Brevet FR2026587A1 — publié le 19700918

La présente invention est relative à des boltes de soupape sensibles à la température, destinées à réguler le mélange de deux -ou plus de deux- courants fluides (c'est-à-dire gazeux ou liquides) à des températures différentes, de façon à produire un courant combiné présentant la température requise. L'invention a, entre autres, pour objet une boite de soupape du type décrit précédemment, qui est autonome et propre à former une partie intégrante d'un système de canalisation, par exemple dans un système de conditionnement d'air, un réchauffeur de fluide, un filtre à air, ou un système de refroidissement de moteur à combustion interne. L'invention a également pour objets une boîte de soupape dans laquelle les charges dynamiques sont virtuellement éliminées, une boute de soupape dans laquelle les variations de température sont pratiquement éliminées à travers la conduite dans laquelle sont mélangés les courants initiaux, et une boîte de soupape qui fonctionne à la température moyenne de fluctuations de température quelconques qui peuvent encore exister quand la température requise a été pratiquement atteinte. Suivant l'invention, une boite de soupape de ce type comprend une soupape oscillante disposée de façon à réguler le débit d'au moins deux courants fluides à des températures différentes mais variables, s'écoulant dans une conduite communelet et un élément sensible à la température dans la conduite commune pour déterminer la position de la soupape et disposée pour tendre à maintenir une gamme de températures prédéterminée dans le mélange fluide traversant la conduite commune, dans laquelle les températures des courants entrants sont telles qu'elles permettent de maintenir ladite gamme de température. L'élément sensible à la température peut être, de façon avantageuse, un élément bimétallique. La soupape oscillante est, de préférence, disposée de façon à parcourir en rotation un arc relativement petit et à se déplacer sur des orifices ménagEs dans un carter que traversent les courants à mélanger. Le mouvement de régulation est sensiblement proportionnel à la différence entre la température du mélange fluide et une température choisie requise, les orifices étant ouverts ou fermés suivant les nécessités. Ainsi, la gamme mentionnée précédemment est généralement étroite et la température choisie est en son centre.Il est avantageux que le mouvement de la soupape soit régulé par des butées disposées, dans le cas de deux prises, de façon à fermer complètement la prise chaude jusqutà obtention de la température désirée, ou bien de façon à fermer complètement la prise chaude lorsque la température de la prise froide atteint la température de régulation désirée. La soupape oscillante peut être reliée directement ou indirectement à l'élément bimétallique et congue de façon à s'adapter à différentes possibilités de montages~de la conduite d'entrée L'élément bimétallique peut présenter différentes formes en spirale ou en hélice et il doit etre bien entendu que le terme "bimétallique" comprend également le cas où il y a plus de deux couches de matière présentant des coefficients de dilatation thermique différents. Pour permettre une compréhension claire et une mise en oeuvre facile de l'invention, différentes soupapes sensibles à la température et différents procédés d'utilisation de cellesci vont être décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une élévation latérale d'une bote de soupape sensible à la température La figure 2 est une vue en plan de la boite de soupape de la figure 1 ;; La figure 3 est une coupe, suivant la ligne III-III, de la figure Ci 2 La figure 4 est une vue en bout de la boite de soupape suivant la direction de la flèche IV de la figure 2 La figure 5 est une vue en bout de la boîte de soupape suivant la direction de la flèche V de la figure 2 La figure 6 est une élévation latérale schématique, en coupe, d'un épurateur d'air comportant la bote de soupape des figures 1 à 5 La figure 7 est une élévation latérale d'une pièce dans une variante de la boite de soupape des figures 1 à 5 La figure 8 est une coupe, suivant la ligne VIII-VIII, de la pièce de la figure ? La figure 9 est une coupe, suivant la ligne IX-IX, de la figure ? La figure 10 est une vue en bout de la pièce de la figure ? La figure Il est une elévation en coupe d'une autre pièce de la variante à laquelle est relative la figure 7 Les figures 12 à 16 sont des schémas de différents systèmes de canalisation comprenant des botes de soupape telles que celles des figures 1 à 5 Les figures 17 à 21 sont des élévations en bout schémati- ques respectivement des systèmes de canalisation des figures 12 à 16;; La figure 22 est une élévation