FR3066536A3 - Vanne by-pass echangeur moteur - Google Patents

Abstract

Dispositif de contrôle (20) de débit d'huile pour la lubrification d'un moteur thermique dans un circuit de circulation d'huile comprenant un canal d'huile d'entrée divisé en : -un conduit de passage (11) dans un échangeur (12), -un conduit de dérivation (14), Lesdits deux conduits conduisant à une rampe principale (16) d'alimentation d'huile du moteur, ledit dispositif de contrôle étant apte à distribuer un flux d'huile dans l'un ou l'autre conduit en fonction d'une valeur seuil de caractéristiques d'huile, Caractérisé en ce que le dispositif comprend une vanne bi-voies (40) avec un orifice de fuite (33) à ouverture contrôlée.

Description

VANNE BY-PASS ECHANGEUR MOTEUR

Domaine technique de l’invention

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement par huile d’un moteur à combustion interne ou thermique.

La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de distribution d’huile de refroidissement dans deux conduits selon la température de l’huile.

La présente invention concerne également un moteur thermique de véhicule automobile comportant un dispositif de répartition d’huile entre deux circuits selon la température d’huile.

Etat de la technique

De manière connue, les moteurs thermiques de véhicule automobile nécessitent un refroidissement pour le bon fonctionnement, ledit refroidissement étant effectué d’une part par un circuit de refroidissement avec de l’eau et d’autre part par un circuit de refroidissement avec de l’huile notamment pour des pièces ou éléments moteur susceptibles d’être portés à très haute température. Des échanges de chaleur peuvent aussi être effectués entre le circuit à huile et un liquide de refroidissement par l’intermédiaire d’un échangeur. De l’huile trop chaude peut ainsi transférer une partie de sa chaleur au liquide de refroidissement qui est généralement à base d’eau, s’écoulant dans le circuit de refroidissement. De manière connue, de l’huile issue d’une pompe d’alimentation est envoyée via un filtre à huile dans une rampe principale d’alimentation en huile creusée dans le carter-cylindres du moteur. Le circuit d’huile en amont de la rampe principale passe éventuellement par l’échangeur destiné à refroidir ou chauffer les cas échéant l’huile. On peut distinguer trois cas de fonctionnement possibles : 1 ) une huile trop froide et trop visqueuse par exemple lors de démarrage par temps très froids.

Dans ce cas, le dispositif de refroidissement est bipassé et l’huile est directement envoyée dans la rampe principale. Une boucle de by-pass permet ainsi en fonction de la pression d’huile de dévier de la portion de circuit d’huile comprenant le dispositif de refroidissement. 2) une huile chaude mais ne nécessitant pas de refroidissement,

Dans ce cas, une vanne pilotée par une unité de contrôle est en mesure d’empêcher également le passage de l’huile vers le dispositif de refroidissement : l’huile est dirigée directement vers la rampe principale. 3) Une huile chaude nécessitant un refroidissement.

Dans ce cas, la vanne pilotée est ouverte pour laisser le passage de l’huile dans l’échangeur et pour atteindre ensuite la rampe principale d’alimentation.

Cependant, lors des démarrages du moteur par temps pas trop froids, l’huile peut être relativement froide et un différentiel de température existe entre le liquide de refroidissement et ladite huile. Le même échangeur peut permettre de faire monter la température de l’huile pour l’amener dans les meilleures conditions de fonctionnement. Toutefois, lorsque le différentiel de température s’annule avec la montée en température de l’huile, la température de l’huile n’est pas encore optimale et peut être bloquée au niveau de la température d’eau. Il convient donc alors de dévier l’écoulement de l’huile en contournant l’échangeur.

La publication FR 2904857 divulgue ainsi un dispositif permettant de commander un circuit de circulation d'un liquide de refroidissement ainsi qu'un circuit de circulation d'huile de lubrification d'un moteur thermique de véhicule comportant un échangeur et une conduite de dérivation à débit d'huile contrôlé par un ensemble formant électrovanne. L’inconvénient dudit dispositif est son encombrement. L’ensemble formant une électrovanne est de plus assez complexe. L’utilisation d’une électrovanne impacte fortement l’encombrement du dispositif pour réguler l’ensemble du débit d’huile dans une conduite ou non. Le compartiment moteur où est disposé le moteur est de plus en plus étroit, accroissant l’ampleur du problème.

Le but de l’invention est de remédier à ces problèmes et un des objets de l’invention est un dispositif permettant de contrôler un circuit de circulation d’huile qui comprend un conduit passant par un échangeur à eau et un conduit de bypass ou de dérivation pour contourner l’échangeur, pour gérer les phases de chauffage et de refroidissement de l’huile au passage dans l’échangeur.

