Brevet FR2827361A1 — publié le 20030117

Vanne de commande à fonctionnement sécurisé pour circuit de circulation de fluide L'invention se rapporte à une vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, ainsi qu'au circuit ainsi obtenu. Elle vise plus particulièrement à procurer une vanne de commande à fonctionnement sécurisé, destinée à un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile. Un tel circuit de refroidissement est parcouru par un fluide de refroidissement, habituellement de l'eau additionnée d'un antigel, qui circule en circuit fermé sous l'action d'une pompe. Généralement, un tel circuit de refroidissement comprend plusieurs branches, dont une branche qui contient un radiateur de refroidissement, une branche qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement et une branche qui contient un radiateur, encore appelé"aérotherme", servant au chauffage de l'habitacle. Un tel circuit de refroidissement utilise, de manière classique, une vanne thermostatique qui comprend une entrée de fluide reliée à la sortie du moteur et deux sorties de fluide qui correspondent, respectivement, à la branche contenant le radiateur de refroidissement et à la branche formant dérivation. Lors du démarrage à froid du moteur, et tant que la température du fluide de refroidissement n'atteint pas un certain seuil, la vanne fait circuler le fluide de refroidissement dans la branche de dérivation en court-circuitant le radiateur de refroidissement. Dès que la température du fluide de refroidissement atteint et dépasse le seuil précité, le fluide de refroidissement traverse le radiateur de refroidissement et contourne la branche de dérivation. Généralement, le fluide de refroidissement circule en permanence dans la branche qui contient l'aérotherme, le chauffage de l'habitacle étant alors obtenu par mixage d'un flux d'air froid et d'un flux d'air chaud qui a balayé cet aérotherme. Il est connu aussi de prévoir une vanne séparée sur l'aérotherme pour régler le débit de fluide de refroidissement qui le traverse. L'invention vise à procurer une vanne de commande destinée à un circuit de circulation de fluide et offrant un fonctionnement sécurisé, dans le cas où la température de ce fluide viendrait à dépasser un seuil donné. Elle vise plus particulièrement à procurer une vanne de commande destinée à un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile. Dans cette application particulière, elle vise à procurer une vanne qui permet de gérer indépendamment le débit du fluide de refroidissement dans les différentes branches du circuit de refroidissement du moteur, afin d'optimiser la température du moteur thermique et le chauffage de l'habitacle. Elle vise aussi à procurer un fonctionnement sécurisé de la vanne pour le cas où la température du fluide de refroidissement dépasserait un seuil donné, qui pourrait occasionner des dommages, notamment au moteur thermique du véhicule. L'invention concerne plus particulièrement une vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, comprenant un corps qui est muni d'une entrée de fluide et de trois sorties de fluide et qui délimite un logement cylindrique pour un organe de réglage propre à tourner autour d'un axe de rotation et à prendre différentes positions angulaires pour contrôler la distribution du fluide au travers des sorties. Conformément à l'invention, l'organe de réglage délimite une cavité axiale qui communique avec l'entrée de fluide et qui loge un actionneur sensible à la température du fluide qui pénètre dans la cavité, ledit actionneur étant propre à faire communiquer directement l'entrée de fluide avec au moins l'une des sorties de fluide, dite"sortie de sécurité", dès que la température du fluide atteint un seuil donné. Ainsi, en cas de dysfonctionnement entraînant une élévation anormale de la température du fluide, l'actionneur fait automatiquement communiquer l'entrée de fluide avec une ou plusieurs sorties de sécurité. En principe, l'organe de réglage est piloté par des moyens de commande qui sont propres à le mettre dans une position de sécurité en cas de dysfonctionnement. Cependant, comme ces moyens de commande peuvent, éventuellement, être défaillants, l'actionneur de l'invention constitue une sécurité supplémentaire qui, en cas de défaillance de l'organe de réglage, permet d'assurer le fonctionnement de sécurité. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'actionneur comprend un obturateur mobile déplaçable sous l'action d'un élément thermosensible. Cet obturateur mobile est avantageusement déplaçable dans la direction de l'axe de l'organe de réglage. L'élément thermosensible comprend avantageusement une matière dilatable, en particulier une cire. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la sortie de sécurité communique avec une chambre qui présente une ouverture propre à être fermée ou ouverte par l'actionneur. Avantageusement, la chambre possède une forme générale au moins en partie annulaire et est délimitée entre une paroi cylindrique interne définissant le logement de l'organe de réglage et une paroi cylindrique externe dans laquelle débouchent les sorties de fluide. L'ouverture de la chambre présente, de préférence, un siège de forme tronconique et est propre à être fermée par un obturateur de forme tronconique que comporte l'actionneur. Dans une variante de réalisation, la vanne comprend une première chambre et une deuxième chambre communiquant, respectivement, avec une première sortie de sécurité et une deuxième sortie de sécurité. En ce cas, la première chambre et la deuxième chambre ont chacune avantageusement une forme générale semi-annulaire. L'invention concerne aussi un circuit de circulation de fluide comprenant une vanne de commande telle que définie précédemment, dont l'entrée de fluide est reliée à une source de fluide et dont les sorties de fluide sont reliées respectivement à des branches du circuit. Ce circuit est avantageusement réalisé sous la forme d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, qui est parcouru par un fluide de refroidissement sous l'action d'une pompe de circulation. La vanne de commande est alors une vanne à trois voies dont l'entrée de fluide est reliée à une arrivée de fluide de refroidissement en provenance du moteur, et dont les trois sorties de fluide sont reliées, respectivement, à une première branche du circuit qui contient un radiateur de refroidissement, à une deuxième branche du circuit qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement, et à une troisième branche du circuit qui contient un aérotherme pour le chauffage de l'habitacle. La vanne du circuit précité comprend une première sortie de sécurité qui est reliée à la première branche du circuit. Il est avantageux qu'elle comprenne, en outre, une deuxième sortie de sécurité qui est reliée à la troisième branche du circuit. Ainsi, en cas de défaillance, la vanne fait communiquer l'entrée de fluide avec la branche du circuit qui contient le radiateur de refroidissement, évitant ainsi tout risque d'endommagement du moteur du véhicule automobile. Si la vanne comprend une deuxième sortie de sécurité, cela permet en même temps de faire communiquer l'entrée de fluide avec l'aérotherme et donc de privilégier le désembuage de l'habitacle du véhicule. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une vanne de commande selon l'invention ; - la Figure 2 est une vue en coupe axiale de la vanne de commande dans une première position, dite "position de sécurité" ; - la Figure 3 est une vue analogue à la Figure 2 montrant la vanne de commande dans une deuxième position dite"position normale" ; et - la Figure 4 représente le schéma d'un circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile équipé d'une vanne de commande selon l'invention. On se réfère d'abord à la Figure 1 qui montre une vanne de commande 10 comprenant un corps cylindrique 12 délimité par une paroi de fond 14 et une paroi cylindrique externe 16 d'axe XX. Dans la paroi cylindrique 16, débouchent trois tubulures de sortie de fluide 18,20 et 22, à des hauteurs axiales et en des positions angulaires choisies par rapport à l'axe XX. Dans l'exemple, les tubulures 18,20 et 22 débouchent radialement dans la paroi 16 et elles ont des diamètres de valeur différente. Le corps 12 comporte une face ouverte 24 destinée à être coiffée par un couvercle 26 qui forme une tubulure 28 d'entrée de fluide. Cette tubulure s'étend dans la direction de l'axe XX. Le corps 12 comprend, en outre, une paroi cylindrique interne 30, espacée de la paroi cylindrique externe 16, et qui sera décrite en détail plus loin. Cette paroi interne définit un logement 32 pour un organe de réglage 34 qui est monté en rotation autour de l'axe XX à l'intérieur du corps 12 et qui, en fonction de sa position angulaire, est propre à répartir la distribution du fluide, introduit par la tubulure 28, entre les trois sorties 18,20 et 22. L'organe de réglage 34 est réalisé sous la forme d'un cylindre creux qui possède une cavité axiale 36 et qui comprend une surface cylindrique intermédiaire 38 munie d'une ouverture 40 pour contrôler la distribution du fluide au travers de la sortie 18. Cette surface cylindrique intermédiaire 38 est comprise entre une surface cylindrique d'extrémité 42 et une autre surface cylindrique d'extrémité 44. La surface 42 comprend des ouvertures 46 et permet de contrôler la distribution du fluide par la sortie 20. La surface d'extrémité 44 comprend une ouverture 48 et elle permet de contrôler la distribution du fluide par la sortie 22. L'organe de réglage 34 est propre à être entraîné en rotation par des moyens appropriés (non représentés) et être amené en des positions angulaires choisies pour contrôler la distribution du fluide entre les trois sorties 18,20 et 22. L'étanchéité entre l'organe tournant 34 et la paroi cylindrique 30 du corps 12 est assurée par un joint 50 de forme particulière qui ne fait pas directement partie de l'invention. Le couvercle 26 comprend trois pattes 52 destinées