latérale schématique d'un système de canalisation comportant une autre forme de boite de soupape sensible à la température Les figures 23 à 26 sont des schémas explicatifs relatifs à la figure 22 La figure 27 est une élévation latérale schématique d'un système de canalisation renfermant encore une autre forme de bote de soupape sensible à la température Les figures 28 à 31 sont des diagrammes explicatifs relatifs à la figure 27 Les figures 32 et 33 sont, respectivement, des élévations latérale et frontale d'une variante d'une pièce utilisée dans les boites de soupape des figures précédentes Les figures 34 et 35 sont, respectivement, des élévations frontale et latérale d'une autre variante Les figures 36 à 38 représentent trois variantes d'un élément utilisé dans les soupapes des figures précédentes, et Les figures 39 à 41 sont des vues en bout, respectivement des variantes représentées sur les figures 36 à 38. La boite de soupape représentée sur les figures 1 à 5 comprend un carter 1 comportant une paroi cylindrique 2 dans laquelle sont pratiqués deux orifices longitudinaux 3, et qui est fermée à une extrémité par une paroi 4 comportant six ori fîtes 5 en forme de secteurs. Une soupape oscillante 6 est montée dans le carter 1 et comporte une paroi cylindrique 7 coulissant dans la paroi 2 du carter et une paroi terminale 8 coulissant dans la paroi terminale 4 du carter.La paroi de soupape cylindrique 7 comporte deux orifices 9 analogues aux orifices 3 et la paroi terminale de soupape 8 comporte six orifices 10 en forme de secteurs (voir aussi la figure 11 décrite ci-après) analogues aux orifices 5, La disposition est telle que, lorsque les orifices 5 sont en correspondance exacte avec les orifices 10, les orifices longitudinaux 3 ne sont pas en correspondance avec les orifices 9, et inversement. La soupape 6 est fixée coaxialement à une tige 11 montée à pivotement dans la paroi terminale 4 et dans un support diamétral 12 fixé à l'extrémité opposée de la paroi cylindrique 2, qui autrement est ouverte. La soupape 6 est disposée de façon à effectuer des mouvements de rotation de va-et-vient, sur 300, sous la commande d'une bande bimétallique 13 en spirale fixée en son centre à la tige 11 et dont l'extrémité extérieure forme une lèvre fixée dans une fente 14 ménagée dans la paroi 2. Si l'on fait passer un fluide relativement froid à travers l'une des séries d'orifices 5, 10 ou 3, 9 et si l'on fait passer un fluide relativement chaud à travers l'autre paire d'orifices analogue, de façon que les fluides se mélangent à l'intérieur de la boîte de soupape, la bande bimétallique 13 est soumise à la température du mélange. La bande bimétallique cherche, par conséquent, à maintenir la soupape 6 dans une position autour de son-axe correspondant à la température. Dans cette position, les orifices sont disposés de façon à régler la température du mélange fluide, si cette valeur n'est pas celle qui existe déjà dans la boite. le déplacement de la soupape 6 aux extrémités de son intervalle de déplacement de 300 est limité par des butées. EL cours de fonctionnement, bien sur, la bande bimétallique 13 s'enroule ou se déroule, suivant que la température augmente ou diminue. Le sens de rotation dépend de l'emplacement de la matière à faible dilatation sur la face interne ou sur la face externe de la matière à forte dilatation suivant la bande enroulée en spirale. La figure 6 représente une application de l'invention à un épurateur d'air destiné à l'air d'admission d'un moteur à combustion interne. L'air à épurer pénètre dans un espace annulaire 15 après avoir traversé une botte de soupape sensible à la température 16 analogue à celle décrite ci-dessus. Après avoir été aspiré à travers un élément 20 de filtrage annulaire plissé en papier, l'air est transmis au moteur à travers un orifice 17. On effectue un appel d'air froid par un prolongement conique 18, destine à accentuer l'effet de réduction du bruit de l'épurateur et à faciliter son adaptation aux caracteristiques du moteur. L'air traverse alors les orifices 5,10 en forme de secteurs pour pénétrer dans la boite de soupape, tandis que de l'air chaud est appelé par une prise 19 et les orifices longitudinaux 3,9. La prise 19 est reliée par une conduite (non représentée) à un point où l'air est chauffé par la tubulure d'échappement du-moteur.Dans cet exemple particulier, la soupape est montée de façon à interrompre complètement la prise d'air froid avant le démarrage, Puis, après le démarrage, à une température prédéterminée, la soupape commence à interrompre progressivement l'admission d'air chaud tout en ouvrant progressivement la prise d'air froid pour maintenir la température dans l'intervalle prescrit, par