Brevet FR2572481A1 — publié le 19860502

Dispositif d'accouplement à frottement visqueux L'invention concerne un dispositif d'accouplement à frottement visqueux, notamment pour un ventilateur d'air de refroidissement d'un moteur à combustion interne refroidi par liquide. On connait par la demande de brevet européen 9 959. un dispositif d'accouplement à frottement visqueux pour un ventilateur de radiateur d'un moteur à combustion interne, o le moteur à combustion interne entraîne un rotor pour l'essentiel en forme de disque monté sur un arbre d'entraînement. Un carter portant les pales du ventilateur est monté en rotation sur l'arbre d'entraînement. Le carter renferme une chambre de stockage d'un liquide de-cisaillement très visqueux, qu'une paroi séparatrice sépare d'une chambre de travail entourant le rotor. La chambre de travail définit conjointement avec le7rotor au moins une fente de cisaillement. Un système de pompage refoule le liquide de cisaillement de la chambre de travail dans la chambre de stockage, par l'intermédiaire d'un premier orifice pratiqué dans la paroi séparatrice au voisinage du diamètre extérieur du rotor. L'apport de liquide de cisaillement de la chambre de stockage à la chambre de travail est commandé par une soupape en fonction de la température. Le couple transmis par le dispositif d'accouplement à frottement visqueux dépend de l'état de remplissage en liquide de cisaillement de la fente de cisaillement. A l'état froid, la soupape bloque l'alimentation en liquide de cisaillement de la chambre de travail, et le système de pompage évacue le liquide de cisaillement, de sorte que le dispositif d'accouplement est désaccouplé. A l'état chaud, la soupape s'ouvre, de sorte que la fente de cisaillement se remplit de liquide de cisaill]ement en vue de la transmission du couple. Dans les dispositifs d'accouplement à frottement visqueux conven- tionne]ls, du fait de la gravité, le liquide de cisaillement est ramené dans la chambre de travail par l'intermédiaire de l'orifice du système de pompage lorsque le dispositif d'accouplement ne tourne pas. Ceci est inopportun, attendu que le comportement au démarrage à froid est dégradé lorsque la chambre de travail est remplie, en particulier à des températures très basses. Dans un tel cas, et bien que le moteur à combustion interne soit refroidi, le dispositif d'accouplement du ventilateur transmet pratiquement sans patinage le mouvement de rotation de l'arbre d'entraînement aux pales du ventilateur, ce qui va à l'encontre d'un réchauffement rapide du moteur à combustion interne. D'autre part, le liquide de cisaillement n'est évacué que lentement de la chambre de travail, attendu que la vitesse de rotation relative entre le rotor et le carter est faible. En outre, le dispositif d'accouplement augmente le bruit produit par le ventilateur. Dans la demande de brevet européen 9 959, afin d'améliorer le com- portement au démarrage à froid, l'orifice du système de pompage prati- qué dans la partie radialement extérieure de la paroi séparatrice est, par l'intermédiaire d'un raccord tubulaire, amené à proximité de l'axe de rotation. On empêche ainsi que du liquide de cisaillement puisse retourner dans la chambre de travail lorsque le dispositif d'accouplement du ventilateur ne fonctionne pas. Toutefois, la solut- ion proposée dans la demande de brevet européen en vue d'améliorer le démarrage à froid n'est que partiellement satisfaisante, attendu qu'elle suppose que le dispositif d'accouplement du ventilateur était désaccouplé lors de l'arrêt du moteur à combustion interne, et donc que le liquide de cisaillement se trouvait pour l'essentiel dans la chambre de stockage. Mais si le moteur à combustion interne a été ar- rêté alors que son système de refroidissement était chaud, le dispo- sitif d'accouplement du ventilateur était donc accouplé, et la chambre de travail était remplie de liquide de cisaillement. Lors d'un dé- marrage à froid ultérieur, on retrouve donc les inconvénients susmen- tionnés des dispositifs d'accouplement de ventilateurs conventionnels. L'invention a pour objectif de fournir une solution simple du point de vue constructif en vue d'améliorer le comportement au démar- rage à froid du dispositif d'accouplement à frottement visqueux, in- dépendamment du fait que le moteur à combustion interne ait été arrê- té à chaud ou à froid. Le dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon l'inven- tion comprend, en plus de la chambre de stockage et de la chambre de 2 5 7 2 48 1 