La présente invention concerne une vanne thermostatique pour un circuit de circulation de fluide, notamment de fluide de refroidissement pour un moteur thermique.

Les vannes pourvues d'un manchon de régulation commandé en déplacement par un élément thermostatique équipent typiquement des circuits de refroidissement associés à des moteurs thermiques de fortes cylindrées, notamment ceux utilisés dans les camions et certains véhicules automobiles, pour lesquels les débits de fluide de refroidissement nécessaires à leur fonctionnement sont plus élevés que ceux rencontrés pour des moteurs thermiques de cylindrées plus faibles, pour lesquels les vannes thermostatiques utilisées sont à clapets.

En effet, l'utilisation d'un manchon permet généralement de disposer d'un obturateur dit équilibré, c'est-à-dire un obturateur pour lequel la différence des pressions régnant de part et d'autre de la paroi du manchon est sensiblement nulle suivant la direction de déplacement du manchon par l'élément thermostatique, cette direction correspondant en pratique à la direction axiale du manchon. A l'inverse, dans une vanne thermostatique à clapet, ce dernier s'étend généralement dans un plan perpendiculaire à la direction de déplacement du clapet par l'élément thermostatique, de sorte que la différence de pression régnant de part et d'autre du clapet suivant cette direction atteint de fortes valeurs, notamment lorsque la circulation de fluide est interrompue par le clapet. L'énergie nécessaire pour décoller un tel clapet de son siège s'avère alors souvent importante, et ce d'autant plus lorsque le débit de fluide à réguler est important et vient dans le sens de fermeture du clapet.

Ceci étant dit, les vannes à manchon actuelles présentent toutefois des limites en ce qui concerne leur débit admissible maximal. Une des raisons est liée à une mauvaise alimentation périphérique du manchon : bien qu'en théorie, toute la périphérie du manchon pourrait être mise à profit pour autoriser l'écoulement du fluide à travers ce manchon lorsque ce dernier est ouvert, on constate en pratique que l'écoulement de fluide alimentant l'intérieur du manchon est « canalisé » par le débouché de l'orifice d'admission de ce fluide dans le boîtier de la vanne. En effet, à l'ouverture du manchon, c'est-à-dire lorsque le manchon s'écarte de son siège d'appui délimité par une paroi du boîtier de vanne, agencée axialement en regard du manchon, le fluide a tendance à transiter par le manchon en s'écoulant en totalité exclusivement dans le prolongement de l'orifice précité. Ainsi, EP-A-1 106 883, sur lequel est basé le préambule de la revendication 1 , fournit un exemple d'une vanne à trois voies, dans laquelle le manchon vient s'appuyer, par l'une de ses extrémités axiales, contre une paroi du boîtier de vanne, séparant deux conduits de circulation du fluide, entre lesquels le fluide a tendance à transiter « en ligne droite » lorsque le manchon est écarté de la paroi de boîtier précitée. Il en est de même pour les vannes divulguées dans DE-A-44 10 249, US-A-3 734 405, US- A-4 022 377, FR-A-2 919 704 et US-A-2002/096571 .

Le but de la présente invention est de proposer une vanne thermostatique à manchon, autorisant un débit maximal important.

A cet effet, l'invention a pour objet une vanne thermostatique pour un circuit de circulation de fluide, telle que définie à la revendication 1.

L'idée à la base de l'invention est de ne pas faire appuyer le manchon directement contre une paroi du boîtier, mais de créer, suivant le trajet d'écoulement du fluide entre les orifices d'entrée et de sortie, un volume libre entre le siège d'appui de ce manchon et l'un de ces orifices. Ce volume libre permet en effet au fluide de se répartir, à l'intérieur du boîtier, suivant la périphérie du manchon de sorte que, lorsque ce dernier est ouvert, le fluide s'écoule entre ce volume libre et l'intérieur du manchon, sur toute la périphérie de celui-ci. En particulier, lorsque l'orifice précité est un orifice d'admission du fluide dans le boîtier, cela revient à dire que le volume libre est un volume d'alimentation en amont du siège, permettant de bien alimenter le manchon sur la totalité de sa périphérie. Selon l'invention, ce volume libre est défini à l'aide d'une pièce qualifiée de pièce de siège puisqu'elle délimite le siège d'appui du manchon, qui est rapportée fixement à l'intérieur du boîtier, avec interposition axiale du volume libre. La mise en place de cette pièce de siège dans le boîtier est facile et rapide, en étant par exemple réalisée en même temps que la mise en place d'au moins un autre composant de la vanne, ce qui n'allonge pas la durée d'assemblage de la vanne. Grâce à cette pièce de siège, plus précisément au volume libre qu'elle définit axialement à l'aplomb du manchon, la vanne admet un débit maximal de fluide élevé.

