Brevet FR2571107A1 — publié le 19860404

DISPOSITIF D'ACCOUPLEMENT HYDRODYNAMIQUE A AUTOREGULATION L'invention concerne un dispositif d'accou- plement hydrodynamique à autorégulation comportant une roue à aubes primaire et une roue à aubes secondaire, dont les aubes sont inclinées vers un axe d'accouplement, les roues délimi- tant un espace de travail torique équipé d'une entrée et d'une sortie pour le fluide de travail, ce dernier pouvant être dé- chargé de l'espace de travail dans un collecteur, en passant par au moins un drain disposé tangentiellement par rapport à la périphérie de l'espace de travail, avec une soupape reliée au drain, qui règle le taux de remplissage de l'espace de tra- vail. Le brevet allemand DE-OS 32 11 337 décrit un tel dispositif avec un rapport d'environ 2 entre les dia- mètres extérieur et intérieur de l'espace de travail. Disposant d'une structure simple et compacte, ce dispositif permet un réglage rapide du couple, dont l'ampli- tude est ajustable, mais qui est indépendant du glissement. Cela est obtenu grâce à des drains qui permettent d'évacuer le fluide de l'espace de travail vers des conduits fixes, au moyen d'un dispositif de réglage de pression sous forme d'une soupape de décharge. Les drains mentionnés sont disposés tan- gentiellement par rapport à la périphérie de l'espace de tra- vail torique et dans une direction quasi radiale par rapport à l'axe d'accouplement (vus en coupe longitudinale à travers l'accouplement). Le fluide de travail qui sort de la soupape de décharge est acheminé vers un collecteur, puis renvoyé à l'espace de travail au moyen d'une pompe et en passant par un orifice d'admission. La soupape de décharge peut être actionnée par une impulsion thermique. Dans ce but, une sonde de tempé- rature par exemple peut être disposée dans le circuit de l'eau de refroidissement du moteur qui, en fonction de la tempéra- ture de cette dernière, règle la tension initiale correspon- dante du ressort de la soupape. Si, par exemple, l'eau de re- froidissement est encore relativement froide, il n'est pas nécessaire de faire tourner le ventilateur lors d'une montée brusque en régime et en puissance du moteur, ni même au fur et à mesure que le régime-moteur augmente. La sonde de tempe- rature assure une tension initiale faible au niveau de la sou- pape de décharge, de sorte que cette dernière s'ouvre même en présence d'une petite pression et vidange le dispositif d'ac- couplement avec un couple réduit. Le nombre de tours du venti- lateur est donc limité et toute la puissance du moteur est ainsi disponible pour la traction du véhicule. Au fur et à me- sure que la température de l'eau de refroidissement augmente, le ressort de la soupape de décharge est de plus en plus tendu, créant ainsi une pression correspondante dans les drains; l'accouplement est donc forcé de transmettre un couple plus élevé et le nombre de tours du ventilateur augmente en conse- quence. Ce réglage peut se dérouler automatiquement; il amélio- re alors l'efficacité du moteur. La présente invention a pour but de perfec- tionner le dispositif d'accouplement hydrodynamique à autoré- gulation mentionné ci-dessus, d'en réduire les dimensions et de trouver une solution simple et peu onereuse. Selon l'invention, cet objectif est atteint par le fait que le rapport entre les diamètres extérieur et in- térieur (Da/Di) de l'espace de travail n'est que d'environ 1,2 à 1,6 et que le collecteur est disposé radialement à l'inté- rieur de l'espace de travail et entouré par les parois des deux roues à aubes primaire et secondaire. Le rapport relativement petit entre les dia- mètres extérieur et intérieur de l'espace de travail a permis de décaler les aubes de l'accouplement le plus possible vers l'extérieur dans le sens radial. Ceci crée un espace libre correspondant plus grand dans l'espace intérieur qui peut tenir lieu de collecteur du fluide de travail. Grâce à la conception de l'invention, on peut renoncer aux conduites d'huile menant vers l'extérieur, souvent sensibles aux défaillances; de même, une pompe pour la circulation du fluide de travail peut être supprimée. Etant donné-que le collecteur est intégré dans le dispositif d'accouplement, l'encombrement de la structure est réduit. Le brevet américain US-PS 2 570 768 décrit un dispositif d'accouplement dans lequel le rapport entre les