Brevet FR2703730A1 — publié le 19941014

Perfectionnements aux circuits de refroidissement à liquide, pour moteurs à combustion interne. L'invention est relative aux circuits de refroidissement à liquide, pour moteurs à combustion interne, comprenant un radiateur de refroidissement, une pompe de circulation et une vanne de régulation qui est montée sur une dérivation établie entre une canalisation du circuit conduisant au radiateur le liquide de refroidissement chaud qui sort du moteur et une canalisation du circuit dirigeant vers moteur le liquide de refroidissement froid qui sort du radiateur, laquelle vanne comporte, à l'intérieur d'une chambre, des moyens obturateurs mobiles agencés de façon à diriger vers le radiateur ou directement vers le moteur des proportions du débit de liquide chaud reçu par la vanne qui varient en fonction de la température du liquide en une zone convenablement choisie de ladite chambre ainsi que d'au moins un autre paramètre de fonctionnement. C'est pour simplifier la terminologie qu'on utilise 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 respectifs de température au cours du fonctionnement normal du moteur. Toutefois, on ne doit pas attacher à ces expressions un sens trop littéral car il existe par exemple des situations dans lesquelles les trois liquides sont à la même température (moteur arrêté depuis quelque temps) ou dans lesquelles le liquide dit "chaud" est à une température relativement basse (démarrage du moteur). L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, les circuits de refroidissement pour moteurs de véhicules tels que les voitures particulières, les véhicules de transport en commun et les camions, et plus particulièrement encore les circuits de refroidissement dont le liquide est utilisé pour chauffer l'habitacle de ces véhicules. Des circuits de refroidissement du type défini ci-dessus ont déjà été décrits, notamment dans le document FR-A-2 589 219 Dans ce cas, les moyens obturateurs mobiles de la vanne de régulation, qui est dans ce cas une vanne mitigeuse, sont actionnés par une capsule thermostatique à cire logée dans la chambre de cette vanne de façon à y être sensible à la température de l'eau tiède; des paramètres de fonctionnement autres que cette température et tels que la température extérieure ou la température régnant sous le capot du moteur peuvent influer sur le domaine de fonctionnement de la capsule thermostatique et par conséquent sur la température de l'eau ramenée au moteur. Il a également été proposé (document DE-A-3 415 876) de remplacer la capsule thermostatique connue par un système électronique essentiellement constitué par l'ensemble de capteurs sensibles à divers paramètres de fonctionnement du moteur et capables d'émettre des signaux respectivement représentatifs de la valeur de chacun de ces paramètres, d'un calculateur recevant et traitant ces signaux et capable de générer un courant électrique tenant compte de ceux-ci, d'un moteur électrique réversible recevant ce courant électrique et comprenant un organe mobile en fonction de ce courant, et d'une transmission mécanique reliant l'organe mobile du moteur électrique aux moyens obturateurs mobiles de la vanne de régulation qui, dans ce cas, n'est pas une vanne mitigeuse Dans le circuit de refroidissement conforme à ce document, dont la vanne de régulation est donc dépourvue intentionnellement de capsule thermostatique à cire, l'organe mobile ou arbre rotatif de sortie du moteur électrique attaque par l'intermédiaire d'une came une tige portant les moyens obturateurs qui sont constitués par deux clapets ou boisseaux. Il a été constaté que les circuits de refroidissement à système électronique ainsi conçus prenaient bien en compte les divers paramètres de fonctionnement du moteur mais présentaient des risques en cas de défaillance du moteur électrique, de la transmission mécanique ou du circuit de commande électronique En un tel cas en effet, les moyens obturateurs mobiles de la vanne de régulation risquent d'être bloqués en une position interdisant le passage par le radiateur et l'eau du circuit de refroidissement peut alors atteindre des valeurs incompatibles avec la sécurité de fonctionnement. L'invention a essentiellement pour