Brevet FR2679977A1 — publié le 19930205

L'invention se rapporte à une soupape thermostatique, en particulier pour un circuit d'agent réfrigérant d'un moteur à combustion interne, comportant un élément thermostatique de travail qui comprend un boitier contenant une substance dilatable et un piston de travail pouvant s'extraire du boitier et prenant appui contre une butée de manière que lorsqu'il s'extrait, le boitier, qui est relié à une tête de soupape, se déplace contre la force d'un ressort de rappel et soulève cette tête de soupape de son siège, ladite soupape étant associée à une soupape pilote. Les soupapes thermostatiques s'utilisent très généralement, en particulier pour le réglage du circuit d'agent réfrigérant de moteurs à combustion interne de véhicules automobiles Il subsiste toujours un certain problème au démarrage à froid, c'est-à-dire lorsque le moteur à combustion interne est mis en marche et que l'agent réfrigérant s'échauffe pour atteindre la température de service Lorsque la température d'ouverture est atteinte, la soupape s'ouvre immédiatement en libérant une relativement grande section et en provoquant une surrégulation relativement forte Il est possible d'apporter une certaine amélioration en modifiant la courbe caractéristique de service dans cette plage par une conformation particulière du siège de soupape, à savoir au moyen d'un siège dit à soupape pilote. Il est aussi connu, pour améliorer la courbe caractéristique de service dans cette plage, d'intégrer une soupape pilote auxiliaire à la soupape thermostatique Il est connu dans ce but de monter dans la tête de la soupape thermostatique une petite soupape auxiliaire comprenant un élément thermostatique propre de travail et constituant une soupape pilote Cette soupape pilote s'ouvre avant que la soupape thermostatique principale atteigne la température d'ouverture. Suivant un autre mode de réalisation connu (DE C 31 Qi 248), la tête de soupape est montée "flottante" sur le boitier de l'élément thermostatique de travail La tête de soupape est disposée entre un élément discoidal d'entraînement monté sur le boitier et un ressort de manière que le premier déplacement du boitier consiste en un genre de course à vide au moment de la sortie du piston de travail, c'est-à-dire que la tête de soupape n'est pas encore entrainée Une voie d'écoulement est alors libérée entre le boitier de l'élément thermostatique de travail et l'élément d'entraînement, ce qui permet d'obtenir l'effet de soupape pilote La tête de soupape n'est ensuite écartée du boitier de l'élément thermostatique de travail qu'à la fin de la course à vide et donc l'élément d'entraînement s'applique contre la tête de soupape et l'entraîne. L'invention a pour objet une soupape thermostatique du type spécifié en préambule et se caractérisant par une structure simple et un fonctionnement fiable. Selon une particularité essentielle de l'invention, une course à vide que doit parcourir le piston de travail pendant la première partie du mouvement de sortie est prévue entre la butée, qui est une butée d'absorption de poussée, et le piston de travail, une dérivation qui contourne la soupape formée de la tête et de son siège est associée à un organe obturateur monté sur le piston de travail de manière qu'il forme avec la dérivation une soupape pilote qui s'ouvre pendant que le piston de travail parcourt la course à vide au cours de sa sortie et l'organe obturateur est soumis à la force d'un ressort de fermeture qui s'exerce dans le sens inverse à celui de la sortie du piston de travail. La disposition de l'invention permet d'obtenir une soupape pilote qui non seulement possède un effet de pilotage qui améliore la courbe caractéristique de service, mais qui de plus agit en soupape de sécurité en cas de surpression Lorsque la soupape thermostatique est utilisée en particulier en régulateur à étranglement, il risque de se produire une surpression suffisamment élevée pour provoquer des dégâts avant que la soupape thermostatique réponde, du fait que l'agent réfrigérant est froid Dans ce cas, la soupape pilote entre également en action, car elle est conformée et montée de manière qu'elle s'ouvre non seulement lorsque la température d'ouverture est atteinte, mais également en cas d'apparition d'une surpression réglable au moyen de son ressort de fermeture. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée qui va suivre d'exemples de réalisation représentés sur les dessins, sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'une soupape thermostatique selon l'invention utilisée en régulateur à étranglement, la figure 2 est une coupe partielle à échelle aggrandie d'un premier mode de réalisation d'une soupape thermostatique selon l'invention, la figure 3 est une coupe partielle, analogue à celle de la figure 2, d'un autre exemple de réalisation à tête de soupape en matière plastique fixée par accrochage élastique et la figure 4 est une coupe partielle, analogue à celle des figures 2 et 3, d'un autre exemple de réalisation. La soupape thermostatique ( 10) représentée sur la figure 1 est montée en régulateur à étranglement dans un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne La soupape thermostatique ( 10) règle la distribution du flux d'agent réfrigérant entre une arrivée ( 11) provenant du moteur à combustion interne et un départ ( 12) conduisant à un radiateur ainsi qu'un orifice d'étranglement ( 13) retournant directement au moteur Un siège ( 15) prévu dans une boite ( 14) forme la soupape principale avec une tête ( 16) de soupape La tête ( 16) de soupape est fixée à un boitier ( 17) d'un élément thermostatique de travail L'élément thermostatique de travail contient de manière connue une substance dilatable, en particulier une cire dont le volume augmente à une température prescrite de manière qu'un piston de travail ( 18) s'extraie du boitier ( 17) Le piston de travail ( 18) prend appui contre une butée ( 19) formée par un étrier ( 20) en tôle Lorsque la température chute et donc que la substance dilatable se contracte, le piston de travail ( 18) rentre dans le boitier ( 17) Ce mouvement de rentrée est produit par un ressort de rappel( 21) qui exerce sa force sur la tête ( 16) de soupape et donc sur le boitier ( 17) vers le siège ( 15) et la butée ( 19) Le ressort de rappel ( 21) est retenu par des étriers ( 22) et il est sous précontrainte. Une dérivation ( 23) sur la soupape principale formée du siège ( 15) et de la tête ( 16) consiste dans l'exemple de réalisation de la figure 1 en trous formant une couronne dans la tête ( 16) de la soupape La dérivation ( 23) coopère avec un organe obturateur ( 24) disposé du côté de la sortie du piston de travail ( 18) et solidarisé avec ce dernier Un ressort de fermeture ( 25), qui entoure le piston de travail ( 18), est disposé entre cet organe obturateur ( 24) conformé en tête de soupape et l'étrier ( 20). Le piston de travail ( 18) comporte un épaulement annulaire ( 26) qui coopère avec la butée ( 19), c'est-à-dire que la butée ( 19) n'agit en tant que telle qu'au moment auquel l'épaulement annulaire ( 26) s'applique contre elle, car elle empêche alors la poursuite du mouvement de sortie du piston de travail ( 18) Un prolongement ( 27) en forme de tige, qui guide le piston de travail ( 18) dans l'étrier ( 20), est disposé en direction axiale au-delà de l'épaulement annulaire ( 26). Lorsque le moteur à combustion interne, dans le circuit d'agent réfrigérant duquel la soupape thermostatique représentée ( 10) est montée en régulateur à étranglement, est mis en marche alors qu'il est froid, cette soupape occupe tout d'abord la position représentée sur la figure 1 et dans laquelle la soupape formée du siège ( 15) et de la tête ( 16) ainsi que la dérivation ( 23) sont fermées L'agent réfrigérant retourne de l'arrivée ( 11) par l'orifice d'étranglement ( 13) dans le moteur à combustion interne Si une surpression dépassant la force de fermeture 2679977 du ressort ( 25) apparait avant que la température provoque l'ouverture de la soupape thermostatique ( 10), l'organe obturateur ( 24) se soulève et libère la dérivation ( 23) de manière à faire chuter la pression Toutefois, la dérivation ( 23) demeure normalement fermée jusqu'à ce que la température de l'agent réfrigérant atteigne une valeur déterminée par la substance dilatable Lorsque cette valeur est atteinte et dépassée, le piston de travail ( 18) sort du boitier ( 17) Il parcourt alors tout d'abord une course à vide prédéterminée par la distance séparant la butée ( 19) de l'épaulement annulaire ( 26) Pendant le parcours de cette course à vide, le boitier ( 17) et donc aussi la tête ( 16) de soupape demeurent à la position représentée, de sorte que la soupape formée par la tête ( 16) et le siège ( 