Des caractéristiques additionnelles avantageuses de la vanne conforme à l'invention, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont spécifiées aux revendications dépendantes 2 à 10.

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, représentée en demi-coupe ;

- la figure 2 est une vue en coupe de la vanne de la figure 1 , dans un plan de coupe différent de celui de la figure 1 ;

- les figures 3 et 4 sont des vues en perspective, sous des angles respectifs différents, d'une pièce de siège appartenant à la vanne de la figure 1 ; et - la figure 5 est une vue en perspective d'une pièce de retenue appartenant à la vanne de la figure 1.

Sur les figures 1 et 2 est représentée une vanne 1 adaptée pour réguler la circulation d'un fluide, entrant dans un boîtier 10 de la vanne par un orifice 1 1 et ressortant de ce boîtier par un orifice 12, après avoir traversé une chambre de régulation 13 dans laquelle les orifices 1 1 et 12 débouchent. Dans cette chambre 13 sont agencés un manchon 20 mobile, une pièce de siège 30 fixe et un élément thermostatique 40 de commande en déplacement du manchon vis-à-vis de la pièce de siège. La vanne 1 est par exemple utilisée dans un circuit de refroidissement d'un moteur thermique d'un véhicule.

Le manchon 20 présente une forme globale tubulaire, centré sur un axe longitudinal X-X par lequel passent les plans de coupe des figures 1 et 2. Ce manchon est agencé dans la chambre 13 de sorte que l'orifice 1 1 débouche dans cette chambre de manière sensiblement perpendiculaire à l'axe X-X, tandis que, dans l'exemple de réalisation considéré ici, l'orifice 12 est globalement centré sur cet axe.

Le manchon 20 comporte un corps principal cylindrique 21 , centré sur l'axe X-X et à base circulaire, dont la paroi est pleine sur toute sa périphérie. A l'extrémité axiale 20A du manchon, tournée du côté de l'orifice 1 1 , le corps 21 est pourvu d'un rebord périphérique interne 22 depuis lequel des bras 23 s'étendent rigidement en direction de l'axe X-X. A leur extrémité libre, ces bras 23 sont reliés fixement à une coupelle thermoconductrice 41 de l'élément thermostatique 40, contenant une matière thermodilatable, telle qu'une cire. Cette coupelle 41 , qui s'étend en longueur de manière centrée sur l'axe X-X, reçoit intérieurement une tige 42, qui elle aussi s'étend en longueur de manière centrée sur l'axe X-X et qui est à même de se déployer et de s'escamoter, par translation suivant cet axe, vis-à-vis de l'intérieur de la coupelle 41 , sous l'effet d'une variation de volume de la matière thermodilatable. Dans sa partie d'extrémité agencée à l'extérieur de la coupelle 41 , la tige 42 est reliée fixement au boîtier 10 par des aménagements connus, tels que par surmoulage, emmanchement et/ou collage, qui ne seront pas décrits ici plus avant.

Avantageusement, dans l'exemple de réalisation considéré ici, une résistance électrique chauffante, non visible sur les figures, est agencée à l'intérieur de la tige 42, réalisée dans ce cas sous forme d'un tube métallique, de manière que cette résistance puisse, lorsqu'elle est alimentée en électricité, chauffer la matière thermodilatable contenue dans la coupelle 41. Le boîtier 10 est alors extérieurement pourvu d'une embase 14 (figure 2) de branchement d'une source d'alimentation électrique extérieure, depuis laquelle des conducteurs électriques s'étendent jusqu'aux bornes de la résistance chauffante précitée, en étant par exemple noyés dans une résine isolante 15 rapportée extérieurement au boîtier 10.

On comprend que, lorsque la matière thermodilatable contenue dans la coupelle

41 est échauffée, sa dilatation provoque la translation de la coupelle 41 le long de l'axe X- X, en direction opposée à la tige 42, c'est-à-dire vers le bas sur les figures 1 et 2. Ce faisant, la coupelle 41 entraîne suivant un mouvement de translation correspondant le manchon 20, comme indiqué par la flèche F sur la figure 2.

