Brevet FR2510707A1 — publié le 19830204

La présente invention concerne une vanne thermostatique trois voies pour commander ltécoulement d'un liquide dans le circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, cette vanne etant du type comportant un corps creux doté d'une ouverture d'entrée pour le liquide venant du moteur, une premiere ouverture de sortie pour du liquide destiné à aller à un radiateur, et une deuxième ouverture de sortie pour du liquide allant au moteur, les deux ouvertures de sortie étant alignées en vis-à-vis, cette vanne comportant en outre une capsule thermosensible ayant une enveloppe cylindrique coaxiale aux ouvertures de sortie et étant dotée d'un organe de poussée qui forme une saillie sur l'une de ses extrémités et qui s'entend d'autant plus loin hors de cette enveloppe que la température du fluide s'écoulant sur la capsule est plus élevée, cet organe de poussée portant contre un épaulement situé dans la première ouverture de sortie, ladite vanne comportant en outre une plaque obturatrice annulaire, fixée à l'enveloppe de la capsule et sollicitée vers un siege associé à la première ouverture de sortie par un ressort hélicoldal qui entoure la capsule et porte par l'une de ses extrémités contre la plaque et, par son autre extrémité, contre un épaulement d'appui à l'intérieur du corps de vanne, et des moyens obturateurs associés l'enveloppe de la capsule pour fermer progressivement le passage entre l'ouverture d'entrée et la deuxième ouverture de sortie lorsque ladite plaque s'encarte de son siège. Des vannes de ce type sont utilisées dans les circuits de réfrigérant de moteurs à combustion interne, pour empecher, lorsque le moteur est froid, la circulation de liquide par le radiateur, cela en bloquant la première ouverture de sortie par coopération de la plaque obturatrice avec son siège. Dans ces conditions, les moyens obturateurs associés à l'enveloppe de la capsule sont ouverts pour permettre au liquide passant par l'ouverture d'entrée de revenir directement au moteur par un tube de contournement relié à la deuxième ouverture de sortie. Ainsi, le chauffage du moteur jusqu' sa température normale de fonctionnement s'effectue plus rapidement.Au fur et à mesure que la température du liquide approche graduellement de la température dc fonctionnement, la capsule se dilate et ouvre progressivement la première ouverture de sortie et ferme progressivement la deuxième ouverture de sortie, jusqu' fermeture complète de cette dernière lorsque la température de fonctionnement normale est atteinte. Dans les vannes classiques, lesdits moyens obturateurs associés à l'enveloppe de la capsule comportent une deuxième plaque obturatrice agencée pour coopérer avec un siège associé à la deuxième ouverture de sortie. Cette plaque est montée à coulissement sur une broche axiale portée par l'extrémité de la capsule opposée à celle où l'organe de poussée est en saillie. Un ressort hélicoldal, habituellement du type conique, est interposé entre l'enveloppe de la capsule et cette deuxième plaque. Ce ressort sert à compenser l'excès de variation dimensionnelle de l'enveloppe de la capsule vers la deuxième ouverture de sortie, en maintenant la deuxième plaque contre son siège, et cela tout en permettant à la capsule de se dilater de la quantité déterminée par la température du liquide coulant sur elle. Cet agencement présente deux types d'inconvénients fonctionnels. Le premier est dû au fait que le degré d'extension varie d'une capsule à l'autre, de sorte qu'il n'est pas rare que l'excès de dilatation d'une capsule comprime " bloc" le ressort associé à la deuxième plaque et qu'il y ait une tendance à une extension encore plus grande, donc dommageable.L'autre type d'inconvénient réside dans le fait que le liquide réfrigérant, normalement constitué d'eau ordinaire additionnée d'antigel, tend à laisser des dépôts calcaires entre la deuxième plaque et son siege et entre les spires du ressort associé cette deuxieme plaque ainsi qutentre cette dernière et la broche sur laquelle elle glisse, la conséquence