FR2851315A1

FR2851315A1 - Vanne de regulation d'un fluide equipee d'un dispositif de chauffage

Info

Publication number: FR2851315A1
Application number: FR0302004A
Authority: FR
Inventors: Christian Jaulmes
Original assignee: MGI Coutier SA
Current assignee: Akwel SA
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-08-20

Abstract

La présente invention concerne une vanne de régulation d'un fluide équipée d'un dispositif de chauffage simple, fiable, autorégulé, permettant de répartir l'apport de calories dans une zone étendue et pouvant s'adapter à diverses applications.Cette vanne de régulation (30) est caractérisée en ce qu'elle est pourvue d'un dispositif de chauffage (10) comportant un répartiteur de chaleur (11) couplé à des moyens d'alimentation (12). Le répartiteur de chaleur (11) est réalisé dans une matière au moins thermiquement conductrice et disposé à l'intérieur de la vanne de régulation (30) de manière à intégrer le siège (11') de l'obturateur (34), l'orifice de sortie (33) et l'orifice de calibrage (38). Les moyens d'alimentation (12) comportent deux pattes de connexion (13, 14) reliées à une source d'énergie électrique par l'intermédiaire d'au moins une thermistance (15) placée en contact direct avec le répartiteur de chaleur (11) pour fermer et ouvrir automatiquement le circuit électrique en fonction de la température du fluide.Applications : Tout circuit de fluide pour le maintenir hors gel, comme par exemple les circuits de recyclage des gaz de carter dans les véhicules à moteur à combustion interne.

Description

VANNE DE REGULATION D'UN FLUIDE EOUIPEE D'UN DISPOSITIF DE

CHAUFFAGE

La présente invention concerne une vanne de régulation d'un fluide comportant au 5 moins un corps de vanne pourvu au moins d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie dudit fluide agencés pour être raccordés à un circuit de fluide, un obturateur disposé dans ledit corps et mobile entre au moins une position de repos, dans laquelle l'obturateur met en communication l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie, et au moins une position de travail, dans laquelle il empêche cette communication, ou 10 inversement, cette vanne de régulation étant pourvue d'un dispositif de chauffage.

Dans certains domaines techniques, on utilise des dispositifs de chauffage sur des circuits de fluide pour maintenir ces circuits hors gel et éviter le givrage du fluide dans les zones sensibles du circuit risquant d'obturer le passage. Ces risques se 15 rencontrent par exemple dans l'industrie automobile. Une des applications concerne notamment le circuit de recyclage des gaz de carter. Dans les moteurs à combustion interne destinés aux véhicules, les réglementations sur la pollution nécessitent l'utilisation d'un dispositif de traitement des gaz de carter avant rejet dans l'atmosphère. Ce dispositif de traitement comporte une canalisation de recyclage 20 reliant le carter moteur étanche au système d'admission d'air de ce moteur, ce qui présente le double avantage suivant: * maintien du carter moteur en dépression de manière à éviter toute fuite intempestive des gaz de carter vers l'extérieur, * réinjection des gaz de carter chargés en polluants (huile, eau, vapeur de 25 carburants, etc.) dans le système d'admission d'air pour être rebrlés dans les chambres de combustion.

Ce dispositif de traitement des gaz de carter est, par conséquent, équipé de moyens agencés pour remplir les trois fonctions principales suivantes: 1. décantation des gaz pour séparer et récupérer au maximum 1huile moteur avec retour de l'huile condensée vers le carter moteur, 2. libération des gaz dans le système d'admission. En général, le dispositif vient se placer de façon étanche en aval du système de régulation du débit d'air formé par exemple d'une vanne papillon.

3. régulation de la dépression du carter moteur à une valeur prédéterminée de façon à ne pas soumettre le carter moteur à de trop fortes dépressions, au moyen par exemple d'une vanne de régulation, de clapets régulateurs, d'un col sonique.

Dans la canalisation de recyclage, les gaz de carter qui circulent sont chargés en gaz de combustion, d'air, d'huile, d'hydrocarbure et en eau. Dans le carter moteur, ces gaz sont chauds mais durant leur acheminement vers le système d'admission d'air par la canalisation de recyclage, ils se refroidissent et, par grand froid, des blocs solides de glace et d'huile peuvent se former et venir obstruer le dispositif de traitement. Une 15 telle obstruction peut provoquer, outre la pollution de l'air ambiant, des avaries dans le moteur voire sa destruction.

