Brevet FR2674797A1 — publié le 19921009

Générateur de chaleur à friction pour véhicule automobile L'invention concerne un générateur de chaleur à friction propre à être entraîné par un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile pour fournir un chauffage d'appoint à l'habitacle du véhicule et/ou pour atteindre et entretenir une température optimale de fonctionnement du moteur du véhicule. On connaît déjà, d'après les brevets français no 85-11598 et 8601456 au nom de la Demanderesse, des générateurs de chaleur à friction pour véhicule automobile à moteur qui comprennent un boîtier définissant une enceinte contenant un fluide caloporteur, des moyens à friction mécanique à serrage variable disposés dans le boîtier et propres à être entraînés en rotation par un arbre couplé au moteur, et des moyens de modulation de serrage. Conformément à cette technique antérieure, le fluide caloporteur est constitué par le fluide de refroidissement du moteur qui circule à travers l'enceinte. En modulant le serrage des moyens à friction mécanique, on fait varier la quantité de chaleur qui est produite par friction et qui est cédée au fluide caloporteur, c'est-à-dire au fluide du refroidissement du moteur. Ceci permet de faciliter, notamment par temps froid, le maintien en température du liquide de refroidissement du moteur, ou pendant la phase de démarrage du moteur, la montée en température dudit liquide de refroidissement. Comme ce liquide de refroidissement traverse habituellement un radiateur de chauffage de l'habitacle, on favorise ainsi le chauffage de l'habitacle. Comme ce liquide de refroidissement traverse en outre le moteur, on facilite aussi la montée et le maintien en température du moteur, ce qui lui permet de fonctionner dans des conditions optimales. Dans les deux brevets précités, les moyens à friction mécanique comprennent des disques de friction logés dans l'enceinte et entraînés en rotation par l'arbre, en étant mobiles dans la direction axiale de celui-ci, et des contre-disques de friction disposés en alternance avec les disques de friction, en étant mobiles dans la direction axiale et bloqués en rotation. Conformément à cette technique antérieure, les disques sont entraînés en permanence en rotation par le moteur, ce qui constitue une dépense d'énergie inutile dans le cas où le générateur de chaleur ne doit pas être utilisé. Pour éviter cet inconvénient, on pourrait prévoir un embrayage interposé entre le moteur du véhicule et l'arbre du générateur de chaleur. Toutefois, une telle solution n'est pas envisageable dans la pratique car un tel embrayage serait à la fois encombrant et coûteux. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient. Elle propose, en conséquence, un générateur de chaleur pour véhicule automobile à moteur, du type défini en introduction. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce générateur de chaleur comprend une bobine électromagnétique logée dans le boîtier et propre à actionner un embrayage, interposé entre l'arbre et les moyens à friction mécanique, entre une position embrayée et une position débrayée. On obtient ainsi un générateur de chaleur de structure compacte, du fait que la bobine électromagnétique et l'embrayage actionné par la bobine sont logés à l'intérieur du boîtier. Dans la position débrayée, les moyens à friction mécanique ne sont pas entraînés par l'arbre du moteur, ce qui évite des dépenses d'énergie inutiles dans le cas où le générateur de chaleur n'est pas utilisé. Dans la position embrayée, les moyens à friction mécanique sont entraînés en rotation par l'arbre du générateur et on peut alors moduler le serrage de ces moyens à friction de manière appropriée. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la bobine électromagnétique est propre à actionner en outre les moyens de modulation de serrage lorsque l'embrayage est dans sa position embrayée. Ainsi, la bobine peut remplir deux fonctions distinctes, à savoir une fonction d'embrayage et une fonction de modulation de serrage. L'invention s'applique tout particulièrement à un générateur de chaleur dans lequel les moyens à friction mécanique à serrage variable comprennent, d'une manière en soi connue, des disques de friction logés dans l'enceinte et propres à être entraînés en rotation par l'arbre en état mobiles dans la direction axiale de celui-ci ; des contre-disques de friction disposés en alternance avec les disques de friction en étant mobiles dans la direction axiale