Brevet FR2983525A1 — publié le 20130607

ENSEMBLE COMPORTANT UN DEFLECTEUR POUR VANNE THERMOSTATIQUE DANS UN BOITIER DE SORTIE D'EAU [0001] L'invention concerne le refroidissement d'un moteur à combustion interne, et en particulier la répartition du liquide de refroidissement du moteur par un boîtier de sortie d'eau. [0002] On parle de manière générale d'eau pour désigner le liquide circulant dans le circuit de refroidissement d'un moteur à combustion, et on emploie de manière équivalente dans le présent document les expressions « liquide de refroidissement » et « eau ». [0003] Le document FR 2 903 143 décrit un circuit de refroidissement de moteur de véhicule automobile. Ce circuit comprend un boîtier de sortie d'eau muni d'une sonde de température et d'un thermostat. Le boîtier comprend une canalisation principale de sortie pour transporter l'eau vers un radiateur dont la fonction est de refroidir ladite eau, l'eau ainsi refroidie étant ensuite acheminée au moyen d'une canalisation vers l'entrée d'une pompe à eau située en amont du moteur. La pompe contribue à faire circuler l'eau refroidie dans le moteur et l'eau ainsi réchauffée est ensuite récupérée dans le boîtier. Le boîtier comporte une première canalisation secondaire de sortie d'eau destinée à alimenter un aérotherme en eau et dont la fonction est de créer du chauffage dans l'habitacle du véhicule automobile. L'eau récupérée à la sortie de l'aérotherme est acheminée vers l'entrée de la pompe pour être réinjectée dans le circuit de refroidissement du moteur. La circulation d'eau dans cette première canalisation secondaire est libre. Le boîtier possède une deuxième canalisation secondaire de sortie qui vient se connecter directement sur la canalisation reliant le radiateur à l'entrée de la pompe, et constituant une portion de dérivation court-circuitant le radiateur. La circulation d'eau dans la deuxième canalisation secondaire est pilotée au moyen d'un clapet de dérivation, dit clapet de by-pass, placé entre le boîtier et l'entrée de la pompe. Cette portion de dérivation permet d'envoyer directement de l'eau réchauffée en provenance du moteur vers la partie amont du circuit de refroidissement positionnée avant ledit moteur, en traversant le boîtier. [0004] De manière générale, le boîtier de sortie d'eau d'un moteur à combustion permet donc la régulation thermique du moteur en dirigeant l'eau sortant du moteur vers les branches du circuit adéquates. Typiquement, lors d'une phase de montée en température du moteur consécutivement à un démarrage à froid, il convient de diriger l'eau vers la portion de dérivation (par ouverture du conduit de dérivation et fermeture de la canalisation principale de sortie vers le radiateur), afin de favoriser la montée en température du moteur. Une fois atteinte la température de fonctionnement du moteur souhaitée, il convient de fermer la dérivation et d'ouvrir la canalisation principale vers le radiateur pour refroidir l'eau et assurer le bon refroidissement du moteur. [0005] Afin de garantir le bon fonctionnement d'un thermostat implanté dans le boîtier de sortie d'eau, il est nécessaire que ce thermostat soit positionné dans le flux d'eau sortant du moteur. En particulier, pour assurer l'ouverture de la canalisation principale vers le radiateur, l'eau sortant du moteur doit arroser ce thermostat avant de passer dans la dérivation, faute de quoi l'ouverture de la canalisation vers le radiateur est conditionnée à l'échauffement de l'eau autour du thermostat par simple convection car le thermostat est située dans une zone dite « morte », ce qui la retarde et peut dans des situations extrêmes entraîner une surchauffe du moteur. [0006] S'il est facile d'implanter le thermostat dans le flux d'eau lorsque le boîtier de sortie d'eau est un élément rapporté au niveau de la sortie d'eau de la culasse du moteur, cela peut être plus problématique lorsque le carter du boitier de sortie d'eau est formé d'un seul tenant avec la culasse, en étant typiquement obtenu directement de fonderie. Dans ce cas, le corps du boîtier de sortie d'eau est généralement en aluminium, ce qui entraine des contraintes de fabrications importantes, liées au positionnement des noyaux de fonderie, aux dépouilles, etc. [0007] Dans cette architecture, le ou les thermostats peuvent être rapportés en étant fixés à un