FR3135503A1 - PROPORTIONAL ROTARY VALVE - Google Patents
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Abstract
Distributeur rotatif hydraulique comportant un boîtier (2) et un noyau (4), ledit boîtier (2) comprenant une paroi latérale (8), deux parois d’extrémité (6, 10) délimitant une chambre hydraulique, dans laquelle est logé le noyau (4) apte à tourner dans ladite chambre autour d’un axe (XX’) de rotation, une des parois d’extrémité (6) comportant un orifice d’alimentation (11), la paroi latérale du boitier comportant au moins 2 orifices de sortie (12, 20), qui débouchent dans la chambre hydraulique, le noyau (4) comportant une surface latérale (32) en regard de la paroi latérale (8), une face d’entrée (18) en regard de l’orifice d’alimentation (11), une sortie latérale (34), permettant une alimentation de chacun desdits orifices de sortie (12, 20) individuellement selon la position angulaire du noyau dans le boîtier, ladite sortie latérale (34) du noyau ayant une forme permettant, dans au moins une autre position angulaire, une alimentation partielle des 2 orifices de sortie simultanément. Figure pour l’abrégé : 1Hydraulic rotary distributor comprising a housing (2) and a core (4), said housing (2) comprising a side wall (8), two end walls (6, 10) delimiting a hydraulic chamber, in which the core is housed (4) capable of rotating in said chamber around an axis (XX') of rotation, one of the end walls (6) comprising a supply orifice (11), the side wall of the housing comprising at least 2 orifices outlet (12, 20), which open into the hydraulic chamber, the core (4) comprising a side surface (32) facing the side wall (8), an inlet face (18) facing the supply port (11), a side outlet (34), allowing a supply of each of said outlet ports (12, 20) individually according to the angular position of the core in the housing, said side outlet (34) of the core having a shape allowing, in at least one other angular position, a partial supply of the 2 outlet orifices simultaneously. Figure for abstract: 1
Description
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREAND STATE OF PRIOR ART
La présente invention se rapporte à une vanne rotative ou à un distributeur hydraulique, par exemple utilisé(e) pour le refroidissement dans le domaine de l’industrie automobile, la vanne ou le distributeur étant de préférence actionné(e) électriquement. L’invention s’applique également à la distribution d’un fluide de refroidissement d’une pile à combustible.The present invention relates to a rotary valve or a hydraulic distributor, for example used for cooling in the field of the automobile industry, the valve or distributor being preferably electrically actuated. The invention also applies to the distribution of a fuel cell cooling fluid.
Dans le domaine automobile, l’utilisation de vannes ou de distributeurs hydrauliques est courante pour refroidir certaines parties du moteur, par exemple il s’agit de vannes motorisées à 1 ou 2 entrée(s) et 2 sorties et d’électrovanne à 1 entrée et 2 sorties. Ces vannes ou distributeurs sont contrôlé(e)s généralement au moyen d’un moteur électrique.In the automotive field, the use of hydraulic valves or distributors is common to cool certain parts of the engine, for example these are motorized valves with 1 or 2 inlet(s) and 2 outlets and solenoid valves with 1 inlet and 2 exits. These valves or distributors are generally controlled by means of an electric motor.
Il existe plusieurs types de vannes ou distributeurs hydrauliques (la description qui suit utilise le terme « distributeur », mais elle doit être entendue comme s’appliquant également à une vanne), notamment les distributeurs à tiroir et les distributeurs rotatifs.There are several types of hydraulic valves or distributors (the following description uses the term "distributor", but it should be understood to also apply to a valve), including spool valves and rotary distributors.
Les distributeurs rotatifs, également désignés distributeurs à boisseau, comportent un boîtier délimitant une chambre cylindrique de révolution munie d’au moins une entrée de fluide destinée à être connecté à une source de liquide, et au moins une sortie de fluide destinée à être connectée à un tuyau pour mener le liquide vers la zone à refroidir. L’entrée et la sortie débouchent dans la paroi cylindrique de la chambre. Le distributeur comporte également une partie centrale tournante ou noyau monté dans la chambre. Le noyau comporte une surface extérieure de révolution en regard de la paroi cylindrique de la chambre. Le noyau comporte au moins deux orifices dans sa surface extérieure reliés par un canal. Les deux orifices sont orientés l’un par rapport à l’autre de sorte que, lorsque l’un des orifices est en regard de l’entrée, l’autre est en regard de la sortie. Ainsi en tournant le noyau dans la chambre, on peut permettre ou interrompre la circulation entre l’entrée et la sortie et donc la circulation entre la source de liquide et la zone à refroidir.Rotary distributors, also called plug distributors, comprise a housing delimiting a cylindrical chamber of revolution provided with at least one fluid inlet intended to be connected to a source of liquid, and at least one fluid outlet intended to be connected to a pipe to lead the liquid to the area to be cooled. The inlet and outlet open into the cylindrical wall of the chamber. The distributor also has a rotating central portion or core mounted in the chamber. The core has an external surface of revolution facing the cylindrical wall of the chamber. The core has at least two holes in its outer surface connected by a channel. The two orifices are oriented relative to each other so that, when one of the orifices is facing the inlet, the other is facing the outlet. Thus by rotating the core in the chamber, we can allow or interrupt the circulation between the inlet and the outlet and therefore the circulation between the liquid source and the zone to be cooled.
Un tel distributeur est en général alimenté latéralement, l’arrivée latérale de fluide générant un couple qui agit sur l’ensemble du dispositif. Un problème est de réaliser un dispositif distributeur permettant de résoudre ce problème.Such a distributor is generally supplied laterally, the lateral inlet of fluid generating a torque which acts on the entire device. One problem is to produce a dispensing device making it possible to solve this problem.
Un autre problème est de réaliser un dispositif distributeur rotatif permettant de distribuer un fluide de manière simultanée et proportionnelle entre deux sorties du distributeur. En effet, on ne connait pas de dispositif qui puisse répartir un fluide entre deux sorties, selon une répartition prédéterminée.Another problem is to produce a rotary distributor device making it possible to distribute a fluid simultaneously and proportionally between two distributor outlets. Indeed, we do not know of any device which can distribute a fluid between two outlets, according to a predetermined distribution.
