Titre : DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT D'UNE VANNE ROTATIVE

DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

La présente invention se rapporte à un dispositif d'entrainement d'une vanne rotative ou d'un distributeur hydraulique, par exemple utilisé 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 contrôlées 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 problème est celui de l'entraînement d'un dispositif distributeur rotatif, par exemple du type mentionné ci-dessus : 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 ou de départ lorsqu'il a été emmené vers une autre position, par exemple pour alimenter un conduit.

Par ailleurs, 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 connaît pas de dispositif qui puisse répartir un fluide entre deux sorties, selon une répartition prédéterminée.

Un autre problème est celui de l'étanchéité entre le noyau et le boîtier ; celle-ci 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.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

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.

L'invention concerne notamment un distributeur rotatif hydraulique comportant un boîtier et une partie centrale tournante, ou noyau, ledit boîtier comportant une chambre cylindrique de révolution recevant le noyau. Le boîtier comporte également 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 axial, par exemple un orifice d'alimentation, et au moins un orifice latéral, par exemple 2 orifices latéraux, qui forme(nt) par exemple un ou 2 orifice(s) de sortie, qui débouche(nt) dans la chambre hydraulique, le noyau comportant une surface latérale en regard de la paroi latérale du boîtier, une face axiale, par exemple d'entrée ou d'alimentation, au moins un orifice latéral, par exemple une sortie latérale, et un conduit, ou une chambre, qui relie ladite face axiale et ledit orifice latéral, permettant une circulation, par exemple une alimentation, depuis ou vers chacun desdits orifices latéraux du boîtier en fonction de la position angulaire du noyau dans le boîtier, le noyau comportant des moyens d'accouplement pour coupler l'extrémité d'un arbre d'un actionneur au noyau.

Par exemple, les moyens d'accouplement comportent une pièce munie d'une rainure pour, ou apte à, 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, peuvent chacun avoir une forme cylindrique, et être muni(e) d'un ergot de forme parallélépipédique, le logement comportant un espace d'accueil dudit ergot.

Ladite rainure et ledit ergot peuvent s'étendre selon des directions perpendiculaires ou sensiblement perpendiculaires entre elles. Ceci permet de compenser des défauts de coaxialité ou d'alignement selon les axes perpendiculaires à l'axe de rotation.

En variante, ladite pièce ainsi que le logement peuvent chacun avoir une forme parallélépipédique.

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. L'invention concerne donc 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 axial, par exemple un orifice d'alimentation, et au moins un orifice latéral, par exemple 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 face axiale, par exemple formant ouverture d'entrée, au moins un orifice latéral et un conduit ou une chambre qui relie ladite face axiale et ledit orifice latérale et qui permet une circulation, par exemple une alimentation, depuis ou vers chacun desdits orifices latéraux du boîtier en fonction de la position angulaire du noyau dans le boîtier, le distributeur comportant en outre des moyens de rappel pour ramener le noyau à une position d'équilibre ou initiale après avoir été emmené en rotation dans une position écartée de cette position d'équilibre ou initiale. Par exemple, lesdits 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.

Dans un distributeur rotatif hydraulique selon l'invention l'étanchéité entre la surface latérale du noyau et la paroi latérale du boîtier peut être assurée par le passage étroit ou le faible jeu, par exemple compris entre 50 pm et 200 pm ou même 300 pm (par exemple : 250 pm, en particulier pour une fuite de 1% de 700 l/mn), entre cette surface latérale et cette paroi latérale.

De plus, un distributeur rotatif hydraulique 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.

Selon une réalisation d'un distributeur rotatif hydraulique selon l'invention, une des parois d'extrémité comporte un orifice d'alimentation qui s'étend sensiblement perpendiculairement audit axe (XX') de rotation, ou coaxialement à celui-ci, la paroi latérale du boitier comportant au moins 2 orifices latéraux, par exemple 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 axiale , qui est par exemple une face d'entrée, en regard de l'orifice axial, qui est par exemple un orifice d'alimentation. De préférence, dans un distributeur rotatif hydraulique selon l'invention, l'orifice latéral du noyau a une forme permettant, dans au moins une autre ou dans plusieurs, position(s) angulaire(s) intermédiaire(s) entre ladite l ^ère position angulaire et ladite 2 ^ème position angulaire, une alimentation partielle des 2 orifices latéraux du boîtier simultanément. Par exemple, ledit orifice latéral du noyau présente une forme oblongue ou ovale ou ellipsoïdale, allongée selon un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe (XX') de rotation. Selon des réalisations particulières :

