Brevet FR2002666A1 — publié le 19691031

L'invention est relative à une soupape de réglage de débit, dans laquelle, dans un corps de soupape muni d'un siège de soupape, est disposée une glissière rotative servant de pièce obturatrice de la soupape, ladite soupape étant destinée, en par-5 ticulier, au réglage de la puissance calorifique d'échangeurs thermiques servant au chauffage de véhicules automobiles. Dans les installations de chauffage de véhicules automobiles comportant des échangeurs thermiques échauffés par un liquide, la température peut être réglée, soit eh agissant sur la 10 quantité d'eau traversant le radiateur de chauffage (réglage par l'eau), soit par addition d'air froid à l'air échauffé (réglage par l'air). Mais dans de telles installations de chauffage à eau de véhicules automobiles, le dosage du chauffage est difficile à régler. Ce réglage dépend du genre de la soupape de réglage et 15 des conditions de conduction thermique dans l'échangeur. A vitesse de circulation normale de l'eau, la quantité de chaleur passant à travers l'échangeur ne peut être modifiée qu'en agissant sur l'air. Le réglage dit "par l'eau" s'effectue en agissant sur le débit de passage de l'eau, tandis que le réglage "par 20 l'air" s'effectue en jouant sur la distribution de l'air avant le radiateur de chauffage et est très sensible. L'expérience a montré qu'une modification du débit de passage de l'eau d'environ 90% commençait par n'avoir aucune influence sur la quantité de chaleur fournie par le radiateur de chauffage et que seuls les 25 10% restants étaient efficaces. La commande du réglage est donc extrêmement difficile» On connaît déjà un robinet d'étranglement pour le réglage de la circulation d'eau des échangeurs thermiques échauffés par des liquides appartenant à des installations de chauffa-30 ge pour véhicules automobiles, lequel robinet est disposé, de préférence, dans la canalisation de retour venant de l'échangeur thermique et est commandé par un câble Bowden dont la tirette est disposée à portée du conducteur ; ce robinet d'étranglement est équipé d'un boisseau ouvert en dessous, dans lequel sont 35 disposés deux trous de passage, diamétralement opposés, de section relativement grande, desquels partent des petits évidements servant d'ouverture de pré-échauffement lorsqu'on ouvre le robinet, ces évidements des trous étant formés de fentes fines, effectuées à la scie ou fraisées, traversant la paroi du.boisseau. fore intérieurement avec la rainure 40 Le boisseau cylindrique/d'écoulement préliminaire doit, de même 69 04442 2 2002666 que la surface correspondante du robinet, être finement usiné et doit satisfaire à des tolérances de diamètre très étroites. La rainure d'écoulement préliminaire sert à améliorer la caractéristique de débit du robinet. Mais ce robinet d'étranglement con-5 nu présente l'inconvénient que sa caractéristique ne convient pas à un réglage de puissance thermique proportionnel au déplacement de l'organe de réglage et, en outre, l'inconvénient d'un couple de rotation trop élevé et sensible à l'ancienneté de son montage. On connaît, en outre, une soupape pour la commande de 10 circuits d'eau chaude, en particulier pour le chauffage intérieur de véhicules automobiles, se composant d'un corps de soupape muni d'un siège de soupape et d'une pièce obturatrice mue par un levier de commande monté sur le corps de soupape, dans laquelle soupape la pièce obturatrice coopérant avec la surface annulaire 15 plane du siège de soupape a la forme d'une glissière rotative tournant perpendiculairement à la direction de l'écoulement,glissière à laquelle est associée,du côté d'arrivée de l'écoulement, une douille soumise à l'action d'un ressort et exerçant la pression d'application nécessaire à assurer 1'étanchéité. Cette sou-20 pape, elle non plus, ne présente pas la caractéristique nécessaire au réglage thermique recherché. L'invention a pour but de réaliser une soupape de réglage de débit qui évite les inconvénients des installations connues, et permette un réglage de puissance thermique rigoureuse-25 ment proportionnel. En outre, elle doit assurer l'étanchéité en mettant en oeuvre des pièces qui ne