Brevet FR2460436A1 — publié le 19810123

L'invention concerne une soupape électromagnétique à eau, à assistance hydraulique, pour le réglage du circuit d'eau, dans les installations de chauffage ou de climatisation pour véhicules automobiles. Divers organes d'arrêt, d'étranglement ou de réglage, tels que par exemple robinets, tiroirs, volets ou soupapes, trouvent leur application pour régler le débit de l'eau qui traverse le corps chauffant d'une installation de chauffage ou de climatisation sur un véhicule automobile. Dans un système de réglage connu, le débit est réglé par le fait que la soupape est ouverte en grand pendant un intervalle de temps détermine et ferrs -omplètement pendant l'intervalle de temps suivant. Les intervalles de temps ont un ordre de grandeur compris entre quelques secondes et une fraction de seconde. On appelle période la somme des deux intervalles de temps successifs pendant lesquels la soupape est ouverte et fermée respectivement ; lorsque par exemple la soupape est ouverte pendant 0,5 seconde puis fermée pendant 4,5 secondes, la période est de 5 secondes. I1 est évident que, lorsque l'intervalle de temps pendant lequel la soupape reste ouverte est très court, 0,5 seconde par exemple, les mouvements d'ouverture et de fermeture doivent être très rapides et ne peuvent durer au maximum que 0,1 seconde par exemple. Les soupapes connues ont pour inconvénient ou bien qu'elles fonctionnent trop lentement, ou bien, lorsque le clapet ou pointeau de la soupape est actionné positivement, qu'elles exigent des forces d'actionnement trop importantes et que, en raison des mouvements d'ouverture et de fermeture très rapides, elles provoclent des chocs trop grands entre pièces et des coups de bélier dans le circuit d'eau. Outre res fruits gênants qu'ils provoquent, les chocs et coups de béiez, avec les pointes de pression qui en résultent dans veau, peuvent avoir une influence néfaste sur les autres éléments du circuit d'eau, tels que raccords souples, et sur la tenue du corps chauffant à la pression. Un autre inconvénient des soupapes connues dont le fonctionnement repose sur le principe d'une assistance hydraulique réside dans le fait que ces soupapes comnrennent de nombreuses pièces et sont donc trop complexes. Outre une fabr:carion compliquée et un montage délicat, ces soupapes présentent l'inconvénient de risques élevés d'incidents, notamment après une période de fonctionnement relativement longue. Dans leur réalisation usuelle, ces soupapes sont munies d'un petit orifice d'équilibrage ont le diamètre est par exemple deîmm et qui est ménacé dans leur membrane en caoutchouc ; en fonctionnement, il arrive que cet orifice calibré, qui est très important pour que la soupape puisse travailler impeccablement, se décale sous l'effet de la charge appliquée à la membrane ou que, par suite du fluage ou de la contraction de la matière caoutchoutique de la membrane, il se déforme à un point tel que le fonctionnement de la soupape en est pertudé ou même totalement arrêté, On connaît certes aussi des orifices d'équilibrage qui sont ménagés dans des éléments du boîtier mais ceci complique la ccnstruction. Dans les soupapes connues, il se produit une autre difficulté en fonctionnement : les soupapes électromagnétiques réagissen-t en effet de façon très sensible aux saletés contenues dans l'eau. Il y a lieu enfin de mentionner un dernier inconvénient qui n'est d'ailleurs pas le moindre, c'est-à-dire que les soupapes connues créent des pertes de charge élevées. L'invention a donc pour but de créer une soupape qui s'ouvre et se ferme très vite, qui ne nécessite que de faibles forces pour être actionnée, qui travaille sans chocs, coups de bélier et bruits notables et sans pointes de pression d'eau élevées, qui soit simple à construire avec peu de pièces, qui puisse être montée avec facilité et de façon sûre, qui soit bien protégée contre les-saletés contenues dans l'eau, qui garantisse un fonctionnement sûr et invariable sur une longue période, qui crée des pertes de charge aussi faibles que