WO2015091773A1 - Vanne de commande avec segment d'etancheite en escalier - Google Patents

Vanne de commande avec segment d'etancheite en escalier Download PDF

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WO2015091773A1
WO2015091773A1 PCT/EP2014/078431 EP2014078431W WO2015091773A1 WO 2015091773 A1 WO2015091773 A1 WO 2015091773A1 EP 2014078431 W EP2014078431 W EP 2014078431W WO 2015091773 A1 WO2015091773 A1 WO 2015091773A1
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plug
control valve
fluid
valve according
valve
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PCT/EP2014/078431
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Inventor
Laurent SOUYRI
Benoît MAURICE
Pierre Lemercier
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/06—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements
    • F16K11/072—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with pivoted closure members
    • F16K11/076—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with pivoted closure members with sealing faces shaped as surfaces of solids of revolution
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    • F16K11/08—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks
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    • F16K21/02—Fluid-delivery valves, e.g. self-closing valves providing a continuous small flow
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/08—Cabin heater

Definitions

  • the invention relates to a control valve for a fluid circulation circuit, in particular for a cooling circuit of a motor vehicle engine, and a plug fitted to such a valve.
  • the axial orifice constitutes an inlet channel for the fluid, while the lateral orifices constitute outlet channels for the fluid.
  • the distribution of the fluid through the different output channels is controlled by the angular position taken by the plug which thus forms a control member.
  • the side wall has three lateral orifices which form outlet channels and which communicate respectively with three branches of a fluid circulation circuit.
  • This known control valve finds a particular application in the cooling circuits of motor vehicle thermal engines.
  • the axial orifice, forming fluid inlet is connected to a cooling fluid inlet from the engine, while the three lateral orifices, fluid outlet, are respectively connected to three branches of the circuit.
  • This circuit comprises a first branch which contains a cooling radiator of the engine, a second branch which constitutes a bypass of the cooling radiator and a third branch which contains a heater for heating the passenger compartment.
  • the current control valves can, moreover, in certain cases of operation of the heat exchange circuit, such as for example a cold start, be put in a neutral position, that is to say in a position where all output channels remain closed.
  • This position being an exceptional position, which can be dangerous for the operation of the engine if it is prolonged unduly, it is necessary to provide safety devices for the case where the sealing segment would remain, for some reason, locked in this particular position.
  • a valve discharge device has already been proposed, which opens if the temperature and / or the pressure of the fluid at the inlet exceeds predetermined values. But these devices must not be obscured by the sealing segment during its rotation. It is therefore important to position them in a particular way in the valve.
  • the invention aims to improve the situation and proposes for this purpose a control valve for a fluid circulation circuit, comprising a valve body delimiting a housing for a revolution for a plug, able to rotate about an axis of rotation and taking different angular positions to control the distribution of the fluid through side ports on a side wall of said housing, said side wall including an opening for discharge of said housing, said discharge opening and said plug being configured so as to said discharge opening has a section open to the passage of fluid varying according to the angular position of the plug.
  • Such mutual configuration of the discharge opening and the plug allows, taking into account the flow rate or not through the side orifices of the valve, to have the desired overall fluid flow rate, in case of discharge.
  • the plug Compared to an opening positioned in an area not covered by the plug, it also allows to leave free a wide angular section of the housing for positioning the lateral orifices of the valve. In this way, the compactness of the valve can be optimized while ensuring the proper functioning of its safety devices.
  • said plug has an axial dimension that varies angularly so as to generate variations in the section of said discharge opening as a function of the passage of the plug in front of said lateral orifices.
  • Said axial dimension of the plug takes, for example, at least three distinct values.
  • Such variation of the height of the plug makes it possible to adapt the open section of the discharge opening to the overall flow rate provided by the valve.
  • the bushel comprises bearings.
  • the number of steps is equal to or less than one unit in the number of orifices in said side wall. This takes into account all the opening or closing configurations of the outlets, including the cases of simultaneous opening or closing of all the orifices.
  • the bearings are connected to each other by axial segments or inclined with respect to the axial direction. It is thus possible to take into account the progressive opening of the orifices and the variation of their outlet section and, compared to the previous case, correspondingly lengthen the height of the plug on the corresponding angular sector.
  • the slope of said inclined segment (s) generates an evolution of the section of the discharge opening equal to that, during opening or closing, of the corresponding lateral orifice (s).
  • “Corresponding” means the lateral orifice during opening and / or closing at the moment when the inclined segment in question passes in front of the discharge opening.
  • the lateral orifices are positioned axially at different heights. This configuration is favorable to a greater compactness of the valve.
  • the angular sector covered by the plug 26 is greater than or equal to 225 °. This configuration, which is made possible by the presence of a multi-height plug, makes it possible to improve the robustness of the valve design and the sufficiency of the plating force of the segment against the valve housing.
  • the plug has at least one rectilinear lateral edge oriented axially.
  • the axial orifice constitutes a fluid inlet, while the lateral orifices constitute fluid outlets.
  • said discharge opening is oriented axially.
  • the discharge opening has a constant angular section, especially less than 20 °, or even 10 °.
  • the valve comprises a discharge chamber and one or more safety devices, such as a thermostat and / or pressure switch, housed in said chamber.
  • said discharge chamber extends axially and opens into said housing of the valve by said discharge opening.
