FR2839164A1 - Vanne de commande a fonctionnement securise et circuit de fluide equipe d'une telle vanne - Google Patents

Abstract

La vanne de commande est destinée particulièrement aux circuits de refroidissement de moteurs thermiques de véhicules automobiles. Elle comprend un corps de vanne (1) comportant au moins une entrée de fluide et un organe de réglage (8) pour distribuer le fluide dans le corps de vanne (1) au travers d'une ou plusieurs sorties de fluide (5, 6, 7). Un dispositif de rappel automatique (15, 20, 21) de l'organe de réglage (8) dans une position de sécurité est prévu pour diriger une forte proportion du débit de fluide traversant la vanne au travers d'une sortie déterminée (5) du corps de vanne (1) alimentant le radiateur de refroidissement du moteur lorsque la température du fluide à l'intérieur du corps de vanne (1) dépasse une valeur de seuil déterminée.

Description

surface d'étanchéité plane (62) par rapport au siège (12).

Vanne de commande à fonctionnement sécurisé et circuit de fluide équipé d'une telle vanne L' invention concerne une vanne de commande pour un circuit de s refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile,

ainsi qu'au circuit ainsi obtenu.

Un tel circuit est parcouru par un fluide de refroidissement, habituellement de l'eau additionnée d'un antigel, qui circule

en circuit fermé sous l' action d'une pompe de circulation.

Généralement un tel circuit de refroidissement comprend plusieurs branches, dont une branche qui contient un radiateur de refroidissement, une branche qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement et une branche qui contient un radiateur appelé "aérotherme", servant au chauffage de l'habitacle. I I1 est connu d'utiliser une vanne thermostatique qui comprend une entrée de fluide reliée à la sortie du moteur et deux sorties de fluide qui correspondent respectivement à la branche contenant le radiateur de refroidissement et à la branche

formant dérivation.

Lors du démarrage du moteur et temps que la température du fluide de refroidissement natteint pas un certain seuil, la vanne fait circuler le fluide de refroidissement dans une

dérivation en court-circuitant le radiateur de refroidissement.

Dès que la température du fluide de refroidissement atteint et So dépasse le seuil précité, le fluide de refroidissement traverse le radiateur de refroidissement et contourne la branche de dérivation. Généralement, le fluide de refroidissement circule en permanence dans la branche qui contient le radiateur de chauffage, le chauffage de l'habitacle étant alors obtenu par mixage dun flux d'air froid et d'un flux d'air chaud qui a balayé le radiateur de chauffage. I1 est connu aussi de prévoir une vanne séparée sur le radiateur de chauffage pour régler le

débit de fluide qui le traverse.

Les vannes généralement utilisées pour cette application sont de type à organe de réglage ou obturateur tournant à l'intérieur d un corps de vanne. Cet obturateur comporte une ouverture de passage de fluide permettant un écoulement contrôlé du fluide entre un ou plusieurs orifices d'entrée et les tubulures de sortie de la vanne. L'obturateur est entraîné dans son mouvement de rotation par un actionneur de type électrique, mécanique ou pneumatique. Cependant une défaillance électrique ou mécanique de l'actionneur lui même ou de son dispositif de commande peut provoquer des surchauffes du moteur et éventuellement sa destruction si ce dernier n'est plus

correctement refroidi par le fluide de refroidissement.

L' invention vise à assurer la sécurité de fonctionnement de moteurs thermiques en cas de panne de l'actionneur ou de son

dispositif de commande.

Dans cette application l' invention vise à procurer une vanne de commande d'encombrement réduit et d'excellente robustesse, destinée à un circuit de circulation de fluide qui, dans une forme de réalisation préférée de l' invention, constitue un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile. Dans cette application particulière, elle vise à procurer une vanne qui permet de gérer indépendamment le débit de fluide de refroidissement dans les différentes branches du circuit de refroidissement du moteur, afin d'optimiser la température du moteur thermique et le chauffage de l'habitacle tout en permettant de sécuriser le fonctionnement du moteur en cas de défaillance de l'actionneur ou de son dispositif de commande. A cet effet, l' invention a pour objet, une vanne de commande propre à faire partie dun circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, le circuit étant parcouru par un fluide de refroidissement et comprenant une première branche qui contient le radiateur de refroidissement du moteur, une deuxième branche qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement du moteur, et une troisième branche qui contient un acrotherme pour le chauffage de l'habitacle, la vanne comportant un corps ayant au moins une entrée de fluide, une première sortie de fluide reliée à la deuxième branche, une deuxième sortie de fluide reliée à la première branche et une troisième sortie de fluide reliée à la troisième branche, ainsi qu'un organe de réglage ou obturateur monté en rotation dans le corps de vanne pour contrôler sélectivement le passage du fluide de refroidissement au

