Brevet FR2749109A1 — publié le 19971128

La présente invention a trait d'une façon générale aux dispositifs de préchauffage du liquide de refroidissement des moteurs à combustion. De façon bien connue, il est souhaitable qu'un moteur à combustion d'un véhicule notamment automobile, atteigne le plus rapidement possible sa température de fonctionnement. Ceci permet de disposer rapidement des performances optimales du moteur notamment en matière de rendement, de rejets polluants et de bruit de fonctionnement. Ceci permet également de disposer rapidement d'air chaud pour le chauffage de l'habitacle du véhicule. I1 est à cet égard connu d'incorporer au circuit de refroidissement du moteur, par exemple entre le radiateur et le bloc moteur, des moyens de préchauffage destinés à accélérer la montée en température du liquide de refroidissement et donc de l'amener plus rapidement à sa température d'équilibre, avec en conséquence les avantages précités. Toutefois, cette solution nécessite d'une part des aménagements particuliers au niveau des conduits pour le liquide de refroidissement, afin de permettre le montage des éléments chauffants, et d'autre part un câblage et des moyens de commande appropriés pour ces éléments chauffants, généralement du type à effet Joule. Ceci accroît naturellement le coût de revient de 1 'ensemble. En outre, les pertes par effet Joule dans les câbles d'alimentation relativement longs des éléments chauffants altèrent le rendement du préchauffage. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. Elle propose ainsi, dans le contexte d'un alternateur refroidi par le liquide de refroidissement du moteur, la mise en place de ces éléments chauffants dans la partie du circuit pour liquide de refroidissement qui est incorporée à l'alternateur. Plus précisément, l'invention propose un alternateur pour véhicule notamment automobile, du type comprenant un corps dans lequel est monté un arbre et abritant un rotor solidaire de l'arbre et un stator solidaire du corps, le corps comportant au moins un passage interne pour un liquide de refroidissement de l'alternateur, destiné à être relié au circuit de refroidissement du moteur à combustion du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un élément chauffant par effet Joule alimenté par l'alternateur et s'étendant de façon adjacente audit passage interne au moins prévu, de manière à accélérer la montée en température du liquide de refroidissement au démarrage du véhicule. Des aspects préférés, mais non limitatifs, du dispositif selon l'invention sont les suivants - il est prévu une pluralité d'éléments chauffants alimentés par une pluralité de phases respectives du stator de l'alternateur. - le corps de l'alternateur comporte au voisinage du passage interne une région en surépaisseur dans laquelle le ou chaque élément chauffant est noyé. - le corps de l'alternateur possède une ouverture s'étendant entre ledit passage interne et une face extérieure dudit corps, et le ou chaque élément chauffant est réalisé sous la forme d'une plaque de fermeture appliquée de façon étanche contre les bords de ladite ouverture. - le corps de l'alternateur possède une paroi mince s'étendant entre le passage interne et la surface extérieure dudit corps, et le ou chaque élément chauffant est rapporté sur ladite surface extérieure du corps au niveau de ladite paroi mince. - ladite surface extérieure est plane, et le ou chaque élément chauffant est réalisé sous forme d'une plaque appliquée contre ladite surface plane. - le ou chaque élément chauffant s'étend au sein dudit passage interne. - le ou chaque élément chauffant s'étend entre deux bords opposés du passage interne. - le ou chaque élément chauffant est pourvu d'une enveloppe extérieure en matériau électriquement isolant. - la pluralité d'éléments chauffants sont regroupés et interconnectés dans une enveloppe commune. - le ou chaque élément chauffant est constitué par un fil résistif revêtu d'une couche isolante et noyé dans le matériau du corps au voisinage dudit passage interne. - le fil résistif est bobiné en hélice. - l'alternateur comprend en outre un circuit électronique de régulation et de commande des éléments chauffants prévu dans la région d'une extrémité axiale de l'alternateur, et le ou les éléments chauffants comportent des conducteurs d'alimentation débouchant au voisinage dudit circuit électronique. - ledit passage interne est un passage annulaire de section allongée parallèlement à l'arbre de l'alternateur, et le ou chaque élément chauffant s'étend selon le grand axe de ladite section du passage annulaire. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un alternateur selon une première forme de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue partielle en coupe transversale de l'alternateur de la figure 1, la figure 3 est une vue partielle en coupe horizontale d'une variante de réalisation, la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un alternateur selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, la figure 5 est une vue partielle en coupe transversale de l'alternateur de la figure 4, la figure 6 est une vue en coupe axiale d'un alternateur selon une troisième forme de réalisation de l'invention, la figure 7 est une vue partielle en coupe transversale de l'alternateur de la figure 6, la figure 8 est une vue en coupe axiale d'un alternateur selon une quatrième forme de réalisation de l'invention, la figure 9 est une vue partielle en coupe horizontale de l'alternateur de la figure 8, la figure 10 est une vue en coupe axiale d'un alternateur selon une cinquième forme de réalisation de l'invention, la figure 11 est une vue partielle en coupe horizontale de l'alternateur de la figure 10, et les figures 12 et 13 illustrent deux modes de connexion des éléments chauffants pouvant être utilisés dans les modes de réalisation précédents. On observera à titre préliminaire que, d'une figure à l'autre, des éléments ou parties identiques ou similaires sont désignés par les mêmes signes de référence, et ne seront pas décrits à nouveau à chaque fois. En référence tout d'abord aux figures 1 et 2, on a représenté un alternateur selon une première forme de réalisation de l'invention. De façon classique en soi, cet alternateur comprend un corps ou carter formé par un palier arrière 110 comportant une partie radiale et une partie périphérique axiale et par un palier avant 120 formant couvercle du palier arrière. Dans ces paliers est monté l'arbre 130 de l'alternateur, qui porte à l'extérieur du palier avant une poulie d'entraînement 140. Un stator 150 est fixé à l'intérieur du palier arrière 110, tandis qu'un rotor 160 est solidaire en rotation de l'arbre 130. L'alternateur comporte également un capot arrière abritant les circuits de redressement et de régulation de l'alternateur, le tout étant désigné par la référence 180. Tous ces éléments sont parfaitement connus de l'homme du métier, et ne seront pas décrits plus avant. Cet alternateur est du type refroidi par liquide, c'est-à-dire qu'il comporte, au sein du carter 110, un passage annulaire plat 112 pour liquide de refroidissement, ce passage étant destiné à être relié au circuit de liquide de refroidissement du moteur à combustion associé via un raccord 170 monté dans un manchon cylindrique 111 réalisé d'un seul tenant avec le palier 110. De façon non illustrée, pour assurer la circulation du liquide de refroidissement, on prévoit que le passage annulaire 112 n'est pas refermé sur lui-même, et communique avec l'extérieur via un raccord d'entrée 170 et un raccord de sortie non visible sur la figure. Selon l'invention, on prévoit sur le corps même de l'alternateur, de façon adjacente au trajet 112 du liquide de refroidissement, au moins un élément chauffant destiné, lors d'une phase de fonctionnement initial du moteur à combustion associé, à accélérer la montée en température du liquide de refroidissement. De préférence, et de façon commune à toutes les formes de réalisation de l'invention, dans le cas d'un alternateur triphasé, on prévoit trois éléments chauffants résistifs branchés en amont du pont redresseur de l'alternateur, c'est-à-dire alimentés par les trois phases alternatives prises sur le stator de l'alternateur. En outre, on interpose entre ces trois phases et les éléments chauffants des moyens de commutation, par exemple des dispositifs semiconducteurs, destinés à alimenter ces éléments chauffants en fonction de la quantité d'énergie que l'alternateur est capable de fournir - sans surchage - à un instant donné. Les figures 12 et 13 montrent ainsi trois éléments chauffants résistifs R1, R2, R3. Dans le cas de la figure 12, ces éléments sont branchés en triangle par des liaisons L1, L2, L3. Dans le cas de la figure 13, ils sont branchés en étoile, par une liaison L4. On observera ici qu'afin de ne pas perturber les potentiels flottants présents sur les phases du stator, les résistances R1-R3 ne sont de préférence en aucun cas reliées à la masse. Typiquement, les éléments chauffants résistifs peuvent être de type classique, à fil bobiné encapsulé dans une gaine thermiquement conductrice, ou encore réalisés dans un matériau à coefficient de température positif (CTP). Dans ce dernier cas, on obtient un certain degré de sécurité contre les surcharges de l'alternateur en cas de défaillance du système d'alimentation, dans la mesure où la valeur ohmique des éléments chauffant s'accroît, et donc le courant consommé diminue, à mesure que la température des éléments s'accroît par cause d'une durée de fonctionnement