Par ailleurs, une étanchéité entre le noyau et le boîtier est habituellement obtenue en utilisant des joints, ce qui pose le problème de la surveillance de l’état de ces joints et, également, de la réalisation du dispositif qui doit prévoir des gorges dans lesquelles ces joints sont positionnés. Il en résulte un dispositif et un procédé de réalisation qui sont complexes. Or on cherche justement à réaliser des distributeurs de conception simple, fiable et comportant un nombre réduit de composants.Furthermore, a seal between the core and the housing is usually obtained by using seals, which poses the problem of monitoring the state of these seals and, also, of producing the device which must provide grooves in which these joints are positioned. This results in a device and a production method which are complex. However, we are seeking to produce distributors with a simple, reliable design and comprising a reduced number of components.
Un autre problème est celui de l’entraînement d’un dispositif distributeur rotatif : on cherche un système d’entraînement simple, qui permet de transmettre aisément au noyau un mouvement depuis un actionneur.Another problem is that of driving a rotary distributor device: we are looking for a simple drive system, which makes it possible to easily transmit a movement from an actuator to the core.
Il se pose également le problème de ramener automatiquement le noyau à une position d’équilibre lorsqu’il a été emmené vers une autre position, par exemple pour alimenter un conduit.There is also the problem of automatically returning the core to an equilibrium position when it has been taken to another position, for example to supply a conduit.
C’est par conséquent un but de la présente invention d’offrir un distributeur hydraulique rotatif fiable et de fabrication simplifiée par rapport aux distributeurs hydrauliques de l’état de la technique.It is therefore an aim of the present invention to offer a reliable rotary hydraulic distributor of simplified manufacturing compared to the hydraulic distributors of the state of the art.
C’est un autre but de la présente invention d’offrir un distributeur hydraulique rotatif permettant de résoudre au moins un des problèmes exposés ci-dessus.It is another aim of the present invention to offer a rotary hydraulic distributor making it possible to solve at least one of the problems exposed above.
A cette fin, l’invention a pour objet un distributeur hydraulique rotatif comportant un boîtier et une partie centrale tournante, ou noyau, le boîtier comportant une chambre cylindrique de révolution recevant le noyau. La paroi du boitier ou de la chambre comporte au moins 2 orifices de sortie, qui débouchent dans la chambre hydraulique.To this end, the subject of the invention is a rotary hydraulic distributor comprising a housing and a rotating central part, or core, the housing comprising a cylindrical chamber of revolution receiving the core. The wall of the box or the chamber has at least 2 outlet orifices, which open into the hydraulic chamber.
Le noyau comporte une surface latérale en regard de la paroi intérieure du boîtier. Il comporte de préférence une entrée en regard de l’orifice d’alimentation, une sortie latérale et un conduit qui relie ladite entrée et ladite sortie. Ainsi est réalisée une alimentation de chacun desdits orifices de sortie individuellement dans chacune d’une 1èreposition angulaire et d’une 2èmeposition angulaire du noyau dans le boîtier. De préférence, la sortie latérale du noyau a une forme telle que, dans au moins une autre position angulaire intermédiaire, une alimentation partielle des 2 orifices de sortie est réalisée simultanément.The core has a side surface facing the interior wall of the housing. It preferably comprises an inlet facing the supply orifice, a side outlet and a conduit which connects said inlet and said outlet. Thus, each of said outlet orifices is supplied individually in each of a 1st angular position and a 2nd angular position of the core in the housing. Preferably, the lateral outlet of the core has a shape such that, in at least one other intermediate angular position, a partial supply of the 2 outlet orifices is carried out simultaneously.
Dans une réalisation particulière, l’orifice d’alimentation est coaxial à l’axe de rotation ou s’étend de manière à ce que l’axe de rotation lui soit perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire. Ainsi, une alimentation en fluide a lieu selon une direction alignée avec l’axe de rotation, ce qui réduit fortement le couple produit par le fluide lorsqu’il est introduit dans le distributeur.In a particular embodiment, the supply orifice is coaxial with the axis of rotation or extends so that the axis of rotation is perpendicular to it or substantially perpendicular. Thus, a fluid supply takes place in a direction aligned with the axis of rotation, which greatly reduces the torque produced by the fluid when it is introduced into the distributor.
L’invention a alors pour objet un dispositif distributeur rotatif hydraulique comportant un boîtier et un noyau, ledit boîtier comprenant une paroi latérale, deux parois d’extrémité délimitant une chambre hydraulique, dans laquelle est logé le noyau apte à tourner dans ladite chambre autour d’un axe (XX’) de rotation, une des parois d’extrémité comportant un orifice d’alimentation qui s’étend sensiblement perpendiculairement audit axe (XX’) de rotation, la paroi latérale du boitier comportant au moins 2 orifices de sortie, qui débouchent dans la chambre hydraulique, le noyau comportant une surface latérale en regard de la paroi latérale du boîtier, une face d’entrée en regard de l’orifice d’alimentation, une sortie latérale et un conduit, qui relie ladite face d’entrée et ladite sortie latérale, et qui permet une alimentation de chacun desdits orifices de sortie individuellement dans chacune d’une 1èreposition angulaire et d’une 2èmeposition angulaire du noyau dans le boîtier, ladite sortie latérale du noyau ayant une forme permettant, dans au moins une autre, ou dans plusieurs, position(s) angulaire(s) intermédiaire(s) entre ladite 1èreposition angulaire et ladite 2èmeposition angulaire, une alimentation partielle des 2 orifices de sortie simultanément.The subject of the invention is then a hydraulic rotary distributor device comprising a housing and a core, said housing comprising a side wall, two end walls delimiting a hydraulic chamber, in which is housed the core capable of rotating in said chamber around 'an axis (XX') of rotation, one of the end walls comprising a supply orifice which extends substantially perpendicular to said axis (XX') of rotation, the side wall of the housing comprising at least 2 outlet orifices, which open into the hydraulic chamber, the core comprising a lateral surface facing the side wall of the housing, an inlet face facing the supply orifice, a lateral outlet and a conduit, which connects said face of inlet and said lateral outlet, and which allows a supply of each of said outlet orifices individually in each of a 1st angular position and a 2nd angular position of the core in the housing, said lateral outlet of the core having a shape allowing , in at least one other, or in several, intermediate angular position(s) between said 1st angular position and said 2nd angular position, a partial supply of the 2 outlet orifices simultaneously.