15) demeure fermée Toutefois, pendant qu'il parcourt cette course à vide, le piston de travail ( 18) entraine déjà l'organe obturateur ( 24), de sorte que la dérivation ( 23), qui constitue une soupape pilote à courbe caractéristique de service déterminée, s'ouvre Le mouvement du boitier ( 17) et donc l'ouverture de la soupape formée du siège ( 15) et de la tête ( 16) ne débutent qu'au moment auquel l'épaulement annulaire ( 26) s'applique contre la butée ( 19) après qu'une seconde température réglable par la longueur de la course à vide a été atteinte et dépassée. Lorsque la température de l'agent réfrigérant chute, le ressort de rappel ( 21) repousse le boitier ( 17) et la tête ( 16) de la soupape jusqu'à ce que celle-ci s'applique contre son siège ( 15) Le piston de travail ( 18) subit alors aussi un mouvement de rentrée dans le boitier ( 17). Lorsque la température de l'agent réfrigérant continue de chuter, le piston de travail ( 18) poursuit son mouvement de rentrée dans le boitier ( 17) en entrainant l'organe obturateur ( 24) jusqu'à ce que celui-ci s'applique contre la tête ( 16) de la soupape et ferme la dérivation ( 23). L'épaulement annulaire ( 26) du piston de travail ( 18) s'écarte alors de la butée ( 19) constituée en butée d'absorption de poussée. Le ressort de fermeture ( 25) est calculé de manière qu'il ait une force et qu'il subisse une précontrainte qui soient notablement inférieures à la force du ressort de rappel ( 21), afin qu'il ne puisse pas ouvrir la soupape formée du siège ( 15) et de la tête ( 16). Le siège ( 15) de la soupape, qui n'est représenté que schématiquement sur la figure 1, est simplement formé par le bord d'un trou d'un disque, mais il peut bien entendu être réalisé en réalité de manière connue en siège dit à soupape pilote. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, la dérivation est conçue sous forme de plusieurs trous radiaux ( 30) et d'une chambre annulaire ( 29) qui s'ouvre dans le sens de la sortie du piston de travail ( 18) et qui est disposée à la suite des trous ( 30), les trous ( 30) et la chambre annulaire étant usinés dans un couvercle ( 28) du boitier ( 17) Les trous radiaux ( 30) se trouvent sur le côté de la tête de soupape ( 162) réalisée en tôle qui est opposé au sens de sortie du piston de travail ( 18) Cette tête de soupape ( 162), qui coopère avec un siège ( 151) en une pièce avec l'étrier ( 20), est fixée par sertissage ( 31) sur le couvercle ( 28) du boitier ( 17). Un organe obturateur, conformé en tête ( 241) de soupape et associé au côté sortie de la chambre annulaire ( 29) entourant le piston de travail ( 18), est serré au moyen d'un collet sur le piston ( 18) et éventuellement relié à ce dernier par une fixation supplémentaire. L'épaulement annulaire ( 26) du piston de travail ( 18) est tronconique Il coopère avec une partie de l'étrier ( 20) conformée en conséquence et constituant la butée ( 19). Le mode de réalisation de la figure 3 diffère essentiellement de celui de la figure 2 par la tête ( 163) de soupape, qui, dans ce mode de réalisation, est constituée d'une pièce de matière plastique réalisée par moulage par injection Une partie de cette tête ( 163) de soupape qui forme un moyeu est montée sur un épaulement annulaire d'un couvercle ( 281) du boitier ( 17) de l'élément thermostatique de travail Ce couvercle comprend une chambre annulaire ( 29) et plusieurs trous radiaux ( 30) correspondant à ceux de l'exemple de réalisation de la figure 2. La tête ( 163) de la soupape comporte plusieurs talons d'accrochage ( 32) qui enserrent un collet annulaire du boitier ( 17) et donc la tête de soupape ( 163) est accrochée entre le couvercle ( 281) et le boitier ( 17) Les talons d'accrochage ( 32) sont conformés et disposés de manière qu'il subsiste une voie suffisante de circulation pour permettre à l'agent réfrigérant d'atteindre les trous ( 30) et la chambre annulaire ( 29) La tête ( 163) de la soupape comporte une cavité disposée en face du siège ( 151) et dans laquelle est montée une garniture d'étanchéité ( 33) qui a la forme d'un joint torique dans l'exemple de réalisation. Le mode de réalisation de la figure 4 diffère de celui de la figure 3 par le fait que les trous radiaux ( 304) et la chambre annulaire ( 294), qui constituent la dérivation, sont formés par la tête ( 164) de soupape conformée en pièce de matière plastique réalisée par moulage