diamètres extérieur et intérieur de l'espace de travail est d'environ 3. Il est vrai que ce brevet prévoit un collecteur du fluide de travail à l'intérieur du dispositif, mais il n'y est acheminé que lors du démarrage. Le démarrage du coté se- condaire, lorsque le nombre de tours maximal ou presque maximal coté primaire est atteint, est facilité par une limitation du couple transmis. Dans ce dispositif, le collecteur est délimité essentiellement par les parois de la roue primaire à aubes. Le rapport entre les diamètres extérieur et intérieur de l'espace de travail est d'environ 3. L'avantage du dispositif d'accouplement selon l'invention, par contre, réside dans le fait que la plus grande partie du collecteur est disposée dans l'espace intérieur libre de la roue à aub secondaire. Ainsi, la vitesse de rota- tion dans le collecteur est fonction du nombre de tours secon- daire. Par conséquent, le fluide peut sortir de l'espace de tra- vail pour aller dans le collecteur sans'contre-pression, alors que le ventilateur, relié à la roue secondaire à aubes,, est pra- tiquemecr.t arrêté. Le nombre detoiurs du ventilateur reste donc très limité jusqu'au moment oO une sonde de température transmet une impulsion de fermeture des drains de l'espace de travail à la soupape de décharge réglable. Les drains de la roue secondaire à aubes, disposés tangentiellement par rapport à la périphérie de l'espace de travail torique, sont avantageusement agencés vers l'intérieur en direction de l'axe d'accouplement. Le fluide de travail peut donc être évacué vers l'intérieur sans problème. Un autre mode de réalisation de l'invention permet de prévoir au niveau du drain, au moins une soupape de décharge supplémentaire, actionnée par la force centrifuge et s'ouvrant à un nombre de'-tours défini. Les moteurs Diésel modernes à suralimenta- tion sont particulièrement capables de baisses de régime impor- tantes, ce qui entraîne une augmentation du couple. Dans chaque plage de régime de service du moteur, la puissance fournie est donc pratiquement constante, indépendamment du degré de baisse à cet instant. Ceci entraîne parfois le danger, en régime maxi- mal, d'un refroidissement trop important ou d'un rendement inu- tile du ventilateur, ce dernier effectuant un trop grand nombre de tours Selon l'invention, la soupape de décharge supplémentaire permet de régler le ventilateur sur un nombre de tours. très bas, alors que le moteur tourne en plein regime. Cela se fait automatiquement: lorsque le nombre detours du coté secondaire du dispositif d'accouplement dépasse une certaine valeur, cette soupape fait en sorte que du fluide de travail passe de l'espace de travail dans le collecteur. Un autre aspect avantageux de l'invention est que la ou les soupape(s) de décharge sont agencées dans un ou plusieurs branchements du ou des drain(s). Les principes de l'invention sont décrits ci-dessous, à l'aide d'un exemple de réalisation et des figures. La figure 1 montre une coupe longitudinale (demi-coupe) à travers le dispositif d'accouplement hydrodynami- que à autorégulation. La figure 2 montre une coupe partielle le long de la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 montre l'agrandissement d'une partie de la figure 1. Le dispositif d'accouplement dispose d'un arbre d'entrainement i avec une roue à aubes primaire 2, ainsi qu'une roue à aubessecondaire 4. Cette dernière est reliée à une couronne d'aubes du ventilateur. D'autre part, elle commu- nique également avec une enveloppe 9 qui entoure la roue à aubes primaire 2. Cette enveloppe 9 ainsi qu'un plateau de moyeu 17 de la roue à aubessecondaire 4, disposent chacun d'un palier à roulement 24, 25 pour le logement de cette dernière, et par con- séquent pour le logement de la couronne à aubes du ventilateur 3, 257 1107 sur l'arbre d'entrainement 1. Les roues à aubes 2 et 4 forment un espace de travail torique 5. L'axe du dispositif est indiqué par le chiffre 20 et la direction d'écoulement du fluide (par exemple de l'huile) a l'intérieur de l'espace de travail, est indiquée par les flèches 21. Un ou plusieurs drains 7 relient l'intérieur radial de l'espace de travail 5 à un collecteur 10 qui est essen- tiellement délimité par le plateau de moyeu 16 de la roue à aubes primaire 2 et par une coiffe 18 qui suit le profil de la roue à aubes secondaire 4. Le collecteur 