- ledit orifice latéral 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 orifices latéraux dans la paroi latérale du boîtier;

- et/ou la distance qui sépare les 2 points les plus éloignés dudit orifice latéral du noyau est supérieure à la distance qui sépare les 2 orifices latéraux du boîtier ;

- et/ou ledit conduit intérieur du noyau relie la face axiale du noyau et ledit orifice latéral du noyau, ce conduit ayant une section, perpendiculairement à une direction d'écoulement de fluide, qui s'accroît depuis ladite face axiale vers ledit orifice latéral ; par exemple la section du conduit intérieur s'accroît, de préférence progressivement, d'une valeur comprise entre 1% et 3 % pour tout accroissement, compris entre d'une part 5° ou même 7° et d'autre part 12° ou même 15°, d'un angle mesuré entre la face axiale du noyau et un plan perpendiculaire à la direction d'écoulement ou de circulation de fluide. 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.

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

Selon une réalisation avantageuse d'un distributeur rotatif hydraulique selon l'invention, les orifices latéraux du boîtier sont prolongés par des conduits, qui s'étendent selon des axes (Xi2, X20) lesquels ont un point d'intersection (A) situé en arrière du centre (C) du noyau par rapport aux orifices latéraux du boîtier. Quel que soit le mode de réalisation envisagé d'un distributeur rotatif hydraulique selon l'invention:

- la face axiale du noyau peut comporter une ouverture qui fait face à l'orifice axial du boîtier ;

- et/ou le boîtier peut comporter 1, 2 ou plusieurs orifices latéraux.

La présente demande a également pour objet un électrodistributeur rotatif hydraulique comportant un distributeur selon l'un ou l'autre des modes de réalisation de l'invention 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 axial, qui est alors un 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 l'orifice latéral de celui-ci puis, en fonction de l'orientation du noyau dans le boîtier, vers l'un et/ou l'autre des 2 orifices latéraux du boîtier, qui sont alors des 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.

L'invention concerne également un procédé de distribution d'un fluide à l'aide d'un électrodistributeur rotatif hydraulique selon l'invention, des fluides étant introduits par les 2 orifices latéraux du boîtier, qui sont alors des orifices d'entrée ou d'alimentation, ces fluides étant guidés par le conduit intérieur du noyau vers l'orifice axial et étant au moins en partie mélangés dans ce conduit intérieur. Les 2 fluides peuvent être de même nature ou être les mêmes, mais à des températures différentes, l'un pouvant par exemple provenir d'un organe ou d'un élément chauffant, par exemple une pile à combustible, et l'autre d'un organe ou d'un élément refroidissant, par exemple un radiateur. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

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

[Fig. 1] est une vue en éclaté d'un exemple de distributeur rotatif hydraulique auquel l'invention peut être appliquée, ce distributeur comportant une entrée et deux sorties. [Fig. 2A] est une vue en perspective de la partie centrale rotative du distributeur de la figure 1.

[Fig. 2B] est une vue de face de la partie centrale rotative du distributeur de la figure 1.

[Fig. 3] est une vue latérale du conduit de la partie centrale rotative du distributeur de la figure 1.

[Fig. 4] est une vue de dessus du boîtier et du noyau du distributeur de la figure 1, permettant un écoulement partiel vers chacune des 2 voies de sortie.

[Fig. 5A] est une vue de dessus du boîtier et du noyau d'un exemple de distributeur dans un 1 ^er état de commutation, permettant un écoulement uniquement vers une des 2 voies de sortie de distributeur.

[Fig. 5B] est une vue de dessus du boîtier et du noyau du même exemple de distributeur dans un 2 ^e état de commutation, permettant un écoulement uniquement vers l'autre des 2 voies de sortie de distributeur.

[Fig. 6] est une vue d'un aspect de l'invention, comportant un compartiment d'une partie inférieure du noyau pour accueillir des moyens d'accouplement avec un arbre d'un actionneur.

[Fig. 7A] est une vue d'un exemple de réalisation des moyens d'accouplement permettant de coupler le noyau avec un arbre d'un actionneur.

[Fig. 7B] est une vue d'un autre exemple de réalisation des moyens d'accouplement permettant de coupler le noyau avec un arbre d'un actionneur.

[Fig. 8] est une vue illustrant une réalisation de moyens de rappel permettant de ramener le noyau dans une position initiale.

[Fig. 9A] est une vue d'un distributeur auquel l'invention peut s'appliquer, avec alimentation axiale. [Fig. 9B] est une vue d'un distributeur auquel l'invention peut s'appliquer, avec sortie axiale du fluide.