  • the invention also relates to a cylindrical plug of revolution in the form of an open ring extending axially between a lower edge and an upper edge and circularly between lateral edges, intended to be placed in the body of a control valve such as as described above, characterized in that said plug has an axial dimension, between its upper edge and its lower edge, taking at least two or even at least three different values.
  • said upper edge and / or said lower edge have two or even at least three different axial heights.
  • said lower edge and / or said upper edge comprise bearings connected to each other by axial segments or inclined with respect to the axial direction.
  • one of the lateral edges is rectilinear, oriented axially.
  • the invention relates to a fluid circulation circuit comprising a control valve as defined above, the axial orifice of which is connected to a source of fluid and whose lateral orifices are respectively connected to branches of the circuit. .
  • this circuit is made in the form of a cooling circuit of a motor vehicle engine, traversed by a cooling fluid under the action of a circulation pump, and the control valve is a three-way valve whose axial orifice is connected to a cooling fluid inlet from the engine and whose three lateral orifices are respectively connected to:
  • a second branch of the circuit which constitutes a bypass of the cooling radiator, possibly comprising other exchangers, such as oil exchangers, recirculated exhaust gas exchangers, charge air cooler, air conditioning system condenser, and / or others,
  • a third branch of the circuit which contains a heater for heating a passenger compartment.
  • FIG. 1 is a diagram of a cooling circuit of a motor vehicle engine incorporating a control valve ;
  • FIG. 2 is a perspective view of a three-way type control valve for a motor vehicle engine according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the control valve of Figure 2;
  • FIG. 4 is a view of a valve body, according to another embodiment of the invention.
  • FIGS. 5 to 7 are views of the valve body of FIG. 5, provided with a plug in three different positions of use.
  • FIG. 1 illustrates a circuit 102 for cooling a motor vehicle heat engine 104.
  • the circuit 102 is traversed by a cooling fluid, usually water added with antifreeze, which circulates under the action of a pump 106.
  • the fluid heated by the engine leaves the latter through an outlet 108 which is connected to the inlet pipe 18 of a control valve 10 according to the invention.
  • This valve also comprises three outlet pipes 20, 22 and 24 which are connected to three branches of the circuit.
  • the first pipe 20 is connected to a first branch 1 10 which contains a cooling radiator January 12 of the engine.
  • the second pipe 24 is connected to a second branch 116 which constitutes a bypass of the cooling radiator 1 12.
  • the third outlet pipe 22 is connected to a third branch 1 18 which contains a heater 120 for heating the passenger compartment of the vehicle.
  • the valve 10 thus makes it possible to independently manage the flow rates of the fluid in the three branches 1 10, 1 16 and 1 18 in order to optimize the temperature of the engine and the heating of the passenger compartment.
  • FIGS 2 and 3 show a control valve 10 which comprises a cylindrical body 12 defining an interior cavity of the valve. Said inner cavity is here limited by a bottom wall 14 and by a cylindrical side wall 16 of axis X-X '.
  • a control valve 10 which comprises a cylindrical body 12 defining an interior cavity of the valve. Said inner cavity is here limited by a bottom wall 14 and by a cylindrical side wall 16 of axis X-X '.
  • a pipe In the bottom wall 14 opens an axial orifice 18 defined by a pipe.
  • the cylindrical side wall 16 open three lateral orifices 20, 22 and 24 delimited by three respective tubes.
  • the axial orifice 18 constitutes a fluid inlet, while the three lateral orifices 20, 22 and 24 constitute the outputs of the valve 10. It is therefore a four-way valve with a channel input and three output channels.
  • the outlet pipes 20, 22 and 24 open radially into the wall 16.
  • valve body 12 is massive and said inner cavity is defined by a housing formed in the body 12 of the valve, in particular by machining.
  • the valve 10 may comprise an inlet opening axially into said internal cavity and one or more lateral outlets, in particular radial, communicating with outlet ducts, formed in the body 12 of the valve 10. The number of lateral orifices and corresponding radial outlets may of course vary.
  • a rotating member 29 also called a hub, partially illustrated in FIG. 3, which is extended here by a rod 28 (FIG. 2). .
  • This rod 28 passes through a central opening formed in a lid 30 of circular shape.
  • the rotating member is rotated about an axis XX 'by an actuator 36.
  • It may be, for example, a geared motor consisting of an electric motor coupled to a gear, whose position is controlled by a copy of position of a sensor, to bring the rotating member 29 in a plurality of different positions.
  • actuators for example stepper motors or brushless motors.
  • the rotating member is connected by the hub to a movable plug 26 having here the shape of an angular portion of cylindrical casing integral in rotation with the rotating member, for example by means of a finger not shown in the figures.
  • Said plug is adapted to come into sealing contact with the internal face of the side wall 16.
  • the plug comprises for example a cylindrical sleeve 42 open at an angle, in particular made of PTFE material.
  • said sleeve comprises an angular opening 7. It is understood that, depending on the angular position of the plug in the housing defined by said internal cavity of the valve, one or more outputs of the valve 10 can be opened or closed.
  • a valve 10 allows a multiplicity of control laws, depending on the desired applications, including control laws comprising a zero flow position.
  • the plug is limited in the upper part by an edge 48 and in the lower part by a lower edge 50 (visible in Figure 7). It is limited laterally by two lateral edges 44 and 46 generally parallel to the axis XX which constitute the two angular ends of the open plug.
  • the lateral edges 46, 48 selectively allow, during the rotation of the plug, to cover or to discover the lateral orifices and thus supply or not the corresponding tubes.
