FR2547003A1 - Embrayage de ventilateur, notamment pour circuit de refroidissement d'un moteur a combustion interne et dispositif de commande d'un tel embrayage - Google Patents
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Abstract
EMBRAYAGE DE VENTILATEUR, NOTAMMENT POUR CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE, LEDIT VENTILATEUR COMPORTANT UN ROTOR 14 MONTE TOURNANT SUR UN ARBRE D'ENTRAINEMENT 10 MU PAR LEDIT MOTEUR, ET LEDIT EMBRAYAGE COMPRENANT UN DISPOSITIF A FRICTION 26, 34, 20 INTERPOSE ENTRE LEDIT ARBRE 10 ET LEDIT ROTOR 14 ET UN DISPOSITIF DE COMMANDE 36 ASSOCIE AUDIT DISPOSITIF A FRICTION POUR ASSURER L'ENGAGEMENT OU LE DEGAGEMENT DE CE DERNIER, CARACTERISE EN CE QUE LEDIT DISPOSITIF DE COMMANDE 36 COMPREND UN ELEMENT DE BUTEE 38 MONTE AXIALEMENT FIXE PAR RAPPORT AUDIT ARBRE 10, UN ELEMENT D'ENTRAINEMENT 42 MONTE AXIALEMENT MOBILE PAR RAPPORT AUDIT ARBRE ET COOPERANT AVEC LEDIT DISPOSITIF A FRICTION, UNE CHAMBRE 54 A VOLUME VARIABLE DEFINIE ENTRE LEDIT ELEMENT DE BUTEE 38 ET LEDIT ELEMENT D'ENTRAINEMENT 42, ET DES MOYENS GENERATEURS DE FLUIDE SOUS PRESSION ASSOCIES A LADITE CHAMBRE 54 ET MAINTENANT DANS CELLE-CI UNE PRESSION DE FLUIDE FONCTION DE LA TEMPERATURE DUDIT CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT.
Description
Embrayage de ventilateur, notamment pour circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne.
L'invention se rapporte à un embrayage de ventilateur, notamment pour circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile.
On rappellera brièvement que la plupart des moteurs à combustion interne d'automobiles sont refroidis par circulation d'eau, le circuit comprenant également un échangeur de chaleur grâce auquel l'eau cède à l'air ambiant une partie de ses calories. Un ventilateur entrainé par le moteur est associé à l'échangeur de chaleur pour améliorer les performances de ce dernier.
I1 est connu depuis longtemps de prévoir un embrayage entre l'arbre d'entrainement du ventilateur et le rotor de ce dernier, et ceci, pour deux raisons principales - la première tient au fait que, dans certaines conditions de fonctionnement (lors du démarrage du moteur, basse température extérieure, circulation à grande vitesse, etc.) la circulation forcée d'air a' travers l'échangeur n'est pas souhaitée ou encore la circulation d'air naturellement imposée à travers l'échangeur par la vitesse de véhicule suffit à maintenir la température de l'eau de refroidissement audessous d'une valeur limite acceptable.
La seconde tient au fait que le rendement du moteur à explosion est optimal lorsque la température de l'eau de refroidissement reste voisine d'une température nominale, généralement légèrement inférieure a' la température maximale admise.
Grâce à un tel embrayage, le ventilateur est entrainé uniquement lorsque nécessaire et il en résulte une amélioration sensible du rendement énergétique global du moteur et de ses annexes ou, autrement dit, une diminution de la consommation en carburant de ce dernier.
De plus, le non-fonctionnement du ventilateur durant certaines périodes entraine une diminution du bruit émis par le ventilateur.
Les systèmes d'embrayage couramment employés actuellement sont de deux types - le premier type, dit "embrayage électromagnétique", comprend essentiellement un dispositif à friction associé à l'arbre d'entraînement et au rotor de ventilateur et un dispositif électromagnétique destiné à commander lengage- ment ou le dégagement du dispositif à friction, ce dispositif électro-magnétique étant piloté par un thermo-contact qui relève la température dé l'eau dans le circuit de refroidissement. De tels dispositifs sont généralement complexes et coûteux, notamment en raison de la robustesse qu'ils doivent présenter eu égard aux conditions environnantes.De plus, avec un système de ce type, l'engagement du dispositif de friction se produit en un laps de temps très court (inférieur à 0,4 seconde), de sorte que l'entrainement du rotor de ventilateur se produit de manière relativement brutale, ce qui peut entrainer à la longue des détériorations du rotor de ventilateur et/ou de son embrayage.
