WO2016034783A1 - Embrayage à carter à flux d'air circulant et refroidi par des moyens de refroidissement internes - Google Patents

Embrayage à carter à flux d'air circulant et refroidi par des moyens de refroidissement internes Download PDF

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WO2016034783A1
WO2016034783A1 PCT/FR2015/052027 FR2015052027W WO2016034783A1 WO 2016034783 A1 WO2016034783 A1 WO 2016034783A1 FR 2015052027 W FR2015052027 W FR 2015052027W WO 2016034783 A1 WO2016034783 A1 WO 2016034783A1
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air
clutch
housing
heat transfer
transfer fluid
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/052027
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English (en)
Inventor
Benjamin Petit
Cedric ARENNE
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles Sa
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D13/00—Friction clutches
    • F16D13/58—Details
    • F16D13/72—Features relating to cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/02—Overheat protection, i.e. means for protection against overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D2300/021—Cooling features not provided for in group F16D13/72 or F16D25/123, e.g. heat transfer details
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    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/26—Cover or bell housings; Details or arrangements thereof

Definitions

  • the invention relates to clutches, and more specifically the cooling of these clutches.
  • a clutch is a mechanical system providing a coupling between a heat engine and a gearbox (mechanical or driven). It comprises for this purpose a flywheel, at least one friction disk, and a pressure mechanism (comprising at least one pressure plate and a cover, and a possible diaphragm).
  • the flywheel (which can be single or double (primary and secondary)) is intended to be secured (in rotation but in free translation) to a shaft of the engine, for example its crankshaft.
  • the friction disk is intended to be secured to a primary shaft of the gearbox.
  • the pressure plate (of the pressure mechanism) is responsible for pressing the friction disk against the flywheel when it is pushed by a member such as a diaphragm under the action of a stop, itself actuated by a clutch control.
  • the cover (of the pressure mechanism) makes it possible to firmly secure the latter to the flywheel.
  • the pressure mechanism comprises in its lid and / or in its possible diaphragm first openings for the entry of air and peripheral openings for the output of this air in the vicinity of the flywheel / cover junction.
  • the torque that is produced by the heat engine is first transmitted to the flywheel via the crankshaft (through its rotational movement), then to the friction disc and finally to the primary shaft of the gearbox.
  • the increase in the temperature of the clutch parts that are involved in the friction may exceed one threshold beyond which we observe a deterioration of the transmission of the couple, even a deterioration or breakage of certain rooms.
  • thermal protection strategies have been proposed, particularly in the field of vehicles (generally automotive type). These strategies are integrated in software either in the computer supervising the engine (and usually called “Multifunction Motor Control” (or CMM)) when the gearbox is manual, or in the gearbox actuator when the latter is controlled, and generally take into account the measurement of the temperature of the pressure plate, which is estimated continuously throughout the life of the vehicle. When certain temperature thresholds are reached, protections are put in place, for example by activating the motor-fan unit and / or modifying the depression mapping of the accelerator pedal, in an attempt to reduce the temperature of the plateau of pressure.
  • CMM Multifunction Motor Control
  • a clutch comprising a housing housing:
  • At least one friction disc capable of being secured to a primary shaft of a gearbox
  • a pressure mechanism comprising at least one pressure plate, adapted to press the friction disk against the flywheel, a cover fixedly secured to the flywheel and housing the pressure plate, the first openings for the air inlet , and peripheral openings for the output of this air.
  • This clutch is characterized by the fact that its housing also houses, on an inner face and on the path of the air downstream of the peripheral openings, cooling means which contain a coolant capable of capturing the calories contained in this air so as to to cool the latter.
  • the clutch according to the invention may comprise other features that can be taken separately or in combination, and in particular:
  • Its cooling means can be arranged to be supplied with circulating heat transfer fluid, by an external cooling circuit; its cooling means may comprise at least one heat exchanger of air / heat transfer fluid type;
  • At least one heat exchanger air / heat transfer fluid can be installed on a downstream portion of the internal face of the housing, intended to be located in the vicinity of the gearbox;
  • An air / heat transfer fluid type heat exchanger can be installed on a peripheral part of the inner face of the casing which is situated opposite the peripheral openings;
  • Its cooling means may comprise at least one channel defined in a peripheral portion of the inner face of the housing which is located opposite the peripheral openings and containing at least the heat transfer fluid;
  • the channel may include an input and an output for coupling respectively to auxiliary and auxiliary outputs of the external cooling circuit
  • the channel may be non-opening and may comprise a sealed sub-portion, containing a heat-transfer product, and adapted to be surrounded by the heat transfer fluid so that part of the calories transferred in this coolant can be captured by the heat-transfer product to cool it;
  • the heat transfer product can be chosen from at least sodium, lithium and potassium.
  • control means arranged to control the quantity of heat transfer fluid which supplies the cooling means as a function of an estimate of the temperature of the air supplied by an internal sensor.
  • the invention also proposes a vehicle, possibly of automobile type, and comprising a gearbox, a heat engine, and a clutch of the type of that presented above and coupled to the gearbox and to the heat engine.
  • FIG. 1 diagrammatically and functionally illustrates an example of a motor vehicle comprising a first embodiment of a clutch according to the invention coupled to a cooling circuit of the heat engine,
  • FIG. 2 schematically illustrates, in a longitudinal sectional view, a second embodiment of a clutch according to the invention
  • FIG. 3 schematically illustrates, in a perspective view, a part of the clutch of FIG.