et bloqués en rotation ; et un plateau de serrage propre à agir sur les disques et les contre-disques pour moduler l'échauffement produit par friction et transmis au fluide caloporteur. Conformément à l'invention, les disques sont solidaires en rotation d'un support tournant monté à rotation libre autour de l'arbre, l'embrayage comprenant un premier élément calé sur l'arbre et un second élément lié en rotation avec le support et déplaçable en translation axiale entre la position embrayée et la position débrayée sous l'action de la bobine électromagnétique. De façon avantageuse, le premier et le second élément d'embrayage sont munis de dentures annulaires frontales propres à coopérer entre elles dans la position d'embrayage et la bobine électromagnétique est une bobine torique disposée autour du premier élément d'embrayage et propre à coopérer magnétiquement avec un plateau annulaire faisant partie du second élément d'embrayage. On réalise ainsi un embrayage de structure particulièrement compacte, du fait notamment de la configuration torique de la bobine électromagnétique. Avantageusement, la bobine électromagnétique torique est disposée entre le plateau annulaire du second élément d'embrayage et le plateau de serrage agissant sur les disques et les contredisques. Selon une autre caractéristique de l'invention, le générateur de chaleur comprend un premier ressort tendant à éloigner le plateau annulaire d'embrayage par rapport à la bobine et un second ressort tendant à éloigner le plateau de serrage par rapport à la bobine électromagnétique, le premier ressort ayant une force plus faible que le second ressort, de sorte que l'excitation de la bobine provoque d'abord le déplacement du plateau d'embrayage vers la position embrayée et ensuite le déplacement progressif du plateau de serrage pour moduler l'effort de serrage sur les disques et les contre-disques. Ainsi, en modulant la tension électrique appliquée à la bobine électromagnétique, on peut d'abord agir sur l'embrayage et ensuite sur l'effort de serrage exercé sur les disques et les contre-disques. Dans la description qui suit, donnée seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue partiellement en élévation et partiellement en coupe d'un générateur de chaleur selon l'invention et - la figure 2 est une vue en coupe, avec arrachement partiel, suivant la ligne II-II de la figure 1. Le générateur de chaleur représenté aux figures 1 et 2 comprend un boîtier 10 comportant un fond annulaire 12 muni d'un passage axial 14 s'étendant suivant un axe XX, ainsi qu'une enveloppe 16 possédant une paroi cylindrique 18 rattachée à un fond 20 de forme bombée. La paroi cylindrique 18 est reliée à étanchéité, par sa face ouverte, au fond annulaire 12, par l'intermédiaire d'un joint torique 22. Le fond 20 de l'enveloppe 16 est muni de deux tubulures 24 et 26 servant respectivement à l'entrée et la sortie d'un fluide caloporteur, dans l'exemple le liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. A l'intérieur du boîtier 10, est logé un carter 28 comprenant une enveloppe 30 constituée d'une paroi cylindrique 32, espacée de la paroi cylindrique 18, d'une paroi annulaire 34, espacée du fond annulaire 12 et d'un moyeu 36 traversant à étanchéité le passage axial 14 au moyen d'un joint d'étanchéité torique 38. L'enveloppe 30 du carter 28 présente une face annulaire 40 dirigée du côté du fond de l'enveloppe 16. Sur cette face annulaire, est monté à étanchéité, par l'intermédiaire d'un joint torique 42, un couvercle 44 faisant partie du carter 28 et situé à distance du fond 20 de l'enveloppe 16. Le boîtier 10 et le carter 28 définissent ainsi entre eux une enceinte 46 destinée à être parcourue par le fluide caloporteur. Le générateur de chaleur comprend en outre un arbre étagé 48 monté à rotation autour de l'axe XX. L'une des extrémités 50 de l'arbre 48 traverse axialement le moyeu 36 avec interposition d'un joint d'étanchéité 52 et d'un roulement 54. Son autre extrémité 56 est engagée dans un moyeu 58 du couvercle 44 par l'intermédiaire d'un roulement 60. Le générateur de chaleur comprend en outre une poulie 62 du type multi-gorge destinée à être entraînée en rotation par le moteur du véhicule automobile. La poulie 62 possède un moyeu 64 calé sur l'extrémité 50 de l'arbre 48 par l'intermédiaire d'une clavette 66 et d'une vis de fixation 68. L'arbre 48 comprend une section intermédiaire 70 sur laquelle est calé en rotation, par l'intermédiaire d'une clavette 