Brevet FR2522375A1 — publié le 19830902

DISPOSITIF DE COUPLAGE POUR L'ENTRAINEMENT D'UN ORGANE ROTATIF MENE, PAR UN ORGANE ROTATIF MENANT La présente invention se rapporte à un dispositif de couplage pour I'entrainement d'un organe rotatif mené, notamment un ventilateur de refroidissement, par un organe rotatif menant, en particulier l'arbre de la pompe a eau d'un moteur à combustion interne. Cette invention concerne, en particulier, un dispositif de couplage dont la commande est effectuee par un capteur sensible à la température, et convient plus spécialement à l'entrainement d'un ventilateur de refroi dissement d'un moteur à combustion interne par un organe rotatif de ce moteur, tel que l'arbre de la pompe à eau de ce moteur. Pour assurer l'entrainement d'un tel ventilateur, on a souvent recours à un couplage permanent, le ventilateur étant rigidement fixe par rapport a l'arbre de la pompe à eau. Cet entraînement continuel du ventilateur conduit à un gaspillage d'énergie et peut, dans certaines conditions, notamment en hiver, créer un refroidissement trop important, nuisible a la bonne marche du moteur. On a aussi proposé d'utiliser, pour l'entraînement du ventilateur, un coupleur visqueux permanent utilisant le cisaillement d'un liquide visqueux entre les deux parties à coupler; avec ce coupleur ou convertisseur de couple, le ventilateur presente un glissement par rapport à l'organe menant, mais est cependant entraine systématiquement, ce qui se traduit par une perte d'energie avec dissipation de chaleur dans le coupleur et un moindre rendement . De plus, la viscosité du liquide varie avec la température dans un sens défavorable puisque l'en-traïnement du ventilateur est plus faible à chaud qu'a froid, le liquide étant moins visqueux dans le premier cas.Enfinonrencontre, dans un tel coupleur, des proble- mes d'étanchéité, en particulier à chaud et en cas de fuite, le refroi- dissement n'est plus assuré. Dans une autre solution derivée de la précédente, un élément thermostatique régule la quantité de matière visqueuse. Lorsque le dispositif est enclenché, on retrouve les inconvénients précédents et lorsqu'il est déclenché, il se produit une dissipation permanente d'energie et, de plus, un entrainement indésirable du fait de la viscosité à froid, en particulier, au démarrage à basse température. On a également utilisé un coupleur débrayable de type electromagne- tique dans lequel une force magnétique, commandée electriquement, solidarise les deux parties à coupler. On rencontre, dans ce dispositif, des dif ficultés liées à la commande electrique de couplage de deux parties mobiles par rapport à une partie fixe, constituée par le carter, et aussi au fait que l'information electrique élaborée sur un élément fixe doit être transmise à une partie tournante, au moyen de balais. il existe, dans tous les cas, un problème de tenue dans le temps et de sécurité du moteur qui n'est pas résolu de façon fiable et économique. La présente invention a pour objet la realisation d'un dispositif de couplage ne présentant pas ces différents inconvenients et, notamment, ne donnant pas lieu à des pertes d'énergie en marche à vide et a des variations de couple par effet de viscosité. De plus, le dispositif selon l'invention doit présenter un encombrement aussi limité que possible et fonctionner de manière aussi simple et fiable que possible. Le dispositif de couplage selon l'invention, embrayable sous l'action de la température pour l'entraînement d'un organe rotatif mene, tel qu'un ventilateur de refroidissement d'un moteur à combustion interne, par un arbre rotatif menant, en particulier l'arbre de la pompe à eau dudit moteur, monté dans un palier du carter de ce moteur, est caracterise en ce qu'il comporte un élément de couplage mobile, solidaire en rotation dudit arbre menant et susceptible d'un deplacement axial par rapport à cet arbre, tandis que l'organe rotatif mené egalement coaxial audit arbre menant sur un prolongement duquel il est librement tourillonné, est solidaire d'une couronne annulaire d'entrainement, ledit élement de couplage étant mobile entre une position débrayée vers laquelle il est éloigne de ladite couronne sous l'action -d'un ressort de rappel et une position embrayée dans laquelle il est en contact d'entraînement avec ladite couronne, position embrayée