  • the object of the invention is notably to propose an EM clutch intended to ensure a coupling between a thermal engine MT and a gearbox BV and having internal MR cooling means.
  • the clutch EM, the heat engine MT and the gearbox BV are intended to equip a vehicle V of automobile type, such as a car.
  • the invention is not limited to this application. It concerns indeed any system comprising at least one gearbox to be coupled to a heat engine via a clutch. Consequently, the invention relates in particular to land vehicles (cars, motorcycles, commercial vehicles, coaches (or buses), trucks, road vehicles, construction machinery, handling equipment, trains), river or maritime vehicles, aircraft , some buildings (public or private), and some industrial facilities (public or private).
  • the vehicle V comprises a powertrain (or GMP) of conventional type, that is to say comprising only a thermal engine MT.
  • the vehicle V could be of the hybrid type (in this case, it comprises at least one thermal engine MT and at least one auxiliary machine for generating torque (possibly electrical type)).
  • FIG. 1 diagrammatically illustrates a nonlimiting example of a vehicle V with a conventional powertrain and, here, of the automotive type. As illustrated, this vehicle V comprises at least one heat engine MT, an engine shaft AM, a gearbox BV, and a clutch EM according to the invention.
  • the thermal engine MT comprises a shaft (motor) AM which can be rotated to provide torque to the clutch EM.
  • this AM shaft is a crankshaft.
  • the transmission BV conventionally comprises a primary shaft (or input) AP and a secondary shaft (or output) AS intended to be coupled to each other in order to transmit the torque (motor) provided by the MT thermal motor, via the EM clutch.
  • the primary shaft AP is designed to receive the motor torque via the EM clutch.
  • the secondary shaft AS is intended to receive the engine torque via the primary shaft AP in order to communicate it to a train (here the front train TV, by way of non-limiting example), via a differential DV and possibly via a shaft of transmission.
  • the clutch EM comprises a housing CE defining at least partially an internal cavity C1 housing a flywheel VM, at least one friction disk DF, a pressure mechanism MP (comprising at least one pressure plate PP and a cover CV, and a possible diaphragm DE), and cooling means MR.
  • the VM flywheel can be single or dual (primary and secondary). It is intended to be firmly fixed to the shaft AM of the heat engine MT.
  • the friction disc DF is intended to be secured, in rotation but free in translation, to the primary shaft AP of the gearbox BV.
  • the pressure plate PP is arranged to press the friction disk DF against the flywheel VM when it is pushed by a member DE, such as a diaphragm, in a clutch phase.
  • a member DE such as a diaphragm
  • This diaphragm DE is in contact with an abutment BE which is responsible for compressing it when it is actuated by a clutch control CE (which here comprises a clutch pedal).
  • the cover CV is fixedly fixed to the VM flywheel and houses the pressure plate PP.
  • the pressure mechanism MP is provided with first openings 01, intended to allow a clean air inlet to cool the parts involved in the friction (VM, DF, PP), and peripheral openings (or radial) OP , intended to allow the output of this cooling air in the vicinity of the flywheel VM / CV cover junction.
  • the first openings 01 are defined in the cover CV and / or in the possible diaphragm DE. Note that in the non-limiting example illustrated in Figure 2, the first openings 01 are defined in the lid CV and in the diaphragm DE. It should also be noted that the air penetrates substantially axially through the first openings 01 defined in the diaphragm DE.
  • the peripheral openings OP are defined in the cover CV facing a peripheral portion PE of the internal face FI of the housing CE.
  • the cooling air thus enters the space defined by the cover CV and the flywheel VM via the first openings 01, then is accelerated by its friction between the tangential surfaces of the clutch EM (by a turbine effect), then is radially evacuated by the peripheral openings OP of the cover CV, and finally is sucked to the abutment BE before crossing again the first openings 01 and then being accelerated again by its friction between the tangential surfaces of the clutch EM, And so on.
  • the cooling means MR are housed on the inner face FI of the casing CE in at least one location in the path of the cooling air downstream of the peripheral openings OP.
  • these MR cooling means contain a heat transfer fluid which is adapted to capture calories contained in the cooling air to cool the latter.
  • the coolant can be either circulating inside the cooling means MR, or contained permanently (or prisoner) inside the latter (MR). It may for example be a coolant such as water, possibly supplemented with at least one additive.
  • the cooling means MR are arranged to be supplied with heat transfer fluid flowing through an external cooling circuit CR.
  • the cooling circuit CR is the one that is responsible for cooling the heat engine MT.
  • This cooling circuit CR thus ensures, here, the fluidic coupling between the thermal engine MT (and more specifically an internal cooling circuit that it comprises) and a cooling radiator RR.
  • the coupling between the cooling circuit CR and the cooling means MR is carried out via a distribution module MD, as for example that which the person skilled in the art calls a "modulo".
  • the latter comprises a main inlet coupled to an upstream portion of an outlet pipe of the cooling radiator RR, an auxiliary outlet coupled to a feed pipe of the cooling means MR (responsible for feeding the latter (MR ) in heat transfer fluid), an auxiliary input coupled to an exhaust pipe of the cooling means MR (responsible for discharging from them (MR) the coolant heated by the calories captured in the internal cooling air flowing in the clutch housing CE), and a main output coupled to a downstream portion of this output hose.
