Brevet FR2722244A1 — publié le 19960112

La présente invention concerne un dispositif de thermorégulation d'un moteur thermique. Le refroidissement d'un moteur s'effectue de manière habituelle au moyen d'un fluide de refroidissement 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. Un ventilateur disposé en amont ou en aval du radiateur assure un passage d'air forcé augmentant l'efficacité du radiateur. Dans le radiateur, le fluide circule à travers un faisceau de tubes montés entre deux boîtes à eau, les tubes du faisceau traversant des ailettes qui permettent les échanges thermiques entre le fluide et l'air frais. I1 est connu par ailleurs de court-circuiter le fluide de refroidissement qui traverse le radiateur, lorsque le moteur n'a pas encore atteint sa température de fonctionnement nominale. On connaît dans l'état de la technique en particulier dans le brevet français NO 2601719 un dispositif constitué par une vanne à trois voies comportant un premier conduit, pour le raccordement d'une tubulure venant de la sortie du moteur, une seconde tubulure pour le raccordement d'une tubulure aboutissant au radiateur et un troisième conduit pour le raccordement d'une tubulure aboutissant à la sortie du moteur thermique. Un corps dilatable actionne un piston orientant le fluide de refroidissement provenant du moteur thermique en direction du radiateur, ou en direction du circuit de court-circuit, selon la température du fluide de refroidissement. Par ailleurs, il est connu de prévoir sur le radiateur un thermocontact commandant le fonctionnement du ventilateur. Ce thermo-contact est introduit dans la boite à eau, au moyen d'un orifice prévu à cet effet. Il assure la mise en fonction ou l'arrêt du ventilateur en fonction de la température du fluide de refroidissement à l'intérieur du radiateur. Le circuit de refroidissement comporte en outre un vase d'expansion qui permet d'absorber temporairement la variation de volume déplacé par la vapeur. Un tel vase d'expansion comporte de façon connue une membrane déformable permettant de faire varier la contenance du récipient. I1 est relié dans l'état de la technique à une conduite de dégazage. Le raccordement s'effectue en un point en amont de l'embranchement de la conduite reliant le moteur à la vanne à trois voies. Toutefois, la perte de pression qui résulte des systèmes de l'art antérieur est préjudiciable car il conduit à abaisser inutilement le point d'ébullition du fluide de refroidissement. L'objet de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en assurant de façon automatique une augmentation de la pression dans le circuit de refroidissement lorsque la température du fluide de refroidissement augmente. A cet effet, l'invention concerne plus particulièrement un dispositif de thermorégulation d'un moteur thermique comportant une vanne à trois voies constituée par un corps étanche présentant une première chambre s'ouvrant sur une premier conduit pour le raccordement d'une tubulure provenant du radiateur, une seconde chambre s'ouvrant sur un deuxième conduit pour le raccordement d'une tubulure aboutissant à la sortie du moteur, et une chambre médiane s'ouvrant sur un troisième conduit pour le raccordement d'une tubulure aboutissant à l'entrée du moteur. La vanne comporte de façon connue un élément thermo-dilatable actionnant un élément mobile commandant la communication entre la chambre médiane et l'une des deux autres chambres en fonction de la température du fluide de refroidissement. Le dispositif selon l'invention comporte en outre une quatrième chambre pour le raccordement d'une tubulure communiquant avec un vase d'expansion, ladite quatrième chambre communiquant avec la première chambre par l'intermédiaire d'une soupape coopérant avec l'extrémité de l'élément mobile pour permettre le passage du fluide entre la quatrième chambre et la première chambre lorsque la température du fluide dans la chambre médiane est inférieure à une valeur seuil. Lorsque le moteur est froid, le fluide de refroidissement ne circule pas à travers le condenseur, et le vase d'expansion communique directement avec le radiateur qui est isolé du circuit de refroidissement. Par contre, lorsque le moteur est chaud, le vase d'expansion est isolé