Selon la position axiale du manchon 20, commandée par l'élément thermostatique

40, l'extrémité axiale 20A de ce manchon est plus ou moins distante d'une paroi associée 31 appartenant à la pièce de siège 30. Plus précisément, cette paroi 31 se présente sous la forme globale d'un disque plein, centré sur l'axe X-X et de base circulaire sensiblement identique à celle du corps 21 du manchon 20. Sur sa face dirigée vers le manchon 20, cette paroi 31 délimite une bordure périphérique constituant un siège 32 d'appui étanche pour le rebord 22 du manchon 20 : dans la position axiale du manchon 20 représentée sur les figures 1 et 2, le rebord 22 est ainsi appuyé contre le siège 32 de la paroi 31 , ce rebord et ce siège coopérant alors par complémentarité de formes suivant toute leur périphérie, de manière à couper un écoulement de fluide entre l'extérieur et l'intérieur du manchon 20.

Comme bien visible sur les figures 3 et 4, la paroi 31 est traversée de part en part par un trou 33 centré sur l'axe X-X et adapté pour recevoir de manière étanche la tige 42, comme montré sur la figure 1 . Ainsi, comme représenté sur les figures 1 et 2, au sein du boîtier 10, la paroi 31 est agencée de manière que sa région centrale se trouve axialement en appui contre une surépaisseur interne 16 du boîtier 10, à laquelle la tige 42 est reliée fixement et à travers laquelle la résistance chauffante électrique interne à cette tige est alimentée en électricité.

En revanche, la région périphérique de la paroi 31 n'est pas, quant à elle, en appui contre la surépaisseur de boîtier 16, mais, au contraire, est distante, suivant la direction de l'axe X-X, de la paroi du boîtier 10 depuis laquelle cette surépaisseur 16 s'étend en saillie vers l'intérieur de la chambre 13. De cette façon, la région périphérique de la paroi 31 et la paroi précitée du boîtier 10 définissent entre elles, suivant la direction de l'axe X- X, un volume libre V, qui appartient à la chambre 13, qui entoure la surépaisseur de boîtier 16 et qui, dans l'exemple de réalisation considéré ici, présente une forme globale annulaire, centrée sur l'axe X-X.

Comme bien visible sur la figure 1 , l'orifice 1 1 débouche librement dans le volume libre V : d'ailleurs, dans le mode de réalisation considéré ici, le volume libre V est situé, suivant une direction perpendiculaire à l'axe X-X, dans le prolongement rectiligne d'une part importante, environ la moitié, du débouché de l'orifice 1 1 dans la chambre 13. Avantageusement, la face de la paroi 31 , qui délimite le volume libre V, est munie de nervures de renfort 34, bien visibles sur la figure 4.

En service, lorsque l'orifice 1 1 est alimenté en fluide à réguler par la vanne 1 , ce fluide pénètre dans la chambre 13, en remplissant au moins en partie le volume libre V : le fluide se trouve ainsi distribué sur toute la périphérie du manchon 20 de sorte que, lorsque ce manchon est déplacé de sa position de fermeture, représentée sur les figures

I et 2, à une position d'ouverture dans laquelle son extrémité 20A est distante axialement du siège 32, le fluide s'écoule à l'intérieur du manchon 20, en passant entre les bras 23, et ce sur la totalité de la périphérie du manchon. On comprend que la vanne 1 est capable d'admettre un débit de fluide la traversant important, toute la périphérie du manchon étant mise à profit pour autoriser l'écoulement de fluide à travers cette vanne lorsque le manchon est en position d'ouverture. L'intérêt des nervures 34 est alors d'éviter une déformation significative de la paroi 31 , sous l'action d'un fort débit de fluide.

Par ailleurs, la pièce de siège 30 inclut avantageusement une couronne 35 qui, comme bien visible sur les figures 3 et 4, est co-axiale à la paroi 31 , tout en étant située à un niveau axial différent de celle-ci. Des bras coudés 36, répartis de manière sensiblement régulière suivant la périphérie de la pièce de siège 30, relient rigidement la paroi 31 et la couronne 35. Au sein de la vanne 1 , comme représenté sur les figures 1 et 2, la couronne 35 est agencée de manière, d'une part, à être située axialement entre les orifices 1 1 et 12 et, d'autre part, à être radialement interposée entre le corps 21 du manchon 20 et le boîtier 10. Suivant sa périphérie extérieure, la couronne 35 forme avec le boîtier 10 un contact fixe, étanché par un joint 37 qui, dans l'exemple de réalisation représenté, est retenu dans une gorge périphérique 38 de la couronne. Sur sa périphérie intérieure, la couronne 35 forme avec le corps 21 du manchon 20 un contact axialement coulissant, étanché par une garniture à lèvres 39. Cette garniture à lèvres 39 est reçue dans une échancrure périphérique complémentaire 310 de la couronne 35.

