Brevet FR2538061A1 — publié le 19840622

EMBRAYAGE A FROTTEMENT DE LIQUIDE POUR VENTILATEUR D'AIR DE REFROIDISSEMENT DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE. L'invention concerne un embrayage à frottement de liquide ou embrayage à frottement visqueux destiné à entrainer un ventilateur d'air de refroidissement d'un moteur à combustion interne. On connait déjà des-embrayages de ventilateur à frottement visqueux des types de construction les plus divers, dans lesquels le couple pouvant être transmis par l'embrayage est commandé en fonction de la tempéra- ture de fonctionnement du moteur à combustion interne. Par exemple, selon le brevet américain 2 838 244, la distance entre deux éléments qui forment les surfaces de cisaillement varie en fonction de la température. Dans d'autres constructions, le niveau de remplissage du liquide visqueux est réglé en fonction de la température. C'est ainsi que, par exemple, selon la demande de brevet allemand 1 425 244, le volume dans lequel se trouve le liquide visqueux est modifia par déplacement axial d'une paroi de manière que l'aire des surfaces de cisaillement efficacement mouillées soit modifiée Un autre mode de réglage du niveau de remplissage est connu, par exemple, par la demande de brevet allemand 2 803 975, dans laquelle un liquide visqueux est continuellement refoulé d'une chambre de travail dans une chambre de réserve et le débit d'acheminement du liquide de la chambre de réserve à la chambre de travail est commandé en fonction de la température Finalement, on connait, par le brevet allemand 2 212 367, un embrayage de ventilateur à frot- tement visqueux dans lequel le couple transmis est commandé en fonction de deux paramètres différents. L'embrayage comprend un rotor entraîné qui constitue une cloison entre une chambre de réserve et une chambre de travail destinées à contenir le liquide visqueux Dans cette cloison, est prévue une ouverture de soupape dont la dimension peut être commandée en fonction aussi bien de la vitesse de rotation que de la température. La commande en fonction de la vitesse de rotation sert à réduire le couple transmis au-dessus d'une vitesse d'entraînement donnée La commande en fonction de la température a pour objectif de réagir à l'air de refroi- dissement sortant du ventilateur du moteur à combustion interne et de déterminer avec l'accroissmeent de la température un accroissement de la transmission du couple. Le couple transmissible est augmenté avec l'accroisse- ment de la température. Tous ces embrayages de ventilateur à frottement visqueux sont dimensionnés de manière que, quelle que soit la vitesse de rotation d'entrée, au maximum du couple transmis, la vitesse de rotation de sortie soit maintenue à une valeur relativement basse ou n'excède pas cette valeur En présence de grandes vitesses de rotation d'entrée, il se produit alors des glissements excessive- ment élevés, ce qui conduit à un dégagement de chaleur excessivement élevé à l'intérieur de l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux Pour dimensionner un embrayage de ventilateur à frottement visqueux de manière qu'il résiste même à de tels cas extrêmes, il faudrait que tous les matériaux utilisés, y compris le liquide visqueux, possèdent une résistance à la température correspondante et l'on devrait donc prendre des mesures qui limitent le jeu des paliers, lequel croît en raison des différences de dilatation thermique. Le but de la présente invention est de réaliser un embrayage de ventilateur à frottement visqueux qui évite, avec un minimum de dépense de moyens techniques, l'éta- blissement de températures excessivement élevées sans détériorer les propriétés de fonctionnement de l'em- brayage de ventilateur. Selon l'invention, le couple transmissible est commandé dans un mode qui est, non seulement, fonction de la température de fonctionnement du moteur à combus- tion interne mais, en supplément, fonction de la tem- pérature de travail de l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux et, de telle manière que le couple transmissible décroisse avec l'accroissement de la température de travail De cette façon, la vitesse de rotation de sortie de l'embrayage de ventilateur peut être réduite, ce qui accroît certes le glissement de l'embrayage mais, en même temps, réduit la consommation de puissance du