travers des sorties.

Selon une caractéristique générale de l' invention la vanne de commande comporte un dispositif de rappel automatique de l'organe de réglage dans une position de sécurité suivant laquelle une forte proportion du débit de fluide traversant la vanne passe au travers de la sortie reliée à la première branche qui contient le radiateur de refroidissement du moteur lorsque la température du fluide à l'intérieur du corps de

vanne dépasse une valeur de seuil déterminée.

Selon une autre caractéristique de l' invention le dispositif de rappel automatique de l'organe de réglage comprend un ressort - de rappel enroulé autour d'une tige prolongeant l'organe de réglage, la tige ayant son axe longitudinal confondu avec l' axe de rotation XX' de l'organe de réglage, ledit ressort de rappel étant précontraint et fixé par ses deux extrémités en des s points déterminés de l'organe de réglage. Une des extrémités du ressort est maintenue sur l'organe de réglage par un doigt solidaire de l'organe de réglage tant que la température du fluide à l'intérieur du corps de vanne est inférieure à la valeur de seuil déterminée. Ladite extrémité du ressort est libérée de son point d' attache solidaire de l'organe de réglage pour venir buter sur une butée fixe du corps de vanne et permettre la mise en rotation de l'organe de réglage vers la position de sécurité lorsque la température du fluide de

refroidissement est supérieure à la valeur de seuil déterminée.

Suivant encore une autre caractéristique de l' invention, le ressort de rappel comprend une première extrémité engagée dans une encoche de l'organe de réglage et une deuxième extrémité maintenue en position fixe sur l'organe de réglage entre une butée de l'organe de réglage et un doigt supporté par une capsule de cire mobile en translation relativement à l'organe de réglage. Le corps de vanne comporte un plot fixe sur lequel vient buter la butée de l'organe de réglage lorsque le doigt libère sous l'effet de l'échauffement de la capsule de cire la

2s deuxième extrémité du ressort de rappel.

Selon encore une autre caractéristique de l' invention la capsule de cire est intégrée à l'intérieur de l'organe de réglage et comprend un corps creux cylindrique fermé à ses deux extrémités par une paroi de fond et une paroi opposée à la paroi de fond. La capsule renferme un piston muni dune tige travereant la paroi de fond dans une direction parallèle à l'axe de rotation XX' de l'organe de réglage fixé à l'organe de

réglage par son extrémité opposée à celle liée au piston.

L'espace entre le piston et la paroi de fond de la capsule est occupé par de la cire. Cette disposition a pour effet de produire un déplacement relatif de la capsule relativement au piston et de désengager le doigt de l'extrémité du ressort de s rappel lorsque la température du liquide de refroidissement est

supérieure à la valeur de seuil critique.

Enfin suivant un autre aspect, l' invention concerne un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, qui est parcouru par un fluide de refroidissement sous l' action dune pompe de circulation, ce circuit comprenant une vanne de commande telle que définie précédemment, dont l'entrée de fluide est reliée à une arrivée de fluide de refroidissement en provenance du moteur et dont les première sortie de fluide, deuxième sortie de fluide et troisième sortie de fluide sont reliées, respectivement, à une première branche qui contient le radiateur de refroidissement du moteur, une deuxième branche qui constitue la dérivation du radiateur de refroidissement, et une troisième branche qui contient

ltaérotherme pour le chauffage de l'habitacle.