but d'éliminer ces risques. A cet effet, l'invention a pour objet un circuit de refroidissement à liquide, pour moteurs à combustion interne, comprenant un radiateur de refroidissement, une pompe de circulation et une vanne de régulation qui est montée sur une dérivation établie entre une canalisation du circuit conduisant au radiateur le liquide de refroidissement chaud qui sort du moteur et une canalisation du circuit dirigeant vers le moteur le liquide de refroidissement froid qui sort du radiateur, laquelle vanne comporte, à l'intérieur d'une chambre, des moyens obturateurs mobiles agencés de façon à diriger vers le radiateur ou directement vers le moteur des proportions du débit de liquide chaud reçu par la vanne qui varient en fonction de la température du liquide en une zone convenablement choisie de ladite chambre ainsi que d'au moins un autre paramètre de fonctionnement, circuit dans lequel les moyens obturateurs mobiles de la vanne de régulation sont actionnés par un système électronique essentiellement constitué par l'ensemble de capteurs sensibles à divers paramètres de fonctionnement du moteur et capables d'émettre des signaux respectivement représentatifs de la valeur de chacun de ces paramètres, d'un calculateur recevant et traitant ces signaux et capable de générer un courant électrique tenant compte de ceux-ci, d'un moteur électrique réversible recevant ce courant électrique et comprenant un organe mobile en fonction de ce courant, et d'une transmission mécanique reliant l'organe mobile du moteur électrique aux moyens obturateurs mobiles de la vanne de régulation, ce circuit de refroidissement étant essentiellement caractérisé en ce qu'une capsule thermostatique de sécurité à cire est disposée dans la chambre de la vanne de régulation de façon à être sensible à la température du liquide dans la susdite zone de la chambre et à n'agir sur les moyens obturateurs mobiles de la vanne de régulation de façon à diriger le liquide de refroidissement chaud au moins en majeure partie vers le radiateur qu'au cas o cette température dépasserait un seuil supérieur, d'une valeur préfixée, à la température pour laquelle le système électronique est réglé pour diriger ainsi le liquide de refroidissement. Contrairement à ce qui est suggéré par le susdit document DE-A-3 415 876, la réintroduction d'une capsule thermostatique à cire, non pas sous la forme d'un organe de commande (selon le document FR-A-2 589 219) mais sous la forme d'un organe de sécurité, met les circuits de refroidissement à système électronique de commande à l'abri d'incidents dont les conséquences pourraient être extrêmement graves. L'invention a également pour but de perfectionner les circuits de refroidissement du type décrit dans le document FR-A-2 589 219. A cet effet, le circuit de refroidissement, dans lequel la vanne de régulation est agencée de façon à former un liquide tiède par mélange de proportions variable du liquide chaud et du liquide froid et les moyens obturateurs mobiles sont agencés de façon à fermer d'autant plus un orifice d'arrivée du liquide chaud et à ouvrir simultanément d'autant plus un orifice d'arrivée du liquide froid que la température du liquide tiède augmente, et vice versa, est caractérisé en outre en ce que la capsule thermostatique à cire est sensible à la température de l'eau tiède dans la chambre de la vanne et agit sur les moyens obturateurs mobiles de celle-ci de façon à ouvrir en grand l'arrivée de liquide froid et à fermer l'arrivée de liquide chaud au cas o cette température dépasserait, de la valeur préfixée, le seuil de température pour lequel le système électonique provoque normalement l'ouverture en grand de l'arrivée de liquide froid et la fermeture simultanée de l'arrivée de liquide chaud. Selon un mode de réalisation avantageux, la transmission mécanique comprend un manchon rotatif qui est entraîné en rotation par le moteur électrique et muni d'un filetage intérieur; une tige qui est engagée dans le manchon par un filetage extérieur apparié audit filetage intérieur et immobilisée en rotation mais libre de se déplacer axialement par rapport au boîtier de la vanne, le manchon rotatif étant sollicité par des moyens élastiques contre une butée lui assurant en