ventilateur et, de cette façon, réduit la puissance perdue de l'embrayage, qui est transformée en chaleur et qui détermine la température de travail de l'embrayage Grâce à cette caractéristique, on évite un accroissement indésirable de la température dans Vem- brayage de ventilateur à frottement visqueux. Le mode selon lequel le couple transmissible est modifié dans l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux est en principe sans importance pour l'inventions- Dans les embrayages de ventilateurs à frottement visqueux comportant une variation du niveau de remplissage du liquide visqueux dans les fentes de cisaillement, il est de préférence prévu, dans le carter de l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux ou sur ce carter, un élément bimétallique qui détermine une réduction du niveau de remplissage en présence d'un accroissement de la température de travail Ici, il est avantageux qu'un dispositif à soupape soit commandé conjointement par un premier élément bimétallique placé à l'extérieur et également par un deuxième élément bimétallique placé à l'intérieur Ceci réduit à un minimum la dépense de moyens de construction. L'invention sera décrite avec plus de détails dans la suite en référence à un exemple de réalisation illustré sur le dessin joint dans lequel Fig 1 est une vue en voupe longitudinale d'un embrayage de ventilateur à frottement visqueux selon l'invention; Fig 2, 3 et 4 sont des schémas de principe relatifs à différents états de fonctionnement de l'embrayage selon Fig 1. L'embrayage à frottement de liquide ou frottement visqueux représenté sur la Fig 1, qui est prévu pour le ventilateur de radiateur d'un moteur à combustion interne comprend un carter ( 1) et un rotor ( 3) monté dans le carter ( 1) Au niveau de sa paroi arrière ( 5) le carter ( 1) est monté rotatif sur un arbre d'entrée ( 9) au moyen d'un roulement ( 7) La paroi arrière ( 5) du carter porte des pales de ventilateur ( 5), venues d'une seule pièce, et qui ne sont représentées que partiellement En combinaison avec une paroi avant ( 13), la paroi arrière ( 5) du carter renferme une chambre fermée à joint étanche, qui contient un liquide visqueux, et qui est divisée par une cloison ( 15) en une chambre de travail ( 17) et une chambre de réserve ( 19) La chambre de travail ( 17) est limitée par la paroi arrière ( 5) du carter et par la cloison ( 15) et la chambre de réserve ( 19) est limitée par la paroi avant ( 13) du carter et par la cloison ( 15) Le rotor ( 3) est monté dans la chambre de travail ( 17) et relié à l'arbre d'entrée ( 9) solidairement en rotation Dans la chambre de réserve ( 19) est monté, sur la cloison ( 15), un levier de soupape ( 21) qui peut ouvrir ou fermer une ouverture de soupape ( 23) ménagée dans la cloison ( 15) Le levier de soupape ( 21) est sollicité dans le sens de l'ouverture par une précontrainte Dans la paroi avant ( 13) du carter est guidé un doigt-de manoeuvre ( 25), mobile en trans- lation axiale, qui transmet au levier de soupape ( 21) le mouvement d'un élément de commande sensible à la tempé- rature, constitué par un élément bimétallique ( 27) Cet élément bimétallique ( 27) est fixé à l'extérieur du carter ( 1), à distance de la paroi avant ( 13) du carter, sur un support ( 29) Entre le levier de soupape ( 21) et la paroi avant ( 13) du carter, est agencé un autre élément de commande sensible à la température, réalisé sous la forme d'un élément bimétallique ( 31), qui possède sensiblement la configuration allongée du levier de soupape ( 21). L'élément bimétallique ( 23) est muni d'une ouverture ( 22) qui donne passage au doigt de manoeuvre ( 25) et il est fixé à la cloison ( 15) conjointement avec le levier de soupape ( 21). Le mode de fonctionnement de principe de cet embrayage de ventilateur à frottement visqueux est le suivant: Le rotor ( 3) forme dans la chambre de travail ( 17), avec la paroi arrière ( 5) du carter d'une part et avec la cloison ( 15) d'autre part, des fentes entre surfaces de cisaillement ( 33) qui sont mutuellement opposées Si les fentes entre surfaces de cisaillement ( 33) renferment un liquide visqueux, un couple d'une certaine valeur est transmis du rotor ( 3) au carter ( 1), de sorte que les pales ( 11) du ventilateur sont entraînées La transmission de force par l'intermédiaire des forces de cisaillement du liquide