Brevet FR2680829A1 — publié le 19930305

Dispositif d'entraînement pour au moins un organe auxiliaire de moteur L'invention se rapporte à un dispositif d'en- traînement pour au moins un organe auxiliaire de moteur, comprenant un mécanisme épicycloidal qui comprend une unité d'entrée, une unité de sortie et une autre unité qui prend appui de réaction sur le carter, et un disposi- tif permettant de modifier en fonction des paramètres de fonctionnement, le couple avec lequel ladite autre unité prend sa réaction sur le carter. On connait, par une demande de brevet plus an- cienne P 4 041 158 3-13, un dispositif d'entraînement du genre en question destiné au ventilateur d'un moteur à combustion interne Ici, il est prévu de donner un appui de réaction à la roue centrale intérieure ou roue plané- taire du mécanisme épicycloidal sur le carter du moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'un frein hy- drodynamique, et on peut faire varier le couple de réac- tion et, avec lui, la vitesse de rotation du ventila- teur, pour un nombre de tours déterminé du moteur à com- bustion interne, en modifiant en conséquence le taux de remplissage du frein hydrodynamique Etant donné que, dans un frein hydrodynamique, le rotor ne peut jamais être freiné entièrement jusqu'à l'arrêt, même au remplis- sage maximal, il n'est pas possible d'utiliser la lar- geur de bande théoriquement possible du rapport de trans- mission entre l'entrée et la sortie. Il est connu par ailleurs par le DE-A-3 821 367, de faire varier le rapport de transmission d'un mul- tiplicateur de vitesse par l'intermédiaire d'un moteur hydraulique accouplé à la roue planétaire du mécanisme épicycloidal et qui est entraîné par une pompe entraînée elle-même par le moteur à combustion interne Toutefois, ceci constitue une solution relativement coûteuse se. L'invention se donne pour but de créer un dispo- sitif d'entraînement du genre décrit au début, dans le- quel on puisse faire varier le rapport de transmission dans les limites d'une largeur de bande maximale à l'aide de moyens simples. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que le dispositif utilisé pour faire varier le couple de réaction est une pompe de refoulement de liqui- de qui peut être entraînée par ladite autre unité et dont le débit de refoulement est réglable. L'utilisation d'une pompe de refoulement de li- quide dont le débit de refoulement est réglable a l'avan- tage de permettre, en réduisant à zéro le débit de refou- lement de la pompe, de freiner jusqu'à l'arrêt l'unité du mécanisme épicycloidal qui prend sa réaction sur un carter fixe avec interposition de cette pompe Avec cet- te solution, on peut donc faire varier le rapport de transmission du dispositif d'entraînement dans la lar- geur de bande maximale possible L'utilisation d'une pom- pe simple représente par ailleurs une solution relative- ment économique et, dans le cas o la pompe est une pom- pe à engrenage intérieur intégrée dans le carter du méca- nisme épicycloidal, on peut encore économiser en supplément sur le volume d'encombrement. Etant donné qu'avec une vanne appropriée, inter- calée dans la conduite de refoulement raccordée au côté pression de la pompe, on peut faire varier relativement rapidement le débit de refoulement ou la pression ré- gnant dans cette conduite et, de cette façon, la vitesse de rotation de la pompe, on peut aussi obtenir en cas de besoin une variation très rapide du rapport de transmis- sion. En utilisant un limiteur de pression en amont d'une vanne qui commande le débit de refoulement en fonc- tion de certains paramètres de fonctionnement du moteur, on peut faire en sorte que l'organe auxiliaire puisse déjà être entraîné avec une puissance élevée aux faibles vitesses d'entrée, mais que toute détérioration de l'organe auxiliaire puisse cependant être exclue dans tous les cas, même aux grandes vitesses d'entrée On peut