La présente invention concerne le domaine de la distribution et de la circulation contrôlées de fluide, plus particulièrement liquide, dans un circuit complexe, par exemple à plusieurs boucles partiellement parallèles et mutuellement imbriquées ou interconnectées, comprenant des portions communes, telles que les circuits de circulation du liquide de refroidissement de moteurs à combustion interne de véhicules automobiles.

La présente invention a pour objet, dans le contexte susvisé, un dispositif de vanne à tiroir coulissant, régulant au moins deux voies en sortie, et un circuit de refroidissement comprenant un tel dispositif de vanne.

Compte tenu des impératifs de réduction des coûts de revient des volumes disponibles et du poids total, qui prévalent de nos jours particulièrement dans le domaine de la construction automobile, il existe une demande forte pour réduire le nombre d'organes de régulation et de contrôle de la circulation de fluide dans les circuits complexes.

Dans la mesure du possible, on recherche notamment à intégrer toutes les fonctions de régulation et de contrôle en un ensemble fonctionnel et structurel unique, commandé par un unique actionneur, aboutissant ainsi à un raeud de régulation unique pour plusieurs portions de circuit d'un même circuit général, par exemple un circuit de refroidissement.

Une possibilité supplémentaire de réduction des coûts consiste à mettre enœuvre des actionneurs à faible prix de revient, donc à structure simple et peu sophistiqués, par exemple rotatifs ou linéaires.

Un double problème se présente alors, à savoir, le raccordement spatial des différentes portions de circuit au niveau du raeud (problème d'encombrement) et la réalisation des différentes régulations pour les différentes portions de circuit en respectant leur hiérarchie, leurs fonctions et leurs conditions de réalisation, fonction de la régulation général au niveau du circuit global.

Les problèmes évoqués ci-dessus se présentent notamment dans le cadre de la régulation, au moyen d'un dispositif structurel ou module unique, de la circulation du liquide de refroidissement dans un circuit comprenant une portion principale et trois portions secondaires, à savoir, par exemple, en plus du circuit traversant le bloc moteur, également une boucle passant par un radiateur, une boucle passant par un aérotherme, ainsi qu'une boucle de dérivation.

Par les documents FR 2 906 334 et FR 2 906 335, on connaît déjà des unités de vanne répondant sensiblement aux différentes attentes exprimées ci-dessus.

La présente invention vise à proposer un dispositif de vanne amélioré, présentant une constitution plus simple et robuste et permettant d'obtenir des fuites plus faibles en position d'obturation.

A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de vanne à tiroir coulissant selon une direction axiale donnée, ledit dispositif de vanne comprenant un corps de vanne avec deux chambres mutuellement communicantes et contiguës dans la direction axiale, la première chambre comportant une première ouverture latérale d'entrée de fluide et une seconde ouverture de sortie de fluide, située sensiblement à l'opposée de l'ouverture de communication avec la seconde chambre et pourvue d'un dispositif d'obturation normalement fermé et à ouverture conditionnelle, la seconde chambre comportant une première et une seconde ouvertures latérales de sortie de fluide mutuellement décalées dans la direction axiale et débouchant respectivement dans des première et seconde régions ou zones volumiques intérieures distinctes de ladite seconde chambre et le tiroir coulissant étant guidé en translation dans ladite seconde chambre et mobile sous l'effet d'un actionneur à commande contrôlée,

dispositif de vanne caractérisé en ce que les deux régions intérieures de ladite seconde chambre sont arrangées de manière contiguë dans la direction axiale et communiquent entre elles par l'intermédiaire d'une ouverture ou d'un passage interne, et, en ce que le tiroir coulissant comprend, d'une part, un premier organe d'obturation apte à obturer sélectivement, dans deux positions de coulissement extrêmes opposées du tiroir et par compression d'un joint correspondant respectif, l'ouverture de communication entre les première et seconde chambres ou l'ouverture ou le passage de communication interne entre les deux régions de la seconde chambre, et, d'autre part, un second organe d'obturation apte à empêcher la communication fluidique entre la seconde ouverture latérale de sortie de fluide de la seconde chambre et la première région de ladite seconde chambre, ce dans une plage déterminée de translation du tiroir coulissant depuis sa position extrême d'obturation de l'ouverture de communication entre les deux chambres. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :

La figure 1 est une vue en coupe simplifiée représentant de manière schématique les principales composantes constitutives d'un dispositif de vanne selon l'invention ;

La figure 2 est une vue éclatée en perspective d'un dispositif de vanne selon un premier mode de réalisation pratique de l'invention ;

Les figures 3 A à 3D sont des vues en coupe d'un dispositif de vanne tel que représenté sur la figure 2, à l'état assemblé, illustrant quatre positions du tiroir coulissant correspondant à quatre états différents dudit dispositif de vanne ;

La figure 4 est une vue en perspective de deux pièces (tiroir et chemise) faisant partie du dispositif de vanne représenté aux figures 2 et 3, et,

La figure 5 est une vue éclatée en perspective d'un dispositif de vanne selon un second mode de réalisation pratique de l'invention.

Les figures 1 , 2, 3 et 5 montrent un dispositif 1 de vanne à tiroir coulissant selon une direction axiale X donnée.

Ce dispositif de vanne 1 comprend un corps de vanne 3 avec deux chambres 4, 4' mutuellement communicantes et contiguës dans la direction axiale X, la première chambre 4 comportant une première ouverture latérale 5 d'entrée de fluide et une seconde ouverture 5' de sortie de fluide, située sensiblement à l'opposée de l'ouverture de communication 1 1 avec la seconde chambre 5' et pourvue d'un dispositif 7 d'obturation normalement fermé et à ouverture conditionnelle. De plus, la seconde chambre 4' comporte une première 8 et une seconde 8' ouvertures latérales de sortie de fluide mutuellement décalées dans la direction axiale X et débouchant respectivement dans des première 9 et seconde 9' régions ou zones volumiques intérieures distinctes de ladite seconde chambre 4' et le tiroir coulissant 2 est guidé en translation dans ladite seconde chambre 4' et mobile sous l'effet d'un actionneur 10 à commande contrôlée.

Conformément à l'invention, les deux régions intérieures 9 et 9' de ladite seconde chambre 4' sont arrangées de manière contiguë dans la direction axiale X et communiquent entre elles par l'intermédiaire d'une ouverture ou d'un passage interne 1 1, et, le tiroir coulissant 2 comprend, d'une part, un premier organe d'obturation 12 apte à obturer sélectivement, dans deux positions de coulissement extrêmes opposées du tiroir 2 et par compression d'un joint correspondant 14, 14' respectif, l'ouverture de communication 6 entre les première et seconde chambres 4 et 4' ou l'ouverture ou le passage de communication interne 1 1 entre les deux régions 9 et 9' de la seconde chambre 4', et, d'autre part, un second organe d'obturation 12' apte à empêcher la communication fluidique entre la seconde ouverture latérale de sortie de fluide 8' de la seconde chambre 4' et la première région 9 de ladite seconde chambre 4', ce dans une plage déterminée de translation du tiroir coulissant 2 depuis sa position extrême d'obturation de l'ouverture de communication 6 entre les deux chambres 4 et 4'.

Le dispositif de vanne 1 comprend ainsi un premier moyen de régulation (tiroir coulissant 2) commandé par un actionneur 10 pour contrôler simultanément deux sorties de fluide 8 et 8'. Il comprend également un second moyen de régulation (dispositif d'obturation 7) à commande autonome, dont l'état peut dépendre directement d'un paramètre de commande, par exemple de la température du fluide circulant dans la première chambre 4.

En outre, le tiroir coulissant 2 forme un organe de régulation double, contrôlant la circulation de fluide au niveau de deux ouvertures internes du corps de vanne 3 et, de ce fait, entre trois volumes internes de ce dernier (première chambre 4 et première et seconde régions 9 et 9' de la seconde chambre 4'), chacun de ces volumes étant pourvu d'au moins une ouverture vers l'extérieur.

La présence de deux organes d'obturation 12 et 12' permet, lors du déplacement du tiroir 2, de réaliser une séquence prédéterminée de libération et de fermeture des ouvertures de sortie 8 et 8', éventuellement en partie progressive, ce en fonction de la forme et de la disposition des organes d'obturation 12 et 12' et des ouvertures 6 et 1 1. On obtient ainsi un dispositif de vanne 1 dit "à trois voies".

