 comprend un conduit d'entrée 68, un radiateur 69 de type classique, placé face à un ventilateur de refroidissement correspondant

, et un conduit de sortie 73 relié à la bouche d'en-

trée 66 du moteur 61. La soupape 1 est avantageusement montée avec son axe en position inclinée entre la bouche de sortie du moteur 61 et le conduit d'entrée 68 du radiateur 69 de telle manière que l'ouverture centrale 39 de la

collerette 3 constitue une lumière d'introduction du li-

quide de refroidissement dans la circuit principal 63.

De la même façon, l'ouverture 57 précitée est avantageu-

sement constituée par une lumière d'introduction du li-

quide de refroidissement dans le circuit de bipasse 64, qui est lui-même relié à la bouche d'entrée 66 du moteur

61 par son extrémité opposée. -

Le bulbe à cire 15 est donc léché par un flux de liquide de refroidissement 71 qui sort par la bouche

de sortie 65 du moteur 61, et la valve 1, en ouvrant par-

tiellement les ouvertures 39 et/ou 57, introduit le flux 71 dans le circuit principal 63 et/ou dans le circuit de

bipasse 64, ainsi qu'on le décrira dans la suite.

On décrira le fonctionnement de la soupape 1 en

prenant comme point de départ la configuration de la fi-

gure 1, qui correspond à une situation de moteur froid.

Le piston 17 du bulbe 15 se trouve en effet dans une po-

sition rétractée et la position du bulbe 15 dans la di-

rection axiale,; ainsi que celle des bagues obturatrices

33, 41 et du plateau obturateur 54, sont définies exclu-

sivement par l'action des ressorts coniques 37 et 46.

En Particulier, le deuxième ressort conique 46 repousse la deuxième bague obturatrice 41 vers le haut,

en l'appliquant contre l'épaulement 42 et le premier res-

sort conique 37 maintient la première bague obturatrice 33 en contact avec la deuxième bague, en réalisant ainsi un état de fermeture étanche qui empêche le flux 71 de

passer à travers l'ouverture 39.

Etant donné que la première bague obturatrice 33 est solidaire du corps 16 du bulbe 15, ce dernier est maintenu par le ressort 37 dans une position d'excursion maximum vers le haut et le plateau obturateur 54 est donc écarté de l'ouverture 57. Par conséquent, dans la situation de moteur froid, la soupape 1 exclut le circuit principal 63 et fait recycler le flux 71 par le circuit de bipasse 64; ceci détermine une élévation rapide de la température du

moteur, en allant vers un état de régime thermique.

Lorsque la température du flux 71 s'élève, le piston 17 du bulbe sort progressivement du corps 16 (figure 2) et vient buter axialement contre le fond du

trou borgne 7 de l'élément 7. A partir de cette configu-

ration,que l'on atteint à une température de seuil prédé-

terminée, une nouvelle élévation de la température déter-

mine un déplacement vers le bas du corps 16 à l'encontre de l'action du ressort 37, en déterminant une réduction progressive de l'ouverture 57, ainsi qu'un déplacement

vers le bas de la première bague obturatrice 33 et du go-

det 26. Le bord conique 34 de la première bague obtura-

trice 33 s'écarte de la paroi conique correspondante 45

de la deuxième bague obturatrice 41, cette deuxième ba-

gue étant maintenue immobilisée par l'action du ressort 46. Dans cette configuration, le flux 71 est réparti en deux flux 71a et 71b; le flux 71a passe à travers les ouvertures du godet 26 et gagne le circuit principal 63, dans lequel il est refroidi par le radiateur 64. Le flux 71b passe par la lumière résiduelle de l'ouverture 57 et gagne le circuit de bipasse 64, dans lequel il ne subit pas de variations thermiques notables. Les flux 71a et 71b se remélangent dans la bouche d'entrée 66 du moteur 61, dont la température s'élève maintenant d'autant plus

lentement qu'on se rapproche davantage de l'état de régi-

me.

