Brevet FR3053393A1 — publié le 20180105

DISPOSITIF DE COUPLAGE MECANIQUE DEBRAYABLE ENTRE UN DISPOSITIF AUXILIAIRE ET UN VILEBREQUIN DE MOTEUR THERMIQUE [001] L'invention concerne un dispositif apte à être monté sur une face accessoire d'un moteur thermique de véhicule automobile pour un couplage mécanique débrayable entre un dispositif auxiliaire de la face accessoire et le vilebrequin de ce moteur thermique. L'invention concerne l'application d'un tel dispositif à l'entrainement en rotation d'une pompe à eau de refroidissement du moteur thermique et une face accessoire intégrant un tel dispositif. [002] Dans le contexte général de la réduction des émissions de 002, les dispositifs autorisant un débrayage temporaire d'un dispositif auxiliaire entrainé en rotation par le moteur thermique présente un intérêt particulier en ce qu'ils peuvent apporter une réduction de la consommation en carburant du moteur. [3] Ces dispositifs présente un intérêt supplémentaire lorsqu'ils sont appliqués à 15 l'entrainement en rotation de la pompe à eau pour le refroidissement du moteur thermique. [4] Le rendement d'un moteur thermique est dépendant de sa température de fonctionnement. Le moteur thermique présente un point de fonctionnement optimal en température pour lequel un rendement énergétique maximum est atteint. Il est donc souhaitable lors du démarrage du moteur thermique de favoriser sa montée en 20 température rapide, et par la suite, en régime établi, de réguler la température du moteur pour que celle-ci reste le plus proche possible du point de fonctionnement optimal, tout en assurant un refroidissement suffisant des différents organes du moteur. [5] Le brevet US8206255B2 divulgue, comme montré à la Fig.1, un dispositif 1 monté sur la façade accessoire AF d'un moteur thermique TE et assurant un couplage 25 mécanique en rotation, avec un débrayage commandé, entre un vilebrequin 10 et une pompe à eau 11 du moteur TE. Ce dispositif 1 de la technique antérieure peut être commandé dans deux états de fonctionnement. [6] Dans le premier état, le dispositif 1 n'assure aucun couplage mécanique de rotation entre une poulie de vilebrequin 100 et une poulie d'entrainement en rotation 110 30 de la pompe à eau 11. La pompe à eau 11 est alors débrayée et à l'arrêt. Dans le deuxième état, le dispositif 1 assure un couplage mécanique de rotation entre la poulie de 3053393 2 vilebrequin 100 et la poulie de pompe à eau 110. La pompe à eau 11 est alors tournante et fournit en sortie un débit d'eau pour le refroidissement du moteur thermique. [7] Le dispositif du brevet US8206255B2 autorise une montée en température plus rapide du moteur thermique en début de roulage du véhicule, en découplant la pompe à 5 eau de l'entrainement mécanique assuré par le vilebrequin. Ce découplage de la pompe à eau apporte aussi une réduction de la consommation en carburant du moteur thermique en début de roulage. Cependant, par la suite, lorsque le moteur thermique est en régime établi, ce dispositif de la technique antérieure présente l'inconvénient de ne permettre qu'une régulation de type tout-ou-rien du débit d'eau dans le moteur thermique, du fait qu'il 10 ne comporte que deux états possibles de fonctionnement. [8] Au vu de de la technique antérieure, il apparait souhaitable de mettre à disposition des concepteurs un dispositif de couplage mécanique débrayable autorisant davantage d'états de fonctionnement pour l'entrainement en rotation d'un dispositif auxiliaire tel qu'une pompe à eau. Des degrés de liberté supplémentaires sont ainsi apportés aux concepteurs pour la réalisation de nouveaux systèmes, et pour permettre une régulation plus fine du débit d'eau du moteur thermique. [9] Selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif de couplage mécanique apte à être monté sur une face accessoire d'un moteur thermique pour coupler mécaniquement en rotation de manière débrayable un dispositif auxiliaire à un vilebrequin du moteur thermique, comprenant des premiers moyens mobiles à galet de friction commandables en translation par des moyens d'actionnement et aptes à prendre des première et deuxième positions, la première position correspondant à un débrayage du dispositif auxiliaire par rapport au vilebrequin et la deuxième position correspondant à un couplage mécanique du dispositif auxiliaire avec le vilebrequin avec un premier rapport de vitesse prédéterminé. Conformément à l'invention, le dispositif comprend également des deuxièmes moyens mobiles à galet de friction commandables en translation par les moyens d'actionnement et aptes à prendre une troisième position correspondant à un couplage mécanique du dispositif auxiliaire avec le vilebrequin avec un deuxième rapport de vitesse prédéterminé. [0010] Selon une forme de réalisation particulière, les deuxièmes moyens mobiles à galet de friction comprennent un train de galets de friction en nombre pair, les galets de friction étant portés à une extrémité d'un support mobile déplaçable en translation par les moyens d'actionnement. 