Brevet FR3058487A1 — publié le 20180511

EMBRAYAGE COMPRENANT UN CARTER VENTILE L'invention a trait au domaine des groupes motopropulseurs de véhicules automobiles. Plus particulièrement encore, l'invention concerne le refroidissement d'embrayages secs. Un embrayage est un système mécanique assurant un couplage entre un moteur thermique et une boîte de vitesses (mécanique ou pilotée). Il comprend à cet effet un volant moteur, au moins un disque de friction, et un mécanisme de pression (comportant au moins un plateau de pression et un couvercle, ainsi qu'un éventuel diaphragme). Le volant moteur (qui peut être simple ou double) est destiné à être solidarisé à un arbre du moteur thermique, par exemple son vilebrequin. Le disque de friction est destiné à être solidarisé à un arbre primaire de la boîte de vitesses. Le plateau de pression (du mécanisme de pression) est chargé de plaquer le disque de friction contre le volant moteur lorsqu'il est poussé par un organe tel qu'un diaphragme sous l'action d'une butée, elle-même actionnée par une commande d'embrayage. Le couvercle permet de solidariser fixement ce mécanisme de pression au volant moteur. Le mécanisme de pression comprend dans son couvercle et/ou dans son éventuel diaphragme des premières ouvertures pour l'entrée d'air et des ouvertures périphériques pour la sortie de cet air au voisinage de la jonction volant moteur / couvercle. Le couple qui est produit par le moteur thermique est tout d'abord transmis au volant moteur via le vilebrequin (grâce à son mouvement de rotation), puis au disque de friction et enfin à l'arbre primaire de la boîte de vitesses. Comme le sait l'homme de l'art, dans certaines situations de vie, l'augmentation de la température des pièces de l'embrayage qui sont impliquées dans la friction (mécanisme de pression, volant moteur et disque de friction) peut dépasser un seuil haut au-delà duquel on observe une dégradation de la transmission du couple, voire une détérioration de certaines pièces, nécessitant de prévoir leur refroidissement. Or ces pièces sont peu accessibles, et confinées entre le moteur et la boîte de vitesses, rendant leur refroidissement peu aisé car la circulation d'air y est limitée. Cette difficulté s'avère d'autant plus problématique lorsque l'on souhaite obtenir un allongement des rapports de la boîte de vitesses, notamment dans le but de réduire la consommation d'énergie (et donc la production de CO2). En effet, 3058487 2 l'allongement de ces rapports conduit à une plus grande sollicitation de l'embrayage, ce qui impose un renforcement de ses pièces et une adaptation des formes de ces dernières qu'il est de plus en plus difficile d'obtenir. A l'inverse, lorsque la température des pièces de l'embrayage qui sont 5 impliquées dans la friction (mécanisme de pression, volant moteur et disque de friction) est en dessous d'un seuil bas (par exemple, en situation de roulage dans des conditions climatiques froides ou après un arrêt prolongé), on observe une limitation de la transmission du couple par un phénomène de patinage à froid du disque de friction. Le brevet FR-B-2 806 766 divulgue un volant présentant une surface de friction 10 globalement annulaire. Le volant, au moins radialement à l'intérieur de la garniture de friction, est équipé d'aubes de façon à produire, lors de sa rotation, un flux d'air qui s'écoule le long de sa face opposée à la garniture de friction. Cette solution permet un refroidissement efficace du volant moteur, mais elle ne permet pas de s'adapter aux situations de roulage dans des conditions climatiques 15 froides, ce refroidissement étant lié en permanence à la rotation du volant moteur. Il y a donc un besoin pour avoir un refroidissement efficace quand la température des pièces de l'embrayage qui sont impliquées dans la friction dépasse le seuil haut, et qui satisfasse également aux conditions climatiques froides. L'invention a pour objectif de proposer un embrayage palliant au problème de 20 l'état de la technique susmentionné, en assurant un bon fonctionnement dans des conditions variées, notamment hivernales. Dans ce but, 1"invention propose un embrayage comprenant un carter d'embrayage logeant dans son espace interne i) un volant moteur, ii) au moins un disque de friction, et iii) un mécanisme de pression comportant au moins un plateau de 25 pression, un couvercle solidarisé fixement au volant moteur et logeant le plateau de pression, le carter d'embrayage ayant des ouvertures périphériques de sortie d'air de l'espace interne au droit du volant moteur, ou du disque de friction, ou encore du couvercle, le carter d'embrayage logeant en