Brevet FR2589219A1 — publié le 19870430

Perfectionnements aux vannes mitigeuses thermostatiques pour circuits de refroidissement à liquide de moteurs à combustion interne. L'invention concerne une vanne mitigeuse thermostatique, pour circuits de refroidissement à liquide de moteurs à combustion interne équipés d'un radiateur de refroidissement et d'une pompe de circulation, qui est destinée à être montée sur une dérivation, établie entre la canalisation du circuit conduisant au radiateur le liquide de refroidissement chaud qui sort du moteur et la canalisation ramenant au moteur le liquide de refroidissement froid qui sort du radiateur, et qui est agencée de façon à former, par mélange de proportions variables de liquide chaud et de liquide froid, un liquide tiède qui est ensuite introduit dans le moteur pour le refroidir, laquelle vanne comporte un organe thermostatique qui est sensible à la température de ce liquide tiède et qui détermine lesdites proportions. C'est pour simplifier la terminologie qu'on utilisera ici, pour désigner le même liquide dans des parties différentes du circuit de refroidissement, les expressions "liquide chaud", "liquide tiède" et "liquide froid", étant donné qu'elles reflètent bien les niveaux respec- tifs de température au cours du fonctionnement normal du moteur. Toutefois, on ne doit pas attacher à ces expressions un sens littéral car il existe par exemple des situations dans lesquelles les trois liqui- des sont à une même température (moteur arrêté depuis quelque temps) ou dans lesquelles le liquide dit "chaud" est à une température relati- vement basse (démarrage du moteur). Une vanne mitigeuse du type défini en préambule est décrite par exemple dans le FR-A-1.472.712. Dans ce cas, I'organe thermosta- tique est placé de façon à être sensible non seulement à la température de l'eau tiède mais aussi à celle de l'eau froide et il actionne deux cla- pets séparés qui règlent respectivement le débit d'eau chaude et le débit d'eau froide à mélanger (figure 3 du FR-A-1.472.712). Il peut actionner en plus un tiroir agissant sur une communication directe entre l'eau chaude et l'eau tiède (figure 2 du même document). L'invention a essentiellement pour but de simplifier la cons- truction de ces vannes mitigeuses. Elle a de préférence également pour but de les agencer de façon qu'elles puissent être rendues sensi- bles, en plus, à des influences extérieures, en cours de fonctionne- ment. Pour atteindre le premier de ces buts, la vanne mitigeuse conforme à l'invention est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comporte un corps muni d'une partie intérieurement cylindrique dans laquelle arrivent le liquide chaud et le liquide froid, respectivement par des orifices décalés parallèlement à l'axe de cette partie cylin- drique, et en ce qu'un tiroir cylindrique mobile en translation et actionné par le susdit organe thermostatique est disposé à l'intérieur de ladite partie cylindrique de façon à fermer d'autant plus le ou les orifices d'arrivée de liquide chaud et à ouvrir simultanément d'autant plus le ou les orifices d'arrivée de liquide froid que la température du liquide tiède augmente, et vice versa. La construction de la vanne mitigeuse se trouve ainsi simpli- fiée puisqu'un seul tiroir y remplace les deux clapets et l'éventuel tiroir supplémentaire de la construction connue (FR-A-1.472.712). Il est à noter que le FR-A-2.434.723 décrit déjà une vanne mitigeuse dont le tiroir augmente la section d'arrivée de l'eau chaude en diminuant la section d'arrivée de l'eau froide et vice versa, mais une telle vanne mitigeuse est disposée non pas sur le circuit de refroi- dissement d'un moteur, mais sur un circuit auxiliaire de liquide pas- sant par un échangeur de chaleur liquide/air pour le chauffage à air chaud de l'habitacle d'un véhicule. Ce document montre une vanne thermostatique (désignée par 16 ou 16a) qui est située comme la vanne conforme à l'invention mais qui n'est pas une vanne mitigeuse car elle est agencée pour court-circuiter le radiateur lorsque la température de 2 5 8 