travail, une chambre tampon qui absorbe une partie du liquide de ci- sai].lement contenu dans le carter lorsque le rotor ou encore le carter ne tourne pas, la sortant ainsi du circuit de liquide de cisaillement commandé par le système de pompage et le distributeur. Par rapport aux dispositifs d'accouplement à frottement visqueux conventionnels, le niveau de liquide de cisaillement est ainsi réduit tant dans la chambre de stockage que dans la chambre de travail lorsque le dis- positif d'accouplement ne tourne pas. Lors d'un démarrage à froid, la chambre de travail est donc remplie de moins de liquide de cisaille- ment que dans les dispositifs d'accouplement conventionnels, ce qui réduit le retardement du désaccouplement du dispositif. La chambre tampon est reliée par l'intermédiaire d'un orifice d'étranglement au circuit de liquide de cisaillement, et restitue avec retardement le liquide de cisaillement qu'elle a emmagasiné. Pour la phase de fonc- tionnement normal suivante du dispositif d'accouplement, on dispose donc à nouveau de la quantité totale de liquide de cisaillement. Le comportement au démarrage à froid est amélioré indépendamment du fait que le moteur à combustion interne ait été arrêté avec un dispositif d'accouplement de ventilateur chaud ou froid. La chambre tampon se charge d'assurer constamment, dès le départ, un patinage important en- tre l'entraînement côté entrée et côté sortie du dispositif d'ac- couplement, patinage qui d'une part limite la vitesse de rotation du ventilateur, et d'autre part assure l'entrée en action immédiate du système de pompage pour évacuer la quantité résiduelle de liqui- de de cisaillement de la chambre de travail dans la chambre de stocka- ge. La chambre tampon est de préférence réalisée sous la forme d'une chambre annulaire concentrique à l'axe de rotation, l'orifice d'étran- glement, par l'intermédiaire duquel le liquide de cisaillement est res- titué au circuit, étant prévu au voisinage de la circonférence ex- térieure de la chambre annulaire, et l'orifice d'admission au voisina- ge de sa circonférence intérieure. Ce dernier est opportunément cons- titué par une fente annulaire, de façon que le liquide de cisaillement puisse entrer dans la chambre annulaire quelle que soit la position de rotation de cette dernière. La chambre tampon peut être reliée tant à la chambre de travail qu'à la chambre de stockage. Il s'est avéré opportun que l'orifice d'étranglement de la chambre tampon débouche dans la chambre de tra- vail, la chambre tampon étant disposée soit dans le rotor, soit, ce qui est préférable, dans une paroi du carter, et.plus précisément sur le côté du rotor qui est opposé à la paroi séparatrice. De ce côté, le carter est, par l'intermédiaire d'un palier, monté en rotation sur un arbre d'entraînement qui porte le rotor, de sorte que l'espace né- cessaire pour le palier peut être simultanément utilisé pour disposer la chambre annulaire de manière peu encombrante. La description qui suit explicite un exemple de réalisation de l'invention à l'aide du dessin annexé, lequel montre: à la figure 1, une coupe longitudinale axiale à travers un dispo- sitif d'accouplement de ventilateur d'un moteur à combustion interne, à l'état de repos, et à la figure 2, une coupe longitudinale axiale à travers le dispo- sitif d'accouplement de ventilateur, juste après un démarrage à froid. La figure 1 présente un dispositif d'accouplement de ventilateur pour un moteur à combustion interne non représenté en détail qui en- traîne un arbre d'entrainement 1 tournant autour d'un axe de rota- tion 3. Un carter, désigné globalement par 7, est monté en rotation sur l'arbre d'entraînement 1 par l'intermédiaire d'un roulement à billes 5; ce carter porte plusieurs pales 9 de ventilateur radiale- ment distantes réparties dans le sens circonférentiel. Le carter 7 est constitué d'une partie en cuvette ll monté sur l'arbre d'entraînement 1 et d'un couvercle 13 fermant hermétiquement la partie 11. Une paroi séparatrice 15 intercalée entre la partie en cuvette 11 et le couvercle 13 divise l'intérieur du carter en une chambre de stockage 17 et une chambre de travail 19. Un rotor 21 en forme de disque, solidaire de l'arbre d'entraînement l, est disposé dans la chambre de travail 19, en rotation par rapport au carter 7. Des fentes de ci- saillement relativement étroites sont prévues entre les faces latéra- les axiales du rotor 21 et les faces respectives axialement opposées de la paroi séparatrice 15 et de la partie en cuvette 11. Afin de