FR3058487B1 - Embrayage comprenant un carter ventile - Google Patents

Abstract

Cet embrayage (EM) comprend un carter d'embrayage (CE) logeant dans son espace interne : - un volant moteur (VM), - au moins un disque de friction (DF), - un mécanisme de pression (MP) comportant au moins un plateau de pression (PP), un couvercle (CV) solidarisé fixement au volant moteur (VM) et logeant le plateau de pression (PP). Le carter d'embrayage (CE) a des ouvertures périphériques (OP) de sortie d'air de l'espace interne au droit du volant moteur (VM), ou du disque de friction (DF), ou encore du couvercle (CV). Le carter d'embrayage (CE) loge en outre, sur une face interne (FI) et sur le trajet de l'air en amont des ouvertures périphériques (OP), un ventilateur centrifuge électrique (VCE).

Description

EMBRAYAGE COMPRENANT UN CARTER VENTILE L’invention a trait au domaine des groupes motopropulseurs de véhiculesautomobiles. Plus particulièrement encore, l’invention concerne le refroidissementd’embrayages secs.

Un embrayage est un système mécanique assurant un couplage entre unmoteur thermique et une boîte de vitesses (mécanique ou pilotée). Il comprend à ceteffet 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 éventueldiaphragme). Le volant moteur (qui peut être simple ou double) est destiné à êtresolidarisé à un arbre du moteur thermique, par exemple son vilebrequin. Le disque defriction est destiné à être solidarisé à un arbre primaire de la boîte de vitesses. Leplateau de pression (du mécanisme de pression) est chargé de plaquer le disque defriction contre le volant moteur lorsqu’il est poussé par un organe tel qu’un diaphragmesous l’action d’une butée, elle-même actionnée par une commande d’embrayage. Lecouvercle permet de solidariser fixement ce mécanisme de pression au volant moteur.Le mécanisme de pression comprend dans son couvercle et/ou dans son éventueldiaphragme des premières ouvertures pour l’entrée d’air et des ouverturespériphériques 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 auvolant moteur via le vilebrequin (grâce à son mouvement de rotation), puis au disquede 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 dansla friction (mécanisme de pression, volant moteur et disque de friction) peut dépasserun 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 devitesses, rendant leur refroidissement peu aisé car la circulation d’air y est limitée.

Cette difficulté s’avère d’autant plus problématique lorsque l’on souhaiteobtenir un allongement des rapports de la boîte de vitesses, notamment dans le but deréduire la consommation d’énergie (et donc la production de CO2). En effet, 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 cesdernières qu’il est de plus en plus difficile d’obtenir. A l’inverse, lorsque la température des pièces de l’embrayage qui sontimpliquées 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 desconditions climatiques froides ou après un arrêt prolongé), on observe une limitation dela 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 frictionglobalement annulaire. Le volant, au moins radialement à l'intérieur de la garniture defriction, est équipé d'aubes de façon à produire, lors de sa rotation, un flux d'air quis'écoule le long de sa face opposée à la garniture de friction.

Cette solution permet un refroidissement efficace du volant moteur, mais ellene permet pas de s’adapter aux situations de roulage dans des conditions climatiquesfroides, ce refroidissement étant lié en permanence à la rotation du volant moteur.

Il y a donc un besoin pour avoir un refroidissement efficace quand latempérature des pièces de l’embrayage qui sont impliquées dans la friction dépasse leseuil haut, et qui satisfasse également aux conditions climatiques froides. L’invention a pour objectif de proposer un embrayage palliant au problème del’état de la technique susmentionné, en assurant un bon fonctionnement dans desconditions variées, notamment hivernales.

Dans ce but, T’invention propose un embrayage comprenant un carterd’embrayage logeant dans son espace interne i) un volant moteur, ii) au moins undisque de friction, et iii) un mécanisme de pression comportant au moins un plateau depression, un couvercle solidarisé fixement au volant moteur et logeant le plateau depression, le carter d’embrayage ayant des ouvertures périphériques de sortie d’air del’espace interne au droit du volant moteur, ou du disque de friction, ou encore ducouvercle, le carter d’embrayage logeant en outre, sur une face interne du carterd’embrayage et sur le trajet de l’air en amont des ouvertures périphériques, unventilateur centrifuge électrique.

