Brevet FR2696501A1 — publié le 19940408

L'invention concerne un dispositif de protec- tion d'un circuit de fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne contre la surpression, comprenant une tubulure de remplissage disposée dans la partie supérieure d'un réservoir de fluide de refroidissement intégré dans le circuit de refroidissement pour assurer le niveau de remplissage requis, au moins une soupape fermant de façon étanche la tubulure de remplissage et une ouverture d'échappement reliant le volume de gaz dans le réservoir de fluide de refroidis- sement à la tubulure de remplissage. Par la demande de brevet européen O 177 860, on connaît un tel dispositif, par lequel un réservoir de fluide de refroidissement est protégé contre la sur- pression au moyen d'un dispositif de soupape à deux étages placé dans une tubulure de remplissage La première soupape est précédée d'un flotteur qui met cette soupape hors fonction au cas o le niveau de l'eau de refroidissement monte excessivement Ainsi, une égalisation de pression ne peut plus s'effectuer que par la seconde soupape, ayant une pression d'ouverture plus élevée que la première Il est proposé en plus de prévoir, entre le point le plus haut dans le réservoir de liquide de refroidissement et la zone située devant la première soupape, un orifice d'étranglement pour l'échappement du volume de gaz enfermé dans le réservoir de fluide de refroidissement. Ce dispositif a l'inconvénient qu'une protec- tion sûre contre un remplissage excessif n'est pas assurée quand du liquide de refroidissement est rajouté. La section d'arrivée est certes réduite par le soulève- ment du flotteur à partir d'un niveau de remplissage déterminé, mais le système n'est pas protégé contre une lente poursuite du remplissage De plus, l'air contenu dans le réservoir de liquide de refroidissement peut s'échapper par l'orifice d'étranglement, de sorte qu'il n'est pas non plus possible qu'il se forme un coussin d'air qui pourrait servir de sécurité contre la pour- suite du remplissage. Par la demande de brevet allemand P 42 20 631 6-13, non encore soumise à l'inspection publique, on connaît également un dispositif de soupape biétagé relié à une fermeture d'un réservoir de fluide de refroidissement L'engagement d'un tel dispositif de soupape dans une tubulure de remplissage connue permet10 certes d'obtenir une sûreté suffisante contre un remplissage excessif Toutefois, si le niveau du liquide de refroidissement dans ledit réservoir dépasse le repère de remplissage pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, le volume de gaz enfermé15 dans la partie supérieure de ce réservoir ne peut plus être détendu par sa mise à l'échappement. Par le brevet DE 41 07 183, on connaît enfin un réservoir d'eau de refroidissement de compensation avec un dispositif simple de protection contre le20 remplissage excessif, possédant une soupape de surpres- sion installée dans une conduite d'échappement et fermée lors du remplissage. L'invention a donc pour but de perfectionner un dispositif de protection contre la surpression pour un circuit de fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne, de manière simple et de telle façon que, d'une part, une sûreté contre la surpression soit garantie pour l'ensemble du volume de gaz et de liquide enfermé dans le réservoir de liquide de refroidissement30 dans toutes les plages de fonctionnement et que, d'autre part, une sûreté contre le remplissage excessif soit assurée pour ce réservoir. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait qu'un élément commutable est disposé dans l'ouverture d'échappement, de manière que la liaison entre le volume de gaz et la tubulure de remplissage soit fermée lors du remplissage du réservoir de fluide de refroidissement et soit ouverte sinon, l'élément commutable étant constitué d'un clapet en forme de flèche, qui est disposé dans le volume de gaz 5 et poussé par un ressort dans l'ouverture d'échappement par sa pointe, l'agencement étant tel que lorsque le dispositif de soupape est retiré, le clapet ferme l'ouverture d'échappement et pénètre par sa pointe dans la tubulure de remplissage et que le dispositif de10 soupape, à sa mise en place dans la tubulure de remplis- sage, pousse la pointe du clapet hors de cette tubulure et dégage ainsi l'ouverture d'échappement. Grâce à la disposition d'un élément commutable dans le canal d'échappement, il est possible d'assurer les deux fonctions, c'est-à-dire la protection contre un remplissage excessif et la protection contre la sur- pression L'élément commutable est fermé pour le rem- plissage du réservoir de liquide de refroidissement, de sorte qu'un coussin de gaz peut se former dans la partie20 supérieure de ce réservoir Ainsi est garanti que ce réservoir puisse seulement être rempli jusqu'à ce que soit atteint le bord inférieur de la tubulure de remplissage. Si davantage de liquide de refroidissement est ajouté, seul le niveau du liquide dans la tubulure de remplis- sage augmente encore L'élément cummutable est ouvert après la fermeture du réservoir de liquide de refroi- dissement, de sorte qu'une égalisation de pression entre le volume de gaz et la tubulure de remplissage est possible dans tous les autres états de fonctionnement du30 moteur à combustion interne. Selon des modes de réalisation préférés l'ouverture d'échappement débouche dans la tubulure de remplissage au-dessous d'une seconde soupape de surpression; l'ouverture d'échappement est placée dans la partie supérieure du réservoir de liquide de refroidissement; * le dispositif de soupape est relié à un bouchon de fermeture recouvrant la tubulure de remplissage; * à l'ouverture du bouchon, le volume de gaz est d'abord détendu à travers l'ouverture d'échappement et le dispositif de soupape peut seulement être retiré de la tubulure de remplissage quand le volume de gaz est détendu; * le réservoir de liquide de refroidissement est installé de manière que le niveau de remplissage maximal, préfixé par le bord inférieur de la tubulure de remplissage, se trouve sous le bord supérieur du radiateur, le réservoir de liquide de refroidissement étant en liaison d'écoulement de fluide avec la boîte à eau du radiateur coordonnée au côté aspiration du circuit de refroidissement par une conduite supplémentaire agencée dans la partie inférieure du réservoir de liquide de refroidissement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une représentation schéma- tique d'un radiateur muni d'un réservoir compensateur dl-un moteur à combustion interne; la figure 2 est une coupe axiale partielle du réservoir compensateur de la figure 1 alors que le dispositif de soupape a été engagé dans la tubulure de remplissage; la figure 3 est une coupe analogue du réservoir compensateur de la figure 2, mais avec un niveau plus haut du liquide de refroidissement;35 la figure 4 est une coupe axiale du réser- voir compensateur de la figure 2 après dégagement ou ouverture de la tubulure de remplissage; et la figure 5 est une représentation schéma- tique d'un autre exemple de réalisation. La figure 1 représente le radiateur 1 du circuit de refroidissement dont les autres parties ne sont pas représentées d'un moteur à combustion in- terne Le radiateur 1 est raccordé par un tuyau de remplissage 2 à un réservoir de liquide de refroidisse- ment réalisé comme un réservoir compensateur 3 et installé au point le plus haut du système de refroidis- sement Pour refaire le plein en liquide de refroidis- sement, le réservoir compensateur 3 est muni dans sa partie supérieure d'une tubulure de remplissage 4 normalement fermée par un bouchon 5 Un dispositif de soupape biétagé 6, relié par un trop-plein 7 à l'atmos- phère, est prévu dans la partie supérieure de la tubu- lure 4 