outre, sur une face interne du carter d'embrayage et sur le trajet de l'air en amont des ouvertures périphériques, un 30 ventilateur centrifuge électrique. En effet, ce ventilateur électrique est alors indépendant de la vitesse de rotation du volant moteur. Il peut donc être arrêté à tout moment, en particulier lorsque 3058487 3 des conditions climatiques sont froides, notamment pour des températures d'air de l'espace interne inférieures à un seuil entre 0 et 200°C, voire des températures négatives. L'arrêt du ventilateur électrique provoque alors l'arrêt de la ventilation de l'air contenu dans l'espace interne, et ne refroidit plus l'embrayage, permettant ainsi une 5 montée en température de l'embrayage plus rapide, et donc d'éviter les cas de limitation de la transmission du couple par un phénomène de patinage à froid du disque de friction. A l'inverse, l'actionnement du ventilateur électrique permettra un refroidissement optimal de l'embrayage car ce ventilateur, se trouvant sur la face interne du carter d'embrayage, est au plus près des pièces à refroidir, à savoir le volant 10 moteur, le disque de friction, ou du couvercle contenant le plateau pression. Un autre avantage réside dans le fait que ce ventilateur électrique est entièrement intégré dans l'espace interne du carter d'embrayage. De fait, il n'y a pas de problème d'intégration de ce ventilateur dans un environnement extérieur exigu du carter d'embrayage, comme par exemple un compartiment moteur d'un véhicule, ni 15 besoin de conduites d'air encombrantes entre le ventilateur et une zone de captage de l'air. On comprendra dans tout le texte de ce document le terme amont, comme une position relative à un sens de circulation de l'air allant de l'espace interne vers l'extérieur du carter d'embrayage en passant par les ouvertures périphériques. Ainsi, le 20 ventilateur centrifuge électrique se situe dans l'espace interne et sur la face interne et sur le trajet de l'air qui est en amont des ouvertures. Le ventilateur peut donc être en regard des ouvertures, ou axialement décalé mais en restant dans l'espace interne et sur la face interne. On comprendra dans tout le texte de ce document par espace interne du 25 carter d'embrayage, tout le volume contenu par une peau extérieure de ce carter d'embrayage en fermant des ouvertures du carter d'embrayage par des surfaces rectilignes fictives de la peau extérieure. Selon un mode de réalisation, le carter d'embrayage comprend une gorge périphérique dans la face interne, et le fond de la gorge débouche dans les ouvertures 30 périphériques de sortie, et le ventilateur centrifuge comporte un rotor annulaire guidé par la gorge périphérique. En effet, le fond de la gorge périphérique débouchant dans les ouvertures 3058487 4 périphériques de sortie, facilite le passage d'un flux d'air de l'espace interne vers et à travers les ouvertures de sortie, ce flux d'air étant provoqué par l'action du rotor annulaire du ventilateur électrique, et donc facilite le refroidissement de l'embrayage. De plus, le guidage du rotor annulaire dans cette gorge permet non seulement 5 d'optimiser le rendement de ventilation du rotor en le maintenant proche des ouvertures périphériques de sortie, mais réalise aussi un canal de guidage de l'air entre le rotor et la gorge, permettant de collecter le flux d'air. En outre, la gorge permet d'intégrer une partie du rotor dans l'épaisseur du carter d'embrayage, ce qui autorise plus facilement l'implantation du rotor au droit du 10 volant moteur, du couvercle, ou du disque de friction. En effet, l'espace contenu entre la face interne et la périphérie du volant moteur, du couvercle ou du disque de friction, sont des espaces très exigus. Selon un mode de réalisation, le carter d'embrayage comprend une ouverture de passage du volant moteur, la gorge périphérique comprend un flanc d'ouverture et 15 un flanc de carter, le flanc d'ouverture étant le plus proche de l'ouverture de passage du volant moteur, le flanc d'ouverture étant un anneau rapporté et fixé sur le carter d'embrayage, et le flanc de carter étant formé par au moins une partie du carter d'embrayage. En effet, pour faciliter le montage du rotor dans le carter d'embrayage, il est 20 avantageux que le flanc d'ouverture soit démontable. Selon un mode de réalisation, l'anneau rapporté est un stator du ventilateur centrifuge portant des bobines d'inducteur. Selon un mode de réalisation, le rotor est polarisé et traversé radialement par des canaux de centrifugation d'air de l'espace interne. 