FR3135503A1

FR3135503A1 - Vanne rotative proportionnelle

Info

Publication number: FR3135503A1
Application number: FR2204418A
Authority: FR
Inventors: Nicolas MAURE; Maxence BERTHIER; Nathan MAREST
Original assignee: Bontaz Centre R&D SAS
Current assignee: Bontaz Centre Fr
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2023-11-17
Also published as: WO2023217881A1

Abstract

Distributeur rotatif hydraulique comportant un boîtier (2) et un noyau (4), ledit boîtier (2) comprenant une paroi latérale (8), deux parois d’extrémité (6, 10) délimitant une chambre hydraulique, dans laquelle est logé le noyau (4) apte à tourner dans ladite chambre autour d’un axe (XX’) de rotation, une des parois d’extrémité (6) comportant un orifice d’alimentation (11), la paroi latérale du boitier comportant au moins 2 orifices de sortie (12, 20), qui débouchent dans la chambre hydraulique, le noyau (4) comportant une surface latérale (32) en regard de la paroi latérale (8), une face d’entrée (18) en regard de l’orifice d’alimentation (11), une sortie latérale (34), permettant une alimentation de chacun desdits orifices de sortie (12, 20) individuellement selon la position angulaire du noyau dans le boîtier, ladite sortie latérale (34) du noyau ayant une forme permettant, dans au moins une autre position angulaire, une alimentation partielle des 2 orifices de sortie simultanément. Figure pour l’abrégé : 1

Description

VANNE ROTATIVE PROPORTIONNELLE

DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

La présente invention se rapporte à une vanne rotative ou à un distributeur hydraulique, par exemple utilisé(e) pour le refroidissement dans le domaine de l’industrie automobile, la vanne ou le distributeur étant de préférence actionné(e) électriquement. L’invention s’applique également à la distribution d’un fluide de refroidissement d’une pile à combustible.

Dans le domaine automobile, l’utilisation de vannes ou de distributeurs hydrauliques est courante pour refroidir certaines parties du moteur, par exemple il s’agit de vannes motorisées à 1 ou 2 entrée(s) et 2 sorties et d’électrovanne à 1 entrée et 2 sorties. Ces vannes ou distributeurs sont contrôlé(e)s généralement au moyen d’un moteur électrique.

Il existe plusieurs types de vannes ou distributeurs hydrauliques (la description qui suit utilise le terme « distributeur », mais elle doit être entendue comme s’appliquant également à une vanne), notamment les distributeurs à tiroir et les distributeurs rotatifs.

Les distributeurs rotatifs, également désignés distributeurs à boisseau, comportent un boîtier délimitant une chambre cylindrique de révolution munie d’au moins une entrée de fluide destinée à être connecté à une source de liquide, et au moins une sortie de fluide destinée à être connectée à un tuyau pour mener le liquide vers la zone à refroidir. L’entrée et la sortie débouchent dans la paroi cylindrique de la chambre. Le distributeur comporte également une partie centrale tournante ou noyau monté dans la chambre. Le noyau comporte une surface extérieure de révolution en regard de la paroi cylindrique de la chambre. Le noyau comporte au moins deux orifices dans sa surface extérieure reliés par un canal. Les deux orifices sont orientés l’un par rapport à l’autre de sorte que, lorsque l’un des orifices est en regard de l’entrée, l’autre est en regard de la sortie. Ainsi en tournant le noyau dans la chambre, on peut permettre ou interrompre la circulation entre l’entrée et la sortie et donc la circulation entre la source de liquide et la zone à refroidir.

Un tel distributeur est en général alimenté latéralement, l’arrivée latérale de fluide générant un couple qui agit sur l’ensemble du dispositif. Un problème est de réaliser un dispositif distributeur permettant de résoudre ce problème.

Un autre problème est de réaliser un dispositif distributeur rotatif permettant de distribuer un fluide de manière simultanée et proportionnelle entre deux sorties du distributeur. En effet, on ne connait pas de dispositif qui puisse répartir un fluide entre deux sorties, selon une répartition prédéterminée.

Par ailleurs, une étanchéité entre le noyau et le boîtier est habituellement obtenue en utilisant des joints, ce qui pose le problème de la surveillance de l’état de ces joints et, également, de la réalisation du dispositif qui doit prévoir des gorges dans lesquelles ces joints sont positionnés. Il en résulte un dispositif et un procédé de réalisation qui sont complexes. Or on cherche justement à réaliser des distributeurs de conception simple, fiable et comportant un nombre réduit de composants.

Un autre problème est celui de l’entraînement d’un dispositif distributeur rotatif : on cherche un système d’entraînement simple, qui permet de transmettre aisément au noyau un mouvement depuis un actionneur.

Il se pose également le problème de ramener automatiquement le noyau à une position d’équilibre lorsqu’il a été emmené vers une autre position, par exemple pour alimenter un conduit.

C’est par conséquent un but de la présente invention d’offrir un distributeur hydraulique rotatif fiable et de fabrication simplifiée par rapport aux distributeurs hydrauliques de l’état de la technique.

C’est un autre but de la présente invention d’offrir un distributeur hydraulique rotatif permettant de résoudre au moins un des problèmes exposés ci-dessus.

A cette fin, l’invention a pour objet un distributeur hydraulique rotatif comportant un boîtier et une partie centrale tournante, ou noyau, le boîtier comportant une chambre cylindrique de révolution recevant le noyau. La paroi du boitier ou de la chambre comporte au moins 2 orifices de sortie, qui débouchent dans la chambre hydraulique.