pour protéger le système de refroidissement contre la surpression La tubulure 4 est pourvue en outre d'une ouverture d'échappement 8 pouvant être fermée ou ouverte par un élément commutable 9. Les figures 2 et 3 montrent le réservoir compensateur 3 partiellement en coupe et alors que la tubulure de remplissage est fermée au moyen du bouchon 5, lequel peut être vissé sur la tubulure 4 grâce à la prévision d'un filetage 10 Au bouchon 5 est attachée une pièce insérée, à savoir un insert cylindrique 11 qui est adapté à la forme de la tubulure 4, mais avec préservation entre l'insert 11 et la tubulure 4 d'un interstice 12 qui est interrompu en direction verticale par des joints annu- laires d'étanchéité 13 encastrés circonférentiellement dans la paroi latérale de l'insert 11 Dans la partie supérieure de ce dernier, est intégré le dispositif de soupape biétagé 6, lequel est constitué d'un ressort de soupape 14, d'un premier et d'un second disques de soupape 15, 16 et d'une lèvre d'étanchéité ( 17) de forme en U qui entoure le bord du second disque de soupape 16. Les deux disques 15, 16 sont montés dans le ressort 14, appuyé sur le bouchon 5, de manière qu'ils soient pressés par la force de ce ressort contre une saillie 18 formant un siège de soupape, les deux branches de la lèvre d'étanchéité 17 en forme de U séparant de façon étanche au gaz la partie inférieure de la tubulure 4 d'une chambre annulaire 19 Celle-ci est reliée à son tour par des orifices 20 et une première chambre 21 au trop-plein 7. Les deux disques de soupape 15, 16 possèdent un fond percé et une soupape de dépression 22 est prévue entre eux La soupape de dépression 22 est formée d'un disque de soupape supplémentaire 23 pressé contre le premier disque 15, constituant un siège de soupape, par un ressort de soupape 24 appuyé sur le second disque 16. La partie inférieure de l'insert 11 porte intérieurement un collet annulaire 25 Ensemble avec le dispositif de soupape 6, ce collet délimite une chambre de flotteur 26 contenant un flotteur 28 pourvu d'une lèvre d'étanchéité supplémentaire 27 et conformé de manière qu'un interstice 29 soit formé également entre25 lui-même et l'insert 11 Celui-ci présente en outre, à la hauteur de la chambre de flotteur 26, un orifice 30 qui relie l'interstice 29 à l'interstice 12 L'insert 11 présente enfin un autre orifice 31 qui relie la tubulure de remplissage 4 à une première branche 32 du tuyau de remplissage 2 La seconde branche 33 de ce tuyau s'étend jusque dans la partie inférieure du réservoir compensa- teur 3 Les joints d'étanchéité 13 sont montés à la périphérie de l'insert 11, de manière que lorsque l'in- sert a été engagé dans la tubulure de remplissage, les35 orifices 20, 30 et 31 ne communiquent pas entre eux par l'interstice 12, mais soient séparés les uns des autres de façon étanche au gaz. L'ouverture d'échappement 8, placée dans la partie supérieure du réservoir compensateur 3, mais au-dessous de la seconde soupape de surpression formée par le second disque 16 et débouchant dans la tubulure 4, peut être ouverte ou fermée à l'aide de l'élément commutable 9 Celui-ci est constitué d'un clapet 34 en forme de flèche dont la pointe est poussée dans l'ou- verture d'échappement 8, en forme d'entonnoir, par un ressort 35 s'appuyant sur une agrafe d'attache 36 fixée à la tubulure 4 Au-dessus de l'ouverture d'échappement 8, on a prévu en plus une deuxième chambre 37, laquelle ne communique pas avec la première chambre 21. On expliquera ci-après le fonctionnement du dispositif selon l'invention en référence aux figures 1 à 4 dont la dernière montre le réservoir compensateur 3 de la figure 2 après que l'insert 11 ait été retiré de la tubulure de remplissage 4 Pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, le liquide de refroidisse- ment peut se dilater, par suite de son échauffement, jusqu'à ce que soit atteint le