Brevet FR2592340A1 — publié le 19870703

"Générateur de chaleur pour véhicule automobile" L'invention se rapporte à un générateur de chaleur pour véhicule automobile, du type dans lequel la chaleur est produite par des frottements engendrés dans un volume de fluide caloporteur, à l'aide de deux éléments à aubages. L'invention a plus particulièrement pour objet de fournir un chauffage d'appoint à l'habitacle du véhicule et/ou d'entretenir une température de fonctionnement suffisante du moteur, même au ralenti. On connait une installation de chauffage d'appoint pour véhicule automobile dans laquelle un liquide confiné entre deux éléments à aubages, dont l'un est bloqué en rotation, s'échauffe par suite des frottement engendrés entre ces éléments à aubages. Une telle installation est par exemple décrite dans le document de brevet français N-2276190. Cependant, ce système connu est entraîné par un moteur hydraulique indépendant et intégré à l'installation. Cette dernière est donc compliquée et coûteuse et son encombrement rend difficile son implantation sur un véhicule. D'autre part, les besoins en chaleur varient beaucoup d'un type de véhicule à un autre, de sorte qu'on peut être conduit à définir plusieurs modèles d'un tel dispositif adaptés à des plages de puissance calorifique différentes. Il en résulte la nécessité de fabriquer et stocker de nombreuses pièces et sous-ensembles semblables mais de dimensions différentes, ce qui contribue à augmenter le prix de revient de tels générateurs de chaleur. L'invention concerne un perfectionnement ayant, entre autres, pour but d'utiliser un grand nombre de pièces ou sous-ensembles identiques dans un générateur de chaleur de ce type, calculé pour développer une puissance calorifique nominale quelconque, dans une plage de puissance très large. L'idée de base de l'invention consiste à faire en sorte que le second élément à aubages soit entraîné en rotation avec un rapport de vitesse donné, par rapport au premier élément à aubages, ce qui procure davantage de paramètres pour la détermination de la puissance calorifique nominale du dispositif, en adaptant les dimensions et/ou l'agencement d'un nombre restreint de pièces ou sous-enserbles. Dans cet esprit, l'invention concerne essentiellement un générateur de chaleur, notamment pour véhicule automobile à moteur, du type comportant une enceinte traversée par un fluide caloporteur et dans laquelle un premier élément à aubages est entraîné en rotation en regard d'un second élément à aubages disposé dans le prolongement axial dudit premier élément à aubages, caractérisé en ce que ledit second élément à aubages est monté en rotation et couplé au premier élément à aubages par l'intermédiaire d'une transmission mécanique propre à assurer une différence de vitesse et/ou une inversion du sens de rotation du second élément à aubages par rapport au premier. De préférence, le couplage entre les deux éléments à aubages se fera par l'intermédiaire d'un train planétaire. Selon une variante préférée, l'invention vise aussi à améliorer la puissance volumique d'un tel dispositif, en comparaison, toutes choses égales par ailleurs, de celle d'un dispositif conforme à l'état de la technique, rappelé ci-dessus. Pour cela, l'agencement est tel que les deux éléments à aubages tournent en sens inverse l'un par rapport à l'autre. L'invention vise encore d'autres perfectionnements visant à rendre la quantité de chaleur produite relativement peu sensible aux variations de vitesse de rotation du moteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux générateurs de chaleur conformes à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un générateur de chaleur suivant l'invention, représenté en coupe longitudinale; et - la figure 2 est une vue analogue à la figure -1, illustrant une variante. En se reportant plus particulièrement à la figure 1, le générateur de chaleur représenté comporte une enceinte 11 renfermant un premier élément à aubages 12, monté en rotation par rapport à l'enceinte Il au moyen d'un roulement à billes 13 et entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un embrayage électromagnétique 14. Un second élément à aubage 15 est logé dans l'enceinte 11 et disposé dans le prolongement axial du premier élément à aubages, de façon que les aubages 15a de ces deux éléments soient face à face. Un tel générateur de chaleur est dérivé d'un coupleur hydromécanique