Le noyau comporte une surface latérale en regard de la paroi intérieure du boîtier. Il comporte de préférence une entrée en regard de l’orifice d’alimentation, une sortie latérale et un conduit qui relie ladite entrée et ladite sortie. Ainsi est réalisée une alimentation de chacun desdits orifices de sortie individuellement dans chacune d’une 1^èreposition angulaire et d’une 2^èmeposition angulaire du noyau dans le boîtier. De préférence, la sortie latérale du noyau a une forme telle que, dans au moins une autre position angulaire intermédiaire, une alimentation partielle des 2 orifices de sortie est réalisée simultanément.

Dans une réalisation particulière, l’orifice d’alimentation est coaxial à l’axe de rotation ou s’étend de manière à ce que l’axe de rotation lui soit perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire. Ainsi, une alimentation en fluide a lieu selon une direction alignée avec l’axe de rotation, ce qui réduit fortement le couple produit par le fluide lorsqu’il est introduit dans le distributeur.

L’invention a alors pour objet un dispositif distributeur rotatif hydraulique comportant un boîtier et un noyau, ledit boîtier comprenant une paroi latérale, deux parois d’extrémité délimitant une chambre hydraulique, dans laquelle est logé le noyau apte à tourner dans ladite chambre autour d’un axe (XX’) de rotation, une des parois d’extrémité comportant un orifice d’alimentation qui s’étend sensiblement perpendiculairement audit axe (XX’) de rotation, la paroi latérale du boitier comportant au moins 2 orifices de sortie, qui débouchent dans la chambre hydraulique, le noyau comportant une surface latérale en regard de la paroi latérale du boîtier, une face d’entrée en regard de l’orifice d’alimentation, une sortie latérale et un conduit, qui relie ladite face d’entrée et ladite sortie latérale, et qui permet une alimentation de chacun desdits orifices de sortie individuellement dans chacune d’une 1^èreposition angulaire et d’une 2^èmeposition angulaire du noyau dans le boîtier, ladite sortie latérale du noyau ayant une forme permettant, dans au moins une autre, ou dans plusieurs, position(s) angulaire(s) intermédiaire(s) entre ladite 1^èreposition angulaire et ladite 2^èmeposition angulaire, une alimentation partielle des 2 orifices de sortie simultanément.

Dans une réalisation d’un dispositif selon l’invention selon l’une ou l’autre des définitions ci-dessus ou telle que décrite dans la suite de la présente demande, la sortie latérale du noyau a :
- une ouverture angulaire, mesurée dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du noyau, supérieure à l’angle qui sépare, dans le même plan, les 2 sorties dans la paroi latérale ;
- ou bien la distance qui sépare les 2 points les plus éloignés de la sortie latérale est supérieure à la distance qui sépare les 2 orifices de sortie du boîtier.

Ainsi il existe des positions du noyau dans lesquelles le fluide est dirigé en partie vers la 1^èresortie de la paroi latérale et, simultanément, en partie vers la 2^èmesortie de la paroi latérale. Une rotation du noyau permet de faire varier ou d’ajuster les flux envoyés vers chacune de ces 2 sorties, l’augmentation du flux vers l’une d’entre elle allant de pair avec la réduction du flux vers l’autre. Un dispositif selon l’invention permet donc de réaliser une répartition proportionnelle du fluide entre deux de ses sorties.

Selon un exemple de réalisation, la sortie latérale du noyau présente une forme oblongue ou ovale ou ellipsoïdale.

Selon une réalisation particulière, un distributeur rotatif hydraulique selon l’invention peut comporter un/le conduit intérieur au noyau qui relie l’entrée du noyau et la sortie latérale de celui-ci, ce conduit ayant une section, perpendiculairement à une direction d’écoulement de fluide, qui s’accroit depuis l’entrée vers la sortie latérale du noyau. Cet accroissement permet une réduction des pertes de charge.

Par exemple, la section de ce conduit intérieur s’accroit progressivement d’une valeur comprise entre 1% et 3 % pour tout accroissement compris entre 7° et 12°, par exemple 10°, d’un angle mesuré entre la face d’entrée contenant l’ouverture du noyau et un plan perpendiculaire à la direction d’écoulement de fluide.

Dans un distributeur rotatif hydraulique, par exemple selon l’invention telle que décrite ci-dessus et dans la présente demande, l’étanchéité entre les 2 voies de sortie peut être assurée par le passage étroit ou le faible jeu, par exemple compris entre 50 µm et 200 µm ou même 300 µm (par exemple : 250 µm, en particulier pour une fuite de 1% de 700 l/mn), entre cette surface latérale et la paroi latérale. Ainsi, le distributeur ne met pas en œuvre de moyens additionnels tels que des joints.

L’invention concerne également un distributeur rotatif hydraulique comportant un boîtier et un noyau, ledit boîtier comprenant une paroi latérale, deux parois d’extrémité délimitant une chambre hydraulique, dans laquelle est logé le noyau apte à tourner dans ladite chambre autour d’un axe (XX’) de rotation, au moins un orifice d’alimentation, et au moins un orifice de sortie, qui débouche(nt) dans la chambre hydraulique, le noyau comportant une surface latérale en regard de la paroi latérale du boîtier, une ouverture d’entrée, au moins une sortie latérale et un conduit, ou une chambre, qui relie ladite face d’entrée et ladite sortie latérale, permettant une alimentation de chacun desdits orifices de sortie en fonction de la position angulaire du noyau dans le boîtier, l’étanchéité entre la surface latérale du noyau et la paroi latérale du boîtier étant assurée par le passage étroit ou le faible jeu, par exemple compris entre 50 µm et 200 µm ou même 300 µm (par exemple : 250 µ), entre cette surface latérale et cette paroi latérale.

