Brevet FR2521769A1 — publié le 19830819

La présente invention concerne un contacteur thermostatique sensible à la pression. Les contacteurs thermostatiques sont largement utilisés, notamment dans les moteurs automobiles, pour surveiller la température d'un fluide, et plus particulièrement celle du liquide de refroidissement. Ils comportent un élément sensible à la température qui ferme un contact électrique lorsqu'une certaine valeur de température est atteinte ou dépassée. La fermeture du contact provoque l'allumage d'un voyant, le déclenchement d'une alarme, ou la mise en route de tout appareil propre à prévenir le conducteur de la hausse de température ou à en limiter les effets. Le fait que ces contacteurs se ferment à une température déterminée, invariable, présente cependant un inconvénient. Pour que le contacteur thermostatique soit efficace, il est impératif que son fonctionnement ait lieu pour une température qui soit strictement inférieure à la température d'ébullition du liquide à contrôler ; et d'autre part, pour un rendement thermique maximum du moteur, il est souhaitable que la température normale de fonctionnement (température de source chaude) soit la plus élevée possible. Or, le point d'ébullition d'un liquide varie avec la pression à laquelle il est soumis. Par exemple, à la pression atmosphérique normale, la température d'ébullition de l'eau est de lOO0C, alors qu'à une pression de 1,5 bar elle est d'environ llO"C. Le phénomène est identique, pour des valeurs de température légèrement plus élevées, avec un liquide de refroidissement constitué d'un mélange d'eau et d'antigel (en général un mélange d'eau et de glycol). Cette température varie également en fonction de la valeur réelle de la pression atmosphérique : elle diminue au fur et à mesure que l'on s'élève en altitude. Or les réglages faits en usine le sont pour une valeur normale de pression atmosphérique, qui n'est pas nécessairement la pression atmosphérique dans les conditions d'utilisation. Un réglage du thermo-contact pour une valeur fixe de température maximale admissible ne peut être dans ce cas qu'un réglage de compromis. Pour les circuits de refroidissement destinés à fonctionner en permanence sous pression en usage normal, cette température de fermeture de contact est établie à une valeur supérieure à la température d'ébullition sous pression atmosphérique. I1 en résulte que, en cas de fuite de liquide dans le circuit, l'ébullition peut survenir sans que pour autant l'alarme soit déclenchée. La généralisation des circuits de refroidissement sous pression et la recherche constante d'un meilleur rendement thermique ont donné une acuité particulière à cette question. L'invention se propose de pallier ces inconvénients, grâce à un contacteur thermostatique dont la température de fermeture varie en fonction de la pression effective du liquide, de manière à s'adapter aux effets des lois physiques évoquées plus haut. A cette fin, le contacteur selon l'invention comporte, en combinaison, un, élément produisant un effet de cloquage consécutif à une augmentation de température du liquide à contrôler, ainsi que des moyens pour appliquer sur l'élément cloquant un effort fonction de la pression du fluide à controler et décroissant avec cette pression, cet effort étant dirigé dans la direction de la déformation résultant du cloquage. L'élément cloquant est, par exemple, une rondelle présentant une légère concavité, et à structure bimétallique. Sous l'action d'une augmentation de température, l'effet de bilame va provoquer le cloquage de la rondelle, c'est-à-dire que sa face concave va devenir convexe, et sa face convexe va devenir concave. L'inversion de concavité se fait brusquement, à une température précisément définie. La rondelle est reliée de manière appropriée à un contacteur électrique, pour que chacune des deux positions stables de la rondelle corresponde à une position ouverte ou fermée du contacteur, le contact étant établi au moment du cloquage. De tels éléments cloquants sont connus et déjà utilisés. L'invention consiste à associer à cet effet purement thermique de cloquage une action mécanique fonction de la pression. Ainsi, dans le cas d'une rondelle maintenue à sa périphérie, le fait d'exercer une poussée par exemple au centre de la rondelle, dans la direction et dans le sens de la déformation (non encore survenue) résultant du cloquage, va provoquer un cloquage à une température inférieure à celle qui aurait provoqué le cloquage en l'absence d'action mécanique. En d'autres termes, la contrainte résultant de la poussée extérieure