Brevet FR2611840A1 — publié le 19880909

La présente invention porte sur un couplage à fluide visqueux qui peut être utilisé avec un ventila- teur pour refroidir un moteur d'automobile. Divers couplages à fluide visqueux ont été proposés jusqu'ici. Un couplage à fluide visqueux connu est re- présenté sur la Fig. 6, o un rotor i est monté sur un arbre d'entrée 2. Une chambre à fluide 5 consistant en des sections 5a et 5b est remplie avec un fluide visqueux pour transmettre la torsion de l'entrée vers la sortie. La section 5a est formée par le rotor i et un bottier 3. La section 5b est formée par le rotor 1, le bottier 3 et un couvercle 4, ou arbre de sortie. Un ré- servoir 6 conserve le fluide. Un élément 7 qui répond aux variations de température est connecté à une soupape 9 par une tige 8. La soupape 9 est ouverte ou fermée par l'élément 7 par l'intermédiaire de la tige 8 en fonction de la température, pour contrôler le fluide visqueux entre la chambre à fluide 5 et le réservoir 6. Ainsi, on contrôle le couple transmis de l'entrée vers la sortie. 2. 2611840 Le couplage connu décrit ci-dessus a un désavanta- ge. En particulier, lorsque le couplage n'est pas en fonctionnement, le fluide reste dans la partie infé- rieure du couplage à cause de la gravité. Par consé- quent, la chambre à fluide 5 est remplie avec le fluide ainsi que le réservoir 6, comme cela est représenté sur la Fig. 8. Lorsque le couplage est mis à nouveau en fonctionnement, le couple est transmis de l'entrée par le fluide visqueux qui remplit la chambre 5. Par consé- quent, un ventilateur (non représenté) tourne à une grande vitesse jusqu'à ce que le fluide revienne dans le réservoir 6 depuis la chambre 5. Dans ce cas, si la tem- pérature ambiante est suffisamment haute et si la sou- pape 9 est ouverte, aucun problème ne se pose. Toute- fois, si la température est basse, divers problèmes sur- viennent alors. Par exemple, le moteur n'est pas ré- chauffé rapidement. Le radiateur ne marche pas bien. Immédiatement après le redémarrage, le ventilateur fait un bruit fort. En conséquence, on a proposé une amélioration par rapport au couplage à fluide visqueux représenté sur la Fig. 6. Ce couplage amélioré est représenté sur la Fig. 7, o un second réservoir 6' est formé à l'arrière de la chambre à fluide 5. Lorsque le couplage n'est pas en opération, une partie du fluide reste dans le second réservoir 6', si bien que le niveau du liquide h (voir Fig. 8) tombe en conséquence. Dans le couplage à fluide visqueux conventionnel représenté sur la Fig. 6, lorsqu'il n'est pas en fonc- tionnement, le niveau h du fluide visqueux dans la cham- bre 5 est élevé, comme représenté sur la Fig. 8. Ce fluide dans la chambre 5 transmet le couple depuis l'en- trée. Le ventilateur tourne donc à une grande vitesse. Aux basses températures, un bruit fort est produit. Dans le couplage à fluide visqueux représenté sur 3. 2611840 la Fig. 7, la chambre à fluide 5 est formée dans une zone étroite. Ceci rend impossible le contrôle à volonté du couplage. De ce fait, on a sacrifié jusqu'ici la performance obtenue. C'est un objet de la présente invention que de fournir un couplage à fluide visqueux qui soit exempt des problèmes cités des couplages à fluide visqueux de l'art antérieur. L'objet ci-dessus, ainsi que d'autres, sont réali- sés conformément aux enseignements de l'invention par un couplage à fluide visqueux comprenant: un arbre connec- té à un moteur; un rotor dans lequel est monté l'arbre, le rotor pouvant tourner avec l'arbre; un élément d'en- trée; un élément de sortie couplé avec l'élément d'en- trée; un bottier et un couvercle qui constituent le lo- gement du couplage à fluide visqueux et dans lequel est logé le rotor, le boîtier et le couvercle étant accou- plés par des boulons; un palier par lequel le boîtier est tenu en rotation à l'arbre; une plaque arrière mon- tée dans le bottier à l'endroit o le boîtier est en contact avec le couvercle; une plaque avant montée sur la surface interne du couvercle avec des boulons et ayant un trou par lequel l'huile peut circuler; un pre- mier réservoir formé par le couvercle et la plaque avant; une chambre à fluide avant formée par la plaque avant et le rotor; une chambre à fluide arrière formée par le rotor et la plaque arrière, le rotor et la plaque arrière coopérant pour constituer un labyrinthe près du bottier et du couvercle; et un second réservoir formé par la plaque arrière et le boîtier. Lorsque le couplage est mis en fonctionnement, un élément sensible à la température, consistant par exem- ple en une bilame répond à la température ambiante et fait que la soupape ouvre le trou dans la plaque avant aux température élevées. Le fluide visqueux s'écoule 4. 