Brevet FR2644400A1 — publié le 19900921

Dispositif de générateur de chaleur et de compresseur volumétrique pour véhicule automobile à moteur à combustion interne L'invention concerne un dispositif de générateur de chaleur et de compresseur volumétrique destiné à une installation de chauffage et climatisation pour un véhicule automobile à moteur à combustion interne. Pour chauffer l'habitacle d'un tel véhicule, on utilise habituellement l'énergie thermique du fluide de refroidissement du moteur. Ce fluide parcourt un circuit qui comprend, entre autres, un échangeur de chaleur propre à chauffer de l'air qui est envoyé dans l'habitacle du véhicule. Dans certaines conditions, notamment par temps froid, l'énergie thermique cédée au fluide de refroidissement par le moteur est insuffisante pour assurer le niveau de chauffage requis. Pour éviter cet inconvénient, on a proposé d'incorporer au circuit un générateur de chaleur commandé propre à fournir, au liquide de refroidissement, un complément d'énergie thermique qui vient s'ajouter à celle fournie par le moteur, ce qui permet d'augmenter la quantité totale d'énergie thermique cédée à l'air dans l'échangeur. Un tel générateur est avantageusement du type à friction, comme enseigné par le Brevet français nO 86 01456, au nom de la Demanderesse, ce générateur comprenant un arbre qui porte des éléments de friction et qui est propre à être entrainé en rotation par le moteur du véhicule. Lorsque le véhicule est équipé d'une installation de climatisation, il comprend en outre un circuit parcouru par un fluide frigorigène et incluant notamment un compresseur volumétrique ayant, lui aussi, un arbre propre à être entrai né en rotation par le moteur du véhicule. Le générateur de chaleur et le compresseur volumétrique occupent de la place dans le compartiment moteur, et cela d'autant plus qu'il faut prévoir, pour chacun d'eux, un mécanisme d'entraînement spécifique, généralement un mécanisme à poulie et courroie. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de générateur de chaleur et de compresseur volumétrique pour véhicule automobile à moteur à combustion interne, comprenant un générateur de chaleur à friction pour fournir un chauffage d'appoint et un compresseur volumétrique pour fournir de l'air climatisé, le générateur et le compresseur possédant chacun un arbre propre à être entraîné en rotation par le moteur. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les deux arbres sont coaxiaux, l'un etant creux et traversé par l'autre qui est plein, en sorte que l'arbre plein possède une extrémité libre depassant d'une extrémité libre de l'arbre creux, le dispositif comprenant en outre une poulie d'entraînement disposée coaxialement aux deux arbres et entralnée en rotation par le moteur, ainsi que des moyens d'embrayage à commande électromagnétique pour coupler ladite poulie en rotation avec l'extrémité libre de l'arbre creux et/ou avec l'extrémité libre de l'arbre plein. Ainsi, conformément à l'invention, le générateur de chaleur et le compresseur volumétrique sont disposés coaxialement et l'entraînement de l'un et/ou l'autre de ces deux équipements s'effectue à l'aide d'une poulie commune, ce qui permet de réduire l'encombrement de l'ensemble. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les moyens d'embrayage comprennent deux bobines électriques toriques propres à coopérer magnétiquement, au travers d'un flasque de la poulie, respectivement avec deux garnitures annulaires mobiles axialement et liées respectivement en rotation avec l'arbre creux et avec l'arbre plein, ce qui permet d'assurer le contact à frottement de l'une et/ou l'autre des garnitures avec le flasque de la poulie. Ainsi, lorsqu'une bobine électrique est excitée, la garniture correspondante devient solidaire en rotation de la poulie. En excitant l'une et/ou l'autre des deux bobines, on peut assurer l'entraînement en rotation de l'arbre du générateur de chaleur et/ou de l'arbre du compresseur volumétrique. Avantageusement, les deux bobines électriques toriques sont disposées concentriquement à proximité d'une des faces du flasque de la poulie et les deux garnitures annulaires sont disposées concentriquement à proximité de l'autre face du flasque de la poulie. De préférence, les deux bobines électriques toriques sont portées par une paroi d'extrémité de celui du générateur de chaleur et du compresseur volumétrique qui est entraîné par l'arbre creux. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en élévation d'un dispositif de générateur de chaleur et de compresseur volumétrique selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue partielle en coupe, à échelle agrandie, du dispositif selon laNligne II-II de la figure 1. Le dispositif représenté à la figure 1 comprend un générateur de chaleur à friction 10, par exemple du type décrit dans la Demande de Brevet français nO 86 01456 au nom de la Demanderesse, et un compresseur volumétrique 12, ces deux équipements étant disposés coaxialement, suivant un axe XX, et pouvant être entraînés par une même poulie 14. Le générateur 10 comprend un boîtier formé par une paroi cylindrique 16 reliant deux parois d'extrémité 18 et 20 généralement perpendiculaires à l'axe XX. Les parois 18 et 20 se rattachent respectivement à deux moyeux 22 et 24 portant intérieurement des paliers de roulement respectifs 26 et 28 servant à la rotation libre d'un arbre 30 selon l'axe XX (figure 2). L'arbre 30 est un arbre creux qui s'étend sur toute la longueur du boîtier du générateur de chaleur et qui présente une extrémité libre 32 qui fait saillie au-delà de la paroi 18 et du moyeu 22. L'extrémité opposée 34 de l'arbre creux 30 vient buter contre un épaulement annulaire 36 formé dans la paroi d'extrémité 20. Sur l'arbre creux 30 sont calés en rotation une multiplicité d'éléments de friction (non représentés) qui, lorsque l'arbre 30 est entraîné en rotation, servent à échauffer un fluide caloporteur traversant le boitier du générateur 10. Ce fluide caloporteur, avantageusement constitué par le fluide de refroidissement du moteur du véhicule automobile, pénètre dans le boîtier par un embout d'entrée 38 et quitte celui-ci par un embout de sortie (non représente). L'arbre creux 30 porte intérieurement, respectivement au voi sinage de ses extrémités 32 et 34, deux paliers de roulement 40 et 42 servant à la rotation libre d'un arbre plein 44 servant à l'entraînement du compresseur volumétrique 12. L'arbre 44 comporte une extrémité libre 46 qui dépasse de l'extrémité libre 32 de l'arbre creux 30 et une extrémité opposée 48 qui dépasse de la paroi 20. Cette extrémité 48 est reliée, par l'intermédiaire d'un accouplement universel 50, à l'arbre interne 52 du compresseur 12 (figure 1). Autour de l'extrémité libre 32 de l'arbre creux 30 est prévu un palier de roulement 54 servant àwla rotation libre de la poulie 14. Cette poulie comprend un moyeu cylindrique 56 propre à coopérer avec le palier 54 et dont dépend un flasque 58, en forme de disque annulaire, se raccordant sur une jante 60 à deux gorges. La poulie 14 est propre à être entraînée en permanence en rotation par le moteur du véhicule automobile, par l'intermédiaire d'une courroie (non représentée) coopérant avec la jante 60 La face d'extrémité 18 du générateur de chaleur 10 porte deux bobines électriques toriques 62 et 64 disposées concentriquement autour de l'axe XX et séparées l'une de l'autre par une bague annulaire 66, isolante électromagnétiquement, disposée concentriquement entre les bobines 62 et 64. La bague isolante 66 est portée par le flasque 58 de la poulie 14. Les bobines 62 et 64 comportent respectivement deux faces annulaires 68 et 70 qui sont disposées proches d'une des faces, ou face interne 72, du flasque 58. En outre, la jante 60 comporte une paroi interne cylindrique 74 située proche d'une paroi cylindrique 76 de la bobine 62. Sur l'extrémité libre 32 de l'arbre creux 30 est calé en rotation un plateau 78 de petit diamètre sur lequel est montée, par l'intermédiaire d'organes ressorts 80, une garniture 82 disposée en vis-à-vis de la bobine 64, en vis-à-vis d'une face externe 84 du flasque 58, qui est opposée à la face 72. Sous l'action des organes ressorts 80, la garniture 82 est maintenue à une faible distance de la face 84 du flasque. Cette garniture 82 est formée dans un matériau susceptible d'être attiré électromagnétiquement par la bobine 62 lorsque celle-ci est excitée. I1 en résulte alors que la garniture 82 vient en contact avec le flasque 58 et est ainsi solidarisée en rotation avec la poulie. Par conséquent, lorsque la bobine 62 est excitée, l'arbre creux 30 est lié en rotation avec la poulie 14. Sur l'extrémité 46 de l'arbre plein 44 est calé en rotation un plateau 86, de plus grand diamètre que le plateau 78, et sur lequel est montée, par l'intermédiaire d'organes ressorts 88, une garniture annulaire 90 située en vis-à-vis de la bobine 64. Lorsque la bobine 64 n'est pas excitée, la garniture 90 est maintenue espacée de la face 84 du flasque 58. Si cette bobine est excitée, la garniture 90 est attirée électromagnétiquement et vient en contact avec la face 84. I1 en résulte alors que l'arbre plein 46 est lié en rotation avec la bobine 14. Ainsi, en excitant la bobine 62 et/ou la bobine 64 on peut solidariser en rotation l'arbre creux 30 et/ou l'arbre plein 46 et ainsi entraîner le générateur de chaleur 10 et/ou le compresseur volumétrique 12. Bien que le générateur de chaleur 10 et le compresseur volumétrique 12 ne soient pas destinés à fonctionner ensemble, puisque le premier est propre à fournir un chauffage d'appoint, tandis que le second est propre à refroidir l'habitacle, on peut envisager que, dans certaines applications, ces deux équipements fonctionnent ensemble. En pareil cas, il suffira d'exciter simultanément les bobines 62 et 64 pour assurer le fonctionnement conjoint du générateur de chaleur et du compresseur volumétrique. Une telle application pourrait être envisagée dans le cas où l'air à