FR2549895A1 - Ventilator for air cooled engine and alternator cooling - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE VENTILATION POUR MOTEUR A COMBUSTION
INTERNE ET GENERATEUR ELECTRIQUE ASSOCIE
DE VEHICULE AUTOMOBILE
La présente invention concerne un dispositif de ventilation à turbine pour un moteur à combustion interne avec refroidissement par air de véhicule automobile, ce dispositif de ventilation assurant aussi le refroidissement de l'alternateur ou autre générateur électrique associé au moteur et servant à la fourniture de l'énergie électrique utilisée par le véhicule.VENTILATION DEVICE FOR A COMBUSTION ENGINE
INTERNAL AND ASSOCIATED ELECTRIC GENERATOR
OF MOTOR VEHICLE
The present invention relates to a turbine ventilation device for an internal combustion engine with air cooling of a motor vehicle, this ventilation device also ensuring the cooling of the alternator or other electric generator associated with the engine and serving to supply the electrical energy used by the vehicle.
Dans le cas de certains moteurs actuels d'automobiles à combustion interne, avec refroidissement par air, l'arbre du générateur électrique, entrainé par une courroie à partir de l'arbre du moteur, porte directement une turbine de refroidissement de ce moteur, disposée par conséquent coaxialement au générateur électrique. Ce générateur lui-même ne comporte pas de ventilateur interne mais n'est refroidi que par une certaine dérivation du flux d'air mis en mouvement par la turbine de refroidissement du moteur à combustion interne. In the case of certain current engines of internal combustion automobiles, with air cooling, the shaft of the electric generator, driven by a belt from the shaft of the engine, directly carries a turbine for cooling this engine, arranged therefore coaxially with the electric generator. This generator itself does not have an internal fan but is only cooled by a certain diversion of the air flow set in motion by the cooling turbine of the internal combustion engine.
Cette solution connue présente deux inconvénients principaux
1. La vitesse de rotation du générateur électrique est liée invariablement à celle de la turbine, ce qui n'est pas souhaitable car les caractéristiques de la turbine sont avant tout calculées pour apporter au moteur du véhicule un bon refroidissement à toutes les vitesses. I1 est généralement nécessaire, pour avoir un bon rendement de l'alternateur dans un encombrement donné, de le faire tourner assez vite c'est-à-dire plus rapidement que la turbine, ce qui n'est pas possible dans la disposition actuelle.Une idée de solution à ce probleme est fournie par le brevet U.S. n" 3.517.207 qui prévoit un embrayage électromagnétique entre l'arbre du générateur électrique et la turbine, d'où une possibilité d'entraîner dans certaines conditions le généra teur sans faire tourner la turbine, mais au prix d'une réalisation compliquée et encombrante.This known solution has two main drawbacks
1. The speed of rotation of the electric generator is invariably linked to that of the turbine, which is undesirable since the characteristics of the turbine are above all calculated to provide the vehicle engine with good cooling at all speeds. I1 is generally necessary, to have a good performance of the alternator in a given size, to rotate it quickly enough that is to say faster than the turbine, which is not possible in the current arrangement. An idea for a solution to this problem is provided by US Patent No. 3,517,207 which provides for an electromagnetic clutch between the shaft of the electric generator and the turbine, hence a possibility of driving the generator under certain conditions without doing turn the turbine, but at the cost of a complicated and bulky achievement.
2. La ventilation du générateur électrique seulement par dérivation du flux d'air de la turbine de refroidissement du moteur ne permet pas d'obtenir un refroidissement suffisamment intense du générateur. 2. Ventilation of the electric generator only by diverting the air flow from the engine cooling turbine does not allow sufficient intense cooling of the generator.
La présente invention élimine ces inconvénients et permet par conséquent d'obtenir des vitesses de rotation différentes du générateur et de la turbine, tout en conservant une disposition coaxiale simple, et en assurant un meilleur refroidissement du générateur. The present invention eliminates these drawbacks and therefore makes it possible to obtain different rotational speeds of the generator and of the turbine, while retaining a simple coaxial arrangement, and ensuring better cooling of the generator.