Ainsi, la couronne 35 isole de manière étanché l'un vis-à-vis de l'autre les orifices

I I et 12, autour du manchon 20. Autrement dit, à l'extérieur de ce manchon, la couronne 35 compartimente la chambre 13 en deux parties séparées de manière étanché, l'une d'elles étant en communication libre avec l'orifice 1 1 tandis que l'autre étant en communication avec l'orifice 12.

En service, lorsque l'orifice 1 1 est alimenté en fluide à réguler par la vanne 1 , la couronne 35 renforce l'effet de la paroi 31 décrit plus haut, permettant l'alimentation du manchon 20 sur toute sa périphérie : en effet, eu égard à la dimension radiale de la couronne 35, le volume libre V d'alimentation périphérique du manchon 20 se trouve, en quelque sorte, prolongé axialement tout autour de ce manchon, augmentant ainsi le débit admissible maximal de la vanne 1 . Lorsque le manchon 20 est dans sa position d'ouverture, le fluide pénètre à l'intérieur de ce manchon, en passant entre les bras 36, sans que ces derniers n'induisent de résistance à l'écoulement significative, eu égard à leur faible épaisseur.

En pratique, la pièce de siège 30 présente également l'intérêt de pouvoir être rapportée rapidement et facilement à l'intérieur du boîtier 10, en étant préalablement pourvue du joint 37 et de la garniture à lèvre 39. De plus, comme pour l'exemple de réalisation considéré sur les figures, cette pièce de siège 30 est préalablement fabriquée en une seule pièce, notamment par moulage d'une matière plastique. A titre de variante non représentée, le joint 37 et/ou la garniture 39 sont directement surmoulés sur la pièce de siège 30.

A titre d'option avantageuse, la couronne 35 intègre une fonction de dégazage. Plus précisément, comme représenté sur la figure 2, la couronne 35 est traversée de part en part, suivant la direction de l'axe X-X, par un trou 31 1 dont le débouché, du côté de l'orifice 1 1 , peut être obturé par une bille 312. Cette bille est déplaçable par rapport à la couronne 35, en étant retenue par une cage 313, solidaire de la couronne, ici venue de matière avec cette dernière. De la sorte, lorsque l'orifice 1 1 est alimenté en fluide à réguler par la vanne 1 , ce fluide presse la bille 312 contre le débouché du trou 31 1 , obturant ainsi ce dernier de manière étanche. En revanche, lorsque de l'air se trouve piégé à l'intérieur du boîtier 10, du côté de l'orifice 12, en particulier lors du remplissage sous pression du circuit dans lequel la vanne 1 est intégrée, pour sa mise en service initiale ou suite à une intervention de maintenance, alors que le manchon 20 est dans sa position de fermeture, la bille 312 laisse cet air piégé s'échapper dans la partie de la chambre 13 en communication avec l'orifice 1 1.

Par ailleurs, la vanne 1 comporte en outre un ressort 50 de rappel de la coupelle 41 vers la tige 42, agencé co-axialement autour de cette coupelle. Ce ressort 50 est retenu par rapport au boîtier 10 par une pièce 60 qui, avantageusement, assure également la retenue de la pièce de siège 30.

Plus précisément, comme bien visible sur la figure 5, cette pièce de retenue 60 comprend une couronne annulaire 61 , qui est centrée sur l'axe X-X et contre laquelle est appuyée l'extrémité du ressort 50, opposée à celle en appui contre la coupelle 41. La pièce de retenue 60 comprend en outre deux bras 62 qui s'étendent depuis deux zones diamétralement opposées 62A de la collerette 61. A l'opposé de la couronne 61 , chaque bras 62 comporte une partie d'extrémité 62B formant une patte reliée fixement au boîtier 10, en étant reçue dans une cavité complémentaire 17 délimitée intérieurement par le boîtier, comme représenté sur les figures 1 et 2. Avantageusement, la dimension périphérique de cette partie d'extrémité 62B est sensiblement égale à celle de la cavité 17 à des fins de blocage relatif en rotation autour de l'axe X-X, par ajustement de formes.