niveau de fluide de refroidissement indiqué sur la figure 2 Comme la tubulure de remplissage 4 plonge alors dans le liquide de refroidissement, le volume de gaz contenu dans la partie supérieure du réservoir compensateur 3 est séparé du volume de gaz dans la tubulure 4 Du fait que l'élé- ment commutable 9 est ouvert quand l'insert 11 est engagé dans la tubulure 4, une égalisation de pression peut avoir lieu entre les deux volumes de gaz, l'air contenu dans le réservoir 3 pouvant parvenir à travers l'ouverture d'échappement 8, l'interstice 12 et l'ori- fice 30 dans la chambre de flotteur 26 et de là dans l'ensemble de la tubulure 4 Donc, même si le niveau du liquide de refroidissement monte, la même pression règne toujours dans l'ensemble du volume de gaz L'échange de liquide de refroidissement entre le radiateur 1 et le réservoir compensateur 3 s'effectue dans ce cas à travers la seconde branche 33 du tuyau de remplissage 2 puisque la première branche 32 est fermée par l'insert il engagé dans la tubulure. Lorsque la pression dans le volume de gaz dépasse une première pression d'ouverture p 1 préfixée par le ressort de soupape 14, le premier disque 15 se soulève du second disque 16, en raison de sa plus grande face utile, et la pression dans le volume de gaz peut s'échapper à travers la chambre annulaire 19, les orifices 20, la première chambre 21 et le trop- plein 7, jusqu'à ce qu'elle soit de nouveau descendue sous la pression d'ouverture pl La percée dans le fond du premier disque 15 est fermée lors de ce processus par le disque 23 de la soupape de dépression 22 Si le liquide se refroidit, ce qui diminue son volume, une dépression peut s'établir dans le réservoir compensateur 3 Au cas o la pression descend au-dessous d'une pression limite Pu préfixée par le ressort de soupape 24, le disque 23 se soulève du disque 15, contre la force du ressort 24, en établissant ainsi une liaison entre le volume de gaz enfermé et l'atmosphère. Si, en revanche, le niveau du liquide de refroidissement monte davantage, une quantité croissante de liquide pénètre à travers la tubulure 4 et l'ouver- ture d'échappement 8 dans la chambre de flotteur 26 Le flotteur 28 est de ce fait levé du collet annulaire 25 et monte avec le niveau du liquide, jusqu'à ce qu'il s'applique contre le second disque 16 et ferme par la lèvre 27 la percée centrale, enfermant ainsi un volume de gaz à la pression d'ouverture pl La pression d'ou- verture P 2 de la seconde soupape de surpression 16 est donc plus élevée que la première pression d'ouverture Pl Cela signifie que lorsque le niveau du liquide de refroidissement est haut et que le danger existe que du liquide sorte du réservoir 3, le dispositif de soupape 6 ouvre seulement à une pression d'ouverture P 2 plus élevée. A l'ouverture du bouchon 5, il doit être garanti que le réservoir compensateur 3 soit d'abord détendu à travers le trop-plein 7 et qu'ensuite seule- ment, quand la surpression est supprimée et qu'il n'y a plus de risque que de la vapeur ou de l'eau de refroi- dissement chaude sorte de la tubulure de remplissage 4, le bouchon puisse être ouvert complètement et enlevé A cet effet, la tubulure 4 présente à son bord supérieur une surface 38 définissant une section s'évasant conique- ment vers le haut, l'agencement étant tel que le joint annulaire d'étanchéité 13 le plus haut s'applique, quand le bouchon 5 est fermé, juste contre la naissance de la surface 38 évasée coniquement L'interstice 20 est ainsi séparé de façon étanche au gaz du trop-plein lorsque le bouchon 5 est fermé, de sorte qu'un échappement peut avoir lieu seulement à travers le dispositif de soupape 6 A l'ouverture du bouchon 5, l'insert Il est soulevé, de sorte que le joint supérieur 13 vient se placer à la hauteur de la surface 38 évasée coniquement et libère ainsi un passage de l'interstice 12 vers le trop-plein 7 La surpression