Brevet FR2876763A1 — publié le 20060421

La présente invention concerne une vanne thermostatique pour un circuit de fluide, comportant un élément thermostatique à matière dilatable. Elle concerne également un moteur thermique associé à un circuit de fluide de refroidissement muni d'une telle vanne, ainsi qu'un procédé de fabrication d'une telle vanne. Dans de nombreuses applications du domaine fluidique, notamment pour le refroidissement de moteurs thermiques de véhicules, de telles vannes sont utilisées pour répartir un fluide entrant dans différentes voies de circulation en fonction de la température de ce fluide entrant. Pour répartir le fluide en fonction d'autres paramètres, notamment de conditions extérieures à la vanne, comme la température ambiante ou la charge du véhicule propulsé par le moteur équipé de la vanne, il est connu de prévoir des moyens de chauffage électrique de la matière dilatable contenue dans l'élément thermostatique de la vanne. Le pilotage de l'actionnement de cet élément thermostatique est alors possible depuis l'extérieur de la vanne, indépendamment ou en complément de la température du fluide entrant, notamment au moyen d'un calculateur embarqué dans le véhicule et programmé en conséquence. Il est cependant nécessaire d'alimenter en électricité les moyens de chauffage, tels qu'une résistance chauffante, localisés dans la matière dilatable de l'élément thermostatique, alors que ce dernier baigne au moins en partie dans le courant de fluide à réguler par la vanne. Pour contourner en partie cette difficulté, il est connu d'agencer la résistance chauffante à l'intérieur d'un piston de l'élément thermostatique, immergé en partie dans la matière dilatable et monté coulissant par rapport au corps de l'élément thermostatique contenant cette matière. En immobilisant le piston par rapport au boîtier de vanne, l'alimentation de la résistance provoque la dilatation de la matière, ce qui entraîne le coulissement du corps de l'élément thermostatique autour du piston fixe, un obturateur étant porté par ce corps de manière à agir sur la circulation du fluide dans la vanne. L'agencement d'un tel piston chauffant au sein de la vanne est cependant complexe à réaliser et pose des problèmes d'étanchéité, en particulier au niveau de la zone de jonction électrique entre les bornes de connexion du piston chauffant, accessibles depuis l'extérieur du boîtier, et un élément d'alimentation électrique, tel qu'un câble ou analogue. Le but de la présente invention est de proposer une vanne thermostatique à piston chauffant, dont la fabrication est simplifiée, tout en garantissant une bonne étanchéité au niveau de la zone d'alimentation électrique du piston chauffant. A cet effet, l'invention a pour objet une vanne thermostatique pour un circuit de fluide, comportant: - un boîtier délimitant intérieurement au moins 20 une voie de circulation de fluide, - un obturateur de la voie de circulation, - un élément thermostatique qui comprend, d'une part, un corps contenant une matière dilatable, disposé sur le trajet du fluide suivant la voie de circulation et portant l'obturateur, et, d'autre part, un piston immobilisé par rapport au boîtier et apte à coulisser par rapport au corps de l'élément thermostatique sous l'action de la matière dilatable échauffée, - des moyens de chauffage électrique de la matière dilatable, disposés, au moins en partie, à l'intérieur du piston de l'élément thermostatique, et - des moyens de raccordement électrique entre l'extérieur du boîtier et les moyens de chauffage, solidarisés au boîtier et comprenant à la fois au moins une broche de contact électrique, accessible depuis l'extérieur du boîtier, et une base de branchement d'un élément d'alimentation électrique de la ou des broches de contact, caractérisée en ce qu'au moins la base de branchement est venue de matière avec le boîtier. L'étanchéité au niveau de la base de branchement de la vanne selon l'invention est ainsi essentiellement assurée par le boîtier de vanne. De la sorte, l'alimentation électrique des moyens