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, et un boisseau équipant une telle vanne.

On connaît déjà, d'après la demande de brevet français n° FR 2870313 une vanne comprenant un boisseau tournant autour d'un axe de rotation. Le boisseau est reçu dans un logement de révolution aménagé dans le corps de vanne.

Dans cette vanne de commande connue, l'orifice axial constitue 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 différentes voies de sortie est contrôlée par la position angulaire prise par le boisseau qui forme donc un organe de réglage.

Dans une application préférentielle d'une telle vanne de commande, la paroi latérale comporte trois orifices latéraux qui forment des voies de sortie et qui communiquent respectivement avec trois branches d'un circuit de circulation de fluide. 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 les trois orifices latéraux, formant sortie de fluide, sont reliés respectivement à trois branches du circuit. Ce circuit comprend 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.

Les vannes de commande actuelles peuvent, par ailleurs, dans certains cas de fonctionnement du circuit d'échanges thermiques, comme par exemple un démarrage à froid, être mises dans une position neutre, c'est-à-dire dans une position où toutes les voies de sortie restent obturées. Cette position étant une position exceptionnelle, qui peut être dangereuse pour le fonctionnement du moteur thermique si elle se prolonge indûment, il convient de prévoir des dispositifs de sécurité pour le cas où le segment d'étanchéité resterait, pour une raison quelconque, bloqué dans cette position particulière. Un dispositif de décharge de la vanne a ainsi déjà été proposé, qui s'ouvre si la température et/ou la pression du fluide au niveau de l'entrée dépassent des valeurs préétablies. Mais ces dispositifs ne doivent pas être occultés par le segment d'étanchéité au cours de sa rotation. Il importe donc de les positionner de façon particulière dans la vanne. Parmi les solutions mises en œuvre dans l'art antérieur pour garantir l'accès de ces dispositifs de sécurité à la cavité d'entrée de la vanne, on trouve une réduction de la hauteur du segment d'étanchéité pour laisser une zone non balayée par le segment, ou bien une réduction de l'envergure circulaire du segment d'étanchéité afin qu'il ne dépasse pas une ouverture d'environ 180°, contre généralement 270° dans les vannes traditionnelles. De cette façon un secteur du logement de la vanne n'est jamais recouvert et il est possible d'y positionner la prise d'alimentation des dispositifs de sécurité.

Cependant il est souhaitable de disposer d'équipements de plus en plus compacts. Par ailleurs, pour des raisons de robustesse de la conception et de suffisance de la force de plaquage du boisseau contre le logement de la vanne, il est nécessaire de revenir à des ouvertures angulaires d'environ 270°, ou tout au moins supérieures à 225°, pour le segment d'étanchéité au niveau de la prise d'alimentation des dispositifs de sécurité. Ceci est possible en plaçant les orifices latéraux d'accès aux voies de sortie à des hauteurs différentes sur le logement de la vanne. Mais en contrepartie il n'est plus possible de réduire la hauteur du boisseau dans le logement de la vanne, en laissant encore un espace circulaire libre au dessus de lui. Il n'y a ainsi plus de possibilité simple de positionnement pour la prise d'alimentation des dispositifs de sécurité, qui permette le passage d'un débit suffisant pour éliminer les surpressions ou les sur-températures.

L'invention vise à améliorer la situation et propose à cet effet une vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, comprenant un corps de vanne délimitant un logement de révolution pour un boisseau, propre à tourner autour d'un axe de rotation et à prendre différentes positions angulaires pour contrôler la distribution du fluide au travers d'orifices latéraux situés sur une paroi latérale dudit logement, ladite paroi latérale comprenant une ouverture pour une décharge dudit logement, ladite ouverture de décharge et ledit boisseau étant configurés de façon à ce que ladite ouverture de décharge présente une section ouverte au passage du fluide variant en fonction de la position angulaire du boisseau. Une telle configuration mutuelle de l'ouverture décharge et du boisseau permet, en tenant compte du débit passant ou non par les orifices latéraux de la vanne, de disposer du débit global de fluide voulu, en cas de décharge. Comparée à une ouverture positionnée dans une zone non recouverte par le boisseau, elle permet en outre de laisser libre une large section angulaire du logement pour le positionnement des orifices latéraux de la vanne. On peut de la sorte optimiser la compacité de la vanne tout en assurant le bon fonctionnement de ses organes de sécurité.