possible et qui présente des caractéristiques lui assurant une bonne longévité. Avec une soupape du genre défini en préambule, ce lut est atteint selonl'--invention grâce essentiellement au fait qu'une membrane possède deux trous symétriques relativement gros ; que le boitier de soupape est muni de deux tétons qui correspondent aux trous de la membrane ; et que l'un de ces tétons est muni d'un petit orifice calibré d'équilibrage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la soupape comporte un couvercle muni de deux évidements dans lesquels s'engagent les tétons du boîtier de soupape et dont l'un est relié par un passage transversal à la chambre de la soupape qui est située au-dessous du couvercle. Grâce à l'utilisation des deux tétons qui s'engagent dans les trous de la membrane, celle-ci est exactement centrée. Comme les deux tétons s'engagent dans les évidements correspondants du couvercle de soupape, celuici se trouve également centré. Le petit orifice calibré, qui est essentiel pour assurer la servo-assistance de la membrane sous l'effet des pressions hydrauliques différentielles, est ménagé selon l'invention dans l'un des tétons de centrage, en dehors de la membrane. D'autres réalisations, variantes et développe ments de l'invention vont être décrits ci-après à l'aide des modes de réalisation de la soupape conforme à l'invention qui sont représentés aux dessins annexés. La figure 1 montre, en coupe longitudinale, une soupape conforme à l'invention. La figure 2 montre, en plan, la membrane de la soupape de la figure 1. La figure 3 montre, en coupe longitudinale, une soupape conforme à une première variante de la figure 1. La figure 4 réprésente, par une coupe partielle, un raccord tubulaire muni d'un filtre établi selon une variante. La figure 5 montre, en coupe longitudinale, une soupape conforme à une deuxième variante de la figure 1. La figure 6 est une coupe partielle selon la ligne I-I de la figure 5. La figure 7 montre, en coupe partielle, une soupape équipée d'un clapet anti-retour établi selon une variante. Les figures 8 à 12 illustrent diverses variantes de la membrane, par des vues en coupe. La figure 13 montre, en coupe, la partie inférieure d'un électro-aimant. Selon le mode de réalisation de la figure 1, la soupape conforme à l'invention comprend essentiellement un bolier de soupape 1 muni d'un raccord tubulaire d'entrée 22 et d'un raccord tubulaire de sortie 31 ; un filtre cylindrique 2 monté dans le raccord d'entrée 22 ; une membrane 3 pincée en son centre entre une coupelle 4 et un clapet d'étanchéité (rondelle de caoutchouc) 6 ; une rondelle élastique 7 ; et une tige de soupape 5 traversant la coupelle 4, la membrane 3, le clapet 6 et la rondelle 7. Cette rondelle 7 s'accroche à la tige de soupape 5/ain- tient la coupelle 4 contre un épaulement de la tige 5. A sa périphérie, la- membrane 3 est pincée entre le boîtier 1 et un couvercle de boîtier 9. Le clapet 6 coopère avec un siège 24 qui est formé à l'extrémité intérieure du raccord de sortie 31. Un ressort 8, prenant appui sur le couvercle 9, agit sur la coupelle 4. La soupape comporte en outre un électro-aimant 10 muni de broches de connexion 21 et d'un plongeur 20. Un joint toPique 11 assure l'étanchéité du couvercle 9 par rapport à l'électro-aimant 10. Deux tétons de centrage f3 et 14 sont venus de moulage avec le boitier 1. Un orifice d'équilibrage 12 traverse celui 13 des tétons 13, 14 qui est disposé au-dessus du filtre 2.Les tétons 13,14 sont engagés dans dieux évidements 15,16 ménagés dans le couvercle 9, l'évidement 15 comportant un passage transversal ou radial 17. La chambre de la soupape qui est située au-dessus de la membrane 3 e36 mise en communication par l'orifice 12 et le passage 17 avec le raccord d'entrée 22 où règne une pression hydraulique relativement élevée. La tige de soupape 5 comporte un passage axial 18 qui, avec la tête conique du plongeur 20 de l'électro-ai- mant 10, forme une soupape à pointeau pour le système dEssistånce hydraulique. A la figure 1, la membrane 3 est représentée à