FR3015614A1 - Boisseau mobile pour une vanne de circuit de fluide - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un boisseau (42) mobile pour une vanne de circuit de fluide, notamment pour véhicule automobile, le boisseau (42) étant délimité par des bords et présentant une face de contact (5) permettant d'obturer un ou des orifices de circulation du fluide, prévus débouchant au niveau d'une paroi d'une cavité intérieure de la vanne, par un déplacement de la face de contact (5) dans une direction de déplacement, ladite face de contact (5) étant munie de déformations (2) configurées pour diminuer l'aire de contact de la face de contact (5) avec la paroi de la vanne, ladite face de contact (5) comprenant des zones sans déformations (2), lesdites zones sans déformations (2) étant dimensionnées et positionnées de manière à angulaire une distance minimale, d'une part entre deux orifices lorsqu'ils sont obturés par le boisseau (42), et d'autre part entre le ou les orifices obturés et les bords dudit boisseau (42), ladite distance minimale étant configurée pour éviter des fuites de fluide.

Description

Boisseau mobile pour une vanne de circuit de fluide. La présente invention concerne un boisseau mobile pour une vanne de circuit de fluide, notamment de véhicule automobile. Elle concerne également une vanne de circuit de fluide munie d'un tel boisseau mobile. On connaît des vannes de commande comprenant un corps de vanne présentant une paroi de fond dans laquelle débouche un orifice axial et une paroi latérale dans laquelle débouchent au moins deux orifices latéraux. L'orifice axial constitue une voie d'entrée pour le fluide, tandis que les orifices latéraux constituent des voies de sortie pour le fluide. Ce type de vanne de commande trouve une application particulière dans les circuits de refroidissement de moteurs thermiques de véhicules automobiles. Dans ce cas, l'orifice axial, formant entrée de fluide, est relié à une arrivée de fluide de refroidissement en provenance du moteur thermique, tandis que les trois orifices latéraux, formant sortie de fluide, sont reliés en parallèle respectivement à trois branches du circuit. Ce circuit comprend par exemple une première branche qui contient un radiateur de refroidissement du moteur, une deuxième branche servant au refroidissement de divers organes, et une troisième branche qui contient un aérotherme pour le chauffage de l'habitacle.

Le corps de vanne délimite un logement de révolution pour un boisseau faisant organe de réglage propre à tourner autour d'un axe de rotation et à prendre différentes positions angulaires. Le boisseau a pour fonction de fermer les orifices latéraux, afin d'empêcher la circulation du fluide et contrôler le passage du fluide au travers des orifices. Il est plaqué intérieurement contre la paroi latérale du corps de vanne pour assurer une étanchéité. Ainsi, la distribution du fluide au travers des voies de sortie est contrôlée en fonction de la position angulaire prise par l'organe de réglage. Le boisseau présente donc une face de contact avec la paroi latérale, cette face se déplaçant contre la paroi latérale lorsque le boisseau change d'orientation. Pour éviter une force de frottement importante, la face de contact est munie de déformations, par exemple des encoches concaves dans l'épaisseur du boisseau, qui limitent la surface réellement en contact avec la paroi latérale et apportent un effet de lubrification grâce à une accumulation de fluide à l'intérieur. Ainsi le glissement de la face de contact contre la paroi latérale de la vanne est facilité et permet d'utiliser une motorisation moins puissante, qui a par conséquent un encombrement plus faible.