transmettre un couple de rotation de l'arbre d'entraînement 1 aux pa- les 9 du ventilateur, les fentes de cisaillement 23 peuvent être rem- plies, en fonction de la température, d'un liquide de cisaillement visqueux. A cet effet, on a prévu un distributeur plan 25 fixé par une de ses extrémités sur la paroi séparatrice 15, et dont l'extrémité libre commande un orifice 27 pratiqué dans la paroi séparatrice. Sur la base de son élasticité propre, le distributeur plan 25 est pré- contraint à une position maintenant ouvert l'orifice 27, et est com- mandé par un bilame 31 fixé au moyen d'une attache 29 sur le côté extérieur du couvercle 13, et par l'intermédiaire d'une broche 33 gui- dée avec possibilité de déplacement axial dans le couvercle 13. L'ori- fice 27 est fermé à l'état froid et ouvert à l'état chaud. Le liquide de cisaillement contenu dans la chambre de stockage 17 peut, par l'in- termédiaire de l'orifice 27, s'écouler dans la chambre de travail 19 et dans les fentes de cisaillement 23. Un autre orifice 35 est pratiqué dans la paroi séparatrice 15, au voisinage de la circonférence extérieure du rotor 21; par l'intermé- diaire de cet orifice, un système de pompage 37 refoule dans la cham- bre de stockage 17 du liquide de cisaillement provenant de la chambre de travail 19 ou encore des fentes de cisaillement 23. Le système de pompage 37 fonctionne par exemple selon le principe de la pression dy- namique, et refoule le liquide de cisaillement dans la chambre de stockage 17 en fonction de la vitesse de rotation relative entre le rotor 21 et le carter 7. La partie en cuvette 11 du carter 7 forme sur le côté du rotor 21 qui est axialement opposé à la paroi séparatrice 15 une chambre an- nulaire 39 qui, en utilisant l'espace axialement nécessaire pour le roulement à billes 5, entoure l'arbre d'entraînement 1 concentrique- ment à l'axe de rotation 3. Vers le rotor 21, la chambre annulaire 39 est délimitée par un disque annulaire 41 qui laisse au voisinage du diamètre intérieur d de la chambre annulaire 39 une fente annulaire 43, par l'intermédiaire de-laquelle la chambre annulaire 39 est reliée à la chambre de travail 19. Au voisinage du diamètre extérieur D de la chambre annulaire, le disque annulaire 41 est muni d'un orifice d'étranglement 45, qui relie également la chambre annulaire 39 à la chambre de travail 19. La figure 1 présente le dispositif d'accouplement de ventilateur lorsque le moteur à combustion interne est à l'arrêt. Le liquide de cisaillement s'accumule dans la partie intérieure du carter 7, son ni- veau étant situé en 47, soit au dessus du point le plus bas de la fen- te annulaire 43. Le liquide de cisaillement remplit ainsi également un secteur de la chambre annulaire 39. L'angle de secteur de la partie remplie de la chambre annulaire 39 atteint au moins 60 . La figure 2 présente le dispositif d'accouplement de ventilateur juste après un démarrage à froid du moteur à combustion interne. Le rotor 21 qui tourne autour de l'axe de rotation 3 dans le sens de la flèche 49 en- traîne le carter 7 par l'intermédiaire du liquide de cisaillement qui se trouve dans les fentes de cisaillement 23. Du fait de la force centrifuge, le liquide de cisaillement se répartit sur la circonféren- ce intérieure du carter. Le niveau du liquide de cisaillement dans la chambre de stockage 17 est représenté en 51, et dans la chambre de travail 19 en 53. Le niveau 53 de la chambre de travail 19 est plus bas que le niveau 51 de la chambre de stockage 17, attendu que la chambre de stockage 17 est axialement élargie dans sa partie radiale- ment intérieure. Le niveau de liquide de cisaillement dans la chambre annulaire est représenté en 55. La quantité de liquide de cisaillement retenue par la chambre annulaire 39 réduit la quantité de liquide de cisaillement contenue dans la chambre de stockage 17 et dans la chambre de travail 19, de sorte que les niveaux 51, 53 sont plus bas que ceux de dispositifs d'accouplement de ventilateurs démunis de chambre annulaire 39. Comme le niveau 53 dans la chambre de travail 19 est comparativement bas, le couple de rotation transmis juste après le démarrage à froid est plus faible que dans les dispositifs d'accouplement de ventilateurs conventionnels, ce qui augmente la vi- tesse de rotation relative entre le rotor 21 et le carter 7, et par suite le débit du système de pompage 37. La quantité de liquide de ci- saillement contenue dans la chambre de travail 19, qui est déjà plus faible, est ainsi évacuée plus rapidement dans la chambre