Dans une réalisation d’un dispositif selon l’invention selon l’une ou l’autre des définitions ci-dessus ou telle que décrite dans la suite de la présente demande, la sortie latérale du noyau a :
- une ouverture angulaire, mesurée dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du noyau, supérieure à l’angle qui sépare, dans le même plan, les 2 sorties dans la paroi latérale ;
- ou bien la distance qui sépare les 2 points les plus éloignés de la sortie latérale est supérieure à la distance qui sépare les 2 orifices de sortie du boîtier.In one embodiment of a device according to the invention according to one or other of the definitions above or as described in the remainder of this application, the lateral outlet of the core has:
- an angular opening, measured in a plane perpendicular to the axis of rotation of the core, greater than the angle which separates, in the same plane, the 2 outlets in the side wall;
- or the distance which separates the 2 points farthest from the side outlet is greater than the distance which separates the 2 outlet holes of the housing.
Ainsi il existe des positions du noyau dans lesquelles le fluide est dirigé en partie vers la 1èresortie de la paroi latérale et, simultanément, en partie vers la 2èmesortie de la paroi latérale. Une rotation du noyau permet de faire varier ou d’ajuster les flux envoyés vers chacune de ces 2 sorties, l’augmentation du flux vers l’une d’entre elle allant de pair avec la réduction du flux vers l’autre. Un dispositif selon l’invention permet donc de réaliser une répartition proportionnelle du fluide entre deux de ses sorties.Thus there are positions of the core in which the fluid is directed partly towards the 1st outlet of the side wall and, simultaneously, partly towards the 2nd outlet of the side wall. A rotation of the core makes it possible to vary or adjust the flows sent to each of these 2 outputs, the increase in the flow towards one of them going hand in hand with the reduction in the flow towards the other. A device according to the invention therefore makes it possible to achieve a proportional distribution of the fluid between two of its outlets.
Selon un exemple de réalisation, la sortie latérale du noyau présente une forme oblongue ou ovale ou ellipsoïdale.According to an exemplary embodiment, the lateral outlet of the core has an oblong or oval or ellipsoidal shape.
Selon une réalisation particulière, un distributeur rotatif hydraulique selon l’invention peut comporter un/le conduit intérieur au noyau qui relie l’entrée du noyau et la sortie latérale de celui-ci, ce conduit ayant une section, perpendiculairement à une direction d’écoulement de fluide, qui s’accroit depuis l’entrée vers la sortie latérale du noyau. Cet accroissement permet une réduction des pertes de charge.According to a particular embodiment, a hydraulic rotary distributor according to the invention may comprise one/the interior conduit to the core which connects the inlet of the core and the lateral outlet thereof, this conduit having a section, perpendicular to a direction of fluid flow, which increases from the inlet to the lateral outlet of the core. This increase allows a reduction in pressure losses.
Par exemple, la section de ce conduit intérieur s’accroit progressivement d’une valeur comprise entre 1% et 3 % pour tout accroissement compris entre 7° et 12°, par exemple 10°, d’un angle mesuré entre la face d’entrée contenant l’ouverture du noyau et un plan perpendiculaire à la direction d’écoulement de fluide.For example, the section of this internal conduit gradually increases by a value of between 1% and 3% for any increase of between 7° and 12°, for example 10°, of an angle measured between the face of inlet containing the core opening and a plane perpendicular to the direction of fluid flow.
Dans un distributeur rotatif hydraulique, par exemple selon l’invention telle que décrite ci-dessus et dans la présente demande, l’étanchéité entre les 2 voies de sortie peut être assurée par le passage étroit ou le faible jeu, par exemple compris entre 50 µm et 200 µm ou même 300 µm (par exemple : 250 µm, en particulier pour une fuite de 1% de 700 l/mn), entre cette surface latérale et la paroi latérale. Ainsi, le distributeur ne met pas en œuvre de moyens additionnels tels que des joints.In a hydraulic rotary distributor, for example according to the invention as described above and in the present application, the seal between the 2 outlet channels can be ensured by the narrow passage or the small clearance, for example between 50 µm and 200 µm or even 300 µm (for example: 250 µm, in particular for a leak of 1% of 700 l/min), between this side surface and the side wall. Thus, the distributor does not implement additional means such as seals.
L’invention concerne également un distributeur rotatif hydraulique comportant un boîtier et un noyau, ledit boîtier comprenant une paroi latérale, deux parois d’extrémité délimitant une chambre hydraulique, dans laquelle est logé le noyau apte à tourner dans ladite chambre autour d’un axe (XX’) de rotation, au moins un orifice d’alimentation, et au moins un orifice de sortie, qui débouche(nt) dans la chambre hydraulique, le noyau comportant une surface latérale en regard de la paroi latérale du boîtier, une ouverture d’entrée, au moins une sortie latérale et un conduit, ou une chambre, qui relie ladite face d’entrée et ladite sortie latérale, permettant une alimentation de chacun desdits orifices de sortie en fonction de la position angulaire du noyau dans le boîtier, l’étanchéité entre la surface latérale du noyau et la paroi latérale du boîtier étant assurée par le passage étroit ou le faible jeu, par exemple compris entre 50 µm et 200 µm ou même 300 µm (par exemple : 250 µ), entre cette surface latérale et cette paroi latérale.The invention also relates to a hydraulic rotary distributor comprising a housing and a core, said housing comprising a side wall, two end walls delimiting a hydraulic chamber, in which is housed the core capable of rotating in said chamber around an axis (XX') of rotation, at least one supply orifice, and at least one outlet orifice, which open(s) into the hydraulic chamber, the core comprising a side surface facing the side wall of the housing, an opening input, at least one lateral outlet and a conduit, or a chamber, which connects said inlet face and said lateral outlet, allowing supply to each of said outlet orifices as a function of the angular position of the core in the housing, the seal between the side surface of the core and the side wall of the housing being ensured by the narrow passage or the small clearance, for example between 50 µm and 200 µm or even 300 µm (for example: 250 µ), between this surface side and this side wall.
Un distributeur rotatif hydraulique selon l’invention peut comporter en outre des moyens de rappel pour ramener le noyau à une position d’équilibre ou initiale après avoir été emmené dans une position écartée de cette position d’équilibre ou initiale.A hydraulic rotary distributor according to the invention may further comprise return means for returning the core to an equilibrium or initial position after having been taken to a position separated from this equilibrium or initial position.