ainsi limiter d'une façon simple la puissance de l'organe auxiliaire considéré, qui peut être par exemple un ventilateur. Selon une autre caractéristique, les chambres d'aspiration de la pompe sont reliées, par des ouvertu- res ménagées dans la plaque de séparation étanche, à un compartiment de réserve d'huile lubrifiante prévu dans le carter du mécanisme épicyco Idal, et qui est en com- munication avec le circuit d'huile lubrifiante du mo- teur. Cette caractéristique a l'avantage de supprimer la nécessité de prévoir un circuit de liquide séparé pour le fonctionnement de la pompe selon l'invention. Par ailleurs, avec cette caractéristique, la chaleur dé- gagée en qualité d'énergie perdue est évacuée d'une fa- çon simple. L'invention est décrite ci-après en regard du dessin qui montre un exemple de réalisation. Sur ce dessin, la figure 1 représente un dispositif selon l'in- vention destiné à entraîner le ventilateur d'un moteur à combustion interne, par un schéma de principe en coupe transversale ; la figure 2 est une représentation en coupe de l'objet de la figure 1, prise selon la ligne II-II ; et la figure 3 est un graphique PL=f(n) illustrant la relation entre la puissance PL du ventilateur et la vitesse de rotation N du moteur à combustion interne. La figure 1 représente un mécanisme multiplica- teur de vitesse 1 destiné au ventilateur 2 d'un moteur à combustion interne non représenté sur le dessin Ce méca- nisme multiplicateur 1 est un mécanisme épicycoldal qui est composé d'une roue centrale intérieure ou roue planétaire 3, d'un porte-satellites 5 sur lequel sont montées rotatives des roues satellites 6, et d'une roue centrale extérieure, ou couronne 4 La roue planétaire 3 est couplée rigidement en rotation au ventilateur 2 et l'entrée s'effectue par l'intermédiaire du porte-satellites 5 qui est relié solidairement en rotation au vilebre- quin, non représenté sur le dessin, du moteur à combus- tion interne Le carter 7 qui renferme les différents composants du mécanisme multiplicateur 1 prend sa réac- tion sur le carter 8 du moteur à combustion interne (ceci n'est représenté sur le dessin que par symboles). La couronne 4 est relativement large, de sorte que, en supplément des roues satellites 6, la roue dentée inté- rieure 9 d'une pompe 10 à engrenage intérieur, également contenue dans le carter 7 et servant à refouler un liqui- de, peut engrener elle aussi dans la denture intérieure de cette couronne La couronne 4 forme donc en supplé- ment la roue dentée extérieure de la pompe 10 à engrena- ge intérieur La séparation étanche de la roue dentée in- térieure 9 est assurée, d'un côté par le carter 7 du mé- canisme épicycloidal et, de l'autre côté, par une plaque de séparation 11, rigidement solidaire du carter 7 et qui est interposée entre la roue dentée intérieure 9 et le plan de roulement des roues satellites 6, et engagée dans une gorge intérieure 9 circulaire ménagée dans la couronne 4 La roue dentée intérieure 9 tourillonne, d'un côté, dans la plaque de séparation 11 et, de l'au- tre côté, directement dans le carter 7 Sur la figure 2, on peut voir que le carter 7 du mécanisme épicycloidal entoure la roue dentée intérieure 9 de telle manière que cette roue dentée intérieure 9 isole l'une de l'autre deux chambres 13 et 14 Si la couronne 4 tourne dans le sens de la flèche 15, elle provoque une rotation de la roue dentée intérieure 9 dans le sens de la flèche 16, ce qui a pour effet que le liquide à refouler (ici l'huile moteur) est aspiré dans la chambre 13 par la denture de la roue dentée intérieure 9 et, de même, dans la chambre 13 ' par la denture de la couronne extérieure 5 - et refoulé dans la chambre 14 Etant donné qu'après avoir parcouru la chambre 14, la denture de la roue pla- 10 nétaire 9 entre de nouveau en prise avec la denture de couronne 4, l'huile moteur qui se trouve dans les den- tures des roues dentées 4 et 9 est