couvercle, par exemple en matière plastique, qui vient fermer le boîtier de sortie d'eau. Chaque thermostat est fixé au couvercle par un étrier. Lors de la fermeture du boîtier de sortie d'eau par le couvercle, les thermostats sont insérés dans des ouvertures correspondantes formées dans le carter du boîtier de sortie d'eau. [0008] Typiquement, le thermostat peut être introduit insuffisamment profondément dans le boîtier pour que la capsule du thermostat contenant typiquement une cire assurant son fonctionnement soit totalement dans le flux d'eau circulant entre la sortie du moteur et le conduit de dérivation. Typiquement, seule la tête du thermostat est correctement arrosée, si bien que l'échauffement du thermostat est perturbé et l'ouverture du conduit principal vers le radiateur est retardée. [0009] Dans l'invention, on tend à résoudre ce problème par un dispositif simple, peu coûteux, et facilement mis en oeuvre. [0010] Plus précisément, l'invention porte donc sur un ensemble comportant : - un couvercle de boîtier de sortie d'eau d'un moteur à combustion, - une vanne thermostatique comportant un corps de vanne allongé selon un axe principal, et portant un thermostat pour piloter l'ouverture et la fermeture de la vanne, - un étrier assurant la fixation de la vanne sur le couvercle ; et comportant un déflecteur disposé au niveau d'une partie distale de la vanne par rapport au couvercle, sensiblement parallèlement à l'axe principal du corps de vanne, de sorte qu'un fluide interceptant le déflecteur est au moins pour partie orienté le long du corps de la vanne vers le thermostat. Ainsi, la potentielle zone de faible circulation de fluide autour du thermostat est éliminée, et le thermostat assure l'ouverture ou la fermeture de la vanne de manière rapide lors de l'atteinte d'une température donnée par le fluide circulant dans le boîtier de sortie d'eau. [0011] Dans une première variante, le déflecteur est formé d'un seul tenant avec l'étrier. [0012] Dans une deuxième variante, le déflecteur est une pièce rapportée. Dans cette variante, le déflecteur peut être fixé à l'étrier ou au corps de vanne. [0013] De préférence, le déflecteur présente une forme sensiblement demi-cylindrique de révolution. Par une orientation adaptée de la concavité du déflecteur, cette forme est particulièrement adaptée à orienter tout ou partie du flux d'eau dans la direction souhaitée. Par ailleurs, un déflecteur demi circulaire s'adapte aisément autour d'une extrémité de la vanne. Dans ce cadre, l'axe principal du demi-cylindre est préférentiellement confondu avec l'axe principal du corps de vanne. [0014] L'invention porte également sur un moteur à combustion comportant une culasse présentant un boîtier de sortie d'eau intégré obtenu de fonderie avec ladite culasse, et un ensemble tel que précédemment décrit dont le couvercle ferme le boîtier de sortie d'eau. [0015] De préférence dans un tel moteur, le déflecteur est positionné dans une zone du boîtier de sortie d'eau formant une communication directe entre une sortie d'eau du moteur dans le boîtier de sortie d'eau et un conduit de dérivation retournant l'eau directement à une entrée d'eau du moteur. Le déflecteur intercepte ainsi le flux passant directement de la sortie d'eau du moteur dans le conduit de dérivation, sans arroser toutes les zones du boîtier de sortie d'eau. [0016] De préférence, le déflecteur est disposé sensiblement orthogonalement à un flux d'eau traversant le boîtier de sortie d'eau de la sortie d'eau du moteur vers le conduit de dérivation. Cela assure une efficacité maximale du dispositif [0017] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement le système dans son mode de réalisation préférentiel. - La figure 1 présente selon une vue partielle en trois dimensions une culasse intégrant de fonderie un boîtier de sortie d'eau, et un ensemble comportant un couvercle de boîtier de sortie d'eau, une vanne thermostatique et un étrier de fixation de la vanne sur le couvercle, tels qu'envisagés dans l'état de la technique, avant fixation sur le boîtier de sortie d'eau. - La figure 2 présente un ensemble comportant un couvercle de boîtier de sortie d'eau, une vanne thermostatique et un étrier de fixation de la vanne sur le couvercle, tels qu'envisagés dans l'état de la technique. - La figure 3 présente une vue écorchée de détail d'un