72, un premier élément d'embrayage 74 ayant la forme d'une couronne. L'élément 74 comporte, du côté du couvercle 44, une paroi tronconique 76 recevant un joint de friction torique 77. Le fond de la paroi tronconique 76 débouche sur une denture annulaire frontale 78. Le premier élément d'embrayage 74 est destiné à coopérer avec un second élément d'embrayage 80 comprenant un plateau annulaire 82 rattaché à un moyeu 84 propre à tourner librement autour de la section 70 de l'arbre 48. Le moyeu 84 comprend une paroi tronconique extérieur 86 de même pente que la paroi tronconique 76 et propre à coopérer avec cette dernière. Le moyeu 84 est muni, du côté tourné vers la paroi annulaire 34, d'une denture annulaire frontale 88, propre à coopérer avec la denture 78. Par ailleurs, un ressort hélicoïdal 90 est disposé autour de la section 70 de l'arbre 48 en prenant appui d'une part sur un épaulement 92 du premier élément d'embrayage 74 et d'autre part sur un épaulement 94 du second élément d'embrayage 80. Par conséquent, le ressort 90 tend normalement à écarter les deux éléments d'embrayage pour les solliciter vers une position débrayée. Le générateur de chaleur comprend en outre un support tournant 96 monté à rotation libre autour de l'arbre 48. Le support 96 comprend un disque 98 monté à rotation libre autour de l'arbre 48 par l'intermédiaire d'un roulement 100. Le disque 98 est rattaché à une paroi cylindrique 102 qui s'étend en direction de la paroi annulaire 34 du carter 28. Cette paroi cylindrique 102 porte, à sa périphérie, trois séries de trois nervures 104 (figure 2) s'étendant parallèlement à l'axe XX. Les nervures 104 servent de guidage et d'entraînement en rotation à des disques de friction 106, de forme générale annulaire, qui sont munis d'encoches 108 propres à coopérer avec les nervures 104. Les disques de friction 106 sont ainsi mobiles axialement et solidaires en rotation du support tournant 96, lequel est solidaire en rotation du second élément d'embrayage 80 grâce à au moins une broche 110 s'étendant parallèlement à llaxe XX, solidaire du disque 98 et s'engageant dans une ouverture correspondante 112 du plateau 82. Les disques 106 sont disposés en alternance avec des contredisques de friction 114 possédant une forme annulaire analogue à celle des disques tournants 106. Les contre-disques 114 sont mobiles dans la direction axiale XX et bloqués en rotation grâce à trois nervures 116 qui s'étendent axialement à l'intérieur de la paroi cylindrique 32 du carter. Chacun des contre-disques 114 comporte, à cet effet, trois encoches 118 de forme adaptée à celles des nervures 116. Les disques de friction 106 et les contre-disques de friction 114 constituent des moyens à friction mécanique dont le serrage peut être modulé au moyen d'un plateau de serrage 120 disposé à proximité de la paroi annulaire 34 du carter. Le plateau de serrage 120 comprend un passage axial 122 qui entoure un moyeu 124 formant saillie sur la paroi annulaire 34. Par ailleurs, le plateau 120 comprend une face annulaire 126 propre à prendre appui sur le premier des contre-disques 114, le dernier de l'ensemble prenant appui directement contre le couvercle 44 du carter. Entre le plateau de serrage 120 et la paroi annulaire 34, est disposé un ressort à lames 128 tendant à rapprocher le plateau de serrage 120 de la paroi annulaire 34 et, par conséquent, laisser la probabilité aux disques 106 et aux contredisques 114 de s'éloigner mutuellement. Le dispositif de l'invention comprend en outre une bobine électromagnétique 130 de forme torique qui est disposée autour du premier élément d'embrayage 74 et à l'intérieur de la paroi cylindrique 102 du support tournant 96. Cette bobine électromagnétique est propre à solliciter, d'un côté, le plateau annulaire 82 du second élément d'embrayage et, du côté opposé, le plateau de serrage 120. La bobine 130 est limitée par une paroi cylindrique intérieure 132 qui est fixée par un épaulement 134 à l'extrémité du moyeu 124 du carter. Elle est en outre limitée par une paroi cylindrique extérieure 136 située à proximité de la paroi cylindrique 102 du support tournant. Le carter 28 délimite une enceinte étanche qui est remplie d'huile et dont l'échauffement peut être modulé en fonction du serrage exercé entre les disques 106 et les contre-disques 114. Selon l'invention, le ressort 90 tendant à éloigner le plateau annulaire d'embrayage 82 par rapport à la bobine 130 possède une force plus faible que le ressort 128, de