Cependant, dans les dispositifs actuels, les débits de fuite vers les sorties qui sont obturées sont importants car l'étanchéité n'est pas assurée totalement, notamment à cause de la présence de ces encoches. En effet, une partie du fluide peut passer de proche en proche par les encoches jusqu'à un des bords du boisseau, ou jusqu'à une fenêtre destinée à coopérer avec une des ouvertures de sortie de la vanne, alors que le fluide devrait être retenu. Ces fuites ont des conséquences notables sur le fonctionnement de la vanne et du circuit de refroidissement en général. L'invention vise donc à améliorer l'étanchéité du boisseau et par conséquent éviter les fuites de fluides. Pour cela, l'invention concerne un boisseau mobile pour une vanne de circuit de fluide, notamment pour véhicule automobile, le boisseau étant délimité par des bords et présente une face de contact permettant d'obturer un ou des orifices de circulation du fluide, prévus débouchant au niveau d'une paroi d'une cavité intérieure de la vanne, par un déplacement de la face de contact dans une direction de déplacement, ladite face de contact étant munie de déformations configurées pour diminuer l'aire de contact de la face de contact avec la paroi de la vanne, ladite face de contact comprenant des zones sans déformations, lesdites zones sans déformations étant dimensionnées et positionnées de manière à s'étendre sur une distance minimale, d'une part entre deux orifices lorsqu'ils sont obturés par le boisseau, et d'autre part entre le ou les orifices obturés et les bords dudit boisseau, ladite distance minimale étant configurée pour limiter des fuites de fluide. On entend par « zone sans déformations », une zone lisse, c'est-à-dire exempte des déformations formées ailleurs sur le boisseau pour limiter l'aire de contact avec la paroi de la vanne. Ainsi, le fluide ne risque pas de passer par les déformations de proche en proche pour se glisser dans les orifices de circulation qui sont obturés par le boisseau, qu'il s'agisse du fluide présent au niveau des bords du boisseau ou au niveau d'un autre orifice de circulation obturé. En effet, une zone sans déformation est disposée entre deux orifices obturés, et entre chaque orifice obturé et chaque bord du boisseau. La distance minimale assure un écart suffisant entre chaque orifice obturé et chaque bord et une première déformation qui risquerait de guider le fluide vers un orifice obturé. Par conséquent, la vanne distribue le fluide plus efficacement car les débits de fuites sont considérablement réduits, notamment à des débits inférieurs à 3 litres par heure, voire 1 litre par heure à travers l'orifice de sortie de plus grosse section de la vanne. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : le boisseau mobile comprend une fenêtre permettant le passage de fluide à travers le boisseau, lesdites zones sans déformations étant dimensionnées et positionnées de manière à s'étendre sur une distance minimale entre ladite fenêtre et, d'une part les bords dudit boisseau, et d'autre part le ou les orifices obturés, - la distance minimale est d'au moins 2mm, - la distance minimale est de préférence de 5 mm, - le boisseau comprend un manchon cylindrique et un organe de support dudit manchon, le manchon cylindrique étant muni d'une face interne s'étendant autour d'un volume intérieur dudit organe de support, le manchon cylindrique comprenant ladite surface de contact, - le boisseau présente une section transversale circulaire munie d'une ouverture angulaire, - la section transversale du boisseau fait un angle d'au moins 180°, de préférence 240°, - la section transversale du boisseau fait un angle de préférence de 270°, - le boisseau comprend un ressort apte à écarter des arêtes du boisseau bordant l'ouverture angulaire, - les déformations sont disposées de façon à ce qu'au moins une desdites déformations se trouve sur un chemin angulaire du boisseau sur toute une hauteur dudit boisseau, et soit destinée à passer devant au moins un desdits orifices de circulation de la vanne, - les déformations sont disposées en quinconce, - les déformations sont circulaires, - les déformations sont des encoches, - le boisseau comprend un matériau en PTFE. L'invention se rapporte également à une vanne de véhicule automobile comprenant un tel boisseau mobile.30 L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints : - la figure 1 illustrant de façon schématique, une vue en perspective d'une vanne de commande, du type à trois voies, selon l'invention, - la figure 2 illustrant de façon schématique, une vue en coupe transversale d'une vanne comprenant un boisseau selon l'invention, - la figure 3 illustrant en vue en élévation, un boisseau mobile selon l'invention. Les figures 1 et 2 montrent une vanne de commande 10 qui comprend un corps cylindrique 12 définissant une cavité intérieure de la vanne. Ladite cavité intérieure est ici limitée par une paroi de fond 14 et par une paroi latérale cylindrique 16 d'axe X-X'. Dans la paroi de fond 14 débouche un orifice axial 18 délimité par une tubulure. Dans la paroi latérale cylindrique 16 débouchent trois orifices latéraux 20, 22 et 24 délimités par trois tubulures respectives. Dans l'exemple, l'orifice axial 18 constitue une entrée de fluide, tandis que les trois orifices latéraux 20, 22 et 24 constituent des sorties de la vanne 10. Il s'agit donc d'une vanne à quatre voies avec une voie d'entrée et trois voies de sortie. Les tubulures de sortie 20, 22 et 24 débouchent radialement dans la paroi 16. Le nombre d'orifices latéraux et de sorties radiales correspondantes pourra bien naturellement varier.