Par exemple, ces moyens de rappel comportent un ressort de torsion, dont une extrémité est fixée au noyau et une autre extrémité est fixée à une partie du distributeur qui reste fixe lorsque le noyau est entraîné en rotation.For example, these return means comprise a torsion spring, one end of which is fixed to the core and another end is fixed to a part of the distributor which remains fixed when the core is rotated.
Selon encore une autre réalisation, le noyau peut comporter des moyens d’accouplement pour coupler au noyau l’extrémité d’un arbre d’un actionneur.According to yet another embodiment, the core may include coupling means for coupling the end of a shaft of an actuator to the core.
Par exemple, les moyens d’accouplement comportent une pièce munie d’une rainure pour recevoir l’extrémité d’un arbre d’un actionneur, le noyau comportant un logement apte à recevoir ladite pièce, de sorte que cette dernière transmette une rotation de l’arbre au noyau.For example, the coupling means comprise a part provided with a groove for receiving the end of a shaft of an actuator, the core comprising a housing capable of receiving said part, so that the latter transmits a rotation of the tree at the core.
Ladite pièce, ainsi que le logement, ont par exemple une forme cylindrique, et la pièce peut être munie d’un ergot de forme parallélépipédique, réalisée sur une surface d’extrémité dudit cylindre, le logement comportant un espace d’accueil dudit ergot, cet espace d’accueil ayant lui aussi une forme parallélépipédique, de sorte que l’ergot assure la transmission de la rotation au noyau.Said part, as well as the housing, have for example a cylindrical shape, and the part can be provided with a lug of parallelepiped shape, made on an end surface of said cylinder, the housing comprising a space for receiving said lug, this reception space also having a parallelepiped shape, so that the lug ensures the transmission of rotation to the core.
De préférence, la rainure et l’ergot s’étendent selon des directions perpendiculaires ou sensiblement perpendiculaires entre elles, ce qui permet de compenser des défauts de coaxialité ou d’alignement selon les axes perpendiculaires à l’axe de rotation.Preferably, the groove and the lug extend in directions perpendicular or substantially perpendicular to each other, which makes it possible to compensate for coaxiality or alignment defects along the axes perpendicular to the axis of rotation.
Selon un autre exemple, ladite pièce, ainsi que le logement, ont chacun une forme parallélépipédique, de sorte que la pièce assure la transmission de la rotation au noyau.According to another example, said part, as well as the housing, each have a parallelepiped shape, so that the part ensures the transmission of rotation to the core.
De plus, un dispositif selon l’invention peut comporter des moyens pour limiter son mouvement ou débattement angulaire en rotation lorsqu’il est entraîné par un actionneur. Par exemple, le noyau comporte une fente de forme circulaire, laquelle est arrêtée par une butée, dans une position initiale du noyau, puis dans une position maximale de celui-ci.In addition, a device according to the invention may include means for limiting its movement or angular movement in rotation when it is driven by an actuator. For example, the core includes a slot of circular shape, which is stopped by a stop, in an initial position of the core, then in a maximum position of the latter.
Avantageusement, le boîtier et/ou le noyau est ou sont réalisés en plastique moulé, ce qui permet de réduire la masse du distributeur et le temps de fabrication.Advantageously, the housing and/or the core is or are made of molded plastic, which makes it possible to reduce the mass of the distributor and the manufacturing time.
Pa exemple, le boîtier et/ou le noyau sont réalisés en matière plastique.For example, the housing and/or the core are made of plastic.
La présente demande a également pour objet un électrodistributeur rotatif hydraulique comportant un distributeur selon l’une des revendications précédentes et un actionneur, par exemple un moteur ou un motoréducteur, entraînant le noyau en rotation.The present application also relates to a hydraulic rotary solenoid valve comprising a distributor according to one of the preceding claims and an actuator, for example a motor or a geared motor, driving the core in rotation.
Par exemple, l’actionneur comporte un arbre de sortie aligné selon l’axe (XX’) de rotation.For example, the actuator includes an output shaft aligned along the axis (XX') of rotation.
L’invention concerne également un procédé de distribution d’un fluide à l’aide d’un électrodistributeur rotatif hydraulique selon l’invention, le fluide étant introduit par l’orifice d’alimentation, par exemple selon la direction de l’axe (XX’) de rotation ou perpendiculairement à celui-ci, et étant guidé par le conduit intérieur du noyau vers la sortie latérale de celui-ci puis, en fonction de l’orientation du noyau dans le boîtier, vers l’un et/ou l’autre des 2 orifices de sortie.The invention also relates to a method of distributing a fluid using a hydraulic rotary electrodistributor according to the invention, the fluid being introduced through the supply orifice, for example in the direction of the axis ( XX') of rotation or perpendicular to it, and being guided by the internal conduit of the core towards the lateral outlet thereof then, depending on the orientation of the core in the housing, towards one and/or the other of the 2 outlet ports.
Selon un exemple, le fluide est un mélange d’eau et de glycol, par exemple de l’eau à 60% et du glycol à 40%. Ce fluide convient par exemple au refroidissement d’une pile à combustible.According to one example, the fluid is a mixture of water and glycol, for example 60% water and 40% glycol. This fluid is suitable, for example, for cooling a fuel cell.
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels :The present invention will be better understood on the basis of the description which follows and the appended drawings in which:
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Sur la
Le distributeur D comporte un boîtier 2 ou corps de vanne, de forme essentiellement cylindrique de révolution autour de l’axe XX’, et une partie centrale 4, désignée noyau, montée dans le boîtier 2 et apte à tourner dans celui-ci.The distributor D comprises a housing 2 or valve body, of essentially cylindrical shape of revolution around the axis XX', and a central part 4, designated core, mounted in the housing 2 and able to rotate therein.