Dans la description qui suit, faite seulement à titre

d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: 2s - la figure 1 une vue en coupe d'une vanne de commande selon l' invention représentée suivant la ligne de coupe I-I de la figure 2; - la figure 2 représente la vanne de la figure 1 en vue de dessus; - les figures 3, 4A et 4B sont des vues en coupe de la vanne suivant la ligne de coupe III-III de la figure 1 illustrant le fonctionnement du dispositif de rappel automatique lorsque la i température du liquide de refroidissement dépasse ou non le seuil de surchauffe du moteur thermique du véhicule; et - la figure 5 est un schéma d'un circuit de refroidissement s d'un moteur thermique de véhicule automobile, équipé d'une

vanne de commande selon l' invention.

La vanne de commande selon l' invention qui est représentée aux figures 1 à 3 comprend un corps de vanne cylindrique 1 en forme de boîtier creux limité intérieurement par une paroi de fond 2 et une paroi latérale cylindrique 3 d'axe de rotation XX'. La

paroi de fond 2 comporte une ouverture dentrée de fluide 4.

Dans la paroi latérale cylindrique 3 débouchent trois tubulures de sortie de fluide 5, 6 et 7 à des hauteurs axiales et en des positions angulaires choisies par rapport à l'axe de rotation XX'. Dans l'exemple des figures 1, 2 et 3, les tubulures 5, 6 et 7 débouchent radialement à la paroi 3. Les tubulures 5 et 7 sont diamétralement opposées, tandis que la tubulure 6 forme un angle de 90 dogrés par rapport à l'axe commun des tubulures 5 et 7. Par ailleurs, les tubulures 5, 6 et 7 ont des diamètres

successivement décroissants.

A l'intérieur du corps de vanne 1 est logé un organe de réglage 8 ou obturateur tournant autour de l'axe Xx', qui est réalisé 2s sous la forme d'un cylindre creux dont le diamètre extérieur

correspond sensiblement au diamètre interne du corps de vanne.

L'organe de réglage 8 se prolonge par une tige cylindrique 9 de grand axe confondu avec l'axe XX' permettant 1' introduction d'un thermocouple T dans un trou 9a percé sur toute sa longueur

pour la mesure de la température du liquide de refroidissement.

La tige 9 passe au travers d'une ouverture centrale d'un couvercle 10 vissé sur le corps de vanne 1 à 1' extrémité de la paroi cylindrique 3 opposée au fond 2 avec interposition d'un joint d'étanchéité non représenté. L'organe de réglage 8 est entraîné par un moyen de motorisation 10 extérieur à la vanne de commande par l'intermédiaire d'un réducteur composé d'une première roue dentée 11 et d'une deuxième roue dentée 12. Le moyen de motorisation 10 peut par exemple être un moteur pas à pas qui de par sa nature est susceptible d'amener l'organe de réglage dans une multiplicité de positions différentes, soit

par incréments successifs, soit de manière continu.

L'organe de réglage 8 comporte une extrémité tronquée 13 qui est orientée du côté de la paroi de fond 2. Cette extrémité est formée dans l'exemple représenté, par une face plane qui forme avec l'axe de rotation XX' un angle voisin de 45 degrés. De la sorte, l'organe de réglage 8 permet de contrôler les sorties de fluide par les tubulures 5, 6 et 7 avec une loi définie en fonction de la position angulaire de l'organe de réglage 8 dans

le corps de vanne 1.

Dans la position représentée à la figure 1, le fluide qui arrive par l'ouverture d'entrée 4 ne peut s'échapper que par la tubulure de sortie 5, les autres tubulures de sortie 6 et 7

étant ferméss.

En modifiant la position angulaire de l'organe de réglage 8, il est ainsi possible dajuster le débit de fluide au travers des

différentes tubulures 5, 6 et 7 et cela de manière progressive.

L'organe de réglage 8 comporte également un logement cylindrique creux 14 entourant la tige 9 et délimité par la paroi cylindrique de l'organe de réglage 8 et la paroi de son extrémité tronquée 13, dans lequel circule le liquide de refroidissement du moteur. Une capsule de cire 15 constitué par un corps creux cylindrique fermé à ses deux extrémités par une paroi de fond 15a et une paroi 15b opposée à la paroi de fond a est intégrée dans le cylindre creux 14. La capsule 15 renferme un piston 16 retenu sur le fond du logement 14 par un axe 17 orienté suivant une direction parallèle à l'axe XX' et traversant librement la paroi de fond 15a de la capsule de cire 15. L'espace compris entre le piston 16 et la paroi de fond s 15a est occupé par de la cire. La capsule de cire 15 est suspendue par un ressort 19 à une paroi 18 de l'organe de

réglage 8 perpendiculaire à l'axe XX'.