  • the auxiliary input of the modulo MD is arranged to take only a small portion of the coolant flowing in the upstream portion of the outlet hose, so that the remaining portion (majority) of the coolant feeds the engine thermal MT.
  • the cooling circuit CR could be part of another cooling system than that which is responsible for cooling the heat engine MT.
  • it could be part of the air conditioning system (here of the vehicle V), or the cooling system of the gearbox BV, or a cooling system dedicated to the EM clutch.
  • the latter When the heat transfer fluid is circulating in the cooling means MR, the latter (MR) may, for example and as illustrated without limitation in Figures 1 to 3, comprise at least one heat exchanger Ei of air / heat transfer fluid type.
  • the shape of this first heat exchanger E1 preferably embraces all or part of the shape (here substantially circular) of the peripheral portion PE of the internal face FI. In this case, the first heat exchanger E1 has a shape at least partly annular.
  • the cooling air which flows radially through the peripheral openings OP of the cover CV, comes into contact with the first heat exchanger E1, which allows him to transfer a portion of his heat to cold heat transfer fluid circulating in the heat exchanger E1 and which comes here from the radiator cooling RR via modulo MD.
  • the heat transfer fluid which has captured the calories from the cooling air, then becomes warmer than it was initially (it actually went from cold to warm), and returns to the CR cooling circuit via the MD modulo where it is mixed with the rest of the heat transfer fluid that has not been reheated.
  • These heat exchangers E2 and E3 may, for example, have rectangular general shapes, adapted to the environment in which they are located.
  • the cooling air which flows radially through the peripheral openings OP of the cover CV, comes into contact with the three heat exchangers E1 to E3, which enables it to transfer a large part of its heat to the cold heat transfer fluid which circulates in these heat exchangers E1 to E3 and which comes, here, the radiator cooling RR via modulo MD.
  • the cooling means MR could comprise only one heat exchanger E2 or E3 of the air / heat transfer fluid type, installed on the downstream portion PV of the internal face.
  • FI of the casing CE or at least two heat exchangers Ei of air / heat transfer fluid type, installed on the downstream portion PV of the internal face FI of the casing CE, or comprise an air / heat transfer fluid heat exchanger E1, installed on the peripheral portion PE of the internal face FI of the casing CE, and more than two heat exchangers Ei type air / heat transfer fluid, installed on the downstream portion PV of the internal face FI of the casing CE.
  • the cooling means MR comprise several heat exchangers Ei of air / heat transfer fluid type, these (Ei) are preferably fed in parallel by at least one MD distribution module, such as a modulo.
  • the auxiliary output of the modulo MD can feed the different heat exchangers Ei, and the auxiliary input of the modulo MD can collect the coolant circulating in the different heat exchangers Ei.
  • the cooling means MR may comprise at least one channel defined in the peripheral portion PE of the inner face FI of the casing CE and containing at least the coolant. It will be understood that the cooling means MR can not comprise both such a channel and a first heat exchanger E1 because there is not enough space on the peripheral portion PE of the inner face FI of the casing CE. On the other hand, the cooling means MR may comprise both a channel defined in the peripheral portion PE of the internal face FI of the casing CE and at least one heat exchanger E2, E3 installed on the downstream portion PV of the internal face FI. CE cover.
  • the channel may be either non-opening and in this case it permanently contains a same heat transfer fluid (it can then be defined for example by a so-called "lost wax" technique during the molding step of the casing CE, for example), either opening and in this case it allows a circulation of a heat transfer fluid from the cooling circuit CR (it can then be defined for example by machining after the molding step of the housing CE, for example).
  • a non-through channel may also be an open channel whose open ends have been obstructed (for example by a friction welding technique).
  • the channel When the channel is open, it comprises an input and an output which are intended to be coupled respectively to auxiliary and auxiliary input of the cooling circuit CR (for example those of the modulo MD) via ducts (or pipes or hoses). ).
  • the channel When the channel is non-opening, it may optionally comprise a coolant intended to liquefy beyond a certain temperature threshold from which it has very good heat conduction characteristics.
  • a heat transfer fluid may, for example, be sodium, or lithium (for example in the form of salts), or potassium (for example in the form of salts).
  • sodium has a liquefaction point at about 97.5 ° C.
  • the channel when the channel is non-opening, it may be advantageous for it to comprise a sealed sub-part, containing a heat-transfer product, and suitable for being surrounded by the heat transfer fluid trapped so that a portion of the calories transferred into the coolant prisoner can be captured by the coolant to cool it.
  • This option can significantly improve the cooling efficiency of the cooling air.
  • This heat transfer product may be intended to liquefy beyond a certain temperature threshold from which it has very good heat conduction characteristics.
  • it may be sodium, or lithium (for example in the form of salts), or potassium (for example in the form of salts).
  • the channel could be defined in the downstream portion PV of the internal face FI of the casing CE, but this induces a less efficient cooling of the cooling air.
  • control means arranged to control the quantity of heat transfer fluid which supplies the cooling means MR as a function of an estimate of the temperature of the cooling air supplied by an internal sensor to the clutch may comprise a thermostat comprising a heat-sensitive material that expands with temperature.
  • This management can in particular make it possible, on the one hand, to rapidly increase the temperature of the cooling air in the crankcase during periods of extreme cold when the grease of the double damping flywheel can solidify and thus prevent the combustion engine from start, and on the other hand, to regulate the temperature of the cooling air in the EC crankcase to an optimal operating point to avoid a overheating and / or at least partial destruction of the EM clutch.