Un distributeur rotatif hydraulique selon l’invention peut comporter en outre des moyens de rappel pour ramener le noyau à une position d’équilibre ou initiale après avoir été emmené dans une position écartée de cette position d’équilibre ou initiale.

Par exemple, ces moyens de rappel comportent un ressort de torsion, dont une extrémité est fixée au noyau et une autre extrémité est fixée à une partie du distributeur qui reste fixe lorsque le noyau est entraîné en rotation.

Selon encore une autre réalisation, le noyau peut comporter des moyens d’accouplement pour coupler au noyau l’extrémité d’un arbre d’un actionneur.

Par exemple, les moyens d’accouplement comportent une pièce munie d’une rainure pour recevoir l’extrémité d’un arbre d’un actionneur, le noyau comportant un logement apte à recevoir ladite pièce, de sorte que cette dernière transmette une rotation de l’arbre au noyau.

Ladite pièce, ainsi que le logement, ont par exemple une forme cylindrique, et la pièce peut être munie d’un ergot de forme parallélépipédique, réalisée sur une surface d’extrémité dudit cylindre, le logement comportant un espace d’accueil dudit ergot, cet espace d’accueil ayant lui aussi une forme parallélépipédique, de sorte que l’ergot assure la transmission de la rotation au noyau.

De préférence, la rainure et l’ergot s’étendent selon des directions perpendiculaires ou sensiblement perpendiculaires entre elles, ce qui permet de compenser des défauts de coaxialité ou d’alignement selon les axes perpendiculaires à l’axe de rotation.

Selon un autre exemple, ladite pièce, ainsi que le logement, ont chacun une forme parallélépipédique, de sorte que la pièce assure la transmission de la rotation au noyau.

De plus, un dispositif selon l’invention peut comporter des moyens pour limiter son mouvement ou débattement angulaire en rotation lorsqu’il est entraîné par un actionneur. Par exemple, le noyau comporte une fente de forme circulaire, laquelle est arrêtée par une butée, dans une position initiale du noyau, puis dans une position maximale de celui-ci.

Avantageusement, le boîtier et/ou le noyau est ou sont réalisés en plastique moulé, ce qui permet de réduire la masse du distributeur et le temps de fabrication.

Pa exemple, le boîtier et/ou le noyau sont réalisés en matière plastique.

La présente demande a également pour objet un électrodistributeur rotatif hydraulique comportant un distributeur selon l’une des revendications précédentes et un actionneur, par exemple un moteur ou un motoréducteur, entraînant le noyau en rotation.

Par exemple, l’actionneur comporte un arbre de sortie aligné selon l’axe (XX’) de rotation.

L’invention concerne également un procédé de distribution d’un fluide à l’aide d’un électrodistributeur rotatif hydraulique selon l’invention, le fluide étant introduit par l’orifice d’alimentation, par exemple selon la direction de l’axe (XX’) de rotation ou perpendiculairement à celui-ci, et étant guidé par le conduit intérieur du noyau vers la sortie latérale de celui-ci puis, en fonction de l’orientation du noyau dans le boîtier, vers l’un et/ou l’autre des 2 orifices de sortie.

Selon un exemple, le fluide est un mélange d’eau et de glycol, par exemple de l’eau à 60% et du glycol à 40%. Ce fluide convient par exemple au refroidissement d’une pile à combustible.

La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels :

est une vue en éclaté d’un exemple de distributeur rotatif hydraulique selon l’invention comportant une entrée et deux sorties.

est une vue en perspective de la partie centrale rotative du distributeur de la .

est une vue de face de la partie centrale rotative du distributeur de la .

est une vue latérale du conduit de la partie centrale rotative du distributeur de la .

est une vue de dessus du boîtier et du noyau du distributeur, permettant un écoulement partiel vers chacune des 2 voies de sortie.

est une vue de dessus du boîtier et du noyau du distributeur dans un 1^erétat de commutation, permettant un écoulement uniquement vers une des 2 voies de sortie de distributeur.

est une vue de dessus du boîtier et du noyau du distributeur dans un 2^eétat de commutation, permettant un écoulement uniquement vers l’autre des 2 voies de sortie de distributeur.

est une vue d’un compartiment d’une partie inférieure du noyau pour accueillir des moyens d’accouplement avec un arbre d’un actionneur.

est une vue d’un exemple de réalisation des moyens d’accouplement permettant de coupler le noyau avec un arbre d’un actionneur.

est une vue d’un autre exemple de réalisation des moyens d’accouplement permettant de coupler le noyau avec un arbre d’un actionneur.

est une vue illustrant une réalisation de moyens de rappel permettant de ramener le noyau dans une position initiale.

est une vue d’un distributeur selon l’invention, avec alimentation axiale.

représentent des étapes de réalisation d’un noyau d’un distributeur hydraulique rotatif selon l’invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Sur la , on peut voir un exemple de réalisation d’un distributeur hydraulique rotatif selon l’invention comportant une entrée et deux sorties. Il sera compris que le distributeur peut comporter une ou plusieurs sorties.