de raccordement s'effectue dans de bonnes conditions d'étanchéité, et ce quand bien même un câble d'alimentation électrique est successivement branché et débranché lors de l'installation et de l'entretien de la vanne au sein du circuit de fluide. La fabrication de la vanne s'en trouve par ailleurs simplifiée, notamment par réduction du nombre d'éléments d'étanchéité à utiliser. Suivant d'autres caractéristiques de cette vanne thermostatique, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles - les moyens de raccordement comportent, d'une part, des conducteurs électriques raccordant la ou les broches de contact aux moyens de chauffage et, d'autre part, une embase de support des conducteurs et de la ou des broches de contact, solidarisée au boîtier; - l'embase de support est adaptée pour être rapportée et immobilisée dans une cavité borgne sensiblement complémentaire, délimitée intérieurement par le boîtier, et en ce qu'une paroi de boîtier traversée par la ou les broches de contact, avec interposition d'une garniture d'étanchéité, délimite, sur un côté, la cavité et, sur l'autre côté, la base de branchement; - l'embase de support est emprisonnée dans une cavité sensiblement complémentaire, délimitée par des parois du boîtier surmoulées autour de cette embase; - l'embase de support est venue de matière avec le boîtier; - l'embase de support est adaptée pour être rapportée et immobilisée dans un trou traversant 5 sensiblement complémentaire, délimité par le boîtier et débouchant sur l'extérieur du boîtier au niveau de la base de branchement; - les conducteurs comprennent au moins un fil électrique possédant une première borne connectée aux moyens de chauffage et une seconde borne raccordée au(x) broche(s) de contact, et en ce que les moyens de raccordement comportent au moins une languette de retenue mécanique dudit fil par rapport au(x) broche(s) ; - les conducteurs comprennent au moins une barrette venue de matière avec la broche et à laquelle est connectée la seconde borne du fil électrique, et en ce que la languette est soudée ou sertie sur cette barrette. L'invention a également pour objet un moteur thermique associé à un circuit de fluide de refroidissement, lequel circuit comporte une vanne telle que définie ci-dessus. L'invention a en outre pour objet un procédé de fabrication d'une vanne telle que définie ci-dessus, lequel procédé comporte des étapes consistant à : - mouler le boîtier de la vanne, et - disposer des moyens de raccordement, caractérisé en ce qu'une partie, incluant la base de branchement, des moyens de raccordement est moulée conjointement avec le boîtier. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une vanne thermostatique selon l'invention; et - les figures 2 à 4 sont des vues analogues à la 5 figure 1, de variantes de réalisation de la vanne selon l'invention. Sur la figure 1 est représentée une vanne thermostatique 1 adaptée pour équiper un circuit de refroidissement, notamment pour un moteur thermique de véhicule automobile. Cette vanne comporte un boîtier rigide 2 réalisé en une matière plastique et comportant deux conduits 4 et 6 qui s'étendent suivant des directions longitudinales respectives X-X et Y-Y sensiblement perpendiculaires l'une à l'autre. Les conduits débouchent l'un dans l'autre au niveau d'une zone de jonction coudée 8 du boîtier 2. A titre d'exemple, lorsque la vanne 1 est utilisée dans un circuit de refroidissement d'un moteur thermique, le conduit 4 est alimenté en fluide froid destiné à communiquer, sous certaines conditions détaillées ci-après et via la zone 8, avec le conduit 6 qui forme une sortie de fluide froid en direction d'un échangeur thermique. La vanne 1 est équipée d'un clapet 10 de régulation du débit de fluide du conduit 4 au conduit 6, via la zone 8. Ce clapet 10 est associé à un siège 12 délimité intérieurement par le boîtier 2. Le clapet est prévu pour s'écarter ou se rapprocher du siège 12, de sorte que, lorsque le clapet est en appui contre son siège, le débit de fluide passant du conduit 4 au conduit 6 est sensiblement