sa position moyenne et le plongeur 20 de l'électro-aimant 10 (non excité) à sa position supérieure vers laquelle il est sollicité par un ressort (non représenté) monté dans l'électro-aimant 10. Le filtre à grande surface 2 5 es est on ans le raccord d'entrée 22 sert à filtrer le liquide qui traverse le système d'assistance hydraulique en passant par le 9y- pass et qui balaye l'intérieur de l'électro-ainant 10. Ainsi qu'il ressort de la figure 5, un filtre supplémentaire 33 peut être monté à l'intérieur de la tige de soupape 5 pour le cas où la soupape électromagnétique à eau serait utilisée la tête en bas. Une soupape du genre qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante. Cette soupape repose sur le principe connu de l'assistance hydraulique. Si l'on met sous tension l'électro-aimant 10, son plongeur 20 s'abaisse et ferme la soupape à pointeau. Dans la chambre située au-dessus de la membrane 3, il s'établit une pression hydraulique qui est égale à la pression relativement élevée régnant dans le raccord d'entrée 22. Sous l'effet de la différence entre la pression relativement élevée établie au-dessus de la membrane 3 et la pression relativement basse régnant dans le raccord de sortie 31 ainsi que sous la zone centrale de la membrane 3, celle-ci se trouve poussée vers le bas et ferme la soupape par contact du clapet 6 avec le siège 24. Si on coupe l'alimentation de l'électo-aimant 10, le ressort de rappel incorporé à cet électro-aimant 10 soulève le plongeur 20 et la soupape à pointeau s'ouvre. Par l'intermédiaire du passage axial 18 de la tige de soupape 5, la chambre située au-dessus de la membrane 3 est maintenant mise en communication avec l'intérieur du -raccord de sortie 31 où règne la pression hydraulique relativement basse. La pression relativement élevée s'abaisse au-dessus de la-membrane 3 et s'équilibre avec la basse pression . Sous l'effet de la pression différentielle -qui s'exerce sur la zone extérieure de la membrane 3, celle-ci se trouve poussée vers le haut et la soupape s'ouvre. Dans sa version à poussée, lélectro-aimant 10 ferme ainsi la soupape lorsqu'il est mis sous tension. ;ans courant électrique, la soupape est ouverte à l'êcou- liement de l'eau. Lorsqu'une pompe à eau associé à la soupape est arrêtée et que le courant d'eau cesse, la soupape se ferme cependant sous l'effet du ressort, seuls restant su- -rts les pet tu orifice ~2 et passage 17 dans e ty-rr.- du s2 tème d'assistance nydrauloue. Ceci éli ine en majeure partie le faible écoulement spontané qui porrait se produire oans un sens ou dans l'autre, notam ruent par effet de thermosiphon.Dans le cas où ce faible écoulement doit être coluplètement arrêté, on peut monter soit un clapet anti-retcur 32 dans le raccord de sortie 31 (voir la figure 3). soit un clapet anti-retour 34 à l'intérieur ce la tizc de soupape 5 (voir la figure 5), soit encore un clapet anti-retour 37 dans l'orifice d'équilibranc 2 (voir la figure 7). Comme il ressort de la figure 1, la partie moyenne 19 de la tige de soupape 5 peut être prolongée dans le sens de l'écoulemert, un tel prolongement influant par effet d'éjecteur sur le temps d'ouverture de la soupape. La figure 2 montre en plan la membrane 3. On y voit que cette membrane 3 possède deux trous 23 à l'aide desquels elle se centre sur les tétons 13 et 14 du boîtier de soupape 1. a figure 3 montre un mode de réalisation de la soupape conforme à l'invention dont la membrane 3 est faite d'une seule pièce avec le clapet 6. A cet effet, la membrane 3 possède en sa partie centrale une surépaisseur par laquelle elle s'applique de façon étanche contre le siège 24 lorsque la soupape est fermée. La coupelle 4 est aussi faite d'une seule pièce avec la tige de soupape 5. La partie inférieure 25 de la tige de soupape 5 est refoulée vers l'extérieur pour maintenir la partie centrale de la membrane 3 par sertissage.Les éléments intérieurs de la soupape, c'est-à-dire la membrane 3, la rondelle de caoutchouc du clapet 6, la coupelle 4,la tige de soupape 5, une rondelle de tôle et éventuellement