à être fixées respectivement sur des bossages 54 du corps 12 par des vis appropriées (non représentées). Un anneau 56 et un joint d'étanchéité 58 sont insérés entre la face ouverte 24 du corps 12 et le couvercle 26. Dans la cavité axiale 36 de l'organe de réglage 34, est logé un actionneur 60 qui est sensible à la température du fluide qui pénètre dans la cavité 34 par la tubulure d'entrée 28, et dont le fonctionnement sera décrit plus loin. Comme on peut le voir sur les Figures 2 et 3, le corps 12 délimite, entre les parois 16 et 30, une première chambre 62 qui communique avec la sortie 18 et une deuxième chambre 64 qui communique avec la sortie 22. Ces deux chambres ont chacune une forme semi-annulaire et sont séparées l'une de l'autre par deux cloisons 66 et 68 qui (Figure 1) s'étendent parallèlement à l'axe XX. Dans la paroi interne 30, sont aménagées des ouvertures appropriées pour faire communiquer l'intérieur du corps avec chacune des tubulures de sortie 18,20 et 22. On aperçoit sur les Figures 2 et 3 l'une de ces ouvertures 70 qui fait communiquer l'intérieur du corps avec la tubulure de sortie 18. L'organe de réglage 34 comporte un fond 72 muni d'un plot cylindrique 74 qui est engagé dans une ouverture cylindrique 76 que ménage le fond 14 du corps de la vanne. De la sorte, l'organe de réglage 34 peut tourner à l'intérieur du corps et, en fonction de sa position, contrôler la distribution du fluide au travers des sorties 18,20 et 22. L'organe de réglage 34 est maintenu axialement par l'anneau 56. Celui-ci comporte un siège tronconique 78 qui définit deux ouvertures 80 et 82 qui correspondent, respectivement, aux chambres 62 et 64. Ces deux ouvertures peuvent être ouvertes ou fermées simultanément par un obturateur 84 faisant partie de l'actionneur 60. Cet obturateur 84 a une forme tronconique conjuguée de celle du siège 78. L'obturateur 84 est déplaçable en translation dans la direction de l'axe XX sous l'action d'un élément thermosensible 86 qui, dans l'exemple, comprend une matière dilatable, en particulier une capsule de cire 88. Cette capsule 88 est reliée par trois bras 90 à l'obturateur 84. La capsule de cire 88 possède une tige 92 qui peut se déployer ou se rétracter par rapport à la capsule en fonction de la température du fluide pénétrant dans la cavité 36. La tige 92 prend appui sur un support intermédiaire 94 en forme de manchon qui est fixé à l'intérieur de la tubulure d'entrée 28. Dans une autre forme de réalisation (non représentée), le support intermédiaire 94 est intégralement formé avec le couvercle 26. L'actionneur 60 constitue un élément de sécurité pour le cas où la température du fluide pénétrant dans la cavité 32 dépasserait une valeur excessive. En pareil cas, un mécanisme de sécurité est normalement prévu pour amener l'organe de réglage 34 dans une position où le fluide est évacué par l'une au moins des sorties, et notamment par la sortie 18. Pour le cas où ces moyens viendraient en défaillance, l'actionneur 60 assure une sécurité supplémentaire. En fonctionnement normal, la tige 92 de la capsule de cire est rentrée, comme montré sur la Figure 3. Il en résulte que les ouvertures 80 et 82 des chambres 62 et 64 sont fermées par l'obturateur mobile. Par contre, lorsque la température du fluide atteint et dépasse un seuil donné, la tige 92 se déploie comme montré à la Figure 2, ce qui fait que l'obturateur 84 s'écarte du siège 78, libérant ainsi les ouvertures 80 et 82. Il en résulte que le fluide qui pénètre par la tubulure d'entrée 28 (flèche Fl) est distribué vers la chambre 62 et vers la tubulure 18 (flèche F2) et vers la chambre 64 et la tubulure de sortie 22 (flèche F3). Lorsque la tige 92 est rétractée, un ressort de rappel 94 est comprimé, comme on le voit sur la Figure 2. On se réfère maintenant à la Figure 4 qui montre un circuit 100 pour le refroidissement d'un moteur thermique 102 de véhicule automobile. Le circuit 100 est parcouru par un fluide de refroidissement, typiquement de l'eau additionnée d'un antigel, qui circule sous l'action d'une pompe mécanique 104 entraînée par le moteur, éventuellement avec l'aide d'une pompe électrique 106. Le fluide échauffé par le moteur, quitte ce dernier par une sortie 108 qui est reliée à la tubulure d'entrée 28 d'une vanne de commande 10 du type décrit précédemment. Cette vanne comprend trois tubulures de sorties 18,20 et 22 qui sont reliées respectivement à trois branches du circuit. Ce circuit comprend une première branche 110 qui contient un radiateur de refroidissement 112 et un vase d'expansion 114, une branche 116 qui forme une dérivation du radiateur de refroidissement et une branche 118 qui contient un aérotherme 120 pour le chauffage de l'habitacle du véhicule. La vanne 10 permet de gérer indépendamment les débits de fluide dans les branches 110,116 et 118, afin d'optimiser la température du moteur thermique et le chauffage de l'habitacle. Les sorties 18,20 et 22 de la vanne 10 sont reliées respectivement à la branche 110 qui contient