Présentation de l’invention

La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de contrôle de débit d’huile pour la lubrification d’un moteur thermique de véhicule automobile dans un circuit de circulation d’huile comprenant un canal d’huile d’entrée se divisant en aval en conduits de sortie qui comprennent : -un conduit de passage dans un échangeur, -un conduit de dérivation,

Lesdits deux conduits de sortie conduisant ensuite à une rampe principale d’alimentation d’huile du moteur, ledit dispositif de contrôle étant apte à distribuer un flux d’huile dans l’un ou l’autre conduit de sortie en fonction de la température d’huile,

Caractérisé en ce que le dispositif comprend une vanne bi-voies connectée avec le canal d’entrée et comportant un orifice de fuite à ouverture contrôlée pour gérer la distribution d’huile dans les conduits de sortie.

De manière avantageuse, le dispositif de contrôle de débit d’huile comprend une vanne bi-voies présentant un orifice de fuite à ouverture contrôlée, ce qui permet de manoeuvrer facilement et avec peu d’effort et d’énergie l’ouverture ou la fermeture de l’orifice de fuite. L’huile pénètre dans la vanne bi-voies par un canal d’entrée pour être distribuée ensuite dans l’un ou l’autre conduit de sortie qui sont le conduit de passage dans l’échangeur et le conduit de dérivation. L’ouverture de l’orifice de fuite permet à la vanne bi-voies de passer d’une position d’ouverture connectée avec un premier conduit de sortie parmi les deux conduits à une deuxième position d’ouverture différente et connectée avec le second conduit de sortie. -l’ouverture de fuite est ouverte à l’atteinte d’un seuil de température.

De manière avantageuse, à l’atteinte et au dépassement d’un seuil de température, l’orifice de fuite est ouvert pour laisser échapper de l’huile et baisser la pression dans un compartiment de la vanne bi-voies pour permettre le basculement de la vanne bi-voies de la première position d’ouverture à la deuxième position d’ouverture ; ladite première position d’ouverture de la vanne est associée par exemple au branchement du canal d’entrée avec le conduit de passage dans l’échangeur et la seconde position d’ouverture correspond au branchement du canal d’entrée avec le conduit de dérivation. -le contrôle d’ouverture/fermeture de l’ouverture de fuite est réalisé grâce à un élément dans une liste comprenant une électrovanne, un clapet thermostatique.

De manière avantageuse, le contrôle de l’ouverture/fermeture de l’orifice de fuite de la vanne bi-voies est effectué grâce à un moyen d’obturation simple qui peut être une électrovanne de faible puissance ou un clapet par exemple à mémoire de forme et variant selon la température. Ledit clapet naturellement baigne dans l’huile et selon un seuil de température va permettre l’ouverture de l’orifice de fuite. -la vanne bi-voies comprend une première ouverture connectée avec le conduit de passage dans l’échangeur, et une deuxième ouverture connectée avec le conduit de dérivation, et un élément de contrôle mobile entre une première position pour ouvrir la première ouverture tout en obturant la seconde ouverture, et une seconde position pour ouvrir la seconde ouverture tout en obturant la première ouverture.

De manière avantageuse, le déplacement de l’élément de contrôle permet le basculement de la connexion du canal d’entrée de la vanne bi-voies avec un premier conduit vers la connexion du canal d’entrée avec le deuxième conduit. Ledit déplacement de l’élément de contrôle est géré en fonction de seuils de température de l’huile. -la vanne bi-voies comporte une chambre de remplissage d’huile partagée en une chambre d’alimentation principale et une chambre de contrôle par une paroi de contrôle apte à obturer l’un ou l’autre des orifices de sortie connectés aux conduits de façon alternative, comporte une chambre de remplissage (25) d’huile partagée en deux chambres 27,28 par une paroi de contrôle (24) apte à obturer l’orifice d’échange (22) et l’orifice de dérivation (23) et de dérivation (14) de façon alternative.

De manière avantageuse, la vanne bi-voies peut comporter une chambre de remplissage d’huile connectée au conduit de passage par l’échangeur de chaleur et au conduit de dérivation par les deux ouvertures distinctes l’une de l’autre ; les deux chambres peuvent être remplies toutes deux d’huile pour ne pas présenter d’écart de pression qui aurait pour effet de pousser sur la paroi de contrôle. Ladite paroi de contrôle permet l’ouverture d’une seule des deux ouvertures connectées aux conduits à la fois. -la paroi de contrôle est tenue par un élément élastique de rappel fixé à la paroi de la chambre de contrôle.