exemple entre 3200 et 430ça Le dispositif maintient la température dans l'intervalle requis, malgré les variations de la température atmosphérique et de la température de la tubulure d'échappement. Dans la variante représentée sur les figures 7 à 11, le carter 1 et la soupape 6 sont moulés dans de la matière plastique. La tige 11, représentée séparément sur la figure 11, peut etre moulée en une seule pièce avec la soupape 6 ou formée de façon à être bouterollée en position. Dans ce dernier cas, la tige peut, comme on le voit, comporter une saillie périphérique 21 qui se coince dans un évidement 22, ainsi qutun épaulement 23 qui s'appuie sur un épaulement 24. Les figures 12 et 17 représentent une variante du système de conduites d'admission de la figure 6, dans laquelle la prise 19 est disposée de façon que l'air y pénètre tangentiellement, pour tourbillonner autour de l'axe de la soupape, ce qui améliore le mélange des parties chaude et froide. Lés figures 13 et 18 montrent un montage comprenant quatre prises radiales 19Â, 19B, 19C, 19D, régulées sélectivement par des orifices coopérant, tels que les orifices 3 et 9. Ces prises peuvent etre reliées sélectivement aux points auxquels l'air est à différentes températures, et disposées de façon à s'ouvrir successivement à mesure que la soupape oscillante se déplace dans la direction appropriée0 Les figures 14 et 19 présentent une disposition quelque peu analogue, mais comportant, dans ce cas, deux prises 19E et 19F inclinées de façon que les courants d'air qui les traversent se combinent, sans restriction fâcheuse, avec l'air pénétrant par les orifices en forme de secteurs se trouvant à l'extrémité de la boîte 16.Ces orifices peuvent, par conséqueri manquer lorsque les prises 19E et 192 sont reliées à des points se trouvent à des températures différentes et disposés de façon que l'un est fermé lorsque l'autre est ouvert et inversement. Les figures 15, 20 et 16, 21 montrent des conduites d'entrée disposées de façon analogue à celles de la figure 6, mais de façon que l'une des sorties de la boîte de soupape 16 débouche dans deux embranchements 25A, 25B ou 25C, 25D conduisant respectivement aux deux carburateurs ou aux deux épurateurs d'air. La figure 22 représente une variante dans laquelle la boite de soupape 26 sensible à la température reçoit à 1 'une de ses extrémités des courants d'air chaud et d'air froid par des tuyaux concentriques 27, 28. Dans ce cas, la disposition des orifices diffère de celle des exemples précédente en ce que les orifices longitudinaux 3, 9 manquent et que, tandis que ,la paroi terminale d'entrée 4 du carter comporte encore six orifices- 5 en forme de secteurs (figure 23), tous les orifices de soupape se trouvent dans la paroi terminale 8 de la soupape oscillante (figure 24). Les orifices de soupape comprennent six orifices 29 en forme de secteurs à l'intérieur d'une circonférence égale à la circonférence du tuyau 28, et six orifices 30 conformés en segments, disposés chacun radialement entre deux des orifices 29, mais à l'exté- rieur de ladite circonférencee Les deux positions extrêmes de la soupape sont représentées respectivement sur les figures 25 et 26. La position de la figure 25 est destinée à ce que le maximum de fluide chaud traverse les orifices 5 et 29, tandis que les orifices 30 sont obturés par la paroi 4. La position de la figure 26 est destinée à ce que le maximum de fluide froid s'écoule à travers les orifices 5 et 30, tandis que les orifices 29 sont obturés par la paroi terminale 4. la variante représentée sur la figure 27 comporte des tuyaux d'admission d'air chaud et d'air froid 31, 32 de section semi-circulaire, dont les côtés plats sont adjacents et dont les extrémités de sortie forment un cercle en correspondance avec la paroi d'admission 4 d'une boite de soupape 33. Comme dans l'exemple précédent, la paroi d'admission comporte six orifices, en forme de secteurs, régulièrement espacés à 300 les uns des autres (figure 28). Cependant, la paroi 8 coopérant avec la paroi 4 présente quatre orifices en forme de secteur de 300 et un orifice en forme de secteur de 6C , 35, 36, espacés comme le montre la figure 29.Avec cette disposition, dans une position extrême (figure 30), la prise d'air chaud nrest ouverte que par deux des orifices 35 et la moitié de l'orifice 36, l'au- tre moitié de l'orifice 36 et les deux orifices 35 étant fermés. Dans l'autre position extrême, seule la conduite d'air froid est ouverte, la disposition relative des orifices étant telle que le montre la figure 31. Dans ce cas, comme dans les autres, la soupape oscille sur 300. Les figures 32 et 33 représentent une variante de la soupape, dans laquelle la tige Il porte une plaque diametrale 