nécessitent pas de tolérances de dimensions très étroites et présenter un couple constant suffisamment faible pour une commande manuelle ou automatique. Pour cela, conformément à l'invention, dans une soupape 30 du genre décrit initialement, la glissière rotative a la forme d'une came discoïdale et le contour de cette came est tel qu'une variation déterminée du débit est proportionnelle au déplacement de réglage d'un levier de manoeuvre. Selon une autre caractéristique de l'invention, la came 35 discoïdale a une forme telle et est disposée de telle manière, dans le corps de soupape, que toute rotation d'amplitude donnée de la came discoïdale provoque toujours la même variation de la section d'ouverture de la soupape. D'une manière avantageuse, selon une autre caractéris-40 tique de l'invention, la came discoïdale présente une partie cir- 69 04442 3 2002666 culaire qui est plus grande que l'ouverture de la soupape et qui, pour la position angulaire correspondante de la came discoïdale, interdit absolument tout passage à travers la soupape. Il est particulièrement judicieux que cette came discoï-5 dale soit réalisée en un matériau élastique très mince» Il est alors judicieux que la came discoïdale élastique présente une surface d'étanchéité plane qui soit mobile selon la direction a-xiale de l'écoulement. Selon un perfectionnement de l'invention, il est judi-10 cieux de prévoir une entaille dans le siège de soupape. Cette entaille, pour les faibles ouvertures de la soupape, assure des conditions géométriques clairement définies. Pour la commande de la came discoïdale, il est judicieux de prévoir un mécanisme d'entraînement de rotation pouvant être 15 manoeuvré manuellement ou agissant automatiquement. On obtient alors une/cor§£ruc%ion particulièrement a-vantageuse, en divisant, conformément à l'invention, le corps de la soupape à peu près dans le plan de la came discoïdale et en assemblant les deux moitiés au moyen de vis ou d'éléments ana-20 logues. Pour augmenter l'étanchéi-té, il est judicieux de disposer à l'intérieur du corps de soupape, sur l'arbre de la came discoïdale, un élément élastique, de préférence un ressort spiral de compression, lequel appuie la came discoïdale contre une pa-25 roi du corps de soupape, c'est-à-dire le siège de soupape, en assurant 1'étanchéité. Grâce à l'objet de l'invention, on obtient un réglage de la puissance thermique rigoureusement proportionnel, à pression constante de la pompe du système. A pleine charge du chauf-30 fage, le débit d'eau nécessaire, qui est alors maximal, traverse la soupape sans perte de charge. Mais les soupapes de réglage connues exigent une perte de charge relativement grande à travers la soupape pour obtenir les caractéristiques recherchées. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention 35 sont expliquées plus en détail à l'aide des dessins annexés qui représentent schématiquement un exemple de réalisation, non limitatif, de l'invention et dans lesquels : la figure 1 est une coupe longitudinale d'une soupape conforme à l'invention ; 40 la figure 2 est une coupe transversale de la soupape de 69 04442 4 2002666 la fig. 1; la figure 3 est une came discoïdale réalisée conformément à 1'invention ; la figure 4 représente le corps de soupape vu dans le 5 sens d'arrivée de l'écoulement, et la figure 5, enfin, représente la caractéristique de réglage en fonction du débit d'eau traversant la soupape. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la fig.l, la soupape est formée par un corps de soupape en deux parties 1 10 et 2 ; sur ce corps de soupape sont disposées une tubulure d'arrivée 3 du liquide et une tubulure de départ 4. Dans ce corps de soupape est montée une came discoïdale 5 rotative, munie d'un arbre d'entraînement 6. Dans une partie saillante 7 du corps de soupape est prévu un joint torique d'étanchéité 8 et dans la par-15 tie saillante 9, un palier 10. En outre, dans le corps de soupape est encore disposé un palier 11 pour un axe 12 qui porte une roue dentée 13, laquelle engrène avec une roue dentée 14 fixée sur 1 * axe 6. L'axe 12, ou la roue dentée 13, est muni d'un levier 15 20 pour un câble Bowden ou un organe de commande analogue. La came discoïdale mince et élastique 5 s'applique sur la paroi intérieure de la partie 2 du corps de soupape. Dans la section de passage de la conduite de liquide 3 et 4 est disposé un siège de soupape 16, qui, d'une manière avantageuse, présente une entaille 17. Les 25 deux moitiés 1 et 2 du corps de soupape sont assemblées au moyen de vis 18. Sur l'arbre 6 est disposé un élément élastique, par exemple un ressort de compression 19 qui appuie la came discoïdale, dans sa partie centrale, contre la paroi intérieure de la partie 2 du corps de soupape et assure ainsi 1'étanchéité. 