De manière avantageuse, la paroi de contrôle est tenue par un élément élastique de rappel qui permet le maintien d’une position de la paroi de contrôle pour l’ouverture par exemple d’une première ouverture et simultanément la fermeture de la seconde ouverture. L’association de l’élément élastique et de l’orifice de fuite permet de faire basculer la paroi de contrôle entre la première position d’ouverture et la seconde position d’ouverture sans nécessiter une dépense importante d’effort.

Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 est une vue schématique globale d’un circuit d’huile avec un échangeur de chaleur. -la figure 2 est une vue schématique d’une vanne bi-voies de répartition d’huile. -la figure 3 est une vue schématique d’une vanne bi-voies de répartition d’huile.

Description détaillée des figures

Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.

De façon générale, un moteur thermique comporte un circuit de lubrification avec de l’huile et un circuit de refroidissement avec au moins un liquide de refroidissement qui est à base d’eau. Le circuit d’huile et le circuit d’eau peuvent échanger de la chaleur par l’intermédiaire d’un échangeur pour différents cas : -pour refroidir l’huile trop chaude suite à circulation de l’huile en contact avec des pièces à haute température du moteur, -pour chauffer l’huile par exemple lors de démarrage à froid pour obtenir une huile moins visqueuse.

Selon la figure 1, le circuit d’huile 10 comporte une branche ou un conduit 11 passant par un échangeur de chaleur 12 pour échanger de la chaleur avec un conduit de circulation de liquide de refroidissement 15 qui de manière générale est à base d’eau. Pour gérer de façon optimale le transfert de chaleur entre le circuit d’eau 15 et le circuit d’huile 10, il est connu de disposer d’une dérivation 14 du passage par l’échangeur de chaleur. Le circuit d’huile 10 comporte ainsi une fourche 13 avec deux branches : une première branche menant au conduit de passage 11 par l’échangeur de chaleur 12 et une seconde branche menant au conduit de dérivation 14, les deux conduits se rejoignant ensuite en aval dudit échangeur pour entrer dans une rampe principale 16 d’alimentation d’huile. De manière connue, une électrovanne de commande peut être disposée au niveau de la fourche 13 ou embranchement pour gérer le passage de l’huile dans l’une ou l’autre branche. L’électrovanne est gérée par une unité de contrôle 41. Les débits d’huile peuvent être très importants, par exemple supérieurs à 60 l/mn, et peuvent exiger une électrovanne de commande de dimensions importantes. Cependant, les nouvelles architectures des véhicules automobiles entraînent des contraintes supplémentaires visant à la réduction du compartiment moteur et donc à la réduction des dimensions des éléments du moteur. Différentes solutions de remplacement de l’électrovanne de commande sont ainsi proposées mais celles-ci présentent un fonctionnement complexe, en comportant plusieurs éléments mécaniques supplémentaires.

Selon un mode de réalisation de l’invention représenté en figure 2, le contrôle de la circulation d’huile au niveau de l’embranchement 13 est réalisé grâce à un dispositif de contrôle 20 apte à distribuer de l’huile de façon alternative dans le conduit de passage 11 par l’échangeur ou dans le conduit de dérivation 14. Ledit dispositif de contrôle 20 est une vanne bi-voies 40 connectée avec un canal d’entrée d’huile 42 par une entrée 21. La vanne bi-voies comporte un premier orifice de sortie 22 dit d’échange connecté avec le conduit 11 de passage par l’échangeur de chaleur 12 et un second orifice de sortie 23 connecté au conduit de dérivation 14 ou by-pass. La vanne bi-voies 40 peut être tubulaire et comporter une enveloppe cylindrique 30 périphérique délimitant une chambre de remplissage 25 d’huile. Les orifices de sortie 22, 23 sont ici radiaux. Dans l’enveloppe cylindrique 30 sont creusées des entailles annulaires 31 au droit, selon l’axe X de la chambre de remplissage, des orifices radiaux de sortie d’échange 22 et de dérivation 23.

Selon la figure 2, la vanne bi-voies 40 comporte une paroi de contrôle 24 mobile entre une première position extrême pour permettre l’ouverture de l’orifice de sortie de dérivation 23 tout en obturant l’orifice de sortie d’échange 22, et une seconde position extrême pour permettre l’ouverture de l’orifice de sortie d’échange 22 tout en obturant l’orifice de sortie de dérivation 23. L’obturation de chaque orifice de sortie 22,23 n’est pas forcément étanche et un petit filet d’huile peut s’échapper par ledit orifice 23,22 mais le débit dudit filet d’huile est négligeable.