étant qu'il y a des défauts de fonctionnement parmi lesquels une inaptitude à fermer complètement la deuxième ouverture de sortie, ou le collage de la deuxième plaque sur son siège. Les vannes connues du type considéré sont en outre relativement compliquées du fait que les enveloppes de capsule doivent être dotées d'une broche arrière sur laquelle le ressort et la deuxième plaque doivent tre engagés l'un apyres l'autre, après quoi l'extrémité de cette broche doit être matée pour créer un rebord afin de retenir la plaque sur cette broche. La présente invention a pour objet de fournir un vanne thermostatique du type mentionné au début, mais n'ayant pas les inconvénients fonctionnels mentionnés et étant en outre plus simple à réaliser, et donc moins coûteuse que les vannes connues. Selon la présente invention, ceci est obtenu au moyen d'une vanne thermostatique du type mentionné au début caractérisée en ce que l'épaulement d'appui pour le ressort est constitué par une surface annulaire d'une pièce d'insertion en forme de cage qui est fixée dansla bouche de la deuxième ouverture de sortie et qui est dotée d'une cavité traversante interne cylindrique, coaxiale à l'enveloppe de la capsule et à la première ouverture de sortie, cette pièce d'insertion ayant une paroi latérale dans laquelle des ajours sont formés pour établir une communication avec l'ouverture d'entrée, et la cavite de cette pièce d'insertion étant en communication avec la deuxième ouverture de sortie, et en ce que la plaque obturatrice est rigidement solidaire d'un appendice sous la forme d'une cuvette qui est entourée par le ressort, entoure la capsule et est, en outre, engagée à coulissement dans la cavité de la pièce d'insertion, la cuvette ayant une paroi latérale ajourée et un fond à paroi pleine aménagé pour fermer la communication entre les ouvertures de la pièce d'insertion et la deuxième ouverture de sortie lorsque la capsule possède une extension prédéterminée provoquée par la température du liquide s'écoulant sur son enveloppe par les ouvertures de la cuvette. Grâce à cette solution, les moyens obturateurs associés à l'enveloppe de la capsule et servant à fermer le passage entre l'ouverture d'entrée et la deuxième ouverture de sortie sont constitués par une vanne à coulissement, du genre vanne a tiroir, dont le corps est constitué par la cavité cylindrique de la pièce d'insertion et le tiroir par la cuvette, notamment par la paroi pleine de son fond. En pratique, il n'y a pas de position de contact contre le fond de la cuvette car celle-ci peut pénétrer dans la pièce d'insertion, en fermant son embouchure, jusqu' une profondeur quelconque déterminée par l'extension de la capsule. Ainsi, l'inconvénient des vannes de l'art antérieur, dû à la possibilité d'une déformation permanente du ressort associe à la deuxième plaque après compression à bloc de ce ressort est éliminé puisque, dans la vanne selon la présente invention, cette éventualité est exclue, tout comme le ressort correspondant qui n'existe plus. L'utilisation d'un système opérant comme un tiroir présente en outre l'avantage d'être auto-nettoyante puisqu'a chaque fois que la cuvette passe dans la pièce d'insertion en forme de cage elle enlève tout dépôt calcaire éventuel, du fait de son mouvement de coulissement. Un autre avantage de la vanne selon l'invention est l'élimination de la broche arrière de la capsule, de la deuxième plaque et de son ressort, ainsi que l'élimination des opérations d'assemblage correspondantes, de sorte que la vanne selon l'invention est plus économique que les vannes connues de l'art antérieur considérées plus haut. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - la figure 1 est une vue en coupe d'une vanne dans une condition où la communication est établie entre l'ouverture d'entrée et la deuxième ouverture de sortie, laquelle va au moteur, tandis que la communication avec le radiateur (par la première ouverture de sortie) est fermée; - la figure 2 est une vue en coupe similaire montrant la condition inverse, dans laquelle la communication est établie entre l'ouverture d'entrée et la première ouverture de sortie, vers le radiateur, tandis que la communication passant par la deuxième ouverture de sortie est fermée ; et - la figure 3 est une vue en perspective explosée montrant les éléments' fonctionnels de la vanne. Sur les figures 1 et 2, une vanne thermostatique à trois voies comporte un corps formé par une partie de base 10 faite par exemple en alliage léger, et une partie tubulaire 12 faite de préférence en matière plastique capable de supporter la température du liquide réfrigérant. La partie de base 10 comporte, dans le cas représenté, une bride 14 pour la fixer, avec interposition d'un joint d'étanchéité, à une surface correspondante du bloc d'un moteur à combustion interne. La partie de base 10 définit intérieurement une cavité 16. Une ouverture d'entrée 18 ouvre dans cette cavité 16 et communique avec une ouverture correspondante formée dans ladite surface du bloc, ouverture par laquelle le liquide réfrigérant venant de l'intérieur du moteur pénètre dans la cavité 16. La partie de base 10 possède, a son extrémité supérieure, une ouverture 20 avec rebord dans lequel est engagée une extrémité avec rebord correspondant de la partie tubulaire 12. Le rebord de la partie tubulairel2 est constitué par un collet annulaire 22 formant une saillie dirigée radialement vers l'extérieur. Le rebord correspondant de la partie de base 10 comporte une levre annulaire 24 qui, alors que l'extrémité de la partie tubulaire 12 dotée d'un rebord était placée sur l'ouverture 20, a été pressée sur le collet 22 pour retenir fermement ces éléments en position dans les conditions d'un assemblage étanche La portion supérieure de la partie tubulaire 12 définit un raccord tubulaire 26 sur lequel un tuyau ou un manchon peut être adapté et serré pour établir une liaison avec l'entrée du radiateur. Une armature en étoile est formée à l'intérieur du raccord 26, par moulage, les rayons 28 de cette armature (ces rayons étant par exemple au nombre de trois) convergeant vers l'axe de l'élément 12 et étant interconnectés par un moyeu central 30 possédant un trou borgne 32 tourné vers l'intérieur de la cavité 16. La partie de l'élément tubulaire 12 comprise entre le raccord 26 et le collet 22 s'élargit graduellement et comporte, entre autres, une surface interne tronconique qui constitue un siège 34 pour obturateur. Dans ce qui suit, la région entouree par le siege 34 est appelée "premiere ouverture de sortie" et désignée par la référence 36. Si l'on se reporte à la figure 3 ainsi qu'aux figures 1 et 2, une plaque annulaire obturatrice 38 coopère avec le siège 34. La plaque 38 est dotée d'un appendice 42 en forme de cuvette avec lequel elle constitue une seule pièce 40. La cuvette 42 comporte une paroi latérale ajourée, dont les ajours, qui sont par exemple au nombre de quatre, sont repérés par la référence 44, et comporte un fond plein 46. La forme d'ensemble de la cuvette 42 est cylindrique. Une capsule thermostatique désignée globalement par la réfé- rence 48 s'étend d l'intérieur de la cuvette 42. Cette capsule 48 qui est d'un type bien connu comporte une enveloppe cylindrique 50 dont une extrémité (l'extrémité inférieure sur les figures) est fermée, et dont l'autre extrémité (extrémité supérieure sur les figures) est dotée dsun organe de poussée 52 sous la forme d'un piston doté d'un ergot terminal 53. Cette capsule 48 est remplie d'une matiere telle qu'une cire dont la dilatation produite par la chaleur du liquide passant par les ouvertures 44, par-dessus l'enveloppe 50, provoque un mouvement du piston 52 vers l'extérieur, c'est-à-dire une extension de la capsule 48, à proportion de la température du liquide. L'ergot 53 est inséré dans le trou 32 du moyeu 30. Il en résulte que la dilatation de la capsule 48 se traduit par un déplacement de l'enveloppe 50 (vers le bas sur les figures). Un collet périphérique positionneur 54 se trouve à l'extrémité de l'enveloppe 50 par laquelle le piston 52 sort de celle-ci. Ce collet 54 est reçu dans un siège 56 formé au centre de la plaque 