fonctionnement normal une position axiale invariable et la tige étant agencée de façon à actionner les moyens obturateurs mobiles de telle façon qu'en fonctionnement normal les déplacements en rotation du manchon se traduisent par des déplacements en translation de la tige filetée, et en ce que la capsule thermostatique de sécurité est agencée de façon à déplacer en translation la tige filetée et le manchon, en écartant ce dernier de sa butée par déformation des moyens élastiques, lorsque le seuil susvisé est atteint et dépassé. L'invention va être exposée maintenant plus en détail à l'aide des dessins annexés. La figure 1 de ce dessin représente, de façon schématique, un moteur à combustion interne équipé d'un circuit de refroidissement conforme à l'invention et d'une partie de l'habitacle d'un véhicule mû par ledit moteur. La figure 2 montre, par une vue en coupe, une vanne mitigeuse faisant partie du circuit de refroidissement de la figure 1. La figure 3 illustre, par une vue analogue à celle de la figure 2, le rôle de la capsule thermostatique à cire. La figure 1 représente un moteur à combustion interne 1, son circuit de refroidissement et une partie de l'habitacle 2 du véhicule mû par le moteur 1, avec le volant de direction 3 de ce véhicule Ce circuit de refroidissement comprend un radiateur de refroidissement 4, une pompe de circulation 5 et une vanne de régulation 6 La vanne 6 est montée sur une dérivation 7 établie entre une canalisation 8 1 O du circuit conduisant au radiateur 4 le liquide de refroidissement chaud qui sort du moteur 1 et une canalisation 9 du circuit ramenant au moteur 1 le liquide de refroidissement froid qui sort du radiateur 4. De façon connue, la vanne 6 peut être située soit (comme représenté) à l'arrivée de la dérivation 7 dans la canalisation de retour 9, auquel cas elle constitue une vanne mitigeuse, soit au départ de la dérivation 7 par rapport à la canalisation 8 Comme représenté, la pompe de circulation 5 peut être montée sur la canalisation de retour 9, en aval de la vanne mitigeuse 6. Selon le mode de réalisation représenté, la vanne mitigeuse 6 est agencée de façon à former un liquide tiède par mélange de proportions variables du liquide chaud arrivant par la canalisation 8 et du liquide froid qui sort du radiateur 4. A cet effet, la vanne mitigeuse 6 comporte, à l'intérieur d'une chambre 10, qui est alors une chambre de mélange (voir la figure 2), des moyens obturateurs mobiles agencés de façon à fermer d'autant plus un orifice 11 d'arrivée du liquide chaud et à ouvrir simultanément d'autant plus un orifice 12 d'arrivée du liquide froid, compte tenu d'au moins un autre paramètre de fonctionnement, que la température du liquide tiède augmente, et vice versa. Les moyens obturateurs mobiles, dont un exemple sera décrit ci-après, de la vanne mitigeuse 6 sont actionnés par un système électronique essentiellement constitué par l'ensemble de capteurs 13 sensibles à divers paramètres de fonctionnement du moteur 1 et capables d'émettre des signaux respectivement représentatifs de la valeur de chacun de ces paramètres, d'un calculateur 14 recevant et traitant ces signaux et capable de générer un courant électrique tenant compte de ceux-ci, d'un moteur électrique réversible 15 recevant ce courant électrique et comprenant un organe 16 mobile en fonction de ce courant, et d'une transmission mécanique reliant l'organe mobile 16 du moteur électrique 15 aux moyens obturateurs mobiles de la vanne mitigeuse 6. Les capteurs 13 peuvent être sensibles notamment aux paramètres suivants: température du liquide (chaud) de refroidissement à la sortie du moteur à combustion interne 1 (capteur 13 a), température régnant sous le capot du moteur 1 (capteur 13 b), température extérieure (capteur 13 c), température du liquide (froid) de refroidissement à la sortie du radiateur 4 (capteur 13 d), et température dans l'habitacle 2 (capteur 13 e). Le système électronique qui vient d'être décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante: le moteur électrique 15, généralement équipé d'un réducteur 17, fait manoeuvrer les moyens obturateurs mobiles de la vanne mitigeuse 6 et fait occuper à ceux-ci la position qui donne à la température de l'eau (tiède) sortant