dans la tubulure 4 et le volume de gaz peut ainsi être détendue respectivemement à travers l'orifice 30 et l'ouverture d'échappement 8 Le filetage est réalisé de manière que l'ouverture complète du bouchon 5 ne soit pas possible sans saisir ce bouchon une deuxième fois après l'avoir dévissé en partie Le temps nécessaire à cette opération suffit à détendre le réservoir compensateur 3 Donc, a l'ouverture du bouchon , le volume de gaz est d'abord détendu à travers l'ouverture d'échappement 8 et le dispositif de soupape 6 peut ensuite seulement être retiré de la tubulure 4. En enlevant le bouchon 5, on extrait en même temps l'insert 11 avec le dispositif de soupape 6 - lequel est donc relié au bouchon 5 de la tubulure de remplissage 4 Cette opération dégage d'abord l'orifice 31, de sorte que le tuyau de remplissage 2 est mis en communication avec la tubulure 4 Pendant la suite de l'extraction, l'ouverture d'échappement 8 est également dégagée, de sorte que le clapet 34 est pressé par la force du ressort 35 dans cette ouverture, laquelle est ainsi fermée. Pendant que du liquide de refroidissement est rajouté, l'air enfermé dans le réservoir compensateur 3 ne peut s'échapper par la tubulure 4 que jusqu'au moment o le niveau du liquide atteint le bord inférieur de cette tubulure Comme l'ouverture d'échappement 8 est également fermée par l'élément commutable 9 à l'extrac- tion du dispositif de soupape 6, le volume de gaz enfermé est entièrement contenu de façon étanche au gaz. En cas de poursuite du remplissage, de l'air ne peut donc plus s'échapper, si bien que le niveau du liquide de refroidissement continue seulement à monter dans le tubulure 4, jusqu'à ce qu'il atteigne l'orifice 31 A travers cet orifice, le liquide peut ensuite s'écouler aussi dans le tuyau de remplissage 2 donc dans tout le circuit de refroidissement Quand ce circuit est égale- ment rempli, le niveau du liquide dans l'insert monte plus encore, de sorte que l'utilisateur peut voir que le niveau maximal du liquide de refroidissement est at- teint. Quand la tubulure de remplissage 4 est fermée ensuite par l'introduction de l'insert 11, le clapet 34, faisant saillie par sa pointe à l'intérieur de la tubulure, est repoussé hors de l'ouverture d'échappement 8, contre la force du ressort 35, de sorte que l'ouver- il ture 8 est libérée Cela signifie qu'au moment de l'introduction de l'insert Il dans la tubulure 4, l'élément commutable 9 est automatiquement ouvert, de sorte qu'une égalisation de pression est ensuite pos- sible à tout moment entre le volume de gaz et la tubu- lure 4 à travers l'ouverture 8 En outre, à l'ouverture du bouchon 5, il se produit d'abord une détente, ce qui protège l'utilisateur contre la sortie de liquide chaud et l'élément 9 est fermé ensuite seulement, ce qui assure la protection contre un remplissage excessif au moment de refaire le plein. La figure 5 montre un autre exemple de réali- sation d'un circuit de refroidissement avec un disposi- tif selon l'invention Contrairement au premier exemple, le réservoir compensateur 3 est installé ici de manière que son dessus se trouve à la même hauteur que le dessus du radiateur 1, si bien que le bord inférieur de la tubulure de remplissage 4 est situé sous le bord supé- rieur du radiateur On a prévu en plus, dans ce dispo- sitif, une conduite 39 qui relie directement la partie inférieure du réservoir compensateur 3 à une boîte à eau du radiateur 1 coordonnée au côté aspiration du circuit de refroidissement Sous l'effet de la dépres- sion régnant par suite de l'aspiration dans la boîte à eau 40, une partie du liquide de refroidissement est extraite du réservoir compensateur 3 lorsque le bouchon est ouvert Ainsi, on obtient également lors du remplissage, devant être effectué avec le moteur en marche, des niveaux de liquide différents dans le réservoir 3 et dans le radiateur 1 En choisissant