En variante encore, le corps 12 de vanne est massif et ladite cavité intérieure est définie par un logement formé dans le corps 12 de la vanne, notamment par usinage. Là encore, la vanne 10 pourra comprendre une entrée débouchant axialement dans ladite cavité intérieure et une ou des sorties latérales, notamment radiales, communicant avec des conduits de sortie, formés dans le corps 12 de la vanne 10.

A l'intérieur du corps 12 de vanne 10, en particulier à l'intérieur de ladite cavité intérieure, est logé un organe tournant 26, encore appelé moyeu, qui est réalisé sous la forme d'un élément généralement cylindrique et qui se prolonge ici par une tige 28. Cette tige 28 passe au travers d'une ouverture centrale que comporte un couvercle 30 de forme circulaire. L'organe tournant 26 est entraîné en rotation autour d'un axe X-X' par un actionneur 36 représenté schématiquement sur la figure 1. Il peut s'agir, par exemple, d'un motoréducteur constitué d'un moteur électrique couplé à un réducteur, dont la position est asservie grâce à une recopie de position d'un capteur, pour amener l'organe tournant 26 dans une multiplicité de positions différentes. En variante, on peut utiliser d'autres types d'actionneurs, par exemple des moteurs pas à pas ou des moteurs sans balais. L'organe tournant 26 est relié à un boisseau 42 mobile ayant la forme d'une portion angulaire d'enveloppe cylindrique solidaire en rotation de l'organe tournant, par exemple au moyen d'un doigt non représenté sur les figures. Ledit boisseau 42 est propre à venir en contact étanche avec la face interne de la paroi latérale 16. Le boisseau 42 comprend par exemple un manchon cylindrique ouvert angulairement, et est notamment réalisé en matériau PTFE. Autrement dit, ledit boisseau 42, ici ledit manchon, comprend une ouverture angulaire 7. De manière alternative, le boisseau 42 comprend par exemple un manchon cylindrique et un organe de support, non représenté sur les figures, qui sont tous deux ouverts angulairement. Le manchon est réalisé dans ce cas en matériau PTFE. Autrement dit, ledit manchon cylindrique et l'organe de support comprennent chacun une ouverture angulaire 7. L'organe de support est solidaire en rotation dudit organe tournant 26, et peut être même en continuité de matière de ce dernier.30 On comprend que, en fonction de la position angulaire du boisseau 42, une ou plusieurs sorties de la vanne 10 pourront être ouvertes ou fermées. Combiné au profil du boisseau 42, une telle vanne 10 permet une multiplicité de lois de commandes, en fonction des applications désirées, notamment des lois de commande comprenant une position de débit nul. Le boisseau 42 est muni d'une face interne s'étendant autour d'un volume intérieur. Le boisseau 42 présente ici une section circulaire ouverte, faisant un angle d'au moins 180°, voire de 270°. Le boisseau 42 comprend deux arêtes 44, 46 de part et d'autre de l'ouverture 7. Le boisseau 42 pourra en outre comprendre un ressort, non représenté sur cette figure, pour écarter mutuellement les arêtes 44, 46 bordant l'ouverture 7, afin d'assurer une force suffisante pour maintenir lesdites arrêtes 44, 46 écartées. Le ressort est, par exemple, un jonc formé d'un matériau à effet ressort, par exemple en acier à effet ressort. Il est réalisé sous la forme d'un fil comportant un coude en U reliant deux branches, lesquelles sont appliquées contre les arêtes 44, 46 du boisseau 42, notamment du manchon. Les deux arêtes 44, 46 constituent deux bords délimitant respectivement deux gorges parallèles et en vis à vis l'une de l'autre pour recevoir les deux branches de l'organe ressort. Le boisseau 42 est ainsi agencé pour plaquer radialement le boisseau 42 contre la paroi latérale 16 en vue d'assurer une étanchéité comme montré par les flèches radiales P. Ainsi, le boisseau peut obturer sélectivement, et d'une manière étanche, les orifices latéraux 20, 22 et 24, en fonction de la position angulaire de l'organe de réglage 26. Comme on peut le voir sur la figure 3, le boisseau 42 est limité en partie supérieure par un bord 48 en forme d'arc de cercle et, en partie inférieure, par un bord 50 également en arc de cercle. Il est limité latéralement par deux bords parallèles qui constituent les deux arêtes bordant l'ouverture mentionnée précédemment. Une fenêtre peut être aménagée dans le boisseau 42 pour offrir un passage vers un des orifices de sortie 20, 22 et 24 dans certaines positions du boisseau 42.