En effet, ce ventilateur électrique est alors indépendant de la vitesse derotation du volant moteur. Il peut donc être arrêté à tout moment, en particulier lorsque des conditions climatiques sont froides, notamment pour des températures d’air del’espace interne inférieures à un seuil entre 0 et 200°C, voire des températuresnégatives. L’arrêt du ventilateur électrique provoque alors l’arrêt de la ventilation de l’aircontenu dans l’espace interne, et ne refroidit plus l’embrayage, permettant ainsi unemontée en température de l’embrayage plus rapide, et donc d’éviter les cas delimitation de la transmission du couple par un phénomène de patinage à froid dudisque de friction. A l’inverse, l’actionnement du ventilateur électrique permettra unrefroidissement optimal de l’embrayage car ce ventilateur, se trouvant sur la faceinterne du carter d’embrayage, est au plus près des pièces à refroidir, à savoir le volantmoteur, le disque de friction, ou du couvercle contenant le plateau pression.

Un autre avantage réside dans le fait que ce ventilateur électrique estentièrement intégré dans l’espace interne du carter d’embrayage. De fait, il n’y a pasde problème d’intégration de ce ventilateur dans un environnement extérieur exigu ducarter d’embrayage, comme par exemple un compartiment moteur d’un véhicule, nibesoin de conduites d’air encombrantes entre le ventilateur et une zone de captage del’air.

On comprendra dans tout le texte de ce document le terme amont, comme uneposition relative à un sens de circulation de l’air allant de l’espace interne versl’extérieur du carter d’embrayage en passant par les ouvertures périphériques. Ainsi, leventilateur centrifuge électrique se situe dans l’espace interne et sur la face interne etsur le trajet de l’air qui est en amont des ouvertures. Le ventilateur peut donc être enregard des ouvertures, ou axialement décalé mais en restant dans l’espace interne etsur la face interne.

On comprendra dans tout le texte de ce document par espace interne ducarter d’embrayage, tout le volume contenu par une peau extérieure de ce carterd’embrayage en fermant des ouvertures du carter d’embrayage par des surfacesrectilignes fictives de la peau extérieure.

Selon un mode de réalisation, le carter d’embrayage comprend une gorgepériphérique dans la face interne, et le fond de la gorge débouche dans les ouverturespériphériques de sortie, et le ventilateur centrifuge comporte un rotor annulaire guidépar la gorge périphérique.

En effet, le fond de la gorge périphérique débouchant dans les ouvertures périphériques de sortie, facilite le passage d’un flux d’air de l’espace interne vers et àtravers les ouvertures de sortie, ce flux d’air étant provoqué par l’action du rotorannulaire du ventilateur électrique, et donc facilite le refroidissement de l’embrayage.De plus, le guidage du rotor annulaire dans cette gorge permet non seulementd’optimiser le rendement de ventilation du rotor en le maintenant proche desouvertures périphériques de sortie, mais réalise aussi un canal de guidage de l’airentre 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 ducarter d’embrayage, ce qui autorise plus facilement l’implantation du rotor au droit duvolant moteur, du couvercle, ou du disque de friction. En effet, l’espace contenu entrela 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 ouverturede passage du volant moteur, la gorge périphérique comprend un flanc d’ouverture etun flanc de carter, le flanc d’ouverture étant le plus proche de l’ouverture de passagedu volant moteur, le flanc d’ouverture étant un anneau rapporté et fixé sur le carterd’embrayage, et le flanc de carter étant formé par au moins une partie du carterd’embrayage.

En effet, pour faciliter le montage du rotor dans le carter d’embrayage, il estavantageux que le flanc d’ouverture soit démontable.

Selon un mode de réalisation, l’anneau rapporté est un stator du ventilateurcentrifuge portant des bobines d’inducteur.

Selon un mode de réalisation, le rotor est polarisé et traversé radialement pardes canaux de centrifugation d’air de l’espace interne.