Le distributeur D comporte un boîtier 2 ou corps de vanne, de forme essentiellement cylindrique de révolution autour de l’axe XX’, et une partie centrale 4, désignée noyau, montée dans le boîtier 2 et apte à tourner dans celui-ci.

Dans l’exemple représenté, le boîtier 2 comporte un fond 6 et une paroi latérale 8 sensiblement cylindrique d’un seul tenant, et un couvercle d’entrée 10 qui comporte une ouverture 11 par laquelle le fluide entre dans le dispositif; le fluide s’écoule donc selon une direction alignée avec l’axe XX’, puis est distribué, par le noyau 4, vers une ou plusieurs sorties latérale du boîtier. Le couvercle d’entrée 10 est par exemple assemblé ou solidarisé au boîtier 2 de manière amovible, par exemple par des vis, ou de manière fixe, par exemple par soudage, par exemple encore par soudage à ultrason (notamment si les pièces sont en matériau plastique).

Il est à noter que l’arrivée coaxiale du fluide permet de diminuer le couple produit par celui-ci sur l’ensemble du distributeur. Ceci est avantageux quel que soit le débit du fluide, mais particulièrement pour des débits élevés, par exemple compris entre 200 et 700 litres par minute. Le boitier 2 comporte un premier orifice de sortie 20 formé dans la paroi latérale 8, qui peut être prolongé par un 1^erconduit (non représenté sur la figure) destiné par exemple à amener le liquide vers une zone donnée, par exemple une zone à refroidir, et un deuxième 12 orifice de sortie, qui peut être prolongé par un 2^èmeconduit (non représenté sur la figure) destiné par exemple lui aussi à amener le liquide vers une zone donnée, par exemple encore une zone à refroidir. Ces conduits sont par exemple soudés sur la base des orifices 12 et 20 respectivement. Le boîtier 2 définit une chambre hydraulique 26. Les orifices de sortie 12 et 20 sont répartis angulairement sur la paroi latérale autour de l’axe XX’.

Le boitier 2 comporte également un capot moteur 18, qui peut être par exemple assemblé ou solidarisé au boîtier 2 de manière amovible, par exemple par des vis, ou de manière fixe, par exemple par soudage, par exemple encore par soudage à ultrason (notamment si les pièces sont en matériau plastique) . L’ensemble du dispositif est actionné par un actionneur 33 (par exemple un moteur ou un motoréducteur). Des moyens, ou un organe, d’accouplement 36 relient un arbre de l’actionneur au noyau 4 afin d’entrainer ce dernier en rotation autour de l’axe XX’.

Des moyens d’adaptation 39, comportant par exemple une couronne 391 et des moyens de fixation 392, par exemple des vis, peuvent être prévus pour assembler l’actionneur 33 avec le capot 18. L’axe de l’actionneur passe par l’orifice central de la couronne.

Le dispositif de la est représenté assemblé en .

Sur les figures 2A et 2B, on peut voir le noyau4 de forme également cylindrique de révolution d’axe XX’. Ce noyau 4 est monté dans la chambre hydraulique, dans laquelle il est apte à tourner autour de l’axe XX’. Il comporte deux faces d’extrémité 28, 30 et une surface latérale 32.

Lorsque ce noyau 4 est monté dans la chambre hydraulique, sa face d’extrémité 28 est en regard du fond du boîtier 2 (situé du côté de l’actionneur) et sa face d’extrémité 30 est en regard du couvercle 10. La face d’extrémité 30 comporte une ouverture 31 destinée à être alignée avec l’ouverture 11 du couvercle 10 afin d’accueillir le flux de fluide qui s’écoule le long de l’axe XX’. La surface latérale 32 du noyau 4 comporte une ouverture latérale 34, laquelle va permettre de guider le fluide vers une ou plusieurs des orifices de sortie 12, 20. Un roulement à billes 37 peut être prévu, pour assurer le guidage en rotation du noyau 4 dans le boîtier 2 ; par ailleurs, un joint statique peut-être avantageusement prévu entre le boîtier 2 et le couvercle 10 pour éviter les fuites de liquide. De même, un ou plusieurs joint(s) 40 est/sont avantageusement prévu(s) entre la face d’extrémité 6 et le capot 18 pour éviter les fuites de liquide. La référence 37’ désigne également un roulement à billes.

Un conduit 38 relie l’ouverture 31 d’entrée du fluide dans le noyau 4 et l’ouverture 34 de sortie du fluide du noyau. La forme de ce conduit est représentée plus en détail en . De préférence, ce conduit va en s’élargissant, de l’ouverture d’entrée 31, qui est par exemple circulaire, vers l’ouverture de sortie 34, qui est, elle, de préférence de forme allongée comme expliqué ci-dessous.

Un plan P, sensiblement orthogonal à la direction d’écoulement du fluide, est représenté en : ce plan P fait un angle α avec un plan P₀, parallèle au plan dans lequel se situe ouverture d’entrée 31. L’intersection de ce plan P avec le conduit 38 a une surface S, laquelle va en s’accroissant, par exemple de manière linéaire, au fur et à mesure que l’angle α augmente. Cet accroissement progressif permet une réduction des pertes de charge.

On indique, dans le tableau ci-dessous, pour différentes valeurs de l’angle α, différentes valeurs de la surface S laquelle, comme déjà indiqué ci-dessus, va en s’accroissant au fur et à mesure de l’accroissement de l’angle α.
[Table]

Dans sa partie finale, alors que l’angle α est égal à 90°, la surface S peut encore augmenter comme on le comprend du tableau ci-dessus (voir la différence entre la valeur de S pour 90° et la valeur « finale »).