A cet effet, dans le dispositif de ventilation selon l'invention pour moteur à combustion interne et générateur électrique associé de véhicule automobile, la turbine, quoique montée coaxialement au générateur électrique, est dissociée de l'arbre de ce générateur, et les moyens d'entraînement en rotation de la turbine d'une part et de l'arbre du générateur d'autre part, à partir-du moteur à combustion interne, sont tels-que la turbine tourne à une vitesse différente de la vitesse du générateur, et notamment à une vitesse inférieure à celle du générateur. To this end, in the ventilation device according to the invention for internal combustion engine and associated electric generator of a motor vehicle, the turbine, although mounted coaxially with the electric generator, is dissociated from the shaft of this generator, and the means of drive in rotation of the turbine on the one hand and of the generator shaft on the other hand, from the internal combustion engine, are such that the turbine rotates at a speed different from the speed of the generator, and especially at a speed lower than that of the generator.
Avantageusement, la turbine qui tourne à une vitesse inférieure à celle du générateur électrique est montée autour de l'arbre de ce générateur avec interposition d'un roulement, ce montage autorisant des vitesses distinctes puisque l'arbre n'assure que le support de la turbine. Advantageously, the turbine which rotates at a speed lower than that of the electric generator is mounted around the shaft of this generator with the interposition of a bearing, this mounting authorizing separate speeds since the shaft only provides support for the turbine.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif, une première poulie réceptrice est calée sur l'arbre du générateur électrique et prévue pour l'entraînement de ce seul générateur par l'intermédiaire d'une première courroie, à partir du moteur à combustion interne, et une seconde poulie réceptrice, solidaire du moyeu de la turbine, est prévue pour l'entraînement de la seule turbine par l'intermédiaire d'une seconde courroie, à partir du moteur à combustion interne. According to a particular embodiment of the device, a first receiving pulley is wedged on the shaft of the electric generator and provided for driving this single generator by means of a first belt, from the internal combustion engine, and a second receiving pulley, integral with the hub of the turbine, is provided for driving the single turbine by means of a second belt, from the internal combustion engine.
Cette réalisation comporte donc deux entraînements par courroie "en parallèle", par analogie avec les réalisations actuelles dans lesquelles une seule courroie sert à l'entraînement du générateur et de la turbine non dissociés. La seconde poulie réceptrice, solidaire du moyeu de la turbine, sera de di-amètre supérieur à celui de la première poulie réceptrice, calée sur l'arbre du générateur, pour l'obtention d'une vitesse de rotation de la turbine plus faible que celle du générateur, en supposant que la ou les poulies motrices ont des gorges de même diamètre pour les deux courroies.This embodiment therefore comprises two belt drives "in parallel", by analogy with current embodiments in which a single belt is used to drive the generator and the turbine which are not dissociated. The second receiving pulley, integral with the hub of the turbine, will be of greater diameter than that of the first receiving pulley, wedged on the generator shaft, in order to obtain a rotation speed of the turbine lower than that of the generator, assuming that the drive pulley or pulleys have grooves of the same diameter for the two belts.
De préférence, l'arbre du générateur électrique porte un ventilateur interne à ce générateur, dont l'effet s'ajoute à celui de la turbine pour le refroidissement du générateur. Selon une réalisation particulièrement intéressante, le ventilateur interne du générateur électrique fonctionne en coopération avec la turbine, munie à cet effet d'ailettes intérieures tournées vers le générateur, qui fournissent un air sous une certaine pression au ventilateur et augmentent ainsi l'efficacité de celui-ci, la différence des vitesses étant également favorable dans ce fonctionnement combiné. Preferably, the shaft of the electric generator carries a fan internal to this generator, the effect of which is added to that of the turbine for cooling the generator. According to a particularly advantageous embodiment, the internal fan of the electric generator works in cooperation with the turbine, provided for this purpose with internal fins facing the generator, which supply air under a certain pressure to the fan and thus increase the efficiency of that here, the difference in speeds also being favorable in this combined operation.