par injection La tête ( 164) de la soupape est centrée par un moyeu sur un épaulement annulaire d'un couvercle ( 284) du boitier ( 17) de l'élément thermostatique de travail et elle enserre ce boitier ( 17) au moyen de talons ( 32) d'accrochage Le moyeu de la tête ( 164) de soupape comporte les trous radiaux ( 304) qui peuvent bien entendu n'être aussi que des entailles Par ailleurs, son bord interne est à distance du piston de travail ( 18) afin de former la chambre annulaire ( 294) qui coopère avec l'organe obturateur ( 241). La soupape thermostatique ( 10)de l'invention est utilisée en régulateur à étranglement, comme mentionné en regard de la figure 1 Mais il est bien entendu possible aussi d'utiliser cette soupape thermostatique de manière connue en régulateur de commande d'un court- circuit, et dans ce cas, une tige et une tête translatable de soupape de court-circuit ainsi qu'un ressort de soupape sont disposés à l'extrémité inférieure du boitier et alors un 8 2679977 orifice correspondant de court-circuit disposé dans le prolongement axial du boitier ( 17) remplace l'orifice d'étranglement ( 13). REVENDI CATIONS 1 Soupape thermostatique, en particulier pour circuit d'agent réfrigérant d'un moteur à combustion interne, comportant un élément thermostatique de travail qui comprend un boitier contenant une substance dilatable et un piston de travail pouvant s'extraire du boitier et prenant appui contre une butée de manière que pendant son mouvement de sortie, le boitier, qui est relié à une tête de soupape, se déplace contre la force d'un ressort de rappel et soulève cette tête de soupape de son siège, ladite soupape étant associée à une soupape pilote, caractérisée en ce qu'une course à vide, que le piston de travail ( 18) doit parcourir au cours de la première partie de son mouvement de sortie, est prévue entre la butée ( 19) conformée en butée d'absorption de poussée et ce piston de travail, en ce qu'une dérivation ( 23, 29; 29, 30; 294, 284) sur la soupape formée de sa tête ( 16, 162, 163, 164) et d'un siège ( 15, 151) coopère avec un organe obturateur ( 24, 241) qui est monté sur le piston de travail ( 18) de manière à former avec la dérivation une soupape pilote qui s'ouvre pendant que le piston de travail parcourt la course à vide lors de son mouvement de sortie et en ce que l'organe obturateur est soumis à la force d'un ressort de fermeture ( 25) qui s'exerce dans le sens inverse à celui de la sortie du piston de travail. 2 Soupape thermostatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa tête ( 161, 163) est montée sur un couvercle ( 28, 281) du boitier ( 17) qui forme un guide du piston de travail ( 18) et en ce que la dérivation ( 29, 30) est usinée dans le couvercle. 3 Soupape thermostatique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la dérivation comprend un canal annulaire ( 29) ouvert dans le sens de la sortie du piston de travail ( 18) et coopérant avec l'organe obturateur ( 241) conformé en tête de soupape pilote et monté sur le piston de travail. 4 Soupape thermostatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que plusieurs trous radiaux ( 30) prévus dans le couvercle ( 28, 281) sont situés sur le côté de la tête ( 162, 163) de soupape qui est opposé au côté de sortie du piston de travail ( 18) et le canal annulaire ( 29) ouvert dans le sens de la sortie du piston de travail est dans le prolongement de ces trous radiaux. Soupape thermostatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la tête ( 162) de soupape qui est prévue est formée dans une tôle et fixée par sertissage ( 31) sur le couvercle ( 28). 6 Soupape thermostatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'unetête ( 163, 164) de soupape constituée d'une pièce de matière plastique réalisée par moulage par injection est montée sur le couvercle ( 281, 284) et comporte plusieurs talons d'accrochage ( 32) qui enserrent un bourrelet anulaire du boitier ( 17). 7 Soupape thermostatique selon la revendication 6, caractérisée en ce que la tête ( 164) de soupape constituée d'une pièce de matière plastique réalisée par moulage par injection comprend un moyeu qui prend appui radialement et axialement sur le couvercle ( 284) et qui forme avec le piston de travail ( 18) un canal annulaire ( 294) ouvert dans le sens de la sortie du piston et communiquant avec plusieurs trous ( 304) réalisés dans le moyeu.