2611840 alors dans les chambres à fluide depuis le réservoir. Dans ces conditions, le couple est transmis et le ventilateur tourne à grande vitesse. Pendant ce temps, le fluide ne passe pas dans le second réservoir depuis la chambre à fluide à cause de la rotation du rotor par rapport au couvercle, de l'effet de pompage des dents formées sur la périphérie externe du rotor dans le sens de la rotation du rotor, de l'effet de pompage produit par la rotation du rotor par rapport à une protubérance proche d'un orifice formé dans la plaque arrière et de l'effet de la force centrifuge créée par la différence du diamètre externe du second réservoir et des chambres à fluide. Par conséquent, la quantité de fluide visqueux enfermé hermétiquement dans le dispositif de couplage qui est suffisante pour faire fonctionner le couplage peut être réduite à un minimum. Fig. i est une vue en coupe latérale d'un couplage à fluide visqueux selon l'invention; Fig. 2 est une vue en coupe latérale des portions principales d'un autre couplage à fluide visqueux selon l'invention; Fig. 3 est un diagramme schématique du couplage re- présenté sur la Fig. i pour illustrer le niveau de li- quide,lorsque le couplage n'est pas en fonctionnement; Fig. 4 est un graphique représentant les carac- téristiques de démarrage aux basses températures d'un nouveau couplage et d'un couplage connu; Fig. 5 est un graphique pour comparer une caracté- ristique d'un nouveau couplage avec une caractéristique d'un couplage connu aux températures normales; Fig. 6 et 7 sont des vues en coupe latérale de cou- plages à fluide visqueux connus; et Fig. 8 est un diagramme schématique du couplage re- présenté sur la Fig. 6 pour illustrer le niveau de li- quide lorsque le couplage n'est pas en fonctionnement. 5. 2611840 Lorsqu'on se réfère à la Fig. 1, un couplage à fluide visqueux y est représenté mettant en oeuvre le concept de la présente invention. Ce couplage comporte un rotor 1 monté sur un arbre d'entrée 2. Le rotor 1 a des dents sur sa périphérie externe, le nombre des dents correspondant à la fréquence rotationnelle du rotor. Un bottier 3 est tenu en rotation sur l'arbre 2 par un pa- lier 10 et ancré sur un couvercle 4, ou arbre de sortie, avec des vis 12. Une plaque avant 11 est montée sur le couvercle 4 avec des vis 13 pour former un réservoir 6. La plaque avant 11 coopère avec le rotor 1 pour cons- tituer une chambre à fluide 5b. Une plaque arrière 16 a une portion externe enfoncée dans le boîtier 3 pour former un second réservoir 6'. La plaque arrière 16 co- opère avec le rotor 1 pour former une autre chambre à fluide 5a. Un orifice 17 formé dans la surface externe de la plaque arrière 16 se prolonge jusqu'à la surface externe de la chambre à fluide 5a. Une protubérance 19 est formée près et à l'avant de l'orifice 17 dans le sens de la rotation du rotor 1. Une soupape 9 est fixée sur un élément 7 par une tige 8. L'élément 7 répond aux variations de température, et il consiste en une bilame. La plaque avant 11 est pourvue des trous 14a et 14b par lesquels l'huile peut circuler. Lorsque la température varie, l'élément sensible à la température 7 se déplace pour ouvrir ou fermer les trous 14a et 14b. Ainsi, la quantité d'huile circulant entre le réservoir 6 et la chambre 5 est contrôlée, et le couple transmis de l'arbre d'entrée 2 à la sortie est contrôlé. Lorsque le couplage à fluide visqueux n'est pas en fonctionnement, un fluide visqueux tel que de l'huile de silicone reste sous l'effet de la gravité dans la partie inférieure du couplage, c'est-à-dire dans le réservoir 6, la chambre à fluide 5 et le second réservoir 6', comme cela est représenté sur la Fig. 3. Lorsque le 6. 2 6 1 2611840 couplage est mis en fonctionnement, le rotor tourne. La force centrifuge qui en résulte répartit le fluide cir- conférentiellement à l'intérieur du couplage. Le fluide est alors retourné de la chambre 5 ainsi que du second réservoir 6' dans le réservoir 6. A ce moment, une par- tie du fluide reste dans le second réservoir 6' comme mentionné précédemment et, de ce fait, le niveau h' du fluide peut être abaissé en conséquence lorsque le cou- plage n'est pas en fonctionnement comme cela est repré- senté sur la Fig. 3. Le fluide qui retourne dans le réservoir 6 depuis le second réservoir 6' passe par l'orifice 17 formé dans la surface externe de la plaque arrière 16. L'orifice 17 agit pour contrôler la quantité de fluide circulant le long de la périphérie externe du rotor 1. Le fluide qui est forcé dans le réservoir 6 ne transmet pas de couple lorsqu'il coule le long de la pé- riphérie externe du rotor. De cette façon, la