25 En effet, cette réalisation a pour avantage d'être simple, et compacte, et permet au rotor de réaliser la centrifugation de l'air pour provoquer le flux d'air. Selon un mode de réalisation, la polarisation est faite par des aimants permanents du rotor. Selon un mode de réalisation, le diamètre intérieur du rotor annulaire est 30 supérieur au diamètre du volant moteur ou du couvercle. En effet, pour des raisons de facilité de montage, le couvercle ou le volant 3058487 5 moteur, selon que le rotor est respectivement au droit du couvercle ou du volant moteur, doit pouvoir traverser le rotor sans le toucher, lors du montage du carter d'embrayage sur le moteur. D'une façon générale, le diamètre du couvercle est inférieur au diamètre du volant moteur. Mais, bien entendu, si le diamètre du couvercle 5 est supérieur au diamètre du volant moteur, le diamètre interne du rotor doit être supérieur au diamètre le plus grand, le diamètre du couvercle, même s'il est placé au droit du volant moteur. Selon un mode de réalisation, la gorge est lubrifiée. Selon une variante de réalisation, le rotor annulaire est monté sur roulements. 10 L'invention porte également sur un véhicule comprenant un embrayage tel que précédemment décrit. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins non limitatifs parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe très schématique d'un embrayage selon 15 un mode de réalisation de l'invention. - la figure 2 est une vue en coupe et en perspective d'un carter d'embrayage seul selon un mode de réalisation de l'invention. - la figure 3 est une vue en perspective d'un rotor seul selon un mode de réalisation de l'invention. 20 La figure 1 représente schématiquement en coupe un embrayage EM selon un mode de réalisation de l'invention, comprenant un carter d'embrayage CE logeant dans son espace interne : - un volant moteur VM, qui par exemple est solidarisé à un arbre AM d'un moteur 25 thermique, et qui peut être un volant simple ou double, - au moins un disque de friction DF qui, par exemple, est couplé à un arbre primaire d'une boîte de vitesses (non représenté) par des cannelures autorisant seulement une translation du disque de friction DF le long de l'arbre primaire, - et un mécanisme de pression MP comportant au moins un plateau de pression PP 30 qui plaque le disque de friction DF contre le volant moteur VM, un couvercle CV solidarisé fixement au volant moteur VM et logeant le plateau de pression PP, le carter 3058487 6 d'embrayage CE ayant des ouvertures périphériques OP de sortie d'air de l'espace interne au droit du volant moteur, ou du disque de friction, ou encore du couvercle. Le carter d'embrayage CE loge en outre, sur une face interne FI du carter d'embrayage CE et sur le trajet de l'air en amont des ouvertures périphériques OP, un ventilateur 5 centrifuge électrique VCE. Le carter d'embrayage CE comprend une gorge périphérique GP dans la face interne FI, le fond de la gorge GP débouche dans les ouvertures de sortie OP, et le ventilateur centrifuge VCE comporte un rotor annulaire RA guidé par la gorge périphérique GP. Le carter d'embrayage CE comprend une ouverture de passage du volant moteur VM. 10 Cette ouverture de passage permet le montage du volant moteur VM, du disque de friction DF, et du mécanisme de pression MP dans le carter d'embrayage CE, le diamètre du volant moteur VM étant généralement le plus grand diamètre de ces trois éléments. La gorge périphérique GP comprend un flanc d'ouverture FLO et un flanc de carter FLC, le flanc d'ouverture FLO étant le flanc le plus proche de l'ouverture de 15 passage du volant moteur VM. Le flanc d'ouverture FLO est un anneau AN rapporté et fixé sur le carter d'embrayage CE, et le flanc de carter FLC est formé par au moins une partie du carter d'embrayage CE. L'anneau AN rapporté est fixé sur le carter d'embrayage CE par exemple, avec des vis VI. Cet anneau AN peut servir avantageusement à supporter les fixations du carter d'embrayage CE à un carter du 20 moteur. Il fait alors l'interface entre le carter d'embrayage CE et le moteur et est spécifique à chaque moteur, permettant alors d'avoir un carter d'embrayage CE standard, c'est-à-dire commun à au moins deux types de moteurs différents présentant des interfaces de fixation différents. En variante, cet anneau AN supporte également l'interface avec des accessoires du moteur et/ou de la boîte de vitesses, comme un 25 moteur électrique de traction pour les véhicules hybrides. L'assemblage par vis VI permet le montage du rotor RA dans la gorge GP même si le rotor RA est entièrement assemblé avant son introduction dans la gorge GP. Ces vis VI permettent également un démontage facilité pour l'accès à une maintenance du rotor RA et/ou de l'anneau