  • a window can be arranged in the plug, said window being intended to be positioned, in certain angular positions of the plug, vis-à-vis one of the lateral orifices formed in the cylindrical wall 16 of the plug 26, so as to feed a particular manifold in addition to those which are fed by the lateral orifices already discovered by the lateral edges of the bushel.
  • Figure 4 shows the interior of the valve body 12 facing from the side of the valve opening.
  • the internal cavity or housing of this valve body, intended to receive the plug is formed by the side wall 16 and by a bottom wall 14 ', the latter being traversed by the orifice 18' for the passage of the stem. hub drive.
  • the side wall 16 is pierced, as explained previously, by lateral orifices, or lumens, 160, 162 and 164 which open respectively to the outlet pipes 20, 22 and 24. These lumens are preferably positioned axially at different heights of to meet the goal of compactness of the valve.
  • a cylindrical chamber 17 is furthermore hollowed out in the valve body 12 to house one or more safety devices which are intended to cause a discharge of the fluid which is contained in the valve body 12, in particular when one of its characteristics pressure or temperature exceeds a pre-set value.
  • the chamber 17 is a double housing consisting of two housings, one 171 being intended to receive a thermostatic safety device (not shown), which is sensitive to a possible excessive temperature, and the other 172 to receive a pressure relief valve (not shown as well). These two housings have a cylindrical shape in a direction parallel to the inner cylinder of the valve body 12, being intersecting between them and secant with the valve body.
  • a rectangular opening 173 which allows fluid passage from the valve body to these housings and to the safety devices that are implanted therein.
  • Said rectangular opening 173 forms a discharge opening, oriented along the axis of said housing housing the bushel.
  • Said discharge opening 173 advantageously has a constant angular section, especially less than 20 °, or even 10 °.
  • the section of the discharge opening 173 is dimensioned so as to be able to absorb a flow allowing a pre-established drop in temperature and / or pressure, in particular when all the lateral orifices of the valve are closed.
  • the chamber 17 comprises itself a light 167 which opens out of the valve body, via a pipe (not shown) which is adapted to reject the fluid in the cooling circuit 102, a priori upstream of the control valve 10.
  • a discharge generated by a light uncovering 167 then allows, in the case of blockage of the plug 26, to eliminate the possible overpressure or to reject fluid if its temperature is too high.
  • the section of the discharge light 167 is, like that of the discharge opening 173, sized so as to be able to pass the total flow flowing in the valve when all the lateral orifices of the valve are closed and thus meet the need for evacuation of the fluid so that its pressure, or its temperature, does not rise excessively, even in the zero flow position.
  • FIGS 5 to 7 show a valve body 12 according to the invention, in three different states of operation.
  • the cylindrical side wall 16 is partially covered by the plug 26 which rotates about the axis of said cylindrical housing which receives it and which, by its straight edge 46, successively discover one, then two, then the three lateral orifices of the valve.
  • the bushel is shown in a semi-transparent manner.
  • the plug closes the three channels of the valve by covering the three lumens 160, 162 and 164.
  • the clearance of the discharge opening 173 of the side wall 16 is maximum, thus allowing the passage of a large flow through the safety devices if one of them is controlled in opening following the detection overpressure or excessive temperature.
  • the plug 26 has rotated by an angle such that its straight edge 46 discovers the third lumen 164, thus freeing the passage of a certain flow in the direction of the third outlet pipe 24 which feeds the cooling radiator . Both other lights remain closed. If a discharge is controlled by one of the safety devices, the flow rate that then passes through the discharge opening 173 and the discharge port 167 is significantly reduced compared to the previous case. The useful section of the discharge opening can thus be reduced compared to the previous case and for this the upper edge 48 of the plug, at the housing 17, is located higher than its level in the case corresponding to Figure 6.
  • Figure 7 shows the valve in the position where the plug 26 discovers two consecutive lights 164 and 162, the first light 160 remaining closed. Similarly, the flow likely to be deflected by the discharge opening 173 is further reduced compared to the previous case and the upper edge 48 of the plug can be located at an even higher level.
  • the flow through the valve is normally evacuated by the outlet pipes. There is therefore no need to provide passage section for a discharge rate.
  • the plug 26 can extend axially over the entire height of the cylinder and even, if necessary, close all the passage 173 existing between the inside of the cylinder and the chamber 17.
  • the height given to the plug 26 varies along its upper edge 48, by a succession of bearings, giving the upper edge a stepped shape.
  • the number of steps is greater than or equal to two and, in particular, equal to three in the example shown.
  • the flat steps of this staircase correspond to angular sectors for which no outlet tube supply lumen opens or closes, whereas the lines connecting the steps between them correspond to the passage of a lateral edge 46 of the staircase. bushel (or window 56) in front of one of the lights.
  • This upper edge can thus take the form of a succession of straight steps or, as can be seen in the figures, take the form of a wave, the steps of the stairs then being connected to each other along a line inclined to take into account the progressiveness of the opening of the light and the flow that it recovers.
  • the difference in height between two consecutive steps is defined so that the passage from one to the other causes a variation of the section of the discharge opening 173 which responds to a calibrated discharge of the fluid and, preferably, which is substantially equivalent to the section of the light that opens to the change of step of the staircase.
  • the slope of the wave between the different steps of the staircase follows, preferentially, the evolution of the opening of the light to which it corresponds, so that, at the increase of the section of opening of said light corresponds to a corresponding decrease in the section of the discharge opening 173.