de stockage 17. La quantité de liquide de cisaillement accumulée dans la chambre annulaire 39 est restituée avec retardement par l'intermédiaire de ].'orifice d'étranglement 45. Du fait de sa viscosité élevée au démar- rage à froid, la vitesse d'écoulement du liquide de cisaillement est faible, et le liquide de cisaillement amené à la chambre de travail 19 peut être immédiatement évacué par le système de pompage 37. L'augmentation du couple transmis qui en résulte est négligeable. Même si le moteur à combustion interne est arrêté alors que le dispositif d'accouplement du ventilateur est à l'état chaud, puis re- mis en marche toujours à l'état chaud, le liquide de cisai]llement ac- cumu].é dans la chambre annulaire 39 peut, du fait de sa température élevée et donc de sa viscosité faible, être restitué en un temps rela- tivement court à la chambre de travail 19 par l'intermédiaire de l'orifice d'étranglement 45. Le dispositif -d'accouplement de ventilateur décrit ci-dessus se distingue par une transmission de couple réduite lors du démarrage à froid du moteur à combustion interne, ainsi que par une production de bruit inférieure. Du fait du patinage supérieur lors du démarrage à froid, le débit de pompage est nettement augmenté, ce qui réduit le retardement du désaccouplement du dispositif lors du démarrage à froid. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux, notamment pour un ventilateur d'air de refroidissement d'un moteur à combustion interne refroidi par liquide, comprenant: a) un rotor (21) en rotation autour d'un axe de rotation (3), b) un carter (7) en rotation par rapport au rotor (21) autour de l'axe de rotation (3), qui renferme une chambre de stockage (17) de liquide de cisaillement, et une chambre de travail (19) séparée de la chambre de stockage (17) par une paroi séparatrice (15) et entourant le rotor (21) en formant au moins une fente de cisaillement (23) , c) un système de pompage (37) qui, lors de la rotation relative du ro- tor (21) et du carter (7), et par l'intermédiaire d'un premier orifice (35) pratiqué dans la paroi séparatrice (15) au voisinage du diamètre extérieur du rotor (21), pompe du liquide de cisaillement de la chambre de travail (19) dans la chambre de stockage (17), d) un distributeur (25, 31, 33) commandé en fonction de la températu- re, destiné à commander l'apport de liquide de cisaillement de la chambre de stockage (17) à la chambre de travail (21) par l'intermé- diaire d'un deuxième orifice (27) pratiqué dans la paroi séparatrice (15) plus près de l'axe de rotation (3) que le premier orifice (35), caractérisé par la présence d'une chambre tampon (39) qui absorbe une partie du liquide de cisaillement contenu dans le carter (7) lorsque le rotor (21) et/ou le carter (7) ne tourne pas, et la restitue par l'intermédiaire d'au moins un orifice d'étranglement (45) lorsque le rotor (21) et/ou le carter (7) tourne. 2. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon la reven- dication 1, caractérisé par le fait que la chambre tampon est réalisée sous la forme d'une chambre annulaire (39) concentrique à l'axe de rotation (3), et que le ou les orifices d'étranglement (45) sont prévus au voisinage du diamètre extérieur de la chambre annulaire (39). 3. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon la reven- dication 1, caractérisé par le fait que la chambre annulaire (39) com- porte au moins un orifice d'admission (43) de liquide de cisaillement, orifice qui se situe au moins partiellement en dessous du niveau (47) du liquide de cisaillement lorsque le rotor (21) et/ou le carter (7) ne tourne pas. 4. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon la reven- dication 2, caractérisé par le fait que l'orifice d'admission est réa- lisé sous la forme d'une fente annulaire (43) entourant coaxialement l'axe de rotation (3). 5. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le ou les orifices d'étranglement (45) débouchent dans la chambre de tra- vail (19). 6. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la quasi-totalité de la chambre tampon (39) est disposée radialement à l'intérieur de la zone entourée par la ou les fentes de cisaillement (23). 7. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la chambre tampon (39) est formée dans une paroi du carter (7). 8. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon la reven- dication 7, caractérisé par le fait que la chambre tampon (39) est prévue sur le côté du rotor (21) qui est axialement opposé à la paroi séparatrice (15).