Brevet FR2509788A1 — publié le 19830121

Dispositif de boite à eau à vase d'expansion intégré pour un échangeur de chaleur, faisant par exemple partie d'un circuit de refroidissement de moteur à combustion interne. L'invention concerne un dispositif de boîte à eau à vase d'expansion intégré pour un échangeur de chaleur tel qu'un radiateur faisant partie du circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Un tel circuit comprend, en général, une pompe de mise en circulation du liquide de refroidissement, un radiateur ou échangeur de chaleur dans lequel circule ce liquide, un vase d'expansion et des conduits de liaison entre ces divers éléments et le moteur Le conduit de retour de liquide de refroidissement au moteur peut comprendre une vanne à commande thermostatique permettant d'obturer ce conduit quand la tem- pérature du liquide est basse (c'est-à-dire tant que le moteur n'a pas atteint sa température normale de fonction- nement) et de relier alors directement entre eux les con- duits de sortie et d'entrée du liquide de refroidissement sur le moteur en court-circuitant l'échangeur de chaleur, ladite vanne étant propre à rétablir le circuit normal du liquide de refroidissement lorsque la température de ce liquide a atteint une valeur prédéterminée. Notamment dans le cas des moteurs Diesel, il est avantageux que, lors de la montée en température du moteur, on laisse s'écouler un faible débit de liquide de refroidissemoent à travers le radiateur pour-assurer le dégazage du liquide de refroidissement et éviter la formation de points chauds dans la culasse du moteur Le dégazage s'effectue de la façon habituelle, au moyen d'un conduit reliant la partie supérieure d'une botte à eau du radiateur (qui est opposée à la boîte à eau comprenant la tubulure d'entrée de liquide dans le radiateur) au vase d'expansion La partie inférieure du vase d'expansion est reliée à l'aspiration de la pompe de circulation du liquide de refroidissement,pour assurer le faible débit de liquide désiré. La mise en oeuvre de ce procédé donne des résultats satis- faisants lorsque le vase d'expansion est une unité indépen- dante des boites à eau du radiateur Par contre, lorsque le vase d'expansion fait partie de l'une de ces bottes à eau qui lui est reliée en partie supérieure par un conduit de dégazage et en partie inférieure par un orifice d'aspiration, on a constaté que l'efficacité du dégazage pouvait dtre fortement réduite lors de la montée en température du moteur, c'est-à-dire quand la vanne à commande thermostatique ferme la tubulure de sortie du radiateur. L'invention a notamment pour but d'éviter cet inconvénient dans un tel dispositif. Elle propose à cet effet un dispositif de botte à eau à vase d'expansion intégré pour un échangeur de chaleur tel qu'un radiateur faisant partie d'un circuit de refroidisse- ment de moteur à combustion interne, dans lequel le vase d'expansion et la boîte à eau sont reliés par un passage ou conduit de dégazage et par un orifice d'aspiration, le vase d'expansion étant également relié en partie inférieure à.l'aspiration d'une pompe de circulation du liquide, carac- térisé par des moyens propres à fermer ledit orifice d'aspi- ration pour interdire toute circulation de liquide de la botte à eau vers le vase d'expansion et à ouvrir cet orifice pour permettre une circulation du liquide en sens inverse. 25097 $ 88 Ainsi, dans le dispositif selon l'invention, le liquide ne peut passer par l'orifice d'aspiration reliant le vase d'expansion à la boite à eau dans le sens allant de la boîte à eau vers le vase d'expansion, de sorte que le faible débit de liquide traversant l'échangeur, lors de la phase de montée en température du moteur, ne peut s'écouler dans le vase d'expansion que par le conduit de dégazage, ce qui assure un bon dégazage du liquide de refroidissement. Par contre, ces moyens n'interdisent pas la circulation du liquide en sens inverse par cet orifice d'aspiration, de sorte que le vase d'expansion peut remplir sa fonction nor- male lorsque le moteur a atteint sa température de fonction- nement (la vanne à commande thermostatique ayant alors rou- vert la conduite de sortie du radiateur). Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique d'un circuit de refroi- dissement de moteur à combustion interne comprenant un dispo- sitif selon l'invention; la figure 2 est une vue partielle illustrant une première forme de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue en perspective du clapet de la figure 2; et la figure 4 est une vue semblable à la figure 2, mais pour une autre forme de réalisation de l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1, représentant schématique- ment un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne 10, notamment d'un moteur diesel. Le circuit de refroidissement de ce moteur comprend une pompe 11 de mise en circulation du liquide, dont l'orifice de sortie 12 est relié à un orifice 13 d'entrée de liquide dans le moteur. La sortie'14 de liquide prévue sur le moteur est reliée par une conduite 15 à une tubulure d'entrée 16 du liquide dans un radiateur 17, la tubulure d'entrée 16 étant présentée par une boite à eau 18 de ce radiateur qui présente égale- ment la tubulure 19 de sortie du radiateur Cette tubulure de sortie 19 est reliée par une conduite 20 à l'orifice 21 d'aspiration de la pompe 11. A l'opposé de la boîte à eau 18, le radiateur 17 comprend un boîtier 22 partagé par une paroi ou un boîtier interne 23 en une boîte à eau 24 et un vase d'expansion 25 dont la partie 1 supérieure est fermée par un bouchon 26 comprenant des cla- pets tarés de surpression et de dépression et dont la partie inférieure est reliée par une conduite 27 à l'orifice d'aspiration 21 de la pompe 11. 2 La boîte à eau 24 est reliée au vase d'expansion 25 par un conduit de dégazage 28 en partie supérieure et par un orifice d'aspiration 29 en partie inférieure Le passage ou conduit de dégazage 28 part de l'extrémité supérieure de la boîte à eau 24 et débouche dans le vase d'expansion 25 sous le niveau 30 du liquide contenu dans celui-ci La boîte à eau 24 est limitée, en partie inférieure, par une cloison ou paroi transversale 31, s'étendant au-dessus de l'orifice d'aspi- ration 29 et laissant subsister un passage de communication 32 entre les parties supérieure et inférieure de la boîte à eau 24, de part et d'autre de cette cloison ou paroi 31. Une vanne à commande thermostatique 35 est prévue entre la sortie 14 de liquide présentée par le moteur 10 et la conduite allant de la sortie 19 de l'échangeur à l'aspiration 21 de la pompe 11 Quand la température du liquide de refroi- dissement est inférieure à une valeur prédéterminée, cette vanne 35 ouvre une liaison 36 entre l'orifice 14 et la conduite 20 en direction d l'orifice 21 de la pompe 11 et et ferme la conduite 20 en amont de cette liaison Quand la température du liquide de refroidissement atteint une valeur déterminée, la vanne à commande thermostatique 35 ferme la liaison 36 et ouvre la conduite 20. Le circuit qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante: Quand le moteur est froid et qu'il n'a pas atteint une température normale de fonctionnement, la vanne 35 ouvre la liaison 36 et ferme en amont la conduite 20 Dans ces conditions, le liquide de refroidissement mis en circulation par la pompe 11 traverse le moteur 10, sort par la conduite de sortie 14, circule dans la conduite 15, pénètre dans la botte à eau 18 par la tubulure d'entrée 16, circule dans le faisceau de tubes du radiateur 17 jusqu'à la boîte à eau 24 et ne peut retourner à l'orifice d'aspiration 21 de la pompe 11 que par la conduite 27 reliant la partie inférieure du vase d'expansion 25 à cet orifice d'aspiration Le liquide circule également dans la conduite de liaison 36 et regagne directement l'orifice d'aspiration 21 de la pompe 11 Les sections des différentes conduites sont choisies de telle sorte que