Par exemple, pour chaque augmentation de l’angle α de 10°, ou plus généralement comprise entre 7° et 12° , la surface S peut être augmentée d’une valeur relative comprise entre 1 et 3 %, par exemple 2%.

De préférence, l’orifice de sortie 34 a, en projection dans un plan parallèle à l’axe XX’ et perpendiculaire à la direction de sortie du fluide, une forme allongée ou oblongue le long d’un axe YY’ sensiblement perpendiculaire à l’axe XX’. Par exemple, cette projection de l’orifice de sortie a une forme ellipsoïdale, le grand axe de l’ellipsoïde étend confondu avec l’axe YY’.

La distance d ( ) entre les points les plus éloignés de cette ouverture le long de l’axe YY’ est de préférence supérieure à la distance d₁qui sépare 2 ouvertures de sortie voisines 12, 20, du boîtier de rotation 2, comme illustré en , laquelle représente, schématiquement, le boîtier 2, avec ses 2 sorties 12, 20 et le noyau 4 avec son orifice de sortie 34. Sur la , ce dernier débouche partiellement sur la sortie 12 et partiellement sur la sortie 20, permettant ainsi à un 1^erflux F12 de s’écouler par la sortie 12 et à un 2^eflux F20 de s’écouler par la sortie 20. Le rapport de ces flux peut être modifié en modifiant, à l'aide de l’actionneur 33, l’orientation du noyau 4 dans le boîtier 2 : pour plusieurs positions du noyau, l’orifice 34 débouche partiellement sur la sortie 12 et partiellement sur la sortie 20 et, pour chacune de ces positions, le rapport des flux est différent de ce qu’il est dans les autres positions.

Dans certaines positions, l’orifice de sortie 34 peut déboucher uniquement dans l’une ou l’autre des sorties 12, 20. C’est ce qui est représenté en figures 5A (sortie du flux intégralement vers la sortie 20) et 5B (sortie du flux intégralement vers la sortie 12).

De préférence, le jeu entre le noyau 4 et la surface intérieure du boîtier 2 permet d’assurer l’étanchéité entre 2 voies de sortie voisines 12, 20, sans mettre en œuvre un joint. Ceci permet d’éviter :

- un frottement supplémentaire (entre le joint et la surface intérieure du boîtier 2 ou entre le joint et la surface extérieure du noyau 4) ;

- une surveillance de l’état du joint et une étape de remplacement lorsque celui-ci est usé.

À cette fin, on peut calculer le jeu maximum h à mettre en œuvre entre la surface extérieure du noyau et la surface intérieure du boîtier 2. On peut modéliser la fente par un système constitué par 2 plaques, disposées entre les 2 sorties et séparées d’une largeur b sur une longueur l, la fente ayant une épaisseur h ; l’une des sorties est à une pression p1 (pression amont) tandis que l’autre sortie est à une pression p2 (pression aval, p1>p2). Le fluide ayant une viscosité dynamique η, on applique la formule suivante, qui donne le débit dV/dt de la fuite :

Pour :
- un fluide constitué d’un mélange d’eau (à 60 %) et de glycol (à 40 %) ;
- ayant une viscosité, à 100°C, de 2x10^-3Pa.s,
- une différence de pression (p1-p2) de 1 bar,
- des valeurs de b = 4,5 x10^-2m et L = 1,77 x10^-2m,

On aboutit à un jeu maximum de 1,85 x10^-4m au rayon afin d’avoir un débit de fuite au maximum de 4 l par minute.

En fonction du débit de fuite maximum souhaité, de la viscosité du fluide (qui, elle-même, peut dépendre de la température), des paramètres géométriques, de la différence de pression, on peut adapter la formule ci-dessus. Les dimensions pièces 2, 4 réellement obtenues lors de la fabrication peuvent ensuite être comparées au jeu maximum obtenu selon la modélisation ci-dessus, afin de vérifier si ces pièces vont satisfaire à l’exigence d’étanchéité souhaitée.

De manière générale, on se placera à la température d’utilisation qui conduit à la viscosité la plus faible, puisque le débit de la fuite est inversement proportionnel à la viscosité. Cette température est le plus souvent la température maximale d’utilisation. Par exemple, pour une application à un fluide de refroidissement utilisé entre - 40 °C et + 100 °C, on se placera à cette dernière valeur de 100 °C.

Plus généralement, le jeu sera par exemple compris entre 50 µm et 200 µm ou même 300 µm (par exemple : 250 µm, en particulier pour une fuite de 1% de 700 l/mn).

Cette étanchéité sans joint peut être appliquée non seulement aux distributeurs décrits ci-dessus en lien avec les figures 1 - 3 mais également à tout autre distributeur mettant en œuvre un élément rotatif dans un corps de distribution, en particulier à tout distributeur :
- comportant une injection du fluide, non pas de manière axiale (selon l’axe XX’) comme décrit ci-dessus, mais de manière latérale au corps 2 ; dans ce cas, le boitier et le noyau ont chacun une entrée de fluide dans la paroi latérale 8 et dans la surface latérale 32;
- et/ou pour laquelle le noyau comporte un canal de distribution de section uniforme et dont l’extrémité, située en regard du ou des orifice(s) de sortie, peut avoir une forme allongée comme décrit ci-dessus ou avoir une forme circulaire qui correspond, ou est identique, aux sections des ouvertures 12, 20.