3053393 3 [0011] Selon une autre forme de réalisation particulière, le train de galets de friction comporte deux galets. 5 [0012] Selon encore une autre forme de réalisation particulière, les premiers moyens mobiles à galet de friction comprennent un galet de friction porté à une autre extrémité du support mobile déplaçable en translation par les moyens d'actionnement. [0013] L'invention concerne aussi une face accessoire d'un moteur thermique 10 comprenant une poulie de vilebrequin, une courroie d'entrainement d'accessoire montée sur la poulie de vilebrequin, un dispositif auxiliaire comportant une poulie d'entrainement en rotation, et une roue entrainée en rotation par la courroie d'entrainement d'accessoire, dans laquelle est compris un dispositif de couplage mécanique de l'invention tel que décrit brièvement ci-dessus. 15 [0014] Selon une caractéristique particulière de la face d'accessoire selon l'invention, un débrayage du dispositif auxiliaire est obtenu lorsque les premiers moyens mobiles à galet de friction sont désengagés de la poulie de vilebrequin et de la poulie d'entrainement en rotation du dispositif auxiliaire en étant dans la première position et lorsque les deuxièmes 20 moyens mobiles à galet de friction sont désengagés de la roue entrainée en rotation par la courroie d'entrainement d'accessoire et de la poulie d'entrainement en rotation du dispositif auxiliaire. [0015] Selon une autre caractéristique particulière, un couplage mécanique du dispositif 25 auxiliaire avec le vilebrequin avec le premier rapport de vitesse prédéterminé est obtenu lorsque les premiers moyens mobiles à galet de friction sont engagés avec la poulie de vilebrequin et la poulie d'entrainement en rotation du dispositif auxiliaire en étant dans la deuxième position et lorsque les deuxièmes moyens mobiles à galet de friction sont désengagés de la roue entrainée en rotation par la courroie d'entrainement d'accessoire et 30 de la poulie d'entrainement en rotation du dispositif auxiliaire. [0016] Selon encore une autre caractéristique particulière, un couplage mécanique du dispositif auxiliaire avec le vilebrequin avec le deuxième rapport de vitesse prédéterminé est obtenu lorsque les premiers moyens mobiles à galet de friction sont désengagés de la 35 poulie de vilebrequin et de la poulie d'entrainement en rotation du dispositif auxiliaire et 3053393 4 lorsque les deuxièmes moyens mobiles à galet de friction sont engagés avec la roue entrainée en rotation par la courroie d'entrainement d'accessoire et la poulie d'entrainement en rotation du dispositif auxiliaire en étant dans la troisième position. 5 [0017] Selon encore une autre caractéristique particulière, les différents diamètres desdites poulies, galets et roue sont fixés de telle manière que le premier rapport de vitesse entre le vilebrequin et l'accessoire entrainé, en l'occurrence la pompe à eau, est supérieur au deuxième rapport de vitesse. 10 [0018] Selon encore une autre caractéristique particulière, la roue entrainée en rotation par la courroie d'entrainement d'accessoire est un galet tendeur de ladite courroie. [0019] Selon une forme de réalisation particulière, le dispositif auxiliaire est une pompe à eau de refroidissement du moteur thermique. 