nul, tandis que, lorsque le clapet est écarté de ce siège, le fluide alimentant le conduit 4 passe pratiquement librement dans le conduit de sortie 6. Pour commander le déplacement du clapet 10 par rapport au siège 12, la vanne 1 est équipée d'un élément thermostatique 14 qui comprend: - un corps 16 constitué d'un matériau bon 5 conducteur de la chaleur, par exemple métallique, et contenant intérieurement une matière dilatable, généralement de la cire, confinée de manière étanche par un couvercle 18, et - un piston 20 sous forme d'une tige mobile par rapport au corps 16, dont une extrémité (non visible sur la figure) est immergée dans le corps 16 de manière à ce que la dilatation de la cite entraîne un coulissement relatif entre le piston et le corps. A l'état assemblé de la vanne 1, c'est-à-dire dans son état représenté à la figure 1, l'élément thermostatique 14 est disposé co-axialement au conduit 4, c'est-à-dire que son axe longitudinal est sensiblement confondu avec l'axe X-X, et le corps 16 de cet élément thermostatique est disposé dans le conduit d'entrée 4, en amont du clapet 10 qui est solidarisé au corps 16, à son extrémité 16A au niveau de laquelle le piston 20 coulisse suivant l'axe X-X. Le clapet 10 est solidarisé au corps 16 par l'intermédiaire d'une couronne rigide pleine 22 dans laquelle l'extrémité 16A est emmanchée à force. A l'état assemblé de la vanne 1, le piston 20 est immobilisé par rapport au boîtier 2, par des aménagements décrits ci-après. En conséquence, lorsque la cire contenue dans le corps 16 est chauffée et se dilate, le corps 16 est entraîné en translation suivant l'axe X-X, du côté opposé à celui du piston. Autrement dit, sur la figure 1, le corps 16 est alors translaté vers le bas et entraîne le clapet 10, par l'intermédiaire de la couronne 22, libérant le siège 12. Pour permettre le rappel du clapet vers son siège lorsque la cire se refroidit, la vanne 1 est équipée d'un ressort de compression 24 interposé entre la couronne 22 et un étrier rigide ajouré 26 solidarisé au boîtier 2. Cet étrier délimite une ouverture centrale 28 à l'intérieur de laquelle le corps 16 est librement coulissant suivant l'axe X-X, cette ouverture formant ainsi un guide en déplacement du corps 16. L'immobilisation du piston 20 vis-à-vis du boîtier 2 est réalisée par une embase rigide 30 constituée d'une matière plastique, notamment celle du boîtier 2. Cette embase 30 délimite à cet effet un logement borgne 32 de réception de l'extrémité libre 20A du piston 20, cette extrémité 20A étant prévue en appui contre le fond du logement 32. Une douille 34 de liaison mécanique est agencée entre le piston et l'embase 32, avec interposition d'un joint d'étanchéité 36. A l'état assemblé de la vanne 1, l'embase 30 est reçue de manière fixe dans une cavité borgne 2A sensiblement complémentaire de l'embase et délimitée intérieurement par le boîtier 2. A titre d'exemple, l'embase 30 se présente globalement sous la forme d'un cylindre d'axe X-X, reçu dans la cavité 2A également cylindrique et délimitée par une paroi annulaire 2B d'axe longitudinal X-X. L'embase 30 est immobilisée dans la cavité 2A en 25 étant par exemple emmanchée à force ou clipsée. Pour commander le déplacement du clapet 10 de façon complémentaire ou indépendante de la température du fluide entrant dans la vanne 1 par le conduit 4, le piston 20 est équipé intérieurement d'une résistance électrique chauffante (non visible sur la figure). On comprend que, lorsque cette résistance est alimentée en électricité, la cire contenue dans le corps 16 de l'élément thermostatique 14 se dilate et que, comme expliqué ci-dessus, le corps 16 est translaté de manière à s'éloigner de l'embase 30. 