Selon d'autres formes de réalisation, l'une des deux courroies d'entraînement est supprimée, et l'ensemble comprenant l'arbre du générateur électrique et la turbine dissociée de cet arbre est entraîné en rotation par une seule courroie à partir du moteur à combustion interne, avec intercalation d'un mécanisme de conversion de la vitesse de rotation entre ledit arbre d'une part et la turbine d'autre part. Par exemple, la turbine est entraînée en rotation directement grâce à une poulie solidaire de son moyeu, comme précédemment, et un multiplicateur de vitesse, du type épicycloïdal, est intercalé entre le moyeu de la turbine et l'arbre du générateur électrique. A l'inverse, l'arbre du générateur électrique peut aussi porter une poulie pour son entraînement direct, et un réducteur de vitesse est intercalé entre cette poulie et la turbine. According to other embodiments, one of the two drive belts is eliminated, and the assembly comprising the shaft of the electric generator and the turbine dissociated from this shaft is driven in rotation by a single belt from the motor. internal combustion, with the insertion of a mechanism for converting the speed of rotation between said shaft on the one hand and the turbine on the other. For example, the turbine is directly rotated by a pulley secured to its hub, as before, and a speed multiplier, of the epicyclic type, is interposed between the hub of the turbine and the shaft of the electric generator. Conversely, the shaft of the electric generator can also carry a pulley for its direct drive, and a speed reducer is interposed between this pulley and the turbine.
De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence à l'unique figure du dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme particulière d'exécution de ce dispositif de ventilation pour moteur à combustion interne et générateur électrique associé de véhicule automobile, représenté en coupe passant par l'axe du générateur. Anyway, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the single figure of the appended schematic drawing representing, by way of nonlimiting example, a particular embodiment of this device ventilation for internal combustion engine and associated electric generator of a motor vehicle, shown in section passing through the axis of the generator.
Sur le dessin est indiqué très schématiquement l'arbre (1) du moteur à combustion interne, portant une double poulie (2, 3) permettant de mettre en mouvement deux courroies sans fin (4, 5) situées dans des plans parallèles. L'alternateur (6), dont l'axe (7) est parallèle à l'arbre (1) du moiteur, est fixé sur un carter de ventilation (8) qui l'entoure et qui est prolongé, d'un côté, par des capots (9, 10) délimitant entre eux un passage annulaire (11). The drawing shows very schematically the shaft (1) of the internal combustion engine, carrying a double pulley (2, 3) making it possible to set in motion two endless belts (4, 5) situated in parallel planes. The alternator (6), whose axis (7) is parallel to the dampness shaft (1), is fixed to a ventilation casing (8) which surrounds it and which is extended on one side, by covers (9, 10) delimiting between them an annular passage (11).
Le rotor non représenté de l'alternateur (6) est porté par un arbre (12) qui tourne dans des flasquespaliers dont l'un (13) est visible, ceci par l'intermédiaire d'un roulement (14). L'arbre (12) se prolonge au-delå du roulement (14) et porte à son extrémité une poulie (15) d'entraînement de l'alternateur, sur laquelle passe la première courroie (4). The not shown rotor of the alternator (6) is carried by a shaft (12) which rotates in bearing flanges, one of which (13) is visible, this by means of a bearing (14). The shaft (12) extends beyond the bearing (14) and carries at its end a pulley (15) driving the alternator, over which the first belt (4) passes.
Un autre roulement (16) est monté sur l'arbre (12) entre le roulement (14) du flasque-palier (13) et la poulie (15), et maintenu axialement au moyen de bagues entretoises (17, 18). Autour du roulement (16) est monté le moyeu (19) d'une turbine (20), dont la partie périphérique située autour du flasque-palier (13) de l'alternateur, mais à l'intérieur du carter (8), porte une série d'ailettes (21). Autour du moyeu (19)
de la turbine (20) est formée une gorge de poulie (22)
qui reçoit la seconde courroie d'entraînement (5), de
diamètre supérieur à celui de la poulie (15) calée sur
l'arbre (12).Another bearing (16) is mounted on the shaft (12) between the bearing (14) of the bearing flange (13) and the pulley (15), and held axially by means of spacer rings (17, 18). Around the bearing (16) is mounted the hub (19) of a turbine (20), the peripheral part of which is situated around the bearing flange (13) of the alternator, but inside the casing (8), carries a series of fins (21). Around the hub (19)
from the turbine (20) is formed a pulley groove (22)
which receives the second drive belt (5),
diameter greater than that of the pulley (15) fixed on
the tree (12).