Le second type, dit "embrayage visqueux",comporte un coupleur hydraulique entre l'arbre d'entrainement et le rotor de ventilateur, ce coupleur hydraulique étant rempli d'un fluide dont la viscosité augmente avec la température. Pour les basses températures, la viscosité du fluide étant faible, le coupleur transmet par conséquent un faible couple d'entranement au rotor de ventilateur, tandis qu'à haute température, la viscosité du fluide étant importante, le coupleur transmet un couple d'entraînement important au rotor de ventilatuer.On notera toutefois que ce dispositif présente les trois inconvénients suivants :en premier lieu, à basse température, la viscosité du fluide n'étant jamais nulle, le coupleur transmet-en toutes circonstances un couple d'entranement résiduel au rotor de ventilateur, au détriment du rendement énergétique global du moteur ; en second lieu, à haute température, la viscosité du fluide n'étant jamais infinie, la transmission de couple entre l'arbre d'entrainement et le rotor du ventilateur s'effectue en toutes circonstances avec unrendement inférieur à 100%, également au détriment du rendement énergétique global du moteur, en troisième lieu, l'échauffement du fluide est assuré uniquement par l'air venant de traverser l'échangeur de chaleur et non par l'eau du circuit de refroidissement.
Par contre, ce système procure l'avantage d'un entrainement progressif du rotor de ventilateur, ce qui supprime les à-coups sur ce dernier et les risques de détériorations qui pourraient en résulter.
Pour pallier ces inconvénients, la présente invention propose un embrayage de ventilateur, notamment pour circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, dans lequel ledit ventilateur comporte un rotor monté tournant sur un arbre d'entrainement mû par ledit moteur, un dispositif à friction étant interposé entre ledit arbre et ledit rotor, et dans lequel un dispositif de commande est associé audit dispositif à friction pour assurer l'engagement ou le dégagement de ce dernier, -caractérisé en ce que ledit dispo sitif de commande comprend un élément de butée monté axialement fixe par rapport audit arbre,un élément d'entraine- ment monté axialement mobile par rapport audit arbre et coopérant avec ledit dispositif à friction, une chambre à volume variable définie entre ledit élément de butée et ledit élément d'entrainement, et des moyens générateurs de fluide sous pression associés à ladite chambre et maintenant dans celle-ci une pression de fluide fonction de la température dudit circuit de refroidissement.
L'invention sera mieux comprise et ses avantages ressortiront clairement à la lecture de la description qui va suivre en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif conforme à l'invention - la figure 2 est une vue de détail d'une partie de la figure 1 correspondant à une première variante du dispositif selon l'invention, et - la figure 3 est une vue de détail d'une partie de la figure 1 et représente une seconde variante du dispositif selon l'invention.
Si l'on considère tout d'abord la figure 1, la référence 10 désigne un arbre d'entralnement entrainé en rotation par un moteur à combustion interne, situé vers la droite si l'on considère la figure, d'une manière non représentée. Sur l'extrémité 12 de l'arbre 10 située à l'opposé du moteur est monté un rotor de ventilateur 14 par l'intermédiaire de roulements 15. Comme représenté, le rotor 14 comprend un flasque 16 sur lequel sont fixées des pales de ventilateur 18 radiales. Sur la face du flasque dirigée vers le moteur sont fixées des garnitures de friction 20.
Dans la partie 22 de l'arbre d'entrainement située immédiatement à droite du rotor 14 sont ménagées un certain nombre de cannelures axiales 24 et un disque d'embrayage 26 est monté sur l'arbre d'entrainement 10 au niveau de sa partie 22, le disque 26 présentant en bordure de son orifice central un certain nombre de gorges axiales 28 dans lesquelles sont engagées les cannelures 24 de l'arbre, de telle sorte que le disque d'embrayage 26 est entrainé en rotation avec l'arbre 10 toute en étant libre de se déplacer axialement par rapport à ce dernier. Des ressorts 30, prenant appui d'une part sur le disque d'embrayage 26 et d'autre part sur une bague 32 montée sur l'arbre d'entrainement 10 entre le rotor de ventilateur et le disque d'embrayage 26, sollicitent ce dernier en éloignement par rapport au rotor.
Enfin, le disque d'embrayage 26 comporte une surface de friction 34 en regard des garnitures de friction 20 du rotor.