38. Une deuxième couverture de sortie 58 est formée dans la partie de base 10 du corps de vanne, en alignement axial avec la première ouverture de sortie 36. Un tube 60 est couple la deuxième ouverture de sortie 58 et aboutit à une entrée du circuit de refroidissement du moteur, en aval du radiateur. La deuxième ouverture de sortie 58 constitue ainsi un passage de dérivation par rapport au radiateur. La deuxième ouverture de sortie 58 est délimitée, dans le côté de la cavité 16, par un siege annulaire 62 qui est coaxial à la capsule 48 et à l'élément tubulaire 12, et par conséquent à la premiere ouverture de sortie 36. Une pièce d'insertion en forme de cage, désignée dans son ensemble par la référence 64, est associée au siège 62 et å l'ouverture 58, cette pièce d'insertion étant avantageusement en une matière plastique moulée capable de supporter la température du liquide réfrigérant. L'élément cage 64 est de forme cylindrique et, en particulier, sa paroi latérale définit une cavité traversante interne cylindrique 66. Cette paroi latérale est ajourée d'une façon similaire à celle dont la cuvette 42 est ajourée, et ses ouvertures, qui sont par exemple au nombre de quatre, sont repérées par la référence 68. Les ouvertures 68 établissent, via les ouvertures 44 de la cuvette 42, une communication entre la cavité cylindrique 66 et la cavité 16 du corps de vanne, et par conséquent avec l'ouverture d'entrée 18. La pièce d'insertion 64 comporte, à son extrémité inférieure ("inférieure" sur les figures), un appendice tubulaire 70 qui est engagé avec précision, de façon à constituer un joint étanche, dans le siège 62 de la deuxième ouverture d'entrée 58. A son extrémité opposée faisant face à la plaque 38, la pièce d'insertion 64 comporte une surface d'épaulement 72. Entre cette surface d'épaulement 72 et la plaque 38 est interposé un ressort hélicoïdal de compression 74 qui sert à solliciter la plaque 38 vers son siège 34. En outre, le ressort 74 sert à retenir en condition assemblée la capsule 48, l'élément 40 et la pièce d'insertion 64, la coIlséquence étant une simplification des opérations d'assemblage. En fait, le ressort 74, du fait de sa poussée qui est dirigée vers le haut sur les figures, maintient le singe 56 de la plaque 38 en contact avec le collet 54 et maintient le téton 53 de la capsule 58 engagé dans le trou 32 du moyeu 30. En même temps, le ressort 74, du fait de sa pression dirigée vers le bas (sur la figure), maintient l'appendice tubulaire 70 de la pièce d'insertion 64 engagé dans son siège 62. Le diamètre de la paroi latérale de la cuvette 42 et le diamètre de la cavité traversante 66 de la pièce d'insertion 64 se correspondent avec précision de façon à former un accouplement coulissant entre la cuvette 42 et la pièce d'insertion 64. Avant de passer a la description du fonctionnement de la vanne, un détail de la plaque 38 doit encore être décrit. Cette dernière possède un trou traversant 75 dans lebel un élément obturateur unidirectionnel 76 est engagé à coulissement. il convient de ne pas perdre de vue que la vanne représentée est destinée à être montée avec une orientation correspondant a celle dans laquelle elle est représentée. L'élément obturateur 76 possède un organe adapté inférieur 78 qui est lié, au moyen d'une jambe 80, à une oreille de retenue supérieure 82. La jambe 80 est insérée, avec un jeu important, dans le trou 75, et l'oreille 82 est constituée de façon à ne pas obturer le trou 75. L'élément obturateur 76 est destiné à permettre de remplir le moteur avec du liquide réfrigérant par le raccord 26 (ou depuis le radiateur) pendant que le moteur est froid et que la première ouverture de sortie 36 est fermee par la plaque 38. En fait, l'élément obturateur 76 ne s'oppose pas à la descente du liquide par le trou 75. Par contre, lorsque le moteur est en fonctionnement et que la première ouverture de sortie 36 est fermée, la pression dans la cavité 16 force l'organe 78 de l'obturateur contre les bords inférieurs du trou 75, empêchant ainsi le liquide de passer par la première ouverture