vient s'ajouter aux contraintes purement internes dues à l'effet de bilame,.'9idantg'ainsi la rondelle à cloquer. Comme il a été indiqué plus haut, une baisse de pression doit correspondre à une diminution de la température de fermeture du contact. En conséquence, les moyens pour exercer la poussée sur l'élément cloquant devront être disposés de manière qu'une baisse de pression tende à faciliter la survenance du cloquage, c' est-à-dire que l'effort exercé sur l'élément soit d'autant plus élevé que la pression est basse, et inversement. Pour cela, un mode préféré de réalisation consiste à employer un poussoir en appui sur l'élément cloquant, ce poussoir étant sollicité par un ressort taré, dans le sens de la déformation résultant du cloquage, et dans l'autre sens par une membrane élastiquement déformable sous l'effet de la pression exercée par le liquide, l'augmentation de pression provoquant un déplacement du poussoir de nature à diminuer l'effort appliqué par le poussoir sur l'élément cloquant. Ainsi, l'absence de surpression du liquide (correspondant au cas de la fuite dans le circuit) entraine un effort maximal appliqué à l'élément cloquant par le poussoir. Avantageusement, le contacteur selon l'invention comporte en outre des moyens pour empêcher l'application sur l'élément cloquant de l'effort fonction de la pression, pour des valeurs de pression inférieures à un premier seuil. Ceci peut être réalisé au moyen d'une butée disposée de manière à empêcher le poussoir de venir en contact avec la membrane pour des déformations de celle-ci inférieures à la déformation correspondant à ce premier seuil. L'emploi d'un ressort taré permet d'ajuster avec précision le point à partir duquel le systeme de compensation entrera en action, c'est-à-dire le point à partir duquel la force exercée par la membrane (à laquelle viendra d'ailleurs s'ajouter la force de réaction de l'élé- ment cloquant, en raison de la flèche à laquelle il est soumis) sur le poussoir égalera la force exercée par le ressort, pour une longueur de celui-ci correspondant à une position du poussoir en contact avec la butée. Passé cette valeur, le poussoir sera soumis à deux actions antagonistes, d'une part du fait du ressort, d'autre part du fait de la membrane. L'équilibre sera réalisé pour une valeur du déplacement du poussoir variable selon la pression du liquide ; le point de cloquage variera de la même manière. Avantageusement, le contacteur selon l'invention comporte, également, des moyens pour empêcher l'application sur l'élément cloquant de l'effort fonction de la pression, pour des valeurs de pression supérieures à un second seuil. Ceci peut être réalisé par exemple en prévoyant un déplacement du poussoir tel que celui-ci ne reste en contact avec l'élément cloquant, et n'exerce un effort sur cet élément, que pour des déformations de la membrane inférieures à la déformation correspondant au second seuil. Ainsi, pour des pressions très élevées, le poussoir ne sera plus en contact avec l'élément cloquant celui-ci fermera donc le contact électrique à une température fixe, qui est la température propre de cloquage de l'élément, et indépendamment de la pression régnant dans le circuit. Iln'est en effet pas souhaitable, meme pour des pressions élevées, que la température puisse augmenter indéfiniment ; au-delà d'une certaine valeur, le contacteur thermostatique doit se fermer en toutes circonstances. Dans ce cas, il est d'ailleurs avantageux de prévoir une plaque de surpression, contre laquelle la membrane pourra venir en butée pour des valeurs élevées de la pression, de manière à empêcher une déformation excessive de cette membrane. On peut noter en outre que ce dispositif est totalement insensible aux variations de la pression atmosphérique ambiante ; en effet, la membrane élastiquement déformable subit une flexion fonction de la pression à laquelle elle est soumise : cette pression est la pression réelle du liquide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'un mode de réalisation, fait en référence aux dessins annexés od : la figure 1 est une coupe longitudinale du contacteur thermostatique selon l'invention ; la figure 2 représente la caractéristique pression-température de fonctionnement du contacteur. Le contacteur est relié au circuit de refroidissement au moyen d'un corps 10, métallique et conducteur, comportant un filetage 11 pour son raccordement au circuit de refroidissement ; le liquide dans le circuit communique avec l'intérieur du corps par un alésage 12. De manière à faciliter son montage, le corps comprend une partie en