de cette vanne 6 la valeur déterminée par le calculateur 14 Ce dernier prend en compte, suivant un algorithme convenablement défini, les paramètres internes et externes du circuit de refroidissement La loi des mélanges adoptée pour chaque type de roulage de la voiture entraînée par le moteur 1 permet d'optimiser l'efficacité du circuit de refroidissement en diminuant éventuellement les consommations et la pollution, en augmentant le rendement du moteur 1, etc Une sonde de température 18, située à l'entrée du liquide de refroidissement du moteur 1, va asservir, à partir d'un circuit électronique de contrôle, la fonction des moyens obturateurs de la vanne mitigeuse 6, pour obtenir la température calculée et optimisée par le calculateur 14. Cela étant, conformément à l'invention, une capsule thermostatique de sécurité à cire 19, de type connu, est disposée dans la chambre 10 de la vanne mitigeuse 6 de façon à être sensible à la température de l'eau dite "tiède" et à n'agir sur les moyens obturateurs mobiles de la vanne mitigeuse 6 de façon à ouvrir en grand l'arrivée du liquide froid (orifice 12) et à fermer l'arrivée du liquide chaud (orifice 11) qu'au cas o cette température dépasserait un seuil supérieur, d'une valeur préfixée, à la température pour laquelle le système électronique provoque normalement l'ouverture en grand de l'arrivée de liquide froid (orifice 12) et la fermeture simultanée de l'arrivée de liquide chaud (orifice 11). De préférence, la susdite valeur préfixée est de l'ordre de 100 C audessus de la température nominale de régulation. Selon un mode de réalisation préféré, la susdite transmission mécanique comprend un manchon rotatif 20 qui est entraîné en rotation comme schématisé par la flèche F de la figure 2, dans un sens ou dans l'autre, par l'arbre 16 du moteur électrique 15 et muni d'un filetage intérieur 21; et une tige 22 qui est engagée dans le manchon 20 par un filetage extérieur 23 apparié au filetage intérieur 21 et immobilisée en rotation mais libre de se déplacer axialement (comme schématisé par la double flèche f de la figure 2) par rapport au boîtier 24 de la vanne mitigeuse 6 Le manchon rotatif 20 est sollicité, par des moyens élastiques tels qu'un ressort hélicoïdal de compression 25 entourant le manchon 20, contre une butée 26 lui assurant en fonctionnement normal une position axiale invariable (position représentée à la figure 2) La tige filetée 22 est agencée de façon à actionner les moyens obturateurs mobiles de la vanne mitigeuse 6 de façon qu'en fonctionnement normal, les déplacements en rotation du manchon 20 se traduisent par des déplacements en translation de la tige filetée 22 La capsule thermostatique 19, qui est située dans le prolongement axial de cette tige 22, est agencée de façon à déplacer en translation la tige filetée 22 et le manchon 20, en écartant ce dernier de sa butée 26 par déformation des moyens élastiques 25, lorsque le seuil susvisé est atteint et dépassé. Pour permettre au ressort 25 d'accompagner la rotation du manchon 20, ce ressort 25 prend appui entre un épaulement 27 du manchon 20 et un roulement de butée à billes 28 ou analogue De même, la butée 26 est constituée par un deuxième roulement de butée à billes ou analogue. Afin d'être immobilisée en rotation, la tige filetée 22 possède des cannelures longitudinales 29 qui glissent dans des rainures longitudinales 30 ménagées dans le boîtier 24 ou dans un support 39 solidaire de ce boîtier 24. Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens obturateurs mobiles de la vanne mitigeuse 6 sont constitués par un boisseau creux 31 comprenant une jupe cylindrique étanche 32 reliée par des bras radiaux espacés 33 à la tige filetée 22 Dans la position représentée à la figure 2, le boisseau 31 ouvre en grand l'orifice 11 et permet à l'eau chaude de traverser la vanne 6 en passant entre les bras 33 et à l'intérieur de la jupe cylinddrique 32 alors qu'il obture l'orifice 12 d'arrivée d'eau froide. Lorsque la température de l'eau sortant de la vanne mitigeuse 6 augmente, le calculateur 14 fait tourner l'arbre 16 du moteur électrique 15 dans le sens qui, par coopération des filetages 21 et 23, fait normalement se soulever le boisseau 31, ce qui ferme progressivement