30 La fig. 2 représente une soupape conforme à l'inven tion, vue en sens contraire du sens d'écoulement du liquide. Dans cette figure, le siège de soupape 16 et son entaille 17 sont nettement visibles. On peut voir sur la figure 3, que la came discoïdale 5 35 présente un contour 20 réalisé conformément à l'invention, ainsi qu'une partie circulaire 21 dont la surface est supérieure à la section des tubulures d'arrivée et de départ. La came proprement dite 20 de la came discoïdale 5, c'est-à-dire sa pente en fonction de l'angle de rotation de l'arbre d'entraînement, est en 40 soi calculée de manière à pouvoir donner n'importe quelle carac 69 04442 5 2002666 téristique à la soupape. On obtient ainsi une reproductibilité univoque du débit, en particulier pour les petits débits correspondant au domaine de charge partielle du chauffage» L'arrêt du courant de liquide s'effectue à l'aide de 5 la partie circulaire 21 de la came discoïdale, qui est appliquée fermement par la différence de pression régnant en amont et en aval de la came discoïdale contre la surface plane entourant la tubulure de départ 4 du liquide, c'est-à-dire le siège de soupape 16. L'arrêt du liquide s'effectue donc avec des- fui-10 tes qui sont d'autant plus faibles que la différence de pression est plus grande. Si le siège de soupape 16 est dépourvu d'entaille 17, on obtient alors pour les positions d'ouvertures les plus petites de la soupape, une section de passage en forme de croissant» 15 Mais cette section de passage en forme de croissant a pour effet que des tolérances, même relativement faibles de la came discoïdale donnent lieu à de grosses variations de la section de passage, donc du débit d'eau traversant la soupape. Grâce à 1' entaille 17, en particulier pour les petites ouvertures de sou-20 pape, on obtient des conditions géométriques clairement définies, de sorte que même avec les tolérances de dimensions de la came discoïdale, il ne peut se produire que de très faibles variations du débit d'eau correspondant au réglage considéré. La figure 4 représente une vue, dans le sens de l'écou-25 lement, de la soupape conforme à l'invention. Sur cette figure, on a représenté en trait interrompu une came discoïdale 5 dans la position correspondant à la fermeture de la soupape. Sur la figure 5, on a représenté deux caractéristiques 22 et 23 du débit d'eau traversant la soupape en fonction du dé-30 placement d'ouverture de passage repéré sur le levier de manoeuvre de la soupape. Dans la soupape conforme à l'invention, caractéristique 22, un déplacement du levier de manoeuvre de 50% provoque une variation du débit d'eau de 2% seulement, tandis que les 98% restants du débit d'eau sont réglés sur 50% du 35 déplacement du levier de manoeuvre. La variation du débit de passage d'environ 2% produit, par suite des conditions de transfert thermique dans le radiateur de chauffage, une variation de la puissance thermique d'environ 50%. Ceci signifie que la puissance thermique de l'installation de chauffage varie propor-40 tionnellement et linéairement avec le déplacement du levier de 69 04442 2002666 commande. On peut ainsi procéder à un réglage fin du débit de chaleur désiré. La relation non.linéaire entre le débit de cha---leur fourni et le débit d'eau traversant la soupape est exprimée par la forme particulière du contour 20 de la came proprement 5 dite. Les soupapes Connues présentent une caractéristique telle que celle de la courbe 23, d'après laquelle le débit d'eau traversant la soupape est quasi-proportionnel au déplacement d'ouverture considéré sur le levier de