connu. Cependant, le second élément à aubages 15 n'est pas entraîné en rotation par l'intermédiaire du fluide qui se trouve dans l'enceinte 11, mais par une transmission mécanique 16, propre à assurer une différence de vitesse et/ou une inversion du sens de rotation du second élément à aubages 15 par rapport au premier élément à aubages 12. Le second élément à aubages 15 est monté en rotation sur une projection interne fixe 17, formant tourillon, par l'intermédiaire de deux roulements à billes 18 et 19 espacés axialement l'un de l'autre par une bague 20 montée sur la projection interne 17. Les deux roulements à billes 18 et 19 sont immobilisés en translation par rapport à la projection interne 17 grâce à un épaulement 21 de cette dernière et un circlip 22.En revanche, l'élément à aubages 15 peut coulisser axialement sur les cages externes des roulements à billes 21 et 22, pour des raisons qui seront exposées plus loin. Selon une particularité avantageuse de l'invention, la transmission mécanique 16 mentionnée ci-dessus, est un train planétaire agencé entre les deux éléments à aubages. Un tel agencement est, en soi, classique, et comporte une couronne dentée 25, un pignon planétaire 6 coaxial aux éléments à aubages 12 et 15 et un certain nombre de satellites 28 engrenant à la fois sur la couronne 25 et le pignon planétaire 26. Dans l'exemple de la figure 1, la couronne dentée 25 est définie à l'extrémité ouverte d'un carter tournant 27 solidaire du premier élément à aubages 12 et enveloppant le second élément à aubage 15. Par ailleurs, le pignon planétaire 26 est fixé au second élément à aubages 15 tandis que les satellites 28 sont montés sur une partie fixe de l'enceinte 11, à savoir ici une paroi axiale de cette enceinte, de façon à tourillonner librement en étant entraînés par la couronne 25 et en entraînant le pignon planétaire 26, de façon que les deux éléments à aubages 12 et 15 tournent en sens inverse l'un par rapport à l'autre. En outre, des moyens élastiques 30 constitués ici par des ressorts à lames sont agencés pour solliciter l'élément à aubages 15 en direction de l'élément à aubages 12. Pour cela, un moyen de roulement annulaire tel que par exemple un plateau à aiguilles 31 ou analogue, est solidaire de l'élément à aubages 15 (il est ici, plus particulièrement installé dans une cavité annulaire du pignon planétaire 26) et les ressorts 30 sont interposés entre ce moyen de roulement et la paroi axiale, fixe, de l'enceinte 11. Le fluide caloporteur est introduit entre les aubages 15g par un conduit axial 35 défini dans l'arbre de rotation 36 de l'élément à aubages 12 et auquel se raccordent des éléments de conduit 37 débouchant entre les aubages de l'élément 12. Un orifice 39, pratiqué dans l'enceinte 11, permet l'évacuation du fluide caloporteur chauffé. La circulation du fluide caloporteur, entre le conduit 35 et l'orifice 39, peut se faire naturellement grâce à la force d'entraînement imprimée au fluide par la rotation des éléments à aubages. Ainsi, le fluide confiné entre les éléments à aubages 12 et 15 s'échappe en s'écoulant entre l'élément à aubages 15 et la paroi interne du carter 27 avant de contourner ce dernier et d'être évacué par l'orifice 39. L'embrayage électromagnétique 14 comporte un plateau à friction 40 couplé à l'arbre 36 et mobile longitudinalement par rapport à ce dernier. Le plateau à friction 40 est susceptible de venir en application contre un plateau d'entraînement 41 sous l'action d'un ressort axial 42 lorsque des moyens de commande électromagnétiques 43 sont désactivés. Le plateau d'entraînement 41 est lui-même entraîné par le moteur (non représenté) du véhicule automobile.Le plateau 41 pourra avantageusement être entraîné par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse à limitation de plage de vitesses, comme par exemple un variateur de vitesse centrifuge à poulies et courroie, connu en soi, et décrit par exemple, dans la demande de brevet français N 82.03484. Les moyens de commande électromagnétiques 43 sont pilotés par l'intermédiaire d'une chaîne de commande thermostatique 45 comprenant par exemple une sonde de température 46 couplée directement ou indirectement au fluide caloporteur qui circule dans l'enceinte 11. L'embrayage 14 est ainsi actionné par intermittence, de façon à maintenir la température du fluide caloporteur ou de l'élément à chauffer, au voisinage d'une valeur choisie, réglable