le débit de liquide traversant le radiateur 17 soit beaucoup plus faible que celui passant par la conduite de liaison 36 Ce faible débit de liquide traversant le radiateur 17 contient des bulles d'air ou de gaz qui se rassemblent dans le coin supérieur gauche de la boite à eau 24 et qui peuvent donc être aspirées par le conduit de dégazage 28 pour être amenées en partie supérieure du vase d'expansion 25. Pour assurer un bon dégazage du liquide, l'invention prévoit que l'orifice d'aspiration 29 est, dans cette condition, fermé de façon étanche par un clapet anti-retour 40, la fermeture étant alors assurée par l'aspiration que provoque l'écoulement du liquide par la conduite 27 Le liquide ne peut alors circuler dans la boite à eau 24 en s'écoulant par le passage 32 et l'orifice d'aspiration 29 pour gagner la partie inférieure du vase d'expansion 25 Il est à noter que l'obturation de l'orifice 29 par le clapet anti-retour est assurée par l'aspiration que provoque l'écoulement du liquide par la conduite 27. Quand le moteur a atteint sa température normale de fonc- tionnement, la vanne à commande thermostatique 35 ferme la conduite de liaison 36 et ouvre complètement la conduite 20 allant de la sortie 19 du radiateur 17 à l'orifice d'aspira- tion 21 de la pompe 11 Dans cette condition, tout le liquide de refroidissement du moteur traverse le radiateur 17, en passant par la tubulure d'entrée 16, la boite à eau 18, le faisceau de tubes, la boîte à eau 24, en repassant en sens inverse dans le faisceau de tubes et en gagnaht la tubulure de sortie 19, puis l'orifice d'aspiration 21 de la pompe 11 par la conduite de liaison 20 Le clapet 40 est prévu pour, dans cette condition, libérer l'orifice d'aspiration 29 de façon que le vase d'expansion 21 remplisse sa fonction nor- male En raison du choix de la section de la conduite de liaison 27 entre la partie inférieure du vase d'expansion et l'orifice d'aspiration de la pompe 11, le débit de liquide, dans cette conduite de liaison 27, est beaucoup plus faible que le débit dans la conduite de liaison 20 La libé- ration de l'orifice 29 par le clapet anti-retour 40 est assurée par le fait que l'aspiration du liquide circulant dans les tubes de l'échangeur est beaucoup plus forte que celle du liquide passant par la canalisation 27. On se réfère maintenant aux figures 2 à 4 qui représentent deux formes de réalisation du clapet anti-retour 40 selon l'invention. Dans les figures 2 et 3, ce clapet anti-retour est monté à travers l'orifice 29 qu'il est destiné à commander et comprend un corps cylindrique 45 dont l'extrémité, située dans la boîte à eau 24, est raccordée à une portée tronconique 46, et dont l'extrémité opposée, située dans le vase d'expansion , porte des doigts radiaux 47 élastiquement déformables permettant, par déformation élastique, d'introduire ce clapet dans l'orifice 29 depuis la boite à eau 24 Le dia- mètre du corps cylindrique 45 est inférieur au diamètre de l'orifice 29 tandis que la portée tronconique 46 est propre à fermer de façon sensiblement étanche l'orifice 29 quand le clapet est déplacé vers la gauche en figure 2 Par contre, lorsque le clapet est déplacé vers la droite en figure 2, le liquide peut s'écouler du vase d'expansion 25 dans la botte à eau 24 par l'orifice 29, en-passant le long du corps cylindrique 45. Dans la forme de réalisation de la figure 4, le clapet anti- retour est une simple plaque 48 de matière flexible, dont la surface est supérieure à celle de l'orifice 29 et qui est fixée, dans la bo Ute à eau 24, sur la paroi 23 séparant cette bitte à eau du vase d'expansion, en au moins un point 49 situé légèrement au-dessus de l'orifice 29 Dans cette posi- tion, la plaque flexible 48 s'étend sensiblement en regard de l'orifice 29 et peut le recouvrir entièrement Quand cette plaque 48 est appliquée sur la paroi 23, elle vient fermer l'orifice 29 et interdit toute circulation de liquide de la boite à eau 24 vers le vase d'expansion 