  • the invention offers several advantages, among which:

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Operated Clutches (AREA)
  • General Details Of Gearings (AREA)

Abstract

Un embrayage (EM) comprend un carter (CE) logeant un volant moteur (VM), propre à être solidarisé à un arbre (AM) d'un moteur thermique, au moins un disque de friction (DF), propre à être solidarisé à un arbre primaire (AP) d'une boîte de vitesses, et un mécanisme de pression (MP) comportant au moins un plateau de pression (PP), propre à plaquer le disque de friction (DF) contre le volant moteur (VM), un couvercle (CV), solidarisé fixement au volant moteur (VM) et logeant le plateau de pression (PP), des premières ouvertures (O1) pour l'entrée d'air, et des ouvertures périphériques (OP) pour la sortie de cet air. Ce carter (CE) loge en outre, sur une face interne (FI) et sur le trajet de l'air en aval des ouvertures périphériques (OP), des moyens de refroidissement (MR) contenant un fluide caloporteur propre à capturer des calories contenues dans cet air afin de refroidir ce dernier.

Description

EMBRAYAGE À CARTER À FLUX D'AIR CIRCULANT ET REFROIDI PAR DES MOYENS DE REFROIDISSEMENT INTERNES
L'invention concerne les embrayages, et plus précisément le refroidissement de ces embrayages.
Un embrayage est un système mécanique assurant un couplage entre un moteur thermique et une boîte de vitesses (mécanique ou pilotée). Il comprend à cet effet un volant moteur, au moins un disque de friction, et un mécanisme de pression (comportant au moins un plateau de pression et un couvercle, ainsi qu'un éventuel diaphragme). Le volant moteur (qui peut être simple ou double (primaire et secondaire)) est destiné à être solidarisé (en rotation mais en translation libre) à un arbre du moteur thermique, par exemple son vilebrequin. Le disque de friction est destiné à être solidarisé à un arbre primaire de la boîte de vitesses. Le plateau de pression (du mécanisme de pression) est chargé de plaquer le disque de friction contre le volant moteur lorsqu'il est poussé par un organe tel qu'un diaphragme sous l'action d'une butée, elle-même actionnée par une commande d'embrayage. Le couvercle (du mécanisme de pression) permet de solidariser fixement ce dernier au volant moteur. Le mécanisme de pression comprend dans son couvercle et/ou dans son éventuel diaphragme des premières ouvertures pour l'entrée d'air et des ouvertures périphériques pour la sortie de cet air au voisinage de la jonction volant moteur / couvercle.
Le couple qui est produit par le moteur thermique est tout d'abord transmis au volant moteur via le vilebrequin (grâce à son mouvement de rotation), puis au disque de friction et enfin à l'arbre primaire de la boîte de vitesses.
Comme le sait l'homme de l'art, dans certaines situations de vie, l'augmentation de la température des pièces de l'embrayage qui sont impliqués dans la friction (mécanisme de pression, volant moteur et disque de friction) peut dépasser un seuil au-delà duquel on observe une dégradation de la transmission du couple, voire une détérioration ou une casse de certaines pièces.
Afin de pouvoir palier partiellement cet inconvénient, des stratégies de protection thermique ont été proposées, notamment dans le domaine des véhicules (généralement de type automobile). Ces stratégies sont intégrées de façon logicielle soit dans le calculateur supervisant le moteur thermique (et généralement appelé « Contrôle Moteur Multifonction » (ou CMM)) lorsque la boîte de vitesses est de type manuel, soit dans l'actionneur de la boîte de vitesses lorsque cette dernière est pilotée, et prennent généralement en compte la mesure de la température du plateau de pression, laquelle est estimée en continu durant toute la vie du véhicule. Lorsque certains seuils de température sont atteints, des protections sont mises en place, par exemple par activation du groupe moto-ventilateur et/ou modification de la cartographie d'enfoncement de la pédale d'accélérateur, pour tenter de diminuer la température du plateau de pression.
Cette solution permet de prolonger temporairement une utilisation abusive de l'embrayage et donc de réduire légèrement la température de l'air à l'intérieur du carter. Mais dès que la stratégie n'est plus mise en œuvre les températures des différentes pièces de friction et de l'air à intérieur du carter d'embrayage recommencent à croître très rapidement.
Il a également été proposé de refroidir le plateau de pression par échange avec un fluide caloporteur circulant au voisinage immédiat de ce dernier. Mais cette solution ne permet pas de refroidir les autres pièces impliquées dans la friction, si bien que la température de l'air intérieur croît rapidement et finalement le fluide caloporteur n'est plus en mesure de refroidir suffisamment le plateau de pression.
Les difficultés de refroidissement mentionnées ci-avant s'avèrent d'autant plus problématiques lorsque l'on souhaite obtenir un allongement des rapports de la boîte de vitesses, notamment dans le but de réduire la consommation d'énergie (et donc la production de C02). En effet, l'allongement de ces rapports conduit à une plus grande sollicitation de l'embrayage, ce qui impose un renforcement de ses pièces et une adaptation des formes de ces dernières qu'il est de plus en plus difficile d'obtenir. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation.