  • the flow likely to pass through the valve, whether by any lights already open and the light being opened or by the housing 17 remains substantially constant.
  • the height given to the plug 26, and if necessary to its sealing segment 42 is such that it allows, whatever the position in which the plug is located, the evacuation of a sufficient flow through the discharge circuit and it avoids the risk of overpressure or too high temperature.
  • a valve equipped with such a plug then has a maximum longitudinal compactness, without reducing the protection against overpressure or excessive temperatures.
  • the invention is not limited to the embodiments described above and it applies to other variants, in particular as regards the positioning of the housing of the safety members. It is thus possible to define a stepped lower edge plug 50 for the case where the housing 17 extends from the bottom wall 14 'and not from the inlet.
  • the invention is also not limited to the application to a cooling circuit of a heat engine.
  • the axial orifice of the valve does not necessarily constitute an inlet orifice and may also, alternatively, constitute an outlet orifice.
  • the lateral orifices may also constitute inlet orifices, and not outlet orifices for the fluid.

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Abstract

L'invention concerne une vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, comprenant un corps de vanne (12) délimitant un logement de révolution pour un boisseau (26), propre à tourner autour d'un axe de rotation (XX) et à prendre différentes positions angulaires pour contrôler la distribution du fluide au travers d'orifices latéraux (20, 22, 24) situés sur une paroi latérale dudit logement, ladite paroi latérale comprenant une ouverture (173) pour une décharge dudit logement, ladite ouverture de décharge (173) et ledit boisseau (26) étant configurés de façon à ce que ladite ouverture de décharge (173) présente une section ouverte au passage du fluide variant en fonction de la position angulaire du boisseau (26).

Description

VANNE DE COMMANDE AVEC SEGMENT D'ETANCHEITE EN ESCALIER
L'invention concerne une vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, en particulier pour un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, et un boisseau équipant une telle vanne.
On connaît déjà, d'après la demande de brevet français n° FR 2870313 une vanne comprenant un boisseau tournant autour d'un axe de rotation. Le boisseau est reçu dans un logement de révolution aménagé dans le corps de vanne.
Dans cette vanne de commande connue, l'orifice axial constitue une voie d'entrée pour le fluide, tandis que les orifices latéraux constituent des voies de sortie pour le fluide. La distribution du fluide au travers des différentes voies de sortie est contrôlée par la position angulaire prise par le boisseau qui forme donc un organe de réglage.
Dans une application préférentielle d'une telle vanne de commande, la paroi latérale comporte trois orifices latéraux qui forment des voies de sortie et qui communiquent respectivement avec trois branches d'un circuit de circulation de fluide. Cette vanne de commande connue 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 respectivement à trois branches du circuit. Ce circuit comprend une première branche qui contient un radiateur de refroidissement du moteur, une deuxième branche qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement et une troisième branche qui contient un aérotherme pour le chauffage de l'habitacle.
Les vannes de commande actuelles peuvent, par ailleurs, dans certains cas de fonctionnement du circuit d'échanges thermiques, comme par exemple un démarrage à froid, être mises dans une position neutre, c'est-à-dire dans une position où toutes les voies de sortie restent obturées. Cette position étant une position exceptionnelle, qui peut être dangereuse pour le fonctionnement du moteur thermique si elle se prolonge indûment, il convient de prévoir des dispositifs de sécurité pour le cas où le segment d'étanchéité resterait, pour une raison quelconque, bloqué dans cette position particulière. Un dispositif de décharge de la vanne a ainsi déjà été proposé, qui s'ouvre si la température et/ou la pression du fluide au niveau de l'entrée dépassent des valeurs préétablies. Mais ces dispositifs ne doivent pas être occultés par le segment d'étanchéité au cours de sa rotation. Il importe donc de les positionner de façon particulière dans la vanne. Parmi les solutions mises en œuvre dans l'art antérieur pour garantir l'accès de ces dispositifs de sécurité à la cavité d'entrée de la vanne, on trouve une réduction de la hauteur du segment d'étanchéité pour laisser une zone non balayée par le segment, ou bien une réduction de l'envergure circulaire du segment d'étanchéité afin qu'il ne dépasse pas une ouverture d'environ 180°, contre généralement 270° dans les vannes traditionnelles. De cette façon un secteur du logement de la vanne n'est jamais recouvert et il est possible d'y positionner la prise d'alimentation des dispositifs de sécurité.
Cependant il est souhaitable de disposer d'équipements de plus en plus compacts. Par ailleurs, pour des raisons de robustesse de la conception et de suffisance de la force de plaquage du boisseau contre le logement de la vanne, il est nécessaire de revenir à des ouvertures angulaires d'environ 270°, ou tout au moins supérieures à 225°, pour le segment d'étanchéité au niveau de la prise d'alimentation des dispositifs de sécurité. Ceci est possible en plaçant les orifices latéraux d'accès aux voies de sortie à des hauteurs différentes sur le logement de la vanne. Mais en contrepartie il n'est plus possible de réduire la hauteur du boisseau dans le logement de la vanne, en laissant encore un espace circulaire libre au dessus de lui. Il n'y a ainsi plus de possibilité simple de positionnement pour la prise d'alimentation des dispositifs de sécurité, qui permette le passage d'un débit suffisant pour éliminer les surpressions ou les sur-températures.
