La présente invention concerne une vanne motorisée de distribution de fluide.

L’invention s’intéresse en particulier aux vannes pour les circuits de circulation de fluide, notamment de fluide de refroidissement, embarqués sur des véhicules à motorisation thermique, électrique, à hydrogène ou hybride. Une telle vanne comporte un obturateur, qui est monté mobile dans un boitier de la vanne pour réguler un écoulement de fluide à travers le boitier entre une entrée et des sorties du boitier. L’obturateur est entraîné en déplacement par un actionneur électrique, intégré à la vanne et à sortie motrice rotative. L’invention s’intéresse plus spécifiquement aux vannes dont l’obturateur est rotatif autour d’un axe par rapport au boitier. Le fluide s’écoule à travers la vanne moyennant son entrainement dans le circuit de circulation à laquelle la vanne appartient, sous l’effet d’une pompe, typiquement électrique.

En pratique, des durites relient la vanne à la pompe. En particulier, une durite peut notamment relier le refoulement de la pompe à l’entrée de la vanne. De plus, l’alimentation électrique de l’actionneur de la vanne et de la pompe nécessite deux faisceaux électriques distincts, s’étendant chacun depuis une source d’alimentation électrique externe. Il en résulte un encombrement significatif et donc un poids conséquent, avec des coûts associés, ainsi que des risques de fuite et des pertes de charge au niveau des durites.

US 2018/347448 divulgue ainsi une vanne pour distribuer un liquide de refroidissement à un moteur d’une automobile. Dans un premier mode de réalisation qui est illustré aux figures 1 à 7 de US 2018/347448, la vanne comporte un boitier résultant de l’assemblage de carters, dont l’un est cylindrique et reçoit coaxialement un obturateur rotatif qui commande en ouverture/fermeture trois ports de raccordement qui débouchent respectivement dans une ligne alimentant un échangeur de chaleur, dans une ligne alimentant un refroidisseur d’huile, et dans une ligne alimentant un radiateur. Le carter cylindrique précité est alimenté en fluide depuis un moteur, en amont duquel le fluide est entraîné sous pression par une pompe. L’alimentation en fluide de ce carter cylindrique est prévue suivant l’axe de ce carter cylindrique, via une ouverture axiale d’extrémité de ce dernier. Dans un second mode de réalisation de US 2018/347448, illustré par sa figure 9, la pompe est placée directement en amont de la vanne et il est envisagé, sans détails de mise en œuvre, que la pompe et la vanne puissent être formées comme une seule unité intégrée.

Le but de la présente invention est de proposer une vanne motorisée, qui soit plus compacte et plus performante. A cet effet, l’invention a pour objet une vanne motorisée de distribution de fluide, telle que définie à la revendication 1 .

Une des idées à la base de l’invention est d’intégrer à la vanne une pompe d’entrainement de fluide, de manière à former un module ayant un seul boitier et un seul connecteur de branchement à une source d’alimentation électrique externe. Pour se faire, le volume interne du boitier de la vanne conforme à l’invention, dans lequel le fluide est prévu de s’écouler entre une entrée et au moins deux sorties du boitier, est subdivisé en deux sous-volumes qui sont reliés directement l’un à l’autre par un passage délimité par le boitier : la pompe est montée dans le premier sous-volume de manière à aspirer le fluide à l’entrée du boitier et à refouler le fluide dans le passage précité, tandis que l’obturateur est monté rotatif dans le second sous-volume de manière à envoyer le fluide depuis le passage précité vers une ou plusieurs des au moins deux sorties, en commandant ainsi ces dernières en ouverture-fermeture. Le passage précité évite de recourir à une durite, en éliminant les risques de fuite, en diminuant la perte de charge et en gagnant en poids, en compacité et en temps d’assemblage. L’invention prévoit également de « mutualiser » les moyens électriques assurant la commande de la pompe et de l’actionneur, sous forme d’un dispositif électronique qui est relié à l’unique connecteur porté extérieurement par le boitier. Là encore, on gagne en poids et en fiabilité, en limitant notamment le nombre de faisceaux électriques et en facilitant l’assemblage correspondant de la vanne conforme à l’invention. L’agencement de la pompe, de l’obturateur et de l’actionneur peut avantageusement être optimisé pour gagner encore en compacité et en performance, comme détaillé par la suite.

