Brevet FR2601719A1 — publié le 19880122

L'invention concerne un dispositif pour limiter la perte de charge d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur de véhicule automobile. Le refroidissement d'un moteur de ce type s'effectue, de manière habituelle, au moyen d'un fluide qui circule en circuit fermé à travers le moteur et à travers un radiateur de refroidissement, sous l'action d'une pompe appelée "pompe à eau". En régime permanent à chaud, le fluide de refroidissement est échauffé par échange thermique avec le moteur et est ensuite refroidi dans le radiateur par échange thermique avec de l'air frais. Dans le radiateur, le fluide circule à travers un faisceau de tubes monté entre deux boites à eau, les tubes du faisceau traversant des ailettes qui permettent l'échange thermique entre le fluide et l'air frais. Le radiateur est généralement calculé et dimensionné de telle sorte que sa perte de charge soit compatible avec les caractéristiques de la pompe à eau, quel que soit le régime de fonctionnement du moteur. En outre pour limiter la perte de charge, il est connu de court-circuiter une fraction du débit du fluide de refroidissement qui traverse le radiateur, de sorte que la perte de charge ne dépasse pas la valeur maximale admissible. Une solution connue consiste à ménager un orifice calibré sur une cloison interne d'une boîte à eau du radiateur, le passage à travers cet orifice calibré étant contrôlé par un clapet de fermeture. Dans le cas où une surpression du fluide de refroidissement se produit dans le radiateur, le clapet de fermeture s'ouvre et une fraction du débit du fluide passe à travers cet orifice calibré, directement de l'entrée à la sortie de la boîte à eau, au lieu de traverser le faisceau de tubes du radiateur. Cette solution connue a pour inconvénient de nécessiter un aménagement particulier de la boîte à eau, ce qui conduit à des complications de fabrication du radiateur, et à un coût plus élevé du radiateur. L'invention vise notamment à éviter un tel inconvénient. L'invention part de cette constatation que le circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur de véhicule automobile, comprend une vanne à commande thermostatique propre à commander la circulation du fluide de refroidissement soit à travers le radiateur, soit à travers un conduit de court-circuit, et cela en fonction de la température du fluide de refroidissement. Tant que la température de ce fluide est inférieure à une valeur déterminée, la vanne est opératoire pour faire passer le fluide de refroidissement à travers le conduit de courtcircuit, sans traverser le radiateur. Lorsque la température du fluide de refroidissement dépasse cette valeur déterminée, la vanne est opératoire pour commander le passage du fluide de refroidissement à travers le radiateur, sans passer par le conduit de court-circuit. Une telle vanne ne permet pas de passer directement du "régime à froid" dans lequel le fluide de refroidissement passe uniquement à travers le conduit de court-circuit au "régime chaud" dans lequel ce fluide passe uniquement à travers le radiateur. I1 existe un régime intermédiaire dans lequel la circulation du fluide de refroidissement se fait à la fois à travers le radiateur et le conduit de court-circuit. L'invention propose de modifier la vanne à commande thermostatique de manière à limiter la perte de charge du circuit de refroidissement. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif pour limiter la perte de charge d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, ce circuit comprenant un radiateur de refroidissement etune vanne à commande thermostatique propre à commander la circulation d'un fluide de refroidissement soit à travers le radiateur, soit à travers un conduit de court-circuit. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ladite vanne est munie d'un élément sensible à une différence de pression de fluide qui, dans la condition où le conduit de court-circuit est fermé par la vanne, est propre à laisser passer une fraction du débit du fluide dans le conduit de court-circuit, dans le cas où une surpression se produit dans ce circuit. La vanne à commande thermostatique, modifiée conformément aux enseignements de l'invention, fonctionne de la même manière qu'une vanne conventionnelle en régime moteur froid et régime moteur chaud. Lorsque le moteur est froid, tout le débit du fluide de refroidissement passe à travers le conduit de court-circuit, tandis que, lorsque le moteur est chaud, tout le débit du fluide traverse le radiateur. Par contre, lorsque le moteur est chaud et que le régime du moteur est élevé, la perte de charge du circuit de refroidissement est régulée grâce à l'élément sensible aux différences de pression de fluide, qui est prévu sur la vanne à commande thermostatique. Si la perte de charge dépasse la valeur maximale admissible, cet