L'invention vise à améliorer la situation et propose à cet effet une vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, comprenant un corps de vanne délimitant un logement de révolution pour un boisseau, propre à tourner autour d'un axe de rotation et à prendre différentes positions angulaires pour contrôler la distribution du fluide au travers d'orifices latéraux situés sur une paroi latérale dudit logement, ladite paroi latérale comprenant une ouverture pour une décharge dudit logement, ladite ouverture de décharge et ledit boisseau étant configurés de façon à ce que ladite ouverture de décharge présente une section ouverte au passage du fluide variant en fonction de la position angulaire du boisseau. Une telle configuration mutuelle de l'ouverture décharge et du boisseau permet, en tenant compte du débit passant ou non par les orifices latéraux de la vanne, de disposer du débit global de fluide voulu, en cas de décharge. Comparée à une ouverture positionnée dans une zone non recouverte par le boisseau, elle permet en outre de laisser libre une large section angulaire du logement pour le positionnement des orifices latéraux de la vanne. On peut de la sorte optimiser la compacité de la vanne tout en assurant le bon fonctionnement de ses organes de sécurité.
De façon préférentielle, ledit boisseau présente une dimension axiale variant angulairement de façon à générer des variations de la section de ladite ouverture de décharge en fonction du passage du boisseau devant lesdits orifices latéraux. Ladite dimension axiale du boisseau prend, par exemple, au moins trois valeurs distincts. Une telle variation de hauteur du boisseau permet d'adapter la section ouverte de l'ouverture de décharge au débit global assuré par la vanne.
De façon préférentielle au moins l'un d'entre un bord supérieur et un bord inférieur, du boisseau comporte des paliers. Dans un mode particulier de réalisation le nombre de paliers est égal ou inférieur d'une unité au nombre d'orifices pratiqués dans ladite paroi latérale. On prend ainsi en compte toutes les configurations d'ouverture ou de fermeture des orifices de sortie, y compris les cas d'ouverture ou de fermeture simultanée de tous les orifices.
Dans un mode alternatif les paliers sont reliés les uns aux autres par des segments axiaux ou inclinés par rapport à la direction axiale. On peut ainsi prendre en compte l'ouverture progressive des orifices et la variation de leur section de sortie et, par rapport au cas précédent, allonger corrélativement la hauteur du boisseau sur le secteur angulaire correspondant.
Avantageusement la pente du ou desdits segments inclinés génère une évolution de la section de l'ouverture de décharge égale à celle, en ouverture ou en fermeture, du ou des orifices latéraux correspondants. Par « correspondant », on entend l'orifice latéral en cours d'ouverture et/ou de fermeture au moment où le segment incliné en cause passe devant l'ouverture de décharge. Préférentiellement les orifices latéraux sont positionnés axialement à des hauteurs différentes. Cette configuration est favorable à une plus grande compacité de la vanne. De façon préférentielle le secteur angulaire couvert par le boisseau 26 est supérieur ou égal à 225°. Cette configuration, qui est rendue possible par la présence d'un boisseau à hauteurs multiples, permet d'améliorer la robustesse de la conception la vanne et la suffisance de la force de plaquage du segment contre le logement de la vanne.
Avantageusement le boisseau comporte au moins un bord latéral rectiligne, orienté axialement. Dans un mode préférentiel de réalisation l'orifice axial constitue une entrée de fluide, tandis que les orifices latéraux constituent des sorties de fluide.
Avantageusement, ladite ouverture de décharge est orientée axialement. Avantageusement, l'ouverture de décharge présente une section angulaire constante, notamment inférieure à 20°, voire à 10°.
Avantageusement, la vanne comprend une chambre de décharge et un ou des organes de sécurité, telle qu'un thermostat et/ou pressostat, logés dans ladite chambre.
Avantageusement, ladite chambre de décharge s'étend axialement et débouche dans ledit logement de la vanne par ladite ouverture de décharge.
L'invention porte également sur un boisseau cylindrique de révolution en forme d'anneau ouvert s'étendant axialement entre un bord inférieur et un bord supérieur et circulairement entre des bords latéraux, destiné à être placé dans le corps d'une vanne de commande telle que décrite plus haut, caractérisé en ce que ledit boisseau présente une dimension axiale, entre son bord supérieur et son bord inférieur, prenant au moins deux, voire au moins trois valeurs différentes. De préférence ledit bord supérieur et/ou ledit bord inférieur comportent deux, voire au moins trois, hauteurs axiales différentes.
Dans un mode particulier de réalisation ledit bord inférieur et/ou ledit bord supérieur comportent des paliers reliés les uns aux autres par des segments axiaux ou inclinés par rapport à la direction axiale.
Préférentiellement un des bords latéraux est rectiligne, orienté axialement. Sous un autre aspect, l'invention concerne un circuit de circulation de fluide comprenant une vanne de commande telle que définie précédemment, dont l'orifice axial est relié à une source de fluide et dont les orifices latéraux sont reliés respectivement à des branches du circuit.