depuis l'habitacle du véhicule. il est possible d'utiliser différents fluides en tant que fluide caloporteur précité. On pourra par exemple utiliser l'huile de lubrification du moteur en reliant directement le conduit 35 au carter d'huile, avec interposition d'un filtre. Dans ce cas, l'orifice d'évacuation 39 sera relié à un échangeur de chaleur, non représenté. On pourra également utiliser un circuit d'huile indépendant. Le fluide caloporteur pourra aussi être simplement le liquide de refroidissement du moteur, le générateur de chaleur tel que décrit étant alors simplement inséré en série dans ce circuit de liquide de refroidissement. Le fonctionnement du générateur qui vient d'être décrit est le suivant. Lorsque l'élément à aubages 12 est entraîné en rotation à une vitesse donnée, le carter 27 entraîne la couronne 25 en rotation, laquelle entraîne les satallites 28. Ces derniers entraînent le pignon planétaire 26 et par conséquent, le second élément à aubages 15. Ce dernier tourne donc (à une vitesse qui dépend des caractéristiques du train planétaire) en regard et en sens opposé de l'élément à aubages 12. L'échauffement par frottement du fluide caloporteur, qui se trouve entre les éléments à aubages, est donc supérieur à ce qu'il serait, toutes choses égales par ailleurs, si l'élément à aubages 15 était simplement immobilisé en rotation. En même temps, sous l'effet des forces centrifuges engendrées, ce fluide caloporteur est progressivement évacué vers l'orifice 39 tandis que du fluide caloporteur froid est introduit par les conduits 35 et 37. Les forces centrifuges engendrées ont également pour effet de repousser axialement le second élément à aubages 15, contre l'action des ressorts 30. Ainsi, si la vitesse de rotation du moteur augmente, l'écartement entre les deux éléments à aubages a tendance à augmenter, et par conséquent, les frottements s'exerçant sur le fluide caloporteur ont tendance à diminuer. On obtient ainsi une régulation automatique de la quantité de chaleur produite, quelle que soit la vitesse de rotation du moteur. Cependant, l'interposition du variateur de vitesse mentionné ci-dessus est avantageuse car elle permet d'obtenir une production de chaleur suffisante même aux plus basses vitesses de rotation du moteur. Dans le mode de réalisation de la figure 2, les éléments de structure identiques portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits à nouveau. Ce générateur de chaleur se distingue du précédent par le fait que la transmission mécanique 16I est agencée de telle sorte que le second élément å aubages 15 tourne dans le même sens, mais à une vitesse différente que le premier élément à aubages 12. Cette variante est donc surtout utile lorsque la puissance calorifique requise est relativement faible puisque c'est la différence des vitesses de rotation des deux éléments à aubages qui détermine l'échauffement du fluide caloporteur.Pour ce faire, la couronne dentée 25a du train planétaire est toujours définie à l'extrémité du carter tournant 27, mais les satellites 28a sont cette fois montés sur le second élément à aubages 15, tandis que le pignon planétaire 26a est immobilisé en rotation et monté coaxialement à l'élément à aubages 15 sur une partie fixe par rapport à l'enceinte Il et plus particulièrement ici sur un tronçon élargi de la projection interne 17a. L'élément à aubages 15 est toujours monté mobile axialement par rapport à cette projection 17a, avec comme précédemment, interposition d'un roulement à billes 18p. Les moyens élastiques 30a peuvent ici être constitués par une coupelle annulaire coopérant avec un plateau à aiguilles 31a directement monté sur l'élément à aubages 15. Le fonctionnement est le même que pour le dispositif de la figure 1, avec cette différence que, les éléments à aubages tournant dans le même sens, la puissance calorifique produite est plus faible. Ce type de montage sera donc utilisé pour toute une gamme de générateurs de chaleur de faible ou moyenne puissance, tandis que le montage de la figure 1 sera utilisé lorsque la puissance calorifique requise est plus importante. il apparaît cependant , en comparant les figures 1 et 2, que seulement quelques éléments doivent être modifiés pour changer la puissance nominale du générateur de chaleur. Les modifications portent en effet, presque exclusivement sur les caractéristiques du train planétaire et éventuellement son montage entre l'élément