9 2 1 9 l'eau dans le circuit principal est inférieur à un seuil donné. L'inven- tion présente donc l'activité inventive nécessaire par rapport à ce document. Selon une construction avantageuse, le corps de la vanne est muni d'un orifice de sortie de liquide tiède à celle de ses extrémités axiales qui est la plus éloignée de l'orifice d'entrée du liquide froid et il est obturé, à son extrémité axiale opposée, par une paroi transver- sale servant d'appui à l'organe thermostatique. Au contraire, selon le susdit FR-A-2.434.723, I'orifice de sortie d'eau tiède part latéralement de la partie cylindrique du corps, ce qui entraîne des pertes de charge supplémentaires sur le trajet du liquide. Plus précisément, I'orifice de sortie d'eau tiède-part latéra- lement d'un endroit qui est plus proche de l'orifice d'entrée du liquide froid que de l'entrée du liquide chaud, ce qui oblige à utiliser, comme paroi d'appui pour l'organe thermostatique, celle qui est la plus proche de l'orifice de sortie d'eau tiède, ce qui entraîne des pertes de charge supplémentaires à la sortie en raison de l'étranglement provoqué par la liaison mécanique qui existe nécessairement entre l'organe thermosta- tique et sa paroi d'appui. De préférence, I'organe thermostatique est constitué par une capsule à cire dilatable de type connu dont, d'une part, le boîtier est fixé sur une cloison transversale ajourée du tiroir, avec un jeu trans- versal important à l'intérieur de la partie cylindrique du corps et coaxialement à celle-ci, de façon à faire saillie du côté de l'orifice de sortie de l'eau tiède, par rapport à cette cloison transversale, et d'autre part, le piston prend appui sur la susdite paroi transversale du corps de vanne, vers laquelle il est sollicité par un ressort. De préférence encore, la cloison transversale à laquelle est fixé le boîtier de la capsule à cire est faite d'une seule pièce avec le tiroir et est placée à celle des extrémités axiales de ce dernier qui est la plus proche de l'orifice de sortie du liquide tiède. Cet ensemble de caractéristiques simplifie la fabrication, facilite l'écoulement du liquide dans la vanne mitigeuse et permet à l'organe thermostatique d'évaluer avec précision la température de l'eau tiède. Enfin, des moyens peuvent être prévus pour régler, par rapport au corps, la position de l'organe thermostatique et, en parti- culier, du piston de la capsule à cire en fonction de paramètres exté- rieurs. De tels moyens sont avantageusement constitués par une deuxième capsule à cire montée à l'extérieur du corps et sensible à la température de l'air extérieur ou à la température régnant sous le capot du moteur ou encore à celle d'une résistance électrique convena- blement alimentée en courant électrique. L'invention va être expliquée plus en détail à l'aide du dessin annexé qui en illustre un mode de réalisation préféré. La figure 1 représente schématiquement un moteur à combus- tion interne dont le circuit de refroidissement est équipé d'une vanne mitigeuse conforme à ce mode de réalisation préféré. La figure 2 représente la vanne mitigeuse de la figure 1, en coupe longitudinale à plus grande échelle. La figure 3 est une coupe de la vanne mitigeuse selon la ligne 111-111 de la figure 2. Ainsi qu'il ressort de la figure 1, I'invention concerne une vanne mitigeuse thermostatique 1 (dont les dimensions ont été exagé- rées sur cette figure) pour le circuit de refroidissement à liquide d'un moteur à combustion interne 2, ce circuit étant équipé d'un radiateur de refroidissement 3 et d'une pompe de circulation 4. La vanne miti- geuse 1 est montée sur une dérivation 5 établie entre la canalisation 6 du circuit conduisant au radiateur 3 le liquide de refroidissement chaud qui sort du moteur 2 et la canalisation 7, 8 ramenant au moteur 2 le liquide de refroidissement froid qui sort du radiateur 3. La pompe de circulation 4 est montée sur la partie 8 de la canalisation de retour 7, 8 qui est située en aval de la vanne mitigeuse 1. Celle-ci est agencée de façon à former, par mélange de proportions variables de liquide chaud (arrivant par la dérivation 5) et de liquide froid (arri- vant par la partie de canalisation 7), un liquide tiède qui est ensuite introduit dans le moteur 2 (par l'intermédiaire de l'élément de canalisa- tion 8). La vanne 1 comporte un organe thermostatique 9 (figure 2) sensible à la température du liquide tiède, qui détermine les propor- tions respectives de liquide chaud et de liquide froid dans le mélange sortant ou liquide tiède. Comme montré aux figures 1 et 2, la vanne 1 comporte un 2 5 8 9 2 1 9 2592!9 corps 10 muni d'une partie intérieurement cylindrique 11 dans laquelle arrivent le liquide chaud et le liquide froid, respectivement par des orifices 12 et 13 qui sont décalés parallèlement à l'axe X-X de cette partie cylindrique 11. Le corps 10 peut posséder soit (comme repré- senté) un seul orifice 12 pour l'arrivée du liquide chaud, soit plu- sieurs orifices 12 débouchant dans un même plan transversal, c'est-à- dire un plan perpendiculaire à l'axe X-X. De même, il peut posséder soit (comme représenté) un seul orifice 13 pour l'arrivée du liquide froid, soit plusieurs orifices 13 débouchant dans un même plan trans- versal. Un tiroir cylindrique 14, mobile en translation selon l'axe X-X et actionné par l'organe thermostatique 9, est disposé à l'intérieur de la partie cylindrique 11 de façon à fermer d'autant plus le ou les orifices d'arrivée de liquide chaud 12 et à ouvrir d'autant plus le ou les orifices d'arrivée de liquide froid 13 que la température du liquide tiède augmente, et vice versa. Le corps 10 de la vanne 1 est en outre muni d'un orifice de sortie 15, pour le liquide tiède, à celle de ses extrémités axiales qui est la plus éloignée de l'orifice d'entrée 13 du liquide froid, c'est-à- dire à son extrémité inférieure selon la figure 2, et il est obturé, à son extrémité axiale opposée, par une paroi transversale 16 servant d'appui à l'organe thermostatique 9. L'organe thermostatique 9 est constitué par une capsule à cire dont le bôotier 17 est fixé sur une cloison transversale ajourée 18 du tiroir 14, avec un jeu transversal important à l'intérieur de la partie cylindrique 11 du corps 10 et coaxialement à cette partie 11, de façon à faire saillie du côté de l'orifice de sortie 15. En outre, le piston 19 de la capsule à cire prend appui sur la paroi transversale 16 du corps vers laquelle il est sollicité par un ressort 20. La cloison transver- sale 18, qui peut être simplement constituée par des bras radiaux 21 réunissant un moyeu de fixation central 22 (pour la fixation du boîtier 17) à une jupe cylindrique 23, est faite d'une seule pièce avec le tiroir 14 et est placée à celle des extrémités axiales du tiroir 14 qui est la plus proche de l'orifice de sortie 15. Un joint d'étanchéité annulaire 24, monté dans une gorge ménagée dans la partie cylindrique 11 entre les orifices d'entrée 12 et 13, coopère avec la jupe 23 du tiroir 14 pour empêcher des fuites de se produire le long de la surface extérieure de la jupe 23. On obtient ainsi une vanne mitigeuse dont le fonctionnement est le suivant. Lorsque le moteur 2 est froid, le liquide dit "chaud" arrivant normalement du moteur 2 par la canalisation 5 à l'orifice 12 de la vanne 1 est en fait à la température ambiante, c'est-à-dire que sa température est relativement basse. De ce fait, I'organe thermostati- que 9 est contracté et le tiroir 14 occupe, sous l'effet du ressort 20, sa position la plus haute, telle qu'elle est représentée à la figure 2. L'orifice 13 est donc fermé par la jupe 23, ce qui empêche l'eau de circuler dans le radiateur 3. En revanche, I'orifice 12 est ouvert en grand et le liquide de refroidissement, mis en circulation par la pompe 4, tourne entre le moteur 2 et la vanne 1 en passant par les canalisa- tions 4 et 5 et en court-circuitant le radiateur 3. Lorsqu'on lance le moteur 2 et qu'on le fait tourner suffisam- ment longtemps, I'eau arrivant par l'orifice 12 se réchauffe progressi- vement en faisant se dilater l'organe thermostatique 9. Ceci provoque la descente du tiroir 14 (selon la figure 2) et par conséquent la ferme- ture