Des caractéristiques additionnelles avantageuses de la vanne conforme à l’invention sont énoncées aux autres revendications.

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 en perspective d’une vanne conforme à l’invention ;

- la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 , sous un angle observation différent ;

- la figure 3 est une coupe selon le plan 3 de la figure 1 ; et

- la figure 4 est une vue en élévation selon la flèche IV de la figure 3, après retrait d’un capot de la vanne.

Sur les figures 1 à 4 est représentée une vanne motorisée de distribution de fluide, référencée 1. Cette vanne 1 est adaptée pour être intégrée à un circuit de circulation d’un fluide, notamment d’un fluide de refroidissement. La vanne 1 est par exemple utilisée dans un circuit de refroidissement d’une motorisation d’un véhicule, cette motorisation étant thermique, électrique, à hydrogène ou hybride. La vanne 1 comporte un boitier 10 à travers lequel le fluide à réguler/distribuer par la vanne 1 est prévu pour s’écouler. A cet effet, comme bien visible sur la figure 3, le boitier 10 délimite fixement un volume interne V10, par lequel le fluide traverse le boitier et qui s’ouvre sur l’extérieur du boitier par une entrée 11 et des sorties, ici au nombre de quatre et respectivement référencées 12, 13, 14 et 15. L’entrée 11 peut communiquer avec les sorties 12 à 15 à travers le boitier 10 via le volume interne V10, la mise en communication effective entre l’entrée 11 et une ou plusieurs des sorties 12 à 15 étant opérée par le reste de la vanne 1 , comme détaillé par la suite. En service, le fluide entre dans le volume interne V10 par l’entrée 11, comme indiqué schématiquement par la flèche F1 sur les figures, et le fluide sort du volume interne V10 par les sorties 12 à 15, comme indiqué schématiquement sur les figures par les flèches respectives F2, F3, F4 et F5.

La forme de réalisation du boitier 10 n’est pas limitative du moment que ce boitier soit constitué d’un corps suffisamment rigide pour délimiter fixement le volume interne V10. En pratique, ce corps du boitier 10 peut être constitué de plusieurs parties assemblées fixement les unes aux autres, et ce par tout moyen approprié.

Dans tous les cas, le volume interne V10 est, comme bien visible sur la figure 3, réparti entre :

- un sous-volume V11 dans lequel l’entrée 11 débouche ;

- un sous-volume V12 dans lequel les sorties 12 à 15 débouchent ; et

- un passage V13 qui relie directement l’un à l’autre les sous-volumes V11 et V12.

Des spécificités relatives aux sous-volumes V11 et V12 et au passage V13 seront données plus loin.

La vanne 1 comporte également une pompe 20 permettant d’entrainer le fluide à travers le boitier 10 via le volume interne V10. Comme représenté sur les figures 3 et 4 uniquement de manière schématique, la pompe 20 est portée par le boitier 10, en étant agencée dans le sous-volume V11. La pompe 20 est pourvue d’une aspiration 21, c’est-à- dire d’un orifice par lequel le fluide pompé par la pompe 20 s’écoule vers l’intérieur de cette pompe et ainsi entre dans le corps de la pompe 20, et d’un refoulement 22, c’est-à- dire d’un orifice par lequel le fluide pompé par la pompe 20 s’écoule vers l’extérieur de cette pompe et ainsi sort du corps de la pompe. A l’état assemblé de la vanne 1 , l’aspiration 21 débouche dans l’entrée 11 de sorte que tout le fluide entrant dans le volume interne, via l’entrée 11, est directement admis en entrée de la pompe 20 ; le refoulement 22 débouche dans le passage V13 de sorte que tout le fluide refoulé par la pompe 20 est directement envoyé en entrée du passage V13, comme indiqué schématiquement par la flèche F6 sur la figure 3. La pompe 20 est électrique, c’est-à-dire qu’elle est actionnée par un moteur électrique, intégré à la pompe. En pratique, de multiples formes de réalisation de pompes électriques sont envisageables pour la pompe 20, sans que cet aspect ne soit limitatif.