à aubages 15 et la paroi de l'enceinte 11. REVENDICATIONS 1- Générateur de chaleur1 notamment pour véhicule automobile à moteur, du type comportant une enceinte (11) traversée par un fluide caloporteur et dans laquelle un premier élément à aubages (12) est entraîné en rotation en regard d'un second élément à aubages (15) disposé dans le prolongement axial dudit premier élément à aubages, caractérisé en ce que ledit second élément à aubages (15) est monté en rotation et couplé au premier élément à aubages par l'intermédiaire d'une transmission mécanique (16) propre à assurer une différence de vitesse et/ou une inversion du sens de rotation dudit second élément à aubages par rapport au premier. 2- Générateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite transmission mécanique (16) comporte un train planétaire agencé entre les deux éléments à aubages. 3- Générateur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que, ledit train planétaire comportant classiquement une couronne dentée (25) un pignon planétaire (26) et des satellites (28), ladite couronne dentée est définie à l'extrémité ouverte d'un carter tournant (27) solidaire dudit premier élément à aubages et entourant ledit second élément à aubages, en ce que ledit pignon planétaire (26) est solidaire dudit deuxième élément à aubages et monté coaxialement à celui-ci et en ce que lesdits satellites (28) sont montés sur une partie fixe comme par exemple une paroi de ladite enceinte (11), de façon que les deux éléments à aubages tournent en sens inverse. 4- Générateur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que, ledit train planétaire comportant classiquement une couronne dentée (25a) un pignon planétaire (26â) et des satellites (28a), ladite couronne dentée (25a) est définie à l'extrémité ouverte d'un carter tournant (27) solidaire dudit premier élément à aubages et entourant ledit second élément à aubages, en ce que ledit pignon planétaire (26a) est fixé coaxialement auxdits éléments à aubages sur une partie fixe de ladite enceinte et en ce que lesdits satellites (28au) sont montés sur ledit second élément à aubages de façon que les deux éléments à aubages tournent dans le même sens. 5- Générateur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des éléments à aubages (15) est monté mobile axialement et en ce que des moyens élastiques (30) sont agencés pour solliciter cet élément à aubages en direction de l'autre. 6- Générateur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément à aubages monté mobile axialement est ledit second élément à aubages (15). 7- Générateur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit second élément à aubages est monté en rotation sur une projection interne (17) de ladite enceinte, formant tourillon, avec possibilité de déplacement axial par rapport audit tourillon, et en ce qu'il comporte un moyen de roulement annulaire (31), du type plateau à aiguilles ou analogue, les moyens de rappel élastiques étant interposés entre une partie fixe de ladite enceinte et ledit moyen de roulement annulaire. 8- Générateur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu il comporte des éléments de conduit (35, 37) débouchant entre les aubages dudit premier élément à aubages, pour l'introduction dudit fluide caloporteur entre les premier et second éléments à aubages et un orifice (39) d'évacuation dudit fluide caloporteur chauffé, pratiqué dans la paroi de ladite enceinte (11). 9- Générateur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit fluide caloporteur est l'huile de lubrification du moteur et que l'orifice d'évacuation précité de ce fluide caloporteur est relié à un échangeur de chaleur. 10- Générateur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit fluide caloporteur est le liquide de refroidissement du moteur. 11- Générateur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier élément à aubages (12) est mécaniquement couplé audit moteur par l'intermédiaire d'un embrayage (14), par exemple un embrayage électromagnétique piloté par des moyens de commande thermostatique (45, 46) thermiquement couplés audit fluide caloporteur. 12- Générateur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier élément à aubages (12) est entraîné par le moteur avec interposition a d'un variateur de vitesse à limitation de plage de vitesses, comme par exemple un variateur de vitesse centrifuge à poulies et courroie, connu en soi.