AN. 30 L'anneau AN rapporté est un stator du ventilateur centrifuge VCE et porte une pluralité de bobines d'inducteur BI, dont le champ magnétique est axial. Le rotor est polarisé et traversé radialement par des canaux de centrifugation CC d'air 3058487 7 de l'espace interne. Ces canaux de centrifugation CC sont angulairement régulièrement répartis dans le rotor RA autour de l'axe de rotation du rotor RA, laissant entre deux canaux CC successifs la place de loger des aimants permanents formant la polarisation du rotor RA. En variante, on peut envisager d'autres moyens de 5 centrifugation de l'air, comme des aubes ou des pales, mais qui ont comme inconvénient d'être moins compactes. La section des canaux CC est préférentiellement rectangulaire et de section croissante en s'éloignant du centre du rotor RA, pour une facilité de réalisation des aimants permanents qui forment alors deux faces opposées du canal à section rectangulaire. En variante, un canal CC traverse la pleine matière 10 d'un aimant permanent. Dans l'exemple de la figure 1, le ventilateur centrifuge VCE est un moteur électrique à flux magnétique axial, l'axe étant ici l'axe de rotation du volant moteur VM. Il est schématisé par le stator qui est l'anneau AN rapporté, muni d'au moins une partie réalisée en un matériau ferromagnétique, qui supporte la pluralité de bobines BI fixées 15 à des distances angulaires de manière à être espacées les unes des autres autour de l'axe de rotation du volant moteur VM. Le ventilateur centrifuge VCE est schématisé également par le rotor RA faisant face au stator AN, le rotor RA étant muni de la pluralité d'aimants permanents fixés à des distances angulaires de manière à être espacés les uns des autres et agencés sur un plan perpendiculaire à l'axe de rotation 20 du volant moteur VM ; et présente alternativement un pôle nord et un pôle sud. La commutation des champs magnétiques des bobines BI peut être réalisée par un circuit électronique dédié, protégé dans un boitier fixé au carter d'embrayage CE. La figure 1 montre le diamètre intérieur du rotor annulaire RA supérieur au diamètre du volant moteur VM. En effet, lors de l'assemblage du carter d'embrayage CE sur le 25 carter du moteur, les pièces de l'embrayage EM liées en rotation avec l'arbre moteur AM comme le volant moteur VM, le couvercle CV, le mécanisme de pression MP ou le plateau de pression PP, sont amenées à traverser le rotor RA selon la position axiale du rotor RA. Dans l'exemple de la figure 1, étant donné que le rotor RA, lorsque le carter d'embrayage CE est assemblé sur le carter du moteur, est au droit du volant 30 moteur VM, toutes les pièces liées en rotation avec l'axe moteur AM sont amenées à traverser le rotor RA. En général, le diamètre du volant moteur VM est le plus grand de toutes les pièces de l'embrayage, de sorte que si le diamètre intérieur du rotor RA est plus grand que le diamètre du volant moteur VM, le montage est assuré. Bien entendu, 3 0 5 84 8 7 8 lorsque, comme sur la figure 1 le rotor RA est au droit du volant moteur VM, le diamètre intérieur du rotor est supérieur au plus grand des diamètres entre le volant moteur VM, le couvercle CV, le plateau de pression PP ou le disque de friction DF. La figure 1 montre le rotor annulaire RA monté sur roulements RR. Ces roulements, un 5 sur chaque côté du rotor RA, font l'objet d'un montage en O ou en X. Mais, en variante, le rotor RA étant un rotor équilibré, les efforts radiaux sont nuls et l'on peut envisager de simples butées à billes. Avantageusement, ces roulements seront amagnétiques pour ne pas perturber le champ magnétique de l'entrefer entre le rotor RA et le stator AN. Avantageusement encore, le roulement RA du coté de l'entrefer, c'est-à-dire du 10 coté du flanc d'ouverture FLO, a un diamètre intérieur suffisamment grand pour être en dehors de l'entrefer. En variante, non représentée, ces roulements sont deux roulements à aiguilles situés sur le fond de la gorge GP, de chaque côté du fond de la gorge GP, de façon à ne pas obstruer les ouvertures périphériques OP. Cette configuration offre pour avantage 15 d'autoriser un entrefer optimal entre le rotor RA et le stator AN. En variante, non représentée, la gorge GP est lubrifiée. Cette lubrification est réalisée de préférence par des bagues auto-lubrifiées solidaires du carter d'embrayage CE. On peut au moins placer une bague auto-lubrifiée sur toute la périphérie du fond de la gorge (GP), cette bague étant alors dotée d'ouvertures en correspondance avec les 20 ouvertures périphériques OP. En variante, cette bague peut être scindée en deux bagues, les ouvertures périphériques