vitesse de rotation élevée susmentionnée du ventilateur qui se serait produite aux basses températures lorsque le cou- plage est redémarré peut être évitée. La plaque arrière 16 est formée avec un trou de surpression 18 pour régulariser la récupération du fluide sortant du second réservoir 6'. Le trou 18 est tout à fait important pour le couplage. Il faut que le trou de surpression 18 soit situé à l'intérieur par rap- port à un trou 15 aménagé dans le rotor 1 pour permettre au fluide de le traverser pour empêcher le fluide d'arri- ver dans le trou de surpression 18 depuis le trou 15 lorsque le rotor 1 tourne; sans cela, le fluide s'échap- perait de la chambre à fluide 5 vers le réservoir 6. La protubérance 19 a une forme appropriée et une hauteur appropriée, et elle est disposée près et en avant de l'orifice 17 dans le sens de la rotation du rotor 1. Le diamètre externe d du second réservoir 6' est égal ou supérieur au diamètre externe d' de la chambre à fluide 7. 2 6 1 2611840 a. Lorsque le couplage à fluide visqueux commence à fonctionner, l'élément sensible à la température 7 se déplace selon la température ambiante. Ceci ouvre ou ferme la soupape 9. On suppose maintenant qu'à une tem- pérature appropriée les trous 14a et 14b de la plaque avant 11 sont ouverts, c'est-à-dire que le couplage est engagé. Le fluide coule dans les chambres à fluide a et 5b depuis le réservoir 6, si bien que le couple est transmis. Dans ces conditions, le ventilateur tourne à haute vitesse. A ce moment, le fluide ne circule pas de la chambre 5a vers le second réservoir 6' à cause de la rotation du rotor 1 par rapport au couvercle 4, de l'effet de pompage des dents formées sur la périphérie externe du rotor 1 dans le sens de la rotation du rotor 1, de l'effet de pompage produit par la rotation du ro- tor 1 par rapport à la protubérance 19 près de l'orifice 17 et de l'effet de la force centrifuge créée par la différence de diamètre externe entre le second réser- voir 6' et la chambre à fluide 5a, comme cela a été men- tionné précédemment. Par conséquent, la quantité de fluide enfermé hermétiquement dans le couplage qui est suffisante pour faire fonctionner le couplage peut être réduite à un minimum. Aux températures modérées, la soupape 9 ferme seulement le trou 14a dans la plaque avant 11, alors que le trou 14b est ouvert, c'est-à-dire que le couplage est partiellement engagé. Dans ces conditions, le fluide coule uniquement dans la chambre à fluide 5a depuis le réservoir 6, grâce à quoi le couple est transmis. Le ventilateur tourne à une vitesse modérée. Aux basses températures, la soupape 9 ferme les trous 14a et 14b. Dans cet état, le couplage est dis- connecté. Le fluide est retourné dans le réservoir 6, mais ne coule pas dans la chambre à fluide 5. Par 8. 2611840 conséquent, aucun couple n'est transmis. Le ventilateur tourne à faible vitesse. Le second réservoir 6' est formé en pressant la portion externe de la plaque arrière 16 dans le boîtier 3. Il est également possible de monter la plaque arrière 16 en utilisant des vis ou des rivets, par matage au rouleau ou par une autre méthode. Fig. 2 montre un autre couplage à fluide visqueux selon l'invention. Ce couplage est similaire au couplage représenté sur la Fig. 1, sauf que la plaque arrière 16 fait partie intégrante du boîtier 3 et qu'un couvercle arrière 20 est fourni. Puisque les nouveaux dispositifs de couplage sont construits comme décrit plus haut, le fluide visqueux reste dans le réservoir et dans la chambre à fluide lorsque le ccuplage n'est pas en fonctionnement. En outre, le fluide peut être introduit dans le second ré- servoir par l'orifice. De ce fait, le niveau h' du fluide peut être diminué selon la capacité du second ré- servoir. En outre, les problèmes susmentionnés qui se seraient manifestés lorsque le couplage est démarré à des températures basses, tels que le bruit produit par le ventilateur, le mauvais fonctionnement du radiateur et le réchauffement lent du moteur peuvent être résolus. Le fluide qui coulait dans la chambre à fluide pendant le fonctionnement est évacué par l'orifice sous l'effet du pompage dû à la rotation du rotor par rapport à la protubérance, sous l'effet du diamètre externe et de la forme du second réservoir et sous l'effet du pompage des dents sur la périphérie externe du rotor. En outre, le fluide est empêché de retourner dans le second réservoir par l'orifice. Fig. 4 montre une courbe de la caractéristique de démarrage A d'un nouveau couplage et une courbe de la caractéristique de démarrage B d'un couplage conven- 9. 