De plus, l'obturation sélective des ouvertures internes 6 et 1 1 du corps de vanne 3 dans des positions extrêmes opposées du tiroir coulissant 2, par plaquage du premier organe d'obturation 12 sur lesdites ouvertures dans la direction du coulissement du tiroir 2, permet d'aboutir à une qualité de fermeture desdites ouvertures qui est supérieure à celle résultant d'une obturation par translation latérale (telle que résultant notamment des deux documents FR précités).

En particulier, l'écrasement ou la compression d'un joint 14 ou 14' correspondant dans des positions d'obturation des ouvertures 6 et 1 1 permet d'aboutir à une étanchéité de très bonne qualité et avec des fuites résiduelles faibles (par exemple de l'ordre de 1 litre/heure, voire moins).

En accord avec une variante de réalisation structurelle préférée du dispositif de vanne 1, la seconde ouverture latérale de sortie de fluide 5' de la première chambre 4, l'ouverture de communication 6 entre les première et seconde chambres 4 et 4' et l'ouverture ou le passage de communication interne 1 1 entre les deux régions volumiques 9 et 9' de la seconde chambre 4' sont arrangées de manière alignée suivant la direction axiale X correspondant à l'axe de translation du tiroir 2, l'arbre ou la tige de commande 10' reliant ce dernier à l'actionneur 10, rotatif ou translatif, étant également arrangé(e) selon cet axe X et s'étendant dans le corps de vanne 3, avec réalisation d'une étanchéité radiale, à travers une ouverture 13 débouchant dans la seconde région volumique 9' de la seconde chambre 4'.

Afin d'aboutir à une fabrication simple et à une structure robuste, le tiroir coulissant 2 est une pièce d'un seul tenant, intégrant les premier et second organes d'obturation 12 et 12' et guidé dans la première et la seconde chambre 4 et 4'.

En outre, et de manière avantageuse, l'organe d'obturation 7 associé à et contrôlant la seconde ouverture 5' de sortie de fluide de la première chambre 4 est un organe d'obturation thermo statique, dont la composante thermosensible est située dans ladite chambre 4.

Le dispositif d'obturation thermo statique 7 peut, par exemple, comprendre un clapet 22 apte, par exemple par coopération de forme et compression d'un joint, à assurer une étanchéité de très bonne qualité en position d'obturation ou de fermeture (par exemple avec des fuites inférieures ou égales à 1 litre/heure). Ce clapet 22 est sollicité élastiquement en position de fermeture de l'ouverture de sortie 5' par un ressort 22' ou analogue prenant appui dans le corps de vanne 3 et forcé à l'ouverture par l'organe thermosensible du type actionneur physique ou chimique réagissant à la température, par exemple une cartouche de cire logée dans un corps 7' baigné par le fluide, ce par l'intermédiaire d'un axe de maraeuvre 22". Un tel dispositif d'obturation 7 peut ainsi constituer un organe de sécurité positive, en plus de sa fonction de régulation du flux en fonction de la température.

Comme le montrent les figures des dessins annexés et selon un mode de réalisation pratique avantageux de l'invention, le premier organe d'obturation 12 présente une structure en plaque et est apte à venir sélectivement en appui sous pression sur les bords de l'ouverture de communication 6 entre les deux chambres 4 et 4' et de l'ouverture de communication interne 1 1 entre les deux régions 9 et 9' de la seconde chambre 4', l'obturation étanche de ces ouvertures 6 et 1 1 étant obtenue par compression d'un joint 14, 14' correspondant, ces joints 14, 14' étant montés ou formés par surmoulage au niveau des faces opposées dudit premier organe 12 ou autour des ouvertures 6, 1 1 précitées.

Pour autoriser le passage du fluide lorsqu'il n'est pas en position d'obturation, tout en étant guidé dans la première région 9 de la seconde chambre 4', le premier organe d'obturation 12 peut présenter des pattes latérales en contact avec la paroi interne de la chambre ou comporter des découpes (notamment lorsque le guidage est réalisé sur la totalité de la périphérie de l'organe).

