Brevet FR3015616A1 — publié le 20150626

"Vanne de commande avec segment d'étanchéité d'ouverture réduite" L'invention concerne une vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, en particulier pour un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne une vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, comprenant un corps de vanne dans une face de fixation duquel débouche un alésage axial borgne comportant une paroi de fond et une paroi périphérique dans laquelle débouchent au moins deux orifices latéraux. Ledit alésage reçoit un boisseau axialement rotatif apte à occuper au moins deux positions angulaires pour ouvrir/fermer lesdits orifices latéraux en fonction de sa position angulaire pour autoriser/interrompre la distribution du fluide au travers desdits orifices latéraux. Ledit boisseau comporte un moyeu axial monté rotatif dans l'alésage, un segment d'étanchéité en forme de portion angulaire d'enveloppe cylindrique de hauteur déterminée entourant ledit moyeu et solidaire en rotation dudit moyeu. Ledit boisseau comprend en outre un organe de rappel, par exemple un jonc formant ressort qui est interposé entre les deux extrémités libres de ladite portion angulaire d'enveloppe cylindrique formant segment pour exercer un effort de rappel élastique transversal entre lesdites extrémités libres afin de déformer ledit segment radialement vers l'extérieur pour assurer un plaquage dudit segment d'étanchéité contre la paroi de l'alésage. On connaît déjà, d'après la demande de brevet internationale WO-A1-2005/124205, une vanne de commande de ce type que l'on peut qualifier aussi de "vanne rotative" étant donné que le boisseau tourne autour d'un axe de rotation et est reçu dans l'alésage aménagé dans le corps de vanne. Dans cette vanne de commande connue, l'alésage débouche dans une face de fixation du corps de vanne par l'intermédiaire d'un orifice axial qui constitue habituellement une voie d'entrée pour le fluide, tandis que les orifices latéraux constituent des voies de sortie pour le fluide, la distribution du fluide au travers des voies de sortie étant contrôlée en fonction de la position angulaire prise par le boisseau. Cette vanne de commande connue trouve une application particulière dans les circuits de refroidissement de moteurs thermiques de véhicules automobiles. Dans ce cas, l'orifice axial, formant entrée de fluide, est relié à une arrivée de fluide de refroidissement en provenance du moteur thermique, tandis que des orifices latéraux, formant sortie de fluide, sont reliés respectivement à des branches du circuit. Ce circuit comprend par exemple une première branche qui contient un radiateur de refroidissement du moteur, une deuxième branche qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement et une troisième branche qui contient un aérotherme pour le chauffage de l'habitacle. La vanne de commande décrite dans la demande WO-A1-2005/124205 comprend un boisseau comportant un moyeu entouré d'un segment d'étanchéité en forme de tronçon angulaire d'enveloppe cylindrique qui est par ailleurs solidaire en rotation dudit moyeu. L'étanchéité offerte par le segment entre les différentes voies de sortie doit obéir à un cahier des charges limitant les débits de fuite tolérés. Pour cela, le placage du segment contre la paroi interne de l'alésage est déterminé par l'effort exercé par le jonc entre les bords verticaux des deux extrémités libres dudit segment d'étanchéité. Dans cette vanne connue, le segment s'étend sur près de 270° et nécessite donc d'actionner le boisseau sur une large amplitude angulaire pour décrire l'ensemble des lois de commande désirées. Pour remédier à cet inconvénient, il a tout d'abord été envisagé par le déposant de limiter l'envergure angulaire de la vanne mais celui-ci s'est alors rendu compte que l'étanchéité offerte par le boisseau diminuait. L'invention a pour but d'améliorer la situation et propose à cet effet une vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, comprenant un boisseau axialement rotatif, ledit boisseau comportant un segment d'étanchéité, en forme de portion angulaire d'enveloppe cylindrique, et un organe de rappel élastique configuré pour écarter l'une de l'autre deux extrémités libres du segment