10 est constamment relié à la zone centrale de l'espace de travail 5 et ce, au moins car un cnnduit d'admission 6 (qui traverse la roue à aubes primaire 2). A par- tir de l'espace de travail 5, les drains 7 suivent d'abord une direction tangentielle par rapport à la périphérie de cet espace, en sens radial vers l'axe 20, Vuis débouchent dans le collecteur après une déviation d'orientation quasi axiale. Cette dévia- tion dans la direction axiale n'est pas indispensable, mais elle est utile par rapport à la disposition du corps de la soupape de décharge 8 décrit ci-dessous et qui se présente, de préférence, sous forme d'un disque. Les dégorgements des drains 7 sont en effet recouverts par cette soupape 8 élastique en forme de dis- que ou de lame, et dont la tension est préréglée. Elle est fixée sur un disque 19 (disposé de préférence dans un sens co-axial par rapport à l'axe 20). Le degré d'ouverture de la soupape de dé- charge 8 peut être réglé comme connu par un thermostat 15, pré- senté schématiquement et disposé à l'extérieur de la coiffe 18. Ce thermostat mesure la température de l'air de refroidissement aspiré par le ventilateur 3 au moyen d'un radiateur d'eau de refroidissement (non représenté) et donc indirectement la tem- pérature de cette dernière. Lorsque le disque 19, relié au thermostat 15, effectue un mouvement de rotation correspondant dans le sens circonférentiel, les orifices (non représentés) de la soupape 8 sont amenés au moins partiellement sur les dégor- gements des drains 7. Dans ce but, le disque 19 est logé dans la coiffe à l'aide d'un pivot 23, sur lequel est également fixé le thermostat 15, co-axialement par rapport à l'arbre d'entrai- nement 1. Dès que la température de l'eau de refroidissement augmente, le disque 19 se déplace graduellement pour fermer les dégorgements des drains 7. Le taux de remplissage du dispositif d'accouplement augmente donc en conséquence. On peut envisager d'autres modes de réalisation du thermostat (et/ou de la sou- pape de décharge). La disposition par exemple peut être telle qu'une modification de la température de l'eau de refroidisse- ment entraîne un changement de la tension initiale de la sou- pape élastique 8 (ou d'un ressort agissant sur une soupape en forme de piston). Il apparaît que l'espace de travail torique O10 5 est extrêmement décalé vers l'extérieur dans le sens axial, et ce grace au diamètre relativement grand des plateaux de moyeu 16 et 17 des deux roues à aubes 2 et 4. En d'autres ter- mes: le rapport entre les diamètres extérieur et intérieur Da/Di de l'espace de travail est relativement petit; il se situe environ entre 1,2 et 1,6, de préférence à 1,4. Cela crée une grande zone radiale libre à l'intérieur de l'espace utile qui peut recevoir le collecteur 10. Ce dernier doit être di- mensionné de telle sorte que, le cas échéant, la totalité du fluide puisse y être concentrée. La plus grande partie de ce collecteur O10 est située dans la zone intérieure libre de la roue à aubes secondaire 4. Dans ce but, le plateau de moyeu 17 ainsi que le disque 19 de la soupape de décharge 8 comportent les évidements nécessaires. La coiffe 18 de la roue à aubes secondaire 4 apporte un agrandissement supplémentaire, sans toutefois augmenter les dimensions de la structure entière. Les deux roues à aubes renferment cependant le collecteur 10. Le (ou les) branchement (s) qui relie (nt) le (les) drain (s) 7 au collecteur en évitant la soupape de dé- charge 8, comportent chacun une soupape de décharge supplémen- taire 11. La figure 3 montre le schéma de conception possible d'un tel équipement. Il peut s'agir d'un corps de soupape sphé- rique lla, poussé par un ressort 11b contre le siège, en direc- tion de l'axe d'accouplement. La force du ressort est tellebque le corps de soupape lla ne s'éloigne du siège qu'à partir d'un nombre de tours assez élevé, et ce, sous l'effet de la force centrifuge. En supplément à la soupape 8, la soupape 11 engendre une réduction supplémentaire du taux de remplissage de l'espace de travail 5. Afin d'absorber la chaleur due aux pertes en puis- sance dans le dispositif d'accouplement, les surfaces extérieures de la roue à aubes secondaire 4 et de l'enveloppe 3 comportent des ailettes de refroidissement 29. Un joint d'étanchéité extérieur 22 est disposé entre l'enveloppe 9 et l'arbre d'entraînement 1 de