du circuit de refroidissement par une soupape calibrée qui ne permet le passage de liquide dans le vase d'expansion que lorsque la pression dépasse un seuil prédéterminé. L'augmentation de la pression qui en résulte assure une élévation du point d'ébullition du fluide de refroidissement, et garantit donc une meilleure efficacité du système de thermorégulation du moteur ainsi que le fonctionnement de la pompe sans cavitation. Selon une première variante, la soupape est constituée par un disque d'obturation d'une section supérieure à la section de 1'orifice de communication entre la quatrième chambre et la première chambre. Selon une deuxième variante, la soupape est constituée par un corps creux présentant une paroi frontale inférieure d'une section supérieure à la section de l'orifice de communication entre la quatrième chambre et la première chambre et une paroi frontale opposée percée par un orifice obturable par un clapet disposé à l'intérieur du corps creux. Ce clapet permet le retour de liquide du vase d'expansion quand la soupape est fermée. Avantageusement, le dispositif selon l'invention comporte un ressort repoussant au repos la soupape dans une position dans laquelle elle interdit la communication entre la quatrième chambre et la première chambre. Ce ressort est taré de façon à déterminé la valeur-seuil de la pression au delà de laquelle la communication entre la vanne à trois voies et le vase d'expansion est rétablie. Selon une autre variante, la soupape est constituée par un corps creux mobile entre une position dans laquelle la face frontale inférieure vient en contact avec la paroi frontale séparant la quatrième chambre et la première chambre et une position dans laquelle elle permet la circulation du fluide entre la quatrième chambre et la première chambre, l'élément mobile étant prolongé par une tige solidaire d'un disque d'obturation, le corps creux présentant en outre un clapet repoussé au repos contre la paroi frontale arrière présentant un orifice de circulation de fluide. De cette manière, la valeur seuil de la pression d'ouverture est influencée par la position de l'élément mobile et la température dans la chambre médiane. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins, od : - la figure 1 représente schématiquement un circuit de refroidissement comprenant une vanne à commande thermostatique, disposée à la sortie du moteur ; - la figure 2 représente une vue analogue à celle de la figure 1, dans laquelle la vanne de commande thermostatique est disposée en entrée du moteur ; - la figure 3 représente une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, en position de court-circuit du radiateur - la figure 4 représente une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, en position de passage du fluide dans le radiateur - la figure 5 représente une vue en coupe axiale d'un second mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention - la figure 6 représente une vue en coupe axiale d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 1 représente un circuit de refroidissement d'un moteur 1 à combustion interne. Ce circuit comporte une vanne à trois voies à commande thermostatique 2 présentant un premier conduit 3 pour le raccordement d'une tubulure 4 reliée a la sortie 5 du liquide de refroidissement provenant du moteur thermique 1, un deuxième conduit 6 pour le raccordement d'une tubulure 7 aboutissant à l'entrée 8 du radiateur 9 et un troisième conduit 10 pour le raccordement d'une tubulure 11 débouchant dans l'entrée 12 du fluide de refroidissement du moteur thermique 1, après passage dans une pompe de refroidissement 13. La tubulure Il constitue un court-circuit et débouche latéralement dans un conduit 14 provenant de la sortie 1S du radiateur 9. La circulation du fluide de refroidissement dans le circuit s'effectue au moyen d'une pompe à eau 13 interposée entre le conduit 16 dans lequel débouche la tubulure 14 provenant du radiateur et le conduit 11 provenant de la vanne à trois voies 2, et l'entrée 12 du moteur thermique 1. Le radiateur 9 comporte par ailleurs un thermocontact 17 plongeant dans l'une des boites à eau et dont le signal de sortie commande un ventilateur 18 disposé, dans l'exemple représenté en aval du radiateur 