vers laquelle il est poussé par l'action du poussoir d'un organe à dilatation tel qu'une cellule à cire a seuil de temps rature logée axialement dans le prolongement de l'arbre menant, en appui sur une plaque de l'élément de couplage, a l'opposé du ressort de rappel, ladite action du poussoir s'exerçant lorsque la température de l'ambiance entourant la cellule à ci re, et par voie de conséquence fonction de celle du moteur thermique, dépasse le seuil de température. Le dispositif, comme on le verra mieux ci-après, permet notamment le montage de la cellule de cire dans le bout de l'arbre menant et offre ainsi une disposition particulièrement compacte et économique qui ne nécessite plus de circuit de couplage de température entre le moteur et l'embrayage. De plus, cette disposition permet d'anticiper le refroidissement du moteur et d'utiliser économiquement un ventilateur de grande puissance. Dans une forme de réalisation préférée, l'élément de couplage mobile consiste en un bol porte-satellitescomportant au moins deux satellites périphériques constitués par des galets tronconiques d'axes paralleles à celui de l'arbre menant, équidistants de celui-ci, tandis que la couronne annulaire d'entraînement consiste en une portée conique intérieure d'une couronne solidaire de l'organe mene, au contact de laquelle viennent lesdits galets pour la position embrayée de l'élément de couplage, ces galets etant alors simultanément au contact d'une seconde portée conique extérieure fixe ménagee sur le carter du moteur, autour de l'arbre menant. De cette maniere, par le choix du diamètre des galets et de ceux des portées interieure et exterieure, il est possible de modifier le rapport des vitesses d'entraînement de l'organe mené (ventilateur) et de l'arbre de la pompe à eau. On peut réaliser ainsi une vitesse de ventilateur supe- rieure à celle de la pompe à eau, ce qui permet à caracteristiques mecaniques égales de monter un ventilateur moins encombrant et/ou bien de garantir un meilleur refroidissement lorsque le moteur tourne au ralenti. Si le dispositif vient a gripper, le ventilateur est systématiquement entraîné, ce qui est une garantie de sécurite. Le seul cas de defaillance possible serait celui de l'éclatement de la cellule a cire qui constitue une eventualite très rare. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront diailleurs mieux compris a l'aide de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexes dans lesquels: - la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une forme de realisa tion du dispositif selon l'invention; - la Fig. 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1; - la Fig. 3 est une vue partielle en bout du dispositif de la figure 1; - la Fig. 4 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de reali sation du dispositif selon l'invention. Dans la forme de réalisation des figures 1 à 3, le dispositif se lon l'invention est destiné à l'entraînement intermittent d'un ventilateur 21 par l'arbre 1 de la pompe a eau (non représentee) équipant le moteur d'un véhicule automobile. Cet arbre 1 est monté rotatif dans un palier à billes 2 logé dans un alesage 3 du carter 4 du groupe motopropulseur. En bout de l'arbre 1, à l'extérieur du carter, est fixée une pièce généralement cylindrique 10, dans l'extrémité de laquelle est ménagé un alesage 11 recevant une cellule de dilatation à cire 12. Un bouchon fileté 13, vissé sur un taraudage de l'extrémité de la pièce 10, emprisonne la cellule 12 repoussée sur le fond de l'alésage 11 par un ressort helicoldal 14 interposé entre une portée 15 de celle-ci et le bouchon 13. Une entaille de section rectangulaire 16 est menagée radialement dans la pièce 10, pour servir de logement à une plaque mobile 17 en forme de lame a fond conique 25 qui est, ainsi,rendue solidaire en rotation de la piece 10 et est susceptible de se déplacer axialement dans l'entaille 16. Une poulie d'entraînement 18 de la pompe à eau est montée sur l'arbre 1 et comporte une gorge 19 recevant une courroie d'entraînement 20. La poulie 18 presente un flasque central 21 soudé à la pièce 10. Des languettes 22 sont découpées dans le flasque 21 et sontrabattues parallèlement à l'axe de la pièce 10, en direction du bouchon 13. Ces languettes présentent une section transversale en U et, entre les languettes 22 et la pièce 