expulsée, de sorte qu'il s'établit une surpression dans la chambre 14 La chambre 14 forme donc la chambre de pression et les cham- bres 13 et 13 ' forment les chambres d'aspiration de la pompe à engrenage intérieur 10. Les chambres d'aspiration 13 et 13 ' sont re- liées à la chambre 18 (figure 1) du mécanisme épicycloi- dal, chacune par un perçage traversant 17 et 17 ' (figure 2) ménagé dans la plaque de séparation 11 Cette chambre 18 est à son tour en communication avec le circuit d'hui- le lubrifiante du moteur à combustion interne On est as- suré en permanence que la hauteur de remplissage du car- ter 7 du mécanisme épicycloidal ne peut jamais tomber au-dessous du niveau indiqué par la ligne en trait inter- rompu 19 Ceci exclut le risque de voir la pompe 10 aspi- rer de l'air par les perçages traversants 17 et 17 ' En même temps, on obtient toujours une lubrification optima- le des différents composants du mécanisme épicycloidal. Selon une autre forme de réalisation de l'inven- tion, il est aussi possible de donner à la plaque de fer- meture une configuration prolongée sur tout le diamètre intérieur de la couronne, de sorte que l'espace dans le- quel les satellites circulent est isolé à joint étanche au liquide de la chambre dans laquelle travaille la pom- pe à engrenage intérieur Dans ce cas, on peut utiliser pour le fonctionnement de la pompe à denture intérieure un liquide différent de celui qui est utilisé pour la lu- brification du mécanisme épicycloidal Naturellement, dans ce cas la couronne doit être construite de façon à pouvoir être divisée. Au niveau de la chambre de pression 14, est pré- vu, dans le carter 7 du mécanisme épicycloidal, un perça- ge 20 auquel est raccordée une conduite de refoulement 21 dont la section d'écoulement peut être réglée par variation continue au moyen d'une vanne 22, entre une posi- tion qui réduit la section à zéro (position de fermetu- re) et une section qui dégage toute la section de la con- duite 21 (position d'ouverture maximale) La vanne 22 est commandée par une unité de commande électronique 23 en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur qui sont transmis à l'unité de commande 23 par l'intermé- diaire de lignes 24 de valeurs mesurées Ces paramètres sont, par exemple, la charge du moteur à combustion in- terne, sa vitesse de rotation, la température du fluide de refroidissement de ce moteur, la température d'un dis- positif de freinage additionnel accouplé au moteur à com- bustion interne, par exemple un ralentisseur, la tempéra- ture de l'air d'alimentation, la température de l'huile, etc La conduite de refoulement 21 débouche, en aval de la vanne 22, dans le carter de réserve d'huile lubrifian- te du moteur à combustion interne (flèche 25) ou, dans le cas o le retour d'huile au carter d'huile lubrifian- te du moteur à combustion interne s'effectue par un ca- nal distinct, cette conduite est renvoyée dans le carter La vitesse de rotation de sortie du mécanisme épicy- cloidal et, avec elle, la vitesse de rotation du ventila- teur, varient pour une même vitesse d'entrée en fonc- tion du couple avec lequel la couronne 4 est freinée ou reçoit prend sa réaction A son tour, le couple dépend directement de la pression dynamique régnant dans la conduite de refoulement 21, et donc de la position d'ouver- ture de la vanne 22 Si cette vanne se trouve dans sa po- sition d'ouverture maximale, la pompe 10 peut ainsi re- ouler au débit maximal La pression dynamique dans la conduite de refoulement 21 est alors minimale, c'est-à- dire que la vitesse de rotation de la roue dentée inté- rieure 9 est maximale et que le couple de freinage agis- sant sur la couronne 4 est donc minimal. Si, au contraire, la vanne 22 se trouve dans sa position de fermeture, la pompe 10 ne peut plus refouler d'huile moteur, c'est-à-dire que la roue dentée intérieu- re 9 ne peut plus tourner La couronne 4 se trouve donc