La paroi 15b opposée au fond de la capsule 15 supporte un doigt 20 orienté suivant une direction parallèle à l'axe XX'. Le doigt 20 traverse par un trou la paroi 18 pour retenir en rotation un ressort de rappel précontraint 21 enroulé, de la manière représentée figure 3, par un ou plusieurs tours autour

de la tige 9 de 1' organe de réglage 8.

Le ressort de rappel 21 est maintenu en position fixe sur l'organe de réglage 8 entre une encoche 22 et une butée 23 disposées sur la paroi intérieure de l'organe de réglage 8 en des positions diamétralement opposses. Une première extrémité du ressort de rappel 21 est engagée dans l'encoche 22 et léautre extrémité qui est terminée par une boucle demi circulaire est en appui sur le doigt 20 qui est engagé au centre de la boucle semi circulaire. Une partie rectiligne

prolongeant la demi boucle repose sur la butée 23.

2s En fonctionnement normal le ressort 19 maintient en position la capsule de cire 15. Il permet d' absorber les légers déplacements du doigt 20 en fonction de la dilatation de la cire due aux variations de température du liquide de refroidissement et ce sans déclencher le ressort de rappel 21 en dessous d'une valeur critique de la température du liquide de refroidissement. Cette valeur critique peut par exemple être

fixée à 125-C.

Lorsqu'il y a une surchauffe du moteur et que la température du liquide de refroidissement dépasse la valeur critique, la cire qui se dilate provoque un déplacement relatif de la capsule 15 par rapport au piston 16 qui est maintenu en position fixe par s l'axe 17 relativement à l'organe de réglage 8. Ce mouvement relatif entre la capsule 15 et son piston 16 a pour conséquence de tirer le doigt 20 vers le bas, c'est à dire dans la direction du fond du corps de vanne et de libérer l'extrémité

comportant la boucle demi circulaire du ressort de rappel 21.

0 L'extrémité prolongée de cette dernière vient alors en appui sur un plot fixe 24 solidaire du corps de vanne 1. En se détendant le ressort 21 entraine l'organe de réglage 8 et l'actionneur 10 par l' intermédiaire du réducteur formé par les roues dentées 11 et 12, jusqu'à ce que la butée 23 de l'organe de réglage 8 soit en appui sur le plot fixe 24 dans la position de sécurité par l'intermédiaire de l'extrémité rectiligne de la demi boucle du ressort. Une représentation cinématique de ce

mouvement est montrce aux figures 4A et 4B.

L'exemple de la figure 4A correspond à un mode de fonctionnement normal suivant lequel la température du fluide de refroidissement est en dessous du seuil de surchauffe du moteur et o l'organe de réglage 8 occupe une position selon laquelle le fluide de refroidissement circule au travers des 2s tubulures 5 et 6 pour alimenter le radiateur du moteur et l'aérotherme. Dans ce cas le ressort 21 est maintenu précontraint par le doigt 20 engagé dans la demi boucle

d'extrémité du ressort 21.

L'exemple de la figure 4B correspond un mode de fonctionnement suivant lequel la position de l'organe de réglage est celle de la figure 4A mais o la température du fluide de refroidissement devient supérieure au seuil de surchauffe du moteur. Dans ce cas le doigt 20 qui est entrainé vers le bas par la capeule 15 se désengage de la demi boucle d'extrémité du ressort 21 et la partie d'extrémité rectiligne de la demi boucle vient en appui sur la butée 24 sous l'effet de la détente du ressort 21, ce qui a pour effet de faire tourner s l'organe de réglage 8 vers la position de sécurité représentée à la figure 3. La position de sécurité est atteinte par la

coopération des butées 23 et 24.