Sur la figure 2, on a représenté une position limite dans laquelle le déplacement descendant du corps

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16 met le bord périphérique 30 du godet 26 en butée con-

tre le deuxième obturateur 41, lequel se déplace ensuite vers le bas solidairement avec le corps 16 en réponse à

une nouvelle augmentation de la température du flux 71.

Sur la ficure 3, on a représenté la position fi-

nale dans laquelle la soupape 1 se trouve lorsqu'on at-

teint la situation de régime thermique du moteur. Le corps 16 se trouve à sa fin de course descendante, et le

plateau obturateur 54 coopère avec la périphérie de l'ou-

verture 57 sous la poussée exercée par le ressort 55 en établissant un joint étanche et en excluant complètement le circuit de bipasse 64. Au contraire, l'ouverture 49

d'introduction dans le circuit principal 63 est entière-

ment ouverte et, de cette façon, tout le flux 71 passe

dans le radiateur 68.

Pendant toutes les phases de fonctionnement nor-

mal de l'installation de refroidissement 60 qui ont été décrites cidessus, y compris la phase de démarrage à froid qui correspond à la figure 1, la soupape de purge

48 se trouve, en utilisation, dans la position de ferme-

ture représentée sur les figures 2 et 3, sous l'effet de la poussée hydrostatique qui est exercée par le liquide

sur le flotteur 50. La position représentée sur la figu-

re 1 ne s'établit qu'à l'occasion du remplissage de l'installation de refroidissement 60, pour permettre la

sortie de l'air de l'installation.

Les avantages que la soupape 1 selon l'inven-

tion permet d'obtenir ressortent d'un examen des caracté-

ristiques de cette soupape. La répartition des moyens d'obturation de l'ouverture 39 d'introduction du liquide de refroidissement dans le circuit principal entre deux bagues obturatrices séparées, 33, 41, permet de réaliser

une phase de première ouverture avec des forces d'action-

nement relativement modérées, même en présence de gran-

des différences de pression entre l'amont et l'aval de la soupape 1 ellemême. En particulier, l'ouverture se produit en agissant tout d'abord sur la première bague

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obturatrice 41, qui présente une section droite nette-

ment inférieure à la surface de l'ouverture 39 et, par

conséquent, les forces de pression qui agissent sur cet-

te bague sont inférieures à celles qui chargeraient un obturateur unique. Lorsqu'on a obtenu la première sépara-

tion entre les deux bagues obturatrices, le saut de pres-

sion entre l'amont et l'aval de la soupape 1 diminue, de

sorte que la deuxième bague obturatrice 41-est elle aus-

si activée, et qu'.on peut donc obtenir l'ouverture tota-

le de la soupape 1 sur le circuit principal 63 avec des

charges réduites.

* Ceci entraîne de plus faibles sollicitations mé-

caniques sur le bulbe à cire et, par conséquent, une

plus grande fiabilité et une plus grande durée de ce bul-

be, sans risque de sortie de cire et de déréglage consé-

cutifs du tarage.

Il va de soi que différentes modifications pour-

ront être apportées par l'homme de l'art à la soupape thermostatique 1 de même qu'aux caractéristiques de l'installation de refroidissement 60 et aux modalités de

montage de la soupape 1 dans cette installation, notam-

ment par substitution des moyens techniques équivalents,

sans pour cela sortir du domaine de l'invention.

1l 2618205

R E V E N D ICATIONS

1 - Soupape thermostatique destinée en particu-

lier à une installation de refroidissement de moteur de

véhicule du type qui comprend un circuit principal équi-

pé d'un radiateur et un circuit de bipasse qui sont rac-

cordés en parallèle entre eux entre une bouche de sortie

et une bouche d'entrée dudit moteur, ladite soupape com-

prenant des premiers moyens d'interception aptes à coopé-

rer, en formant un joint étanche avec une première lu-

mière de communication entre ladite bouche de sortie et

ledit circuit principal, des deuxièmes moyens d'intercep-

tion aptes à coopérer, en formant un joint étanche, avec

une deuxième lumière de communication entre ladite bou-

che de sortie et ledit circuit de bipasse et des moyens

thermosensibles d'actionnement desdits premiers et deuxi-

èmes moyens d'interception et destinés à ouvrir au moins une desdites lumières en fonction de la température d'un flux de liquide de refroidissement sortant dudit moteur,