9. La vanne 2 comporte un organe actif sensible à la température qui agit sur deux soupapes opposées, propres à fermer ou ouvrir l'une des tubulures 7 ou 11, étant entendu que lorsque l'une des tubulures est fermée l'autre Fest ouverte. En régime froid la vanne est opérationnelle pour fermer la tubulure 7 et la circulation du fluide de refroidissement se fait alors par la tubulure il constituant le court-circuit, le fluide de refroidissement ne passant à ce moment pas dans le radiateur 9. En régime chaud, la vanne 2 ferme l'accès à la tubulure 11 et la circulation du fluide de refroidissement s'effectue alors par le conduit 6, le radiateur 9, et la tubulure 14. Lorsque la température du fluide de refroidissement à l'intérieur du radiateur 9 excède une valeur seuil prédéterminée, le thermocontact 17 déclenche la mise en fonction du radiateur 18. Le circuit de refroidissement comporte en outre un vase d'expansion 200 relié à la vanne thermostatique 2 par une conduite 201. La figure 2 représente un système de régulation dans lequel la vanne à trois voies 2 est montée à l'entrée du moteur 1, un conduit 4 relie directement la sortie 5 du moteur 1 à l'entrée du radiateur 9. Une dérivation, sur ce conduit 4, débouche dans un conduit 19 débouchant dans la vanne à trois voies 2. Ce conduit 19 constitue le court-circuit à l'intérieur duquel circule le fluide de refroidissement lorsque le moteur n'a pas encore atteint sa température de fonctionnement nominale. Par contre, lorsque le moteur est chaud, la vanne 2 interdit la circulation du fluide de refroidissement entre le conduit de court-circuit 19 et l'entrée 12 du moteur 1. Le fluide de refroidissement circule alors de la sortie 5 du moteur 1 à travers le radiateur 9, puis traverse la vanne à trois voies 2, par le conduit 11 raccordé sur la tubulure 14 provenant de la sortie du radiateur 9. Le fluide de refroidissement est accéléré par une pompe 13, dont la sortie débouche sur l'entrée 12 du moteur thermique 1. Ce deuxième système de refroidissement permet un fonctionnement proportionnel, c'est-à-dire, permet d'ajuster le rapport entre le flux circulant dans le court-circuit 18 et le fluide de refroidissement circulant dans le radiateur 9. Comme dans la variante précédente, un thermocontact 17 déclenche le fonctionnement d'un ventilateur 18. Le dispositif de thermorégulation selon l'invention s'applique indifféremment à lune ou l'autre des variantes de circuit de refroidissement décrit dans ce qui précède. Comme dans l'exemple de réalisation, un vase d'expansion 200 est relié à la vanne thermostatique 2 par une conduite 201. La figure 3 représente une vue en coupe d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention est constitué par un corps 30 de forme cylindrique dans lequel débouche latéralement quatre conduits - le premier conduit 31 constitue le conduit sur lequel est raccordée la tubulure de liquide de refroidissement à basse température, cette tubulure est raccordée à son autre extrémité à la sortie du radiateur de refroidissement. Ce conduit 31 débouche dans une première chambre 36. - le conduit 32 constitue la sortie de fluide de refroidissement thermiquement régulé. La tubulure raccordée sur le conduit 32 débouche sur l'entrée du moteur thermique 1. Ce conduit 32 débouche dans une chambre médiane 37 - le conduit 33 est destiné à l'entrée de fluide de refroidissement à haute température. La tubulure raccordée à ce conduit 33 provient de la sortie du moteur thermique 1. Ce conduit 33 débouche dans une troisième chambre 38 - le conduit 101 est destiné à absorber les excès de variations voulumiques du fluide circulant dans le circuit. Ce conduit 101 débouche dans une quatrième chambre 100 Le corps 30 du dispositif présente trois parois intérieures 34, 35, 130 de forme annulaire. La première paroi 34 sépare une chambre de fluide froid 36 et une chambre de fluide thermorégulé 37. La chambre de fluide froid 36 communique avec le conduit 31 sur lequel est raccordée la tubulure provenant de la sortie du radiateur. La chambre de fluide thermorégulé 37 communique avec le conduit 32 sur lequel est raccordée la tubulure débouchant sur l'entrée du moteur thermique. La paroi 35 sépare la chambre du fluide thermorégulé 37 