2876763 8 La circulation du courant d'alimentation de cette résistance chauffante est prévue par une paire de barrettes conductrices 40 portées par l'embase et raccordées, via une paire de fils électriques 42, aux bornes de la résistance électrique chauffante. Chaque barrette 40 est connectée à la borne 42A d'un des fils 42, opposée à la borne de ce fil connectée à la résistance chauffante. Chaque fil est mécaniquement retenu contre la barrette par des languettes de pincement 44 soudées ou serties sur la barrette. Chaque barrette 40 comprend une broche de contact électrique 46 prévue pour être alimentée, par contact, en un courant extérieur à la vanne 1. Chaque barrette 40 est noyée dans la matière plastique constituant l'embase 30, excepté au niveau de sa broche 46 qui s'étend, au moins en partie, en saillie de cette matière. A l'état assemblé de la vanne 1, les parties saillantes des broches 46 sont accessibles depuis l'extérieur du boîtier 2, en étant disposées dans des passages complémentaires 47 traversant de part en part la paroi 2C du boîtier 2 constituant le fond de la cavité 2A. Ces passages sont étanchés par une garniture sensiblement plane 48 interposée, suivant l'axe X-X, entre l'embase 30 et la paroi de fond 2C. Les broches 46 sont conformées pour pouvoir être introduites dans une prise d'alimentation électrique 50 reliée, via un câble 52, à une source d'alimentation non représentée. La prise 50 est connectée par contact aux broches 46, en étant engagée, comme indiqué par la flèche 58, et immobilisée, de manière amovible, dans une base de branchement 56 venue de matière avec le boîtier 2. Cette base s'étend globalement autour de l'axe X-X, en saillie, vers l'extérieur du boîtier, depuis la paroi de fond 2C. Les broches 46 sont disposées dans le volume interne de cette base 56. En d'autres termes, les broches 46 et la base 56 constituent une prise de contact électrique, associée de façon complémentaire à la prise d'alimentation 50 qui peut ainsi être branchée et débranchée à volonté vis-à-vis des broches 46 et de la base 56. La fabrication de la vanne 1 s'effectue en disposant, d'une part, du boîtier 2 moulé d'une seule pièce avec la base de branchement 56 et, d'autre part, d'un ensemble comprenant l'embase 30 munie des barrettes 40 et du piston 20. Cet ensemble est obtenu par moulage de l'embase 30 autour des barrettes 40 préalablement raccordées électriquement à la résistance chauffante logée dans le piston 20 par les fils 42 retenus par les languettes 44. L'ensemble précité est ensuite rapporté à l'intérieur du boîtier 2, en y étant introduit suivant l'axe X-X via le conduit 4, jusqu'à immobilisation de l'embase 30 dans la cavité 2A, avec interposition de la garniture d'étanchéité 48. Pour faciliter la mise en place de l'embase 30 à l'intérieur de la cavité 2A, le piston 20 est manipulé alors qu'il n'est pas encore introduit pour partie dans le corps 16 de l'élément thermostatique 14, ce corps, muni de la couronne 22 et du clapet 10, pouvant être rapporté lors d'une étape d'assemblage ultérieure. Sur les figures 2, 3 et 4 sont respectivement représentées des variantes 101, 201 et 301 de la vanne 1 décrite ci-dessus. Par commodité, les éléments communs entre chacune de ces variantes et la vanne 1 portent les mêmes références numériques. La vanne 101 de la figure 2 se distingue essentiellement de la vanne 1 de la figure 1 par la zone de son boîtier 102 au niveau de laquelle l'embase 30 est immobilisée. Plus précisément, au lieu de prévoir que l'embase 30 est rapportée dans la cavité borgne 2A, l'embase 30 de la vanne 101 est utilisée en tant qu'insert de surmoulage du boîtier 102. Autrement dit, le moule utilisé pour fabriquer le boîtier 102 intègre l'embase 30 qui, une fois le moulage de ce boîtier réalisé, est emprisonnée dans une cavité complémentaire 102A délimitée par des parois 102B et 102C du boîtier directement moulées autour de l'embase et éventuellement autour de la douille 34. Cette variante garantit une parfaite immobilisation de l'embase 30 par rapport au boîtier 102. En outre, elle évite de recourir à la garniture d'étanchéité 48 puisque la matière plastique constituant la paroi de fond 102C, venue de matière avec la base de branchement 56, est directement moulée autour des broches 46. La vanne 201 de la figure 3 se distingue essentiellement de la vanne 1 de la figure 1 par la réalisation de son embase 30 en tant