chauffer est très humide. Cet air serait d'abord refroidi pour perdre son humidité, et cela par l'intermédiaire du circuit de climatisation actionné par le compresseur volumétrique, et ensuite réchauffé par l'installation de chauffa- ge, le générateur de chaleur étant également en fonctionnement. Dans l'exemple de réalisation représenté sur le dessin, les deux bobines électriques sont situées d'un même côté de la poulie et les deux garnitures annulaires sont situées de l'autre côté de la poulie. En variante, il pourrait être envisagé de disposer les deux bobines électriques, et par conséquent les deux garnitures annulaires, respectivement des deux côtés de la poulie. Dans une autre variante de réalisation, non représentée, les moyens d'embrayage à commande électromagnétique comprennent un pignon synchrone solidaire en rotation de la poulie et déplaçable en translation, sous l'action d'un électro-aimant pour engrener avec un pignon calé en rotation sur l'extrémité libre de l'arbre creux ou avec un pignon calé en rotation sur l'extrémité libre de l'arbre plein. La commande du déplacement en translation du pignon synchrone peut s'effectuer par l'intermédiaire d'une fourchette soumise à l'action de l'électro-aimant. Toutefois, dans cette variante, on peut entraîner soit le générateur de chaleur, soit le compresseur volumétrique, mais pas les deux équipements simultanément. Revendications 1. Dispositif de générateur de chaleur et de compresseur volumétrique pour véhicule automobile à moteur à combustion interne, comprenant un générateur de chaleur à friction (10) pour fournir un chauffage d'appoint et un compresseur volumétrique (12) pour fournir de l'air climatisé, le générateur et le compresseur possédant chacun un arbre (30;44) propre à être entraîné en rotation par le moteur, caractérisé en ce que les deux arbres (30;44) sont coaxiaux, l'un (30) étant creux et traversé par l'autre (44) qui est plein, en sorte que l'arbre plein possède une extrémité libre (46) dépassant d'une extrémité libre (32) de l'arbre creux, et en ce que le dispositif comprend en outre une poulie d'entraînement (14) disposée coaxialement aux deux arbres (30;;44) et entraînée en rotation par le moteur, et des moyens d'embrayage à commande électromagnétique (62,64,82,90) pour coupler ladite poulie (14) en rotation avec l'extrémité libre de l'arbre creux et/ou l'extré- mité libre de l'arbre plein. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'embrayage comprennent deux bobines électriques toriques (62,64) propres à coopérer magnétiquement, à travers un flasque (58) de la poulie (14), respectivement avec deux garnitures annulaires (82,90) mobiles axialement et liées respectivement en rotation avec l'arbre creux (30) et l'arbre plein (44), ce qui permet d'assurer le contact à frottement et l'entraînement en rotation de l'une et/ou l'autre des garnitures (82;90) avec le flasque (58) de la poulie. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux bobines électriques toriques (62;64) sont disposées concentriquement à proximité d'une des faces (72) du flasque (58) de la poulie, et en ce que les deux garnitures annulaires (82;90) sont disposées concentriquement à proximité de la face opposée (84) du flasque (58) de la poulie. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux bobines électriques toriques (62;64) sont portées par une paroi d'extrémité (18) de celui du générateur de chaleur (10) et du compresseur volumétrique (12) qui est entrainé par l'arbre creux (30). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite paroi d'extrémité (18) fait partie du générateur de chaleur (10). 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le flasque (58) de la poulie (14) porte une bague isolante électromagnétiquement (66) disposée concentriquement entre les deux bobines électriques toriques (62;64). 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les deux garnitures annulaires (82;90) sont montées par l'intermédiaire d'organes ressorts (80;88) respectivement sur deux plateaux, un plateau (78) de petit diamètre calé en rotation sur l'extrémité libre (32) de l'arbre creux (30) et un plateau (86) de plus grand diamètre, calé en rotation sur l'extrémité libre (46) de l'arbre plein (44), les ressorts (80;88) étant opératoires pour maintenir chaque garniture espacée du flasque de la poulie lorsque la bobine électrique associée n'est pas excitée. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la poulie (14) est montée à rotation libre sur l'extrémité libre (32) de l'arbre creux (30) par l'intermédiaire d'un palier de roulement (54). 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'embrayage à commande électromagnétique compren nent un pignon synchrone solidaire en rotation de la poulie (14) et déplaçable en translation, sous l'action d'un électroaimant, pour engrener avec un pignon calé en rotation sur l'extrémité libre (32) de l'arbre creux (30) ou avec un pignon calé en rotation sur l'extrémité libre (46) de l'arbre plein (44).