et une chambre de fluide chaud 38 communiquant avec le conduit 33 sur lequel est raccord la tubulure provenant du moteur. La paroi 130 sépare la chambre 36 du fluide venant du radiateur et la chambre d'expansion 100 communiquant avec le conduit 101 sur lequel est raccordée la conduite 201. Le corps du dispositif contient par ailleurs, un élément mobile tubulaire 39 partiellement rempli avec un matériau thermodilatable 40, par exemple une cire. Cet élément tubulaire mobile 39 est fermé a l'une de ses extrémités, par une butée faciale 41 de section supérieure à la section de l'élément tubulaire 39, de façon à former une butée pour un disque d'obturation 45. L'autre extrémité s'ouvre sur un piston 43 fixé sur une embase 42 solidaire du corps 30 du dispositif. Ce piston 43 est coaxial avec le corps 30 de forme cylindrique. L'élément mobile 39 est pourvu de deux disques d'obturation 44, 45 ces disques d'obturation 44, 45 sont perpendiculaires à l'axe longitudinal 46 du corps 30 du dispositif. La section des disques d'obturation 44, 45 est supérieure au diamètre de l'orifice des parois annulaires internes, respectivement 34, 35. Le dispositif comporte en outre deux ressorts 47, 48. Le premier ressort 47 est disposé entre le premier disque d'obturation 44 et un guide annulaire 49 solidaire d'un étrier 50 fixé sur la paroi annulaire 34. Le guide annulaire 49 assure a la fois le guidage de l'élément mobile 39, et la butée du ressort 47. Un deuxième ressort 48 exerce sur l'élément mobile 39 une force de repos en sens opposé à celle exercée par le premier ressort 47. Ce deuxième ressort 48 est disposé entre le deuxième disque d'obturation 45 et le guide annulaire 49. Les deux disques d'obturation 44, 45 sont mobiles longitudinalement par rapport à l'élément mobile 39. Ils sont à cet effet pourvus d'un orifice central de section complémentaire à la section extérieure dudit élément mobile 39. Le déplacement du disque d'obturation 44 est limité par une bague annulaire 80 prévue sur l'élément mobile 39. De même, le déplacement du disque d'obturation arrière 45 est limité par la butée faciale 41. La distance entre la butée annulaire avant 80 et la butée faciale arrière 41 correspond sensiblement a la distance entre les deux parois intérieures 34, 35. Le disque d'obturation 44 est plaqué contre la paroi annulaire 34 par le ressort 47 lorsque la butée 80 dépasse la position de la paroi 34, vers la chambre 36. Lorsque l'élément mobile 39 se déplace vers la chambre 38 et que la butée 80 dépasse la paroi annulaire 34, la butée 80 entraine le disque d'obturation 44 qui est plaqué contre ladite butée 80 par le ressort 47. De la même façon le disque d'obturation 45 est plaqué par le ressort 48, soit contre la paroi annulaire 35 soit contre la butée faciale 41. La position occupée par l'élément mobile 39 est déterminée par la dilatation du matériau thermodilatable 40. L'élément mobile 39 est prolongé par une entretoise 120 pour le déplacement de la soupape d'échappement vers la chambre 100. Cette soupape est constituée dans le premier exemple de réalisation représenté en figures 3 et 4 par un corps creux 103 de forme cylindrique, réalisé en un matériau rigide. Le corps creux 103 présente une paroi frontale inférieure 102 d'une section supérieure à la section de l'orifice de communication entre la quatrième chambre 100 et la première chambre 36. Le corps creux 103 présente une deuxième paroi frontale 106 parallèle à la première paroi frontale 102. La deuxième paroi frontale 106 est percée par un orifice obturable par un clapet 105 disposé à l'intérieur du corps creux 103. Un ressort 107 prenant appui sur la surface intérieure de la première paroi frontale 102 et sur le clapet 105 en forme de disque appuie ce dernier contre la surface intérieure de la deuxième paroi frontale 106, position dans laquelle le clapet 105 obture l'orifice prévu sur la deuxième paroi frontale. Un ressort 108 disposé entre le corps 30 et la surface extérieure du corps creux 103 repousse le corps creux 103 vers la paroi séparant la quatrième chambre 100 de la première chambre 36, position dans laquelle la surface frontale 102 obture l'orifice de communication entre les deux chambres. Lorsque la température du fluide de