Les risques de givrage sont particulièrement importants dans les zones du dispositif de traitement o les gaz de carter sont détendus. C'est le cas notamment dans la zone 20 de branchement de la canalisation de recyclage sur le système d'admission d'air, tel qu'un répartiteur, un boîtier papillon ou similaire. Dans cette zone, les gaz de carter, qui sont en fin de parcours et ont déjà perdu beaucoup de calories, arrivent dans un système o l'air d'admission est détendu et a par conséquent une température abaissée par rapport à la température extérieure ambiante. C'est le cas également dans la vanne 25 de régulation du dispositif de traitement o il se crée un phénomène local de détente des gaz de carter au niveau du siège de vanne et de l'orifice de calibrage du débit qui peut être un col sonique. Ces trois zones sont appelées zones sensibles ou zones critiques.

Sur certains véhicules o les risques de givrage sont importants notamment lorsqu'ils sont destinés aux pays froids, des dispositifs de prévention du gel ont été conçus et reposent sur deux techniques de dégivrage. La première technique consiste à utiliser le liquide chaud du circuit de refroidissement du moteur pour le faire circuler à 5 proximité d'une des zones sensibles du dispositif de traitement des gaz comme décrit dans les publications FR-A-2.013.859 et EP-A-0.351.521. La seconde technique consiste à utiliser un dispositif de chauffage électrique régulé pour chauffer ponctuellement une de ces zones sensibles. Dans le domaine du chauffage électrique, il existe des dispositifs qui s'interposent dans la canalisation de recyclage pour 10 réchauffer les gaz de carter comme dans la publication EP-A-0.837.985 et d'autres dispositifs qui s'appliquent sur les parois des zones sensibles pour éviter les dépôts de glace comme décrit dans la publication US-A-3,733, 459.

Les solutions existantes ne sont pas satisfaisantes étant donné que les problèmes 15 d'obstruction par givrage ne sont résolus que localement ou ponctuellement par adjonction d'un dispositif de chauffage dans chaque zone sensible. Pour chauffer les différentes zones sensibles, la combinaison des dispositifs de chauffage connus présente l'inconvénient majeur de multiplier les sources d'énergie nécessaires comme l'énergie d'un fluide chaud, l'énergie électrique ou similaire, ainsi que leurs systèmes 20 d'alimentation et de régulation. Ceci génère, par conséquent, des prix de revient élevés, des dispositifs complexes à mettre en oeuvre et des sources de panne accrues.

De plus, les techniques utilisant l'énergie d'un fluide chaud présentent l'inconvénient majeur d'avoir un temps de réaction relativement long du fait de l'inertie du fluide.

La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant une vanne de régulation équipée d'un dispositif de chauffage simple, fiable, autorégulé et permettant de répartir l'apport de calories dans une zone étendue au-delà du point d'application des moyens de chauffage, cette vanne de régulation pouvant s'adapter à diverses applications, comme par exemple le traitement des gaz de carter pour chauffer simultanément toutes les zones sensibles au givrage.

Dans ce but, l'invention concerne une vanne de régulation du genre indiqué en 5 préambule, caractérisée en ce que ledit dispositif de chauffage comporte au moins un répartiteur de chaleur disposé dans ladite vanne de régulation pour être en contact avec ledit fluide, ce répartiteur de chaleur étant réalisé dans une matière au moins thermiquement conductrice, et des moyens d'alimentation couplés audit répartiteur de chaleur.

Les moyens d'alimentation peuvent comporter au moins deux pattes de connexion reliées à une source d'énergie électrique par lIntermédiaire d'au moins un organe interrupteur, qui peut être constitué d'au moins une thermistance disposée en contact direct avec ledit répartiteur de chaleur et agencée pour fermer et ouvrir 15 automatiquement le circuit électrique des moyens d'alimentation en fonction de la température dudit fluide.

Dans une forme de réalisation préférée, le répartiteur de chaleur est constitué d'un tube comportant l'orifice de sortie de ladite vanne de régulation et s'étendant jusqu'au 20 siège de l'obturateur. Il comporte en plus au moins un orifice de calibrage mettant en communication lesdits orifices d'entrée et de sortie de fluide quelle que soit la position de l'obturateur.

De manière avantageuse, au moins une partie du corps de vanne est réalisée en 25 matières plastiques et est obtenue par surmoulage dudit répartiteur de chaleur.

L'obturateur peut être choisi parmi le groupe comprenant au moins les membranes à dépression, les clapets à ressort et les orifices d'entrée et de sortie peuvent comporter des embouts de raccordement rapide.