Par conséquent, l’étanchéité peut être assurée par le passage étroit ou le faible jeu entre cette surface latérale et cette paroi latérale.

Les moyens d’accouplement 36 d’un dispositif tel que décrit ci-dessus peuvent avoir la forme représentée en figures 1 et 6, 7 : ces moyens ont par exemple le forme d’un cylindre ( ) dans la partie inférieure duquel est réalisé une rainure 361 qui permet de recevoir l’extrémité de l’arbre 330 de l’actionneur 33 (voir la ). La pièce d’accouplement 36 est elle-même logée dans un compartiment inférieur 41 du noyau 4 (voir les figures 6 et 7) et comporte, dans sa partie supérieure, un ergot 360, par exemple de forme parallélépipédique, qui permet d’actionner le noyau 4 en rotation lorsque l’arbre 330 actionne la pièce 36 également en rotation. De préférence, la rainure 361 s’étend selon une direction perpendiculaire à l’ergot, ce qui permet de compenser ou récupérer des défauts de coaxialité ou d’alignement selon les 2 axes perpendiculaire à l’axe de rotation XX’.

Le compartiment inférieur 41 du noyau 4 à une forme complémentaire à celle de la pièce 36 : en particulier, il comporte 1 fente 282 dans laquelle l’ergot 360 vient s’insérer.

En variante (voir la ), Les moyens d’accouplement 36’ ont une forme parallélépipédique dans la partie inférieure comporte une fente 361’ qui permet de recevoir l’extrémité de l’arbre 330 de l’actionneur 33. Cette pièce 36’ est elle-même logée dans le compartiment inférieur 41 du noyau 4 (voir les figures 6 et 7) qui est de forme parallélépipédique, de sorte que, lorsque l’actionneur 33 entraîne la pièce 36’ en rotation, cette dernière entraîne, à son tour, le noyau 4 en rotation.

De manière avantageuse, la face inférieure 28 du noyau 4 présent une rainure circulaire 280 (voir figures 1, 5 et 6) laquelle permet de loger un pion 181 reliée au capot moteur 18 : ce pion forme une butée pour le mouvement du noyau 4 lorsque celui-ci est mis en rotation par l’actionneur 33. La butée arrête ou limite la course de la fente, dans une position initiale du noyau, puis dans une position maximale de celui-ci ; la position initiale peut correspondre à un flux de 0 dans la sortie 20, la position finale peut correspondre à un flux de 0 dans la sortie 12.

Selon un autre aspect de l’invention, un ressort de rappel, par exemple un ressort de torsion peut être relié, par l’une de ses extrémités, au noyau 4 et, par son autre extrémité, à une partie qui reste fixe lorsque le noyau est entraîné en rotation, par exemple le capot ou pièce d’extrémité 10. Ainsi, l’actionneur 33 peut entraîner le noyau en rotation depuis une 1^reposition vers une 2^eposition, l’arrêt de l’actionnement de l’actionneur entraînant automatiquement un rappel du noyau vers sa 1^èreposition, ou position initiale. Par exemple, le dispositif peut être dans une position de repos dans laquelle le fluide s’écoule vers la sortie 12, l’actionneur entraînant le noyau 4 vers une position dans laquelle le fluide s’écoule vers la sortie 20, l’arrêt de l’actionnement de l’actionneur entraînant automatiquement un rappel du noyau vers sa position initiale, c’est-à-dire vers la position dans laquelle le fluide s’écoule vers la sortie 12. Cet aspect de l’invention est illustré en , sur laquelle on voit un ressort de torsion 60, dont une extrémité 61 est reliée à la partie supérieure 30 du noyau 4 et dont l’autre extrémité 63 est reliée à une partie intérieure du couvercle d’entrée 10.

Les moyens d’accouplement 36, et leur logement dans un compartiment inférieur du noyau 4, et/ou les moyens de rappel qui ont été décrits ci-dessus en lien avec les figures 6-8 peuvent être appliqués non seulement au distributeur décrit ci-dessus en lien avec les figures 1 - 3 mais également à tout autre distributeur mettant en œuvre un élément rotatif dans un corps de distribution, en particulier à tout distributeur :
- comportant une injection du fluide, non pas de manière axiale (selon l’axe XX’) comme décrit ci-dessus, mais de manière latérale au corps 2 ;
- et/ou pour laquelle le noyau comporte un canal de distribution de section uniforme et dont l’extrémité située en regard du ou des orifices de sortie peut avoir une forme allongée comme décrit ci-dessus ou avoir une forme circulaire qui correspond aux sections des ouvertures 12, 20.

De préférence, le boîtier 2 et le noyau 4 sont réalisés en matière plastique réduisant la masse du distributeur, ce qui est particulièrement favorable dans le domaine automobile. En outre, la matière plastique est avantageusement chargée en un matériau réduisant les frottements. Par exemple, le boîtier et/ou le noyau sont réalisés en polyphthalamide, par exemple de type PA6T/6I-GF30, très avantageusement chargé en PTFE.

En outre, ils sont de préférence réalisés par moulage par injection ce qui simplifie leur fabrication. En ce qui concerne le noyau, il est possible de réaliser une forme du conduit intérieur 38, par exemple en 2 parties 38-1 et 38-2 comme illustré sur les figures 10A et 10B, puis de mouler le noyau par injection autour de cette forme; sur ces figures, la forme en 2 parties 38-1 et 38-2 a bien elle aussi une section qui va en augmentant, mais moins progressivement que dans le cas de la .