sorte que l'excitation de la bobine électromagnétique 130 provoque d'abord le déplacement du plateau d'embrayage 82 vers la position embrayée et ensuite le déplacement modulable du plateau de serrage 120 pour moduler l'effet de serrage sur les disques 106 et les contredisques 114. Ainsi, en modulant la tension électrique appliquée à la bobine électromagnétique 130, on peut moduler le serrage des disques et des contre-disques de friction et, par conséquent, l'échauffement de l'huile contenue dans le carter 28, laquelle est en échange thermique avec le fluide caloporteur qui circule à l'intérieur de l'enceinte 46. Du fait que la bobine est immergée dans l'huile, elle est refroidie en permanence et le dégagement de chaleur produit par celle-ci vient s'ajouter au dégagement de chaleur produit par friction des disques et des contre-disques. Le générateur de chaleur de l'invention est donc particulièrement compact et peut être facilement implanté sur un véhicule automobile pour faciliter, notamment par temps froid, le chauffage de l'habitacle et la montée en température du moteur. Revendications 1. - Générateur de chaleur pour véhicule automobile à moteur, comprenant - un boîtier (10) définissant une enceinte (46) contenant un fluide caloporteur - des moyens à friction mécanique (106,114) à serrage variable, disposés dans le boîtier et propres à être entraînés en rotation par un arbre (48) couplé au moteur ; et - des moyens de modulation de serrage (120), caractérisé en ce qu'il comprend - une bobine électromagnétique (130) logée dans le boîtier (10) et propre à actionner un embrayage (74,80) interposé entre l'arbre (48) et les moyens à friction mécanique (106,114), entre une position embrayée et une position débrayée. 2. - Générateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine électromagnétique (130) est propre à actionner en outre les moyens de modulation de serrage (120) lorsque l'embrayage (74,80) est dans sa position embrayée. 3. - Générateur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les moyens à friction mécanique à serrage variable comprennent - des disques de friction (106) logés dans le boîtier (10) et propres à être entraînés en rotation par l'arbre (48) en étant mobiles dans la direction axiale de celui-ci, - des contre-disques de friction (114) disposés en alternance avec les disques de friction (106) en étant mobiles dans la direction axiale et bloqués en rotation, - un plateau de serrage (120) propre à agir sur les disques (106) et les contre-disques (114) pour moduler l'échauffement produit par friction et transmis au fluide caloporteur, caractérisé en ce que les disques (106) sont solidaires en rotation d'un support tournant (96) monté à rotation libre autour de l'arbre (48) et en ce que l'embrayage comprend un premier élément (74) calé sur l'arbre (48) et un second élément (80) lié en rotation avec le support tournant (96) et déplaçable en translation axiale le long de l'arbre (48) entre la position embrayée et la position débrayée, sous l'action de la bobine électromagnétique (130). 4. - Générateur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier et le second éléments d'embrayage (74,80) sont munis de dentures annulaires frontales (78,88) propres à coopérer entre elles dans la position d'embrayage et en ce que la bobine électromagnétique (130) est une bobine torique disposée autour du premier élément d'embrayage (74) et propre à coopérer magnétiquement avec un plateau annulaire (82) faisant partie du second élément d'embrayage (80). 5. - Générateur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bobine électromagnétique (130) est disposée entre le plateau annulaire (82) du second élément d'embrayage (80) et le plateau de serrage (120) agissant sur les disques (106) et les contre-disques (114). 6. - Générateur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un premier ressort (90) tendant à éloigner le plateau annulaire d'embrayage (82) par rapport à la bobine électromagnétique (130) et un second ressort (128) tendant à éloigner le plateau de serrage (120) par rapport à la bobine électromagnétique (130), le premier ressort (90) ayant une force plus faible que le second ressort (128), de sorte que l'excitation de la bobine (130) provoque d'abord le déplacement du plateau d'embrayage (82) vers la position embrayée et ensuite le déplacement progressif du plateau de serrage (120) pour moduler l'effort de serrage sur les disques (106) et les contre-disques (114).