Cette vanne de régulation peut faire partie d'un dispositif de traitement des gaz de carter dans un véhicule à moteur à combustion interne, son orifice d'entrée étant agencé pour être couplé à une canalisation de recyclage de ces gaz de carter et son 5 orifice de sortie étant agencé pour être couplé directement au système d'admission d'air dudit véhicule.

La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: 10 - les figures lA et 1B sont des vues en coupe axiale d'une vanne de régulation équipée d'un dispositif de chauffage, cette vanne étant illustrée respectivement en position repos et en position travail, et - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une autre vanne de régulation équipée d'un dispositif de chauffage.

En référence aux figures 1A et 1B, la vanne de régulation 30 selon l'invention est équipée d'un dispositif de chauffage 10. Cette vanne de régulation 30 comporte, dans 20 l'exemple représenté, au moins un corps de vanne 31 en L pourvu au moins d'un orifice d'entrée 32 et d'un orifice de sortie 33 agencés pour être raccordés à un circuit de fluide. A cet effet, ces orifices d'entrée 32 et de sortie 33 comportent des embouts de raccordement 32', 33', par exemple de type à raccord rapide. Elle comporte également un obturateur 34 disposé dans le corps de vanne 31 et mobile entre au 25 moins une position de repos (cf. fig. 1A), dans laquelle l'obturateur 34 met en communication l'orifice d'entrée 32 et l'orifice de sortie 33, et au moins une position de travail (cf. fig. 1B), dans laquelle il empêche cette communication. Dans cet exemple, l'obturateur 15 est constitué d'une membrane à dépression disposée dans le corps de vanne 31 de manière à délimiter de manière étanche une chambre de circulation du fluide 35 et une chambre à pression atmosphérique 36 reliée à l'environnement extérieur par un orifice de mise à l'air 36' protégé. Cette membrane 34 est agencée pour passer de sa position de repos à sa position de travail en cas de dépression dans la chambre de circulation du fluide 35 au-delà d 'un seuil 5 prédéterminé et pour revenir dans sa position de repos par action d'un ressort de rappel 37 quand cette dépression est en deçà dudit seuil. Ce seuil de dépression est fonction de la force du ressort de rappel 37 et par exemple égal à 30 mbar.

Le dispositif de chauffage 10 comporte un répartiteur de chaleur 11 couplé à des 10 moyens d'alimentation 12. Ce répartiteur de chaleur 11 est destiné à être disposé à l'intérieur de la vanne de régulation 30 pour être en contact avec le fluide. Il est, réalisé dans une matière au moins thermiquement conductrice, tel qu'un métal choisi dans le groupe comprenant au moins le cuivre, le bronze, le laiton, l'aluminium, et tout alliage de ces matières.

Les moyens d'alimentation 12 utilisés dans ce dispositif de chauffage 10 permettent un chauffage à effet Joules et comportent deux pattes de connexion 13, 14 reliées à une source d'énergie électrique (non représentée) par l'intermédiaire d'au moins un organe interrupteur 15. Une des pattes de connexion 13 peut être soudée ou brasée 20 sur le répartiteur de chaleur 11 et reliée à une masse tandis que l'autre patte de connexion 14 est soudée ou brasée sur l'organe interrupteur 15 et reliée à un potentiel positif d'une source d'énergie électrique. L'organe interrupteur 15 peut être constitué d'au moins une thermistance de type CTP (à coefficient de température positif) placée en contact direct avec le répartiteur de chaleur 11 et fixée sur ce dernier par 25 exemple par soudure ou brasure. Cette thermistance 15 est une résistance dont la valeur varie fortement en fonction de sa température et peut agir comme un interrupteur qui ferme et ouvre automatiquement le circuit électrique des moyens d'alimentation 12 en fonction de sa température très proche de celle du répartiteur de chaleur 11, cette température étant liée à celle du fluide circulant dans ce tube. Cette thermistance 15 est choisie en fonction de ses seuils mini et maxi entre lesquels sa résistance est faible et laisse passer le courant et au-delà desquels sa résistance est très élevée et empêche le passage du courant. Quand le circuit électrique est fermé, le courant circule dans la thermistance 15 et provoque par effet Joules une 5 augmentation de la température de cette thermistance 15. Par conduction, les calories produites dans cette thermistance 15 se transmettent au répartiteur de chaleur 11 qui, également par conduction, les répartit sur toute sa longueur et sa périphérie provoquant ainsi le réchauffement du fluide en contact avec lui. Tant que les calories sont évacuées, la température de la thermistance 15 etpar conséquent, sa résistance 10 restent stables et le circuit électrique reste fermé. A linverse, si ces calories ne sont plus évacuées, la température de la thermistance 15 augmente et provoque un accroissement brutal de sa résistance de façon exponentielle entraînant l'ouverture du circuit électrique. Cette thermistance 15 assure ainsi une double fonction de régulation en température et de sécurité en empêchant toute destruction par 15 surchauffe.