Néanmoins le boîtier et le noyau peuvent être réalisés en matériau métallique, par exemple en acier inox ou en aluminium. Les contraintes sur états de surface de la surface intérieure du boîtier et de la surface du noyau sont sensiblement réduites car elles n’assurent pas l’étanchéité.

La représente une réalisation de l’ensemble du distributeur de la , après assemblage. Les références sont celles déjà décrites ci-dessus en liaison avec la . Le fluide de refroidissement pénètre dans ce dispositif par l’ouverture 11, selon la direction de l’axe autour duquel la rotation du noyau est effectuée par l’actionneur 33. L’actionneur est par exemple un motoréducteur MR dont l’arbre de sortie est accouplé au noyau 4, par exemple comme déjà décrit ci-dessus. Le motoréducteur est par exemple celui décrit dans la demande WO2019/129984.

Le fonctionnement du distributeur va maintenant être décrit.

L’entrée d’alimentation 11 est connectée à une source de liquide sous pression, par exemple une pompe reliée à un réservoir de liquide, et les deux orifices de sortie 12, 20 sont connectés par exemple à un moteur thermique ou électrique à refroidir.

Lorsque l’on souhaite alimenter l’orifice de sortie 20 avec un débit maximal, le noyau 4 est tourné autour de l’axe X de sorte à positionner la sortie 34 du noyau regard de l’orifice de sortie 20. Le liquide sous pression circule de l’orifice d’alimentation 18 vers l’orifice de sortie 20 à travers le conduit 38 comme cela est représenté sur la .

Lorsque l’on souhaite alimenter l’orifice de sortie 12 avec un débit maximal, le noyau 4 est tourné autour de l’axe XX’, de sorte à aligner la sortie 34 avec l’orifice de sortie 20, le conduit 38 connectant alors l’orifice d’alimentation 11 et l’orifice de sortie 20, comme cela est représenté sur la .

Comme déjà expliqué ci-dessus, le noyau 4 peut prendre toute position angulaire intermédiaire pour assurer une alimentation proportionnelle des orifices de sortie 12 et 20.

D’autres orientations angulaires relatives des sorties 12 et 20 sont envisageables.

L’invention permet d’offrir un distributeur à fonctionnement fiable tout en relâchant sensiblement les contraintes sur les dimensions, les états de surface, les matériaux requis et les procédés de fabrication.

L’exemple décrit comporte un orifice d’alimentation et deux orifices de sortie, mais comme cela a été mentionné ci-dessus la présente invention s’applique également à des distributeurs comportant un orifice d’entrée et un orifice de sortie, ou un orifice d’alimentation et plus de deux orifices de sortie, et à des distributeurs comportant deux orifices d’alimentation ; un distributeur selon l’invention peut comporter deux entrées axiales de fluide, l’actionneur pouvant être déporté pour autoriser le passage de fluide dans le deuxième extrémité ou plus et un ou plusieurs orifices de sortie. Les configurations à plusieurs orifices d’alimentation et plusieurs orifices de sortie peuvent mettre en œuvre des noyaux à plusieurs cavités ou évidements 43 pour permettre plusieurs écoulements simultanément ou non dans le distributeur.

Le distributeur, notamment associé au motoréducteur, est particulièrement adapté à des applications dans le domaine automobile (moteur thermique ou moteur électrique) du fait de sa masse réduite.

Le distributeur selon la présente invention est adapté pour équiper tous véhicules à moteur thermique, hybride ou électrique, mettant en œuvre par exemple un(des) système(s) de régulation de température et/ou un(des) système(s) d’orientation de flux d’air.