qu'élément venu de matière avec son boîtier 202. Ainsi, plutôt que de mouler l'embase 30 puis de la rapporter à l'intérieur du boîtier 2, le boîtier 202 et la base de branchement 56 sont moulés conjointement avec l'embase 30. L'étanchéité au niveau de la prise 56 est alors assurée par la matière plastique moulée directement autour des broches 46. Suivant cette variante, la fabrication de la vanne 201 est particulièrement simplifiée, évite d'utiliser la garniture d'étanchéité 48 de la figure 1 et ne nécessite l'utilisation que d'un seul moule au lieu de deux moules distincts pour respectivement l'embase 30 et le boîtier 2 de la vanne 1. La vanne 301 de la figure 4 se distingue essentiellement de la vanne 1 de la figure 1 par l'agencement de son embase 30 au sein d'un trou 302A traversant de part en part le boîtier 302, et non dans la cavité borgne 2A délimitée à l'intérieur du boîtier 2 de la vanne 1. Plus précisément, le trou 302A de réception et d'immobilisation de l'embase 30 s'étend autour de l'axe X-X, dans le prolongement du volume interne de la base de branchement 56. Ce trou débouche à l'intérieur de la zone de jonction coudée 8 via un orifice traversant 302D à l'intérieur duquel est disposé, de façon sensiblement complémentaire, le piston 20 de l'élément thermostatique 14. La vanne 301 se distingue également de la vanne 1 en ce que son piston 20 n'est pas prévu en appui direct contre l'embase mais est solidarisé fermement à la douille 34 prévue en appui plan contre une bride 302B venue de matière avec le boîtier 2 et disposée à l'intérieur du boîtier 2, globalement dans le prolongement, suivant l'axe X-X, de la base de branchement externe 56. L'orifice traversant 302D débouche ainsi, vers l'intérieur du boîtier 2, dans le volume interne de cette bride 302B. Ainsi, à la différence des vannes 1, 101 et 201, les efforts de poussée subis pas le piston 20 sont encaissés directement par cette paroi 302B du boîtier 302, et non par l'embase 30 qui risquerait d'être, à la longue, dégagée du trou 302A. Pour fabriquer la vanne 301, le piston 20, muni des fils 42 et de la douille 34, est introduit à l'intérieur du boîtier 2 depuis le conduit 4, de sorte que les bornes 42A des fils soient amenées jusqu'à l'extérieur du trou 302A, la longueur des fils étant dimensionnée en conséquence. Les bornes 42A sont alors connectées aux barrettes 40 noyées dans l'embase 30. Cette dernière est ensuite introduite depuis l'extérieur du boîtier 2, c'est-à-dire sans passer par le conduit 4 ou 6 comme lors de l'assemblage de la vanne 1, dans successivement la base 56 et le trou 302A, jusqu'à immobilisation suivant l'axe X-X, par exemple par emmanchement à force ou par clipsage. Les surplus des fils 42, qui se replient les uns sur les autres sont alors 2876763 12 stockés dans un espace libre prévu axialement entre l'embase 30 et l'extrémité libre 20A du piston. Le corps 16 de l'élément thermostatique 14 est ensuite rapporté autour du piston 20. Divers aménagements et variantes aux vannes décrites ci-dessus sont en outre envisageables. En particulier, comme représenté pour les vannes 1 et 301, la forme et la géométrie des conduits 4 et 6 et de la zone de jonction 8 peuvent être aménagées en fonction de la zone d'implantation de la vanne au sein du circuit de circulation du fluide à réguler. Par ailleurs, à titre optionnel, le corps 16 de l'élément thermostatique peut être équipé, au niveau de son extrémité opposée à son extrémité 16A, d'un autre clapet, dit clapet de by-pass, adapté pour être entraîné en mouvement par le corps 16. Lorsque l'élément thermostatique 14 est actionné, ce clapet de by-pass obture partiellement ou totalement un accès de fluide supplémentaire délimité par le boîtier 2 ou par un boîtier secondaire rapporté sur le boîtier 2. En outre, à titre de variante non représentée, la prise de contact comprenant la base 56 et les broches 46 peut présenter une configuration mâle, complémentaire d'une prise d'alimentation femelle. 