d'étanchéité, ledit segment présentant une portion angulaire, dite active, pour ouvrir/fermer des orifices latéraux d'un corps de la vanne en fonction de la position angulaire dudit boisseau de manière à autoriser/interrompre la distribution du fluide au travers desdits orifices latéraux, ledit segment d'étanchéité s'étendant angulairement au-delà de ladite portion active pour que les efforts exercés par l'organe de rappel sur le segment présentent une composante tangentielle correspondante. En limitant la partie active du segment, on optimise l'actionnement de la vanne. En outre, en prolongeant cette partie active on évite que l'organe de rappel exerce sur les bords verticaux des deux extrémités libres dudit segment d'étanchéité des efforts orientés sensiblement radialement, comme dans le cas d'un segment de 180°. Au contraire, l'organe de rappel du boisseau conforme à l'invention exerce un effort sur le segment présentant une composante perpendiculaire à cette direction, c'est-à-dire orthoradiale. On favorise de la sorte le placage du segment et donc l'étanchéité. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - ladite portion angulaire active s'étend sur 180° au plus, - le segment d'étanchéité s'étend angulairement sur au moins 233°, - ledit segment comprend une portion angulaire, dite inactive, prolongeant ladite portion angulaire active, - ladite portion active et ladite portion inactive sont réalisées en continuité de matière, - l'une desdites extrémités libres borde latéralement ladite portion active et/ou l'autre borde latéralement ladite portion inactive, - ledit organe de rappel comprend un jonc formant ressort qui est interposé entre les deux extrémités libres de ladite portion angulaire d'enveloppe cylindrique formant segment pour exercer un effort de rappel élastique transversal entre lesdites extrémités libres, - ledit jonc présente sensiblement la forme d'un U comportant une branche transversale de part et d'autre de laquelle sont agencées deux branches verticales parallèles qui sont rappelées en écartement par la branche transversale, - lesdites branches verticales sont reçues dans des gouttières de réception correspondantes du segment d'étanchéité qui s'étendent le long de bords verticaux des deux extrémités libres dudit segment d'étanchéité, - ledit jonc est réalisé en un fil métallique dont chaque branche présente une section cylindrique, - les gouttières de réception du segment sont conformées en portion angulaire de cylindre de rayon correspondant, - les branches verticales du jonc présentent une longueur (I) de réception dans les gouttières qui permet d'exercer sur lesdites gouttières un effort de rappel en écartement dont la résultante présente un point d'application qui est distant d'une mi-hauteur du segment d'au plus 20% d'une hauteur totale (H) du segment, - le jonc en fil métallique est réalisé en acier à ressort, - ledit corps de vanne présente un alésage axial borgne comportant une paroi de fond et une paroi périphérique dans laquelle débouchent le ou les orifices latéraux, - ledit alésage reçoit ledit boisseau, - ledit organe de rappel est configuré pour plaquer ledit segment contre ladite paroi latérale du corps de la vanne, - ledit corps de vanne présente une face de fixation au niveau de laquelle débouche ledit alésage, - ledit boisseau comprend un moyeu axial monté rotatif dans l'alésage, - ledit moyeu se présentant sous la forme d'un doigt, - ledit segment est solidaire en rotation dudit moyeu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une vanne rotative à boisseau; - la figure 2 est une vue en coupe transversale du segment et du jonc associé de la vanne de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un segment et d'un jonc associé d'une vanne selon l'invention ; - la figure 4 est une vue en coupe transversale du segment et du jonc associé de la figure 3. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté à la figure 1 une vanne de commande 10 pour un circuit de circulation de fluide, notamment un circuit de circulation de liquide de refroidissement d'un véhicule automobile.35 Une telle vanne 10 est par exemple destinée à être fixée à un bloc moteur d'un véhicule, et à être reliée à différents organes du véhicule nécessitant une alimentation en liquide de refroidissement. La vanne 10 comporte ici un corps de vanne 12 comportant une face 14 de fixation sur le bloc moteur associé (non représenté) du véhicule. La face 14 est par exemple une face rectifiée. Un alésage 16 axial borgne du corps 12 débouche dans la face 14. Comme l'illustre la figure 1, l'alésage 16 comporte une paroi de fond (non représentée) et une paroi périphérique 20 dans laquelle débouchent au moins deux orifices latéraux (non représentés) associés à des conduits de la vanne reliés à différents organes du véhicule. Ainsi, à titre d'exemple et de manière non limitative de l'invention, au moins deux orifices (non représentés) associés à des conduits 22, 24, visibles à la figure 1, débouchent dans la paroi périphérique 20 de l'alésage 16. Les conduits 22, 24 peuvent, de manière non limitative de l'invention, être associés à un radiateur de refroidissement du moteur, une dérivation du radiateur de refroidissement, ou encore un aérotherme pour le chauffage de l'habitacle du véhicule. La dérivation pourra comprendre d'autres échangeurs. L'alésage 16 reçoit un boisseau 26 monté axialement rotatif autour d'une direction axiale "A". Ce boisseau 26 est apte à occuper au moins deux positions angulaires pour ouvrir/fermer les orifices latéraux pour autoriser/interrompre la distribution du fluide au travers desdits orifices latéraux et par conséquent à travers les conduits 22, 24. La commande de la position angulaire du boisseau sera avantageusement configurée pour lui permettre d'occuper toutes positions angulaires voulues entre deux positions de fin de course. Comme l'illustre la figure 1, le boisseau 26 comporte pour l'essentiel un moyeu 28 et un segment d'étanchéité 30 en forme de portion angulaire d'enveloppe cylindrique, qui entoure ledit moyeu 28 et qui est solidaire en rotation dudit moyeu 28. Le segment 30 comporte une paroi périphérique 31. A cet effet, de manière non limitative de l'invention, le moyeu 28 comporte un bras radial 32 dont une extrémité 34 est reçue dans une encoche formée à la surface d'une périphérie interne 38 du segment 30. Le moyeu est entraîné en rotation par un axe 22 et est fixé à l'extrémité de cet axe 22 par l'intermédiaire d'un écrou 23. Le boisseau 26 comporte un organe de rappel comprenant ici un jonc 40 formant ressort qui est interposé entre les deux extrémités libres 41, 43 de ladite portion angulaire d'enveloppe cylindrique. Le jonc 40 est apte à exercer un effort de rappel élastique transversal entre les extrémités libres 41, 43 afin de déformer le segment 30 radialement vers l'extérieur pour assurer un plaquage dudit segment 30 d'étanchéité contre la paroi 20 de l'alésage 16. Comme l'illustrent les figures 1 et 2, le jonc 40 présente sensiblement la forme d'un U comportant une branche transversale 42 de part et d'autre de laquelle sont agencées deux branches verticales parallèles 44, 46 qui sont fixées dans des gouttières de réception correspondantes 48, 50 du segment d'étanchéité 30. Les gouttières 48, 50, s'étendent le long de bords verticaux des deux extrémités libres 41, 43 du segment d'étanchéité 30. Comme l'illustre la figure 2, le segment 30 en forme de portion angulaire d'enveloppe s'étend suivant une couverture angulaire "a" de sensiblement 180°. Dans cette configuration, les branches verticales parallèles 44 et 46 du jonc 40, sollicités par la branche centrale 42, sollicitent les extrémités 41, 43 du segment 30 par l'intermédiaire des gouttières 48, 50 selon la direction radiale. Sur la figure 2, on a représenté les efforts F1, F2 exercés sur les extrémités 41, 43 du segment 30. Les efforts F1, F2 sont ici purement radiaux. Cette conception présente l'inconvénient, compte tenu du jeu fonctionnel du segment 30 dans l'alésage 16, de déformer le segment 30. Sur la figure 2, on a représenté en pointillés la déformée de la périphérie externe 31 du segment 30 sous l'action des efforts F1, F2.35 Comme on peut le voir, les efforts F1, F2, purement radiaux, tendent à provoquer un retrait "R" de la périphérie, notamment au niveau d'une partie médiane 33 du segment 30. Ce retrait "R" provoque un décollement du segment 30 dans l'alésage 16. Il s'ensuit un défaut d'étanchéité et des fuites au