Selon un mode de réalisation, la paroi de contrôle 24 est prolongée par une paroi périphérique cylindrique 26 s’étendant selon l’axe X et dont le diamètre extérieur est légèrement inférieur au diamètre de la chambre de remplissage 25 cylindrique de la vanne bi-voies 40 tubulaire, au jeu de fonctionnement près. La paroi périphérique 26 est apte à obturer les orifices de sortie 22,23. Selon la figure 2, la paroi périphérique comporte des orifices radiaux 29 traversant disposés sensiblement à une même position axiale pour permettre l’écoulement de l’huile par lesdits orifices 29.

La paroi de contrôle 24 partage la chambre de remplissage cylindrique 25 en deux chambres 27,28 : une première chambre principale 27 d’alimentation pour contenir de l’huile et une seconde chambre dite de contrôle 28. Dans ladite seconde chambre 28 de contrôle, un élément élastique 35 de rappel est disposé ; ledit élément élastique peut être un ressort hélicoïdal fixé par une extrémité à la paroi de contrôle 24 et par l’autre extrémité opposée à un élément fixe de la paroi de la chambre de contrôle 28 représenté ici par un bouchon. L’élément élastique 35 est apte à renvoyer la paroi de contrôle 24 vers une position d’équilibre qui peut être la première position extrême de la paroi de contrôle 24. La raideur de l’élément élastique est faible, elle pourra être déterminée suite à des essais. La paroi de contrôle est donc soumise à deux forces antagonistes : d’une part, la force exercée par la pression d’huile dans la chambre principale d’alimentation 27 et d’autre part, la force de rappel de l’élément élastique 35. Le différentiel entre ces forces entraine le coulissement selon l’axe X de la paroi de contrôle. Ledit déplacement par coulissement de la paroi de contrôle 24 amène les orifices radiaux 29 de la paroi périphérique 26 au droit d’un des orifices de sortie 22,23 , notamment au droit de l’entaille annulaire 31, et ainsi permettre le dégagement dudit orifice de sortie. L’évacuation de l’huile contenue dans la chambre de remplissage cylindrique 25 et plus particulièrement depuis la chambre principale 27 peut alors s’effectuer ; le second orifice de sortie est alors obturé de façon sensiblement simultanée.

Selon la figure 2, la paroi de contrôle 24 comporte un orifice d’équilibrage 36 qui est ici axial et traversant pour permettre un passage de l’huile de la chambre principale 27 vers la chambre de contrôle 28.

Un orifice de fuite 33 est creusé dans l’enveloppe cylindrique 30 pour déboucher dans la chambre de contrôle 28, ledit orifice de fuite est connecté par exemple à un conduit de retour d’huile 43. L’ouverture dudit orifice de fuite 33 est contrôlée et de manière préférentielle en fonction d’un seuil de température. Le débit de fuite est très faible et le contrôle de l’ouverture de l’orifice de fuite peut être réalisé grâce à une électrovanne 37 de petite performance et de dimensions réduites. L’ouverture peut être aussi contrôlée grâce à un clapet 36’ à mémoire de forme disposé par exemple dans la chambre de contrôle 28 en regard avec l’orifice de fuite 33 et apte à obturer cet orifice de fuite. On choisira de disposer soit d’une électrovanne 36 gérée par l’unité de contrôle 41, soit du clapet 36’ à mémoire de forme selon les contraintes de fonctionnement du dispositif de contrôle 20. On note également que pour gérer la distribution de l’huile avec la vanne bi-voies selon l’un ou l’autre des deux conduits de sortie, le mode de réalisation avec un seul clapet à mémoire de forme ne suffit pas.

Ainsi, lorsque la température de l’huile est en dessous d’un seuil de température, l’orifice de fuite 33 est fermé. L’huile entre dans la chambre de remplissage 25 par la première chambre principale 27. De l’huile peut alors passer via l’orifice axial 36 dans la seconde chambre de contrôle 28. La pression d’huile dans les deux chambres est alors sensiblement égale. L’élément élastique 35 de faible raideur est apte à maintenir axialement la paroi de contrôle 24 dans la première position extrême par exemple pour permettre l’évacuation de l’huile dans le conduit de dérivation 14 pour contourner l’échangeur de chaleur. A l’atteinte du seuil de température, l’orifice de fuite est ouvert et l’huile contenue dans la seconde chambre de contrôle 28 est évacuée par le conduit de retour d’huile 43 pour par exemple lubrifier des paliers d’arbre. La pression dans la seconde chambre de contrôle 28 est alors égale à la pression atmosphérique. La paroi de contrôle 24 est alors poussée par la pression d’huile dans la chambre principale et elle coulisse vers la seconde position extrême axiale. Dans cette position, les orifices radiaux 29 de la paroi périphérique 26 sont au droit de l’entaille annulaire 31 et de l’orifice de sortie d’échange 22. L’huile contenue dans la chambre principale 27 peut alors passer au travers des orifices radiaux 29 et s’écouler dans l’entaille annulaire 31 avant de passer au travers de l’orifice de sortie d’échange 22 pour s’écouler dans le conduit d’échange 11. La paroi périphérique 26 dans cette position est apte à obturer l’orifice de sortie de dérivation 23.