On se réfère maintenant à la figure 5 qui montre un circuit 28 pour le refroidissement d'un moteur thermique 29 de véhicule automobile. Le circuit 28 est parcouru par un fluide de refroidissement, typiquement de l'eau additionnée d'un antigel, qui circule sous l' action d'une pompe 30. Le fluide est chauffé par le moteur 29, quitte ce dernier par une sortie 31 qui est reliée à l' orifice d'entrce 4 d'une vanne de commande 1 du type décrit précédemment. Cette vanne comprend trois tubulures de

sortie 5, 6 et 7 qui sont reliées à trois branches du circuit.

Ce circuit comprend une première branche 32 qui contient un radiateur de refroidissement 33 et un vase d' expansion 34, une branche 35 qui forme une dérivation du radiateur de refroidissement 33 et une branche 36 qui contient un aérotherme 37 servant au chauffage de l'habitacle du véhicule. La tubulure est reliée à la branche 32 (radiateur), la tubulure 6 à la branche 36 (aérotherme) et la tubulure 7 à la branche

2s (dérivation).

La vanne permet ainsi de gérer indépendamment les débits de fluide dans les branches précitées, afin d'optimiser la

température du moteur thermique et le chauffage de l'habitacle.

En particulier, lors du démarrage à froid du moteur, elle permet de faire circuler le fluide dans la branche de dérivation 35 sans passer par le radiateur 33. Pendant cette phase de démarrage, il est possible aussi de faire passer une

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partie ou la totalité du débit de fluide dans l'aérotherme 37,

si un chauffage est désiré.

Lorsque la température du fluide a atteint ou dépassé un seuil donné susceptible d'endommager le moteur 29, la vanne 1 se place automatiquement en position de sécurité, obligeant le

fluide à passer directement par le radiateur 33.

Bien entendu, la vanne de l' invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. Elle n'est pas limitée à une vanne à trois voies comme dans les formes de réalisation décrites précédemment. De même il est possible d'envisager une forme de réalisation o les entrées et les sorties sont inversées sur le corps de vanne. Par exemple, le corps peut 1S comprendre trois entrées de fluide et une sortie. Dans ce cas la vanne peut faire partie d'un circuit de circulation de fluide du type cidessus, la sortie de la vanne étant reliée à

l'entrée du moteur.

De plus, la vanne n'est pas non plus limitée à la forme de l'organe de réglage qui peut aussi bien être de forme creuse cylindrique ou être réalisé sous la forme d'un disque obturateur disposé entre une ou plusieurs entrées de fluide et

au mois une sortie de fluide.

2s Revendic at ions 1. Vanne de commande propre à faire partie d'un circuit de refroidissement (28) dun moteur thermique (29) de véhicule automobile, le circuit étant parcouru par un fluide de refroidissement et comprenant une première branche (32) qui contient le radiateur de refroidissement (33) du moteur (29), une deuxième branche (35) qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement du moteur, et une troisième branche (36) qui contient un aérotherme (37) pour le chauffage de l'habitacle, la vanne comportant un corps (1) ayant au moins une entrée de fluide (4), une première sortie de fluide (5) reliée à la première branche (32), une deuxième sortie de fluide (7) reliée à la deuxième branche (35) et une troisième sortie de fluide (6) reliée à la troisième branche (36), ainsi qu'un organe de réglage (8) ou obturateur monté en rotation dans le corps de vanne (1) pour contrôler sélectivement le passage du fluide de refroidissement au travers des sorties (5,

6, 7),

caractérisée en ce que la vanne comporte un dispositif de rappel automatique (15, 20, 21, 22, 23) de l'organe de réglage (8) dans une position de sécurité suivant laquelle une forte proportion du débit de fluide traversant la vanne passe au travers de la sortie (5) reliée à la première branche (32) qui contient le radiateur de refroidissement (33) du moteur lorsque la température du fluide à l'intérieur du corps de vanne (1)

dépasse une valeur de seuil déterminée.