refroidissement est élevée, le matériau thermodilatable 40 repousse l'élément mobile dans une position dans laquelle le fluide peut circuler dans le radiateur, et donc passer de la première chambre 36 dans la chambre médiane 37, soit vers le bas si l'on se réfère a l'orientation des dessins annexés. Dans cette position, correspondant à celle représentée en figure 3, le vase d'expansion est isolé par la soupape 103, et le liquide ne peut normalement pas passer du circuit de refroidissement vers ce vase d'expansion. Toutefois, en cas de surpression, la force exercée par la pression sur la surface frontale inférieure de la soupape 103 devient supérieure à la force exercée en sens opposée par le ressort 108. Le liquide peut donc s'échapper lorsque la pression maximale admissible dans le circuit du radiateur est atteinte. Si la pression dans le vase d'expansion devient supérieure à la pression du fluide dans le radiateur, le fluide du vase d'expansion peut refluer grâce à la soupape formée par le clapet 105 disposé à l'intérieur du corps creux 103. Lorsque la température du fluide de refroidissement baisse, l'élément mobile 39 se déplace vers le haut. La butée faciale 41 de l'élément mobile 39 vient en contact avec le disque d'obturation 45 et l'entrain vers le haut. Il libère ainsi un passage mettant en communication la chambre de fluide chaud 38 et la chambre de fluide régulé 37. Par contre, lorsque la butée annulaire 80 dépasse la position de la paroi annulaire (34) le disque d'obturation (44) vient en contact avec celle-ci et supprime la communication entre la chambre froide (36) et la chambre de fluide régulé (37). Dans la position correspondant à un fluide de refroidissement froid correspondant à la figure 4, l'entretoise (120) exerce sur la soupape (103) une force en sens opposé à la force exercée par le ressort (108). De ce fait, la soupape (103) est écartée de la paroi séparant la quatrième chambre (100) et la première chambre (36), et la surface frontale (102) libère l'orifice traversant la paroi de séparation de la quatrième chambre (100) et la première chambre (36). L'entretoise 120 est calibrée pour ouvrir la soupage 103 lorsque la température dans la chambre 37 est moins basse que la température de risque de cavitation de la pompe. Le fluide contenu dans le vase d'expansion peut alors refluer dans le radiateur. La figure 5 représente une variante de réalisation. La soupape est constitué par un corps creux 110 mobile entre une position d'obturation dans laquelle la face frontale inférieure 115 vient en contact avec la cloison 130 séparant la quatrième chambre 100 et la première chambre 36 et une position dans laquelle elle permet la circulation du fluide entre la quatrième chambre 100 et la première chambre 36. Par ailleurs, la paroi frontale inférieure présente un orifice d'écoulement 123 communiquant avec l'orifice central de la cloison 130 séparant la quatrième chambre 100 et la première chambre 36. L'élément mobile 120 étant prolongé par une tige 114 solidaire d'un disque d'obturation 121 d'une section inférieure à la section de la chambre 100 et soumis à l'action d'un ressort 156. Le corps creux présente en outre un clapet 116 repoussé au repos contre la paroi frontale arrière 117 par l'action d'un ressort 154. La paroi frontale arrière 117 présente un orifice 122 pour l'écoulement du fluide. Lorsque le moteur est chaud, la soupape est fermée, la surface inférieure du corps creux obturant 1'orifice prévu entre la quatrième chambre 100 et la première chambre 36 et la communication n'est pas autorisée entre la chambre 100 et la chambre 36. On se réfère maintenant à la figure 6 qui montre une autre variante de l'invention. Dans cette variante la soupape est constituée par un corps creux 110 mobile présentant une face frontale inférieure 115 apte à venir en contact avec la cloison 130 séparant la quatrième chambre 100 et la première chambre 36 et un face frontale supérieure 117 portant un orifice d'écoulement 122 apte à être obturé par un organe d'obturation 160 en forme de bille 160 porté par une coupelle 162. Cette bille obture l'orifice 122 soit par gravité, et dans ce cas le dispositif de thermorégulation dans son ensemble est disposé tête-bêche par rapport à