10, est disposé un ressort de rappel 23 qui entoure la piece 10eSqui prend appui sur le flasque 21 et sur la plaque mobile 17 pour repousser celle-ci vers un doigt de poussée 24 ou poussoir de la cellule 12 qui est au contact de la plaque mobile 17, par son fond conique 25 en forme de cuvette axiale. Un bol porte-satellites 27 entourant la piece 10 est fixe à I 'élément 17 et présente des decoupes 28 ménageant des languettes 29 qui sont engagées dans les branches en U des languettes 22. Ainsi le bol 27 est guide en translation par les languettes 22 tout en étant solidaire en rotation de celles-ci et, ainsi, de la poulie 18. Sur trois pattes radiales 30 du bol 27 sont montés à rotation autour d'axes parallèles à l'arbre 1; trois galets 31 de forme tronconique sur lesquels on reviendra ci-après. Sur la pièce 10, qui forme un monobloc entre l'arbre 1 et le bouchon 13, est monté, entre l'entaille 16 et le bouchon 13, un palier à billes 32, sur la partie extérieure duquel est fixé un disque 33 portant le ventilateur 21 et une couronne d'entraînement 34 ménageant une portée conique intérieure 35, adaptée à coopérer avec les galets 31. En regard de cette portée conique 35, le carter 4 porte une couronne fixe 36 ménageant une bande de roulement conique pour les galets 31. Le fonctionnement du dispositif va maintenant être décrit. En-dessous d'une température prédéterminée de l'ambiance entourant la cellule à cire 12, le doigt 24 est maintenu en position rentrée telle que représentée sur la figure 1 et la plaque mobile 17 avec le bol 27 et les galets 31, est repoussée par le ressort 23 vers la cellule 12. il n'y a pas contact des galets 31 avec les portées d'entrainement 35 et de roulement 36 et le ventilateur 21 n'est pas entrainé en rotation par la poulie 18 qui continue cependant à entrafner l'arbre de pompe à eau 1. Lorsque l'ambiance et -la cellule à cire 12 dépassent la température prédéterminée, le doigt 24 de la cellule 12 repousse la plaque mobile 17 vers la droite de la figure 1 ainsi que le bol 27 qui prend appui sur elle, à l'encontre du ressort 23.Les galets 31 viennent au contact des portées 35 et 36 et la couronne 34 se trouve entraînée et, avec elle, le ventilateur 21. Le couple d'entraînement est transmis a partir de la poulie 18 au bol porte-satellites 27, aux galets 31, à la couronne 34 et au ventilateur 21. Les galets 31 et les portées35 et 36 constituent une sorte de train épicycloTdal qui permet au ventilateur 21 de tourner à une vitesse piffé rente de celle de l'arbre 1, ce qui améliore 1-a ventilation au ralenti oteur. Le ressort 14 qui entoure la cellule à cire 12 est prévu pour empocher l'endommagement de celle-ci. En effet, les tolérances de montage des des ferventes pieces et la course du doigt 24 sont prévues pour que les galets 31 viennent en appui contre les portées35 et 36 avant que le doigt n'ait fini sa course d'expansion. Lorsque la température de la cellule i2 ron- tinue à augmenter, le doigt 24, en appui de butée sur la planuemobile 17, repousse alors la cellule à cire 12 à ,'encontre du ressort 14 dont la raideur est nettement supérieure à celle du ressort 23 alors comprimé. La course supplémentaire du doigt 24 permet un rattrapage de l'usure des galets 31 au cours de la durée de vie du dispositif. Dans la variante de la figure 4, llaccouplement est réalisé au moyen de disques de friction 40 et 41, le disque 40 étant déplacé axialement par l'action de leviers multiplicateurs d'efforts 42, sur l'extrémité desquels agit une fourchette 43 soumise à l'action de la cellule a cire 12 par la plaque mobile 17. On doit remarquer que, dans le dispositif de couplage selon l'invention, le déclenchement du couplage est déterminé uniquement par la température de la cellule à cire 12, c'est-a-dire par la température de l'ambiance entourant cette cellule. Une telle caractéristique permet un réglage plus sensible du refroidissement des moteurs thermiques. Ainsi, si la cellule à cire et le ventilateur 21 sont interposes, à l'intérieur du compartiment moteur d'un véhicule automobile, entre le radiateur de refroidissement et le moteur, la cellule à cire 12 provoque l'embrayage du ventilateur 21 dès que la température ambiante du compartiment moteur s'élève, ce qui se produit rapidement par temps relativement chaud lorsque le véhicule est arrêté par