La vanne 1 comporte également un obturateur 30 qui est porté par le boitier 10, en étant agencé dans le sous-volume V12 et en y étant mobile en rotation autour d’un axe d’obturateur X30 par rapport au boitier 10. L’obturateur 30 permet, de par sa mobilité en rotation autour de l’axe d’obturateur X30, de réguler l’écoulement du fluide à travers le boitier 10 en commandant l’ouverture-fermeture des sorties 12 à 15 du boitier 10. A l’état assemblé de la vanne 1, l’obturateur 30 coopère par contact étanche avec des sièges, qui sont respectivement associés aux sorties 12 à 15 et qui sont portés par le boitier 10, de sorte que pour chaque siège, l’obturateur 30 est prévu, en fonction de la position de l’obturateur 30 autour de l’axe d’obturateur X30, pour :

- soit laisser le fluide franchir le siège pour que le fluide s’écoule du sous-volume V12 à la sortie associée à ce siège, ce qui revient à ouvrir cette sortie associée au siège, comme illustré schématiquement par la flèche F7 sur la figure 3 pour la sortie 12 ;

- soit empêcher le fluide de franchir le siège depuis le sous-volume V12 pour atteindre la sortie associée à ce siège, ce qui revient à fermer cette sortie associée au siège, comme illustré par la flèche barrée F8 sur la figure 3 pour la sortie 13.

Au moins dans chacune des positions de l’obturateur 30 autour de l’axe d’obturateur X30 qui commandent l’ouverture d’au moins une des sorties 12 à 15, l’obturateur 30 laisse le fluide entrer dans le sous-volume V12 depuis le passage V13, comme indiqué schématiquement par la flèche F9 sur la figure 3, le cas échéant en coopérant de manière étanche avec un siège dédié qui est porté par le boitier 10 au niveau du débouché du passage V13 dans le sous-volume V12.

Dans la forme de réalisation considérée sur les figures, l’obturateur 30 comporte un corps 31 globalement tubulaire, qui est centré sur l’axe d’obturateur X30. Sur sa face latérale extérieure, le corps tubulaire 31 porte fixement des reliefs sphériques, qui sont centrés sur l’axe d’obturateur X30 et qui sont répartis suivant cet axe d’obturateur de manière à coopérer par complémentarité de formes avec les sièges précités qui sont donc ici prévus sphériques : dans l’exemple illustré aux figures, ces reliefs sphériques sont prévus en trois exemplaires, en étant référencés 32, 33 et 34. Au niveau du relief sphérique 32, qui est ici situé entre les reliefs sphériques 33 et 34 suivant l’axe d’obturateur X30, la paroi latérale du corps tubulaire 31 est traversée, radialement de part en part, par quatre ouvertures, qui sont reparties de manière régulière autour de l’axe d’obturateur X30 et qui sont chacune alignables avec le débouché du passage V13 dans le sous-volume V12 lorsque l’obturateur occupe une position angulaire correspondante parmi quatre positions angulaires de l’obturateur 30 autour de l’axe d’obturateur X30, espacées de 90° les unes des autres. Ainsi, lorsque l’obturateur 30 est successivement entrainé en rotation autour de l’axe d’obturateur X30 de l’une à l’autre des quatre positions angulaires précitées, les quatre ouvertures du relief sphérique 32, dont trois sont visibles sur la figure 3, sont successivement alignées avec le passage V13, avec appui étanche du relief sphérique 32 contre le siège prévu au niveau du débouché du passage V13 dans le sous-volume V12. Au niveau du relief sphérique 33, la paroi latérale du corps tubulaire 31 est traversée, radialement de part en part, par deux ouvertures, qui sont réparties autour de l’axe d’obturateur X30 et dont l’une d’elles est alignée avec le débouché de la sortie 12 dans le sous-volume V12 lorsque l’obturateur 30 occupe une première des quatre positions angulaires précitées tandis que l’autre de ces deux ouvertures est alignée avec le débouché de la sortie 14 dans le sous-volume V12 lorsque l’obturateur occupe une deuxième des quatre positions angulaires précitées, avec appui étanche du relief sphérique 33 contre les sièges respectivement associés aux sorties 12 et 14. Au niveau du relief sphérique 34, la paroi latérale du corps tubulaire 31 est traversée, radialement de part en part, par deux ouvertures, qui sont reparties autour de l’axe d’obturateur X30 et dont l’une d’elles est alignée avec le débouché de la sortie 13 dans le sous-volume V12 lorsque l’obturateur 30 occupe une troisième des quatre positions angulaires précitées tandis que l’autre de ces deux ouvertures est alignée avec le débouché de la sortie 15 dans le sous-volume V12 lorsque l’obturateur 30 occupe la quatrième des quatre positions angulaires précitées, avec appui étanche du relief sphérique 34 contre les sièges respectivement associés aux sorties 13 et 15. On comprend que l’obturateur 30 envoie, à travers lui, c’est-à-dire via son alésage interne, tout le fluide sortant du passage V13 dans une seule des quatre sorties 12 à 15, qui est déterminée par la position angulaire de l’obturateur 30 autour de l’axe d’obturateur X30 :

