Brevet FR3015610A1 — publié le 20150626

Boisseau mobile pour une vanne de circuit de fluide. La présente invention concerne un boisseau mobile pour une vanne de circuit de fluide, notamment de véhicule automobile. Elle concerne également une vanne de circuit de fluide munie d'un tel boisseau mobile. On connaît des vannes de commande comprenant un corps de vanne présentant une paroi de fond dans laquelle débouche un orifice axial et une paroi latérale dans laquelle débouchent au moins deux orifices latéraux. L'orifice axial constitue une voie d'entrée pour le fluide, tandis que les orifices latéraux constituent des voies de sortie pour le fluide. Ce type de vanne de commande 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 les trois orifices latéraux, formant sortie de fluide, sont reliés en parallèle respectivement à trois branches du circuit. Ce circuit comprend par exemple une première branche qui contient un radiateur de refroidissement du moteur, une deuxième branche servant au refroidissement de divers organes, et une troisième branche qui contient un aérotherme pour le chauffage de l'habitacle. Le corps de vanne délimite un logement de révolution pour un boisseau faisant organe de réglage propre à tourner autour d'un axe de rotation et à prendre différentes positions angulaires. Le boisseau a pour fonction de fermer les orifices latéraux, afin d'empêcher la circulation du fluide et contrôler le passage du fluide au travers des orifices. Il est plaqué intérieurement contre la paroi latérale du corps de vanne pour assurer une étanchéité. Ainsi, la distribution du fluide au travers des voies de sortie est contrôlée en fonction de la position angulaire prise par l'organe de réglage. Le boisseau présente donc une face de contact avec la paroi latérale, cette face se déplaçant contre la paroi latérale lorsque le boisseau change d'orientation. Pour éviter une force de frottement importante, la face de contact est munie de déformations, par exemple des encoches concaves dans l'épaisseur du boisseau, qui limitent la surface réellement en contact avec la paroi latérale et apportent un effet de lubrification grâce à une accumulation de fluide à l'intérieur. Ainsi le glissement de la face de contact contre la paroi latérale de la vanne est facilité et permet d'utiliser une motorisation moins puissante, qui a par conséquent un encombrement plus faible. De façon surprenante et dans le cadre de la présente invention, il a été constaté que ces encoches ont aussi pour fonction d'éviter l'encrassement de la vanne, notamment entre le boisseau et la paroi latérale, alors qu'un tel encrassement génère une usure prématurée. En effet, elles capturent les particules qui s'insèrent entre les deux éléments, puis les guident jusqu'à un des orifices de sortie pour les évacuer. Sans ce phénomène d'évacuation, les particules restent bloquées et peuvent aller jusqu'à provoquer un effet d'abrasion de la paroi latérale, nuisant à l'étanchéité de la vanne. Cependant, dans les dispositifs actuels, toutes les particules ne peuvent être capturées par les encoches de la face de contact. En effet, il existe des zones où les particules ne rencontrent pas d'encoches. L'invention vise donc à améliorer l'évacuation des particules et par conséquent éviter l'encrassement et l'usure du boisseau.30 Pour cela, l'invention concerne un boisseau mobile pour une vanne de circuit de fluide, notamment pour véhicule automobile, le boisseau présentant une face de contact du fluide, prévus débouchant au niveau d'une paroi d'une cavité intérieure de la vanne, permettant d'obturer un ou des orifices de circulation par un déplacement de la face de contact dans une direction de déplacement, ladite face de contact étant munie de déformations configurées pour diminuer l'aire de contact de la face de contact avec la paroi de la vanne, les déformations étant disposées sur la face de contact de sorte qu'une droite parallèle à la direction de déplacement et appartenant à la face de contact passe toujours par au moins une déformation. Ainsi, si une particule apparaît entre le boisseau et la face latérale de la vanne, elle finit toujours par rencontrer une déformation lorsque le boisseau est déplacé sur l'ensemble de sa course angulaire, quel que soit l'endroit où elle est. La déformation permet de capturer la particule et de la guider jusqu'à un des orifices de sortie de la vanne afin de l'évacuer. Par conséquent, la vanne ne risque pas de s'encrasser en provoquant, par exemple, le blocage du boisseau ou l'abrasion de la face latérale de la vanne. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : - le boisseau comprend un manchon cylindrique, le manchon cylindrique étant muni d'une face interne s'étendant autour d'un volume intérieur dudit manchon, - le manchon cylindrique présente une section transversale circulaire munie d'une ouverture angulaire, - la section transversale du manchon fait un angle d'au moins 180°, de préférence 270°, - le boisseau comprend un ressort apte à écarter des arêtes du manchon cylindrique bordant l'ouverture angulaire, - les déformations sont disposées de façon à ce qu'au moins une desdites déformations se trouve sur un chemin angulaire du manchon cylindrique sur toute une hauteur dudit manchon, et soit destinée à passer devant au moins un desdits orifices de circulation de la vanne, - les déformations dont disposées en quinconce, - les déformations sont circulaires, - les déformations sont des encoches, - la face de contact du boisseau comprend des zones sans déformations, - le boisseau est réalisé à partir d'une unique matière, - le boisseau comprend un matériau en PTFE. L'invention se rapporte également à une vanne de véhicule automobile comprenant un tel boisseau mobile. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints : - la figure 1 illustrant de façon schématique, une vue en perspective d'une vanne de commande, du type à trois voies, selon l'invention, - la figure 2 illustrant de façon schématique, une vue en coupe transversale d'une vanne comprenant un boisseau selon l'invention, - la figure 3 illustrant en vue en élévation, un boisseau mobile selon l'invention. Les figures 1 et 2 montrent une vanne de commande 10 qui comprend un corps cylindrique 12 définissant une cavité intérieure de la vanne. Ladite cavité intérieure est ici limitée par une paroi de fond 14 et par une paroi latérale cylindrique 16 d'axe X-X'. Dans la paroi de fond 14 débouche un orifice axial 18 délimité par une tubulure. Dans la paroi latérale cylindrique 16 débouchent trois orifices latéraux 20, 22 et 24 délimités par trois tubulures respectives. Dans l'exemple, l'orifice axial 18 constitue une entrée de fluide, tandis que les trois orifices latéraux 20, 22 et 24 constituent des sorties de la vanne. Il s'agit donc d'une vanne à quatre voies avec une voie d'entrée et trois voies de sortie. Les tubulures de sortie 20, 22 et 24 débouchent radialement dans la paroi 16. Le nombre d'orifices latéraux et de sorties radiales correspondantes pourra bien naturellement varier. En variante encore, le corps de vanne est massif et ladite cavité intérieure est définie par un logement formé dans le corps de la vanne, notamment par usinage . Là encore, la vanne pourra comprendre une entrée débouchant axialement dans ladite cavité intérieure et une ou des sorties latérales, notamment radiales, communicant avec des conduits de sortie, formés dans le corps de la vanne. A l'intérieur du corps de vanne 12, en particulier à l'intérieur de ladite cavité intérieure, est logé un organe tournant 26, encore appelé moyeu, qui est réalisé sous la forme d'un élément généralement cylindrique et qui se prolonge ici par une tige 28. Cette tige 28 passe au travers d'une ouverture centrale que comporte un couvercle 30 de forme circulaire. L'organe tournant 26 est entraîné en rotation autour d'un axe X-X' par un actionneur 36 représenté schématiquement sur la figure 1. Il peut s'agir, par exemple, d'un motoréducteur constitué d'un moteur électrique couplé à un réducteur, dont la position est asservie grâce à une recopie de position d'un capteur, pour amener l'organe tournant 26 dans une multiplicité de positions différentes. En variante, on peut utiliser d'autres types d'actionneurs, par exemple des moteurs pas à pas ou des moteurs sans balais. L'organe tournant 26 est relié à un boisseau mobile ayant la forme d'une portion angulaire d'enveloppe cylindrique solidaire en rotation de l'organe tournant, par exemple au moyen d'un doigt non représenté sur les figures. Ledit boisseau est propre à venir en contact étanche avec la face interne de la paroi latérale 