une difficulté de circulation.Les risques de surchauffe du moteur sont, ainsi, annihilés par anticipation grace au dispositif de couplage de l'invention. Un autre avantage réside également dans le fait que la mise en rotation du ventilateur 21 confirme initialement le rechauffage de la cellule à cire 12 par soufflage de l'air réchauffé par le radiateur du véhicule. Le refroidissement de la cellule à cire 12 n'intervient qu'apres le refroidissement du radiateur. il est ainsi possible de prévoir un ventilateur 21 de grande puissance qui fonctionne normalement seulement pendant de courtes périodes jusqu'au refroidissement sensible du radiateur et peut garantir un bon refroidissement du moteur en montagne, dans les pays chauds, sur autoroute et en circulation urbaine. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Ainsi, on doit comprendre que la cellule à cire 12 présente des caractéristiques de dilatation telles que la commutation du dispositif de couplage d'une position débrayée à une position embrayée et vice versa est relativement brutale pour une faible variation de température ce qui limite les phases de glissement (des parties de couplage) qui pourraient endommager les galets 31 ou les disques de friction 40 et 41. La rapidité de l'expansion de la cellule 12 pour une faible variation de température s'obtient généralement par un changement d'état de la cire et permet, qu'après usure des galets 31 et/ou des portéesde couplage 35-36 et 41-42, la commutation du dispositif de couplage se produise toujours sensiblement pour la ménle température. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de couplage embrayable sous l'action de la température pour l'entraînement intermittent d'un organe rotatif mené, tel qu'un ventilateur de refroidissement d'un moteur à. combustion interne, par un arbre rotatif menant, en particulier l'arbre de la pompe à eau dudit moteur monté dans le carter de ce moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de couplage (17-27-31 ou 17-42-40), solidaire en rotation dudit arbre menant (1) et susceptible d'un deplacement axial par rapport à cet arbre (1), tandis que l'organe rotatif mené (21) également coaxial audit arbre menant (1) sur un prolongement (10) duquel il est librement tourillonné, est solidaire d'une couronne annulaire d'entraînement (34, 41), ledit élément de couplage étant mobile entre une position débrayée vers laquelle il est éloigné de ladite couronne (34, 41) sous l'action d'un ressort de rappel (23) et une position embrayée dans laquelle il est en contact d'entraînement avec ladite couronne (34, 41), position embrayée vers laquelle il est poussé par l'action du poussoir (24) d'un organe à dilata- tion tel qu'une cellule a cire (12) à seuil de température logée axialement dans le prolongement (10) de l'arbre menant (1), en appui sur une plaque mobile (17) de l'élément de couplage à l'opposé du ressort de rappel (23), ladite action du poussoir (24) s'exerçant lorsque la température de l'ambiance entourant la cellule à cire (12) et, par voie de consequence, fonction de celle du moteur thermique, dépasse le seuil de tempërature. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'é- lément de couplage mobile (17, 27, 31) consiste en un bol porte-satellites (27) comportant au moins deux satellites périphériques constitués par des galets tronconiques (31) d'axes parallèles à celui de l'arbre menant (1) et equidistants de celui-ci, tandis que la couronne annulaire d'entraîne- ment (34) consiste en une portée conique intérieure (35) d'une couronne (34) solidaire de l'organe mene (21) et au contact de laquelle viennent lesdits galets (31) pour la position embrayée de l'élément de couplage, ces galets (31) étant alors simultanément au contact d'une seconde portée conique extérieure fixe (36) ménagée sur le carter (4) du moteur, autour de l'arbre menant (1). 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact d'entrainement entre l'organe rotatif mené (21) et l'élément de couplage (17, 42, 40) est realisé au moyen d'au moins un disque de friction mene (41) et un disque de friction menant (40), ce dernier étant susceptible d'être deplacé axialement par l'intermédiaire de leviers multiplicateurs d'efforts (42) sur l'extrémité desquels agit une fourchette (43) ou un poussoir solidaire de la plaque mobile (17).