celui décrit précédemment, soit peut être soumis à l'action d'un ressort de manière à ce que la bille soit en contact de l'orifice 122. La coupelle 162 présente une face ouverte dirigée vers la face 117 et un fond solidaire d'une tige 114 prolongeant l'élément mobile 120. De plus, cette coupelle est soumise à l'action d'un ressort 164 prenant appui sur le rebord de la coupelle et la face frontale inférieure 115. Ainsi, lorsque le moteur est chaud, la soupape est en position fermée par appui de la face inférieure 115 sur la cloison 130, l'orifice 122 étant obturé par la bille 160, et le fluide ne peut circuler entre la chambre 100 et la chambre 36. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif, il est bien entendu que l'homme de métier sera à même de trouver différentes variantes de réalisation. 1 - Dispositif pour la thermorégulation d'un moteur thermique comportant une vanne à trois voies constituée par un corps (30) étanche présentant une première chambre (36) s'ouvrant sur un premier conduit (31) pour le raccordement d'une tubulure provenant du radiateur, une seconde chambre (38) s'ouvrant sur un deuxième conduit (33) pour le raccordement d'une tubulure aboutissant à la sortie du moteur, et une chambre médiane (37) s'ouvrant sur un troisième conduit t32) pour le raccordement d'une tubulure allant au moteur, la vanne comportant un élément thermo-dilatable actionnant un élément mobile (39) commandant la communication entre la chambre médiane et l'une des deux autres chambres en fonction de la température du fluide de refroidissement, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre une quatrième chambre (100) pour le raccordement d'une tubulure (101) communiquant avec un vase d'expansion (200), ladite quatrième chambre (100) communiquant avec la première chambre (36) par l'intermédiaire d'une soupape coopérant avec l'extrémité de l'élément mobile (39) pour permettre le passage du fluide entre la quatrième chambre (100) et la première chambre (36) lorsque la température du fluide dans la chambre médiane (37) est inférieure à une valeur seuil. 2 - Dispositif de thermorégulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape est constituée par un disque d'obturation (102,105) d'une section supérieure à la section de l'orifice de communication entre la quatrième chambre (100) et la première chambre (36). 3 - Dispositif de thermorégulation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la soupape est constituée par un corps creux (103,110) présentant une paroi frontale inférieure (102,115) d'une section supérieure à la section de l'orifice de communication entre la quatrième chambre (100) et la première chambre (36) et une paroi frontale opposée percée par un orifice (107,122) obturable par un clapet (105,116,160) disposé à l'intérieur du corps creux (103). 4 - Dispositif de thermorégulation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort (108) repoussant au repos la soupape dans une position dans laquelle elle interdit la communication entre la quatrième chambre (100) et la première chambre (36). 5 - Dispositif de thermorégulation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la soupape est constituée par un corps creux (110) mobile entre une position dans laquelle la face frontale inférieure vient en contact avec la paroi frontale séparant la quatrième chambre (100) et la première chambre (36) et une position dans laquelle elle permet la circulation du fluide entre la quatrième chambre (100) et la première chambre (36), l'élément mobile (120) étant prolongé par une tige (114) solidaire d'un disque d'obturation (121), le corps creux présentant en outre un clapet (116) repoussé au repos contre la paroi frontale arrière (117) présentant un orifice (122) de circulation de fluide. 6 - Dispositif de thermorégulation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que Aa soupape est constituée d'un corps creux (110) portant une bille d'obturation (160) de l'orifice (122). 7 - Dispositif de thermorégulation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bille (160) est portée par une coupelle (162). 8 - Dispositif de thermorégulation selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la bille (160) obture l'orifice (122) par gravité.