De façon préférentielle, ledit boisseau présente une dimension axiale variant angulairement de façon à générer des variations de la section de ladite ouverture de décharge en fonction du passage du boisseau devant lesdits orifices latéraux. Ladite dimension axiale du boisseau prend, par exemple, au moins trois valeurs distincts. Une telle variation de hauteur du boisseau permet d'adapter la section ouverte de l'ouverture de décharge au débit global assuré par la vanne.

De façon préférentielle au moins l'un d'entre un bord supérieur et un bord inférieur, du boisseau comporte des paliers. Dans un mode particulier de réalisation le nombre de paliers est égal ou inférieur d'une unité au nombre d'orifices pratiqués dans ladite paroi latérale. On prend ainsi en compte toutes les configurations d'ouverture ou de fermeture des orifices de sortie, y compris les cas d'ouverture ou de fermeture simultanée de tous les orifices.

Dans un mode alternatif les paliers sont reliés les uns aux autres par des segments axiaux ou inclinés par rapport à la direction axiale. On peut ainsi prendre en compte l'ouverture progressive des orifices et la variation de leur section de sortie et, par rapport au cas précédent, allonger corrélativement la hauteur du boisseau sur le secteur angulaire correspondant.

Avantageusement la pente du ou desdits segments inclinés génère une évolution de la section de l'ouverture de décharge égale à celle, en ouverture ou en fermeture, du ou des orifices latéraux correspondants. Par « correspondant », on entend l'orifice latéral en cours d'ouverture et/ou de fermeture au moment où le segment incliné en cause passe devant l'ouverture de décharge. Préférentiellement les orifices latéraux sont positionnés axialement à des hauteurs différentes. Cette configuration est favorable à une plus grande compacité de la vanne. De façon préférentielle le secteur angulaire couvert par le boisseau 26 est supérieur ou égal à 225°. Cette configuration, qui est rendue possible par la présence d'un boisseau à hauteurs multiples, permet d'améliorer la robustesse de la conception la vanne et la suffisance de la force de plaquage du segment contre le logement de la vanne.

Avantageusement le boisseau comporte au moins un bord latéral rectiligne, orienté axialement. Dans un mode préférentiel de réalisation l'orifice axial constitue une entrée de fluide, tandis que les orifices latéraux constituent des sorties de fluide.

Avantageusement, ladite ouverture de décharge est orientée axialement. Avantageusement, l'ouverture de décharge présente une section angulaire constante, notamment inférieure à 20°, voire à 10°.

Avantageusement, la vanne comprend une chambre de décharge et un ou des organes de sécurité, telle qu'un thermostat et/ou pressostat, logés dans ladite chambre.

Avantageusement, ladite chambre de décharge s'étend axialement et débouche dans ledit logement de la vanne par ladite ouverture de décharge.

L'invention porte également sur un boisseau cylindrique de révolution en forme d'anneau ouvert s'étendant axialement entre un bord inférieur et un bord supérieur et circulairement entre des bords latéraux, destiné à être placé dans le corps d'une vanne de commande telle que décrite plus haut, caractérisé en ce que ledit boisseau présente une dimension axiale, entre son bord supérieur et son bord inférieur, prenant au moins deux, voire au moins trois valeurs différentes. De préférence ledit bord supérieur et/ou ledit bord inférieur comportent deux, voire au moins trois, hauteurs axiales différentes.

Dans un mode particulier de réalisation ledit bord inférieur et/ou ledit bord supérieur comportent des paliers reliés les uns aux autres par des segments axiaux ou inclinés par rapport à la direction axiale.

Préférentiellement un des bords latéraux est rectiligne, orienté axialement. Sous un autre aspect, l'invention concerne un circuit de circulation de fluide comprenant une vanne de commande telle que définie précédemment, dont l'orifice axial est relié à une source de fluide et dont les orifices latéraux sont reliés respectivement à des branches du circuit.

Dans une application préférentielle, ce circuit est réalisé sous la forme d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, parcouru par un fluide de refroidissement sous l'action d'une pompe de circulation, et la vanne de commande est une vanne à trois voies dont l'orifice axial est relié à une arrivée de fluide de refroidissement en provenance du moteur et dont les trois orifices latéraux sont reliés respectivement à :

- une première branche du circuit qui contient un radiateur de refroidissement du moteur,

- une deuxième branche du circuit qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement, comprenant éventuellement d'autres échangeurs, tels que des échangeurs d'huile, échangeurs de gaz d'échappement recirculés, refroidisseur d'air de suralimentation, condenseur de système de climatisation et/ou autres,

- une troisième branche du circuit qui contient un aérotherme pour le chauffage d'un habitacle.

Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile incorporant une vanne de commande;

- la figure 2 est une vue en perspective d'une vanne de commande, du type à trois voies, pour moteur thermique de véhicule automobile, selon l'invention ;

- la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale de la vanne de commande de la figure 2;

- la figure 4 est une vue d'un corps de vanne, selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - et les figures 5 à 7 sont des vues du corps de vanne de la figure 5, muni d'un boisseau dans trois positions différentes d'utilisation.

La figure 1 illustre un circuit 102 pour le refroidissement d'un moteur thermique 104 de véhicule automobile. Le circuit 102 est parcouru par un fluide de refroidissement, habituellement de l'eau additionnée d'un antigel, qui circule sous l'action d'une pompe 106. Le fluide échauffé par le moteur quitte ce dernier par une sortie 108 qui est reliée à la tubulure d'entrée 18 d'une vanne de commande 10 selon l'invention. Cette vanne comprend également trois tubulures de sortie 20, 22 et 24 qui sont reliées à trois branches du circuit. La première tubulure 20 est reliée à une première branche 1 10 qui contient un radiateur de refroidissement 1 12 du moteur. La seconde tubulure 24 est reliée à une deuxième branche 1 16 qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement 1 12. En variante, elle pourra comprendre d'autres échangeurs de chaleur. Enfin, la troisième tubulure de sortie 22 est reliée à une troisième branche 1 18 qui contient un aérotherme 120 servant au chauffage de l'habitacle du véhicule.

La vanne 10 permet ainsi de gérer indépendamment les débits de fluide dans les trois branches 1 10, 1 16 et 1 18 afin d'optimiser la température du moteur thermique et le chauffage de l'habitacle.

Les figures 2 et 3 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 10. 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.

En variante, tel que cela est illustré aux figures 4 à 7, le corps 12 de vanne est massif et ladite cavité intérieure est définie par un logement formé dans le corps 12 de la vanne, notamment par usinage. Là encore, la vanne 10 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 12 de la vanne 10. Le nombre d'orifices latéraux et de sorties radiales correspondantes pourra bien naturellement varier. A l'intérieur du corps 12 de vanne 10, en particulier à l'intérieur de ladite cavité intérieure, est logé un organe tournant 29, encore appelé moyeu, partiellement illustré figure 3, qui se prolonge ici par une tige 28 (figure 2). Cette tige 28 passe au travers d'une ouverture centrale pratiquée dans un couvercle 30 de forme circulaire. L'organe tournant est entraîné en rotation autour d'un axe X-X' par un actionneur 36. 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 29 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 est relié par le moyeu à un boisseau mobile 26 ayant ici 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 dans le logement défini par ladite cavité intérieure de la vanne, une ou plusieurs sorties de la vanne 10 pourront être ouvertes ou fermées. Combiné au profil du boisseau, une telle vanne 10 permet une multiplicité de lois de commandes, en fonction des applications désirées, notamment des lois de commande comprenant une position de débit nul.

Le boisseau est limité en partie supérieure par un bord 48 et en partie inférieure par un bord inférieur 50 (visibles figure 7). Il est limité latéralement par deux bords latéraux 44 et 46 généralement parallèles à l'axe XX qui constituent les deux extrémités angulaires du boisseau ouvert. Les bords latéraux 46, 48 permettent sélectivement, lors de la rotation du boisseau, de couvrir ou de découvrir les orifices latéraux et ainsi alimenter ou non les tubulures correspondantes. Une fenêtre, non représentée, pourra être aménagée dans le boisseau, ladite fenêtre ayant pour vocation à être positionnée, dans certaines positions angulaires du boisseau, en vis-à-vis d'un des orifices latéraux pratiqués dans la paroi cylindrique 16 du boisseau 26, de façon à alimenter une tubulure particulière en sus de celles qui sont alimentées par les orifices latéraux déjà découverts par les bords latéraux du boisseau.