- lorsque l’obturateur 30 est dans la première position angulaire précitée, l’obturateur 30 envoie ainsi tout le fluide sortant du passage V13 exclusivement dans la sortie 12, cette première position angulaire étant illustrée à la figure 3 ;

- lorsque l’obturateur est dans la deuxième position angulaire, l’obturateur 30 envoie tout le fluide sortant du passage V13 exclusivement dans la sortie 14 ;

- lorsque l’obturateur 30 est dans la troisième position angulaire, l’obturateur 30 envoie tout le fluide sortant du passage V13 exclusivement dans la sortie 13 ; et

- lorsque l’obturateur 30 est dans la quatrième position angulaire, l’obturateur 30 envoie tout le fluide sortant du passage V13 dans la sortie 15.

Autrement dit, l’obturateur 30 distribue sélectivement le fluide entrant dans le volume interne V10 du boitier 10 sélectivement dans l’une des quatre sorties 12 à 15. En pratique, d’autres formes de réalisation que celle détaillée ci-dessous sont envisageables pour l’obturateur 30, telles qu’un obturateur à palettes.

Dans tous les cas, suivant une disposition avantageuse qui est mise en œuvre sur les figures et qui limite l’encombrement global de la vanne 1, l’obturateur 30 est agencé en regard de la pompe 20 suivant une direction radiale à l’axe d’obturateur X30. Autrement dit, l’obturateur 30 et la pompe 20 sont agencés globalement côte à côte suivant une direction radiale à l’axe d’obturateur X30, ce qui, entre autres, réduit l’étendue du passage V13 entre les extrémités de ce dernier qui débouchent respectivement dans le refoulement 22 de la pompe 20 et dans le sous-volume V12.

A des fins de limitation des pertes de charge, le passage V13 débouche dans le sous-volume V12 suivant une direction radiale à l’axe d’obturateur X30, voire débouche dans le sous-volume V12 exclusivement radialement à l’axe d’obturateur X30. De préférence, le passage V13 s’étend suivant cette direction radiale sur toute son étendue entre ses extrémités débouchant respectivement dans le refoulement 22 de la pompe 20 et dans le sous-volume V12. En pratique, comme bien visible sur la figure 3, le débouché du passage V13 dans le sous-volume V12 est avantageusement situé, suivant l’axe d’obturateur X30, à la fois entre et à distance des extrémités axiales opposées du sous- volume V12. Les pertes de charge au niveau du passage V13 s’en trouvent ainsi davantage limitées.

Pour commander en déplacement l’obturateur 30, notamment entre ses quatre positions angulaires précitées, la vanne 1 comporte un actionneur 40. Cet actionneur 40 est électrique dans le sens où cet actionneur est conçu pour transformer de l’énergie électrique l’alimentant en une force motrice mécanique, appliquée à l’extérieur de l’actionneur 40 par une sortie motrice 41 de ce dernier, qui est rotative autour d’un axe géométrique.

