Brevet FR2508105A1 — publié le 19821224

La présente invention concerne un dispositif thermosta- tique pour la régulation de la température de l'air à l'entrée de moteurs endothermiques, en particulier du carburateur des moteurs pour véhicules automobiles. Comme on le sait, les dispositifs thermostatiques actuels pour la régulation de la température de l'air à l'entrée du moteur, en particulier du carburateur, sont applicables à un corps de support auquel parvient, par l'intermédiaire d'une première et d'une seconde conduites, de l'air à température qui se trouve respectivement, d'une part relativement plus basse, parce qu'il est aspiré directement du milieu ambiant du véhicule, et d'autre part plus élevée, parce qu'il est réchauffé par la chaleur produite par le fonctionnement du moteur du véhicule Les dispositifs ci-dessus mentionnés comprennent un élément de commande disposé en face de cette première et de cette seconde conduites et agissant sur plu- sieurs éléments obturateurs capables d'étrangler les sections de passage desdites conduites de façon à régler par mélange la température de l'air transporté au carburateur, un élément thermosensible disposé vers ledit carburateur en aval des- dites conduites et en amont ou en aval du filtre à air, et un dispositif de transmission qui connecte l'élément de commande et l'élément thermosensible Ce dernier est constitué par un bulbe dans lequel est contenu un fluide capable de dilatations thermiques élevées, et qui, par l'intermédiaire d'une membrane élastique fait déplacer un piston qui à son tour, au moyen dudit dispositif de transmission, habituelle- ment réalisé par des cinématiques, des tringleries ou des câbles, transmet le mouvement à l'élément de commande. Les dispositifs thermostatiques décrits ne manquent pas d'inconvénients En particulier, l'élément thermosensible est d'une construction relativement compliquée et coûteuse étant donné qu'il faut assurer l'étanchéité entre le bulbe et la membrane élastique pour éviter l'échappement du fluide thermosensible, qui est habituellement constitué par une pastille de cire thermodilatable En outre, pour assurer une excursion suffisamment ample des éléments obturateurs, ou bien le bulbe doit être de dimensions importantes, en créant ainsi des problèmes d'encombrement, ou bien le système de transmis- sion et l'élément de commande doivent procéder à une amplifi- cation convenable des mouvements du piston Enfin, si la membrane élastique se trouve sollicitée trop sévèrement, elle peut être sujette à rupture Le but de la présente invention est de réaliser un dis- positif thermostatique pour la régulation de la température de l'air à l'entrée d'un moteur endothermique, ce dispositif n'ayant pas les inconvénients décrits et en particulier muni d'un élément thermosensible de construction simple et écono- mique capable de commander directement les éléments obtura- teurs. Ce but est atteint par la présente invention en tant qu'elle concerne un dispositif thermostatique pour la régula- tion de la température de l'air à l'entrée d'un moteur endo- thermique, applicable à un corps auquel parvient, par l'inter- médiaire d'une première et d'une seconde conduites, de l'air à une température qui est respectivement, relativement plus élevée ou plus basse, ledit corps présentant une bouche de sortie tournée vers une entrée dudit moteur, pour un flux de sortie d'air provenant desdites conduites, ledit dispositif comprenant un élément thermosensible à la température dudit flux d'air qui vient à son contact et au moins un élément obturateur capable d'étrangler lesdites première et seconde conduites, caractérisé par le fait que ledit élément thermo- sensible est capable de se déformer,suivant la variation de la température dudit flux d'air,en prenant une pluralité de formes prédéterminéesde façon à provoquer le mouvement dudit élément obturateur auquel il est relié mécaniquement, ledit élément thermosensible étant construit en un alliage métallique capable de modifier,dans un domaine de températures prédéterminées, sa propre structure cristalline en fonction de sa température, de telle sorte que ses atomes se déplacent seulement le long d'une trajectoire cristalline prédéterminée, de façon à faire prendre audit élément, dans ledit domaine de températures prédéterminées, ladite pluralité de formes prédéterminées. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre illustratif mais nullement limitatif, des formes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins, la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un corps mélangeur sur lequel est monté un dispositif thermostatique réalisé suivant les principes de la présente invention; la figure 2 représente une variante du dispositif ther- mostatique de la figure 1; la figure 3 représente une coupe suivant un plan de la ligne III-III d'une partie du dispositif de la figure 2; la figure '4 représente une seconde variante du dispositif de la figure 1; et la figure 5 représente une autre variante du dispositif de la figure 1. La figure 1 montre dans son ensemblesous le repère numérique 1, un dispositif thermostatique pour régler la température d'un flux d'air sortant d'une bouche de sortie 2 d'un corps 3 de type pratiquement connu, par exemple un parallélépipède et muni d'une première conduite d'entrée 4 pour l'air relativement froid provenant d'un milieu exté- rieur au véhicule sur lequel est monté le corps 3 et d'une seconde conduite d'entrée 5 pour l'air relativement plus chaud Le corps 3 est constitué de deux coquilles 6 montées face à face et il est disposé en amont du filtre à air du véhicule (non représenté) de façon que l'air sortant de la bouche 2 soit transporté à l'entrée d'un moteur ou d'un carburateur (non représenté) du véhicule. Le dispositif thermostatique 1 comprend un élément obturateur 7 capable d'étrangler les conduites 4 et 5, une tige de commande 8 de l'obturateur 7, un manchon de support et de guide 9 pour la tige 8, fixé de façon solidaire d'une manière convenable au corps 3, un ressort antagoniste 10 et un élément thermosensible en forme de ressort 11. L'élément obturateur 7 tourne autour d'un axe 12,grâce auquel il est articulé et solidaire du corps 3,et il est mobile entre une première position (représentée),dans laquelle il ferme complètement la conduite 4 en laissant ouverte la conduite 5,et une seconde positiondans laquelle il ferme complètement la conduite 5 et laisse ouverte la conduite 4. L'obturateur 7 est en effet constitué par un disque bombé 14 capable de fermer la conduite 4 et articulé sur l'arbre 12, muni d'un bouchon 15, capable de fermer la conduite 5 et pratiquement parallèle au disque 14 auquel il est solidaire. Deux saillies 16 internes au corps 3 servent de fin de course pour le disque 14 et sont capables d'assurer l'étan- chéité de ce dernier En outre, ce disque est muni d'une patte 18 dans laquelle est engagée, par l'intermédiaire d'un arbre 19 excentrique par rapport à l'arbre 12, une extrémité 20 de la tige 8. La tige 8, qui est pratiquement cylindrique, coulisse longitudinalement à l'intérieur du manchon de support 9 contre l'action du ressort antagoniste 10 Celui-ci s'appuie par une première extrémité 21 contre une saillie 22 du manchon 9 à laquelle il est coaxial et par une seconde extrémité 23 a un plateau 24 de forme rectangulaire et ne faisant qu'une pièce avec la tige 8,en face de l'une de ses extrémités 25 opposée à l'extrémité 20 et sortant du manchon 9 par une fenêtre rectangulaire 26 pratiquée dans le sens longitudinal dans ledit manchon 9 Sur le manchon 9 est en outre monté coaxialement l'élément thermosensible en forme de ressort hélicoldal 11 Ce dernier s'appuie par sa première extrémité 27 contre une surface frontale 28 du plateau 24 et par sa seconde extrémité 29 contre un bouchon 30 vissé sur une extrémité filetée 31 du manchon 9. L'élément thermosensible il est construit en un alliage thermosensible scientifiquement connu sous le nom de "alliage à effet de mémoire", comme par exemple un alliage de nickel-titane commercialement connu sous le nom de NITINOL ou un alliage