La figure 4 montre l'intérieur du corps de vanne 12 orienté de côté de l'ouverture de la vanne. La cavité interne ou logement de ce corps de vanne, destiné à accueillir le boisseau, est formée par la paroi latérale 16 et par une paroi de fond 14', celle-ci étant traversée par l'orifice 18' de passage de la tige d'entraînement du moyeu. La paroi latérale 16 est percée, comme expliqué auparavant, par des orifices latéraux, ou lumières, 160, 162 et 164 qui débouchent respectivement sur les tubulures de sortie 20, 22 et 24. Ces lumières sont préférentiellement positionnées axialement à des hauteurs différentes de façon à répondre à l'objectif de compacité de la vanne.

Une chambre cylindrique 17 est par ailleurs creusée dans le corps de vanne 12 pour y loger un ou plusieurs dispositifs de sécurité qui ont pour objet de provoquer une décharge du fluide qui est contenu dans le corps de vanne 12, notamment lorsqu'une de ses caractéristiques en pression ou en température dépasse une valeur préétablie. Tel que représenté sur la figure, la chambre 17 est un logement double constitué de deux logements, l'un 171 étant destiné à recevoir un dispositif de sécurité thermostatique (non représenté), qui est sensible à une éventuelle température excessive, et l'autre 172 à recevoir une soupape de surpression (non représentée également). Ces deux logements ont une forme cylindrique selon une direction parallèle au cylindre intérieur du corps de vanne 12, en étant sécant entre eux et sécant avec le corps de vanne. Ils délimitent ainsi une ouverture rectangulaire 173 qui permet un passage du fluide du corps de vanne vers ces logements et vers les dispositifs de sécurité qui y sont implantés. Ladite ouverture rectangulaire 173 forme une ouverture de décharge, orientée selon l'axe dudit logement accueillant le boisseau. Ladite ouverture de décharge 173 présente avantageusement une section angulaire constante, notamment inférieure à 20°, voire à 10°. La section de l'ouverture de décharge 173 est dimensionnée de façon à pouvoir absorber un flux permettant une chute préétablie de température et/ou de pression, en particulier lorsque toutes les orifices latéraux de la vanne sont obturées. La chambre 17 comprend, elle-même, une lumière 167 qui débouche à l'extérieur du corps de vanne, par l'intermédiaire d'une tubulure (non représentée) qui est apte à rejeter le fluide dans le circuit de refroidissement 102, a priori en amont de la vanne de commande 10. Une décharge générée par un découvrement de la lumière 167 permet alors, dans le cas d'un blocage du boisseau 26, d'éliminer l'éventuelle surpression ou de rejeter du fluide si sa température est trop élevée. La section de la lumière de décharge 167 est, comme celle de l'ouverture de décharge 173, dimensionnée de façon à pouvoir laisser passer le flux total circulant dans la vanne lorsque toutes les orifices latéraux de la vanne sont obturées et ainsi répondre au besoin d'évacuation du fluide pour que sa pression, ou sa température, ne s'élève pas outre mesure, même en position de débit nulle.

A la figure 3, seule l'ouverture de décharge 173 a été représentée mais il va de soi que celle-ci communique avec une chambre, non illustrée, destiné à accueillir le ou lesdits dispositifs de sécurité.

Les figures 5 à 7 montrent un corps de vanne 12 selon l'invention, dans trois états différents de fonctionnement. La paroi latérale cylindrique 16 est recouverte partiellement par le boisseau 26 qui tourne autour de l'axe dudit logement cylindrique qui l'accueille et qui vient, par son bord droit 46, découvrir successivement une, puis deux, puis les trois orifices latéraux de la vanne. Pour des questions de lisibilité des figures, le boisseau y est représenté de façon semi-transparente.

Sur la figure 5 le boisseau obture les trois voies de la vanne en recouvrant les trois lumières 160, 162 et 164. On se trouve ici dans la configuration exceptionnelle de débit nulle ou quasi nulle pour laquelle on cherche à garantir que la pression et la température du fluide n'augmenteront pas au delà de valeurs acceptables, même si le boisseau 26 de la vanne 10 reste dans cette position inhabituelle. Le dégagement de l'ouverture de décharge 173 de la paroi latérale 16 est maximal, autorisant ainsi le passage d'un flux important au travers des dispositifs de sécurité si l'un d'entre eux est commandé en ouverture à la suite de la détection d'une surpression ou d'une température excessive.