Comme représenté sur les figure 2 et 3, le boisseau 42 présente une face de contact avec la paroi latérale de la cavité intérieure de la vanne, la face de contact 5 permettant d'obturer le ou les orifices de circulation 20, 22, 24 par un déplacement du boisseau 42, selon une direction de déplacement, ici par une rotation autour de l'axe X-X' comme déjà évoqué plus haut. La face de contact 5 est en outre munie de déformations 2 permettant de diminuer l'aire de contact de la face de contact 5 avec la paroi intérieure 12 de la vanne, et ainsi de réduire les frottements lorsque le boisseau 42 change d'orientation dans la vanne 10. A cette fin, les déformations 2 sont, par exemple, des encoches concaves dans l'épaisseur du boisseau 42, notamment des encoches se présentant sous la forme de calottes sphériques formées en creux dans la matière du boisseau 42.

Le boisseau 42 comprend une multitude de déformations 2 sur la face de contact 5, pour diminuer les frottements et pour faciliter la capture des particules. Néanmoins, la face de contact 5 comprend aussi des zones sans déformations 6 pour assurer l'étanchéité en évitant des fuites de proche en proche par les déformations. On entend par l'expression « zone sans déformation », une zone de la surface extérieure du boisseau 42 qui présente une surface lisse. Lesdites zones 6 sans déformations sont dimensionnées et positionnées de manière à avoir une distance minimale D sans déformations 2, d'une part entre deux orifices de sortie 20, 22, 24 lorsqu'ils sont obturés par le boisseau 42, et d'autre part entre le ou les orifices de sortie 20, 22, 24 obturés et les bords 44, 46, 48, 50 dudit boisseau 42. Afin de limiter les fuites de fluide, la distance minimale D est avantageusement de 2mm, voire 5 mm.

Cette distance minimale D permet de réduire fortement les débits de fuite dans les orifices de circulation 20, 22, 24 obturés. Comme déjà dit, le boisseau 42 peut aussi comprendre une fenêtre, non représentée sur les figures, permettant le passage du fluide à travers le boisseau 42, afin de faire circuler le fluide dans un orifice de sortie 20, 22, 24 lorsque le boisseau 42 est dans une position définie, qui permet par exemple l'obturation d'un autre orifice de sortie 20, 22, 24. Dans ce cas également, des zones 6 sans déformations 2 sont dimensionnées et positionnées de manière à avoir une distance minimale D, par exemple de 2 ou 5 mm, sans déformations 2 entre la fenêtre et les bords 44, 46, 48, 50 dudit boisseau 42, ainsi qu'entre la fenêtre et le ou les orifices de sortie 20, 22, 24 obturés. Les déformations 2 pourront avantageusement être disposées sur la face de contact 5 de sorte qu'une droite parallèle à la direction de déplacement et appartenant à la face de contact 5 passe toujours par au moins une déformation 2. Autrement dit, au moins une déformation 2 se trouve sur un chemin angulaire du boisseau 42 sur toute la hauteur h dudit boisseau 42. Ainsi, lorsqu'une particule s'insère entre le boisseau 42 et la paroi 12 de la vanne 10, elle rencontre obligatoirement une déformation 2 à l'intérieur de laquelle elle est piégée. De telles particules sont présentes dans le fluide caloporteur circulant dans un circuit de refroidissement muni d'une telle vanne. Cette déformation 2 passe devant au moins un des orifices de circulation 20, 22, 24 de la vanne 10 lorsque le boisseau est déplacé. La déformation 2 guide donc la particule jusqu'à cet orifice 20, 22, 24 afin de l'évacuer. Cette disposition des déformations 2 évite l'encrassement et le blocage de la vanne 10. Selon un mode de réalisation préféré, les déformations 2 sont disposées en quinconce, c'est-à-dire qu'une déformation 2 est au centre d'un carré, dont les quatre coins sont occupés également par des déformations 2.