de cuivre-zinc-aluminium de la famille des laitons, commercialement connu sous le nom de PROTEUS (marques déposées) Ces alliages thermosensibles, ou alliages à effet de mémoire sont principalement des alliages métalliques capables de modifier, à l'intérieur d'un domaine de tempé- ratures prédéterminées, leur propre structure cristalline en fonction de la température à laquelle ils sont soumis, de telle façon que les atomes des métaux composant l'alliage se déplacent uniquement le long de trajectoires cristallogra- phiques particulières et prédéterminées, de telle sorte que l'ont peut faire prendre à l'élément il, d'une manière sélec- tive, à l'intérieur dudit domaine de températures prédéter- minéesune pluralité de formes également prédéterminées. Dans la pratique, cet effet, d'ailleurs amplement connu, est dû aux tensions internes induites par le passage d'une structure cristallographique de type martensitique, c'est-à- dire aciculaire ou de Widmanstâttenà une structure de type austénitique, c'est-à-dire avec de grands cristaux polyédri- ques Le phénomène, à l'intérieur dudit domaine de tempéra- tures prédéterminées, est totalement réversibleen ce sens qu'un objet construit avec ces alliages reprend toujours à la même température la même forme, à condition que les déformations induites dans les fibres, par exemple les plus extérieures de l'objet du changement de formene dépassent pas une valeur en pourcentage prédéterminée qui est d'environ 5 % pour les alliages cuivre-zinc-aluminium. Le domaine de températures prédéterminées dans lesquelles le phénomène se produit dépend de la composition en pour- centage de l'alliage et il est amplement variable et corres- pond pratiquement au domaine de températures comprises entre la température de transformation fine (MF) de la transforma- tion martensitique et la température de transformation fine (AF) de la transformation inverse (c'est-à-dire de la marten- site à l'austénite). L'élément sensible il est donc construit en un alliage thermosensible de telle composition que le domaine de tempé- ratures dans lequel il existe un effet de mémoire est celui qui convient le plus à l'application spécifique, c'est-à-dire un domaine de températures voisines de la température ambiante, par exemple compris entre 20 et 400 C, et la forme de l'élément 11 est choisie de telle façon que les déforma- tions dues à la variation de températures sont telles qu'elles permettent d'actionner directement l'obturateur 7 En pratique, l'élément il a la forme d'un ressort hélicoïdal et, par conséquent, ses fibres travaillent à la torsion en provo- quant un allongement ou un raccourcissement de l'élément 11 avec la variation de la température de l'air qui sort de la bouche 2 Il est important de souligner que les caractéris- tiques de ces alliages sont telles qu'à une augmentation de température, l'élément il peut s'allonger ou bien indifférem- ment se raccourcir, suivant la composition de l'alliage avec lequel il est construit et vice versa, une diminution de température peut comporter un allongement ou un raccourcisse- ment dudit élément En définitive, le comportement de l'élément 11 dépend de la composition de l'alliage avec lequel il est construit et des déformations auxquelles il est soumis dans la phase de construction et qu'il reproduit exactement lors des variations de température dans son fonctionnement. Le fonctionnement du dispositif 1, dans le cas de la figure 1, est donc le suivant L'élément 1 i,qui est du type qui s'allonge lorsque la température augmente,sous l'action de l'augmentation de la température du flux de l'air sortant de la bouche 2, vainc la résistance du ressort 10 et pousse la tige 8,qui fait tourner l'obturateur 7 de façon à fermer partiellement la conduite 5 et à ouvrir partiellement la conduite 4 de l'air froid Si la température à la bouche 2 diminue, l'élément 11 se raccourcit et la tige 8 sous la poussée du ressort 10 ramène l'obturateur 7 dans sa position initiale ou dans une autre position o la conduite 4 est plus étranglée que la conduite 5 