37 comportant des parties arquées 38, coopérant avec des orifices longitudinaux, tels que les orifices 3 dans la réalisation des figures 1 à 5, la disposition étant telle que l'une des parties arquées 38 ouvre un orifice de fluide froid tandis que l'autre obture un orifice de fluide chaud, et inversement. Les figures 34 et 35 représentent une autre soupape dans laquelle la tige 11 porte un disque 8, comportant des orifices en forme de secteurs 10, qui est exactement équivalent à la paroi terminale 8 dans la réalisation des figures 1 à 5. Cependant, la disposition des orifices longitudinaux est différente en ce qu'elle implique un orifice longitudinal commandé par une partie arquée 39 sur une plaque arquée 40 fixée à la tige 11. les figures 36 à 41 représentent quelques formes d'éléments bimétalliques pouvant remplacer élément en spirale représenté dans les exemples précédents. Ainsi, les figures 36 à 39 présentent un elément hélicoidal. Les figures 37 à 40 présentent un élément hélicoïdal en spirale et les figures 38 à 41 présentent un élément en double hélice Bien que l'on ait décrit ci-dessus les bandes bimétalliques comme permettant des mouvements d'une amplitude de 30 , elles peuvent tout aussi bien être disposées de façon à produire d'autres mouvements angulaires, au moins sur tout arc compris entre 100 et 900, La bande peut être disposée de façon à constituer l'unique support de l'extrémité adjacente de la tige 11, éliminant ainsi toute pièce telle que le support 12 sur la figure 5. On appréciera le fait qu'en général les soupapes décrites ci-dessus fonctionnent à la température moyenne du mélange fluide qui les traverse, même si la température de régulation désirée n'a pas été atteinte, comme, par exemple, quand une soupape envoit de l'air dans le moteur à combustion interne d'un véhicule à moteur que l'on fait démarrer à froid. Dans le cas extrême contraire, lorsque la température atmosphérique dépasse la température limite désirée, par exemple 43 C, la prise d'air froid reste entièrement ouverte de façon que la température de l'air qui traverse la soupape soit la même que celle de l'atmosphère. Comme il ressort des exemples ci-dessus, une caractéristi quetrès importante de l'invention consiste à disposer les prises d'air chaud et d'air froid par rapport à l'élément sensible à la température de façon à faire la moyenne des variations de température, quoique petites, pour que la soupape prenne une position conforme à la température moyenne. Ainsi, comme en pratique, la bande bimétallique est,de préférence, cylindrique, en spirale ou en hélice, les orifices d'admission du fluide doivent être disposés de façon que les différentes couches d'air ne traversent pas leurs circonvolutions sans fluctuation ou sans turbulence.Alors, la position d'une petite variation quelconque de température dans la bande n'est pas constante et les variations de température disparaissent sur la section de la conduite renfermant le tuyau. Par conséquent, aucune partie de la bande n'est soumise continuellement à une température supérieure ou inférieure à la moyenne, et toutes les parties de la bande sont soumises à des valeurs alternatives de la température, là où elles existent le cas échéant. L'élément bimétallique fonctionne à la moyenne de ces température alternatives. Il est clair que le contact glissant entre la soupape et le carter n'est pas essentiel à l'invitation. On obtient des résultats acceptables s'il existe un certain jeu, par exemple de q25nm, entre les surfaces de soupape appariées, suivant l'usage auquel le dispositif est destiné. Bien que l'on ait représenté, dans la description précédente, les parois terminales telles que les parois 4, 6 du carter et de la soupape oscillante, comme plates, elles peuvent être convexes ou concaves, par exemple hémisphériques ou coniques. RVisN1)I0!I?I UNS 1.- Une boite de soupape sensible à la température comprenant une soupape oscillante disposée de façon à réguler le débit d'au moins deux courants fluides à des températures différentes mais variables pénétrant dans une conduite commune, ladite boi- te de soupape etant caractérisée par le fait qu'il se trouve un élément sensible à la température dans la conduite commune, pour déterminer la position de la soupape, disposé de façon à tendre à maintenir une gamme de températures prédéterminée dans le mélange fluide traversant la conduite commune1 les températures des courants entrants étant telles qu'elles permettent de maintenir cette gamme de températures prédéterminée. 2.- Une boite de soupape suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élément sensible à la température est un élément bimétallique. 3.