Grâce à cette disposition, l'arbre (1) du moteur
à combustion interne entraîne en rotation l'arbre (12)
de l'alternateur (6), par l'intermédiaire de la courroie
(4) et de la poulie (15), à une vitesse (V1) plus grande
que celle (V2) imprimée à la turbine (20), laquelle est entraînée en rotation toujours à partir de l'arbre (1)
mais par l'intermédiaire de l'autre courroie (5) et de
la poulie (22) solidaire de cette turbine. Le rapport
des vitesses (V1/V2) est égal au rapport des diamètres
des deux poulies réceptrices (15, 22), en supposant que
les deux gorges du coté de la double poulie motrice
(2, 3) sont de même diamètre.Thanks to this arrangement, the motor shaft (1)
internal combustion rotates the shaft (12)
from the alternator (6), via the belt
(4) and the pulley (15), at a higher speed (V1)
that that (V2) printed on the turbine (20), which is rotated always from the shaft (1)
but via the other belt (5) and
the pulley (22) integral with this turbine. The report
speed (V1 / V2) is equal to the ratio of diameters
of the two receiving pulleys (15, 22), assuming that
the two grooves on the side of the double drive pulley
(2, 3) are of the same diameter.
Le dispositif de ventilation proprement dit
comprend des ouvertures (23) ménagées dans le carter
(8) en regard des ailettes périphériques (21) de la
turbine (20). I1 est complété par un ventilateur (24)
porté par l'arbre (12) de l'alternateur (6) et disposé
à l'intérieur de cet alternateur, sous le flasque
palier (13) dans lequel sont ménagées des ouvertures
de ventilation intérieures (25) et des ouvertures de
ventilation périphériques (26). Enfin, en regard des
ouvertures intérieures (25) du flasque-palier (13), la
turbine (20) est munie d'une série d'ailettes inté
rieures (27), des ouvertures de ventilation (28) étant
percées également au travers de ladite turbine (20)
dans la région de ses ailettes intérieures (27).The ventilation device itself
includes openings (23) in the housing
(8) opposite the peripheral fins (21) of the
turbine (20). I1 is completed by a fan (24)
carried by the shaft (12) of the alternator (6) and arranged
inside this alternator, under the flange
bearing (13) in which openings are made
internal ventilation (25) and openings of
peripheral ventilation (26). Finally, with regard to
internal openings (25) of the bearing flange (13), the
turbine (20) is provided with a series of internal fins
(27), ventilation openings (28) being
also drilled through said turbine (20)
in the region of its inner fins (27).
Lorsque le moteur à combustion interne et l'alter
nateur associé (6) sont en service, les ailettes
périphériques (21) de la turbine (20) créent un flux
d'air qui, traversant les ouvertures (23) du carter
(8), s'écoule dans le passage annulaire (11) qui le
dirige vers le moteur pour assurer le refroidissement
par air de celui-ci. Simultanément, le ventilateur (24) assure le refroidissement direct de l'alternateur (6), l'efficacité du ventilateur (24) étant d'autant plus grande qu'il reprend l'air déjà fourni sous une certaine pression par les ailettes intérieures (27) de la turbine (20), cet air traversant les ouvertures de ventilation (28) de la turbine (20) et celles (25) du flasque-palier (13). Les flèches du dessin illustrent clairement la circulation de l'air.When the internal combustion engine and the alter
associated fin (6) are in service, the fins
peripherals (21) of the turbine (20) create a flow
air which, passing through the openings (23) of the casing
(8), flows into the annular passage (11) which
directs to the engine for cooling
by air of it. Simultaneously, the fan (24) provides direct cooling of the alternator (6), the efficiency of the fan (24) being all the greater as it takes up the air already supplied under a certain pressure by the internal fins (27) of the turbine (20), this air passing through the ventilation openings (28) of the turbine (20) and those (25) of the bearing flange (13). The arrows in the drawing clearly illustrate the circulation of air.
I1 va de soi que l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif de ventilation qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application. Ainsi, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en remplaçant la double courroie (4, 5) et les poulies de rapports convenablement choisis, par tous autres moyens d'entrainement équivalents c'est-à-dire permettant de faire tourner la turbine (20) moins vite que l'arbre (12) de l'alternateur (6) dont elle est dissociée, et le même principe est bien entendu applicable sans modifications à la ventilation d'un générateur électrique de véhicule automobile autre qu'un alternateur. It goes without saying that the invention is not limited to the sole embodiment of this ventilation device which has been described above, by way of example it embraces, on the contrary, all of the variant embodiments and of application. Thus, one would not depart from the scope of the invention by replacing the double belt (4, 5) and the pulleys of suitably chosen ratios, by any other equivalent drive means, that is to say allowing to rotate the turbine (20) slower than the shaft (12) of the alternator (6) from which it is dissociated, and the same principle is of course applicable without modifications to the ventilation of an electric generator of a motor vehicle other than an alternator.
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