De cette façon, on peut maintenir constante la température de l'air à la sortie de la bouche 2 et dirigée vers le carburateur malgré la variation de la température de l'air extérieur provenant de la bouche 4, en mélangeant ce dernier avec une quantité variable d'air chaud provenant de la conduite 5. Les figures 2 et 4 représentent deux variantes du dispositif de la figure i monté sur un corps 3 similaire à celui de la figure 1 et o les éléments similaires ou identiques à ceu: déjà décrits sont indiqués par les mêmes repères numériques. La variante de la figure 2 est tout à fait semblable à la forme de réalisation illustrée par la figure 1, mais elle en diffère uniquement par l'absence du ressort antagoniste 10 Dans ce cas, le plateau 24 (figure 3) est cependant fixé solidairement à l'extrémité 27 de l'élément thermosensible il au moyen de deux ailettes 32 repliées en forme d'U De cette facon, la tige 8 est contrainte à suivre tous les mouvements de l'élément 11,quilorsqu'il s'allongeouvre la conduite 4 et ferme la conduite 5 et quilorsqu'il se raccourcit entraîne à avec lui la tige 8 en faisant tourner l'obturateur 7 de façon à fermer la conduite 4 et à ouvrir la conduite 5 Dans ce cas, enfin, le plateau 24 n'est pas obtenu d'une pièce avec la tige 8, mais il est fixé à l'extrémité 25 au moyen d'un arbre riveté 33 (figure 3). La figure 4 représente une variante presque entièrement semblable aux précédentesmais qui en diffère par la positioi du ressort antagoniste 10 et par le mode de travail de l'élément 11 Dans ce cas, le disque 14 possède une seconde patte 34,disposée en position opposée à la patte 18 et munie d'un trou 35,dans lequel est accrochée une extrémité 36 du ressort de rappel 10, alors que l'extrémité 37 opposée à l'extrémité 36 de ce ressort est accrochée à une patte 38 solidaire d'une paroi 39 du corps 3 L'élément 11, construit en un alliage capable de provoquer l'allongement de l'élément 1 i lui-même à la suite d'une diminution de température et inversement un raccourcissement à la suite d'une augmentation de température, est monté coaxialement avec la tige 8 sur l'extrémité 40 d'un manchon 41 dans lequel coulisse la tige 8, et est solidaire du corps 3 L'extrémité 27 de l'élément il s'appuie contre un épaulement 42 du manchon 41,tandis que l'extrémité 29 s'appuie contre un bouchon 30 vissé sur une extrémité filetée 43 de la tige 8 Le fonctionnement est le suivant Le ressort 10 agit sur l'obturateur 7 de façon à maintenir complètement fermée la conduite 5 et complètement ouverte la conduite 4 (position d'été) Une diminution de la température de l'air provoque l'allongement de l'élément 11,qui pousse le bouchon 30 en faisant coulisser la tige 8 dans le sens de la flèche et en faisant tourner l'obturateur 7 contre l'action du ressort 10,de façon à ouvrir la conduite de l'air chaud Si la température s'élève trop, l'élément 11 se raccourcit,en permettant au ressort 10 de ramener l'obturateur 7 dans sa position originale ou dans une posi- tion intermédiaire dans laquelle la conduite 5 est partielle- ment étranglée Dans le cas de rupture du ressort thermique 11, la conduite 5 reste complètement fermée, à la différence des exemples précédents (figure 1), avec l'avantage de ne pas augmenter la consommation de carburant. La figure 5, enfin, représente une autre variante du dispositif l, monté sur un corps 44 semblable au corps 3, et dans lequel les pièces déjà décrites sont indiquées par les mêmes repères numériques Le corps 44 présente une bouche de sortie 2 et des conduites d'entrée 4 et 5 fermées par des obturateurs à papillon 45 et 46, articulés respecti- vement sur des axes 47, 48 solidaires du corps 44, qui est lui-même formé de deux coquilles 6 disposées face à face. L'obturateur 45,qui est capable d'assurer l'étanchéité grâce aux saillies 16 du corps 44,est muni de deux pattes opposées 49 et 50,sur lesquelles sont articulésrespectivement, un ressort antagoniste 10,muni de deux extrémités en forme de crochets 36 et 37,fixées respectivement à la patte 49 et à une vis 51 logée