une rondelle élastique 7, sont ainsi intégrés en une seule pièce, soit partiellement, soit totalement; Par rapport au mode de réalisation de la figure 1, celui de la figure 3 se distingue aussi par le fait que le téton de-centrage 26 est inversé par rapport au téton 14 et fait partie du couvercle 9 et que l'évidement correspondant 27 est ménagé dans le boîtier de soupape 1-. On obtient ainsi que, lors du montage, le couvercle de soupape 9 peut être posé centralement sur le boitier de soupape 1 sans possibilité de confusion. Un filtre 28, logé dans le raccord d'entrée 22, est fabriqué en une seule pièce à l'aide d'un tube percé par bombardement d'électrons. On voit en outre que le filtre 28 ou le portefiltre 29 peut s'étendre sur toute la longueur ou presque toute la longueur du raccord d'entrée 22, en formant ainsi une armature métallique pour le raccord 22 en matière plastique relativement mince. A l'aide de ce mode de réalisation, on voit aussi qu'un clapet anti-retour 32 peut être incorporé au raccord de sortie 31, comme déjà signalé. Selon la variante de la figure 4, la soupape peut être munie d'un filtre cylindrique 30 en métal fritz. La figure 5 représente une soupape établie conformément à un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel un filtre 33 est monté à l'intérieur de la tige de soupape 5. Cette tige 5 comporte aussi un clapet antiretour 34, selon une variante indépendantê du filtre 33. Ce clapet anti-retour 34 peut être ouvert positivement par poussée du plongeur 20 de ltélectro-aimant, désigné ici par 38. Le couvercle de soupape 9 comporte un canal ouvert 35 qui remplace le passage transversal 17 de la figure 1 et qui est facile à démouler lors de la fabrication du couvercle 9 sous forme d'une pièce injectée de matière plastique. A cet endroit, le bord de la membrane 3 est mis sous tension élastique initiale contre le boîtier de soupape 1 grâce à une courbure locale 36 telle que la membrane 3 s'applique de façon étanche contre la bride du boîtier 1. La figure 5 illustre deux variantes du couvercle 9 en ce qui concerne la réalisation de l'électro-aimant 38. A gauche de l'axe vertical de la soupape, on voit une réalisation dans laquelle l'électro-aimant 38 est totalement enrobé de matière plastique injectée et le couvercle 9 est fait d'une seule pièce moulée avec la paroi extérieure de 1 'électro-aimant 38. A la droite dudit axe, on voit une réalisation dans laquelle l'électro-aimant 38 est monté dans un boitier 39 dont le fond 40 constitue aussi le couvercle de soupape 9. La figure 6 montre un détail de la soupape de la figure 5, en coupe selon la ligne I-I de cette dernière figure. Sous le canal ouvert 35, on voit la courbure locale 36 appliquée contre le boîtier de soupape 1. La figure 7 représente une soupape conforme à un autre mode de réalisa7tion de l'invention dans lequel le clapet anti-retour/ associé à l'orifice d'équilibrage 12, est logé dans l'évidement 15 du couvercle de soupape 9, audessus de cet orifice 12. Selon la variante de la figure 8, la tige de soupape, désignée ici par 41, est vulcanisée à la membrane 3, à l'intérieur de celle-ci. Selon le mode de réalisation de- la figure 9, la tige de soupape 42 possède une gorge 43 à bords relevés et est boutonnée dans la membrane 3. Dans la variante de la figure 10, la partie centrale de la membrane 3 comporte une tête de clapet conique 44 qui est formee de moulage en une seule pièce avec la membrane 3, dans la même matière caoutchoutique que celle-ci. Selon la figure 11, un simple tube 45 à bord serti (par exemple rivet creux standard) est vulcanisé à l'tintée rieur de la membrane 3 ou enfoncé dans celle-ci après sa fabrication. Selon le mode de réalisation de la figure 12, la membrane, désignée ici par 46, possède à sa partie centrale une surépaisseur qui ala forme et joue la fonction d'une coupelle de soupape et englobe la tige de soupape, ces pièces se trouvant ainsi intégrées à la pièce moulée de la membrane 46. Dans le détail en coupe de la figure 13, un filtre 47 est-placé au bas de l'électro-aimant. Ce