Un dispositif de commande 36 est monté autour de l'abre 10, du côté du disque d'embrayage 26 opposé au rotor 14. Le dispositif de commande 36 se compose d'un élément de butée 38 réalisé sous la forme d'une bague montée à rotation autour de l'arbre 10 grace à des roulements 40 et axialement immobile par rapport à ce dernier ; et d'un élément d'entrainement 42, également réalisé sous la forme d'une bague entourant l'arbre 10, interposée entre la bague de butée 38 et le disque d'embrayage 26 et montée sur ce dernier par l'intermédiaire de roulements 44. Les deux bagues de butée et d'entrainement 38 et 42 coulissent l'une par rapport à l'autre le long de deux portées cylindriques 46 et 48 équipées de joints 50 et 52 respectivement. De la sorte, une chambre annulaire 54 est délimitée de façon étanche entre les deux bagues de butée et d'entrainement.
L'ensemble du dispositif de commande composé des deux bagues de butée et d'entrainement est immobilisé en rotation par rapport à l'arbre 10 au moyen d'entretoises 58 fixées à leurs extrémités à la bague de butée 38 et au moteur 56 respectivement, ou par tout autre moyen approprié.
Dans ce premier mode de réalisation, la chambre 54 communique avec l'extérieur au moyen d'un orifice 60 auquel aboutit une conduite d'air comprimé (non représentée) reliée l'un des réservoirs d'air comprimé du véhicule, lorsque celui-ci possède une installation de production d'air comprimé. Une électrovalve de commande est interposée sur la conduite d'air comprimé pour commander l'admission d'air comprimé vers la chambre 54 ou la mise à l'atmosphère de la chambre 54 en réponse aux indications délivrées par un thermo-contact monté dans le circuit de refroidissement.
Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante lorsque la température du circuit de refroidissement est inférieure à une valeur prédéterminée, le thermo-contact se trouve dans une condition (fermée par exemple) pour laquelle l'électrovalve met en communication la chambre 54 avec l'atmosphère. Dans cette situation, les ressorts 30 repoussent le disque d'embrayage 26 en éloignement par rapport au rotor 14 jusque dans une position dans laquelle la bague d'entrainement 42 est en appui sur la bague de butée 38 et la surface de contact 34 du disque d'embrayage est éloignée des garnitures de friction 20 du rotor, comme représenté à la figure 1. Par conséquent, le mouvement rotatif de l'arbre d'entrainement et du disque d'embrayage 26 n'est pas transmis au rotor de ventilateur 14.
Lorsque la température du circuit de refroidissement depasse une valeur prédéterminée, le thermo-contact change de condition (ouverte par exemple) et l'électrovalve change de position pour interrompre la communication entre l'atmosphère et la chambre 54 et mettre cette dernière en communication avec le réservoir d'air comprimé. Par suite de l'admission d'air comprimé dans la chambre 54, la bague d'entraînement 42 se déplace axialement en éloignement de de la bague de butée 38 en entrainant dans sa course le disque d'embrayage 26, à l'encontre des ressorts 30, jusqu'à venue en contact de a surface 34 du disque d'embrayage et des garnitures de friction 20 du rotor 14.Dans cette situation, le mouvement rotatif de l'arbre d'entrai- nement 10 est transmis au rotor 14 par l'intermédiaire du disque d'embrayage et des garnitures de friction 20. Pour éviter d'imprimer au rotor des à-coups lors de l'engagement du disque d'embrayage et des garnitures de friction 20, on introduira avantageusement dans la conduite d'alimentation en air comprimé un dispositif retardateur, comme par exemple une restriction, afin de rendre progressif l'établissement de la pression dans la chambre 54 et d'obtenir, par voie de conséquence, un engagement progressif entre le disque d'embrayage et les garnitures de friction s'étalant sur une durée de quelques secondes.Un tel mode de réalisation conviendra parfaitement pour des véhicules disposant d'une source d'air comprimé, et-l'on remarquera que la chambre 54 étant entièrement fermée et de petites dimensions, la consommation d'air comprimé est pratiquement négligeable.
La figure 2 à laquelle on se réfèrera maintenant est une vue de la partie de la figure 1 délimitée par le contour désigné par la référence II, et correspondant à une première variante selon l'invention. Les éléments identiques à ceux de la figure 1 y sont désignés par les mêmes références.
Dans cette variante, un clapet à bille 62 est monté dans l'orifice 60 et la chambre 54 est partiellement remplie, au travers du clapet 62, d'un liquide par exemple organique dont les propriétés seront exposées ci-après. Une résistance chauffante 64 est logée dans la chambre 54 et l'alimentation électrique de cette résistance est assurée au moyen d'un câble 66 qui traverse de manière étanche la bague d'entrainement 42. Un thermo-contact (non représenté) associé au circuit de refroidissement, est monté sur le câble 66 entre la résistance 64 et la batterie électrique du véhicule.