Dans l’exemple représenté, le boîtier 2 comporte un fond 6 et une paroi latérale 8 sensiblement cylindrique d’un seul tenant, et un couvercle d’entrée 10 qui comporte une ouverture 11 par laquelle le fluide entre dans le dispositif; le fluide s’écoule donc selon une direction alignée avec l’axe XX’, puis est distribué, par le noyau 4, vers une ou plusieurs sorties latérale du boîtier. Le couvercle d’entrée 10 est par exemple assemblé ou solidarisé au boîtier 2 de manière amovible, par exemple par des vis, ou de manière fixe, par exemple par soudage, par exemple encore par soudage à ultrason (notamment si les pièces sont en matériau plastique).In the example shown, the housing 2 comprises a bottom 6 and a side wall 8 substantially cylindrical in one piece, and an inlet cover 10 which has an opening 11 through which the fluid enters the device; the fluid therefore flows in a direction aligned with the axis XX', then is distributed, by the core 4, towards one or more side outlets of the housing. The inlet cover 10 is for example assembled or secured to the housing 2 in a removable manner, for example by screws, or in a fixed manner, for example by welding, for example also by ultrasonic welding (in particular if the parts are made of material plastic).
Il est à noter que l’arrivée coaxiale du fluide permet de diminuer le couple produit par celui-ci sur l’ensemble du distributeur. Ceci est avantageux quel que soit le débit du fluide, mais particulièrement pour des débits élevés, par exemple compris entre 200 et 700 litres par minute. Le boitier 2 comporte un premier orifice de sortie 20 formé dans la paroi latérale 8, qui peut être prolongé par un 1erconduit (non représenté sur la figure) destiné par exemple à amener le liquide vers une zone donnée, par exemple une zone à refroidir, et un deuxième 12 orifice de sortie, qui peut être prolongé par un 2èmeconduit (non représenté sur la figure) destiné par exemple lui aussi à amener le liquide vers une zone donnée, par exemple encore une zone à refroidir. Ces conduits sont par exemple soudés sur la base des orifices 12 et 20 respectivement. Le boîtier 2 définit une chambre hydraulique 26. Les orifices de sortie 12 et 20 sont répartis angulairement sur la paroi latérale autour de l’axe XX’.It should be noted that the coaxial arrival of the fluid makes it possible to reduce the torque produced by it throughout the distributor. This is advantageous whatever the flow rate of the fluid, but particularly for high flow rates, for example between 200 and 700 liters per minute. The housing 2 comprises a first outlet 20 formed in the side wall 8, which can be extended by a 1st conduit (not shown in the figure) intended for example to bring the liquid to a given zone, for example a zone to be cool, and a second outlet 12, which can be extended by a 2nd conduit (not shown in the figure) intended for example also to bring the liquid towards a given zone, for example another zone to be cooled. These conduits are for example welded on the base of the orifices 12 and 20 respectively. Housing 2 defines a hydraulic chamber 26. The outlet orifices 12 and 20 are distributed angularly on the side wall around the axis XX'.
Le boitier 2 comporte également un capot moteur 18, qui peut être par exemple assemblé ou solidarisé au boîtier 2 de manière amovible, par exemple par des vis, ou de manière fixe, par exemple par soudage, par exemple encore par soudage à ultrason (notamment si les pièces sont en matériau plastique) . L’ensemble du dispositif est actionné par un actionneur 33 (par exemple un moteur ou un motoréducteur). Des moyens, ou un organe, d’accouplement 36 relient un arbre de l’actionneur au noyau 4 afin d’entrainer ce dernier en rotation autour de l’axe XX’.The housing 2 also includes a motor cover 18, which can for example be assembled or secured to the housing 2 in a removable manner, for example by screws, or in a fixed manner, for example by welding, for example also by ultrasonic welding (in particular if the parts are made of plastic material). The entire device is actuated by an actuator 33 (for example a motor or a geared motor). Coupling means, or a member, 36 connect a shaft of the actuator to the core 4 in order to cause the latter to rotate around the axis XX'.
Des moyens d’adaptation 39, comportant par exemple une couronne 391 et des moyens de fixation 392, par exemple des vis, peuvent être prévus pour assembler l’actionneur 33 avec le capot 18. L’axe de l’actionneur passe par l’orifice central de la couronne.Adaptation means 39, comprising for example a crown 391 and fixing means 392, for example screws, can be provided to assemble the actuator 33 with the cover 18. The axis of the actuator passes through the central hole of the crown.
Le dispositif de la
Sur les figures 2A et 2B, on peut voir le noyau4 de forme également cylindrique de révolution d’axe XX’. Ce noyau 4 est monté dans la chambre hydraulique, dans laquelle il est apte à tourner autour de l’axe XX’. Il comporte deux faces d’extrémité 28, 30 et une surface latérale 32.In Figures 2A and 2B, we can see the core 4 also having a cylindrical shape of revolution of axis XX'. This core 4 is mounted in the hydraulic chamber, in which it is able to rotate around the axis XX'. It has two end faces 28, 30 and a side surface 32.
Lorsque ce noyau 4 est monté dans la chambre hydraulique, sa face d’extrémité 28 est en regard du fond du boîtier 2 (situé du côté de l’actionneur) et sa face d’extrémité 30 est en regard du couvercle 10. La face d’extrémité 30 comporte une ouverture 31 destinée à être alignée avec l’ouverture 11 du couvercle 10 afin d’accueillir le flux de fluide qui s’écoule le long de l’axe XX’. La surface latérale 32 du noyau 4 comporte une ouverture latérale 34, laquelle va permettre de guider le fluide vers une ou plusieurs des orifices de sortie 12, 20. Un roulement à billes 37 peut être prévu, pour assurer le guidage en rotation du noyau 4 dans le boîtier 2 ; par ailleurs, un joint statique peut-être avantageusement prévu entre le boîtier 2 et le couvercle 10 pour éviter les fuites de liquide. De même, un ou plusieurs joint(s) 40 est/sont avantageusement prévu(s) entre la face d’extrémité 6 et le capot 18 pour éviter les fuites de liquide. La référence 37’ désigne également un roulement à billes.When this core 4 is mounted in the hydraulic chamber, its end face 28 faces the bottom of the housing 2 (located on the actuator side) and its end face 30 faces the cover 10. The face end 30 has an opening 31 intended to be aligned with the opening 11 of the cover 10 in order to accommodate the flow of fluid which flows along the axis XX'. The lateral surface 32 of the core 4 has a lateral opening 34, which will make it possible to guide the fluid towards one or more of the outlet orifices 12, 20. A ball bearing 37 can be provided, to ensure the rotational guidance of the core 4 in box 2; Furthermore, a static seal may advantageously be provided between the housing 2 and the cover 10 to prevent liquid leaks. Likewise, one or more seal(s) 40 is/are advantageously provided between the end face 6 and the cover 18 to prevent liquid leaks. The reference 37’ also designates a ball bearing.