visqueux peut être calculée de telle manière que lorsque lembrayage de ventilateur à frottement visqueux est entièrement accouplé, la vitesse de rotation des pales ( 11) du ventilateur n'excède pas une valeur pré- déterminée, même pas lorsque la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée ( 9) croit sensiblement au-dessus de cette valeur prédéterminée Ceci permet de limiter, par exemple, le bruit engendré par les pales ( 11) du ventilateur, ainsi que la puissance consommée par ces pales Dans la région radialement extérieure de la chambre de travail ( 17), est agencé un dispositif de pompage ( 35), par exemple constitué par une saillie qui, en présence d'une rotation relative entre le rotor ( 3) et le carter ( 1), refoule continuel- lement le liquide visqueux de la chambre de travail ( 17) vers la chambre de réserve ( 19) à travers une ouverture ( 37) ménagée dans la cloison ( 15) La transmission du couple de l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux est commandée par le fait que l'arrivée du liquide visqueux de la chambre de réserve ( 19) aux fentes ( 33) entre sur- faces de cisaillement est commandée par l'ouverture ( 23) de la soupape Cette arrivée est commandée par l'élément bimétallique ( 27), par l'intermédiaire du doigt d'action- nement ( 25) et du levier de soupape ( 21) L'élément bimétallique ( 27) est exposé à l'air de refroidissement qui sort du radiateur du moteur à combustion interne et, en présence d'un accroissement de la température, il se bombe davantage, de sorte que l'ouverture ( 23) de la soupape est démasquée et que les pales ( 11) du venti- lateur sont entraînées Lorsque la température décroit, l'élément bimétallique ( 27) se redresse, de sorte que l'ouverture ( 23) de la soupape est partiellement ou entièrement masquée Etant donné que le dispositif de pompage ( 35) travaille toujours en présence d'une rota- tion relative entre le rotor ( 3) et le carter ( 1), la chambre de travail ( 17) se vide de cette façon et la transmission du couple est interrompue. Dans la mesure décrite jusqu'à présent, le fonc- tionnement de l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux correspond à l'état de la technique, tel qu'il est connu, par exemple, par le brevet allemand 2 803 975. Or, il se pose des problèmes, d'une part parce qu'on souhaite maintenir la vitesse de rotation maximum des pales ( 11) du ventilateur à un niveau relativement bas en présence d'une transmission maximum du couple et, d'autre part, en raison de la valeur relativement élevée de la vitesse de rotation nominale du moteur à combustion interne Si l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux entièrement accouplé est entraîné pendant un temps relativement long à des régimes élevés du moteur à combustion interne, le grand glissement qui se produit à ce moment entre le rotor ( 3) et le carter ( 1) conduit à un fort dégagement de chaleur L'embrayage de venti- lateur peut alors s'échauffer très fortement, ce qui est indisérable parce que la viscosité du liquide visqueux est réduite par le fort échauffement, de sorte que son aptitude à transmettre le couple en est réduite Par ailleurs, la longévité du liquide visqueux est fortement réduite par ces pointes de température Toutes les matières utilisées pour l'embrayage de ventilateur devraient alors être étudiées pour résister à ces hautes températures maximales La largeur des fentes ( 33) entre surfaces de cisaillement ne peut pas être maintenue exactement à une certaine valeur parce que le roulement ( 7) habituellement utilisé présente un jeu relativement grand entre sa bague extérieure et sa bague intérieure en présence de grandes différences de températures. Pour éviter ces problèmes, on a prévu un élément bimétallique supplémentaire ( 31) dans la chambre de ré- serve ( 19), entre la paroi avant ( 13) du carter et le levier de soupape ( 21). Cet élément est directement exposé à la température qui règne à l'intérieur de l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux Dans la plage de température normale pour l'embrayage de ventilateur, c'est-àdire aussi bien à l'état désaccouplé qu'à l'état entièrement accouplé de cet embrayage de ventilateur, sous l'effet de sa tension propre, l'élément bimétallique ( 31) s'appuie, par son extrémité libre, contre la paroi avant ( 13) du carter ou, du moins, cette