Entre ses parties d'extrémité 62A et 62B, chaque bras 62 présente une partie courante coudée 62C présentant globalement la forme d'un U tourné vers l'orifice 12 : le fond de cette forme en U est adapté pour supporter axialement la couronne 35 de la pièce de siège 30, avantageusement en retenant la garniture à lèvres 39 dans son échancrure de réception 310. Pour ce faire, la partie courante de bras 62C présente, sur sa face dirigée vers l'orifice 1 1 , une surface 63 complémentaire des surfaces en regard de la couronne 35 et de la garniture 39. Avantageusement, la surface précitée de la couronne 35 est agencée au fond d'une échancrure 314 de cette couronne, dont la dimension périphérique est sensiblement égale à celle de la surface 63 du bras 62 à des fins de blocage relatif en rotation autour de l'axe X-X, par ajustement de formes.

Bien entendu, la forme en U de la partie courante 62C des bras 62 est prévue pour ne pas interférer avec le corps 21 du manchon 20 lors des déplacements translatifs de ce dernier suivant l'axe X-X.

Afin de faciliter la mise en place de la pièce de retenue 60 à l'intérieur du boîtier 10, cette pièce 60 présente une capacité de déformation élastique radialement à l'axe X- X : en pratique, dans l'exemple de réalisation considéré ici, cela revient à dire que chaque patte 62B est rabattue élastiquement contre la partie courante 62C lors de l'introduction axiale de la pièce 60 à l'intérieur du boîtier 10, puis, après relâchement de cette patte, cette dernière s'introduit dans sa cavité de réception 17, par effet de rappel élastique.

Divers aménagements et variantes à la vanne thermostatique 1 décrite jusqu'ici sont par ailleurs envisageables. A titre d'exemples :

- en complément ou en remplacement de l'action de retenue axiale de la pièce de siège 30 par la pièce de retenue 60, la pièce 30 peut être fixée directement au boîtier 10 par tout moyen mécanique approprié ; pour illustrer cette variante, la figure 1 montre que la surépaisseur 16 du boîtier 10 délimite, dans sa face contre laquelle la paroi 31 est appuyée, deux trous 18 de réception de vis de fixation non représentées, étant remarqué que ces trous 18 sont dessinés en alignement axial avec deux empreintes en creux 315 délimitées dans la face de la paroi 31 tournée vers le manchon 20, ces empreintes permettant ainsi de repérer et de faciliter la mise en place des vis précitées ;

- la géométrie du boîtier 10 peut être modifiée par rapport à celle envisagée sur les figures, notamment pour s'adapter à l'environnement d'implantation de la vanne 1 et/ou pour en faciliter la fabrication ; d'ailleurs, au moins un autre orifice peut être prévu en plus de l'orifice 1 1 pour alimenter la vanne en fluide ; de même, au moins un autre orifice que l'orifice 12 peut être prévu pour la sortie du fluide ; dans ce dernier cas, de manière connue en soi, la coupelle 41 de l'élément thermostatique 40 peut être prolongée par une barre portant un clapet mobile en vue de commander la régulation de la circulation du fluide entre les différents orifices de sortie, notamment pour assurer une fonction de by- pass au sein d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique ;

- la vanne 1 peut être utilisée dans des circuits de refroidissement avec un sens de circulation du fluide inversé à celui décrit jusqu'ici, c'est-à-dire avec une entrée de fluide au moins par l'orifice 12 et une sortie de fluide au moins par l'orifice 1 1 ;

- d'autres formes de réalisation que la bille 312 peuvent être envisagées pour constituer, sur la couronne 35, une soupape mobile d'obturation du trou de dégazage

31 1 ; et/ou

- la forme et le nombre des bras 62 de la pièce de retenue 60 ne sont pas limités à ceux représentés sur les figures ; ainsi, à titre d'exemple, la forme de ces bras 62 peut être prévue sensiblement plane, plutôt qu'en U ; et/ou

- l'élément thermostatique 40 peut être fonctionnellement lié au reste de la vanne 1 de manière inverse à celle considérée dans l'exemple montré sur les figures ; autrement dit, dans ce cas, c'est la coupelle 41 qui est reliée fixement au boîtier 10 tandis que la tige 42 pousse sur le manchon 20 pour l'entraîner en déplacement ; un tel agencement est notamment envisageable lorsqu'on renonce à piloter la vanne 1 par le biais d'une résistance électrique chauffante, interne à la tige 42.