Dans une application préférentielle, ce circuit est réalisé sous la forme d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, parcouru par un fluide de refroidissement sous l'action d'une pompe de circulation, et la vanne de commande est une vanne à trois voies dont l'orifice axial est relié à une arrivée de fluide de refroidissement en provenance du moteur et dont les trois orifices latéraux sont reliés respectivement à :
- une première branche du circuit qui contient un radiateur de refroidissement du moteur,
- une deuxième branche du circuit qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement, comprenant éventuellement d'autres échangeurs, tels que des échangeurs d'huile, échangeurs de gaz d'échappement recirculés, refroidisseur d'air de suralimentation, condenseur de système de climatisation et/ou autres,
- une troisième branche du circuit qui contient un aérotherme pour le chauffage d'un habitacle.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile incorporant une vanne de commande;
- la figure 2 est une vue en perspective d'une vanne de commande, du type à trois voies, pour moteur thermique de véhicule automobile, selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale de la vanne de commande de la figure 2;
- la figure 4 est une vue d'un corps de vanne, selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - et les figures 5 à 7 sont des vues du corps de vanne de la figure 5, muni d'un boisseau dans trois positions différentes d'utilisation.
La figure 1 illustre un circuit 102 pour le refroidissement d'un moteur thermique 104 de véhicule automobile. Le circuit 102 est parcouru par un fluide de refroidissement, habituellement de l'eau additionnée d'un antigel, qui circule sous l'action d'une pompe 106. Le fluide échauffé par le moteur quitte ce dernier par une sortie 108 qui est reliée à la tubulure d'entrée 18 d'une vanne de commande 10 selon l'invention. Cette vanne comprend également trois tubulures de sortie 20, 22 et 24 qui sont reliées à trois branches du circuit. La première tubulure 20 est reliée à une première branche 1 10 qui contient un radiateur de refroidissement 1 12 du moteur. La seconde tubulure 24 est reliée à une deuxième branche 1 16 qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement 1 12. En variante, elle pourra comprendre d'autres échangeurs de chaleur. Enfin, la troisième tubulure de sortie 22 est reliée à une troisième branche 1 18 qui contient un aérotherme 120 servant au chauffage de l'habitacle du véhicule.
La vanne 10 permet ainsi de gérer indépendamment les débits de fluide dans les trois branches 1 10, 1 16 et 1 18 afin d'optimiser la température du moteur thermique et le chauffage de l'habitacle.
Les figures 2 et 3 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.
En variante, tel que cela est illustré aux figures 4 à 7, 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. Le nombre d'orifices latéraux et de sorties radiales correspondantes pourra bien naturellement varier. A l'intérieur du corps 12 de vanne 10, en particulier à l'intérieur de ladite cavité intérieure, est logé un organe tournant 29, encore appelé moyeu, partiellement illustré figure 3, qui se prolonge ici par une tige 28 (figure 2). Cette tige 28 passe au travers d'une ouverture centrale pratiquée dans un couvercle 30 de forme circulaire. L'organe tournant est entraîné en rotation autour d'un axe X-X' par un actionneur 36. 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 29 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 est relié par le moyeu à un boisseau mobile 26 ayant ici 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 est propre à venir en contact étanche avec la face interne de la paroi latérale 16. Le boisseau comprend par exemple un manchon cylindrique 42 ouvert angulairement, notamment en matériau PTFE. Autrement dit, ledit manchon comprend une ouverture angulaire 7. On comprend que, en fonction de la position angulaire du boisseau dans le logement défini par ladite cavité intérieure de la vanne, une ou plusieurs sorties de la vanne 10 pourront être ouvertes ou fermées. Combiné au profil du boisseau, 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 est limité en partie supérieure par un bord 48 et en partie inférieure par un bord inférieur 50 (visibles figure 7). Il est limité latéralement par deux bords latéraux 44 et 46 généralement parallèles à l'axe XX qui constituent les deux extrémités angulaires du boisseau ouvert. Les bords latéraux 46, 48 permettent sélectivement, lors de la rotation du boisseau, de couvrir ou de découvrir les orifices latéraux et ainsi alimenter ou non les tubulures correspondantes. Une fenêtre, non représentée, pourra être aménagée dans le boisseau, ladite fenêtre ayant pour vocation à être positionnée, dans certaines positions angulaires du boisseau, en vis-à-vis d'un des orifices latéraux pratiqués dans la paroi cylindrique 16 du boisseau 26, de façon à alimenter une tubulure particulière en sus de celles qui sont alimentées par les orifices latéraux déjà découverts par les bords latéraux du boisseau.
La figure 4 montre l'intérieur du corps de vanne 12 orienté de côté de l'ouverture de la vanne. La cavité interne ou logement de ce corps de vanne, destiné à accueillir le boisseau, est formée par la paroi latérale 16 et par une paroi de fond 14', celle-ci étant traversée par l'orifice 18' de passage de la tige d'entraînement du moyeu. La paroi latérale 16 est percée, comme expliqué auparavant, par des orifices latéraux, ou lumières, 160, 162 et 164 qui débouchent respectivement sur les tubulures de sortie 20, 22 et 24. Ces lumières sont préférentiellement positionnées axialement à des hauteurs différentes de façon à répondre à l'objectif de compacité de la vanne.