2. Vanne de commande selon la revendication 1, caractérisoe en ce que le dispositif de rappel automatique de l'organe de réglage (8) comprend un ressort de rappel (21) enroulé autour d'une tige (9) prolongeant l'organe de réglage (8), la tige ayant son axe longitudinal confondu avec l'axe de rotation XX' de l'organe de réglage (8), ledit ressort de rappel étant s précontraint et fixé par ses deux extrémités en des points déterminés (22, 20) de l'organe de réglage (8), une des extrémités étant maintenue sur l'organe de réglage par un doigt (20) solidaire de l'organe de réglage lorsque la température du fluide à l'intérieur du corps de vanne est inférieure à la valeur de seuil déterminée, ladite extrémité étant libérée de son point d' attache (20) sur l'organe de réglage (8) pour venir buter sur une butée fixe (24) du corps de vanne (1) et permettre la mise en rotation de l'organe de réglage (8) vers la position de sécurité lorsque la température du fluide de

refroidissement est supérieure à la valeur de seuil détermince.

3. Vanne de commande selon la revendication 2, caractérisse en ce que le ressort de rappel (21) comprend une première extrémité engagée dans une encoche (22) de l'organe de réglage (8) et une deuxième extrémité maintenue en position fixe sur l'organe de réglage (8) entre une butée (23) de l'organe de réglage (8) et un doigt (20) supporté par une capsule de cire (15) mobile en translation relativement à l'organe de réglage (8), et en ce que le corps de vanne (1) comporte un plot (24) sur lequel vient buter la butée (23) de l'organe de réglage (8) lorsque le doigt (20) libère sous l'effet de l'échauffement de la capsule de cire la deuxième extrémité du ressort de rappel (21). 4. Vanne de commande selon la revendication 3, caractérisée en ce que la capsule de cire (15) est intégrée à l'intérieur de l'organe de réglage (8) et comprend un corps creux cylindrique fermé à ses deux extrémités par une paroi de fond (15a) et une paroi (lSb) opposé à la paroi de fond (15a) renfermant un piston (16) muni d'une tige (17) traversant la paroi de fond dans une direction parallèle à l'axe de rotation XX' de l'organe de réglage (8) fixé à 1' organe de réglage (8) par son extrémité opposée à celle liée au piston (16) et en ce que s l'espace entre le piston (16) et la paroi de fond (15a) de la

capsule (15) est occupé par de la cire.

5. Vanne de commande selon la revendication 4, caractérisoe en ce que la capsule (15) est suspendue à une cloison intérieure (18) de l'organe de réglage (8) par un ressort hélicoïdal l'entourant en tout ou partie, et en ce que la cloison intérieure (18) est percée d'un trou traversé par le doigt (20)

supporté par la capeule (15).

1S 6. Circuit de circulation de fluide, caractérisé en ce qu'il

comprend une vanne de commande selon l'une des revendications 1

à 5, dont l'entrée de fluide (4) est reliée à une source de fluide (31) et dont les sorties de fluide (5, 6, 7) sont

reliées respectivement à des branches (32, 36, 35) du circuit.

7. Circuit de circulation de fluide selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un circuit de refroidissement (28) d'un moteur thermique (29) de véhicule automobile, qui est parcouru par un fluide de refroidissement 2s sous l' action d'une pompe de circulation (30), ce circuit comprenant une vanne de commande (1) telle que définie dans

l'une des revendications 1 à 5, dont l'entrée de fluide (4) est

reliée à une arrivée de fluide 31) de refroidissement en provenance du moteur (29) et dont les première sortie de fluide (5), deuxième sortie de fluide (7) et troisième sortie de fluide (6) sont reliées, respectivement, à une première branche (32) qui contient le radiateur de refroidissement (33) du moteur (29), une deuxième branche (35) qui constitue la dérivation du radiateur de refroidissement (33), et une troisième branche (36) qui contient l'aérotherme (37) pour le

chauffage de l'habitacle.

8. Circuit de circulation de fluide selon la revendication 6, s caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un circuit de refroidissement (28) d'un moteur thermique (29) de véhicule automobile, qui est parcouru par un fluide de refroidissement sous l' action d'une pompe de circulation (30), ce circuit comprenant une vanne de commande (1) , telle que définie dans

l'une des revendications 1 à 5, dont une sortie est reliée à

l'entrée du moteur, ladite vanne comprenant au moins une sortie