Un conduit 38 relie l’ouverture 31 d’entrée du fluide dans le noyau 4 et l’ouverture 34 de sortie du fluide du noyau. La forme de ce conduit est représentée plus en détail en
Un plan P, sensiblement orthogonal à la direction d’écoulement du fluide, est représenté en
On indique, dans le tableau ci-dessous, pour différentes valeurs de l’angle α, différentes valeurs de la surface S laquelle, comme déjà indiqué ci-dessus, va en s’accroissant au fur et à mesure de l’accroissement de l’angle α.
[Table]
We indicate, in the table below, for different values of the angle α, different values of the surface S which, as already indicated above, increases progressively as the increase in l angle α.
[Table]
Dans sa partie finale, alors que l’angle α est égal à 90°, la surface S peut encore augmenter comme on le comprend du tableau ci-dessus (voir la différence entre la valeur de S pour 90° et la valeur « finale »).In its final part, while the angle α is equal to 90°, the surface S can further increase as can be understood from the table above (see the difference between the value of S for 90° and the “final” value ).
Par exemple, pour chaque augmentation de l’angle α de 10°, ou plus généralement comprise entre 7° et 12° , la surface S peut être augmentée d’une valeur relative comprise entre 1 et 3 %, par exemple 2%.For example, for each increase in the angle α of 10°, or more generally between 7° and 12° , the surface S can be increased by a relative value of between 1 and 3%, for example 2%.
De préférence, l’orifice de sortie 34 a, en projection dans un plan parallèle à l’axe XX’ et perpendiculaire à la direction de sortie du fluide, une forme allongée ou oblongue le long d’un axe YY’ sensiblement perpendiculaire à l’axe XX’. Par exemple, cette projection de l’orifice de sortie a une forme ellipsoïdale, le grand axe de l’ellipsoïde étend confondu avec l’axe YY’.Preferably, the outlet orifice 34 has, in projection in a plane parallel to the axis XX' and perpendicular to the direction of outlet of the fluid, an elongated or oblong shape along an axis YY' substantially perpendicular to the 'XX axis'. For example, this projection of the outlet has an ellipsoidal shape, the major axis of the ellipsoid extends coincident with the axis YY'.
La distance d (
Dans certaines positions, l’orifice de sortie 34 peut déboucher uniquement dans l’une ou l’autre des sorties 12, 20. C’est ce qui est représenté en figures 5A (sortie du flux intégralement vers la sortie 20) et 5B (sortie du flux intégralement vers la sortie 12).In certain positions, the outlet orifice 34 can open only into one or the other of the outlets 12, 20. This is what is represented in Figures 5A (exit of the flow entirely towards the outlet 20) and 5B ( output of the flow entirely to output 12).
De préférence, le jeu entre le noyau 4 et la surface intérieure du boîtier 2 permet d’assurer l’étanchéité entre 2 voies de sortie voisines 12, 20, sans mettre en œuvre un joint. Ceci permet d’éviter :Preferably, the clearance between the core 4 and the interior surface of the housing 2 makes it possible to ensure sealing between 2 neighboring outlet channels 12, 20, without implementing a seal. This helps avoid:
- un frottement supplémentaire (entre le joint et la surface intérieure du boîtier 2 ou entre le joint et la surface extérieure du noyau 4) ;- additional friction (between the seal and the interior surface of the housing 2 or between the seal and the exterior surface of the core 4);
- une surveillance de l’état du joint et une étape de remplacement lorsque celui-ci est usé.- monitoring of the condition of the seal and a replacement step when it is worn.
À cette fin, on peut calculer le jeu maximum h à mettre en œuvre entre la surface extérieure du noyau et la surface intérieure du boîtier 2. On peut modéliser la fente par un système constitué par 2 plaques, disposées entre les 2 sorties et séparées d’une largeur b sur une longueur l, la fente ayant une épaisseur h ; l’une des sorties est à une pression p1 (pression amont) tandis que l’autre sortie est à une pression p2 (pression aval, p1>p2). Le fluide ayant une viscosité dynamique η, on applique la formule suivante, qui donne le débit dV/dt de la fuite :To this end, we can calculate the maximum clearance h to be implemented between the exterior surface of the core and the interior surface of the housing 2. We can model the slot by a system consisting of 2 plates, arranged between the 2 outlets and separated by a width b over a length l, the slot having a thickness h; one of the outlets is at a pressure p1 (upstream pressure) while the other outlet is at a pressure p2 (downstream pressure, p1>p2). The fluid having a dynamic viscosity η, we apply the following formula, which gives the flow rate dV/dt of the leak:
Pour :
- un fluide constitué d’un mélange d’eau (à 60 %) et de glycol (à 40 %) ;
- ayant une viscosité, à 100°C, de 2x10-3Pa.s,
- une différence de pression (p1-p2) de 1 bar,
- des valeurs de b = 4,5 x10-2m et L = 1,77 x10-2m,For :
- a fluid consisting of a mixture of water (60%) and glycol (40%);
- having a viscosity, at 100°C, of 2x10 -3 Pa.s,
- a pressure difference (p1-p2) of 1 bar,
- values of b = 4.5 x10 -2 m and L = 1.77 x10 -2 m,
On aboutit à un jeu maximum de 1,85 x10-4m au rayon afin d’avoir un débit de fuite au maximum de 4 l par minute.This results in a maximum clearance of 1.85 x10 -4 m at the radius in order to have a maximum leak rate of 4 l per minute.
En fonction du débit de fuite maximum souhaité, de la viscosité du fluide (qui, elle-même, peut dépendre de la température), des paramètres géométriques, de la différence de pression, on peut adapter la formule ci-dessus. Les dimensions pièces 2, 4 réellement obtenues lors de la fabrication peuvent ensuite être comparées au jeu maximum obtenu selon la modélisation ci-dessus, afin de vérifier si ces pièces vont satisfaire à l’exigence d’étanchéité souhaitée.Depending on the desired maximum leak rate, the viscosity of the fluid (which itself can depend on the temperature), the geometric parameters, the pressure difference, the above formula can be adapted. The dimensions of parts 2, 4 actually obtained during manufacturing can then be compared to the maximum clearance obtained according to the modeling above, in order to check whether these parts will meet the desired sealing requirement.