élément sensible agit pour laisser passer une fraction-du débit du fluide dans le conduit de court-circuit. Par comparaison aux solutions de la technique antérieure, le dispositif de l'invention permet de simplifier le radiateur. Du fait que le débit à travers le radiateur est moins élevé, la taille de la boite à eau et la section des tubulures d'entrée et de sortie du radiateur peuvent être diminuées Avantageusement, la vanne à commande thermostatique comprend, d'une manière en soi connue, une première soupape de fermeture de la liaison moteur/radiateur et une deuxième soupape de fermeture du conduit de court-circuit. L'invention prévoit alors que l'élément sensible est monté sur la soupape de fermeture du conduit de court-circuit. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la soupape de fermeture du conduit de court-circuit comprend un plateau ajouré pourvu d'au moins une ouverture calibrée et l'élément sensible est alors constitué par un clapet sollicité vers le plateau par un ressort de rappel, ce clapet étant disposé en aval du plateau ajouré, par rapport à la direction d'écoulement du fluide dans le conduit de court-circuit. Avantageusement, le plateau ajouré de la soupape de fermeture du conduit de court-circuit est lié par un organe de liai son au plateau de la soupape de fermeture de la liaison moteur/radiateur, et le clapet est déplaçable suivant l'axe dudit organe de liaison. Le dispositif de l'invention peut être utilisé dans les deux types de montage habituels d'une vanne à commande thermostatique. Une telle vanne peut être montée soit en sortie moteur en étant alors placée en amont du conduit de court-circuit, par rapport à la direction d'écoulement du fluide de refroidissement, soit en entrée moteur, la vanne étant alors placée en aval du conduit de court-circuit, toujours par rapport à la direction d'écoulement du fluide. La disposition relative du clapet et du plateau ajouré est différente selon le type de montage choisi pour que le clapet soit toujours en aval du plateau, par rapport à la direction d'écoulement du fluide de refroidissement dans le conduit de court-circuit. Dans la description détaillée qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un radiateur de refroidissement équipé de moyens de limitation de perte de charge, conformément à la technique antérieure; - la figure 2 représente schématiquement un circuit-de refroidissement comprenant une vanne à commande thermostatique, disposée en sortie du moteur; - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, dans laquelle la vanne à commande thermostatique est disposée en entrée du moteur; - la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un dispositif suivant l'invention prévu pour un montage de la vanne thermostatique en sortie du moteur selon la figurè 2, le dispositif étant représenté dans une première condition de fonctionnement correspondant au moteur froid;; - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4, dans laquelle le dispositif est représenté dans une deuxième condition de fonctionnement, le moteur étant chaud; - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5, dans laquelle le dispositif est représenté dans une troisième condition de fonctionnement pour limiter la perte de charge du circuit; - la figure 7 est une vue de dessus du plateau ajouré du dispositif des figures 4 à 6; - la figure 8 est une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention prévu pour un montage en entrée moteur, le dispositif étar-t représenté dans une première condition de fonctionnement analogue à celle de la figure 4; - la figure 9 est une vue analogue à celle de la figure 8, dans laquelle le dispositif est représenté dans une deuxième condition de fonctionnement analogue à celle de la figure 5; et - la figure 10 est une vue analogue à celle de la figure 9, dans laquelle le dispositif est représenté.dans une troisième condition de fonctionnement analogue à celle de la figure 6. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un radiateur 10, conforme à la technique antérieure, comprenant deux boîtes à eau 12 et 14 entre lesquelles s'étend un faisceau de tubes 16 parallèles entre eux qui traversent des ailettes 18 disposées parallèlement entre elles et perpendiculairement à la direction des tubes 16. La boîte à eau 12 comprend une tubulure d'entrée 20 et une tubulure de sortie 22 et elle est divisée, par une cloison interne 24, en deux chambres : une chambre d'entrée 26 dans laquelle débouche la tubulure 20 et une chambre de sortie 28 dans laquelle débouche la tubulure 22. Dans la cloison interne 24 est ménagé un orifice calibré 30 dont le passage est contrôlé par un clapet de fermeture 32 soumis à l'action d'un ressort de rappel 34. En fonctionnement normal du radiateur, l'orifice 30 est fermé par le clapet 32. Le fluide de refroidissement arrive dans la chambre 