progressive de l'orifice 12 et l'ouverture progressive de l'orifice 13 par la jupe 23. Une proportion de plus en plus grande de l'eau froide venant du radiateur 3 par la canalisation 7 estainsi admise par l'orifice 13, passe à l'intérieur de la jupe 23, puis entre les bras radiaux 21, et se mélange à l'eau chaude arrivant par l'orifice 12. L'eau chaude et l'eau froide se mélangent au niveau de l'organe ther- mostatique 9 qui produit ainsi une régulation automatique de la tempé- rature de l'eau renvoyée au moteur 2 par la pompe 4. Dans ce qui précède, on a supposé que la paroi transversale 16 du corps 10 offrait un appui fixe à l'organe thermostatique 9. En variante, il est possible de prévoir des moyens pour régler, par rapport au corps 10, la position de l'organe thermostatique 9 et en particulier, lorsqu'il s'agit d'une capsule à cire, du piston 19 de cette capsule, en fonction de paramètres extérieurs. De tels moyens sont alors avantageusement constitués par une deuxième capsule à cire 24 montée à l'extérieur du corps 10 et sensible à la température extérieure ou à la température régnant sous le capot du moteur 2. Comme montré à la figure 1, le boîtier de cette capsule à cire 24 peut être fixé directement à-la paroi transversale 16 du corps de façon que son piston 25 traverse cette paroi 16 à l'intérieur d'un guide 26, I'étanchéité avec l'extérieur étant assurée par un joint annulaire 27 qui coopère avec la surface extérieure de ce guide 26. Plus la température évaluée par la capsule à cire 24 augmente, plus son piston 25 descend (selon la figure 2) et repousse donc le piston 19 de la capsule à cire intérieure 9, ce qui décale la plage de fonctionne- ment de la vanne mitigeuse 1 en fonction de ladite température. Au lieu d'être fixée à la paroi transversale 16 du corps 10, la capsule à cire extérieure 24 pourrait aussi être fixée à distance de cette paroi 16. Dans ce cas, il suffirait de placer, entre les pistons 19 et 25, une tige de transmission (non représentée) traversant la paroi transversale 16 comme on l'a représenté pour le piston 25 à la figure 2. Dans les deux cas, la vanne mitigeuse 1 conforme à l'inven- tion, en une version unique, pourrait s'adapter d'elle-même aux condi- tions de température qui sont définies, dans les spécifications techni- ques de certains constructeurs d'automobiles, comme conditions "arcti- ques", "tempérées" et "tropicales". Selon une autre variante, la capsule à cire extérieure 24 pourrait être rendue sensible à au moins un paramètre de fonctionne- ment autre que la température de l'ambiance o elle est placée (par exemple, autre température, pression atmosphérique, etc.) grâce à la présence d'une résistance électrique 28 entourant le boîtier de la capsule à cire 24, ou revêtue d'une matière réfractaire et noyée dans la cire que contient ce boîtier. L'alimentation de cette résistance électrique 28 par des moyens automatiques (microprocesseurs, notam- ment) ou manuels, en fonction d'un ou plusieurs paramètres de fonc- tionnement, permet alors d'asservir le fonctionnement de la vanne mitigeuse à ce ou ces paramètres. La fabrication du corps 10 par moulage, le montage du tiroir 14 et des éléments associés à celui-ci et l'adaptation de la vanne miti- geuse aux diverses variantes évoquées ci-dessus à titre d'exemple sont facilités par la constitution de la, paroi transversale 16 par une pièce séparée et fixée au corps 10, par exemple à l'aide d'un rebord de sertissage 29, avec interposition d'un joint d'étanchéité 30. Il est à noter que la construction de la vanne mitigeuse conforme à l'invention, à partir d'un tiroir, fait qu'elle est pratiquement équilibrée en pression, quelles que soient les pressions aux orifices 12 et- 13 d'arrivée de liquide chaud et froid, contrairement aux construc- tions des FR-A-2.434.723 et 1.472.712. Selon une variante, la résistance électrique 28 peut être une thermistance à coefficient de température positif (CTP). Les paramètres qui influent sur l'alimentation de la résistance électrique 28 peuvent être, par exemple, l'un au moins des suivants: température de l'air extérieur, température régnant sous le capot du moteur, pression atmos- phérique, charge du moteur, etc... et avoir une action par tout ou rien ou une action proportionnelle. 