six-pans 13, à un écartement normalisé. Ce corps reçoit un couvercle 20 formant support de borne électrique 30. Le support 20 est en matériau isolant, par exemple en bakélite ou analogue, et la borne 30 en matériau conducteur. La borne 30 est introduite à l'intérieur du couvercle 20 par vissage, et immobilisée en position par injection de résine 21, qui assure simultanément une fonction d'étanchéité. Le couvercle 20 est fixé au corps 10 par exemple par sertissage à sa périphérie, l'étanchéité étant assurée au moyen d'un joint torique 22. Le support de borne 30 comporte une cavité intérieure 31 pour loger un ressort 40 ; il comporte également un alésage 32 pour un poussoir 50. Le logement 31 est fermé par un couvercle 33 formant la borne de raccordement proprement dite au circuit électrique. Cette borne est emboitée à force ou éventuellement vissée, pour permettre un ajustage du tarage du ressort 40. Un orifice 34 de mise en communication de la 'cavité avec l'atmosphère extérieure est prévu, pour éviter tout effet de piston lors d'un mouvement du poussoir 50. Ce poussoir 50 comporte une face d'extrémité 51 sur laquelle vient appuyer le ressort 40 ; cette extrémité comporte également une partie élargie 52 venant en butée contre 'une face 35 de la cavité 31. La tête de poussoir 53 coopère avec la membrane 60, de préférence par l'intermédiaire d'une plaque métallique 61. Au repos, un intervalle 62 subsiste entre la tête de poussoir 53 et la membrane 60. La matière constituant ce poussoir peut être par exemple un polysulfone, qui allie les propriétés d'isolement électrique à une excellente résistance mécanique, meme à des températures relativement élevées. Une plaque de surpression rigide 70, par exemple sertie sur le corps 10, est avantageusement prévue pour limiter la course de la membrane 60 au cas où celle-ci se trouverait soumise à une pression élevée on évite de cette manière tout arrachement accidentel de la membrane, ou toute déformation au-delà des limites d'élasticité du matériau qui la constitue. La rondelle cloquante 80 est disposée de telle sorte que, au repos, sa concavité soit tournée vers la membrane 60. Un alésage 81 est prévu au centre de la rondelle pour laisser passer la tête de poussoir 53 ; cette tête de poussoir appuie sur la rondelle cloquante au moyen d'un épaulement 54, avec interposition partielle de la pièce 90 entre l'épaulement 54 et la rondelle 80. Cette pièce 90 est en matière conductrice. Elle comporte une extrémité 91 formant un premier contact, électriquement relié au corps 10, contre lequel la pièce 90 est plaquée à sa périphérie 92. Le matériau qui la constitue est élastiquement déformable, de telle sorte que l'extrémité 91, entrainée dans son mouvement par la partie 93 enserrée entre l'épaulement 54 du poussoir et la rondelle cloquante 80, soit soumise à un déplacement axial au moment du cloquage. Au repos, l'extrémité 91 est disposée à une distance e d'une saillie 36 solidaire du support de borne métallique 30. Cet espacement e est inférieur à la déformation de la rondelle cloquante, de manière que le cloquage entraine la mise en contact de l'extrémité 91 avec la saillie 36 (cet espacement e peut être notamment ajusté au moment du vissage du support de borne 30 dans le couvercle 20). Une fois ce contact établi, le courant peut circuler entre la borne 33 et le corps 10 (relié à la masse du véhicule), par l'intermédiaire des éléments suivants placés en série : borne 33, support de borne 30, saillie 36, extrémité 91, périphérie 92 de l'élément 90, corps 10. Le fonctionnement du thermo-contact est illustré par la caractéristique de la figure 2 : à chaque point de fonctionnement du moteur correspond un couple (pression, température) ; si ce couple (po, to) est en dessous de la caractéristique de la figure 2, le contact reste ouvert ; si le couple (P1, tl) est au-dessus de cette même caractéristique, le contact doit être fermé. C'est le passage du point de fonctionnement (pO, taupoint (P1, tl) qui provoque la fermeture du contact. Tout d'abord, pour des pressions inférieures à une pression P (correspondant au premier seuil pré A cité), la déformation de la membrane élastique reste inférieure à la dimension de l'intervalle 62 qui subsistait initialement entre la tête de poussoir et la membrane. La déformation de cette membrane sera donc sàns incidence sur le fonctionnement du mécanisme. La seule action à laquelle la rondelle cloquante est soumise est celle du 'poussoir, dont l'extrémité yient en appui contre la butée 35. Mais la longueur du poussoir est telle que l'épaulement 54 soit en