caractérisé en ce que lesdits premiers moyens d'intercep-

tion comprennent au moins deux éléments obturateurs 39,

41) aptes à coopérer entre eux en formant un joint étan-

che pour fermer ladite première lumière (39) et qui peu-

vent être actionnés successivement pour déterminer diffé-

rents degrés d'ouverture partielle de ladite première lu-

mière (39).

2 - Soupape selon la revendication 1, caractéri-

sée en ce que lesdits moyens thermosensibles comprennent un bulbe à cire (15); ledit bulbe à cire comprenant un corps (16) immergé dans ledit flux (71) et un piston (17) qui peut coulisser axialement par rapport audit

corps (16).

3 - Soupape selon la revendication 2, caractéri-

sée en ce qu'elle comprend des moyens de support (2, 6) dudit bulbe à cire (15) qui définissent une butée axiale (6) pour ledit piston (17) et un guide radial (10) pour ledit corps (16), ladite première lumière étant définie

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par une ouverture (39) desdits moyens de support (3).

4 - Soupape selon la revendication 3, caractéri-

sée en ce que ladite ouverture (39) et ledit bulbe à

cire (15) sont coaxiaux.

- Soupape selon une des revendications 3 et

4, caractérisée en ce que lesdits éléments obturateurs (33, 41) présentent une forme annulaire et sont coaxiaux entre eux; un premier desdits éléments obturateurs (33) étant solidaire dudit corps (16) dudit bulbe à cire (15), un deuxième desdits éléments obturateurs (41)

étant monté pour coulisser axialement par rapport à ladi-

te ouverture (39) et étant apte à coopérer avec cette ou-

verture pour établir un joint étanche, au moins le long

d'une partie de sa course.

6 - Soupape selon la revendication 5, caractéri-

sée en ce qu'elle comprend des premiers moyens élasti-

ques (46) aptes à placer le deuxième élément obturateur

(41) dans une position de joint étanche par rapport à la-

dite ouverture (39), et des deuxièmes moyens élastiques (37) aptes à contraindre le premier élément obturateur (33) à coopérer avec ledit deuxième élément obturateur

(41) pour établir un joint étanche.

7 - Soupape selon la revendication 6, caractéri-

sée en ce que lesdits premiers et deuxièmes moyens élas-

tiques sont des ressorts coniques (46, 37) coaxiaux au-

dit bulbe à cire (15).

8 - Soupape selon une des revendications 5 à 7,

caractérisée en ce qu'elle comprend un élément annulaire (26) solidaire dudit corps (16) dudit bulbe à cire (15)

et apte à coopérer avec ledit deuxième élément obtura-

teur (41) pour provoquer l'écartement entre cet élément et ladite ouverture (39); ledit élément annulaire (26)

étant muni d'au moins une ouverture et étant espacé axia-

lement dudit premier élément obturateur (33) de manière à coopérer avec ledit deuxième élément obturateur (41) lorsque ledit premier élément obturateur (33) se trouve

à une distance prédéterminée dudit deuxième élément obtu-

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rateur (41) dans la direction axiale.

9 - Soupape selon une quelconque des revendica-

tions 2 à 8, caractérisée en ce que lesdits deuxièmes moyens d'interception comprennent un plateau (54) monté sur une extrémité (23) dudit corps (16) dudit bulbe à ci-

re (15) qui est à l'opposé dudit piston (17).

- Soupape selon la revendication 9, caracté-

risée en ce que ledit plateau (54) est monté pour coulis-

ser sur ladite extrémité (23) dudit corps (16) à l'encon-

tre de l'action d'un ressort (55).

11 - Soupape selon une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend

des moyens de purge (48) destinés à purger l'air de ladi-

te installation de refroidissement (60).