A l’état assemblé de la vanne 1, l’actionneur 40 est porté par le boîtier 10 de sorte que sa sortie motrice 41 est rotative autour d’un axe d’actionneur X40 par rapport au boîtier 10. Comme indiqué schématiquement sur les figures 2 et 4, l’actionneur 40 comprend typiquement un boîtier externe 42, à l’intérieur duquel sont agencés des composants électromécaniques de l’actionneur, qui transforment l’énergie électrique en force motrice, la sortie motrice 41 s’étendant à travers le boîtier externe 42. La sortie motrice 41 est ici prévue sous la forme d’un arbre denté, centré sur l’axe d’actionneur X40, étant entendu que d’autres formes de réalisation sont envisageables pour la sortie motrice 41. Le boîtier externe 42 est, quant à lui, solidarisé fixement au boîtier 10 par tout moyen approprié, notamment dans un logement dédié de ce dernier, distinct du volume interne V10. Suivant une disposition avantageuse, qui est mise en œuvre dans l’exemple illustré aux figures et qui participe à la compacité de la vanne 1, l’axe d’actionneur X40 est parallèle à l’axe d’obturateur X30. De plus, l’actionneur 40 est agencé à la fois en regard de la pompe 20 suivant une direction radiale à l’axe d’actionneur X40 et en regard de l’obturateur 30 suivant une direction radiale à l’axe d’actionneur X40 : de cette façon, comme bien visible sur la figure 2, l’actionneur 40 se retrouve côte à côte, suivant des directions radiales à son axe d’actionneur X40, de la pompe 20 et de l’obturateur 30, en occupant au moins partiellement un espace libre séparant ces derniers, ce qui limite davantage l’encombrement global de la vanne 1.

Pour transmettre la force motrice appliquée par la sortie motrice 41 de l’actionneur 40 à l’obturateur 30, la vanne 1 comporte un système de transmission 50 mécanique. Comme montré sur les figures 3 et 4, ce système de transmission 50 est porté par le boîtier 10 et relie mécaniquement l’obturateur 30, ici le corps tubulaire 31, à la sortie motrice 41 de manière qu’une mise en rotation de la sortie motrice 41 autour de l’axe d’actionneur X40 entraîne l’obturateur 30 en rotation autour de l’axe d’obturateur X30.

Dans la forme de réalisation considérée sur les figures, le système de transmission 50 comporte un engrenage 51 constitué de plusieurs roues dentées 52 qui, ici, sont au nombre de quatre. Les roues dentées 52 s’engrènent successivement entre elles, en étant rotatives par rapport au boîtier 10 autour d’axes de rotation respectifs qui sont parallèles à l’axe d’obturateur X30. Une première de ces roues dentées 52 est en prise avec la sortie motrice 41, ici avec l’arbre denté que forme cette dernière, tandis que la dernière des roues dentées 52 est en prise avec l’obturateur 30, ici avec une extrémité axiale de son corps tubulaire 31 , aux fins de l’entraînement de l’obturateur 30 en rotation autour de l’axe d’obturateur X30. Cet engrenage 51, dont les spécificités ne sont pas limitatives, permet de démultiplier le mouvement transmis de la sortie motrice 41 à l’obturateur 30. Bien entendu, d’autres formes de réalisation que l’engrenage 51 sont envisageables pour le système de transmission 50.

Dans tous les cas, suivant une disposition avantageuse visant à améliorer la conception et les performances de la vanne 1 , le système de transmission 50 est, comme montré sous les figures 3 et 4, agencé à l’intérieur d’un compartiment V60 étanche, qui est délimité conjointement par le boitier 10 et par un capot 60 rapporté sur le boitier 10. Le compartiment V60 est totalement séparé du volume interne V10, en formant ainsi une région de la vanne 1 , qui est étanchée vis-à-vis du fluide circulant à travers cette vanne 1 . Le capot 60, qui est bien visible sur les figures 1 à 3 mais qui est retiré du reste de la vanne 1 sur la figure 4, est solidarisé de manière étanche au corps du boitier 10, et ce par tous moyens appropriés, notamment par des moyens de solidarisation amovible pour faciliter l’assemblage et la maintenance des éléments placés à l’intérieur du compartiment V60, dont le système de transmission 50. Le capot 60 est avantageusement disposé à une extrémité du corps du boitier 10 suivant l’axe d’obturateur X30 : la pompe 20 et l’obturateur 30, ainsi que, ici, l’actionneur 40 se retrouvent agencés d’un même côté axial du compartiment V60, ce qui permet de limiter l’encombrement global de la vanne 1.