Lorsque la température du circuit de refroidissement est inférieure à une valeur de consigne prédéterminée, le thermo-contact est en condition ouverte et la résistance chauffante 64 est hors tension. Le liquide organique contenu dans la chambre 54 reste donc à l'état liquide et la bague d'entrainement est repoussée au contact de la bague de butée 38 sous l'influence des ressorts 30.
Lorsque la température du circuit de refroidissement dépasse la valeur de consigne, le thermo-contact passe en condition fermée et la résistance chauffante 64 est alors sous tension. La chaleur dégagée par la résistance chauffante élève la température du liquide organique jusqu'à sa température de vaporisation. Lorsque cette température est atteinte, la vaporisation du liquide organique engendre une pression de vapeur dans la chambre 54, ce qui a pour effet de repousser la bague d'entrainement 42, ainsi que le disque d'embrayage 26 jusqu'au contact avec les garnitures de friction 20.
Lorsque la température du circuit de refroidissement redescend au-dessous de la valeur de consigne, le thermo-contact s'ouvre et la résistance chauffante est à nouveau hors tension. Le liquide organique contenu dans la chambre 54 se refroidit progressivement au-dessous de sa température de vaporisation et la vapeur précédemment produite se condense, ce qui a pour effet de réduire la pression dans la chambre 54 et de permettre un retour de la bague d'en trainement 42 et du disque d'embrayage 26,- sous l'effet des ressorts 30, en éloignement des garnitures de friction 20.
On notera que, grâce à ce mode de réalisation, on obtient un engagement très progressif entre le disque d'embrayage 26 et les garnitures de friction 20 du rotor 14, d'une durée de quelques secondes à quelques dizaines de secondes, évitant ainsi tout à-coup sur le rotor. Le liquide organique lui-même devra être choisi de telle sorte que sa température de vaporisation soit quelque peu supérieure à la température régnant habituellement dans l'environnement d'un moteur à combustion interne4 et les joints 50 et 52 seront réalisés en un matériau compatible avec le liquide choisi. Enfin, compte tenu du long temps d'embrayage, qui se traduit par un glissement relatif prolongé entre le disque d'embrayage 26 et les garnitures de friction 20, on choisira avantageusement pour ces dernières un matériau à base de céramique.
On se reporte maintenant à la figure 3 qui représente une variante de la partie de la figure 1 délimitée par le contour désigné par la référence III. Les éléments identiques à ceux des figures 1 et 2 y portent les memes numéros de référence. Ce mode de réalisation présente, par rapport à celui de la figure 2, les différences suivantes - la résistance chauffante 64 et son câble d'alimentation 66 ont été supprimés, et la chambre 54 fermée de façon étanche contient une quantité prédéterminée fixe du liquide organique.
- la bague d'entrainement 42 porte à sa périphérie un certain nombre d'ailettes radiales 68, dirigées axialement, qui sont constamment léchées par le flux d'air qui traverse préalablement l'échangeur de chaleur (non représenté) monté dans le circuit de refroidissement du moteur et situé en amor des pales de ventilateur 18. Grâce à ces ailettes, la bague d'entrainement 42 et le liquide organique contenu dans la chambre 54 sont constamment portés à la température de l'air ayant traversé l'échangeur de chaleur. Dans ce cas, le liquide organique est choisi de telle sorte que sa température de vaporisation soit égale ou quelque peu inférieure à la température de consigne désirée pour le circuit de refroidissement.En effet, lorsque la température de l'air en aval de l'échangeur de chaleur augmente, le liquide organique 54 atteint sa température de vaporisation, et la pression ainsi engendrée dans la chambre 54 provoque le déplacement de la bague d'entrainement 42 et l'engagement du disque d'embrayage 26 contre les garnitures de friction 20 comme précédemment décrit. Au contraire, lorsque la température de l'air, en aval de l'échangeur de chaleur, tombe au-dessous de la température de consigne, la température de la bague d'entrainement 42 et du liquide organique contenu dans la chambre 54 diminue également grace aux ailettes 68 et la fraction de liquide précédemment vaporisée se condense, ce qui provoque le retour de la bague d'entrainement 42, ainsi que l'éloignement du disque d'embrayage 26 par rapport aux garnitures de friction 20 du rotor.
On peut utiliser, dans la chambre 54, tout agent de dilatation thermique, ayant un coefficient élevé, à la place d'un liquide organique vaporisable.