immobilisée puisque, maintenant, elle est prend indirec- tement sa réaction sur le carter 7 par l'intermédiaire de l'huile moteur incompressible qui se trouve sur le côté pression (par l'intermédiaire des paliers de la roue dentée intérieure 9). Il existe une relation proportionnelle entre la pression régnant dans la conduite de refoulement 21 et la vitesse de rotation de la couronne 4 De cette façon en faisant varier la position d'ouverture de la vanne 22, on peut faire varier par variation continue le cou- ple de réaction de la couronne 4 et, de ce fait, la vi- tesse de sortie (vitesse de rotation de la roue planétai- re 3). Si le moteur à combustion interne travaille à une vitesse de rotation déterminée n, le porte-satelli- tes 5 tourne évidemment avec la même vitesse de rota- tion La vitesse circonférentielle mesurée à la circonfé- rence extérieure du porte-satellites 5 (rayon rm) corres- pond alors à la longueur des flèches 26 et 27 sur les diagrammes A et B de la figure 1 Sur ces diagrammes A et B, les vitesses circonférentielles v des différents éléments tournants du mécanisme épicycloidal sont por- tées en fonction du rayon r de la roue correspondante (ra = rayon de la couronne 4, rm = rayon du porte-satellites 5 et ri = rayon de la roue planétaire 3). Sur le diagramme A, on a représenté les condi- tions régnant lorsque la vanne 22 est ouverte au maxi- mum Dans ce cas, on peut refouler un débit d'huile maxi- mal, c'est-à-dire que la vitesse de rotation de la roue dentée intérieure est maximale et que, en conséquence, le couple avec lequel la couronne 4 est freinée est mini- mal La couronne 4 tourne donc à une vitesse de rotation relativement élevée La vitesse circonférentielle est représentée dans ce cas sur le diagramme A par la flèche 28 Si l'on joint les pointes des deux flèches 28 et 26, on obtient, comme indiqué par la flèche 29, sur le rayon ri de la roue planétaire 3, une vitesse circonférentiel- le v qui est relativement faible (La longueur des flè- ches est une mesure de la valeur de la vitesse circonfé- rentielle v au rayon considéré ra, rm et ri) La vitesse de rotation de sortie du mécanisme épicycloidal et, avec elle la vitesse de rotation du ventilateur sont donc re- lativement faibles dans ce cas. Si la conduite de refoulement 21 est fermée par la vanne 22, la roue dentée intérieure 9 de la pompe à engrenage 10 et, avec elle, également la couronne 4 sont freinées jusqu'à l'arrêt, c'est-à-dire que la vitesse circonférentielle v mesurée au rayon ra s'annule En reliant le point zéro 30 du rayon ra à la pointe de la flè- che 27 sur le diagramme B, on obtient ainsi une vitesse circonférentielle v qui est maintenant plus élevée au rayon ri de la roue planétaire 3 et, par conséquent, une vitesse de rotation plus élevée du ventilateur (flèche 36). Rapportée à une vitesse d'entrée donnée ou à une vitesse circonférentielle donnée au rayon rm du por- te-satellites 5, la vitesse de rotation de sortie ou la vitesse circonférentielle au rayon ri de la roue plané- taire 3 est maximale lorsque la vitesse circonférentiel- le v mesurée au rayon ra de la couronne 4 est égale à zéro, c'est-à-dire lorsque la couronne 4 est immobile. Plus la vitesse de rotation de la couronne 4 est élevée, plus faible est la vitesse de rotation de sortie du méca- nisme épicycloldal et, avec elle la vitesse de rotation du ventilateur. Naturellement, il n'est jamais possible d'évi- ter totalement la moindre perte de fuite sur le côté pression de la pompe à engrenage 10, c'est-à-dire que la roue dentée intérieure peut encore tourner légèrement même lorsque la vanne 22 est fermée, mais l'influence de cette rotation sur la vitesse de rotation de sortie du mécanisme épicycloidal est réduite à une valeur insi- gnifiante. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est aussi possible de prévoir en amont de la vanne 22 un limiteur de pression 31 (représenté en trait interrom- pu), avec lequel on peut éviter que la pression dynami- que régnant dans la conduite de refoulement 21 en amont de la vanne 22 ne devienne supérieure à une valeur limi- te et que la vitesse de rotation du ventilateur ne pren- ne alors une valeur trop élevée sous l'aspect de la soli- dité Le limiteur de pression 31 fonctionne de telle fa- çon que, lorsqu'on atteint la valeur limite prédétermi- née de la pression dynamique, un débit partiel de l'hui- le moteur soit dévié au moyen du limiteur 31 et, plus précisément, exactement le débit qui est nécessaire pour que la pression dans la conduite 21 ne devienne pas supé- rieure à la pression limite On réalise ainsi une limita- tion de la puissance. La figure 3 montre, par un graphique 32 PL = f(n), la relation liant la puissance PL du ventilateur à la vitesse de rotation N du moteur à combustion interne dans le cas o la vanne 22 est ouverte au maximum (cour- be 33 en trait continu), et dans le cas o la conduite de refoulement 21 est entièrement fermée par la vanne 22 (courbe 34 en trait interrompu) Lorsque la conduite 21 est fermée, la vitesse de rotation du ventilateur et, avec elle, la puissance PL du ventilateur sont toujours plus grandes qu'elles ne le sont lorsque la conduite de refoulement 21 est dégagée La courbe 34 se trouve donc au-dessus de la courbe 33 à toutes les vitesses de rota- tion N du moteur à combustion interne Or, avec le limi- teur de pression, on peut obtenir que, lorsque la condui- te 21 est fermée, la courbe de puissance du ventilateur prenne une allure presque horizontale à partir d'un seuil prédéterminé ns de la vitesse de rotation du mo- teur Ceci est indiqué par la ligne 35 en trait mixte sur le diagramme de la figure 3 Avec cette solution, il est possible de faire travailler le ventilateur 2 si nécessaire entièrement en circuit sur tout l'interval- le des vitesses de rotation (c'est-à-dire lorsque la con- duite de refoulement 21 est fermée par la vanne 22) de sorte qu'on obtient presque la puissance maximale P Lmax du ventilateur, à une vitesse de rotation ns relative- ment basse du moteur à combustion interne Toutefois, il est exclu à tout instant que le ventilateur puisse être détérioré par suite d'une trop grande vitesse de rota- tion dans la plage supérieure des vitesses de rotation du moteur à combustion interne Toutefois, avec cette solution (vanne 22 pouvant être commandée et limiteur de pression 31 intercalé en amont), on peut travailler en cas de besoin à n'importe quel point voulu entre les trois courbes 33, 34 et 35 Le limiteur de pression 31 ne doit pas nécessairement être intercalé en série avec la vanne commandée 22, il peut tout aussi bien être bran- ché en parallèle avec celui-ci. L'utilisation d'un limiteur de pression 31 a par ailleurs l'avantage consistant en ce que l'ensemble du système peut réagir particulièrement rapidement à un dépassement de la vitesse limite de la pression dynami- que régnant dans la conduite de refoulement 21. La courbe brisée peut aussi être obtenuesans utiliser un limiteur de pression 31 mais, dans ce cas, il faut prévoir dans la conduite de refoulement 21, en amont de la vanne 22, un capteur séparé au moyen duquel la pression dynamique réelle puisse être transmise au dispositif de commande électronique 23 qui, lorsque la pression limite est atteinte au seuil ns de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, commande la vanne 22 de telle manière qu'en dégageant la section d'écoulement de la conduite de refoulement 21 en consé- quence, on réalise la courbe 35 en trait mixte La régu- lation peut, aussi s'effectuer à l'aide d'un capteur qui capte la vitesse de rotation du ventilateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, on peut aussi envisager de prévoir dans la conduite 21 de refoulement du fluide uniquement un limiteur de pres- sion qui, lorsque la pression limite est atteinte, dévie