Dans l'exemple représenté, le répartiteur de chaleur 11 du dispositif de chauffage 10 est logé dans la chambre de circulation du fluide 35 et s'étend jusqu'à l'orifice de sortie 33. Son extrémité intérieure il' définit le siège de la membrane 34 en position 20 de travail. Il est également utilisé pour supporter et guider axialement le ressort de rappel 37 de la membrane 34. Il comporte un orifice de calibrage 38, appelé aussi orifice sonique de limitation de débit, disposé radialement et mettant en communication les orifices d'entrée 32 et de sortie 33 quelle que soit la position de l'obturateur 34. La thermistance 15 est disposée dans une zone médiane du répartiteur 25 de chaleur 11 de manière à équilibrer le transfert des calories sur toute la longueur de ce tube. Les pattes de connexion 13 et 14 sont accessibles à l'extérieur du corps de vanne 31 pour permettre leur raccordement électrique. Dans certains cas o la puissance thermique de la thermistance 15 est insuffisante, on peut en utiliser plusieurs.

Dans cette forme de réalisation, le corps de vanne 31 est formé de deux parties 31a, 31b, une première partie 31a comportant les embouts de raccordement 32', 33' et la chambre de circulation du fluide 35, et une seconde partie 31b comportant la 5 chambre à pression atmosphérique 36 et l'orifice de mise à l'air 36'. Elles sont de préférence réalisées en matières plastiques moulées ou injectées. Elles comportent dans leur zone de jonction des formes complémentaires pour être assemblées par clippage en bloquant la membrane 34 sur sa périphérie. La conception tubulaire du dispositif de chauffage 10 permet de réaliser la première partie 31a du corps de vanne 10 31 par surmoulage du répartiteur de chaleur 11. Des réserves 39 sont alors prévues dans cette partie 31a pour laisser apparaître les pattes de connexion 13 et 14 des moyens d'alimentation 12. Cette réalisation par surmoulage permet d'isoler le dispositif de chauffage 10 aussi bien thermiquement qu'électriquement.

Dans le cas d'une application aux circuits de recyclage des gaz de carter pour un véhicule à moteur à combustion, cette vanne de régulation 30 correspond à la vanne de régulation des gaz de carter située dans le dispositif de traitement des gaz de carter et destinée à limiter la dépression dans le carter moteur. Elle est positionnée en aval du système de décantation et en amont du système d'admission d'air. Dans ce cas 20 précis, l'embout d'entrée 32' reçoit l'extrémité de la canalisation de recyclage des gaz de carter et l'embout de sortie 33' peut être directement raccordé au système d'admission d'air du véhicule, dans une zone en dépression, tel qu'un répartiteur ou un boîtier papillon 40 représenté partiellement en traits interrompus sur les figures lA et 1B. Cet embout de sortie 33' comporte, à cet effet, un épaulement de montage 25 41 et un joint d'étanchéité 42.

Cette conception particulière de vanne de régulation 30 intégrant un dispositif de chauffage 10 permet de réaliser un ensemble compact qui a l'avantage de regrouper toutes les zones sensibles au givrage, telles que le siège de vanne 11', l'orifice de calibrage 38 et l'orifice de sortie 33, sur une même pièce en l'occurrence le répartiteur de chaleur 11. Ainsi, un seul dispositif de chauffage 10 permet d'assurer le réchauffage de ces différentes zones sensibles simplement et efficacement par répartition des calories.

Bien entendu, ce dispositif de chauffage 10 peut être intégré à d'autres formes de vannes et pour d'autres applications. La figure 2 illustre une autre vanne de régulation 50 dans laquelle l'obturateur à membrane 34 est remplacé par un obturateur à clapet 54. Elle comporte un corps de vanne 51 en L pourvu d'un orifice d'entrée 52 et d'un 10 orifice de sortie 53 définis respectivement par des embouts de raccordement 52', 53'.