Une chambre cylindrique 17 est par ailleurs creusée dans le corps de vanne 12 pour y loger un ou plusieurs dispositifs de sécurité qui ont pour objet de provoquer une décharge du fluide qui est contenu dans le corps de vanne 12, notamment lorsqu'une de ses caractéristiques en pression ou en température dépasse une valeur préétablie. Tel que représenté sur la figure, la chambre 17 est un logement double constitué de deux logements, l'un 171 étant destiné à recevoir un dispositif de sécurité thermostatique (non représenté), qui est sensible à une éventuelle température excessive, et l'autre 172 à recevoir une soupape de surpression (non représentée également). Ces deux logements ont une forme cylindrique selon une direction parallèle au cylindre intérieur du corps de vanne 12, en étant sécant entre eux et sécant avec le corps de vanne. Ils délimitent ainsi une ouverture rectangulaire 173 qui permet un passage du fluide du corps de vanne vers ces logements et vers les dispositifs de sécurité qui y sont implantés. Ladite ouverture rectangulaire 173 forme une ouverture de décharge, orientée selon l'axe dudit logement accueillant le boisseau. Ladite ouverture de décharge 173 présente avantageusement une section angulaire constante, notamment inférieure à 20°, voire à 10°. La section de l'ouverture de décharge 173 est dimensionnée de façon à pouvoir absorber un flux permettant une chute préétablie de température et/ou de pression, en particulier lorsque toutes les orifices latéraux de la vanne sont obturées. La chambre 17 comprend, elle-même, une lumière 167 qui débouche à l'extérieur du corps de vanne, par l'intermédiaire d'une tubulure (non représentée) qui est apte à rejeter le fluide dans le circuit de refroidissement 102, a priori en amont de la vanne de commande 10. Une décharge générée par un découvrement de la lumière 167 permet alors, dans le cas d'un blocage du boisseau 26, d'éliminer l'éventuelle surpression ou de rejeter du fluide si sa température est trop élevée. La section de la lumière de décharge 167 est, comme celle de l'ouverture de décharge 173, dimensionnée de façon à pouvoir laisser passer le flux total circulant dans la vanne lorsque toutes les orifices latéraux de la vanne sont obturées et ainsi répondre au besoin d'évacuation du fluide pour que sa pression, ou sa température, ne s'élève pas outre mesure, même en position de débit nulle.
A la figure 3, seule l'ouverture de décharge 173 a été représentée mais il va de soi que celle-ci communique avec une chambre, non illustrée, destiné à accueillir le ou lesdits dispositifs de sécurité.
Les figures 5 à 7 montrent un corps de vanne 12 selon l'invention, dans trois états différents de fonctionnement. La paroi latérale cylindrique 16 est recouverte partiellement par le boisseau 26 qui tourne autour de l'axe dudit logement cylindrique qui l'accueille et qui vient, par son bord droit 46, découvrir successivement une, puis deux, puis les trois orifices latéraux de la vanne. Pour des questions de lisibilité des figures, le boisseau y est représenté de façon semi-transparente.
Sur la figure 5 le boisseau obture les trois voies de la vanne en recouvrant les trois lumières 160, 162 et 164. On se trouve ici dans la configuration exceptionnelle de débit nulle ou quasi nulle pour laquelle on cherche à garantir que la pression et la température du fluide n'augmenteront pas au delà de valeurs acceptables, même si le boisseau 26 de la vanne 10 reste dans cette position inhabituelle. Le dégagement de l'ouverture de décharge 173 de la paroi latérale 16 est maximal, autorisant ainsi le passage d'un flux important au travers des dispositifs de sécurité si l'un d'entre eux est commandé en ouverture à la suite de la détection d'une surpression ou d'une température excessive.
Sur la figure 6, le boisseau 26 a tourné d'un angle tel que son bord droit 46 découvre la troisième lumière 164, libérant ainsi le passage d'un certain flux en direction de la troisième tubulure de sortie 24 qui alimente le radiateur de refroidissement. Les deux autres lumières restent quant à elle obturées. Si une décharge est commandée par un des dispositifs de sécurité, le débit qui traverse alors l'ouverture de décharge 173 et la lumière de décharge 167 est nettement réduit par rapport au cas précédent. La section utile de l'ouverture de décharge peut ainsi être réduit par rapport au cas précédent et pour cela le bord supérieur 48 du boisseau, au niveau du logement 17, est situé plus haut que son niveau dans le cas correspondant à la figure 6.
La figure 7 montre la vanne dans la position où le boisseau 26 découvre deux lumières consécutives 164 et 162, la première lumière 160 restant obturée. De même, le débit susceptible d'être dévié par l'ouverture de décharge 173 est encore réduit par rapport au cas précédent et le bord supérieur 48 du boisseau peut se situer à un niveau encore plus haut.
Enfin dans la position (non représentée) où le boisseau a effectué une rotation complète et où il découvre l'ensemble des trois lumières 160, 162 et 164, le débit traversant la vanne s'évacue normalement par les tubulures de sortie. Il n'y a donc pas besoin de prévoir de section de passage pour un débit de décharge. Le boisseau 26 peut s'étendre axialement sur toute la hauteur du cylindre et même, au besoin, obturer tout le passage 173 existant entre l'intérieur du cylindre et la chambre 17.