Conformément à une autre caractéristique de l'invention, le second organe d'obturation 12' coulisse dans la seconde région 9' de la seconde chambre 4' en étant guidé et en réalisant une étanchéité radiale périphérique, au moins partielle ou limitée, entre le bord périphérique extérieur dudit second organe 12' et la face intérieure 15 de la paroi du corps de vanne 3 délimitant ladite seconde région 9', et la seconde ouverture latérale de sortie de fluide 8' débouche dans ladite seconde région 9' dans une position décalée axialement par rapport à l'ouverture interne de communication fluidique 1 1 , de manière à permettre de définir une plage de positions en translation du second organe d'obturation 12' dans la seconde région 9' dans lesquelles il empêche une communication fluidique entre la première région 9 de la seconde chambre 4' et la seconde ouverture latérale de sortie 8'.

Ce deuxième organe d'obturation 12' peut, par exemple, prendre la forme d'un manchon cylindrique dont la surface extérieure coopère par contact glissant avec la face intérieure 15, en réalisant ainsi les fonctions de guidage et d'étanchéité. De manière préférée, la face intérieure 15 est constituée par la face intérieure, éventuellement retravaillée ou revêtue d'un matériau adapté, de la paroi de la partie 3" formant la seconde chambre 4' du corps de vanne 3, le second organe d'obturation 12' étant pourvu sur son bord périphérique extérieur d'un segment racleur ou analogue en contact glissant avec ladite face intérieure 15, de manière à aboutir à une étanchéité au moins partielle ou limitée à ce niveau.

En variante, cette face intérieure 15 peut également être formée par un manchon, préférentiellement métallique, formant chemise, pourvu d'au moins un(e) jour ou découpe 15' positionné(e) en regard de la seconde ouverture latérale de sortie 8' et intégrant, le cas échéant, au niveau de son ouverture définissant l'ouverture de communication interne 1 1, un rebord annulaire 15" pourvu éventuellement d'une rainure circonférentielle pour la réception d'un joint de compression 14', par exemple torique, le second organe d'obturation 12' étant guidé dans ladite chemise 15 avec un jeu réduit (voir par exemple les figures 2, 3A, 4 et 5).

En vue de permettre au dispositif de vanne 1 de réaliser une fonction supplémentaire de contrôle de la circulation du fluide, affectant la distribution de ce dernier entre les trois sorties, il peut être prévu que le tiroir coulissant 2 comporte un troisième organe d'obturation 16, 17 situé dans la première chambre 4 et décalé axialement par rapport aux premier et second organes d'obturation 12 et 12' de telle manière qu'il occupe une position d'obturation au moins partielle de l'ouverture de communication 6 entre les première et seconde chambres 4 et 4' lorsque le premier organe d'obturation 12 ferme l'ouverture de communication interne 1 1 entre les deux régions volumique 9 et 9' de la seconde chambre 4', ledit troisième organe d'obturation 16, 17 coopérant éventuellement avec le dispositif d'obturation thermo statique 7 à des fins de guidage et/ou d'obturation de l'ouverture 6.

II est ainsi possible de limiter le flux de fluide passant de la première chambre 4 dans la seconde chambre 4' lorsque l'ouverture de communication interne 1 1 est fermée par le premier organe d'obturation.

Le flux à travers la première ouverture de sortie 5 est alors maximalisé en étant régulé par l'organe d'obturation thermo statique 7 intégrant une régulation thermique directe.

En accord avec une réalisation pratique du moyen d'obturation supplémentaire précité, le dispositif d'obturation thermo statique 7 monté dans la première chambre 4 comprend un corps cylindrique 7' s'étendant dans ladite première chambre 4 en direction de l'ouverture de communication 6 entre la première et la seconde chambre 4, 4', en étant aligné avec l'axe de translation X, et le tiroir coulissant 2 comporte une formation saillante 16 s'étendant, de manière non obturante, à travers l'ouverture de communication 6 précitée et présentant une extrémité 17 à structure sensiblement annulaire, pouvant coulisser autour et le long du corps cylindrique 7', au moins sur une partie de sa course de coulissement, et positionné, en position d'obturation de l'ouverture de communication fluidique interne 1 1 par le tiroir coulissant 2, au niveau de ou dans l'ouverture de communication fluidique 6 entre la première et la seconde chambre 4, 4' en réalisant ainsi une obturation au moins partielle de cette dernière.