Sur la figure 6, le boisseau 26 a tourné d'un angle tel que son bord droit 46 découvre la troisième lumière 164, libérant ainsi le passage d'un certain flux en direction de la troisième tubulure de sortie 24 qui alimente le radiateur de refroidissement. Les deux autres lumières restent quant à elle obturées. Si une décharge est commandée par un des dispositifs de sécurité, le débit qui traverse alors l'ouverture de décharge 173 et la lumière de décharge 167 est nettement réduit par rapport au cas précédent. La section utile de l'ouverture de décharge peut ainsi être réduit par rapport au cas précédent et pour cela le bord supérieur 48 du boisseau, au niveau du logement 17, est situé plus haut que son niveau dans le cas correspondant à la figure 6.

La figure 7 montre la vanne dans la position où le boisseau 26 découvre deux lumières consécutives 164 et 162, la première lumière 160 restant obturée. De même, le débit susceptible d'être dévié par l'ouverture de décharge 173 est encore réduit par rapport au cas précédent et le bord supérieur 48 du boisseau peut se situer à un niveau encore plus haut.

Enfin dans la position (non représentée) où le boisseau a effectué une rotation complète et où il découvre l'ensemble des trois lumières 160, 162 et 164, le débit traversant la vanne s'évacue normalement par les tubulures de sortie. Il n'y a donc pas besoin de prévoir de section de passage pour un débit de décharge. Le boisseau 26 peut s'étendre axialement sur toute la hauteur du cylindre et même, au besoin, obturer tout le passage 173 existant entre l'intérieur du cylindre et la chambre 17.

Au final la hauteur donnée au boisseau 26 varie le long de son bord supérieur 48, par une succession de paliers, donnant à ce bord supérieur une forme en escalier. Le nombre de marches est supérieur ou égal à deux et, en particulier, égal à trois dans l'exemple représenté. Les marches plates de cet escalier correspondent à des secteurs angulaires pour lesquels aucune lumière d'alimentation des tubulures de sortie ne s'ouvre ou ne se ferme, alors que les lignes reliant les marches entre elles correspondent au passage d'un bord latéral 46 du boisseau (ou de la fenêtre 56) devant une des lumières. La forme de ce bord supérieur peut ainsi prendre la forme d'une succession de marches droites ou, comme on le voit sur les figures, prendre la forme d'une vague, les marches de l'escalier étant alors raccordées entre elles selon une ligne inclinée pour prendre en compte la progressivité de l'ouverture de la lumière et le débit que celle-ci récupère. L'écart de hauteur entre deux marches d'escalier consécutives est défini de façon que le passage de l'une à l'autre entraîne une variation de la section de l'ouverture de décharge 173 qui répond à une décharge calibrée du fluide et, de façon préférentielle, qui équivaut sensiblement à la section de la lumière qui s'ouvre au changement de marche de l'escalier. De son côté la pente de la vague entre les différentes marches de l'escalier suit, de façon préférentielle, l'évolution de l'ouverture de la lumière à laquelle elle correspond, de sorte que, à l'augmentation de la section d'ouverture de ladite lumière corresponde une diminution corrélative de la section de l'ouverture de décharge 173. De cette façon le débit susceptible de traverser la vanne, que ce soit par les éventuelles lumières déjà ouvertes et la lumière en cours d'ouverture ou par le logement 17 reste sensiblement constant. Ainsi, la hauteur donnée au boisseau 26, et le cas échéant à son segment d'étanchéité 42, est telle qu'elle permet, quelle que soit la position dans laquelle se trouve le boisseau, l'évacuation d'un débit suffisant à travers le circuit de décharge et qu'elle évite les risques de surpression ou de température trop élevée. Une vanne équipée d'un tel boisseau présente alors une compacité longitudinale maximale, sans pour autant que soit réduite la protection contre les surpressions ou les températures excessives.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment et elle s'applique à d'autres variantes, notamment en ce qui concerne le positionnement du logement des organes de sécurité. Il est ainsi possible de définir un boisseau à bord inférieur 50 en escalier pour le cas où le logement 17 s'étend à partir de la paroi de fond 14' et non pas à partir de l'entrée.

L'invention n'est pas non plus limitée à l'application à un circuit de refroidissement d'un moteur thermique. En outre, l'orifice axial de la vanne ne constitue pas nécessairement un orifice d'entrée et peut aussi, en variante, constituer un orifice de sortie. En corollaire, les orifices latéraux peuvent constituer aussi des orifices d'entrée, et non pas des orifices de sortie pour le fluide.