Le contrôle de l’ouverture de l’orifice de fuite 33 permet donc de diriger l’huile vers le conduit de passage 11 vers l’échangeur ou vers le conduit de dérivation 14.

Selon un autre mode de réalisation représenté en figure 3, la vanne bi-voies présente l’orifice de sortie d’échange ouverte et connectée avec le conduit d’échange 11 lorsque l’orifice de fuite est fermé. Ce mode de réalisation privilégie le passage par l’échangeur de chaleur avec la fermeture de l’orifice de fuite pour permettre une régulation de la température d’huile par défaut. L’objectif est atteint : le dispositif de contrôle de débit d’huile dans le conduit de passage 11 vers l’échangeur ou dans le conduit de dérivation 14 est simple avec des éléments de contrôle qui peuvent de faible encombrement car le débit à contrôler est faible. On obtient ainsi une vanne bi-voies 40 à faible coût de d’encombrement faible.

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.

On peut avoir également une paroi de contrôle mobile en pivotement autour de l’axe de la chambre de remplissage sans que cela nuise à la portée de l’invention.

On peut aussi disposer de plusieurs clapets à mémoire de forme pour avoir des modes de fonctionnement différents de la vanne bi-voies selon un seuil de température et de pression.

Ledit dispositif de contrôle peut également être appliqué pour d’autres types de moteurs (moteur de bateau, moteur de motocycle, moteur de générateur d’électricité).

Claims (7)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de contrôle (20) de débit d’huile pour la lubrification d’un moteur thermique dans un circuit de circulation d’huile comprenant un canal d’huile d’entrée se divisant en aval en conduits de sortie qui comprennent : -un conduit de passage (11 ) dans un échangeur (12), -un conduit de dérivation (14), Lesdits deux conduits de sortie (11,12) conduisant ensuite à une rampe principale d’alimentation d’huile du moteur, ledit dispositif de contrôle étant apte à distribuer un flux d’huile dans l’un ou l’autre conduit en fonction de la température d’huile, caractérisé en ce que le dispositif comprend une vanne bi-voies (40) connectée avec le canal d’entrée et comportant un orifice de fuite (33) à ouverture contrôlée pour gérer la distribution d’huile dans les conduits de sortie (11,14).
2. 2. Dispositif de contrôle (20) de débit d’huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’ouverture de fuite (33) est ouverte à l’atteinte d’un seuil de température d’huile.
3. 3. Dispositif de contrôle (20) de débit d’huile selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le contrôle d’ouverture/fermeture de l’orifice de fuite (33) est réalisé grâce à un élément dans une liste comprenant une électrovanne, un clapet thermostatique.
4. 4. Dispositif de contrôle (20) de débit d’huile selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vanne bi-voies (40) comprend une premier orifice de sortie d’échange (22) connecté avec le conduit de passage (11) dans l’échangeur, et un deuxième orifice de dérivation (23) connecté avec le second conduit de dérivation (14), et un élément de contrôle mobile (24) entre une première position pour obturer l’orifice de sortie d’échange (22) tout en ouvrant l’orifice de dérivation (23), et une seconde position pour obturer l’orifice de dérivation (23) tout en ouvrant le second orifice de sortie d’échange (22).
5. 5. Dispositif de contrôle (20) de débit d’huile selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne bi-voies (40) comporte une chambre de remplissage (25) d’huile partagée en une chambre d’alimentation principale (27) et une chambre de contrôle (28) par une paroi de contrôle (24) apte à obturer l’orifice d’échange (22) et l’orifice de dérivation (23) de façon alternative.
6. 6. Dispositif de contrôle (20) de débit d’huile selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi de contrôle (24) est tenue par un élément élastique de rappel (35) fixé à la paroi de la chambre de contrôle.
7. 7. Dispositif de contrôle (20) de débit d’huile selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la paroi de contrôle (24) comprend un orifice d’équilibrage (36).