15 [0020] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 20 la Fig.1 est une vue partielle montrant une face accessoire d'un moteur thermique dans laquelle est monté un dispositif de couplage mécanique débrayable selon la technique antérieure ; la Fig.2A est une vue simplifiée d'une face accessoire d'un moteur thermique incluant un dispositif de couplage mécanique selon l'invention dans un état de 25 débrayage ; la Fig.2B est une vue simplifiée d'une face accessoire d'un moteur thermique incluant un dispositif de couplage mécanique selon l'invention dans un état de couplage avec un premier rapport de vitesse ; et la Fig.2C est une vue simplifiée d'une face accessoire d'un moteur thermique 30 incluant un dispositif de couplage mécanique selon l'invention dans un état de couplage avec un second rapport de vitesse. [0021] En référence aux Figs.2A à 2C, il est maintenant décrit à titre d'exemple une forme de réalisation particulière du dispositif de couplage mécanique 2 selon l'invention. Dans cette forme de réalisation, le dispositif auxiliaire est une pompe à eau pour le 3053393 5 refroidissement du moteur thermique. On notera que les dessins des Figs.2A à 2C ont volontairement été simplifiés de manière à faciliter la compréhension de l'architecture générale et du fonctionnement du dispositif 2 selon invention. [0022] Comme cela apparaitra plus clairement par la suite avec la description détaillée 5 des Figs.2A à 2C, l'architecture générale du dispositif 2 selon l'invention se distingue notamment par l'incorporation de moyens mobiles à galet supplémentaires 22 et des moyens d'actionnement commandables 212 autorisant trois états de fonctionnement distincts du dispositif 2 correspondant à un débrayage, un entrainement en rotation à pleine vitesse et un entrainement en rotation à vitesse réduite de la pompe à eau 23. 10 [0023] Comme montré aux Figs.2A à 2C, selon l'état de fonctionnement dans lequel il se trouve dans la face accessoire du moteur thermique, le dispositif 2 selon l'invention est amené à entrer en interaction non seulement avec une poulie de vilebrequin 240 et une poulie de pompe à eau 230, mais aussi avec un galet tendeur 25. [0024] Dans cet exemple de forme de réalisation de l'invention, Le galet tendeur 25 est 15 associé coaxialement à un galet de friction 250 ayant ici un diamètre inférieur à celui du galet tendeur 25. Les galets 25 et 250 sont mécaniquement solidaires et forment un seul ensemble rotatif. Le galet tendeur 25 assure une fonction classique de mise en tension d'une courroie d'entrainement d'accessoire 241 montée sur la poulie de vilebrequin 240. La fonction du galet de friction 250 apparaitra plus clairement par la suite dans la 20 description. [0025] Comme montré aux Figs.2A à 2C, le dispositif 2 comporte un galet de friction 210, un support mobile 211, un actionneur 212 et un train à galets 22. Dans cette forme de réalisation du dispositif de l'invention, le train à galets 22 comporte deux galets de friction 220a et 220b. Dans d'autres formes de réalisation, le train à galets 22 pourra comporter un 25 nombre de galets supérieur à deux, mais toujours en nombre pair. [0026] Le galet de friction 210 et les galets 220a, 220b du train 22 sont portés par le support mobile 211 et sont montés sur des axes respectifs de celui-ci. Les axes de montage des galets 210, 220a et 220b sont représentés aux Figs.2A à 2C par des signes « + ». Les galets 220a et 220b sont couplés mécaniquement par friction et tournent dans 30 des sens inverses lorsqu'ils sont en rotation. 3053393 6 [0027] Comme montré aux Figs.2A à 2C, le support mobile 211 a ici une forme générale en T incliné et comporte un bras longitudinal 211a et un bras transversal 211b. Le bras longitudinal 211a porte le galet de friction 210 à une extrémité inférieure et est mécaniquement solidaire du bras transversal 211b au niveau de sa partie supérieure. Le 5 bras transversal 211b porte à ses deux extrémités gauche et droite les galets de friction couplés 220a et 220b, respectivement. On notera que dans cette forme de réalisation, le support mobile 211 est une pièce monobloc. Bien entendu, il pourra en être autrement dans d'autres formes de réalisation de l'invention. Le support 211 est mobile selon un axe AA et est déplacé en translation par l'actionneur 212 qui est couplé mécaniquement au 10 support 211. [0028] Comme montré aux Figs.2A à 2C, l'actionneur 212, représenté de manière schématique, est monté à une position intermédiaire entre le galet 210 et le train à galets 22 et est couplé mécaniquement au bras longitudinal 211a du support mobile 211. Dans cet exemple de réalisation, l'actionneur 212 comporte un servomoteur électrique 213, un 15 excentrique 214 et un dispositif à ressort de rappel 215. Bien évidemment, d'autres types d'actionneurs connus de l'homme du métier pourront être utilisés. Dans l'actionneur 212, l'excentrique 214 est