26611840 tionnel aux basses températures. La courbe Np indique la fréquence rotationnelle d'entrée. La courbe Nf indique la fréquence rotationnelle du ventilateur, c'est-à-dire la fréquence rotationnelle de sortie. Comme cela se voit sur ce graphique, la courbe B indiquant la fré- quence du ventilateur du couplage conventionnel prend des valeurs basses après que des dizaines de secondes se soient écoulées, si bien qu'aucun des problèmes sus- mentionnés ne se manifeste. Cependant, elle prend des valeurs tout à fait importantes immédiatement après que le couplage ait démarré, et le couplage de l'art anté- rieur est donc affecté par les problèmes décrits ci- dessus. Pour le nouveau couplage, immédiatement après que le couplage ait démarré, la fréquence rotationnelle est si basse que le couplage est à peine affecté par les problèmes. Lorsqu'on se réfère à la Fig. 5, les lignes pleines indiquent une caractéristique d'un nouveau couplage aux températures normales, alors que les lignes discontinues indiquent une caractéristique d'un couplage conven- tionnel aux températures normales. Pour le nouveau cou- plage, la courbe a deux portions horizontales et, par conséquent, le ventilateur est moins susceptible de tourner à de hautes vitesses. Ceci réduit le bruit pro- duit par le ventilateur. L'économie d'énergie peut également être améliorée. De cette manière, le nouveau couplage à fluide vis- queux est supérieur en performance au couplage de l'art antérieur et sa structure est plus simple que celle du couplage de l'art antérieur. En outre, le poids du nouveau couplage n'est que peu augmenté par comparaison avec le couplage de l'art antérieur. Le nouveau couplage est également économique à fabriquer. En plus, lorsque le couplage est installé sur un véhicule, il affecte très peu les portions environnantes. 10. REVENDICATIONS 1. Couplage à fluide visqueux comprenant: un arbre (2) connecté à un moteur; un rotor (1) dans lequel est monté l'arbre (2), le rotor (1) pouvant tourner avec l'arbre (2); un élément d'entrée; un élément de sortie couplé avec l'élément d'entrée; un bottier (3) et un couvercle (4) qui constituent le logement du couplage à fluide visqueux et dans lequel le rotor (1) est logé, le bottier (3) et le couvercle (4) étant accouplés par des boulons (12); un palier (10) par lequel le bottier (3) est tenu en rotation sur l'arbre (2); une plaque arrière (16) montée dans le bottier (3) à l'endroit oa le boîtier est en contact avec le couvercle (4); une plaque avant (11) montée sur la surface interne du couvercle (4) avec des boulons (13) et ayant un trou (14a, 14b) par lequel l'huile peut couler; un premier réservoir (6) formé par le couvercle (3) et la plaque avant (11); une chambre à fluide (5b) avant formée par la plaque avant (11) et le rotor (1); une chambre à fluide arrière (5a) formée par le rotor (1) et la plaque arrière (16), le rotor (1) et la plaque arrière (16) coopérant pour constituer un labyrinthe près du bottier (3) et du couvercle (4); et un second réservoir (6') formé par la plaque arrière (16) et le bottier (3). 2. Couplage à fluide visqueux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque arrière (16) a une portion externe pourvue d'un orifice pour mettre la chambre à fluide arrière (5a) en communcation avec le second réservoir (6'), et en ce que la plaque arrière (16) a une portion interne pourvue d'un trou de surpression (18) près du rotor (1). 11. 3. Couplage à fluide visqueux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (1) a un trou (15) par lequel le fluide peut couler, et en ce que le rotor (1) a des dents sur sa périphérie externe pour produire un effet de pompage, pour faire circuler l'huile enfermée hermétiquement dans les chambres à fluide (5a,5b) et dans les réservoirs (6,6'). 4. Couplage à fluide visqueux selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit trou (14a,14b) formé dans la plaque avant (11) pour permettre à l'huile de la traverser est orienté dans une direction radiale, et en ce qu'une soupape (9) peut effectuer circonférentiellement un mouvement coulissant ensemble avec un élément (7) qui répond aux varia- tions de température pour ouvrir ou fermer le trou, en fonction de la température. 5. Couplage à fluide visqueux selon la revendication 2, comportant en outre une protubérance (19) d'une hauteur donnée près de l'orifice (17) et en avant de l'orifice (17) dans le sens de la rotation du rotor (1). 6. Couplage à fluide visqueux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre externe du second réservoir (6') est inférieur au diamètre externe de la chambre à fluide arrière (5a). 7. Couplage à fluide visqueux selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément (7) qui répond aux variations de température consiste en une bilame.