Elle propose notamment à cet effet un embrayage comprenant un carter logeant :
- un volant moteur propre à être solidarisé à un arbre d'un moteur thermique,
- au moins un disque de friction propre à être solidarisé à un arbre primaire d'une boîte de vitesses, et
- un mécanisme de pression comportant au moins un plateau de pression, propre à plaquer le disque de friction contre le volant moteur, un couvercle, solidarisé fixement au volant moteur et logeant le plateau de pression, des premières ouvertures pour l'entrée d'air, et des ouvertures périphériques pour la sortie de cet air.
Cet embrayage se caractérise par le fait que son carter loge également, sur une face interne et sur le trajet de l'air en aval des ouvertures périphériques, des moyens de refroidissement qui contiennent un fluide caloporteur propre à capturer des calories contenues dans cet air afin de refroidir ce dernier.
Grâce au refroidissement de l'air circulant à l'intérieur du carter, on est désormais capable d'obtenir efficacement et notablement une réduction de la température des pièces impliquées dans la friction, ce qui est de nature à augmenter sensiblement la fiabilité et la pérennité de l'embrayage.
L'embrayage selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- ses moyens de refroidissement peuvent être agencés pour être alimentés en fluide caloporteur circulant, par un circuit de refroidissement externe ; ses moyens de refroidissement peuvent comprendre au moins un échangeur de chaleur de type air/fluide caloporteur ;
• au moins un échangeur de chaleur de type air/fluide caloporteur peut être installé sur une partie aval de la face interne du carter, destinée à être située au voisinage de la boîte de vitesses ;
• un échangeur de chaleur de type air/fluide caloporteur peut être installé sur une partie périphérique de la face interne du carter qui est située en regard des ouvertures périphériques ; - ses moyens de refroidissement peuvent comprendre au moins un canal défini dans une partie périphérique de la face interne du carter qui est située en regard des ouvertures périphériques et contenant au moins le fluide caloporteur ;
le canal peut comprendre une entrée et une sortie destinées à être couplées respectivement à des sortie auxiliaire et entrée auxiliaire du circuit de refroidissement externe ;
en variante, le canal peut être non débouchant et peut comprendre une sous partie étanche, contenant un produit caloporteur, et propre à être entourée par le fluide caloporteur afin qu'une partie des calories transférées dans ce fluide caloporteur puisse être captée par le produit caloporteur afin de le refroidir ;
• le produit caloporteur peut être choisi parmi au moins le sodium, le lithium et le potassium.
- il peut également comprendre des moyens de contrôle agencés pour contrôler la quantité de fluide caloporteur qui alimente les moyens de refroidissement en fonction d'une estimée de la température de l'air fournie par un capteur interne.
L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant une boîte de vitesses, un moteur thermique, et un embrayage du type de celui présenté ci-avant et couplé à la boîte de vitesses et au moteur thermique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés (obtenus pour deux d'entre eux en CAO/DAO, d'où le caractère apparemment discontinu de certaines lignes et les niveaux de gris), sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de véhicule automobile comprenant un premier exemple de réalisation d'un embrayage selon l'invention couplé à un circuit de refroidissement du moteur thermique,
- la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en coupe longitudinale, un second exemple de réalisation d'un embrayage selon l'invention, et - la figure 3 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, une partie de l'embrayage de la figure 2.
L'invention a notamment pour but de proposer un embrayage EM destiné à assurer un couplage entre un moteur thermique MT et une boîte de vitesses BV et disposant de moyens de refroidissement MR internes.
On considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que l'embrayage EM, le moteur thermique MT et la boîte de vitesses BV sont destinés à équiper un véhicule V de type automobile, comme par exemple une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle concerne en effet tout système comprenant au moins une boîte de vitesses devant être couplée à un moteur thermique via un embrayage. Par conséquent, l'invention concerne notamment les véhicules terrestres (voitures, motocyclettes, véhicules utilitaires, cars (ou bus), camions, engins de voirie, engins de chantier, engins de manutention, trains), les véhicules fluviaux ou maritimes, les aéronefs, certains bâtiments (publics ou privés), et certaines installations industrielles (publiques ou privées).
De plus, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule V comprend un groupe motopropulseur (ou GMP) de type conventionnel, c'est-à-dire ne comprenant qu'un moteur thermique MT. Mais le véhicule V pourrait être de type hybride (dans ce cas, il comprend au moins un moteur thermique MT et au moins une machine auxiliaire de production de couple (éventuellement de type électrique)).
On a schématiquement illustré sur la figure 1 un exemple non limitatif d'un véhicule V à groupe motopropulseur conventionnel et, ici, de type automobile. Comme illustré, ce véhicule V comprend au moins un moteur thermique MT, un arbre moteur AM, une boîte de vitesses BV, et un embrayage EM selon l'invention.
Le moteur thermique MT comprend un arbre (moteur) AM pouvant être entraîné en rotation pour fournir du couple à l'embrayage EM. Par exemple, cet arbre AM est un vilebrequin.
La boîte de vitesses BV comprend classiquement un arbre primaire (ou d'entrée) AP et un arbre secondaire (ou de sortie) AS destinés à être couplés l'un à l'autre en vue de transmettre le couple (moteur) fourni par le moteur thermique MT, via l'embrayage EM. L'arbre primaire AP est destiné à recevoir le couple moteur via l'embrayage EM. L'arbre secondaire AS est destiné à recevoir le couple moteur via l'arbre primaire AP afin de le communiquer à un train (ici le train avant TV, à titre d'exemple non limitatif), via un différentiel DV et éventuellement via un arbre de transmission.