dans un trou 52 du corps 44 et maintenue contre celui-ci à l'aide d'un écrou 53,et deux leviers 54 et 55 Le levier 54 est articulé à une extrémité sur la patte 50 au moyen d'un axe 56 et,à l'extrémité opposéeil est articulé sur une patte 57 de l'obturateur 46 Le levier ,par contre,est articulé à une extrémité à l'arbre 56 et,à l'autre extrémité opposée,il est articulé à l'aide d'une encoche 58 sur l'extrémité 59 d'une barre courbe 60 rigide- ment solidaire du corps 44 En outre, le levier 55 présente un trou 61 placé dans une position intermédiaire et sur lequel est articulée une extrémité 62 d'un élément thermo- sensible hélicoïdal 11,fixé par son extrémité opposée 63 à une patte 64 faisant partie intégrante du corps 44 Les leviers 54 et 55 sont articulés de telle façon que,lorsque l'obturateur 45 tourne pour ouvrir la conduite 4, l'obtura- teur 46 est contraint de tourner de façon à fermer la conduite 5 et réciproquement Quand la température de l'air à la bouche 2 augmentel'élément il se raccourcit en action- nant le levier 55 vers la conduite 5 Ce levier se déplace grâce à l'encoche 58 et fait tourner les obturateurs 45 et, par l'intermédiaire du levier 54, 46, en ouvrant la conduite 4 de l'air froid contre l'action du ressort 10 et en fermant la conduite 5 Lorsque la température descend, le ressort thermosensible Il s'allongeen permettant au ressort 10 de rappeler l'obturateur 45, en fermant ainsi la conduite 4. La description qui vient d'être faite montre avec évidence les avantages de la présente invention En particu- lierelle permet de réaliser un dispositif thermostatique pour la régulation de la température de l'air d'arrivée au moteur, dispositif de construction extrêmement simple et économique et d'un fonctionnement fiable grâce à la présence d'un élément thermosensible déformable capable d'exercer simultanément la fonction de palpeur thermique et celle d'élément de commande des éléments obturateurs De cette façon,on évite les inconvénients qui dérivent de l'emploi de bulbes avec des fluides à expansion et on réalise un dispositif très compact capable d'exercer des efforts remarquables avec des excursions élevées Enfin, l'élément thermosensible de l'invention est d'une réalisation beaucoup plus économique que ceux connus jusqu'à maintenant. Il résulte clairement de la description qui précède que des variantes et des modifications peuvent être apportées au dispositif objet de la présente invention sans sortir du cadre de ladite invention En particulier, dans une forme de réalisation qui n'est pas représentée, le ressort 10 et l'élément sensible 11 sont directement fixés à l'élément obturateur 7 au moyen d'extrémités à crochets fixées à des pattes solidaires semblables aux pattes 34 (figure 4) et 18 La disposition du ressort 10 est analogue à celle représentée sur la figure 4 tandis que l'élément 11,qui est capable de se raccourcir quand la température diminue,est directement relié par une de ses extrémités à la patte 18 et par son extrémité opposée à une barre 60 solidaire du corps 3. REVENDICATIONS 1 Dispositif thermostatique ( 1) pour la régulation de la température de l'air à l'entrée d'un moteur endother- mique, applicable à un corps ( 3) dans lequel arrive, par l'intermédiaire d'une première conduite ( 5) et d'une seconde conduite ( 4), de l'air à une température respective- ment relativement plus élevée et plus basse, ledit corps ( 3) présentant une bouche de sortie ( 2) tournée vers une entrée dudit moteur, p Our un flux de sortie d'air provenant desdites conduites ( 4,5), ledit dispositif ( 1) comprenant un élément thermosensible ( 11) à la température dudit flux d'air qui vient à son contact et au moins un élément obturateur ( 7, 45, 46) capable d'étrangler lesdites première et seconde conduites ( 5,4), caractérisé en ce que ledit élément thermosensible ( 11) est capable de se déformer, lorsque la température dudit flux d'air varie/en prenant une pluralité de formes prédéterminéesde façon à provoquer le mouvement dudit élément obturatuer ( 7, 45, 46) auquel il est mécaniquement relié, ledit élément thermosensible ( 11) étant construit en un alliage métallique capable de modifier,à l'intérieur-d'un domaine de températures pré- déterminées, sa propre structure cristalline en fonction de sa propre températurede telle façon que ses atomes se déplacent seulement le long d'une trajectoire cristallo- graphique prédéterminée, de façon à faire prendre audit élément ( 11),à l'intérieur dudit domaine de températures prédéterminées, ladite pluralité de formes prédéterminées. 