débouchant entre les deux bagues. Cette bague autolubrifiante peut être complétée par des anneaux autolubrifiants sur les flanc de carter FLC et/ou flanc d'ouverture FLO. En variante encore, non représentée, on peut avoir une combinaison entre ces 25 roulements et ces bagues et/ou anneaux autolubrifiants. La figure 2 représente une coupe du carter d'embrayage CE (à gauche) et une vue en perspective du carter d'embrayage CE seul (à droite). Y est représentée la gorge périphérique GP. On voit qu'elle est réalisée dans l'épaisseur du carter d'embrayage CE, c'est une solution très compacte pour l'intégration du rotor RA dans l'espace 30 interne. En variante, la gorge est aménagée dans une surépaisseur de la paroi du carter d'embrayage CE. On notera que ce carter d'embrayage CE est ici classiquement réalisé en aluminium, matériau amagnétique. 3058487 9 La figure 2 montre surtout que la gorge GP n'est pas continue. En effet, elle est par exemple interrompue par un évidement du carter d'embrayage CE, évidement servant par exemple au passage de la tête d'un démarreur ou d'une machine électrique du moteur thermique. Le guidage du rotor RA est cependant assuré par la gorge GP dans 5 les autres parties du carter d'embrayage CE non évidées, et est suffisant. Lorsque le volant moteur VM est équipé d'une couronne de démarrage, on veille à ce que le rotor RA ne soit pas en interférence mécanique avec le démarreur, par exemple en positionnant le rotor RA au droit du couvercle CV, ou suffisamment éloigné de la couronne de démarrage. 10 La figure 3 représente une vue du rotor RA avec 12 canaux de centrifugation CC. Ces canaux de centrifugation CC peuvent être d'un nombre entre 2 et 30 en fonction de l'application, et sont radialement régulièrement répartis dans le rotor RA. Cette répartition est conservée pour les variantes avec les aubes ou les pales. REVENDICATIONS1. Embrayage (EM) comprenant un carter d'embrayage (CE) logeant dans son espace interne i) un volant moteur (VM), ii) au moins un disque de friction (DF), et iii) un mécanisme de pression (MP) comportant au moins un plateau de pression (PP), un couvercle (CV) solidarisé fixement audit volant moteur (VM) et logeant ledit plateau de pression (PP), ledit carter d'embrayage (CE) ayant des ouvertures périphériques (OP) de sortie d'air dudit espace interne au droit dudit volant moteur (VM), ou dudit disque de friction (DF), ou encore dudit couvercle (CV), caractérisé en ce que ledit carter d'embrayage (CE) loge en outre, sur une face interne (FI) dudit carter d'embrayage (CE) et sur le trajet dudit air en amont desdites ouvertures périphériques (OP), un ventilateur centrifuge électrique (VCE). 2. Embrayage (EM) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit carter d'embrayage (CE) comprend une gorge périphérique (GP) dans ladite face interne (FI), le fond de ladite gorge (GP) débouche dans lesdites ouvertures de sortie (OP), et ledit ventilateur centrifuge (VCE) comporte un rotor annulaire (RA) guidé par ladite gorge périphérique (GP). 3. Embrayage (EM) selon la revendication 2, ledit carter d'embrayage (CE) ayant une ouverture de passage dudit volant moteur (VM), ladite gorge périphérique (GP) comprenant un flanc d'ouverture (FLO) et un flanc de carter (FLC), ledit flanc d'ouverture (FLO) étant le plus proche de ladite ouverture de passage dudit volant moteur (VM), caractérisé en ce que ledit flanc d'ouverture (FLO) est un anneau (AN) rapporté et fixé sur ledit carter d'embrayage (CE), et en ce que ledit flanc de carter (FLC) est formé par au moins une partie dudit carter d'embrayage (CE). 4. Embrayage (EM) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit anneau (AN) rapporté est un stator dudit ventilateur centrifuge (VCE) portant des bobines d'inducteur (BI). 5. Embrayage (EM) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit rotor est polarisé et traversé radialement par des canaux de centrifugation (CC) d'air dudit espace interne. 6. Embrayage (EM) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite polarisation est faite par des aimants permanents dudit rotor (RA). 3058487 11 7. Embrayage (EM) selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le diamètre intérieur dudit rotor annulaire (RA) est supérieur au diamètre dudit volant moteur (VM) ou dudit couvercle (CV). 8. Embrayage (EM) selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que 5 ladite gorge (GP) est lubrifiée. 9. Embrayage (EM) selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que ledit rotor annulaire (RA) est monté sur roulements (RR). 10. Véhicule comprenant un embrayage selon l'une des revendications précédentes. 10