ensemble conforme à une première variante préférentielle de l'invention, le couvercle et la vanne étant en position vis-à-vis du boîtier de sortie d'eau. - La figure 4 présente un étrier tel que mis en jeu dans la première variante préférentielle de l'invention. - La figure 5 présente une vue écorchée de détail d'un ensemble conforme à une deuxième variante préférentielle de l'invention, le couvercle et la vanne étant en position dans le boîtier de sortie d'eau. - La figure 6 présente un étrier et un déflecteur rapporté, tel que mis en jeu dans la deuxième variante préférentielle de l'invention. [0018] La figure 1 présente donc une culasse 1 comportant un boîtier de sortie d'eau 11 moulé de fonderie avec la culasse. Le boîtier de sortie d'eau présente une face 12 présentant un premier orifice 13 et un second orifice 14, la face 12 étant destinée à être obturée par un couvercle 2. [0019] Au moins une vanne thermostatique 3 est fixée audit couvercle 2. Dans l'exemple ici représenté, deux vannes thermostatiques y sont fixées. Les vannes thermostatiques sont destinées à être mises en place dans le boîtier de sortie d'eau par insertion respectivement dans le premier orifice 13 et le second orifice 14. [0020] A la figure 2 on a représenté un ensemble comportant un couvercle 2 de boîtier de sortie d'eau, une vanne thermostatique 3, et un étrier 4 de fixation de la vanne sur le couvercle, tels qu'envisagés dans l'état de la technique L'ensemble présente dans le mode de réalisation ici représenté une seconde vanne thermostatique. [0021] Le couvercle 2 comporte une première sortie 21 et une seconde sortie 22, l'ouverture et la fermeture des vannes permettant d'orienter l'eau sortant du moteur vers un conduit ou l'autre. Typiquement, la première sortie 21 peut être reliée à un conduit principal traversant un échangeur thermique (radiateur) avant de retourner vers une entrée d'eau du moteur. [0022] L'étrier 4 permet le maintien de la vanne thermostatique dans une position permettant son insertion et son maintien en position dans le boîtier de sortie d'eau 11, sans toutefois être en contact avec les parois de la culasse 1. [0023] La figure 3 présente une vue écorchée de détail d'un ensemble conforme à une première variante préférentielle de l'invention, le couvercle 2 et la vanne thermostatique 3 étant représentés en position vis-à-vis du boîtier de sortie d'eau 11. La vanne thermostatique présente une forme allongée selon un axe principal A. La vanne comporte un corps de vanne 31, un thermostat 32, et un clapet 32. Le thermostat 32 peut être basé sur un capteur de température mais sera préférentiellement du type mettant en jeu un bulbe thermostatique contenant une cire fondant à une température prédéfinie. [0024] Dans l'invention, l'ensemble comporte un déflecteur 5 disposé au niveau d'une partie distale de la vanne 3 par rapport au couvercle 2, sensiblement parallèlement à l'axe principal A du corps de vanne 31, de sorte qu'un fluide entrant en contact avec le déflecteur 5 est au moins pour partie orienté le long du corps de la vanne 31 vers le thermostat 32. [0025] Dans une première variante préférentielle de l'invention, le déflecteur 5 est réalisé d'un seul tenant avec l'étrier 4. Un étrier 4 intégrant le déflecteur 5 est représenté selon une vue en trois dimensions à la figure 4.'étrier 4 permettant le maintien de la vanne 3 par rapport au couvercle 2 comporte, de manière classique, des moyens d'appuis 41 et des moyens d'accrochage 42 pour sa fixation au couvercle 2. L'étrier peut présenter une forme en U dans laquelle la vanne 3 est disposée longitudinalement, l'étrier enserrant la vanne au niveau du corps de vanne 31. [0026] Le déflecteur 5 peut être obtenu directement avec l'étrier ou bien être soudé à ce dernier. [0027] Les figures 5 et 6 reprennent les vues respectives des figures 3 et 4, selon une deuxième variante préférentielle de l'invention dans laquelle le déflecteur 5 est rapporté. Le déflecteur 5 peut, dans cette variante, être fixé à l'étrier 4, avant ou après fixation au couvercle, ou être fixé directement à la vanne 3. La fixation peut être réalisé au moyen d'un système de clip, de prise deformable, ou de tout autre moyen de fixation connu de l'état de la technique et adapté à cet usage. [0028] De manière générale, le déflecteur 5 ne doit pas être en appui sur la