La vanne 1 comporte par ailleurs un dispositif électronique 70 permettant de commander à la fois l’actionnement de la pompe 20 et l’actionnement de l’actionneur 40. Ce dispositif électronique 70 est porté, directement ou indirectement, par le boitier 10, en étant avantageusement agencé dans le compartiment V60, comme bien visible sur les figures 3 et 4 sur lesquelles le dispositif électronique 70 n’est représenté que de manière schématique. Dans tous les cas, le dispositif électronique 70 est relié électriquement à la pompe 20 et à l’actionneur 40 aux fins de la commande de ces derniers et du transport de courant jusqu’à ces derniers pour les alimenter en électricité. À cet effet, le dispositif électronique 70 comporte typiquement un circuit imprimé 71 , dont un support isolant, tel qu’une carte, est fixé au boitier 10, et des conducteurs 72 reliant des composants électroniques et/ou électrotechniques, portés par le support isolant, à la pompe 20 et à l’actionneur 40, comme représenté schématiquement sur la figure 4. En pratique, le support isolant du circuit imprimé 71 est fixé au boitier 10 soit directement, soit indirectement, notamment par l’intermédiaire du capot 60. Dans tous les cas, les composants électroniques et/ou électrotechniques du circuit imprimé 71 permettent d’envoyer des signaux électriques de commande et d’alimentation à la pompe 20 et à l’actionneur 40 : cet aspect étant connu en soi, il ne sera pas détaillé ici plus avant.

De plus, le dispositif électronique 70 est relié électriquement à un unique connecteur 80 de branchement à une source d’alimentation électrique externe. Cette source d’alimentation électrique externe est extérieure à la vanne 1 et n’est pas représentée sur les figures, sa forme de réalisation n’étant pas limitative : cette source d’alimentation électrique externe comprend par exemple une batterie qui est embarquée dans le véhicule au circuit de refroidissement duquel la vanne 1 appartient. En pratique, le raccordement électrique entre le connecteur 80 et la source d’alimentation électrique externe est assuré par un unique faisceau, qui est connu en soi et qui n’est pas représenté sur les figures, ce faisceau pouvant présenter de multiples formes de réalisation, en intégrant notamment, en plus d’une ou plusieurs lignes propres à la conduction d’électricité depuis la source d’alimentation électrique externe, une ou plusieurs lignes reliées à une unité de commande et/ou de supervision, telle qu’un ordinateur de bord. Dans tous les cas, le connecteur 80 est le seul organe de la vanne 1 , permettant le branchement de cette dernière aux fins de la commande et de l’alimentation électrique d’à la fois la pompe 20 et l’actionneur 40.

Comme bien visible sur les figures 2 à 3, le connecteur 80 est porté extérieurement par le boitier 10 de manière à permettre son branchement au faisceau précité depuis l’extérieur de la vanne 1. En pratique, le connecteur 80 est ainsi porté par le boitier 10 soit directement, soit indirectement, notamment par le capot 60 comme dans la forme de réalisation envisagée sur les figures.

Enfin, divers aménagements et variantes de la vanne 1 décrite juste ici sont par ailleurs envisageables : - plutôt que l’axe d’actionneur X40 soit parallèle à l’axe d’obturateur X30, l’axe d’actionneur X40 s’étend transversalement à l’axe d’obturateur X30, notamment de manière perpendiculaire ou orthoradiale à l’axe d’obturateur X30 ; et/ou

- le nombre de sorties du boitier 10 n’est pas nécessairement égal à quatre, mais peut, par exemple, être limité à deux ou être égal à trois ou à un nombre supérieur à quatre.