Les dimensions du carré sont choisies en fonction du diamètre des déformations 2, de manière à ce qu'une droite parallèle à la direction de déplacement du boisseau 42, rencontre une déformation 2 quelle que soit la position de cette droite sur le carré. Pour cela, le carré a un côté dont la longueur est au maximum égale à deux fois le diamètre d'une déformation 2. Les encoches ont par exemple un diamètre d'environ 3mm et une profondeur de 0.5 à 1 mm, le carré ayant par conséquent une longueur de 6mm. Les déformations ou encoches 2 présentent, par exemple, une profondeur représentant 10 à 50% de l'épaisseur du boisseau 42. De préférence, la profondeur des déformations ou encoches est supérieure à la taille maximale d'une particule présente dans le fluide caloporteur circulant dansun circuit pourvu d'une telle vanne.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS: 1. Boisseau (42) mobile pour une vanne (10) de circuit de fluide, notamment pour véhicule automobile, le boisseau (42) étant délimité par des bords et présentant une face de contact (5) permettant d'obturer un ou des orifices (20, 22, 24) de circulation du fluide, prévus débouchant au niveau d'une paroi (16) d'une cavité intérieure de la vanne (10), par un déplacement de la face de contact (5) dans une direction de déplacement, ladite face de contact (5) étant munie de déformations (2) configurées pour diminuer l'aire de contact de la face de contact (5) avec la paroi (16) de la vanne (10), ladite face de contact (5) comprenant des zones sans déformations (2), lesdites zones sans déformations (2) étant dimensionnées et positionnées de manière à s'étendre sur une distance minimale, d'une part entre deux orifices (20, 22, 24) lorsqu'ils sont obturés par le boisseau (42), et d'autre part entre le ou les orifices (20, 22, 24) obturés et les bords dudit boisseau (42), ladite distance minimale étant configurée pour limiter des fuites de fluide.
2. 2. Boisseau mobile selon la revendication 1, comprenant une fenêtre permettant le passage de fluide à travers le boisseau (42), lesdites zones sans déformations (2) étant dimensionnées et positionnées de manière à s'étendre sur une distance minimale entre ladite fenêtre et, d'une part les bords dudit boisseau (42), et d'autre part le ou les orifices (20, 22, 24) obturés.
3. 3. Boisseau mobile selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la distance minimale est d'au moins 2mm.
4. 4. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un manchon cylindrique et un organe de support dudit manchon, le manchon cylindrique étant muni d'une face interne s'étendant autour d'un volume intérieur dudit organe de support, le manchon cylindrique comprenant ladite surface de contact (5).
5. 5. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le boisseau (42) présente une section transversale circulaire, munie d'une ouverture angulaire (7).
6. 6. Boisseau mobile selon la revendication 5, dans lequel la section transversale du boisseau (42) fait un angle d'au moins 180°, de préférence 240°.
7. 7. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, comprenant un ressort apte à écarter des arêtes (44, 46) du boisseau(42) bordant l'ouverture angulaire (7).
8. 8. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les déformations sont disposées de façon à ce qu'au moins une desdites déformations (2) se trouve sur un chemin angulaire du boisseau (42) sur toute une hauteur dudit boisseau (42), et soit destinée à passer devant au moins un desdits orifices (20, 22, 24) de circulation de la vanne (10).
9. 9. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les déformations (2) dont disposées en quinconce.
10. 10. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les déformations (2) sont circulaires.
11. 11. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les déformations (2) sont des encoches.
12. 12. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un matériau en PTFE.
13. 13. Vanne (10) de véhicule automobile comprenant un boisseau 42 mobile tel que celui spécifié selon l'une quelconque des revendications précédentes.