culasse, afin d'assurer un montage sans contrainte. [0029] Le déflecteur peut par exemple présenter une forme demi-cylindrique de révolution, d'axe principal confondu avec l'axe principal A' du corps de vanne 31. Le déflecteur est préférentiellement orienté de sorte à intercepter le flux de liquide de refroidissement circulant dans le boîtier de sortie d'eau 11 directement de la sortie du moteur vers un conduit de dérivation retournant l'eau directement à une entrée d'eau du moteur. Pour ce faire, un déflecteur 5 demi-cylindrique pourra avoir sa concavité orientée orthogonalement vis-à-vis dudit flux. [0030] Ainsi, le déflecteur oriente tout ou partie du flux intercepté le long du corps de vanne 31 et vers le thermostat 32 qui est ainsi suffisamment arrosé pour capter une température représentative de la température du liquide en sortie du moteur. La zone morte dans laquelle le thermostat 32 peut être implanté n'existe plus, et l'ouverture du conduit principal du circuit de refroidissement, transitant par un radiateur, n'a pas de risque d'être retardée. [0031] L'invention ainsi développée permet donc d'assurer pleinement le fonctionnement du thermostat dans toutes les situations de vie du véhicule, et notamment dans les bas régimes du moteur pour lesquels le liquide de refroidissement circule a vitesse réduite dans le circuit, ce qui favorise la création de « zones mortes » dans lesquelles le liquide stagne. Ainsi, l'ouverture de la vanne thermostatique est assurée précisément lors de l'atteinte par le liquide de refroidissement d'une température donnée, ce qui permet d'optimiser la consommation et les émissions de polluants et de dioxyde de carbone d'un véhicule automobile équipé d'un moteur comportant un ensemble selon l'invention. L'application de l'invention est en outre réalisée sans entrainer de contraintes supplémentaires lors du montage, l'assemblage de la vanne thermostatique sur le couvercle n'étant pas impacté, et les conditions de montage du couvercle de boîtier de sortie d'eau n'étant pas non plus dégradées, dès lors qu'un jeu est prévu pour le montage du déflecteur.10 REVENDICATIONS1. Ensemble comportant : - un couvercle (2) de boîtier de sortie d'eau (11) d'un moteur à combustion, - une vanne thermostatique (3) comportant un corps de vanne (31) allongé selon un axe principal (A), et portant un thermostat (32) pour piloter l'ouverture et la fermeture de la vanne, - un étrier (4) assurant la fixation de la vanne (3) sur le couvercle (2) ; caractérisé en ce que l'ensemble comporte un déflecteur (5) disposé au niveau d'une partie distale de la vanne (3) par rapport au couvercle (2), sensiblement parallèlement à l'axe principal du corps de vanne (31), de sorte qu'un fluide interceptant le déflecteur (5) est au moins pour partie orienté le long du corps de vanne (31) vers le thermostat (32). 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le déflecteur (5) est formé d'un seul tenant avec l'étrier (4). 3. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le déflecteur (5) est une pièce rapportée. 4. Ensemble selon la revendication 3, dans lequel le déflecteur (5) est fixé à l'étrier (4). 5. Ensemble selon la revendication 3, dans lequel le déflecteur (5) est fixé au corps de vanne (31). 6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur (5) présente une forme sensiblement demi-cylindrique de révolution. 7. Ensemble selon la revendication 6, dans lequel l'axe principal du demi-cylindre est confondu avec l'axe principal (A) du corps de vanne (31). 8. Moteur à combustion comportant une culasse (1) présentant un boîtier de sortie d'eau (11) intégré obtenu de fonderie avec ladite culasse (1), et un ensemble selon l'une des revendications précédentes dont le couvercle (2) ferme le boîtier de sortie d'eau (11). 9. Moteur à combustion selon la revendication 8, dans lequel le déflecteur (5) est positionné dans une zone du boîtier de sortie d'eau (11) formant une communication directe entre une sortie d'eau du moteur dans le boîtier de sortie d'eau (11) et un conduit de dérivation retournant l'eau directement à une entrée d'eau du moteur. 10. Moteur selon la revendication 9, dans lequel le déflecteur (5) est disposé sensiblement orthogonalement à un flux d'eau traversant le boîtier de sortie d'eau (11) de la sortie d'eau du moteur vers le conduit de dérivation.10