25 Par contre, elle n'interdit pas une circulation de liquide en sens inverse à travers l'orifice 29. La plaque 48 peut être une simple feuille de clinquant mé- tallique fixée par son bord supérieur en un ou plusieurs points 49, de toute façon appropriée, par exemple par rive- tage, par collage, par soudure, etc Cette plaque 48 peut également présenter un ou plusieurs trous au voisinage de son bord supérieur pour l'introduction et le clipsage d'un ou de plusieurs doigts ou ergots en saillie dépendant de la paroi 23. L'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisa- tion qui ont été décrites et représentées et elle en contient toutes variantes et combinaisons rentrant dans le cadre des revendications qui suivent En particulier, tous les types, de clapets anti-retour peuvent être utilisés pour fermer sélectivement l'orifice 29 de la paroi 23, dès lors que ces clapets anti-retour tendent à interdire une cir- culation de liquide à travers l'orifice 29 de la boite à eau 24 vers le vase d'expansion 25 et à permettre cette circulation de liquide en sens inverse. L'invention s'applique aussi au cas o la boîte à eau conti- guë au vase d'expansion comporte la tubulure d'entrée de liquide de l'échangeur Dans ce cas, c'est la partie supé- rieure de l'autre boîte à eau qui peut être reliée au vase d'expansion par un conduit de dégazage, par exemple par un tube supérieur du faisceau de l'échangeur. L'invention est applicable particulièrement au cas des mo- teurs diesel, mais peut également être appliquée à des moteurs à essence. Revendications. 1 Dispositif de boîte à eau à vase d'expansion intégré pour un échangeur de chaleur tel qu'un radiateur faisant partie d'un circuit de refroidissement de moteur à combustion in- terne, dans lequel le vase d'expansion et la boite à eau sont reliés par un passage ou conduit de dégazage et par un orifice d'aspiration, le vase d'expansion étant également relié en partie inférieure à l'aspiration d'une pompe de circulation du liquide dans ledit circuit, caractérisé par des moyens ( 40) propres à fermer ledit orifice d'aspiration ( 29) pour interdire toute circulation de liquide de la boîte à eau ( 24) vers le vase d'expansion ( 25) et à ouvrir cet orifice pour permettre une circulation de liquide en sens inverse. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 40) sont mobiles entre deux positions, dont l'une permet la circulation de liquide du vase d'expan- sion ( 25) vers la boîte à eau ( 24) à travers l'orifice d'as- piration ( 29) et dont l'autre interdit cette circulation, et sont déplacés d'une position à l'autre par toute amorce de circulation de liquide dans un sens ou dans l'autre à travers ledit orifice d'aspiration. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 40) obturent ledit orifice d'aspira- tion ( 29) quand la circulation de liquide à travers l'échan- geur est réduite, par exemple par une vanne ( 35) à commande thermostatique. 4 Dispositif selon l'une des revendications prédédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 40) comprennent un clapet anti-retour. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le clapet antiretour est constitué d'une feuille ( 48) flexible, disposée dans la boite à eau ( 24) de façon à s'étendre en regard dudit orifice ( 29) et à pouvoir s'appli- quer sur les bords de celui-ci pour le fermer de façon sen- siblement étanche. 6 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit clapet'anti-retour comprend un corps ( 45) intro- duit dans ledit orifice ( 29) et dont une extrémité logée dans la boîte à eau ( 24) est raccordée à une portée tron- conique ( 46) d'obturation dudit orifice, tandis que son autre extrémité, disposée dans le vase d'expansion ( 25), comprend des doigts radiaux ( 47) élastiquement déformables. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit clapet est introduit dans ledit orifice ( 29) par son extrémité comprenant les doigts ( 47) élastiquement déformables.