Claims

Distributeur rotatif hydraulique comportant un boîtier (2) et un noyau (4), ledit boîtier (2) comprenant une paroi latérale (8), deux parois d’extrémité (6, 10) délimitant une chambre hydraulique, dans laquelle est logé le noyau (4) apte à tourner dans ladite chambre autour d’un axe (XX’) de rotation, une des parois d’extrémité (6) comportant un orifice d’alimentation (11) qui s’étend sensiblement perpendiculairement audit axe (XX’) de rotation, la paroi latérale du boitier comportant au moins 2 orifices de sortie (12, 20), qui débouchent dans la chambre hydraulique, le noyau (4) comportant une surface latérale (32) en regard de la paroi latérale (8) du boîtier (2), une face d’entrée (18) en regard de l’orifice d’alimentation (11), une sortie latérale (34) et un conduit intérieur (38) qui relie ladite face d’entrée (18) et ladite sortie latérale (34), permettant une alimentation de chacun desdits orifices de sortie (12, 20) individuellement dans chacune d’une 1^èreposition angulaire et d’uneposition angulaire du noyau dans le boîtier, ladite sortie latérale (34) du noyau ayant une forme permettant, dans au moins une autre position angulaire intermédiaire entre laditeposition angulaire et laditeposition angulaire, une alimentation partielle des 2 orifices de sortie simultanément.
Distributeur rotatif hydraulique selon la revendication 1, dans lequel ladite sortie latérale (34) du noyau présente une forme oblongue ou ovale ou ellipsoïdale, allongée selon un axe sensiblement perpendiculaire à l’axe (XX’) de rotation.
Distributeur rotatif hydraulique selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la distance qui sépare les 2 points les plus éloignés de ladite sortie latérale (34) du noyau est supérieure à la distance qui sépare les 2 orifices de sortie (12,20) du boîtier (2).
Distributeur rotatif hydraulique selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit conduit intérieur (38) du noyau relie la face d’entrée (18) du noyau et ladite sortie latérale (34) du noyau, ce conduit ayant une section, perpendiculairement à une direction d’écoulement de fluide, qui s’accroit depuis l’entrée (18) vers ladite sortie latérale (34).
Distributeur rotatif hydraulique selon la revendication 4, dans lequel la section du conduit intérieur (38) s’accroit progressivement d’une valeur comprise entre 1% et 3 % pour tout accroissement, compris entre 7° et 12°, d’un angle mesuré entre la face d’entrée (18) du noyau et un plan perpendiculaire à la direction d’écoulement de fluide.
Distributeur rotatif hydraulique selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’étanchéité entre les 2 voies de sortie est assurée par le jeu ou le faible jeu entre cette surface latérale et cette la paroi latérale.
Distributeur rotatif hydraulique comportant un boîtier (2) et un noyau (4), ledit boîtier (2) comprenant une paroi latérale (8), deux parois d’extrémité (6, 10) délimitant une chambre hydraulique, dans laquelle est logé le noyau (4) apte à tourner dans ladite chambre autour d’un axe (XX’) de rotation, au moins un orifice d’alimentation (11), et au moins un orifice de sortie (12, 20), qui débouche(nt) dans la chambre hydraulique, le noyau (4) comportant une surface latérale (32) en regard de la paroi latérale (8) du boîtier (2), une ouverture d’entrée (18), au moins une sortie latérale (34) et un conduit (38) ou une chambre qui relie ladite face d’entrée (18) et ladite sortie latérale (34) et qui permet une alimentation de chacun desdits orifices de sortie (12, 20) en fonction de la position angulaire du noyau dans le boîtier, l’étanchéité entre la surface latérale du noyau et la paroi latérale du boîtier (2) étant assurée par le passage étroit ou le faible jeu entre cette surface latérale et cette paroi latérale.
Distributeur rotatif hydraulique selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l’étanchéité entre les 2 voies de sortie est assurée par le passage ou le jeu entre la surface latérale et la paroi latérale, ce passage ou ce jeu étant compris entre 50 µm et 300 µm.
Distributeur rotatif hydraulique selon l’une des revendications 1 à 8, comportant en outre des moyens (60,61, 63) de rappel pour ramener le noyau (4) à une position d’équilibre ou initiale après avoir été emmené en rotation dans une position écartée de cette position d’équilibre ou initiale.
Distributeur rotatif hydraulique selon la revendication 9, lesdits moyens (60,61, 63) de rappel comportant un ressort de torsion, dont une extrémité est fixée au noyau (4) et une autre extrémité est fixée à une partie du distributeur qui reste fixe lorsque le noyau (4) est entraîné en rotation.
Distributeur rotatif hydraulique selon l’une des revendications 1 à 10, le noyau (4) comportant des moyens d’accouplement (28, 36, 36’, 282) pour coupler l’extrémité d’un arbre (330) d’un actionneur (33) au noyau (4).
Distributeur rotatif hydraulique selon la revendication 11, les moyens d’accouplement (28, 36, 36’, 282) comportant une pièce (36, 36’) munie d’une fente (361,361) pour recevoir l’extrémité d’un arbre (330) d’un actionneur (33), le noyau (4) comportant un logement (41) apte à recevoir ladite pièce (36, 36’), de sorte que cette dernière transmette une rotation de l’arbre au noyau.
Distributeur rotatif hydraulique selon la revendication 12, ladite pièce (36, 36’), ainsi que le logement (41), ayant une forme cylindrique, et étant munie d’un ergot (360) de forme parallélépipédique, le logement (41) comportant un espace d’accueil (282) dudit ergot.
Distributeur rotatif hydraulique selon la revendication 12, ladite pièce (36, 36’) ainsi que le logement (41) ayant une forme parallélépipédique.
Distributeur rotatif hydraulique selon l’une des revendications 1 à 14, le noyau (4) comportant des moyens (280) pour un guidage en rotation lorsqu’il est entraîné en rotation par un actionneur (33).
Distributeur rotatif hydraulique selon la revendication 15, le noyau (4) comportant une fente en forme d’arc de cercle dans laquelle pénètre une butée (181).
Distributeur rotatif hydraulique selon l’une des revendications précédentes, dans le boîtier et/ou le noyau sont réalisés en matière plastique.
Electrodistributeur rotatif hydraulique comportant un distributeur selon l’une des revendications précédentes et un actionneur (33) entraînant le noyau en rotation.
Electrodistributeur rotatif hydraulique selon la revendication précédente, l’actionneur comportant un arbre de sortie (330) aligné selon l’axe (XX’) de rotation.
Procédé de distribution d’un fluide à l’aide d’un électrodistributeur rotatif hydraulique selon la revendication 18 ou 19, le fluide étant introduit par l’orifice d’alimentation (11), par exemple selon la direction de l’axe (XX’) de rotation ou perpendiculairement à celui-ci, et étant guidé par le conduit intérieur (38) du noyau vers la sortie latérale (34) de celui-ci puis, en fonction de l’orientation du noyau dans le boîtier (2), vers l’un et/ou l’autre des 2 orifices de sortie (12, 20).
Procédé selon la revendication précédente, le fluide étant un mélange d’eau et de glycol.
Procédé selon la revendication 20, le fluide étant un fluide de refroidissement d’une pile à combustible.