[Fig. 10A]

[Fig. 10B]

[Fig. 10C] représentent des étapes de réalisation d'un noyau d'un distributeur hydraulique rotatif auquel l'invention peut s'appliquer.

Les [Fig. 11A] - [Fig. 11C] représentent un autre aspect d'un noyau d'un distributeur hydraulique rotatif selon l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Sur la figure 1, on peut voir un exemple de réalisation d'un distributeur hydraulique rotatif auquel l'invention peut être appliquée, du type comportant une entrée et deux sorties. Il sera compris que le distributeur peut comporter une ou plusieurs sorties. De plus, l'entrée ou les entrées peut/peuvent être inversée(s) avec la ou les sorties, comme expliqué plus loin (en lien avec la figure 9B).

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, de préférence orientées dans un plan YZ perpendiculaire à l'axe XX' (voir par exemple figure 9A). 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 ^er conduit 20' 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 ^ème conduit 12' destiné par exemple lui aussi à amener le liquide vers une zone donnée, par exemple encore une zone à refroidir. Ces conduits 12', 20' 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 figure 1 est représenté assemblé en figure 9A.

Sur les figures 2A et 2B, on peut voir le noyau 4 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' dans cet exemple. 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 figure 3. 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 figure 3 : selon un exemple de réalisation, ce plan P fait un angle a avec un plan Po, 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 a augmente. Cet accroissement progressif permet une réduction des pertes de charge.

On indique, dans le tableau I ci-dessous, pour différentes valeurs de l'angle a, différentes valeurs de la surface S laquelle, comme déjà indiqué ci-dessus, peut aller en s'accroissant au fur et à mesure de l'accroissement de l'angle a.

[Table 1]

Dans sa partie finale, alors que l'angle a 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 a de 10°, ou plus généralement comprise entre 7° (ou même 5°) et 12° (ou même 15°), 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 (figure 2B) entre les points les plus éloignés de cette ouverture le long de l'axe YY' est de préférence supérieure à la distance di qui sépare 2 ouvertures de sortie voisines 12, 20, du boîtier de rotation 2, comme illustré en figure 4, laquelle représente, schématiquement, le boîtier 2, avec ses 2 sorties 12, 20 et le noyau 4 avec son orifice de sortie 34. Sur la figure 4, ce dernier débouche partiellement sur la sortie 12 et partiellement sur la sortie 20, permettant ainsi à un 1 ^er flux F12 de s'écouler par la sortie 12 et à un 2 ^e flux 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.

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 qui peut être mis 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 I, la fente ayant une épaisseur h ; l'une des sorties est à une pression pl (pression amont) tandis que l'autre sortie est à une pression p2 (pression aval, pl>p2). Le fluide ayant une viscosité dynamique q, on applique la formule suivante, qui donne le débit dV/dt de la fuite : [Math 1] dV/dt = (h ³ b/12r]l).(pl-p2)

Pour :

- un fluide constitué d'un mélange d'eau (à 60 %) et de glycol (à 40 %) ;

- ayant une viscosité, à 100°C, de 2xl0 ^-3 Pa.s, - une différence de pression (pl-p2) de 1 bar,

- des valeurs de b = 4,5 xlO ^-2 m et L = 1,77 xlO ^-2 m,

On aboutit à un jeu maximum de 1,85 xlO ^-4 m au rayon afin d'avoir un débit de fuite au maximum de 4 I 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 peut 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 pm et 200 pm ou même 300 pm (par exemple : 250 pm, 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 ;

- 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. Un autre aspect de l'invention va être expliqué en lien avec les figures 11A - 11C. Les conduits latéraux 12, 20 s'étendent selon des axes respectivement X12, X20, qui sont coplanaires (dans un plan perpendiculaire à l'axe XX') et se coupent en un point A. Ce point peut être identique au centre C du noyau 4 (qui est aussi le centre de l'alésage du corps 2 dans lequel est introduit le noyau). Mais, selon une réalisation intéressante de la présente invention, le point A est déplacé et situé en arrière du point C, à une distance I de celui-ci. Le point C est alors plus proche des orifices 12, 20 que le point A ; les 2 points A et C sont situés sur un axe EE' qui est un axe central du noyau (et de l'alésage du corps 2) dans un plan perpendiculaire à l'axe XX' (ou plan médian du corps 2). A est donc plus éloigné des orifices 12, 20 que ne l'est le point C. Ceci permet, pour des diamètres de conduits 12', 20' constants, d'augmenter la distance, dite longueur de recouvrement, qui sépare ces conduits (il s'agit de la longueur di qui est aussi représentée en figure 4). Cette distance augmentant, le débit de la fuite, tel que calculé selon la formule donnée ci- dessus, diminue. L'exemple de la figure 11B est celui d'un dispositif dans lequel le point d'intersection A et le centre C sont confondus. Le diamètre intérieur du conduit 38 est, dans le plan des axes X12, X20, égal à 80 mm. La longueur di est de 1,36 mm. Sur la figure 11C, on a décalé le point A d'une distance I de 20,8 mm en arrière du point C: la longueur di devient égale à d'i = 11,33 mm, soit plus de 8 fois supérieure à la longueur initiale ; ainsi, la fuite est elle-même diminuée d'un facteur > 8. Le gain obtenu par le décalage relatif des points A et C peut donc être très substantiel.