Au final la hauteur donnée au boisseau 26 varie le long de son bord supérieur 48, par une succession de paliers, donnant à ce bord supérieur une forme en escalier. Le nombre de marches est supérieur ou égal à deux et, en particulier, égal à trois dans l'exemple représenté. Les marches plates de cet escalier correspondent à des secteurs angulaires pour lesquels aucune lumière d'alimentation des tubulures de sortie ne s'ouvre ou ne se ferme, alors que les lignes reliant les marches entre elles correspondent au passage d'un bord latéral 46 du boisseau (ou de la fenêtre 56) devant une des lumières. La forme de ce bord supérieur peut ainsi prendre la forme d'une succession de marches droites ou, comme on le voit sur les figures, prendre la forme d'une vague, les marches de l'escalier étant alors raccordées entre elles selon une ligne inclinée pour prendre en compte la progressivité de l'ouverture de la lumière et le débit que celle-ci récupère. L'écart de hauteur entre deux marches d'escalier consécutives est défini de façon que le passage de l'une à l'autre entraîne une variation de la section de l'ouverture de décharge 173 qui répond à une décharge calibrée du fluide et, de façon préférentielle, qui équivaut sensiblement à la section de la lumière qui s'ouvre au changement de marche de l'escalier. De son côté la pente de la vague entre les différentes marches de l'escalier suit, de façon préférentielle, l'évolution de l'ouverture de la lumière à laquelle elle correspond, de sorte que, à l'augmentation de la section d'ouverture de ladite lumière corresponde une diminution corrélative de la section de l'ouverture de décharge 173. De cette façon le débit susceptible de traverser la vanne, que ce soit par les éventuelles lumières déjà ouvertes et la lumière en cours d'ouverture ou par le logement 17 reste sensiblement constant. Ainsi, la hauteur donnée au boisseau 26, et le cas échéant à son segment d'étanchéité 42, est telle qu'elle permet, quelle que soit la position dans laquelle se trouve le boisseau, l'évacuation d'un débit suffisant à travers le circuit de décharge et qu'elle évite les risques de surpression ou de température trop élevée. Une vanne équipée d'un tel boisseau présente alors une compacité longitudinale maximale, sans pour autant que soit réduite la protection contre les surpressions ou les températures excessives.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment et elle s'applique à d'autres variantes, notamment en ce qui concerne le positionnement du logement des organes de sécurité. Il est ainsi possible de définir un boisseau à bord inférieur 50 en escalier pour le cas où le logement 17 s'étend à partir de la paroi de fond 14' et non pas à partir de l'entrée.
L'invention n'est pas non plus limitée à l'application à un circuit de refroidissement d'un moteur thermique. En outre, l'orifice axial de la vanne ne constitue pas nécessairement un orifice d'entrée et peut aussi, en variante, constituer un orifice de sortie. En corollaire, les orifices latéraux peuvent constituer aussi des orifices d'entrée, et non pas des orifices de sortie pour le fluide.

Claims

Revendications
1 . Vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, comprenant un corps de vanne (12) délimitant un logement de révolution pour un boisseau (26), propre à tourner autour d'un axe de rotation (XX) et à prendre différentes positions angulaires pour contrôler la distribution du fluide au travers d'orifices latéraux (20, 22, 24) situés sur une paroi latérale dudit logement, ladite paroi latérale comprenant une ouverture (173) pour une décharge dudit logement, ladite ouverture de décharge (173) et ledit boisseau (26) étant configurés de façon à ce que ladite ouverture de décharge (173) présente une section ouverte au passage du fluide variant en fonction de la position angulaire du boisseau (26).
2. Vanne de commande selon la revendication 1 dans lequel, ledit boisseau présente une dimension axiale variant angulairement de façon à générer des variations de la section de ladite ouverture de décharge en fonction du passage du boisseau devant lesdits orifices latéraux.
3. Vanne de commande selon la revendication 2, dans laquelle au moins l'un d'entre un bord supérieur (48) et un bord inférieur (50), du boisseau (26) comporte des paliers.
4. Vanne de commande selon la revendication 3, dans laquelle le nombre de paliers est égal ou inférieur d'une unité au nombre d'orifices (20, 22, 24) pratiqués dans ladite paroi latérale.
5. Vanne de commande selon la revendication 3, dans laquelle les paliers sont reliés les uns aux autres par des segments axiaux ou inclinés par rapport à la direction axiale.
6. Vanne de commande selon la revendication 5, dans laquelle la pente du ou desdits segments inclinés génère une évolution de la section de l'ouverture de décharge (173) égale à celle, en ouverture ou en fermeture, d'un des orifices latéraux (20, 22, 24) correspondants.
7. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle les orifices latéraux (20, 22, 24) sont positionnés axialement à des hauteurs différentes.
8. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle le secteur angulaire couvert par le boisseau (26) est supérieur ou égal à 225°.
9. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle le boisseau comporte au moins un bord latéral (44, 46) rectiligne, orienté axialement.
10. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant un orifice axial (18) constituant une entrée de fluide, tandis que les orifices latéraux (20, 22, 24) constituent des sorties de fluide.
1 1 . Boisseau cylindrique de révolution en forme d'anneau ouvert s'étendant axialement entre un bord inférieur (50) et un bord supérieur (48) et circulairement entre des bords latéraux (44, 48), destiné à être placé dans le corps d'une vanne de commande selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit bord supérieur (48) et/ou ledit bord inférieur (50), comportent au moins trois hauteurs axiales différentes.
12. Boisseau selon la revendication 1 1 dans lequel ledit bord inférieur (50) et/ou ledit bord supérieur (48), comportent des paliers reliés les uns aux autres par des segments axiaux ou inclinés par rapport à la direction axiale.
13. Boisseau selon la revendication 1 1 ou 12 dans lequel un des bords latéraux (44, 46) est rectiligne, orienté axialement.
14. Circuit de circulation de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 10, dont l'orifice axial (18) est relié à une source de fluide (108) et dont les orifices latéraux (20, 22, 24) sont reliés respectivement à des branches (1 10, 1 18, 1 16) du circuit.
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JPH05215051A (ja) * 1992-02-03 1993-08-24 Toyota Motor Corp アイドル回転数制御装置
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