la roue à aubes primaire 2. En outre, un autre joint d'étanchéité 12 est placé entre l'enveloppe 9 et le plateau de moyeu 16 de la roue à aubes primaire 2. A l'intérieur de ce joint 12 se trouve une gouttière 13 qui recueille l'huile de fuite. Comme indiqué sur la figure,le joint 12 peut également être en forme de labyrinthe. Au moins un alésage de raccordement 14 relie la gouttière 13 au collecteur 10 en traversant le plateau de moyeu 16 La disposition oblique des aubes (cf. figure 2) permet une alimentation particulièrement intensive de l'espace de travail 5 et donc une puissance spécifique très élevée. En raison de la pression maintenue constamment entre l'espace de travail 5 et la soupape 8 par le biais des drains 7, une certaine quantité de fluide de travail entre dans le collecteur 10 lors du fonctionnement normal du dispositif. La ainsi obtenue pression/est proportionnelle au couple transmis par le disposi- tif. Si le nombre de tours de la roue à aubes primaire 2, dont l'entraînement est normalement proportionnel au régime-moteur, est soudainement augmenté, le dispositif d'accouplement subit une surcharge ponctuelle. La roue à aubes secondaire 4 fonc- tionne à un nombre detours inférieur, ce qui entraîne un glis- sement élevé. L'augmentation soudaine du nombre de.tours de la roue à aubes primaire 2 exerce une plus grande pression sur la soupape 8 et donc une décharge accrue du fluide de l'espace de travail. Le taux de remplissage de ce dernier est alors réduit et le couple de la roue à aubes secondaire 4 reste constant en dépit d'un nombre de tours plus élevé de la roue primaire. En outre, comme il a été expliqué ci-dessus, le taux de remplissage est réglé au moyen du thermostat 15, en fonction de la température de l'eau de refroidissement du moteur. REVENDICATIONS 1/ - Dispositif d'accouplement hydrodynamique à autorégulation, comportant une roue à aubes primaire (2) et une roue à aubes secondaire (4), dont les aubes sont inclinées vers l'axe d'accouplement (20), les roues (2, 4) délimitant un espace de travail torique (5) équipé d'une entrée (6) et d'une sortie (7) pour le fluide de travail, ce dernier pouvant être déchargé de-l'espace de travail (5) dans un collecteur (10) en passant par au moins un drain (7) disposé tangentiellement par rapport à la périphérie de l'espace de travail (5), avec une soupape (8) reliée au drain (7), qui règle le taux de remplis- sage de l'espace de travail, caractérisé en ce que le rapport entre les diamètres extérieur et intérieur (Da/Di) de l'espace de travail (5) n'est que d'environ 1,2 à 1,6 et que le collec- teur (10) est disposé radialement à l'intérieur de l'espace de travail (5) et entouré par les parois (16, 18) des deux roues à aubes primaire et secondaire (2, 4). 2/ - Dispositif d'accouplement hydrodynamique à autorégulation, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plus grande partie du collecteur (10) se trouve dans l'espace intérieur libre de la roue à aubes secondaire (4). 3/ - Dispositif d'accouplement hydrodynamique à autorégulation, selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les drains (7) dans la roue à aubes secondaire (4) sont dirigés vers l'intérieur en direction de l'axe d'accouplement. 4/ - Dispositif d'accouplement hydrodynami- que à autorégulation, selon les revendications 1 à 3, caracté- risé en ce qu'au moins une soupape de décharge supplémentaire 11, actionnée par la force centrifuge, est disposée dans le *drain (7). / - Dispositif d'accouplement hydrodynamique à autorégulation, selon la revendication 4, caractérisé en ce que la soupape de décharge (11) ou les soupapes de décharge, sont agencées dans un ou plusieurs branchements du drain/des drains (7). 6/ - Dispositif d'accouplement hydrodynami- que à autorégulation, selon l'une des revendications 1 à 5, comportant un joint d'étanchéité extérieur (22), disposé entre l'arbre d'entraînement (1) et une enveloppe (9) qui épouse le profil de la roue à aubes secondaire (4), caractérisé en ce que, vu de l'intérieur vers l'extérieur, un joint supplémen- taire (12), par exemple un joint à labyrinthe, est placé en amont du joint d'étanchéité extérieur (22) et q!uentre les deux joints (12) et (22) se situe une gouttière (13) recueil- lant l'huile de fuite, celle-ci étant reliée au collecteur (10) par un ou plusieurs alésages de raccordement (14).