extrémité libre se trouve à une distance du levier de soupape ( 21) telle qu'elle ne gène pas le fonctionnement de ce levier Ce n'est que lorsque la température de travail de l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux s'élève au- dessus d'une valeur prédéterminée que l'élément bimétallique ( 31) sollicite le levier de soupape ( 21) vers la cloison ( 15) et, de cette façon, étrangle l'ouverture ( 23) de la soupape. Ceci réduit la capacité de transmission de couple de l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux Certes le glissement croît à ce moment mais la puissance de perte, qui engendre la température intérieure, est for- tement réduite Il s'établit un équilibre auquel la puissance du ventilateur est certes réduite mais o elle n'est pas entièrement supprimée de sorte que, d'une part, on produit encore une puissance d'air de refroidissement et, d'autre part, l'échauffement interne est réduit. Le levier ( 21) de la soupape et le deuxième élément bimétallique ( 31) présentent une forme allongée et sont fixés conjointement à la cloison ( 15), l'un sur l'autre, à leur extrémité la plus éloignée de l'ouverture ( 23) de la soupape Le deuxième élément bimétallique ( 31) est disposé entre le levier ( 21) de la soupape et le premier bimétallique ( 27) -et le doigt ( 25) passe à travers une ouverture ( 32) du deuxième élément bi- métallique ( 31). Les Fig 2-à i montrent schématiquement diverses positions de fonctionnement des deux éléments bimétal- liques ( 27) et ( 31) Sur la Figure 2, l'embrayage de- ventilateur est représenté à l'état entièrement désac- couplé L'élément bimétallique ( 27) n'est que légèrement sollicité par l'air de refroidissement sortant du radia- teur, de sorte qu'il conserve son attitude sensiblement redressée et que, par l'intermédiaire du doigt d'action- nement ( 25), il maintient le levier de soupape ( 21) en appui contre la paroi ( 15) et ferme l'ouverture ( 23) de la soupape La transmission de force entre le rotor ( 3) et le carter ( 1) est donc ainsi interrompue La tempé- rature régnant à l'intérieur de l'embrayage de ventila- teur est suffisamment basse pour que l'élément bimatal- lique ( 31) prenne lui aussi sa position de repos, dans laquelle il est presque en appui contre la face interne de la paroi avant ( 13) du carter et o il n'exerce pas d'action sur le levier ( 21) de la soupape. La figure 3 montre l'état entièrement accouplé de l'embrayage de ventilateur à frottement visqueux Sous l'effet de la température de l'air de refroidissement, l'élément bimétallique ( 27) est fortement bombé Sous l'effet de sa propre précontrainte, le levier ( 21) de la soupape découvre l'ouverture ( 5) de la soupape, de sorte que le fluide visqueux peut s'écouler de la chambre de réserve ( 19) dans la chambre de travail ( 17) et que les pales ( 11) du ventilateur peuvent être en- traînées avec la puissance transmise prescrite. La figure 4 montre l'état de fonctionnement qui s'établit lorsque l'embrayage de ventilateur à frottement 9- visqueux, à l'état entièrement accouplé représenté sur la figure 3, est entraîné pendant un certain temps à des vitesses d'entrée particulièrement élevées En réponse à l'accroissement de la température de fonctionnement de l'embrayage de ventilateur, l'élément bimétallique se rapproche de l'ouverture de soupape ( 23) L'élément bimétallique presse le levier desoupape ( 21) sur l'ou- verture de soupape ( 23) pour fermer cette dernière et il réduit l'écoulement du liquide visqueux à travers l'ou- verture ( 23) de la soupape La diminution du couple transmis qui est liée à cette réduction réduit la puissance de perte de sorte qu'il peut s'établir un état d'équilibre. REVENDICATIONS - 1 Embrayage à frottement de liquide ou à frotte- ment visqueux pour le ventilateur d'air de refroidisse- ment d'un moteur à combus l on interne, qui comprend: a) un carter ( 1) qui renferme une chambre de travail ( 17) au moins partiellement remplie d'un liquide visqueux, b) un rotor ( 3) monté dans la chambre de travail ( 17) et qui peut tourner par rapport au carter ( 1), c) des surfaces de cisaillement formées, d'une part, sur le carter ( 1) et, d'autre part, sur le rotor ( 3), qui sont situées dans la chambre de travail ( 17) et se font face pour former des fentes de cisaillement ( 33), d) un premier dispositif de commande du couple ( 25, 27), qui répond à la température de travail du moteur à combustion interne, et qui fait croître le couple transmis entre les surfaces de cisaille- ment du carter ( 1) et du rotor ( 3) lorsque la température croit, caractérisé en ce qu'il est prévu un deuxième dis- positif ( 31) de commande du couple, qui répond à la tem- pérature de travail de l'embrayage à frottement de liqui- de, dispositif qui réduit le couple transmis entre les surfaces de cisaillement du carter ( 1) et du rotor ( 3) indépendamment du premier dispositif de commande du cou- ple ( 25, 27) avec l'accroissement de la température, au- dessus d'une valeur prédéterminée de la température de travail de l'embrayage à frottement de liquide. 2 Embrayage à frottement de liquide selon la re- vendication 1, dans lequel le carter ( 1) renferme une cham- bre de réserve ( 19) qui reçoit le liquide visqueux, et qui est séparée de la chambre de travail ( 17) par une cloison ( 15), o il est prévu un dispositif de pompage ( 35) qui entre en action en réponse à une rotation rela- tive entre le carter ( 1) et le rotor ( 3) et qui refoule le liquide visqueux de la chambre de travail ( 17) dans la chambre de réserve ( 19) en réponse à la rotation relative, et o la chambre de réserve ( 19) est reliée à la chambre de travail ( 17) par une soupape ( 21, 23) qui commande l'é- coulement du liquide visqueux de la chambre de réserve ( 19) à la chambre de travail ( 17), caractérisé en ce que le premier dispositif de commande du couple ( 25, 27) ouvre la soupape ( 21, 23) avec l'accroissement de la température et en ce que le deuxième dispositif ( 31) de commande du couple ferme la soupape ( 21, 23) avec l'accroissement de la température. 3 Embrayage à frottement de liquide selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que le premier dispositif de commande du couple comprend un premier élément bimétal- lique ( 27) disposé à l'extérieur du carter ( 1) et qui com- mande la soupape ( 21, 23) et en ce que le deuxième dispo- sitif de commande du couple comprend un deuxième élément bimétallique ( 31) disposé à l'intérieur du carter ( 1) et qui commande la soupape ( 21, 23). 4 Embrayage à frottement de liquide selon la reven- dication 3, caractérisé en ce que la soupape ( 21, 23) com- prend une ouverture de soupape ( 23) ménagée dans la cloison ( 15) et un levier de soupape ( 21) disposé dans la chambre de réserve ( 19), et destiné à fermer l'ouverture de soupa- pe ( 23) et en ce que les deux éléments bimétalliques ( 27, 31) commandent conjointement le levier de soupape ( 21). Embrayage à frottement de liquide selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que le premier élément bi- métallique ( 27) agit sur le levier de soupape ( 21), par l'intermédiaire d'un doigt ( 25) qui traverse le carter ( 1) avec possibilité de coulissement, de manière à agrandir l'ouverture ( 23) de la soupape lorsque la température croit et à la réduire lorsque la température décroît, et en ce que le deuxième élément bimétallique ( 31) est disposé dans la chambre de réserve ( 19) et agit sur le levier ( 21) de la soupape de manière à étrangler l'ouverture ( 23) de la soupape lorsque la température croît au-delà d'une valeur de température prédéterminée et l'agrandir à nouveau lors- que la température décroît. 6 Embrayage à frottement de liquide selon la reven- dication 5, caractérisé en ce que le levier ( 21) de la soupape est précontraint élastiquement vers sa position Z 538061 qui ouvre l'ouverture ( 23) de la soupape et en ce que le deuxième élément bimétallique ( 31) est désaccouplé fonc- tionnellement du levier ( 21) de la soupape aux températu- res inférieures à la valeur de température prédéterminée. 7 Embrayage à frottement de liquide selon la reven- dication 6, caractérisé en ce que le levier ( 21) de la sou- pape et le deuxième élément bimétallique ( 31) présentent une forme allongée et sont fixés conjointement à la cloison ( 15), l'un sur l'autre, à leur extrémité la plus éloignée de l'ouverture ( 23) de la soupape. 8 Embrayage à frottement de liquide selon les re- vendications 5 à 7, caractérisé en ce que le deuxième élé- ment bimétallique ( 31) est disposé entre le levier ( 21) de la soupape et le premier bimétallique ( 27) et en ce que le doigt ( 25) passe à travers une ouverture ( 32) du deuxiè- me élément bimétallique ( 31).