permanence en appui contre la rondelle cloquante.Le cloquage aura donc lieu à une température TA constante (résultant de la combinaison de l'effet thermique de cloquage et de l'effet mécanique de flèche exeroée par le poussoir 50), cette température étant inférieure à la température TB, qui est la température propre de cloquage de l'élément. Pour des pressions supérieures à la pression PA, la déformation de la membrane 60 va être telle qu'elle va entrer en contact avec la tête de poussoir 53, et la force exercée par la membrane, ajoutée à la force de réaction sous contrainte due à la flèche de la rondelle, deviendra à un moment supérieure à la force exercée par le ressort 40. Il va en résulter un déplacement du poussoir (vers la gauche sur le dessin), d'autant plus important que la pression sera élevée. En conséquence, la flèche imposée à la rondelle va diminuer et ainsi la température de cloquage va augmenter ; elle va se rapprocher de la température TB, température propre de cloquage. Enfin, pour des pressions élevées, supérieures à une pression P B (correspondant au second seuil précité), le déplacement du poussoir va être tel que l'épaulement 54 ne sera plus en contact avec la rondelle cloquante celle-ci, libérée de toute contrainte mécanique extérieure, cloquera à sa température propre TB, constante. I1 est bien entendu que le mode de réalisation décrit n'a aucun caractère limitatif, et que de nombreuses variantes du contacteur thermostatique selon l'invention peuvent être envisagées conformément à son esprit. REVENDICATIONS 1. Contacteur thermostatique sensible à la pression, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison - un élément (80) produisant un effet de cloquage consé cutif à une augmentation de température du liquide à contrôler - des moyens pour appliquer sur l'élément cloquant un effort fonction de la pression du liquide à contrôler, et décroissant avec cette pression, cet effort étant dirigé dans la direction de la déformation résultant du clo quage. 2. Contacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour appliquer sur l'élément cloquant un effort fonction de la pression du liquide comportent un poussoir (50) en appui sur l'élément cloquant, ce poussoir étant sollicité par un ressort taré (40) dans le sens de la déformation résultant du cloquage, et dans l'autre sens par une membrane (60) élastiquement déformable sous l'effet de la pression exercée par le liquide, l'augmentation de pression provoquant un déplacement du poussoir de nature à diminuer l'effort appliqué par le poussoir sur l'élément cloquant. 3. Contacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour empécher l'application sur l'élément cloquant de l'effort fonction de la pression, pour des valeurs de pression inférieures à un premier seuil(PA). 4. Contacteur selon les revendications 2 et 3 en combinaison, caractérisé en ce que les moyens pour empêcher l'application sur l'élément cloquant de l'effort fonction de la pression sont constitués par une butée (35) disposée de manière à empêcher le poussoir de venir en contact avec la membrane pour les déformations de celle-ci inférieures à la déformation correspondant au premier seuil. 5. Contacteur selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour empêcher l'application sur l'élément cloquant de l'effort fonction de la pression, pour des valeurs de pression supérieures à un second seuil 6. Contacteur selon les revendications 2 et 5 en combinaison, caractérisé en ce quê le déplacement du poussoir est tel que celui-ci ne reste en contact avec l'élément cloquant, et n'exerce un effort sur cet élément, que pour des déformations de la membrane inférieures à la déformation correspondant au second seuil. 7. Contacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément cloquant est fixé à sa périphérie contre un corps métallique (10) formant le premier pôle du contacteur, et en ce qu'il est relié, en un point (81) subissant une déformation lors du cloquage, à un élément mobile (91) conducteur susceptible d'entrer en contact, sous l'effet de cette déformation, avec une borne (36, 30, 33) métallique fixe formant le second pôle du contacteur. 8. Contacteur selon les revendications 2 et 7 en combinaison, caractérisé en ce que le poussoir (50) est logé dans une cavité (32) ménagée à l'intérieur de la borne (30), et en ce qu'il est mobile axialement à l'intérieur de cette cavité. 9. Contacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque de surpression (70) empêchant une déformation excessive de la membrane (60) pour des valeurs élevées de la pression.