de sortie 36. La disposition de l'élément obturateur 76, qui est connue en soi, dans la plaque 38 est avantageuse en ceci qu'elle permet de réduire l'encombrement extérieur de la vanne. En fait, les vannes connues comportent un élément obturateur semblable qui est disposé non pas dans la plaque mais dans un passage de contournement situé dans une partie qui correspond è la partie tubulaire 16 et qui est ainsi plus encombrante. Le fonctionnement de la vanne est décrit ci-après. Lorsque le moteur fonctionne à froid, la vanne est à la condition représentée sur la figure 1, la capsule 48 étant contractée et la première ouverture de sortie 36 étant bloquée par la plaque 38. La cuvette 42 qui suit nécessairement le déplacement de la plaque 38 est à sa position haute dans laquelle elle n'est que partiellement engagée dans la pièce d'insertion 64, de sorte que la communication entre l'ouverture d'entrée 18 et la deuxième ouverture de sortie 58, via les ouvertures 68, est établie. Comme la cavité 16 est remplie de liquide, celui-ci passe sur la capsule 48, via les ouvertures 44 de la cuvette 42. Lorsque la température du liquide augmente, la capsule 50 se dilate, la plaque 38 et la cuvette 42 commencent à descendre et la première ouverture de sortie 36 commence à s' ouvrir graduellement. Lorsque la température du liquide a atteint la valeur de fonctionnement désirée, la cuvette 42 est à la position représentée sur la figure 2, position dans laquelle la paroi pleine 46 de son fond a complètement traversé la cavité 66 de la pièce d'insertion 64 et a coupé la communication entre les ouvertures 68 et la deuxième ouverture de sortie 58. Ainsi, la circulation du liquide se fait en totalité par le radiateur, c 'est-dire de l'ouverture d'entrée 18 à la première ouverture de sortie 36. Même dans les conditions de la figure 2, le liquide présent dans la cavité 16 coule par-dessus la capsule puisque l'enveloppe 50 de celle-ci communique avec la cavité 16 par les ouvertures 44 de la cuvette 42 et les ouvertures 68 de la pièce d'insertion 64. D'une part, cela sert à assurer le fonctionnement inverse de la vanne, celle-ci revenant à la position selon la figure 1 si le liquide se refroidit. D'autre part, si la température du liquide augmente, la capsule 48 continue 9 se dilater et la cuvette 42 peut continuer à descendre dans la pièce d'insertion 64 sans rencontrer aucun obstacle, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de choisir la capsule thermo- statique 48 de façon qu'elle ne présente aucun risque de dilatation exagérée. Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Vanne thermostatique à trois voies pour commander l'écou- lement d'un liquide dans un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, cette vanne étant du type comportant un corps creux doté d'une ouverture d'entrée pour le liquide venant du moteur, une première ouverture de sortie pour du liquide destiné à aller à un radiateur, et une deuxième ouverture de sortie pour du liquide allant au moteur, les deux ouvertures de sortie étant alignées et situées l'une en face de l'autre, cette vanne comportant en outre une capsule thermosensible ayant une enveloppe cylindrique coaxiale aux ouvertures de sortie et étant dotée d'un organe de poussée qui forme une saillie sur l'une de ses extrémités et qui s'étend d'autant plus loin hors de cette enveloppe que la température du fluide s'écoulant sur la capsule est plus élevée, cet organe de poussée portant contre un épaulement situé dans la première ouverture de sortie, ladite vanne comportant en outre une plaque obturatrice annulaire fixée l'enveloppe de la capsule et sollicitée, par un ressort hélicoidal, vers un siège associé à la première ouverture de sortie, ledit ressort hélicoïdal entourant la capsule et portant par l'une de ses extrémités contre la plaque, et par son autre extrémité contre un épaulement d'appui à l'intérieur du corps de vanne, et des moyens obturateurs associés à l'enveloppe de la capsule pour fermer progressivement le passage entre l'ouverture d'entrée et la deuxième