16. Le boisseau comprend par exemple un manchon cylindrique 42 ouvert angulairement, notamment en matériau PTFE. Autrement dit, ledit manchon comprend une ouverture angulaire 7. On comprend que, en fonction de la position angulaire du boisseau, une ou plusieurs sorties 20, 22 et 24 de la vanne 10 pourront être ouvertes ou fermées. Combiné au profil du boisseau, une telle vanne 10 permet une multiplicité de lois de commande, en fonction des applications désirées, notamment des lois de commande comprenant une position de débit nul. Le manchon cylindrique 42 est muni d'une face interne s'étendant autour d'un volume intérieur. Le manchon cylindrique 42 présente ici une section circulaire ouverte, faisant un angle d'au moins 180°, voire de 270°. Le manchon comprend deux arêtes 44, 46 de part et d'autre de l'ouverture 7. Le manchon cylindrique 42 pourra en outre comprendre un ressort, non représenté sur cette figure, pour écarter mutuellement les arêtes 44, 46 bordant l'ouverture 7, afin d'assurer une force suffisante pour maintenir lesdites arêtes 44, 46 écartées et l'étanchéité entre le manchon 42 et la paroi latérale 16. Le ressort est, par exemple, un jonc formé d'un matériau à effet ressort, par exemple en acier à effet ressort. Il est réalisé sous la forme d'un fil comportant par exemple un coude en U reliant deux branches, lesquelles sont appliquées contre les arêtes 44, 46 du segment d'étanchéité. Les deux arêtes 44, 46 constituent deux bords délimitant respectivement deux gorges parallèles et en vis à vis l'une de l'autre pour recevoir les deux branches de l'organe ressort. Le manchon cylindrique 42 est ainsi agencé pour plaquer radialement le boisseau contre la paroi latérale 16 en vue d'assurer une étanchéité comme montré par les flèches radiales P. Ainsi, le boisseau peut obturer sélectivement, et d'une manière étanche, les orifices latéraux 20, 22 et 24, en fonction de la position angulaire de l'organe de réglage 26. Comme on peut le voir sur la figure 3, le manchon 42 est limité en partie supérieure par un bord 48 en forme d'arc de cercle et, en partie inférieure, par un bord 50 également en arc de cercle. Il est limité latéralement par deux bords parallèles qui constituent les deux arêtes bordant l'ouverture mentionnée précédemment. Une fenêtre peut être aménagée dans le manchon pour offrir un passage vers un des orifices de sortie dans certaines positions du boisseau. En variante, le manchon 42 comprend une fenêtre, non représentée sur les figures, permettant le passage du fluide à travers le boisseau, afin de faire circuler le fluide dans un orifice de sortie 20, 22, 24 lorsque le boisseau est dans une position définie, qui permet par exemple l'obturation d'un autre orifice de sortie 20, 22, 24. Comme représenté sur les figures 2 et 3, le manchon cylindrique 42 présente une face de contact avec la paroi latérale de la cavité intérieure de la vanne, la face de contact 5 permettant d'obturer le ou les orifices de circulation 20, 22, 24 par un déplacement du manchon cylindrique 42, selon une direction de déplacement, ici par une rotation autour de l'axe X-X' comme déjà évoqué plus haut. La face de contact 5 est en outre munie de déformations 2 permettant de diminuer l'aire de contact de la face de contact 5 avec la paroi intérieure 12 de la vanne, et ainsi de réduire les frottements lorsque le manchon cylindrique 42 change d'orientation dans la vanne 10. A cette fin, les déformations 2 sont, par exemple, des encoches concaves dans l'épaisseur du manchon cylindrique 42, notamment des encoches se présentant sous la forme de calottes sphériques formées en creux dans la matière du boisseau. Les déformations 2 sont disposées sur la face de contact 5 de sorte qu'une droite 3 parallèle à la direction de déplacement et appartenant à la face de contact 5 passe toujours par au moins une déformation 2. Autrement dit, au moins une déformation 2 se trouve sur un chemin angulaire du manchon cylindrique 42 sur toute la hauteur h dudit manchon cylindrique 42. Ainsi, lorsqu'une particule s'insère entre le manchon et la paroi 12 de la vanne 10, elle rencontre obligatoirement une déformation 2 à l'intérieur de laquelle elle est piégée. Cette déformation 2 passe devant au moins un des orifices de circulation 20, 22, 24 de la vanne 10 lorsque le manchon est