Comme illustré sur la figure 2, l'embrayage EM, selon l'invention, comprend un carter CE délimitant au moins partiellement une cavité interne Cl logeant un volant moteur VM, au moins un disque de friction DF, un mécanisme de pression MP (comportant au moins un plateau de pression PP et un couvercle CV, et un éventuel diaphragme DE), et des moyens de refroidissement MR.
Le volant moteur VM peut être simple ou double (primaire et secondaire)). Il est destiné à être solidarisé fixement à l'arbre AM du moteur thermique MT.
Le disque de friction DF est destiné à être solidarisé, en rotation mais libre en translation, à l'arbre primaire AP de la boîte de vitesses BV.
Le plateau de pression PP est agencé de manière à plaquer le disque de friction DF contre le volant moteur VM lorsqu'il est poussé par un organe DE, tel qu'un diaphragme, dans une phase d'embrayage. Ce diaphragme DE est en contact avec une butée BE qui est chargée de le compresser lorsqu'elle est actionnée par une commande d'embrayage CE (qui comprend ici une pédale d'embrayage).
Le couvercle CV est solidarisé fixement au volant moteur VM et loge le plateau de pression PP.
Par ailleurs, le mécanisme de pression MP est muni de premières ouvertures 01 , destinées à permettre une entrée d'air propre à refroidir les pièces impliquées dans la friction (VM, DF, PP), et d'ouvertures périphériques (ou radiales) OP, destinées à permettre la sortie de cet air de refroidissement au voisinage de la jonction volant moteur VM / couvercle CV.
Les premières ouvertures 01 sont définies dans le couvercle CV et/ou dans l'éventuel diaphragme DE. On notera que dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 2, les premières ouvertures 01 sont définies dans le couvercle CV et dans le diaphragme DE. On notera également que l'air pénètre sensiblement axialement par les premières ouvertures 01 définies dans le diaphragme DE.
Les ouvertures périphériques OP sont définies dans le couvercle CV en regard d'une partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE.
L'air de refroidissement pénètre donc dans l'espace défini par le couvercle CV et le volant moteur VM via les premières ouvertures 01 , puis est accéléré par sa friction entre les surfaces tangentielles de l'embrayage EM (par un effet de turbine), puis est évacué radialement par les ouvertures périphériques OP du couvercle CV, et finalement est aspiré vers la butée BE avant de traverser de nouveau les premières ouvertures 01 puis d'être de nouveau accéléré par sa friction entre les surfaces tangentielles de l'embrayage EM, et ainsi de suite.
Les moyens de refroidissement MR sont logés sur la face interne FI du carter CE en au moins un endroit situé sur le trajet de l'air de refroidissement en aval des ouvertures périphériques OP. De plus, ces moyens de refroidissement MR contiennent un fluide caloporteur qui est propre à capturer des calories contenues dans l'air de refroidissement afin de refroidir ce dernier.
Le fluide caloporteur peut être soit circulant à l'intérieur des moyens de refroidissement MR, soit contenu de façon permanente (ou prisonnier) à l'intérieur de ces derniers (MR). Il peut par exemple s'agir d'un liquide de refroidissement comme par exemple de l'eau, éventuellement complétée d'au moins un additif.
Dans les exemples de réalisation illustrés non limitativement sur les figures 1 et 3, les moyens de refroidissement MR sont agencés pour être alimentés en fluide caloporteur circulant par un circuit de refroidissement CR externe. On notera que dans ces exemples le circuit de refroidissement CR est celui qui est chargé de refroidir le moteur thermique MT. Ce circuit de refroidissement CR assure donc, ici, le couplage fluidique entre le moteur thermique MT (et plus précisément un circuit interne de refroidissement qu'il comprend) et un radiateur de refroidissement RR. Le couplage entre le circuit de refroidissement CR et les moyens de refroidissement MR s'effectue via un module de distribution MD, comme par exemple ce que l'homme de l'art appelle un « modulo ». Ce dernier (MD) comprend une entrée principale couplée à une partie amont d'une durite de sortie du radiateur de refroidissement RR, une sortie auxiliaire couplée à un conduit d'alimentation des moyens de refroidissement MR (chargé d'alimenter ces derniers (MR) en fluide caloporteur), une entrée auxiliaire couplée à un conduit d'extraction des moyens de refroidissement MR (chargé d'évacuer de ces derniers (MR) le fluide caloporteur réchauffé par les calories captées dans l'air intérieur de refroidissement circulant dans le carter d'embrayage CE), et une sortie principale couplée à une partie aval de cette durite de sortie. De préférence, l'entrée auxiliaire du modulo MD est agencée pour ne prélever qu'une petite partie du fluide caloporteur qui circule dans la partie amont de la durite de sortie, de sorte que la partie restante (majoritaire) du fluide caloporteur alimente le moteur thermique MT.
On notera que le circuit de refroidissement CR pourrait faire partie d'un autre système de refroidissement que celui qui est chargé de refroidir le moteur thermique MT. Ainsi, il pourrait faire partie du système de climatisation (ici du véhicule V), ou du système de refroidissement de la boîte de vitesses BV, ou bien d'un système de refroidissement dédié à l'embrayage EM.
Lorsque le fluide caloporteur est circulant dans les moyens de refroidissement MR, ces derniers (MR) peuvent, par exemple et comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, comprendre au moins un échangeur de chaleur Ei de type air/fluide caloporteur.