2 Dispositif thermostatique ( 1) selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ledit élément thermosensible ( 11) se déforme d'une façon complètement réversible en prenant sensiblement, au contact de chacune des températures dudit domaine de températures prédéterminées, toujours la même forme, la déformation maximale des fibres dudit élément ( 11) ne dépassant pas une valeur en pour- centage prédéterminée de la longueur desdites fibres. 3 Dispositif thermostatique ( 1) selon les revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que ledit alliage métalli- que est principalement un laiton, contenant dans des pourcentages donnés du cuivre, du zinc et de l'aluminium, lesdites températures prédéterminées étant proportionnelles audit pourcentage prédéterminé. 4 Dispositif thermostatique ( 1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément thermosensible ( 11) a la forme d'un ressort hélicoïdal, lesdites fibres dudit élément étant déformées par torsion. Dispositif thermostatique ( 1), selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément thermosensible ( 11) est disposé en face de ladite bouche de sortie ( 2) dudit corps ( 3) tournée vers ladite entrée dudit moteur. 6 Dispositif thermostatique ( 1), selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que ledit élément thermosensible ( 11) s'allonge,lorsque la température dudit flux d'air s'élèveet se raccourcit, lorsque la température de ce dernier diminue. 7 Dispositif thermostatique(I)selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit élément thermosensible ( 11) se raccourcit,lorsque la température du flux d'air s'élève, et s'allonge,lorsque la température de ce flux diminue. 8 Dispositif thermostatique ( 1) selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément thermosensible ( 11) est disposé coaxialement à une tige ( 8), articulée sur ledit élément obturateur ( 7), ladite tige ( 8) étant mobile, sous l'action dudit élément thermosensible, dans le sens longitudinal, et étant montée de façon à coulisser à l'intérieur d'un manchon ( 9, 41) solidaire dudit corps. 9 Dispositif thermostatique ( 1) selon la revendica- tion 8, caractérisé en ce quesur ladite tige ( 8) est monté un ressort antagoniste ( 10), ledit ressort ( 10) et ledit élément thermosensible ( 11) exerçant des poussées de sens contraire sur ladite tige ( 8) et agissant tous les deux sur un plateau ( 24) solidaire de ladite tige et placé entre ledit ressort ( 8) et ledit élément thermosensible ( 11). Dispositif thermostatique ( 1) selon la revendi- cation 8, caractérisé en ce que ledit élément thermosensible ( 11) est solidaire de ladite tige ( 8), ledit plateau ( 24) étant fixé à une extrémité ( 27) dudit élément thermosensible ( 11). 11. Dispositif thermostatique ( 1) selon lune des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit élément thermosensible ( 11 > est relié à un levier ( 55) articulé sur ledit corps ( 3) et agissant sur ledit élément obtura- teur ( 45, 46), ledit ressort antagoniste ( 10) étant relié directement audit élément obturateur ( 45). 12 Dispositif thermostatique ( 1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit élément thermosensible ( 11) est directement relié audit élément obturateur ( 45) et audit corps ( 3). 13 Dispositif thermostatique ( 1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit ressort antagoniste ( 10) est disposé de façon à contraindre ledit élément obturateur ( 7) à fermer complètement ladite première conduite ( 5) et à ouvrir complètement ladite seconde conduite ( 4).