Cette possibilité d'interférence et de coopération entre le corps 7' du dispositif d'obturation 7 et la formation saillante 16 permet de réduire la dimension de la première chambre 4 dans la direction X, et donc l'encombrement du corps de vanne 3.

Selon une première variante de réalisation, la formation saillante 16 est avantageusement constituée d'au moins deux, préférentiellement quatre, pattes 16' parallèles et espacées rapportées ou formées sur le tiroir coulissant 2, préférentiellement d'un seul tenant avec le premier organe d'obturation 12 de ce dernier, et le corps cylindrique 7' du dispositif d'obturation thermo statique 7, ou un manchon cylindrique 18 rapporté entourant et/ou prolongeant ce dernier, s'étend jusque dans l'ouverture de communication 6 entre les deux chambres 4, 4', de telle manière qu'une obturation, sensiblement totale, étanche ou à fuite calibrée, est obtenue lorsque l'extrémité annulaire 17 de la formation saillante 16 est positionnée au niveau de ou dans ladite ouverture de communication 6 (non représenté).

En accord avec une seconde variante de réalisation et comme le montrent les figures 2, 4 et 5, la formation saillante 16 est constituée d'au moins deux, préférentiellement quatre, pattes 16' parallèles et espacées rapportées ou formées sur le tiroir coulissant 2, préférentiellement d'un seul tenant avec le premier organe d'obturation 12 de ce dernier, le corps cylindrique 7' du dispositif d'obturation thermo statique 7 étant pourvu d'un manchon cylindrique 18 télescopique dont l'extrémité peut venir en engagement, par exemple par l'intermédiaire de deux pattes radiales 18', avec la structure annulaire 17 en vue de son déploiement, préférentiellement sous contrainte élastique, en direction de l'ouverture de communication 6 entre les première et seconde chambres 4 et 4', cette ouverture 6 étant sensiblement obturée, de manière étanche ou avec une fuite calibrée, lorsque ladite structure annulaire 17 est positionnée au niveau de ou dans ladite ouverture 6.

Préférentiellement, les première et seconde régions volumiques 9 et 9' de la seconde chambre 4' présentent des formes cylindriques circulaires, de symétrie autour de la direction axiale X. Toutefois, d'autres formes de section peuvent également être envisagées.

Afin de faciliter le raccordement des conduits formant les portions de circuits de circulation extérieure, les trois ouvertures de sortie de fluide 5', 8 et 8' du corps de vanne 3 sont prolongées extérieurement par des embouts de connexion respectifs, formés d'un seul tenant avec ledit corps de vanne 3.

En vue de permettre une fixation étanche et résistante du dispositif de vanne 1 sur un bloc moteur, la première ouverture d'entrée 5 de la première chambre 4 est entourée, sur la face extérieure du corps de vanne 3, d'une platine de fixation 19 intégrant un joint d'étanchéité 19' rapporté ou surmoulé.

Afin de pouvoir fournir un signal de mesure précis de la température du fluide à des fins d'affichage, de commande et/ou de contrôle, la première chambre 4 comporte une ouverture latérale supplémentaire 20 prolongée extérieurement par un site 20' de réception étanche d'un capteur de température 21, dont l'extrémité sensible 2Γ est saillante dans ladite chambre 4 après montage dudit capteur 21.