l'orifice 11 et ouvre progressivement l'orifice 12, jusqu'à ce que l'orifice 11 soit complètement fermé (position extrême du boisseau 31 représentée à la partie droite de la figure 3). En cas de défaillance du moteur 15 ou de son système de commande électronique, le boisseau 31 risquerait d'être bloqué dans la position représentée à la partie gauche de la figure 3 en permettant au liquide sortant de la vanne mitigeuse 6 d'atteindre des températures excessives, en raison de l'obturation de l'orifice 12 d'arrivée de liquide froid La capsule thermostatique 19 intervient alors pour soulever d'un bloc le boisseau 31, la tige filetée 22 et la manchon 20, en comprimant le ressort 25, comme représenté à la partie droite de la figure 3. Comme représenté, la capsule 19 peut être logée dans une cage 34, fixée rigidement à l'intérieur du boisseau 31, et être normalement immobilisée à l'intérieur de cette cage 34 par des pattes 35 solidaires du siège 36 avec lequel coopère le boisseau 31 Un ressort 37, sollicitant la capsule 19 contre les pattes 35, est agencé pour céder afin de permettre d'abord à la cage 34 de suivre les déplacements imposés au boisseau 31 par la capsule 19, puis à la capsule 19 de continuer à se déformer après franchissement par le boisseau 31 de sa course nominale A. De façon connue, un radiateur de chauffage 40, destiné à chauffer l'habitacle 2, prélève en 41, sur le circuit de refroidissement, du liquide chaud qui est ramené en 42 à la partie froide de ce circuit, à l'aide d'une pompe 43, l'air chauffé par ce radiateur 40 étant soufflé à l'intérieur de l'habitacle 2 par un ventilateur 44 On a représenté enfin en 45 et 46 des ventilateurs destinés à souffler de l'air de refroidissement à travers le radiateur 4 et en 47 une boîte de dégazage usuelle. L'invention n'est bien entendu pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et en englobe les variantes qui sont à la portée des hommes de métier Elle pourrait en particulier être aisément adaptée au mode de réalisation décrit dans le susdit document DE-A-3 415 876 en ce qui concerne tant la transmission mécanique entre le moteur électrique et les moyens obturateurs mobiles de la vanne de régulation que la constitution du circuit de refroidissement Dans ce circuit, la vanne de régulation 16, qui n'est pas une vanne mitigeuse, est placée au départ de la dérivation 7 par rapport à la canalisation 8 et ses moyens obturateurs mobiles partagent, de façon connue, le courant de liquide de refroidissement chaud provenant du moteur à combustion interne 1 en courants partiels, de proportions variables, qu'ils dirigent vers le radiateur 4 et vers la dérivation 7. REVENDICATIONS 1 Circuit de refroidissement à liquide, pour moteurs à combustion interne, comprenant un radiateur de refroidissement ( 4), une pompe de circulation ( 5) et une vanne de régulation ( 6) qui est montée sur une dérivation ( 7) établie entre une canalisation ( 8) du cirduit conduisant au radiateur ( 4) le liquide de refroidissement chaud qui sort du moteur ( 1) et une canalisation du circuit dirigeant vers le moteur ( 1) le liquide de refroidissement qui sort du radiateur ( 4), laquelle vanne ( 6) comporte, à l'intérieur d'une chambre ( 10), des moyens obturateurs mobiles ( 31) agencés de façon à diriger vers le radiateur ( 4) ou directement vers le moteur ( 1) des proportions du débit de liquide chaud reçu par la vanne ( 6) qui varient en fonction de la température du liquide en une zone convenablement choisie de ladite chambre ( 10) ainsi que d'au moins un autre paramètre de fonctionnement, circuit dans lequel les moyens obturateurs mobiles ( 31) de la vanne ( 6) sont actionnés par un système électronique essentiellement constitué par l'ensemble de capteurs ( 13) sensibles à divers paramètres de fonctionnement du moteur ( 1) et capables d'émettre des signaux respectivement représentatifs de la valeur de chacun de ces paramètres, d'un calculateur ( 14) recevant et traitant ces signaux et capable de générer un courant électrique tenant compte de ceux-ci, d'un moteur électrique ( 15) recevant ce courant électrique et comprenant un organe ( 16) mobile en fonction de ce courant, et d'une transmission mécanique reliant l'organe mobile ( 16) du moteur