la longueur de la tubulure de remplissage 4 exactement pour que la différence de hauteur entre le bord inférieur de la tubulure 4 et le bord supérieur du radiateur corres- ponde à la dépression créée dans le tuyau d'aspiration et régnant dans la boîte à eau 40 quand le moteur tourne au ralenti, on empêche avec ce dispositif également un remplissage excessif du circuit de refroidissement. Quand la tubulure 4 est obturée en bas, l'élément commutable 9 est fermé, de sorte que le volume de gaz dans le réservoir compensateur 3 est complètement enfermé De ce fait, lorsque le moteur est arrêté, une égalisation de niveau entre le réservoir compensateur 3 et le radiateur, donc aussi la pénétration d'air dans le circuit de liquide de refroidissement, sont empêchées. Indépendamment de l'exemple de réalisation décrit ici et dans lequel on a prévu un réservoir compensateur 3 séparé, le dispositif selon l'invention est bien entendu applicable aussi en cas d'utilisation d'un réservoir compensateur adapté sur le radiateur. REVENDICATIONS 1 Dispositif de protection d'un circuit de fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne contre la surpression, comprenant une tubulure de remplissage disposée dans la partie supérieure d'un réservoir de fluide de refroidissement intégré dans le circuit de refroidissement pour assurer le niveau de remplissage requis, au moins une soupape fermant de façon étanche la tubulure de remplissage et une ouver- ture d'échappement reliant le volume de gaz dans le réservoir de fluide de refroidissement à la tubulure de remplissage, caractérisé en ce qu'un élément commutable ( 9) est disposé dans l'ouverture d'échappement ( 8), de manière que la liaison entre le volume de gaz et la tubulure de remplissage ( 4) soit fermée lors du rem- plissage du réservoir de fluide de refroidissement ( 3) et soit ouverte sinon, l'élément commutable ( 9) étant constitué d'un clapet ( 34) en forme de flèche, qui est disposé dans le volume de gaz et poussé par un ressort ( 35) dans l'ouverture d'échappement ( 8) par sa pointe, l'agencement étant tel que lorsque le dispositif de soupape ( 6) est retiré, le clapet ( 34) ferme l'ouverture d'échappement ( 8) et pénètre par sa pointe dans la tubulure de remplissage ( 4) et que le dispositif de soupape ( 6), à sa mise en place dans la tubulure de remplissage ( 4), pousse la pointe du clapet ( 34) hors de cette tubulure ( 4) et dégage ainsi l'ouverture d'échap- pement ( 8). 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'ouverture d'échappement ( 8) débouche dans la tubulure de remplissage ( 4) au-dessous d'une seconde soupape de surpression ( 16). 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ouverture d'échappement ( 8) est placée dans la partie supérieure du réservoir de liquide de refroidissement ( 3). 4 Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de soupape ( 6) est relié à un bouchon de fermeture ( 5) recouvrant la tubulure de remplissage ( 4). 5 Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que, à l'ouverture du bouchon ( 5), le volume de gaz est d'abord détendu à travers l'ouverture d'échap- pement ( 8) et que le dispositif de soupape ( 6) peut seulement être retiré de la tubulure de remplissage ( 4) quand le volume de gaz est détendu. 6 Dispositif selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le réservoir de liquide de refroi- dissement ( 3) est installé de manière que le niveau de remplissage maximal, préfixé par le bord inférieur de la tubulure de remplissage ( 4), se trouve sous le bord supérieur du radiateur, le réservoir de liquide de refroidissement ( 3) étant en liaison d'écoulement de fluide avec la boîte à eau ( 40) du radiateur ( 1) coor- donnée au côté aspiration du circuit de refroidissement par une conduite supplémentaire ( 39) agencée dans la partie inférieure du réservoir de liquide de refroidis- sement ( 3).