Pour pouvoir fournir un ensemble structurel et fonctionnel intégrant tous les moyens nécessaires à la réalisation des différentes fonctions du dispositif de vanne 1, tout en conservant une constitution simple et peu encombrante, l'actionneur 10 est assemblé rigidement avec le corps de vanne 3 et consiste en un actionneur rotatif, éventuellement associé à un capteur de position, et comportant un axe de commande 10' sous la forme d'une tige filetée coopérant avec un écrou 10" monté de manière bloquée en rotation dans le tiroir coulissant 2, permettant de contrôler de manière précise le fonctionnement et le déplacement du tiroir 2. Conformément à une variante de construction pratique avantageuse et comme représentée aux figures 1 à 3 et 5, le corps de vanne 3 est formé d'au moins deux parties constitutives 3', 3" en matériau thermoplastique ou thermodur, venues de moulage et assemblées de manière étanche par soudage (par vibration ou par laser par exemple), par vissage ou collage au niveau d'un plan d'assemblage, une première partie 3' définissant en majorité la première chambre 4 et une seconde partie 3" définissant la seconde chambre 4'.

La figure 2 illustre une variante de construction du corps de vanne 3 en trois parties, alors que la figure 5 illustre une variante de construction en deux parties seulement.

Les joints de compression 14 et 14' sont avantageusement des joints toriques toujours montés par collage dans des rainures correspondantes entourant les ouvertures 6 et 1 1 et réalisés en caoutchouc modifié (par exemple du type EPDM ou en silicone).

Les figures 3A à 3D illustrent des configurations différentes du dispositif de vanne 3 correspondant à des phases successives et séquentielles de régulation, dépendant de la position en translation du tiroir 2 et de la température du fluide circulant à travers la vanne.

Dans la figure 3A, aucun fluide ne circule à travers le dispositif de vanne 1, l'ensemble des ouvertures de sortie 5', 8 et 8' étant obturées, directement (fluide froid, dont l'ouverture 5 est obturée) ou indirectement (par l'obturation de l'ouverture de communication 6).

Dans la figure 3B, l'ouverture de communication 6 est libérée du fait du déplacement de l'organe d'obturation 12 et le fluide peut donc s'écouler à travers l'ouverture de sortie 8, l'ouverture de sortie 8' n'étant pas alimentée en fluide du fait de la position de l'organe d'obturation 12' dans la seconde région 9' (à voir en relation avec les figures 2 et 4).

Dans la figure 3C, un déplacement supplémentaire du tiroir 2 (par rapport à sa position sur la figure 3B) a amené le second organe d'obturation 12' dans une position permettant de libérer au moins partiellement la seconde ouverture de sortie 8' et donc autorisant le passage de fluide à ce niveau, l'ouverture de sortie 8 demeurant par ailleurs dégagée.

Dans la figure 3D, le tiroir 2 est déplacé dans sa position extrême opposée (par rapport à celle de la figure 3A) et le premier organe 12 obture de manière étanche l'ouverture interne 1 1 empêchant l'admission de fluide dans la seconde région 9' et dans l'ouverture de sortie 8'. Simultanément, le troisième moyen d'obturation 17 du tiroir 2, ainsi que l'extrémité du manchon cylindrique 18, ont été amenés au niveau ou dans l'ouverture de communication 6 qui se retrouve ainsi sensiblement fermée, ou très fortement limitée en termes de passage de fluide vers la seconde chambre 4'.

La figure 3D illustre également le dégagement de l'ouverture de sortie 5' de la première chambre 4 lorsque la température du fluide dépasse une valeur seuil déterminée.

Les différentes phases de régulation illustrées sur les figures 3A à 3D peuvent, par exemple, correspondre aux différentes configurations recherchées pour un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, en fonction de ses phases de fonctionnement (démarrage à froid, phase intermédiaire de fonctionnement avec montée en température et phase de fonctionnement courant).

L'invention a également pour objet un circuit de circulation de fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de vanne 1 tel que décrit ci-dessus, dans lequel la première ouverture d'entrée de fluide 5 de la première chambre 4 est reliée à la sortie d'eau du bloc-culasses dudit moteur, la seconde ouverture de sortie de fluide 5' de la première chambre 4 est reliée au circuit alimentant le radiateur du véhicule, la première ouverture latérale de sortie de fluide 8 de la seconde chambre 4' est reliée à un premier circuit refroidisseur, par exemple au circuit alimentant l'aérotherme du véhicule, et la seconde ouverture latérale de sortie de fluide 8' de la seconde chambre 4' est reliée à un second circuit refroidisseur ou de dérivation, alimentant éventuellement au moins un échangeur de chaleur.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.