Dans les deux exemples illustrés non limitativement sur les figures 1 à 3, les moyens de refroidissement MR comprennent un premier échangeur de chaleur E1 (i = 1 ) de type air/fluide caloporteur qui est installé sur la partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE (laquelle est située en regard des ouvertures périphériques OP), et qui est alimenté par le circuit de refroidissement CR. La forme de ce premier échangeur de chaleur E1 épouse préférentiellement tout ou partie de la forme (ici sensiblement circulaire) de la partie périphérique PE de la face interne FI. Dans ce cas, le premier échangeur de chaleur E1 présente une forme au moins en partie annulaire. On comprendra que l'air de refroidissement, qui sort radialement par les ouvertures périphériques OP du couvercle CV, vient au contact du premier échangeur de chaleur E1 , ce qui lui permet de transférer une partie de ses calories au fluide caloporteur froid qui circule dans cet échangeur de chaleur E1 et qui provient, ici, du radiateur de refroidissement RR via le modulo MD. Le fluide caloporteur, qui a capté les calories de l'air de refroidissement, devient alors plus chaud qu'initialement (il est en fait passé de froid à tiède), et regagne le circuit de refroidissement CR via le modulo MD où il est mélangé avec le reste du fluide caloporteur qui n'a pas été réchauffé.
On notera que dans l'exemple illustré non limitativement sur les figures 2 et 3, les moyens de refroidissement MR comprennent également un deuxième échangeur de chaleur E2 (i = 2) de type air/fluide caloporteur et un troisième échangeur de chaleur E3 (i = 3) de type air/fluide caloporteur qui sont installés sur une partie aval PV de la face interne FI du carter CE, qui est destinée à être située au voisinage de la boîte de vitesses BV. Ces échangeurs de chaleur E2 et E3 peuvent, par exemple, présenter des formes générales rectangulaires, adaptées à l'environnement dans lequel ils sont implantés. On comprendra que l'air de refroidissement, qui sort radialement par les ouvertures périphériques OP du couvercle CV, vient au contact des trois échangeurs de chaleur E1 à E3, ce qui lui permet de transférer une partie importante de ses calories au fluide caloporteur froid qui circule dans ces échangeurs de chaleur E1 à E3 et qui provient, ici, du radiateur de refroidissement RR via le modulo MD.
Dans d'autres exemples de réalisation à fluide caloporteur circulant, non illustrés, les moyens de refroidissement MR pourraient ne comprendre qu'un seul échangeur de chaleur E2 ou E3 de type air/fluide caloporteur, installé sur la partie aval PV de la face interne FI du carter CE, ou au moins deux échangeurs de chaleur Ei de type air/fluide caloporteur, installés sur la partie aval PV de la face interne FI du carter CE, ou bien comprendre un échangeur de chaleur E1 de type air/fluide caloporteur, installé sur la partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE, et plus de deux échangeurs de chaleur Ei de type air/fluide caloporteur, installés sur la partie aval PV de la face interne FI du carter CE.
On notera que lorsque les moyens de refroidissement MR comprennent plusieurs échangeurs de chaleur Ei de type air/fluide caloporteur, ces derniers (Ei) sont de préférence alimentés en parallèle par au moins un module de distribution MD, comme par exemple un modulo. Dans ce cas, la sortie auxiliaire du modulo MD peut alimenter les différents échangeurs Ei, et l'entrée auxiliaire du modulo MD peut collecter le fluide caloporteur ayant circulé dans les différents échangeurs Ei.
Dans encore d'autres exemples de réalisation, non illustrés, les moyens de refroidissement MR peuvent comprendre au moins un canal défini dans la partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE et contenant au moins le fluide caloporteur. On comprendra que les moyens de refroidissement MR ne peuvent pas comprendre à la fois un tel canal et un premier échangeur de chaleur E1 car on ne dispose pas de suffisamment de place sur la partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE. En revanche, les moyens de refroidissement MR peuvent comprendre à la fois un canal défini dans la partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE et au moins un échangeur de chaleur E2, E3 installé sur la partie aval PV de la face interne FI du carter CE.
Par ailleurs, le canal peut être soit non débouchant et dans ce cas il contient de façon permanente un même fluide caloporteur (il peut alors être par exemple défini par une technique dite « de cire perdue » durant l'étape de moulage du carter CE, par exemple), soit débouchant et dans ce cas il permet une circulation d'un fluide caloporteur issu du circuit de refroidissement CR (il peut alors être par exemple défini par usinage après l'étape de moulage du carter CE, par exemple). On notera qu'un canal non débouchant peut être également un canal débouchant dont les extrémités débouchantes ont été obstruées (par exemple par une technique de soudage par friction).
Lorsque le canal est débouchant, il comprend une entrée et une sortie qui sont destinées à être couplées respectivement à des sortie auxiliaire et entrée auxiliaire du circuit de refroidissement CR (par exemple celles du modulo MD), via des conduits (ou tuyaux ou encore durites).
Lorsque le canal est non débouchant, il peut éventuellement comporter un fluide caloporteur destiné à se liquéfier au-delà d'un certain seuil de température à partir duquel il présente de très bonnes caractéristiques de conduction de la chaleur. Un tel fluide caloporteur peut, par exemple, être du sodium, ou du lithium (par exemple sous la forme de sels), ou du potassium (par exemple sous la forme de sels). Par exemple, le sodium présente un point de liquéfaction à environ 97,5 °C.