entrainé en rotation par le servomoteur 213 de manière provoquer le déplacement souhaité du support mobile 211 et des galets de friction 210, 220a et 220b. L'actionneur 212 peut être commandé dans trois états de fonctionnement distincts qui 20 correspondent à trois positions différentes de l'excentrique 214 et trois positions différentes du support mobile 211, respectivement. [0029] A la Fig.2A, le dispositif 2 est montré dans son premier état de fonctionnement. Dans cet état, le galet de friction 210 est mécaniquement découplé des poulies de vilebrequin 240 et de pompe à eau 230, et le train à galets 22 est désengagé. Plus 25 précisément, les galets 220a et 220b sont désengagés de la poulie de pompe à eau 230 et du galet de friction 250, respectivement. Dans cet état, la pompe à eau 23 est débrayée et à l'arrêt. [0030] A la Fig.2B, le dispositif 2 est montré dans son deuxième état de fonctionnement. Dans cet état, le galet de friction 210 couple mécaniquement en rotation la poulie de 30 vilebrequin 240 et la poulie de pompe à eau 230, et le train à galets 22 reste désengagé. En effet, le galet 210 est alors en contact de friction avec une face externe de la courroie d'entrainement d'accessoire 241 montée sur la poulie de vilebrequin 240 et avec un revêtement de friction adapté de la poulie de pompe à eau 230. Dans ce deuxième état de 3053393 7 fonctionnement, il est obtenu un premier rapport de vitesse R1 entre la poulie de pompe à eau 23 et la poulie de vilebrequin 240 qui est égal à : R1.(D240/D210)x(D210/D230)= D240/D230, avec D240, D230 et D210 étant les diamètres des poulies 240, 230 et du galet 210, respectivement. Dans cet exemple de forme de réalisation de l'invention, les poulies de 5 vilebrequin 240 et de pompe à eau 230 sont considérées de même diamètre, D240=D230. Dans cet état, il est donc obtenu un rapport de vitesse R1=1 entre la poulie de pompe à eau 230 et la poulie de vilebrequin 240, qui tournent dans le même sens de rotation et à une même vitesse N1. [0031] A la Fig.2C, le dispositif 2 est montré dans son troisième état de fonctionnement. 10 Dans cet état, le galet de friction 210 est désengagé des poulies de vilebrequin 240 et de pompe à eau 230. Par contre, le train à galets 22 est maintenant engagé. Plus précisément, le galet 220a est engagé avec la poulie de pompe à eau 230 et le galet 220b est engagé avec le galet de friction 250 associé au galet tendeur 25. Dans cet état, l'entrainement en rotation de la pompe à eau 23 à partir de la poulie motrice de vilebrequin 15 240 est obtenu à travers le galet de friction 250 et le train à galets 22. Dans cet exemple de forme de réalisation, il est considéré que le galet tendeur 25 à un diamètre D25 égal à la moitié du diamètre D240 de la poulie de vilebrequin, le galet de friction 250 a un diamètre D250 égal à la moitié du même diamètre D220 des galets 220a et 220b qui est lui égal à la moitié du diamètre D230 de la poulie de pompe à eau 230. Il est donc obtenu un deuxième 20 rapport de vitesse R2 entre la poulie de pompe à eau 230 et la poulie de vilebrequin 240 qui est égal à: R2 =(D240/D25)x(D250/D220)x(D220/D230)= 2 x 0,5 x 0,5 = 0,5. Dans ce troisième état de fonctionnement, la pompe à eau 23 tourne donc à une vitesse de rotation N2 qui est divisée par deux par rapport à la vitesse N1 du vilebrequin, N2 = 25 N1/2, et dans le même sens de rotation que ce dernier. [0032] Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation plus particulièrement décrite ici à titre d'exemple. L'homme du métier pourra y apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées. 30 REVENDICATIONS1. Dispositif de couplage mécanique apte à être monté sur une face accessoire (AF) d'un moteur thermique (TE) pour coupler mécaniquement en rotation de manière débrayable un dispositif auxiliaire (23) à un vilebrequin du moteur thermique (TE), comprenant des premiers moyens mobiles à galet de friction (210, 211a, 211) commandables en translation par des moyens d'actionnement (212) et aptes à prendre des première et deuxième positions, ladite première position correspondant à un débrayage dudit dispositif auxiliaire (23) par rapport audit vilebrequin et ladite deuxième position correspondant à un couplage mécanique dudit dispositif auxiliaire (23) avec ledit vilebrequin avec un premier rapport de vitesse prédéterminé (R1), caractérisé en ce qu'il comprend également des deuxièmes