sein de la vanne 10. L'invention remédie à cet inconvénient en proposant une vanne 10 du type décrit précédemment dont la couverture angulaire est étendue pour modifier l'orientation des efforts exercés par les branches 44, 46 verticales du jonc. Dans ce but, l'invention propose une vanne 10 du type décrit précédemment, caractérisée en ce que ce que le segment 30 d'étanchéité en forme de portion angulaire d'enveloppe cylindrique s'étend angulairement suivant une couverture angulaire " a " de plus de 180°, c'est-à-dire avec une ouverture réduite, pour que les efforts F1, F2 exercés par le jonc 40 sur le segment 30 présentent une composante tangentielle correspondante T1, T2 qui permet d'assurer le placage dudit segment 30 sur la paroi interne 20 de l'alésage 16. En effet, chaque effort F1, F2 exercé par le jonc 40 sur le segment 30 forme un angle "p" avec le rayon r1, r2 du segment 30 passant par le point d'application de l'effort F1, F2 considéré, c'est-à-dire par le centre de la branche 44, 46 correspondante du jonc 40. Cet angle dépend de l'angle " a" d'ouverture du segment 30. De ce fait chaque effort F1, F2 se décompose en une composante normale N1, N2 et une composante tangentielle ou orthoradiale T1, T2. Pour que le rapport des composantes tangentielles T1, T2 aux composantes normales N1, N2 soit optimal et assure un placage du jonc 30, il est avantageux que l'angle " [3 " soit de minimum 30°, ce qui correspond à un angle " a " de minimum 233°. Par exemple, pour un angle " a " de couverture de 270°, on parvient à un angle " [3 " de 45°. La figure 3 illustre un mode de réalisation de l'invention selon lequel le segment d'étanchéité 42 en forme de portion angulaire d'enveloppe cylindrique présente une couverture angulaire " a " de 233°. Cela étant, pour limiter l'amplitude angulaire des mouvements du boisseau, ledit segment 30 présente une portion angulaire, dite active, pour ouvrir/fermer les orifices latéraux du corps de la vanne inférieur à son amplitude angulaire totale, par exemple égale ou inférieur à 180°. Autrement dit, il suffit que le boisseau soit actionné sur 180° seulement, ou moins, pour autoriser/interrompre la distribution du fluide au travers desdits orifices latéraux en fonction de la position angulaire dudit boisseau. Lesdits orifices latéraux sont positionnés en conséquence, notamment en les disposant à différentes hauteur axiales. Encore autrement dit, ledit segment 30 comprend une portion angulaire, dite inactive, prolongeant ladite portion angulaire active. Ladite portion active et ladite portion inactive sont réalisées ici en continuité de matière mais ladite portion inactive pourra encore être réalisée en tout autre matériau, voire se présenter sous la forme d'une simple armature configurée pour permettre un prise d'appui dudit organe de rappel, en particulier dudit jonc. Pour revenir à l'exemple de réalisation illustré, l'une 41 desdites extrémités libres borde latéralement ladite portion active et l'autre 43 borde latéralement ladite portion inactive. II est à noter que ladite partie inactive pourra cependant se trouver partiellement ou en totalité en vis-à-vis d'une ouverture latérale de l'alésage destinée à une décharge de la vanne en cas de défaillance. Par ailleurs il est avantageux pour assurer un placage satisfaisant du segment 30 dans l'alésage que les efforts F1, F2 s'exercent sensiblement à mi-hauteur du segment 30. Aussi, conformément à cet aspect de l'invention, comme l'illustre la figure 3, les branches verticales 44, 46 du jonc 40 présentent une longueur "I" de réception dans les gouttières 48, 50 qui permet d'exercer sur lesdites gouttières 48, 50 un effort de rappel en écartement dont la résultante présente un point d'application qui est distant d'une mi- hauteur 52 du segment d'au plus 20% d'une hauteur totale "H" du segment 30. Il sera compris que dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le jonc 40 est réalisé en un fil métallique dont chaque branche 42, 44, 46 présente une section cylindrique, et les gouttières 48, 50 de réception du segment 20 sont conformées en portion angulaire de cylindre de rayon correspondant. Enfin, on remarquera que pour conférer à la branche transversale 42 l'élasticité voulue, le jonc 40 