déplacé. La déformation 2 guide donc la particule jusqu'à cet orifice 20, 22, 24 afin de l'évacuer. Cette disposition des déformations 2 évite l'encrassement et le blocage de la vanne 10. Le manchon cylindrique 42 comprend une multitude de déformations 2 sur la face de contact 5, pour diminuer les frottements et pour faciliter la capture des particules. Néanmoins, la face de contact 5 pourra aussi avantageusement comprendre des zones sans déformations 6 pour assurer l'étanchéité en évitant des fuites de proche en proche par les déformations 2. Les zones sans encoches 6 sont par exemple disposées entre des zones destinées à obturer les orifices de sortie 20, 22, 24 et les bords du manchon cylindrique 42, avec de préférence au moins 5 mm entre les deux. Selon un mode de réalisation préféré, les déformations 2 sont disposées en quinconce, c'est-à-dire qu'une déformation 2 est au centre d'un carré, dont les quatre coins sont occupés également par des déformations 2. Les dimensions du carré sont choisies en fonction du diamètre des déformations 2, de manière à ce qu'une droite 3 parallèle à la direction de déplacement du manchon cylindrique 42, rencontre une déformation 2 quelle que soit la position de cette droite 3 sur le carré. Pour cela, le carré a un côté dont la longueur est au maximum égale à deux fois le diamètre d'une déformation 2. Chaque déformation ou encoche 2 a une profondeur qui est supérieure à la taille maximale d'une particule connue circulant dans un circuit de refroidissement du moteur. De façon préférentielle, les encoches ont par exemple un diamètre d'environ 3mm et une profondeur de 0.5 à 1 mm, le carré ayant par conséquent une longueur de 6mm. Les déformations ou encoches 2 présentent, par exemple, une profondeur représentant 10 à 50% de l'épaisseur du boisseau. REVENDICATIONS: 1. Boisseau mobile pour une vanne (10) de circuit de fluide, notamment pour véhicule automobile, le boisseau présentant une face de contact (5) permettant d'obturer un ou des orifices (20, 22, 24) de circulation du fluide, prévus débouchant au niveau d'une paroi (16) d'une cavité intérieure de la vanne (10), par un déplacement de la face de contact (5) dans une direction de déplacement, ladite face de contact (5) étant munie de déformations (2) configurées pour diminuer l'aire de contact de la face de contact (5) avec la paroi (16) de la vanne (10), les déformations (2) étant disposées sur la face de contact (5) de sorte qu'une droite (3) parallèle à la direction de déplacement et appartenant à la face de contact (5) passe toujours par au moins une déformation (2). 2. Boisseau mobile selon la revendication 1, comprenant un manchon cylindrique (42), le manchon cylindrique (42) étant muni d'une face interne s'étendant autour d'un volume intérieur dudit manchon. 3. Boisseau mobile selon la revendication 2, dans lequel le manchon cylindrique (42) présente une section transverse circulaire, munie d'une ouverture angulaire (7). 4. Boisseau mobile selon la revendication 3, dans lequel la section transversale du manchon (42) fait un angle d'au moins 180°, de préférence 270°. 5. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, comprenant un ressort apte à écarter des arêtes (44, 46) du manchon cylindrique (42) bordant l'ouverture (7). 6. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel les déformations sont disposées de façon à ce qu'au moins une desdites déformations (2) se trouve sur un chemin angulaire du manchon cylindrique (42) sur toute une hauteur dudit manchon (42), et soit destinée àpasser devant au moins un desdits orifices (20, 22, 24) de circulation de la vanne (10). 7. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les déformations (2) dont disposées en quinconce. 8. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les déformations (2) sont circulaires. 9. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les déformations (2) sont des encoches. 10. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la face de contact (5) du boisseau comprend des zones sans déformations (2). 11. Boisseau mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une unique matière est utilisée à sa fabrication. 12. Vanne (10) de véhicule automobile comprenant un boisseau mobile tel que celui spécifié selon l'une quelconque des revendications précédentes.