électrique ( 15) aux moyens obturateurs mobiles ( 31) de la vanne ( 16), caractérisé en ce qu'une capsule thermostatique de sécurité ( 19) est disposée dans la chambre ( 10) de la vanne ( 6) de façon à être sensible à la température du liquide dans la susdite zone de la chambre ( 10) et à n'agir sur les moyens obturateurs mobiles ( 31) de façon à diriger le liquide de refroidissement chaud au moins en majeure partie vers le radiateur ( 4) qu'au cas o cette température dépasserait un seuil supérieur, d'une valeur préfixée, à la température pour laquelle le système électronique ( 13, 14, 15, 16) est réglé pour diriger ainsi le liquide de refroidissement chaud. 2 Circuit de refroidissement selon la revendication 1, dans lequel la vanne de régulation ( 6) est agencée de façon à former un liquide tiède par mélange de proportions variables du liquide chaud et du liquide froid et les moyens obturateurs mobiles ( 31) sont agencés de façon à fermer d'autant plus un orifice ( 11) d'arrivée du liquide chaud et à ouvrir simultanément d'autant plus un orifice ( 12) d'arrivée du liquide froid qu la température du liquide tiède augmente, et vice versa, caractérisé en ce que la capsule thermostatique à cire ( 19) est sensible à la température de l'eau tiède dans la chambre ( 10) et agit sur les moyens obturateurs mobiles ( 31) de celle-ci de façon à ouvrir en grand l'arrivée de liquide froid et à fermer l'arrivée de liquide froid et à fermer l'arrivée de liquide chaud au cas o cette température dépasserait, de la valeur préfixée, le seuil de température pour lequel le système électronique ( 13, 14, 15, 16) provoque normalement l'ouverture en grand de l'arrivée de liquide froid et la fermeture de l'arrivée de liquide chaud. 3 Circuit de refroidissement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la susdite valeur préfixée de la température est de l'ordre de 10 'C, au-dessus de la température nominale de régulation. 4 Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la transmission mécanique comprend un manchon rotatif ( 20) qui est entraîné en rotation par le moteur électrique ( 15) et muni d'un filetage intérieur ( 21); une tige ( 22) qui est engagée dans le manchon ( 20) par un filetage extérieur ( 23) apparié audit filetage intérieur ( 21) et immobilisée en rotation mais libre de se déplacer axialement par rapport au boîtier ( 24) de la vanne ( 6), le manchon rotatif ( 20) étant sollicité par des moyens élastiques ( 25) contre une butée ( 26) lui assurant en fonctionnement normal une position axiale invariable et la tige ( 22) étant agencée de façon à actionner les moyens obturateurs mobiles ( 31) de telle façon qu'en fonctionnement normal les déplacements en rotation du manchon ( 20) se traduisent par des déplacements en translation de la tige filetée ( 22), et en ce que la capsule thermostatique de sécurité ( 19) est agencée de façon à déplacer en translation la tige filetée ( 22) et le manchon ( 20), en écartant ce dernier de sa butée ( 26) par déformation des moyens élastiques ( 25), lorsque le seuil susvisé est atteint et dépassé. Circuit de refroidissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyens élastiques ( 25) sont constitués par un ressort hélicoïdal de compression entourant le manchon ( 20). 6 Circuit de refroidissement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ressort de compression ( 25) est placé entre un épaulement ( 27) du manchon ( 20) et un roulement de butée ( 28). 7 Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la susdite butée ( 26) est constituée par un roulement de butée. 8 Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens obturateurs ( 31) sont constitués par un boisseau à jupe cylindrique ( 32) et à bras radiaux ( 33). 9 Circuit de refroidissement selon la revendication 4 seule ou en combinaison avec l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la capsule thermostatique ( 19) est montée, avec interposition d'un ressort ( 37), à l'intérieur d'une cage ( 34) liée aux moyens obturateurs ( 31) et de préférence solidaire du boisseau ( 31). 10 Circuit de refroidissement selon la revendication 9, caractérisé en ce que la capsule thermostatique ( 19) est située dans le prolongement axial de la tige filetée ( 22).