manoeuvre. Dans ces conditions, on ne peut régler le débit de chaleur désiré par un dé-10 placement à peu près linéaire du levier de manoeuvre. Cette relation non linéaire et non proportionnelle entre le débit de chaleur et le déplacement du levier de manoeuvre entraîne des difficultés considérables pour le réglage de la puissance thermique désirée. Ces difficultés se répercutent négativement à un 15 double point de vue sur la sécurité de route.. Du fait de la difficulté de réglage, le conducteur du véhicule ne peut que dans de très rares cas régler le chauffage de la manière lui assurant une ambiance optimale. De ce fait, sa capacité de concentration et son attention relativement au déroulement du trafic s'en 20 trouvent influencées négativement. Du fait de la difficulté du réglage, qui doit être effectué en marche, le pilote du véhicule se trouve distrait du déroulement du trafic, ce qui également se répercute désavantageusement sur la sécurité du trafic. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation 25 représenté. Elle n'est pas non plus applicable exclusivement aux chauffages de véhicules automobiles, mais peut être utilisée aussi avantageusement dans la technique des installations de chauffage et de climatisation fixes et aussi dans la construction des appareils de génie chimique. 30 L'invention embrasse en outre toutes les combinaisons partielles et intercombinaisons des caractéristiques décrites et/ou représentées. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de 35 ses modes d'application, non plus qu'a ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les varianteso 69 °^442 2002666 REVENDICATIONS 1. Soupape de réglage de débit dans laquelle, dans un corps de soupape muni d'un siège de soupape, est disposée une glissière rotative servant de pièce obturatrice de la soupape, 5 ladite soupape étant destinée, en particulier, au réglage de la puissance calorifique d'échangeurs thermiques servant au chauffage de véhicules automobiles, laquelle soupape est caractérisée en ce que la glissière rotative a la forme d'une came discoïdale et le contour de cette came est tel qu'une variation détermi-10 née du débit est proportionnelle au déplacement de réglage d'un levier de manoeuvre. 2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la came discoïdale a une forme telle et est disposée de telle manière dans le corps de soupape que toute rotation d'amplitu- 15 de donnée de la came discoïdale provoque toujours la même variation de la section d'ouverture de la soupape. 3. Soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la came discoïdale présente une partie circulaire qui est plus grande que l'ouverture de la soupape et qui, pour la posi- 20 tion correspondante de la came discoïdale, interdit absolument tout passage à travers la soupape. 4. Soupape selon la revendication 1 ou les revendications suivantes, caractérisée en ce que la came discoïdale est réalisée en un matériau élastique très mince. 25 5. Soupape selon la revendication 1 ou les revendications suivantes, caractérisée en ce que la came discoïdale présente une surface d'étanchéité plane, mobile selon la direction axiale de l'écoulement. 6o Soupape selon la revendication 1 ou les revendications 30 suivantes, caractérisée en ce que dans le siège de soupape est prévue une entailleo 7. Soupape selon la revendication 1 ou les revendications suivantes, caractérisée par un mécanisme d'entraînement de rotation, pouvant être manoeuvré manuellement ou agissant auto- 35 matiquement, pour la came discoïdale. 8. Soupape selon une ou plusieurs des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le corps de soupape est divisé à peu près dans le plan de la came discoïdale et les deux moitiés sont assemblées par des vis ou des éléments analogues. 40 9. Soupape selon la revendication 1 ou les revendications 04442 8 2C0266t suivantes, caractérisée en ce que, à l'intérieur du corps de soupape, sur l'arbre de la came discoïdale, est disposé un élément élastique, de préférence un ressort spiral de compression, lequel appuie la came discoïdale contre une paroi du corps de soupape, c'est-à-dire le siège de soupape, en assurant l'étan-chéité.