en fil métallique est réalisé de préférence en acier à ressort. Par ailleurs, ici, ladite branche transversale 42 est située dans un plan sensiblement orthogonale à la direction suivie par lesdites branches verticales 44, 46. Ledit ressort pourra en outre comprendre des portions de raccordement entre ladite branche transversale 42 et lesdites branches verticales 44, 46. Lesdites portions de raccordement présentent avantageusement une double courbure permettant au jonc de sortir des gouttières 48, 50 en limitant les efforts exercés par ledit jonc sur le segment 30 à ce niveau. L'invention permet donc d'optimiser le placage du segment 30 d'une vanne 10 du type décrit précédemment tout en limitant son amplitude de déplacement angulaire.15 REVENDICATIONS1. Vanne (10) de commande pour un circuit de circulation de fluide, comprenant un boisseau (26) axialement rotatif, ledit boisseau (26) comportant un segment d'étanchéité (30), en forme de portion angulaire d'enveloppe cylindrique, et un organe de rappel élastique configuré pour écarter l'une de l'autre deux extrémités libres (41, 43) du segment d'étanchéité, ledit segment présentant une portion angulaire, dite active, pour ouvrir/fermer des orifices latéraux d'un corps de la vanne en fonction de la position angulaire dudit boisseau de manière à autoriser/interrompre la distribution du fluide au travers desdits orifices latéraux, ledit segment d'étanchéité (30) s'étendant angulairement au-delà de ladite portion active pour que les efforts (F1, F2) exercés par l'organe de rappel sur le segment (30) présentent une composante tangentielle correspondante (T1, T2). 2. Vanne (10) selon la revendication 1 dans laquelle ladite portion angulaire active s'étend sur 180° au plus. 3. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le segment d'étanchéité (30) s'étend angulairement sur au moins 233°. 4. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle ledit segment comprend une portion angulaire, dite inactive, prolongeant ladite portion angulaire active. 5. Vanne (10) selon la revendication précédente dans laquelle ladite portion active et ladite portion inactive sont réalisées en continuité de matière. 6. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5 dans laquelle l'une (41) desdites extrémité libres borde latéralement ladite portion active et/ou l'autre (43) borde latéralement ladite portion inactive. 7. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle ledit organe de rappel comprend un jonc (40) formant ressort qui est interposé entre les deux extrémités libres (41, 43) de ladite portion angulaire d'enveloppe cylindrique formant segment (30) pour exercer un effort de rappel élastique transversal entre lesdites extrémités libres (41, 43). 8. Vanne (10) selon la revendication précédente dans laquelle ledit jonc (40) présente sensiblement la forme d'un U comportant une branche transversale (42) de part et d'autre de laquelle sont agencées deux branches verticales parallèles (44, 46) qui sont rappelées en écartement par la branche transversale (42). 9. Vanne (10) selon la revendication précédentes dans laquelle lesdites branches verticales sont reçues dans des gouttières (48, 50) de réception correspondantes du segment (30) d'étanchéité qui s'étendent le long de bords verticaux (41, 43) des deux extrémités libres dudit segment d'étanchéité (30). 10. Vanne (10) de commande selon la revendication 9 dans laquelle ledit jonc (40) est réalisé en un fil métallique dont chaque branche (42, 44, 46) présente une section cylindrique, et en ce les gouttières (48, 50) de réception du segment (30) sont conformées en portion angulaire de cylindre de rayon correspondant. 11. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10 dans laquelle les branches verticales (42, 44) du jonc (40) présentent une longueur (I) de réception dans les gouttières (48, 50) qui permet d'exercer sur lesdites gouttières (48, 50) un effort de rappel en écartement dont la résultante présente un point d'application qui est distant d'une mi-hauteur (52) du segment (30) d'au plus 20% d'une hauteur totale (H) du segment (30). 12. Vanne (10) de commande selon l'une quelconque des revendications 7 à 11 dans laquelle le jonc (40) est réalisé en acier à ressort.