Le clapet 54 est logé dans l'embout de raccordement 52' et communique avec l'orifice de sortie 53 par un orifice de calibrage 58 prévu dans le siège 11' de ce clapet 54. En position de repos, le clapet 54 est sollicité par un ressort de rappel 57 contre des butées axiales 56 prévues dans l'embout de raccordement 52'. La base du clapet 54 et 15 la forme de ces butées axiales 56 sont agencées pour libérer le passage du fluide en direction de l'orifice de sortie selon les flèches F quelle que soit la position du clapet 54. Le clapet 54 passe de sa position de repos à sa position de travail sous l'effet du débit du fluide au-delà d'un seuil prédéterminé et obture l'orifice de calibrage 58, le clapet 54 venant en appui sur son siège 11'. Dans cette configuration, le répartiteur de 20 chaleur 11 est disposé dans l'embout de raccordement 53', s'étend jusqu'à l'orifice de sortie 53 et comporte l'orifice de calibrage 58 et le siège 11' du clapet 54. Comme dans la réalisation précédente, ce répartiteur de chaleur 11 comporte les différentes zones sensibles au givrage, à savoir l'orifice de sortie 53, l'orifice de calibrage 58 et le siège 11' de l'obturateur 54, et permet d'assurer un réchauffage de ces zones avec un 25 seul dispositif de chauffage 10. Egalement comme précédemment, une partie du corps de vanne 51 peut être surmoulée sur le répartiteur de chaleur 11 en recouvrant ses moyens d'alimentation 12.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier tout en restant dans l'étendue de la protection définie dans les revendications annexées. il

Claims

Revendications

1. Vanne de régulation (30, 50) d'un fluide comportant au moins un corps de vanne (31, 51) pourvu au moins d'un orifice d'entrée (32, 52) et d'un orifice de sortie (33, 5 53) dudit fluide agencés pour être raccordés à un circuit de fluide, un obturateur (34, 54) disposé dans ledit corps et mobile entre au moins une position de repos, dans laquelle l'obturateur (34, 54) met en communication l'orifice d'entrée (32, 52) et l'orifice de sortie (33, 53), et au moins une position de travail, dans laquelle il empêche cette communication, ou inversement, cette vanne de régulation (30, 50) 10 étant également pourvue d'un dispositif de chauffage (10), caractérisée en ce que ledit dispositif de chauffage (10) comporte au moins un répartiteur de chaleur (11) disposé dans ladite vanne de régulation (30, 50) pour être en contact avec ledit fluide, ce répartiteur de chaleur (11) étant réalisé dans une matière au moins thermiquement conductrice, et des moyens d'alimentation (12) couplés audit répartiteur de chaleur 15 (11).

2. Vanne de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens d'alimentation (12) comportent au moins deux pattes de connexion (13, 14) reliées à une source d'énergie électrique par 'intermédiaire d'au moins un organe interrupteur 20 (15).

3. Vanne de régulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe interrupteur est constitué d'au moins une thermistance (15) disposée en contact direct avec ledit répartiteur de chaleur (11) et agencée pour fermer et ouvrir 25 automatiquement le circuit électrique des moyens d'alimentation (12) en fonction de la température dudit fluide.

4. Vanne de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit répartiteur de chaleur (11) est constitué d'un tube comportant ledit orifice de sortie (33, 53) et s'étendant jusqu'au siège (11) de l'obturateur (34, 54).

5. Vanne de régulation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit répartiteur de chaleur (11) comporte au moins un orifice de calibrage (38, 58) mettant en communication lesdits orifices d'entrée (32, 52) et de sortie (33, 53) de fluide quelle que soit la position dudit obturateur (34, 54).

6. Vanne de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une partie dudit corps de vanne (31, 51) est réalisée en matières plastiques et est obtenue par surmoulage dudit répartiteur de chaleur (11) .

7. Vanne de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit 15 obturateur (34, 54) est choisi parmi le groupe comprenant au moins les membranes à dépression, les clapets à ressort.

8. Vanne de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits orifices d'entrée (32,52) et de sortie (33, 53) comportent des embouts de raccordement rapide 20 (32', 52', 33', 53).

9. Vanne de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle fait partie d'un dispositif de traitement des gaz de carter dans un véhicule à moteur à combustion interne, son orifice d'entrée (32, 52) étant agencé pour être couplé à une 25 canalisation de recyclage de ces gaz de carter et son orifice de sortie (33, 53) étant agencé pour être couplé directement au système d'admission d'air (40) dudit véhicule.