On remarquera donc que les embrayages selon la présente invention procurent un gain de consommation énergétique et une réduction du bruit émis par le moteur en alliant les avantages des embrayages électromagnétiques (entrainement en tout ou rien) et des embrayages visqueux (engagement progressif) tout en évitant les inconvénients de l'un (complexité, engagement par à-coup) et de l'autre (entrainement résiduel à basse température) et ce tout en permettant de manière simple de choisir entre une commande en fonction de la température de l'eau du circuit de refroidissement et une commande en fonction de la température de l'air traversant l'échangeur de chaleur de ce meme circuit,
Claims (10)
1. Embrayage de ventilateur, notamment pour circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, ledit ventilateur comportant un rotor (14) monté tournant sur un arbre d'entrainement (10) mû par ledit moteur, et ledit embrayage comprenant un dispositif à friction (26,34,20) interposé entre ledit arbre (10) et ledit rotor (14) et un dispositif de commande (36) associé audit dispositif à friction pour assurer l'engagement ou le dégagement de ce dernier, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande (36) comprend un élément de butée (38) monté axialement fixe par rapport audit arbre (10), un élément d'entrane- ment (42) monté axialement mobile par rapport audit arbre et coopérant avec ledit dispositif à friction, une chambre (54) à volume variable définie entre ledit élément de butée (38) et ledit élément d'entrainement (42), et des moyens générateurs de fluide sous pression associés à ladite chambre (54) et maintenant dans celle-ci une pression de fluide fonction de la-température dudit circuit de refroidissement.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs de fluide sous pression comportent une source d'air comprimé alimentant la chambre (54) par un orifice (60) traversant l'un desdits éléments précités (38,42) et des moyens reliant ladite chambre (54) à la source d'air comprimé ou à l'atmosphère ambiante en fonction de la température du circuit de refroidissement.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre (54) est close et au moins partiellement remplie d'un liquide organique présentant une température de vaporisation prédéterminée ou d'un agent à coefficient élevé de dilatation thermique.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance chauffante (64) montée dans ladite chambre (54) et un câble d'alimentation (66) pour ladite résistance (64), ledit câble étant prévu pour etre relié à une source d'alimentation électrique, et en ce que ledit liquide organique présente une température de vaporisation supérieure à celle qui règne au voisinage dudit moteur.
5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'un desdits élements (38, 42) est pourvu d'un certain nombre d'ailettes (68) d'échange thermique léchées par l'air traversant ledit ventilateur, et en ce que ledit liquide organique présente une température de vaporisation prédéterminée inférieure à la température maximale admise pour ledit circuit de refroidissement.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit dispositif à friction comporte des garnitures de friction (20) montées sur ledit rotor (14) de ventilateur et un disque d'embrayage (26) monté solidaire en rotation sur ledit arbre (10) et présentant une surface d'engagement (34) en regard desdites garnitures de friction (20), ledit disque d'embrayage (26) étant axialement déplaçable par- rapport audit arbre par l'élément d'entrainement (42).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande (36) est monté sur ledit arbre (10) à l'opposé dudit rotor (14) par rapport au disque d'embrayage (26).
8. Dispositi selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément de butée (38) du dispositif de commande (36) consiste en une bague montée à rotation sur ledit arbre (10), ledit élément d'entrainement (42) consistant également en une bague montée à rotation sur ledit disque d'embrayage (26), les eux bagues (38,42) étant montées coulissantes l'une par rapport à l'autre le long de deux portées cylindriques (46,48) et définissant de façon étanche entre elles ladite chambre (54).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite bague de butée (38) est immobilisée en rotation par rapport audit arbre (1D) au moyen d'entretoises (58) fixées à leurs extrémités à la bague de butée (38) et au moteur (56).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, -caractérisé en ce qu'il comporte des moyens formant ressort (30) interposés entre ledit arbre (10) et ledit disque d'embrayage (26), sollicitant ce dernier en éloignement dudit rotor (14).
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| FR8309105A FR2547003A1 (fr) | 1983-06-01 | 1983-06-01 | Embrayage de ventilateur, notamment pour circuit de refroidissement d'un moteur a combustion interne et dispositif de commande d'un tel embrayage |
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| WO1992001874A1 (fr) * | 1990-07-17 | 1992-02-06 | Automotive Products Plc | Embrayage a friction |
| GB2260383A (en) * | 1990-07-17 | 1993-04-14 | Automotive Products Plc | A friction clutch |
| GB2260383B (en) * | 1990-07-17 | 1994-04-06 | Automotive Products Plc | A friction clutch |
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