2 5 8 9 2 1 9 REVENDICATIONS 1) Vanne mitigeuse thermostatique (1), pour circuits de refroidissement à liquide de moteurs à combustion interne (2) équipés d'un radiateur de refroidissement (3) et d'une pompe de circulation (4), qui est destinée à être montée sur une dérivation (5), établie entre la canalisation (6) du circuit conduisant au radiateur (3) le liquide de refroidissement chaud qui sort du moteur (2) et la canali- sation (7, 8) ramenant au moteur (2) le liquide de refroidissement froid qui sort du radiateur (3), et qui est agencée de façon à former, par mélange de proportions variables de liquide chaud et de liquide froid, un liquide tiède qui est ensuite introduit dans le moteur (2) pour le refroidir, laquelle vanne (1) comporte un organe thermosta- tique (9) qui est sensible à la température de ce liquide tiède et qui détermine lesdites proportions, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (10) muni d'une partie intérieurement cylindrique (11) dans laquelle arrivent le liquide chaud et le liquide froid par des orifices (12, 13) décalés parallèlement à l'axe (X-X) de cette partie cylindrique (11) et en ce qu'un tiroir cylindrique (14), mobile en translation et actionné par le susdit organe thermostatique (9), est disposé à l'inté- rieur de ladite partie cylindrique (11) de façon à fermer d'autant plus le ou les orifices d'arrivée de liquide chaud (12) et à ouvrir simulta- nément d'autant plus le ou les orifices d'arrivée de liquide froid (14) que la température du liquide tiède augmente, et vice versa. 2) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que son corps (10) est muni d'un orifice de sortie de liquide tiède (15) à celle de ses extrémités axiales qui est la plus éloignée de l'orifice d'entrée (13) du liquide froid et est obturé, à son extrémité axiale opposée, par une paroi transversale (16) servant d'appui à l'organe thermosta- tique (9). 3) Vanne mitigeuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'organe thermostatique (9) est constitué par une capsule à cire dilatable de type connu dont, d'une part, le bottier (17) est fixé sur une cloison transversale ajourée (18) du tiroir (14), avec un jeu transversal important à l'intérieur de la partie cylindrique (11) du corps (10) et coaxialement à celle-ci, de façon à faire saillie du côté de 2 5 8 9 2 1 9 l'orifice de sortie (15) de l'eau tiède, par rapport à cette cloison transversale (18), et dont, d'autre part, le piston (19) prend appui sur la susdite paroi transversale (16) du corps de vanne (10), vers laquelle il est sollicité par un ressort (20). 4) Vanne mitigeuse selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la cloison transversale (18) est constituée par des bras radiaux (21) réunissant un moyeu de fixation central (22) à une jupe cylindrique (23). ) Vanne mitigeuse selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la cloison transversale (18 ou 21) à laquelle est fixé le boîtier (17) de la capsule à cire (9) est faite d'une seule pièce avec le tiroir (14) et est placée à celle des extrémités axiales de ce dernier qui est la plus proche de l'orifice de sortie (15) du liquide tiède. 6) Vanne mitigeuse selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour régler, par rapport au corps (10), la position de l'organe thermostatique (9) et en particulier du piston (19) de la capsule à cire en fonction de paramè- tres extérieurs. 7) Vanne mitigeuse selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de réglage de la position de l'organe thermostatique (9) comprennent une deuxième capsule à cire (24). 8) Vanne mitigeuse selon la revendication 2 prise seule ou en combinaison avec l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractéri- sée en ce que la paroi transversale (16) servant d'appui à l'organe thermostatique (9) est constituée par une pièce séparée du corps (10) et fixée à celui-ci.