26 et s'écoule à travers une partie des tubes 16 vers la boite à eau 14 et, de là, s'écoule vers la chambre 28 à travers l'autre partie des tubes 16, et il quitte le radiateur par la tubulure 22. Si une surpression se produit dans le radiateur, le clapet de fermeture 32 s'ouvre et une fraction du débit du fluide passe à travers cet orifice calibré, directement de la tubulure 20 à la tubulure 22, au lieu de s'écouler à travers les tubes 16. On se réfère maintenant à la figure 2 qui montre le circuit de refroidissement d'un moteur 36 à combustion interne. Ce circuit comprend une vanne trois voies à commande thermostatique 38 qui présente deux tubulures de raccordement opposées 40 et 42 et une tubulure de raccordement latéral 44. La tubulure 44 est reliée par un conduit 46 à la sortie du moteur 36. La tubulure 40 est reliée par un conduit 48 à la tubulure d'entrée 50 d'un radiateur de refroidissement 52. La tubulure 42 est reliée à un conduit de court-circuit 54 qui débouche latéralement dans un conduit 56 qui relie la tubulure de sortie 58 du radiateur 52 et la tubulure d'entrée 60 du moteur 36. La circulation du fluide de refroidissement dans ce circuit s'effectue au moyen d'une pompe à eau 62 interposée entre le conduit 56 et l'entrée du moteur 36. La vanne 38 comporte un organe actif sensible à la tempéra ture qui agit sur deux soupapes opposées propres à fermer ou ouvrir l'une la tubulure 40 et l'autre la tubulure 42, étant entendu que lorsque l'une des tubulures est fermée, l'autre est ouverte. En régime moteur froid, la vanne est opératoire pour fermer la tubulure 40 et la circulation du fluide de refroidissement se fait alors par le conduit 46, le conduit de courtcircuit 54 et la partie aval du conduit 56, sans passer à travers le radiateur 52. En régime moteur chaud, la vanne 38 ferme l'accès à la tubulure 42 et la circulation du fluide de refroidissement s'effectue alors par le conduit 46, le conduit 48, à travers le radiateur 52 et enfin par le conduit 56. On se réfère maintenant à la figure 3, dans laquelle la vanne à commande thermostatique est montée à l'entrée du moteur 36. Dans ce cas, le circuit de refroidissement est différent de celui de la figure 2, mais le principe de fonctionnement reste le même. Un conduit 64 relie directement la sortie du moteur 36 à l'entrée 50 du radiateur 52. En dérivation sur le conduit 64 est branché le conduit de court-circuit 54 relié à la tubulure 42 de la vanne 38. Un conduit 66 relie la sortie 58 du radiateur 52 et la tubulure 40 de la vanne 38. La tubulure latérale 44 est reliée par un conduit 68 à la pompe à eau 62 montée à l'entrée 60 du moteur 36. En régime moteur froid l'accès à la tubulure 40 est fermé et la circulation du fluide s'effectue successivement, après sortie du moteur 36, par la partie amont du conduit 64, par le conduit de court-circuit 54 et par le conduit 68. En régime moteur chaud, l'accès à la tubulure 42 est fermé et la circulation du fluide de refroidissement s'effectue successivement par le conduit 64, à travers le radiateur 52 et par les conduits 66 et 68. Le dispositif de l'invention peut s'appliquer à une vanne thermostatique, aussi bien dans le montage représenté à la figure 2 que dans le montage représenté à la figure 3. On se réfère maintenant aux figures 4 à 7. La soupape 38 comprend un corps de soupape 70 comportant les deux tubulures de raccordement 40 et 42 disposées à l'opposé l'une de l'autre et suivant un même axe 72, ainsi que la tubulure latérale 44 disposée perpendiculairement à l'axe 72. A l'intérieur du corps 70 est fixé un élément annulaire 74 dans une disposition concentrique à l'axe 72. L'élément annulaire 74 porte un premier étrier 76 orienté en direction de la tubulure 40 et un second étrier 78 orienté en direction de la tubulure 42. L'étrier 76 est de préférence formé d'une seule pièce avec l'élément annulaire 74, tandis que l'étrier 78 est avantageusement rapporté sur l'élément annulaire 74. L'étrier 76 sert d'appui à l'extrémité 79 d'un piston 80 monté à coulissement dans une capsule cylindrique 82 qui contient un matériau sensible à la température, tel qu'une cire. L'extrémité 79 du piston 80 peut simplement prendre appui sur l'étrier 76 ou bien être fixée sur ce dernier. La capsule cylindrique 82 est propre à coulisser, suivant l'axe 72, dans un trou circulaire 84 que ménage l'étrier 78. La capsule cylindrique 82 comporte une partie cylindrique 86 de diamètre supérieur qui sert d'appui à un plateau de soupape 88 propre à coopérer avec le siège de soupape formé par l'élément 74. Le plateau 88 est sollicité en direction du siège de soupape par l'intermédiaire d'un ressort héli cotidal de compression 90 prenant appui entre le plateau 88 et l'étrier 78. Du côté opposé à la sortie de la tige 82, la capsule 82 se prolonge par une tige cylindrique 92 de diamètre inférieur à celui de la