moyens mobiles à galet de friction (22, 220a, 220b, 211, 211b) commandables en translation par lesdits moyens d'actionnement (212) et aptes à prendre une troisième position correspondant à un couplage mécanique dudit dispositif auxiliaire (23) avec ledit vilebrequin avec un deuxième rapport de vitesse prédéterminé (R2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens mobiles à galet de friction (22, 220a, 220b, 211, 211b) comprennent un train de galets de friction (22, 220a, 220b) en nombre pair, lesdits galets de friction (220a, 220b) étant portés à une extrémité (211b) d'un support mobile (211) déplaçable en translation par lesdits moyens d'actionnement (212). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit train de galets de 25 friction (22) comporte deux galets (220a, 220b). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens mobiles à galet de friction (210, 211a, 211) comprennent un galet de friction (210) porté à une autre extrémité (211a) dudit support mobile (211) déplaçable en translation par 30 lesdits moyens d'actionnement (212). 5. Face accessoire (AF) d'un moteur thermique (TE) comprenant une poulie de vilebrequin (240), une courroie d'entrainement d'accessoire (241) montée sur ladite poulie de vilebrequin (240), un dispositif auxiliaire (23) comportant une poulie d'entrainement en 3053393 9 rotation (230), et une roue (25, 250) entrainée en rotation par ladite courroie d'entrainement d'accessoire (241), caractérisée en ce qu'elle comprend également un dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, un débrayage du dispositif auxiliaire (23) étant obtenu lorsque lesdits premiers moyens mobiles à galet de friction 5 (210, 211a, 211) sont désengagés de la poulie de vilebrequin (240) et de la poulie d'entrainement en rotation (230) du dispositif auxiliaire (23) en étant dans ladite première position et lorsque lesdits deuxièmes moyens mobiles à galet de friction (22, 220a, 220b, 211, 211b) sont désengagés de ladite roue (25, 250) entrainée en rotation par la courroie d'entrainement d'accessoire (241) et de ladite poulie d'entrainement en rotation (230) du 10 dispositif auxiliaire (23). 6. Face accessoire selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un couplage mécanique du dispositif auxiliaire (23) avec le vilebrequin avec ledit premier rapport de vitesse prédéterminé (R1) est obtenu lorsque lesdits premiers moyens mobiles à galet de 15 friction (210, 211a, 211) sont engagés avec la poulie de vilebrequin (240) et la poulie d'entrainement en rotation (230) du dispositif auxiliaire (23) en étant dans ladite deuxième position et lorsque lesdits deuxièmes moyens mobiles à galet de friction (22, 220a, 220b, 211, 211b) sont désengagés de ladite roue (25, 250) entrainée en rotation par la courroie d'entrainement d'accessoire (241) et de ladite poulie d'entrainement en rotation (230) du 20 dispositif auxiliaire (23). 7. Face accessoire selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu'un couplage mécanique dudit dispositif auxiliaire (23) avec ledit vilebrequin avec ledit deuxième rapport de vitesse prédéterminé (R2) est obtenu lorsque lesdits premiers moyens mobiles à galet de friction (210, 211a, 211) sont désengagés de la poulie de vilebrequin (240) et de la poulie d'entrainement en rotation (230) du dispositif auxiliaire (23) et lorsque lesdits deuxièmes moyens mobiles à galet de friction (22, 220a, 220b, 211, 211b) sont engagés avec ladite roue (25, 250) entrainée en rotation par la courroie d'entrainement d'accessoire (241) et ladite poulie d'entrainement en rotation (230) du dispositif auxiliaire (23) en étant dans la troisième position. 8. Face accessoire selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que les différents diamètres (D210, D230, D240, D25, D250, D220) desdits poulies, galets et roue sont fixés de telle manière que ledit premier rapport de vitesse entre le vilebrequin et 35 l'accessoire entrainé (R1) est supérieur audit deuxième rapport de vitesse (R2). 3053393 10 9. Face accessoire selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ladite roue entrainée en rotation par la courroie d'entrainement d'accessoire (241) est un galet tendeur (25, 250) de ladite courroie. 10. Face accessoire selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le dispositif auxiliaire est une pompe à eau de refroidissement (23) du moteur thermique (TE). 5