filtre 47 présente un jeu de 0,1 mm par rapport au plongeur 20 et le ressort 8 le maintient contre leélectro-aimant. Le filtre 47 empêche les saletés grossières de pénetrer à l'intérieur de 1 1électro-aimant. L'invention ntest pas limite aux modes de réalisation décrits et représentés mais en englobe les variantes et modifications qui sont à la portée des spécialistes en la matière. REVENDICATIONS 1 - Soupape électromagnétique a eau, a assistance et à membrane hydraulique,pour d rengage du circuit d'eau, dans les installations de chauffage ou de climatisation pour véni- cules automobiles, caractérisée en ce qu'une membrane (3 > possède deux trous symétriques (23) relativement gros en ce que le boîtier de soupape (1) est muni de deux tétons (13,1) qui correspondent aux trous (23) de la membrane (3) ; et en ce que l'un (13) de ces tétons (13,14) est muni d'un petit orifice calibré d'équilibrage (12). 2 - Soupape selon la revendication 1, caractérisée an ce qu'elle comporte un couvercle (9) muni de deux évidements (15,16) dans lesquels s'engagent les tétons (13,14) du botter de soupape (1) et dont l'un (15) est relié par un passage transversal (17) à la chambre de la soupape qui est située au-dessous du couvercle (9). 3 - Soupape selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'un filtre (2,28,30) est monté dans un raccord tubulaire d'entrée (22). b - Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une tige de soupape -(5) dont la partie moyenne (19) est prolongée dans le sens de l'écoulement, un tel prolongement influant par effet d'éjecteur sur le temps d'ouverture de la soupape. 5 - Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la membrane (3) est faite d'une seule pièce avec un clapet (6) et possède à sa partie centrale une surépaisseur par laquelle elle s'applique de façon étanche contre un siège (24) lorsque la soupape est fermée (figure 3). 6 - Soupape selon l'une des revendications 1 et 5, caractérisée en ce qu'une coupelle de soupape t4) est faite d'une seule pièce avec une tige de soupape (5) dont la partie inférieure (25) est refoulée vers ltextérieur pour former sertissage (figure 3). 7 - Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le boîtier de soupape (1) po-de un téton (13) et un évidement (27) et en ce qu'inversement le couvercle de bottier (9) possède un évidement (15) et un téton (26) (figure 3). 8 - Soupape selon l'une quelconque des revendications i à 7, caractérisée en ce qu'un clapet anti-retour (32) est monté dans le raccord tubulaire de sortie (31) (figure 3). 9 - Soupape selon l'une quelconque des revendication 1 à 8, caractérisée enq%'un filtre (33) est monté dans la tige de soupape (5) (figure 5). 10 - Soupape selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisée en ce qu'un clapet anti-retour (34) est monté dans la tige de soupape (5) (figure 5). Il - Soupape selon la revendication 10, caractésée en ce que le clapet anti-retour (34) est ouvert positivement par poussée du plongeur (20) de l'électro-aimant (38) (figUre 5). 12 - Soupape selon l'une quelconque des revendications I à 11, caractérisée en ce que l'évidement (15) du couvercle de soupape (9) est relié à l'intérieur de la soupape par un canal ouvert (35) qui est facile à obtenir par démoulage de la pièce de matière plastique moulée par injection et en ce que, en face du canal ouvert (35) du bolier de soupape (1), la membrane (3) comporte une courbure locale (36) qui la maintient appuyée élastiquement de façon étanche dans le canal ouvert (35) (figure 5). 13 - Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'un clapet antiretour (37) est monté dans l'évidement (15) du couvercle (9), au-dessus de l'orifice d'équilibrage (12) (figure 7). 14 - Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que l'électro-aimant (38) est monté dans un boîtier (39) dont le fond (40) constitue,d'une seule pièce avec ce boîtier(39), le couvercle de soupape (9) (figure 5). 15 - Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que l'électro-aimant est muni d'un filtre (47) (figure 13).