De manière générale, on se placera à la température d’utilisation qui conduit à la viscosité la plus faible, puisque le débit de la fuite est inversement proportionnel à la viscosité. Cette température est le plus souvent la température maximale d’utilisation. Par exemple, pour une application à un fluide de refroidissement utilisé entre - 40 °C et + 100 °C, on se placera à cette dernière valeur de 100 °C.Generally speaking, we will choose the operating temperature which results in the lowest viscosity, since the flow rate of the leak is inversely proportional to the viscosity. This temperature is most often the maximum use temperature. For example, for an application to a cooling fluid used between - 40°C and + 100°C, we will use the latter value of 100°C.
Plus généralement, le jeu sera par exemple compris entre 50 µm et 200 µm ou même 300 µm (par exemple : 250 µm, en particulier pour une fuite de 1% de 700 l/mn).More generally, the clearance will for example be between 50 µm and 200 µm or even 300 µm (for example: 250 µm, in particular for a leak of 1% of 700 l/min).
Cette étanchéité sans joint peut être appliquée non seulement aux distributeurs décrits ci-dessus en lien avec les figures 1 - 3 mais également à tout autre distributeur mettant en œuvre un élément rotatif dans un corps de distribution, en particulier à tout distributeur :
- comportant une injection du fluide, non pas de manière axiale (selon l’axe XX’) comme décrit ci-dessus, mais de manière latérale au corps 2 ; dans ce cas, le boitier et le noyau ont chacun une entrée de fluide dans la paroi latérale 8 et dans la surface latérale 32;
- et/ou pour laquelle le noyau comporte un canal de distribution de section uniforme et dont l’extrémité, située en regard du ou des orifice(s) de sortie, peut avoir une forme allongée comme décrit ci-dessus ou avoir une forme circulaire qui correspond, ou est identique, aux sections des ouvertures 12, 20.This seal without seal can be applied not only to the distributors described above in connection with Figures 1 - 3 but also to any other distributor using a rotating element in a distribution body, in particular to any distributor:
- comprising an injection of the fluid, not axially (along the axis XX') as described above, but laterally to the body 2 ; in this case, the housing and the core each have a fluid inlet in the side wall 8 and in the side surface 32;
- and/or for which the core comprises a distribution channel of uniform section and whose end, located opposite the outlet orifice(s), may have an elongated shape as described above or have a circular shape which corresponds, or is identical, to the sections of the openings 12, 20.
Par conséquent, l’étanchéité peut être assurée par le passage étroit ou le faible jeu entre cette surface latérale et cette paroi latérale.Consequently, the seal can be ensured by the narrow passage or the small clearance between this side surface and this side wall.
Les moyens d’accouplement 36 d’un dispositif tel que décrit ci-dessus peuvent avoir la forme représentée en figures 1 et 6, 7 : ces moyens ont par exemple le forme d’un cylindre (
Le compartiment inférieur 41 du noyau 4 à une forme complémentaire à celle de la pièce 36 : en particulier, il comporte 1 fente 282 dans laquelle l’ergot 360 vient s’insérer.The lower compartment 41 of the core 4 has a shape complementary to that of part 36: in particular, it has 1 slot 282 in which the lug 360 is inserted.
En variante (voir la
De manière avantageuse, la face inférieure 28 du noyau 4 présent une rainure circulaire 280 (voir figures 1, 5 et 6) laquelle permet de loger un pion 181 reliée au capot moteur 18 : ce pion forme une butée pour le mouvement du noyau 4 lorsque celui-ci est mis en rotation par l’actionneur 33. La butée arrête ou limite la course de la fente, dans une position initiale du noyau, puis dans une position maximale de celui-ci ; la position initiale peut correspondre à un flux de 0 dans la sortie 20, la position finale peut correspondre à un flux de 0 dans la sortie 12.Advantageously, the lower face 28 of the core 4 has a circular groove 280 (see Figures 1, 5 and 6) which makes it possible to accommodate a pin 181 connected to the engine cover 18: this pin forms a stop for the movement of the core 4 when this is rotated by the actuator 33. The stop stops or limits the travel of the slot, in an initial position of the core, then in a maximum position of the latter; the initial position can correspond to a flow of 0 in output 20, the final position can correspond to a flow of 0 in output 12.
Selon un autre aspect de l’invention, un ressort de rappel, par exemple un ressort de torsion peut être relié, par l’une de ses extrémités, au noyau 4 et, par son autre extrémité, à une partie qui reste fixe lorsque le noyau est entraîné en rotation, par exemple le capot ou pièce d’extrémité 10. Ainsi, l’actionneur 33 peut entraîner le noyau en rotation depuis une 1reposition vers une 2eposition, l’arrêt de l’actionnement de l’actionneur entraînant automatiquement un rappel du noyau vers sa 1èreposition, ou position initiale. Par exemple, le dispositif peut être dans une position de repos dans laquelle le fluide s’écoule vers la sortie 12, l’actionneur entraînant le noyau 4 vers une position dans laquelle le fluide s’écoule vers la sortie 20, l’arrêt de l’actionnement de l’actionneur entraînant automatiquement un rappel du noyau vers sa position initiale, c’est-à-dire vers la position dans laquelle le fluide s’écoule vers la sortie 12. Cet aspect de l’invention est illustré en
Les moyens d’accouplement 36, et leur logement dans un compartiment inférieur du noyau 4, et/ou les moyens de rappel qui ont été décrits ci-dessus en lien avec les figures 6-8 peuvent être appliqués non seulement au distributeur décrit ci-dessus en lien avec les figures 1 - 3 mais également à tout autre distributeur mettant en œuvre un élément rotatif dans un corps de distribution, en particulier à tout distributeur :
- comportant une injection du fluide, non pas de manière axiale (selon l’axe XX’) comme décrit ci-dessus, mais de manière latérale au corps 2 ;
- et/ou pour laquelle le noyau comporte un canal de distribution de section uniforme et dont l’extrémité située en regard du ou des orifices de sortie peut avoir une forme allongée comme décrit ci-dessus ou avoir une forme circulaire qui correspond aux sections des ouvertures 12, 20.The coupling means 36, and their housing in a lower compartment of the core 4, and/or the return means which have been described above in connection with Figures 6-8 can be applied not only to the distributor described above above in connection with Figures 1 - 3 but also to any other distributor using a rotating element in a distribution body, in particular to any distributor:
- comprising an injection of the fluid, not axially (along the axis XX') as described above, but laterally to the body 2 ;
- and/or for which the core comprises a distribution channel of uniform section and whose end located opposite the outlet orifice(s) may have an elongated shape as described above or have a circular shape which corresponds to the sections of the openings 12, 20.