ouverture de sortie lorsque ladite plaque s'écarte de son siège, cette vanne étant caractérisée en ce que l'épaulement d'appui pour le ressort (74) est constitué par une surface annulaire (72) d'une pièce d'insertion (64) en forme de cage qui est fixée dans la bouche de la deuxième ouverture de sortie (58) et qui est dotée d'une cavité traversante interne cylindrique (66) coaxiale à l'enveloppe (50) de la capsule (48) et à la première ouverture de sortie (36), cette pièce d'insertion (64) ayant une paroi latérale dans laquelle des ajours (68) sont formés pour établir une communication avec l'ouverture d'entrée (18), et la cavité (66) de cette pièce d'insertion étant en communication avec la deuxième ouverture de sortie (58), et en ce que la plaque obturatrice (38) est rigidement solidaire d'un appendice sous la forme d'une cuvette (42) qui est entourée par le ressort (74), entoure la capsule (48) et est, en outre, engagée à coulissement dans la cavité (66) de la pièce d'insertion (64), la cuvette (42) ayant une paroi latérale ajourée (44) et un fond à paroi pleine (46) aménagé pour fermer la communication entre les ouvertures (68) de la pièce d'insertion (64) et la deuxième ouverture de sortie (58) lorsque la capsule (48) possède une extension prédéterminée provoquée par la température du liquide s'écoulant sur son enveloppe (50) par les ouvertures (44) de la cuvette (42). 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe (50) de la capsule (48) possède un collet périphérique positionneur (54) engagé dans un siège annulaire (56) de l'élément (40) constitué par la plaque (38) et la partie (42) en forme de cuvette, en ce que la pièce d'insertion (64) en forme de cage possède un appendice tubulaire positionneur (70) engagé dans un siège annulaire (62) formé à l'embouchure de la deuxième ouverture de sortie (58), et en ce que le collet (54) et l'appendice tubulaire (70) sont retenus dans leurs sièges annulaires respectifs (56, 62) par la compression du ressort héli cotidal (74). 3. Vanne selon l'une des revendications I ou 2, caractérisée en ce que l'élément (40) comportant la plaque (38) et la partie (42) en forme de cuvette est, ainsi que la pièce d'insertion (64), en matière plastique moulée. 4. Vanne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le corps comporte une partie de base (10) formée avec l'ouver- ture d'entrée (18) et la deuxième ouverture de sortie (58) et dotée d'une ouverture (20) avec rebord par laquelle-s'étend l'ensemble incluant la plaque (38), ledit corps de la vanne comportant en outre une partie tubulaire (12) avec rebord, laquelle définit la première ouverture de sortie (36) ainsi que le siège (34) d'obturateur associé et un raccord tubulaire (26) coaxial associé, la partie de base (10) et la partie tubulaire (12) étant accouplées l'une à l'autre au moyen de leurs rebords (24, 22). 5. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que la partie de base (10) du corps est en alliage léger, le rebord de la partie tubulaire (12) du corps comportant un collet externe annu laire (22), et le rebord de la partie de base (10) incluant une lèvre annulaire (94) pressée sur le collet (22) pour le retenir. 6. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'épaulement pour l'organe de poussée (52) de la capsule thermosen sible (48) est constitué par un moyeu central (30) d'une structure en étoile dont les rayons (28) sont rattachés à la paroi périphérique de la partie tubulaire (12), en aval du siège (34) pour la plaque obtura trice (38) en considérant la direction d'écoulement du liquide. 7. Vanne selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la partie tubulaire (12) du corps est moulée en matière plastique. 8. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la plaque obturatrice (38) possède un trou (75) dans lequel un élément obturateur unidirectionnel (76) est engagé à coulissement, cet élément obturateur autorisant le passage du liquide de la première ouverture de sortie (36) vers l'ouverture d'entrée (18), et empêchant le passage de liquide dans le sens inverse.