le radiateur de refroidissement, à la branche 116 qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement, et à la branche 118 qui contient l'aérotherme. Il en résulte que, en cas de dysfonctionnement, et si la température du fluide détectée par l'élément thermosensible dépasse un seuil donné, l'obturateur 84 est ouvert. Le fluide de refroidissement est alors envoyé vers le radiateur de refroidissement et vers l'aérotherme. Ceci privilégie le refroidissement du moteur et le chauffage ou désembuage de l'habitacle. Il en résulte un fonctionnement sécurisé. Bien entendu, l'utilisation de la vanne de l'invention n'est pas limitée à un circuit de circulation de fluide du type précité et elle trouve son application à d'autres circuits, par exemple dans un circuit où le corps de vanne comprend trois entrées et une sortie. Revendications 1. Vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, comprenant un corps (12) qui est muni d'une entrée de fluide (28) et de trois sorties de fluide (18,20, 22) et qui délimite un logement cylindrique (32) pour un organe de réglage (34) propre à tourner autour d'un axe de rotation (XX) et à prendre différentes positions angulaires pour contrôler la distribution du fluide au travers des sorties, caractérisé en ce que l'organe de réglage (34) délimite une cavité axiale (36) qui communique avec l'entrée de fluide (28) et qui loge un actionneur (60) sensible à la température du fluide qui pénètre dans la cavité (36), ledit actionneur (60) étant propre à faire communiquer directement l'entrée de fluide avec au moins l'une (18,20) des sorties de fluide, dite "sortie de sécurité", dès que la température du fluide atteint un seuil donné. 2. Vanne de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'actionneur (60) comprend un obturateur mobile (84) déplaçable sous l'action d'un élément thermosensible (86). 3. Vanne de commande selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'obturateur mobile (84) est déplaçable dans la direction de l'axe (XX) de l'organe de réglage (34). 4. Vanne de commande selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que l'élément thermosensible (86) comprend une matière dilatable, en particulier une cire. 5. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la sortie de sécurité (18 ; 22) communique avec une chambre (62 ; 64) qui présente une ouverture (80 ; 82) propre à être fermée ou ouverte par l'actionneur (84). 6. Vanne de commande selon la revendication 5, caractérisée en ce que la chambre (62 ; 64) possède une forme générale au moins en partie annulaire et est délimitée entre une paroi cylindrique interne (30) définissant le logement de l'organe de réglage (34) et une paroi cylindrique externe (16) dans laquelle débouchent les sorties de fluide (18,20, 22). 7. Vanne de commande selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que l'ouverture (80 ; 82) de la chambre (62 ; 64) présente un siège (78) de forme tronconique et est propre à être fermée par un obturateur (84) de forme tronconique que comporte l'actionneur (60). 8. Vanne de commande selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une première chambre (62) et une deuxième chambre (64) communiquant respectivement avec une première sortie de sécurité (18) et une deuxième sortie de sécurité (24). 9. Vanne de commande selon la revendication 8, prise en combinaison avec la revendication 6, caractérisée en ce que la première chambre (62) et la deuxième chambre (64) ont chacune une forme générale semi-annulaire. 10. Circuit de circulation de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 9 dont l'entrée de fluide (28) est reliée à une source de fluide (108) et dont les sorties de fluide (18,20, 22) sont reliées respectivement à des branches (110,116, 118) du circuit. 11. Circuit de circulation de fluide selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un circuit de refroidissement (100) d'un moteur thermique (102) de véhicule automobile, qui est parcouru par un fluide de refroidissement sous l'action d'une pompe de circulation (104, 106), et en ce que l'entrée de fluide (28) de la vanne de commande (10) est reliée à une arrivée (108) de fluide de refroidissement en provenance du moteur (102), et dont les trois sorties de fluide (18,20, 22) sont reliées respectivement à une première branche (110) du circuit qui contient un radiateur de refroidissement (112), à une deuxième branche (116) du circuit qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement (112), et à une troisième branche (118) du circuit qui contient un aérotherme (120) pour le chauffage de l'habitacle. 12. Circuit de circulation de fluide selon la revendication 11, caractérisé en ce que la vanne comprend une première sortie de sécurité (18) qui est reliée à la première branche (110) du circuit. 13. Circuit de circulation de fluide selon la revendication 12, caractérisé en ce que la vanne comprend en outre une deuxième sortie de sécurité (22) qui est reliée à la troisième branche (118) du circuit.