Selon la présente invention, les moyens ou la pièce d'accouplement ou d'entrainement 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 (figure 7A), dans la partie inférieure duquel peut être réalisée une rainure 361, de préférence de forme parallélépipédique, qui permet de recevoir l'extrémité de l'arbre 330 de l'actionneur 33 (voir la figure 1). 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 et l'ergot 360 s'étendent chacun selon une direction perpendiculaire à l'axe XX' (chacun a une largeur inférieure à sa longueur, laquelle est sensiblement le diamètre du cylindre 36), mais ils s'étendent tous 2 selon 2 directions perpendiculaires entre elles (autrement dit : la rainure 361 s'étend selon une direction perpendiculaire à celle de l'ergot), ce qui permet de récupérer les défauts de coaxialité 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 figure 7B, Les moyens d'accouplement 36' peuvent avoir une forme parallélépipédique dans la partie inférieure comporte une rainure 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 présente 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 par exemple correspondre à un flux de 0 dans la sortie 20, la position finale peut correspondre à un flux de 0 dans la sortie 12 (voir figures 5A et 5B).

Selon un autre aspect de l'invention, un ressort de torsion peut être relié, par l'une de ses extrémités, au noyau 4 (par exemple une fente est réalisée au sommet de celui-ci, pour y introduire ladite extrémité du ressort) 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 (par exemple une fente est réalisée dans ce capot ou cette pièce d'extrémité, pour y introduire cette autre extrémité du ressort). Ainsi, l'actionneur 33 peut entraîner le noyau en rotation depuis une l ^re position vers une 2 ^e position, l'arrêt de l'actionnement de l'actionneur entraînant automatiquement un rappel du noyau vers sa l ^ère position, 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 figure 8, 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 ; 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 34 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 figure 3. 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 figure 9 représente une réalisation de l'ensemble du distributeur de la figure 1, après assemblage. Les références sont celles déjà décrites ci-dessus en liaison avec la figure 1. 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 d'un distributeur incorporant un mécanisme d'actionnement selon l'invention 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 mis en rotation par l'actionneur 33 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 figure 5A.

Lorsque l'on souhaite alimenter l'orifice de sortie 12 avec un débit maximal, le noyau 4 est mis en rotation par l'actionneur 33 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 figure 5A.

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.

Dans les exemples qui ont été décrits ci-dessus, le fluide entre par l'orifice 11, s'écoule par le conduit 38 et sort du dispositif par un ou 2 des conduits latéraux 12, 20 (voir par exemple les flèches de la figure 9A qui indiquent le sens d'écoulement de fluide).

Il est possible d'utiliser le même dispositif selon un fonctionnement inverse : ce sont les conduits latéraux 12, 20 qui sont utilisés en tant que conduits d'alimentation et qui sont alimentés en fluides, ces fluides se mélangent dans le conduit interne 38 et le mélange s'écoule par l'orifice 11, qui devient l'orifice de sortie. En fonction de la position angulaire (autour de l'axe XX') du noyau dans le boîtier, on modifie la proportion des fluides qui alimentent le dispositif. On peut ainsi introduire, en fonction du nombre de conduits latéraux 12, 20, 2 ou plus de 2 fluides à mélanger. Cette utilisation est illustrée en figure 9B, sur laquelle les flèches indiquent le sens d'écoulement des fluides.

Par exemple, les 2 fluides en entrée peuvent être différents. En variante, ils sont de même nature ou sont les mêmes, mais à des températures différentes, l'un pouvant par exemple provenir d'un organe ou d'un élément chauffant, par exemple une pile à combustible, et l'autre d'un organe ou d'un élément refroidissant, par exemple un radiateur. Le distributeur selon l'invention, 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.

Un mécanisme d'actionnement selon la présente invention peut être appliqué à un distributeur équipant un véhicule 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.