un débit d'huile correspondant Dans ce cas, on suivrait la courbe 34 en trait interrompu en allant de la vitesse de rotation à vide n LL jusqu'à la vitesse de rotation limite ns, tandis qu'aux vitesses de rotation plus éle- vées, on suivrait la courbe 35 en trait mixte. En remplacement d'une pompe à engrenage, on peut aussi utiliser, comme pompe de refoulement du liqui- de, une pompe à cellule semi-rotative à vannes de propul- sion ou de blocage Si la pompe est constituée par une pompe à vannes de blocage, les éléments de refoulement peuvent être agencés sur le dos de la couronne et les vannes de blocage dans le carter Une pompe à vannes de propulsion nécessiterait un carter usiné à une forme ex- centrique, ainsi qu'une vanne dans la couronne. Naturellement, la prise de réaction variable du couple ne doit pas nécessairement s'effectuer sur la cou- ronne du mécanisme épicycloidal Selon l'invention, cet- te prise de réaction peut aussi s'effectuer sur un autre élément Naturellement, l'entrée et la sortie doivent alors être étudiées en conséquence. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'entraînement pour au moins un organe auxiliaire de moteur, comprenant un mécanisme épi- cycloidal qui comprend une unité d'entrée, une unité de sortie et une autre unité qui prend appui sur le carter, et un dispositif permettant de modifier en fonction des paramètres de fonctionnement, le couple avec lequel ladi- te autre unité prend sa réaction sur le carter, caractérisé en ce que le dispositif utilisé pour faire varier le cou- ple de réaction est une pompe de refoulement de liquide qui peut être entraînée par ladite autre unité, et dont le débit de refoulement est réglable. 2 Dispositif d'entraînement selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'unité d'entrée est le porte-satellites ( 5), l'unité de sortie la roue planétaire ( 3) et ladite autre unité la couronne ( 4) du mécanisme épicycloldal. 3 Dispositif d'entraînement selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que la pompe de refoulement de liquide est une pom- pe ( 10) à engrenage intérieur dont la roue dentée exté- rieure est constituée par la denture intérieure de la couronne ( 4) du mécanisme épicycloidal. 4 Dispositif d'entraînement selon la revendica- tion 3, caractérisé, en ce que la largeur de la denture intérieure de la cou- ronne ( 4) est plus grande que la largeur de la denture des roues satellites ( 6) et en ce que la roue dentée in- térieure ( 9) de la pompe ( 10) est en prise avec la dentu- re intérieure de la couronne ( 4), l'isolation à joint étanche de la roue dentée intérieure ( 9) de la pompe ( 10) étant assurée par le carter ( 7) et par une plaque ( 11) de séparation étanche, disposée entre le plan de roulement des roues satellites ( 6) et la roue dentée intérieure ( 9) de la pompe ( 10), reliée rigidement au car- ter ( 7), et engagée dans une gorge intérieure circonfé- rentielle ( 12) pratiquée dans la couronne ( 4). 5 Dispositif d'entraînement selon une des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chambre de pression ( 14) de la pompe ( 10) est reliée à une conduite ( 21) de refoulement du liquide dont la section d'écoulement peut être réglée à l'aide d'une vanne ( 22). 6 Dispositif d'entraînement selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce qu'en amont de la vanne ( 22), est agencé un limi- teur ( 31) qui limite la pression régnant dans la condui- te de refoulement ( 21) en amont de la vanne ( 22). 7 Dispositif d'entraînement selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les chambres d'aspiration ( 13, 13 ') de la pom- pe ( 10) sont reliées, par l'intermédiaire d'ouvertures ( 17, 17 ') ménagées dans la plaque de séparation ( 11), à un compartiment ( 18) de réserve d'huile lubrifiante pré- vu dans le carter ( 7) du mécanisme épicycoldal, qui est en communication avec le circuit d'huile lubrifiante du moteur.