- Une boîte de soupape suivant la revendication 2, caractériséepar le fait que la soupape oscillante est montée dans un carter cylindrique comportant des orifices que traversent les courants entrants sous la commande de la zoupape,et dans laquelle l'élément bimétallique est monté dans une portion dudit carter constituant la conduite commune et est fixé à la soupape de façon à la faire osciller autour de l'axe du carter, suivant les variations de température dans la conduite commune. 4 Une boite de soupape suivant la revendication 3 caractérisée par le fait que le carter comporte des orifices périphériques et des orifices ménagés dans une paroi terminale de celuici, la soupape étant conçue de façon à commander les orifices pour que les orifices périphériques soient obturés lorsque les orifices de la paroi terminale sont ouverts, et inversement. 5.- Une boîte de soupape suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que les orifices périphériques sont disposés en association avec une prise dont la position permet au fluide de pénétrer dans le carter tangentiellement, de façon à tourbillonner autour de l'axe du carter. 60- Une boite de soupape suivant les revendications 3 ou 4, caractérisée par le fait qu'elle comporte plusieurs prises radiales conduisant aux orifices périphériques du carter, de façon que duluide à différentes températures puisse etre amené en différents points répartis autour du carter. 7.- Une bolte de soupape suivant les revendications 4 ou 6, caractérisée par le fait que les prises radiales sont inclinées de façon à communiquer aux courants qui les traversent des composantes axiales aussi bien que radialoede façon qu'ils se combinent, sans restriction fâcheuse, avec le fluide traversant les orifices de la paroi terminale. 8.- Une boite de soupape suivant la revendication 3, caractérisée par le fait qu'elle comporte deux tuyaux d'admission concentriques disposés de façon à transporter deux fluides respectivement à des températures différentes et montés cqaxialement avec le carter de façon à envoyer les deux fluides au travers d'orifices ménagés dans une paroi interposée entre le carter et les tuyaux d'admission, la soupape comprenant une paroi oscillante perforée montée au voisinage de la paroi du carter, et la disposition des orifices étant telle que lorsque le débit traversant un tuyau augmente du fait du déplacement de la soupape dans une direction, le débit traversant l'autre tuyau diminue, et inversement. 9.- Une boite de soupape suivant la revendication 8, caractérisée par le fait que des orifices en forme de secteurs sont répartis autour de l'une des parois, tandis que l'autre paroi comporte des orifices en forme de secteurs à l'intérieur de la circonférence du tuyau interne et des orifices en forme de segments entre les circonférences des tuyaux interne et externe, les orifices en forme de segments étant situés radialement entre les orifices en forme ae secteurs associés. 10.- Une boîte de soupape suivant la revendication 3, caractérisée par le fait qu'elle comporte deux tuyaux d'admission, destinés respectivement à des fluides à des températures différentes, conduisant à une extrémité du carter comportant une paroi terminale présentant des orifices, l'un des tuyaux étant disposé de façon à envoyer du fluide à travers des orifices situés d'un côté de la surface extérieure de la paroi, et 1' autre tuyau étant disposé de façon à envoyer du fluide à travers des orifices situés de l'autre côté de la face extérieure de la paroi, et la soupape comprenant une paroi oscillante perforée montée au voisinage de la paroi du boitier, et les orifices étant disposés de façon que, lorsque le débit au travers d'un tuyau augmente du fait du déplacement de la soupape dans une direction, le débit à travers l'autre tuyau diminue, et inversement. 11.- Une boite de soupape suivant la revendication 9, caractérisée par le fait que les orifices de chaque paroi sont conformés en secteurs partant de l'axe du carter. 12.- Une boite de soupape suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée par le fait que la soupape est une pièce cylindrique comportant des orifices périphériques coopérant avec les orifices périphériques ménagés dans le carter et une paroi à une extrémité comportant des orifices conformés en secteurs partant de l'axe du carter et disposés de façon à coopérer avec les orifices en forme de secteurs ménagés-dans la paroi terminale du carter. 13.- Une boîte de soupape suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la conduite commune est reliée pour fournir de l'air à un épurateur d'air pour l'air d'admission d'un moteur à combustion interne, des conduites d'air chaud et d'air froid permettant d'envoyer à la boite les deux courants à des températures différentes.