13 REVENDICATIONS 1. Vanne thermostatique (1; 101; 201; 301) pour un 5 circuit de fluide, comportant: - un boîtier (2; 102; 202; 302) délimitant intérieurement au moins une voie de circulation de fluide, - un obturateur (10) de la voie de circulation, - un élément thermostatique (14) qui comprend, d'une part, un corps (16) contenant une matière dilatable, disposé sur le trajet du fluide suivant la voie de circulation et portant l'obturateur (10), et, d'autre part, un piston (20) immobilisé par rapport au boîtier (2; 102; 202; 302) et apte à coulisser par rapport au corps de l'élément thermostatique sous l'action de la matière dilatable échauffée, - des moyens de chauffage électrique de la matière dilatable, disposés, au moins en partie, à l'intérieur du piston (20) de l'élément thermostatique (14), et - des moyens (30, 40, 42, 44, 56) de raccordement électrique entre l'extérieur du boîtier (2; 102; 202; 302) et les moyens de chauffage, solidarisés au boîtier et comprenant à la fois au moins une broche de contact électrique (46), accessible depuis l'extérieur du boîtier, et une base (56) de branchement d'un élément (50) d'alimentation électrique de la ou des broches de contact, caractérisée en ce qu'au moins la base de branchement (56) est venue de matière avec le boîtier. 2. Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de raccordement comportent, d'une part, des conducteurs électriques (40, 42) raccordant la ou les broches de contact (46) aux moyens de chauffage et, d'autre part, une embase (30) de support des conducteurs et de la ou des broches de contact, solidarisée au boîtier (2; 102; 202; 302). 3. Vanne suivant la revendications 2, caractérisée en ce que l'embase de support (30) est adaptée pour être rapportée et immobilisée dans une cavité borgne sensiblement complémentaire (2A), délimitée intérieurement par le boîtier (2), et en ce qu'une paroi de boîtier (2C) traversée par la ou les broches de contact (46), avec interposition d'une garniture d'étanchéité (48), délimite, sur un côté, la cavité (2A) et, sur l'autre côté, la base de branchement (56). 4. Vanne suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'embase de support (30) est emprisonnée dans une cavité sensiblement complémentaire (102A), délimitée par des parois (102B, 102C) du boîtier (102) surmoulées autour de cette embase. 5. Vanne suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'embase de support (30) est venue de matière avec le boîtier (202). 6. Vanne suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'embase de support (30) est adaptée pour être rapportée et immobilisée dans un trou traversant sensiblement complémentaire (302A), délimité par le boîtier (302) et débouchant sur l'extérieur du boîtier au niveau de la base de branchement (56). 7. Vanne suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que les conducteurs comprennent au moins un fil électrique (42) possédant une première borne connectée aux moyens de chauffage et une seconde borne (42A) raccordée au(x) broche(s) de contact (46); et en ce que les moyens de raccordement comportent au moins une languette (44) de retenue mécanique dudit fil par rapport au(x) broche(s). 8. Vanne suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les conducteurs comprennent au moins une barrette (40) venue de matière avec la broche (46) et à laquelle est connectée la seconde borne (42A) du fil électrique (42), et en ce que la languette (44) est soudée ou sertie sur cette barrette. 9. Moteur thermique associé à un circuit de fluide de refroidissement du moteur, lequel circuit comporte une vanne (1; 101; 201; 301) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Procédé de fabrication d'une vanne thermostatique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, lequel procédé comporte des étapes consistant à : - mouler le boîtier (2; 102; 202; 302) de la vanne 15 (1; 101; 201; 301), et - disposer des moyens de raccordement (30, 40, 42, 44, 56), caractérisé en ce qu'une partie, incluant la base de branchement (56), des moyens de raccordement (30, 40, 42, 44, 56) est moulée conjointement avec le boîtier (2; 102; 202; 302).