capsule, ladite tige cylindrique étant elle-même munie d'un prolongement cylindrique 94 de diamètre inférieur à celui de la tige 92. Un plateau de soupape 96 muni d'un trou central 98 et d'ouvertures calibrées 100 (figure 7) est prévu pour coulisser autour de la tige 92. Ce plateau est soumis à l'action d'un ressort hélicoïdal de compression 102 qui prend appui sur un épaulement annulaire 104 formé à la liaison de la capsule 82 et de la tige 92 et sur le plateau 96. Le déplacement du plateau 96 est limité par une rondelle de serrage 106 qui entoure le prolongement cylindrique 94. La capsule 82 et la tige 92 constituent un organe de liaison entre le plateau 88 et le plateau 96. Ce dernier plateau est propre à coopérer avec un siège annulaire 108 formé à l'intérieur du corps 70 au niveau du raccordement de la tubulure 42. Le plateau 96 porte, sur son côté extérieur, un étrier 110 de dimension extérieure inférieure à celle du diamètre intérieur de la tubulure 42. Cet étrier 110 sert d'appui à un ressort tronconique 112 dont la spire la plus large prend appui sur un clapet 114 en forme de plateau propre à coulisser sur le prolongement 94. Le ressort 112 sollicite le clapet 114 en direction du côté extérieur du plateau 96 de manière à fermer les ouvertures calibrées 100 dudit plateau 96. Le fonctionnement du dispositif, dans cette première variante de réalisation, est le suivant. Lorsque le moteur est froid et que le fluide de refroidissement est inférieur à une température déterminée, la matière active de la capsule cylindrique 82 n'est pas dilatée et le piston 80 est en position rentrée dans la capsule cylindrique 82. Le ressort 90 sollicite le plateau 88 en appui contre le siège de l'élément 74. Par contre, le plateau 96 est dans une position éloignée du siège 108. Le fluide de refroidissement, qui pénètre à l'intérieur du corps de vanne par la tubulure 44, ne peut sortir que par la tubulure 42 qui est raccordée au conduit de court-circuit 54. Tout le débit du fluide de refroidissement passe en conséquence par ce conduit de court-circuit sans traverser le radiateur (figure 4). Lorsque le moteur est chaud, à partir d'un seuil déterminé de température, la matière active de la capsule 82 se dilate et tend à faire sortir le piston 80 de la capsule 82. Comme le piston est relié à l'étrier 76, la capsule 82 tend à coulisser suivant l'axe 72, de sorte que le plateau 88 s'écarte de son siège annulaire, tout en provoquant la compression du ressort 90; par suite de ce déplacement, le plateau 96 vient en butée contre le siège 108, le ressort 102 étant légèrement comprimé pour maintenir le plateau 96 en appui sur le siège 108 (figure 5). Dans cette position, le fluide de refroidissement, qui pénètre dans le corps de vanne par la tubulure 44 ne peut s'échapper que par la tubulure 40 qui est raccordée à l'entrée du radiateur (figure 2). Par conséquent, tout le débit du fluide traverse le radiateur. En régime moteur chaud et en cas de surpression du fluide, par exemple avec un régime moteur élevé, la pression à l'intérieur du corps de vanne 70 tend à solliciter le clapet 114, à l'encontre de l'action du ressort 112 (figure 6). La perte de charge du circuit est alors régulée par les ouvertures L00 du plateau 96 et une fraction du débit est court circuitée par le conduit 54 relié à la tubulure 42. On se réfère maintenant aux figures 8 à 10 dans lesquelles la vanne 38 est montée en entrée moteur, comme représenté à la figure 3. Dans ce montage, les tubulures 40, 42 et 44 sont raccordées respectivement aux conduits 66, 54 et 68. La vanne représentée aux figures 8 à 10 s'apparente étroitement à celle représentée aux figures 4 à 6, la seule différence importante étant que le clapet associé au plateau ajou ré 96 est disposé de manière à coopérer avec la face intérieure de ce plateau, c'est-à-dire qu'il se trouve dans la région comprise entre les plateaux 88 et 96 de la vanne. Comme représenté à la figure 8, la tige cylindrique 92 ne comporte pas de prolongement analogue au prolongement 94 décrit précédemment. Sur les figures 8 à 10, les ouvertures 100 du plateau 96 sont fermées normalement par un clapet 120 propre à coulisser suivant l'axe 72 et autour de la tige 92 qui fait partie de l'organe de liaison entre les plateaux 88 et 96. Le clapet 120 a la forme d'un plateau annulaire qui présente des doigts -de guidage 122 propres à coopérer avec les ouvertures 100 du plateau ajouré 96. Le clapet 120 est sollicité en direction du côté intérieur du plateau de soupape 96 au moyen d'un ressort hélicoïdal de compression 124 qui prend appui entre l'étrier 78 et le clapet 120. Le ressort 124 est d'un diamètre supérieur au ressort 102 de manière à pouvoir entourer celui-ci. Le fonctionnement du dispositif, selon cette deuxième forme de réalisation, est sensiblement le même que celui de la première forme de réalisation. En