De préférence, le boîtier 2 et le noyau 4 sont réalisés en matière plastique réduisant la masse du distributeur, ce qui est particulièrement favorable dans le domaine automobile. En outre, la matière plastique est avantageusement chargée en un matériau réduisant les frottements. Par exemple, le boîtier et/ou le noyau sont réalisés en polyphthalamide, par exemple de type PA6T/6I-GF30, très avantageusement chargé en PTFE.Preferably, the housing 2 and the core 4 are made of plastic material reducing the mass of the distributor, which is particularly favorable in the automotive field. In addition, the plastic material is advantageously loaded with a friction-reducing material. For example, the housing and/or the core are made of polyphthalamide, for example of the PA6T/6I-GF30 type, very advantageously loaded with PTFE.
En outre, ils sont de préférence réalisés par moulage par injection ce qui simplifie leur fabrication. En ce qui concerne le noyau, il est possible de réaliser une forme du conduit intérieur 38, par exemple en 2 parties 38-1 et 38-2 comme illustré sur les figures 10A et 10B, puis de mouler le noyau par injection autour de cette forme; sur ces figures, la forme en 2 parties 38-1 et 38-2 a bien elle aussi une section qui va en augmentant, mais moins progressivement que dans le cas de la
Néanmoins le boîtier et le noyau peuvent être réalisés en matériau métallique, par exemple en acier inox ou en aluminium. Les contraintes sur états de surface de la surface intérieure du boîtier et de la surface du noyau sont sensiblement réduites car elles n’assurent pas l’étanchéité.However, the housing and the core can be made of metallic material, for example stainless steel or aluminum. The stresses on the surface conditions of the interior surface of the housing and the surface of the core are significantly reduced because they do not ensure sealing.
La
Le fonctionnement du distributeur va maintenant être décrit.The operation of the distributor will now be described.
L’entrée d’alimentation 11 est connectée à une source de liquide sous pression, par exemple une pompe reliée à un réservoir de liquide, et les deux orifices de sortie 12, 20 sont connectés par exemple à un moteur thermique ou électrique à refroidir.The supply inlet 11 is connected to a source of pressurized liquid, for example a pump connected to a liquid reservoir, and the two outlet ports 12, 20 are connected for example to a thermal or electric motor to be cooled.
Lorsque l’on souhaite alimenter l’orifice de sortie 20 avec un débit maximal, le noyau 4 est tourné autour de l’axe X de sorte à positionner la sortie 34 du noyau regard de l’orifice de sortie 20. Le liquide sous pression circule de l’orifice d’alimentation 18 vers l’orifice de sortie 20 à travers le conduit 38 comme cela est représenté sur la
Lorsque l’on souhaite alimenter l’orifice de sortie 12 avec un débit maximal, le noyau 4 est tourné autour de l’axe XX’, de sorte à aligner la sortie 34 avec l’orifice de sortie 20, le conduit 38 connectant alors l’orifice d’alimentation 11 et l’orifice de sortie 20, comme cela est représenté sur la
Comme déjà expliqué ci-dessus, le noyau 4 peut prendre toute position angulaire intermédiaire pour assurer une alimentation proportionnelle des orifices de sortie 12 et 20.As already explained above, the core 4 can take any intermediate angular position to ensure a proportional supply of the outlet orifices 12 and 20.
D’autres orientations angulaires relatives des sorties 12 et 20 sont envisageables.Other relative angular orientations of outputs 12 and 20 are possible.
L’invention permet d’offrir un distributeur à fonctionnement fiable tout en relâchant sensiblement les contraintes sur les dimensions, les états de surface, les matériaux requis et les procédés de fabrication.The invention makes it possible to offer a distributor with reliable operation while significantly relaxing the constraints on dimensions, surface conditions, required materials and manufacturing processes.
L’exemple décrit comporte un orifice d’alimentation et deux orifices de sortie, mais comme cela a été mentionné ci-dessus la présente invention s’applique également à des distributeurs comportant un orifice d’entrée et un orifice de sortie, ou un orifice d’alimentation et plus de deux orifices de sortie, et à des distributeurs comportant deux orifices d’alimentation ; un distributeur selon l’invention peut comporter deux entrées axiales de fluide, l’actionneur pouvant être déporté pour autoriser le passage de fluide dans le deuxième extrémité ou plus et un ou plusieurs orifices de sortie. Les configurations à plusieurs orifices d’alimentation et plusieurs orifices de sortie peuvent mettre en œuvre des noyaux à plusieurs cavités ou évidements 43 pour permettre plusieurs écoulements simultanément ou non dans le distributeur.The example described comprises a supply orifice and two outlet orifices, but as mentioned above the present invention also applies to distributors comprising an inlet orifice and an outlet orifice, or an orifice supply and more than two outlet orifices, and to distributors having two supply orifices; a distributor according to the invention may comprise two axial fluid inlets, the actuator being able to be offset to allow the passage of fluid into the second end or more and one or more outlet orifices. Configurations with multiple inlet ports and multiple outlet ports can implement cores with multiple cavities or recesses 43 to allow multiple flows simultaneously or not in the distributor.
Le distributeur, notamment associé au motoréducteur, est particulièrement adapté à des applications dans le domaine automobile (moteur thermique ou moteur électrique) du fait de sa masse réduite.The distributor, in particular associated with the gear motor, is particularly suitable for applications in the automotive field (heat engine or electric motor) due to its reduced mass.
Le distributeur selon la présente invention est adapté pour équiper tous véhicules à moteur thermique, hybride ou électrique, mettant en œuvre par exemple un(des) système(s) de régulation de température et/ou un(des) système(s) d’orientation de flux d’air.The distributor according to the present invention is suitable for equipping all vehicles with thermal, hybrid or electric engines, implementing for example temperature regulation system(s) and/or temperature control system(s). airflow direction.
Claims (22)
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