accidentellement prolongée. De préférence, selon notamment l'inertie thermique du moteur à combustion associé, les éléments chauffants dissipent ensemble une puissance comprise entre 800 et 2000 watts. De retour aux figures 1 et 2, on observe que le palier 110 comporte, dans sa région supérieure, une surépaisseur 110a adjacente au passage 112 et dans laquelle sont noyés trois éléments chauffants résistifs bobinés, globalement désignés par la référence 113, ces trois éléments étant câblés en étoile ou en triangle de façon interne. De la surépaisseur 110a débouchent trois conducteurs d'alimentation 115 au voisinage du capot 180. Ces conducteurs se prolongent jusque dans le capot pour y être reliés aux phases du stator via les moyens de commutation précités, logés dans le capot avec l'électronique habituelle de l'alternateur. De la sorte, on réalise une unité d'alternateur à moyens de préchauffage intégrés simple, peu coûteux, et dans lequel les pertes sont minimisées, d'une part en évitant que le courant ne traverse le pont redresseur de l'alternateur, et d'autre part en ayant recours à des conducteurs de liaison extrêmement courts. Dans l'exemple des figures 1 et 2, l'élément chauffant triphasé 113 est encapsulé dans une coque 114 en forme de plaque creuse plane en céramique ou analogue, s'étendant le long du passage de liquide 112. La chaleur qu'il engendre est transmise par conduction dans la matière métallique du palier 110 jusqu'au liquide circulant dans le passage 112. De façon avantageuse, lorsque le palier 110 est réalisé par moulage d'un alliage léger typiquement à base aluminium, on effectue la mise en place de l'élément 113 pourvu de sa coque 114 par surmoulage de l'aluminium sur celui-ci. La figure 3 illustre une variante de réalisation dans laquelle il est prévu trois éléments chauffants individuels 113a, 113b, 113c disposés parallèlement l'un à l'autre dans la surépaisseur 110a du palier 110. Dans ce cas le câblage en étoile ou en triangle - des éléments est réalisé de façon externe, par exemple à l'intérieur du capot 180. Maintenant en référence aux figures 4 et 5, on a représenté une deuxième forme de réalisation de l'invention, dans laquelle le passage 112, dans sa partie supérieure, débouche sur l'extérieur au niveau d'une ouverture entourée par une surépaisseur 110b définissant une face supérieure plane. L'élément chauffant 113 est encapsulé dans une coque 114 en forme de plaque creuse plane qui recouvre ladite ouverture en s'appuyant de façon étanche contre la face supérieure de la surépaisseur, tout autour de l'ouverture, pour fermer ladite ouverture. Avantageusement, un joint d'étanchéité périphérique 119 logé dans une gorge formée dans la surépaisseur 110b est comprimé au cours de cette opération, pour assurer une étanchéité adéquate du passage pour liquide de refroidissement. L'élément 113, 114 est fixé sur le palier 110 par tout moyen approprié (étriers, brides, etc...). Dans ce cas, la coque 114 est directement en contact avec le liquide, pour un transfert d'énergie calorifique amélioré. Maintenant en référence aux figures 6 et 7, on a représenté une troisième forme de réalisation de l'invention, dans laquelle le palier 110 présente en partie supérieure, de façon adjacente au passage 112, une surépaisseur 110c présentant une surface supérieure plane sur laquelle est fixé de façon approprié l'élément chauffant 113 pourvu de sa coque 114, toujours en forme de plaque creuse plane. La fixation est bien entendu effectuée de manière à assurer un transfert de chaleur correct entre l'élément 113, 114 et le palier 110, ce dernier conduisant la chaleur jusqu'au liquide circulant dans le passage 112. Un avantage de cette forme de réalisation réside en ce qu'en cas de défaillance de l'élément chauffant 113, 114, celui-ci peut être aisément remplacé. Maintenant en référence aux figures 8 et 9, on va décrire une autre forme de réalisation dans laquelle le passage annulaire 112 pour le liquide de refroidissement est localement élargi en 112a. A cet endroit, trois éléments chauffants résistifs 113a, 113b, 113c, pourvus chacun de leur coque 114 et disposés parallèlement, sont encastrés à leurs extrémités dans les parois axialement opposées 110d du carter au niveau de l'élargissement 112a, et sont directement immergées dans le liquide de refroidissement entre ces extrémités. On réalise dans ce cas un échange thermique particulièrement satisfaisant entre les éléments chauffants et le liquide. Les conducteurs 115 pour l'alimentation des éléments chauffants traversent la paroi 110d située à l'arrière, c'est-à-dire adjacente au capot 180 abritant la circuiterie électronique. Les figures 10 et 11 illustrent une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle trois éléments chauffants 113a, 113b, 113c, réalisés en fil bobiné émaillé, sont directement noyés dans le matériau du palier 110 au niveau d'une surépaisseur 110e formée localement au voisinage du passage 112 pour liquide de refroidissement. Ici encore, on peut réaliser cet assemblage par surmoulage de l'alliage métallique du palier sur les bobinages résistifs. Ainsi, en supprimant dans ce cas la coque électriquement isolante 114, on améliore encore le transfert de chaleur entre les éléments chauffants et le matériau du palier 110, qui véhicule la chaleur jusqu'au liquide de refroidissement. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et représentées, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. En particulier, afin notamment de faciliter le remplacement d'éléments chauffants défectueux, ou leur nettoyage, on peut avantageusement recourir à des thermoplongeurs ou bougies comportant une embase filetée par laquelle elles sont vissées dans des logements respectifs débouchant à l'intérieur du passage pour liquide de refroidissement. REVENDICATIONS 1. Alternateur pour véhicule notamment automobile, du type comprenant un corps (110, 120) dans lequel est monté un arbre (130) et abritant un rotor (160) solidaire de l'arbre et un stator (150) solidaire du corps, le corps comportant au moins un passage interne (112) pour un liquide de refroidissement de l'alternateur, destiné à être relié au circuit de refroidissement du moteur à combustion du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un élément chauffant (113) par effet Joule alimenté par l'alternateur et s'étendant de façon adjacente audit passage interne au moins prévu, de manière à accélérer la montée en température du liquide de refroidissement au démarrage du véhicule. 2. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une pluralité d'éléments chauffants (113a-113c) alimentés par une pluralité de phases respectives du stator (150) de l'alternateur. 3. Alternateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps (110) de l'alternateur comporte au voisinage du passage interne (112) une région en surépaisseur (110a) dans laquelle le ou chaque élément chauffant (113) est noyé. 4. Alternateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps (110) de l'alternateur possède une ouverture s'étendant entre ledit passage interne et une face extérieure dudit corps, et en ce que le ou chaque élément chauffant (113) est réalisé sous la forme d'une plaque de fermeture appliquée de façon étanche contre les bords (110b) de ladite ouverture. 5. Alternateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps (110) de l'alternateur possède une paroi mince (110c) s'étendant entre le passage interne (112) et la surface extérieure dudit corps, et en ce que le ou chaque élément chauffant (113) est rapporté sur ladite surface extérieure du corps au niveau de ladite paroi mince. 6. Alternateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite surface extérieure est plane, et en ce que le ou chaque élément chauffant est réalisé sous forme d'une plaque appliquée contre ladite surface plane. 7. Alternateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou chaque élément chauffant (113) s'étend au sein dudit passage interne (112). 8. Alternateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ou chaque élément chauffant (113) s'étend entre deux bords opposés (110d) du passage interne. 9. Alternateur selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le ou chaque élément chauffant (113) est pourvu d'une enveloppe extérieure (114) en matériau électriquement isolant. 10. Alternateur selon les revendications 2 et 9 prises en combinaison, caractérisé en ce que la pluralité d'éléments chauffants (113a-113c) sont regroupés et interconnectés dans une enveloppe commune (114). 11. Alternateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ou chaque élément chauffant (113) est constitué par un fil résistif revêtu d'une couche isolante et noyé dans le matériau du corps (110) au voisinage dudit passage interne (112). 12. Alternateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le fil résistif est bobiné en hélice. 13. Alternateur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit électronique (180) de régulation et de commande des éléments chauffants prévu dans la région d'une extrémité axiale de l'alternateur, caractérisé en ce que le ou les éléments chauffants (113) comportent des conducteurs d'alimentation (115) débouchant au voisinage dudit circuit électronique. 14. Alternateur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit passage interne (112) est un passage annulaire de section allongée parallèlement à l'arbre de l'alternateur, et en ce que le ou chaque élément chauffant (113) s'étend selon le grand axe de ladite section du passage annulaire.