régime moteur froid (figure 8), le plateau 88 est en appui sur le siège de l'élément 74, tandis que le plateau 96 est écarté de son siège 108. Dans cette position, le fluide de refroidissement ne peut accéder au corps de vanne que par la tubulure 42 raccordée au conduit de court-circuit 54 et ce fluide quitte le corps de vanne par la tubulure 44. Dans cette première position, le fluide ne peut passer au travers du radiateur, comme déjà décrit précédemment en référence à la figure 3. En régime moteur chaud, le dispositif occupe la position représentée à la figure 9, en analogie avec celle de la figure 5. Dans cette position, le plateau 88 est écarté du siège de l'élément 74, tandis que le plateau 96 est en contact avec son siège 108. Le fluide de refroidissement ne peut pénétrer dans le corps de vanne que par la tubulure 40 et il s'échappe par la tubulure 44. Le fluide de refroidissement circule alors à travers le radiateur 52, comme décrit précédemment en référence à la figure 3. Si une surpression se produit dans le circuit, le plateau 96 étant en contact avec son siège 108, le clapet 120 tend à s' écarter du plateau 96 en provoquant la contraction du ressort 124, comme représenté à la figure 10. La perte de charge du circuit est alors régulée par l'ouverture du clapet 120, une fraction du débit du fluide étant court-circuitée par le conduit de court-circuit 54 qui est raccordé à la tubulure 42. Revendications. 1. Dispositif pour limiter la perte de charge d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, le circuit comprenant un radiateur de refroidissement (52) et une vanne (38) à commande thermostatique propre à commander la circulation d'un fluide de refroidissement soit à travers le radiateur (52), soit à travers un conduit de court-circuit (54), caractérisé en ce que ladite vanne (38) est munie d'un élément (114, 120) sensible à une différence de pression de fluide qui, dans la condition où le conduit de court-circuit (54) est fermé par la vanne (38), est propre à laisser passer une fraction du débit du fluide dans le conduit de court-circuit (54), dans le cas où une surpression se produit dans ce circuit. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la vanne (38) à commande thermostatique comprend une première soupape (88) de fermeture de la liaison moteur (36) /radiateur (52) et une deuxième soupape (96) de fermeture du conduit de court-circuit (54), caractérisé en ce que l'élément sensible (114, 120) est monté sur la soupape (96) de fermeture du conduit de court-circuit. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la soupape de fermeture du conduit de court-circuit comprend un plateau ajouré (96) pourvu d'au moins une ouverture calibrée (100) et en ce que l'élément sensible est un clapet (114, 120) sollicité vers le plateau (96) par un ressort (112, 124). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le clapet (114, 120) est disposé en aval du plateau de soupape (96) par rapport à la direction d'écoulement du fluide dans le conduit de court-circuit (54). 5. Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce que le plateau ajouré (96) de la soupape de fermeture du du conduit de court-circuit est rattaché par un organe de liaison (82, 92) au plateau (88) de la soupape de fermeture de la liaison moteur-radiateur, et en ce que ledit clapet (114, 120) est déplaçable dans l'axe (72) dudit organe de liaison. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le clapet (114) est monté coulissant sur un prolongement (94) de l'organe de liaison (82, 92), en vis-à-vis du côté extérieur du plateau ajouré (96), la vanne (38) étant prévue pour être montée en amont du conduit de court-circuit (54), par rapport à la direction d'écoulement du fluide de refroidissement. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ressort de rappel (112) du clapet (114) prend appui sur un étrier (110) fixé au plateau ajouré (96) du côté du raccordement de la vanne (38) avec le conduit de court-circuit (54). 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le clapet (120) est prévu pour coulisser autour de l'organe de liaison (82, 92) en vis-à-vis du côté intérieur du plateau ajouré (96), la vanne (38) étant prévue pour être montée en aval du conduit de court-circuit (54) par rapport à la direction d'écoulement du fluide de refroidissement. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le ressort de rappel (124) du clapet (120) prend appui sur un étrier (78) porté par le siège annulaire (74) de l'autre plateau de soupape (88). 10. Dispositif selon l'une des revendications'8 et 9, caractérisé en ce que le clapet (120) comprend des doigts de guidage (X22) propres à coulisser dans des ouvertures calibrées (100) du plateau ajouré (96). 11. Circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, équipé d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 10.