On notera que lorsque le canal est non débouchant, il peut être avantageux qu'il comprenne une sous partie étanche, contenant un produit caloporteur, et propre à être entourée par le fluide caloporteur prisonnier afin qu'une partie des calories transférées dans le fluide caloporteur prisonnier puisse être captée par le produit caloporteur afin de le refroidir. Cette option peut permettre d'améliorer sensiblement l'efficacité du refroidissement de l'air de refroidissement. Ce produit caloporteur peut être destiné à se liquéfier au- delà d'un certain seuil de température à partir duquel il présente de très bonnes caractéristiques de conduction de la chaleur. Par exemple, il peut s'agir de sodium, ou de lithium (par exemple sous la forme de sels), ou de potassium (par exemple sous la forme de sels).
On notera que le canal pourrait être défini dans la partie aval PV de la face interne FI du carter CE, mais cela induit un refroidissement moins efficace de l'air de refroidissement.
On notera également que lorsque les moyens de refroidissement MR permettent la circulation du fluide caloporteur, il est possible, en option, de gérer la température de l'air de refroidissement circulant dans le carter CE. Pour ce faire, on peut utiliser des moyens de contrôle agencés pour contrôler la quantité de fluide caloporteur qui alimente les moyens de refroidissement MR en fonction d'une estimée de la température de l'air de refroidissement fournie par un capteur interne à l'embrayage EM (par exemple situé dans les moyens de refroidissement MR). Par exemple, ces moyens de contrôle peuvent comprendre un thermostat comportant un matériau thermosensible se dilatant avec la température.
Cette gestion peut notamment permettre, d'une part, d'augmenter rapidement la température de l'air de refroidissement dans le carter CE pendant des périodes de grand froid où la graisse du double volant amortisseur peut se solidifier et donc empêcher le moteur thermique de démarrer, et, d'autre part, de réguler la température de l'air de refroidissement dans le carter CE à un point de fonctionnement optimal pour éviter une surchauffe et/ou une destruction au moins partielle de l'embrayage EM.
L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels :
- une réduction de la production de C02 du fait de la réduction de l'énergie injectée pour réaliser la friction durant les phases d'embrayage / débrayage, laquelle est induite par la réduction importante de la température à l'intérieur de l'embrayage,
- une augmentation de la durée de vie de l'embrayage.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Embrayage (EM) comprenant un carter (CE) logeant i) un volant moteur (VM) propre à être solidarisé à un arbre (AM) d'un moteur thermique (MT), ii) au moins un disque de friction (DF) propre à être solidarisé à un arbre primaire (AP) d'une boîte de vitesses (BV), et iii) un mécanisme de pression (MP) comportant au moins un plateau de pression (PP), propre à plaquer ledit disque de friction (DF) contre ledit volant moteur (VM), un couvercle (CV), solidarisé fixement audit volant moteur (VM) et logeant ledit plateau de pression (PP), des premières ouvertures (01 ) pour l'entrée d'air, et des ouvertures périphériques (OP) pour la sortie dudit air, caractérisé en ce que ledit carter (CE) loge en outre, sur une face interne (FI) et sur le trajet dudit air en aval desdites ouvertures périphériques (OP), des moyens de refroidissement (MR) contenant un fluide caloporteur propre à capturer des calories contenues dans cet air afin de refroidir ce dernier.
2. Embrayage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement (MR) sont agencés pour être alimentés en fluide caloporteur circulant, par un circuit de refroidissement (CR) externe.
3. Embrayage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement (MR) comprennent au moins un échangeur de chaleur (Ei) de type air/fluide caloporteur.
4. Embrayage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un échangeur de chaleur (E2, E3) de type air/fluide caloporteur est installé sur une partie aval (PV) de ladite face interne (FI) du carter (CE), destinée à être située au voisinage de ladite boîte de vitesses (BV).
5. Embrayage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'un échangeur de chaleur (E1 ) de type air/fluide caloporteur est installé sur une partie périphérique (PE) de ladite face interne (FI) du carter (CE) qui est située en regard desdites ouvertures périphériques (OP).
6. Embrayage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement (MR) comprennent au moins un canal défini dans une partie périphérique (PE) de ladite face interne (FI) du carter (CE) qui est située en regard desdites ouvertures périphériques (OP) et contenant au moins ledit fluide caloporteur.
7. Embrayage selon la revendication 6 en combinaison avec l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit canal comprend une entrée et une sortie destinées à être couplées respectivement à des sortie auxiliaire et entrée auxiliaire dudit circuit de refroidissement (CR) externe.
8. Embrayage selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de contrôle agencés pour contrôler la quantité de fluide caloporteur alimentant lesdits moyens de refroidissement (MR) en fonction d'une estimée de la température de l'air fournie par un capteur interne.
9. Embrayage selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit canal est non débouchant et comprend une sous partie étanche, contenant un produit caloporteur, et propre à être entourée par ledit fluide caloporteur afin qu'une partie des calories transférées dans ledit fluide caloporteur puisse être captée par ledit produit caloporteur afin de le refroidir.
10. Véhicule (V) comprenant une boîte de vitesses (BV) et un moteur thermique (MT), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un embrayage (EM) selon l'une des revendications précédentes, couplé à ladite boîte de vitesses (BV) et audit moteur thermique (MT).
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