En effet, cette réalisation a pour avantage d’être simple, et compacte, etpermet 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 aimantspermanents du rotor.

Selon un mode de réalisation, le diamètre intérieur du rotor annulaire estsupérieur au diamètre du volant moteur ou du couvercle.

En effet, pour des raisons de facilité de montage, le couvercle ou le volant moteur, selon que le rotor est respectivement au droit du couvercle ou du volantmoteur, doit pouvoir traverser le rotor sans le toucher, lors du montage du carterd’embrayage sur le moteur. D’une façon générale, le diamètre du couvercle estinférieur au diamètre du volant moteur. Mais, bien entendu, si le diamètre du couvercleest supérieur au diamètre du volant moteur, le diamètre interne du rotor doit êtresupérieur au diamètre le plus grand, le diamètre du couvercle, même s’il est placé audroit du volant moteur.

Selon un mode de réalisation, la gorge est lubrifiée.

Selon une variante de réalisation, le rotor annulaire est monté sur roulements. L’invention porte également sur un véhicule comprenant un embrayage tel queprécédemment décrit. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieuxcompris 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 selonun mode de réalisation de l’invention. - la figure 2 est une vue en coupe et en perspective d’un carter d’embrayageseul selon un mode de réalisation de l’invention. - la figure 3 est une vue en perspective d’un rotor seul selon un mode deréalisation de l’invention.

La figure 1 représente schématiquement en coupe un embrayage EM selon un modede réalisation de l’invention, comprenant un carter d’embrayage CE logeant dans sonespace interne : - un volant moteur VM, qui par exemple est solidarisé à un arbre AM d’un moteurthermique, et qui peut être un volant simple ou double, - au moins un disque de friction DF qui, par exemple, est couplé à un arbre primaired’une boîte de vitesses (non représenté) par des cannelures autorisant seulement unetranslation du disque de friction DF le long de l’arbre primaire, - et un mécanisme de pression MP comportant au moins un plateau de pression PPqui plaque le disque de friction DF contre le volant moteur VM, un couvercle CVsolidarisé fixement au volant moteur VM et logeant le plateau de pression PP, le carter d’embrayage CE ayant des ouvertures périphériques OP de sortie d’air de l’espaceinterne 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 Fl du carter d’embrayageCE et sur le trajet de l’air en amont des ouvertures périphériques OP, un ventilateurcentrifuge électrique VCE.

Le carter d’embrayage CE comprend une gorge périphérique GP dans la face interneFl, le fond de la gorge GP débouche dans les ouvertures de sortie OP, et le ventilateurcentrifuge 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.Cette ouverture de passage permet le montage du volant moteur VM, du disque defriction DF, et du mécanisme de pression MP dans le carter d’embrayage CE, lediamètre du volant moteur VM étant généralement le plus grand diamètre de ces troiséléments. La gorge périphérique GP comprend un flanc d’ouverture FLO et un flancde carter FLC, le flanc d’ouverture FLO étant le flanc le plus proche de l’ouverture depassage du volant moteur VM. Le flanc d’ouverture FLO est un anneau AN rapporté etfixé sur le carter d’embrayage CE, et le flanc de carter FLC est formé par au moins unepartie du carter d’embrayage CE. L’anneau AN rapporté est fixé sur le carterd’embrayage CE par exemple, avec des vis VI. Cet anneau AN peut serviravantageusement à supporter les fixations du carter d’embrayage CE à un carter dumoteur. Il fait alors l’interface entre le carter d’embrayage CE et le moteur et estspécifique à chaque moteur, permettant alors d’avoir un carter d’embrayage CEstandard, c’est-à-dire commun à au moins deux types de moteurs différents présentantdes interfaces de fixation différents. En variante, cet anneau AN supporte égalementl’interface avec des accessoires du moteur et/ou de la boîte de vitesses, comme unmoteur électrique de traction pour les véhicules hybrides. L’assemblage par vis VI permet le montage du rotor RA dans la gorge GP même si lerotor RA est entièrement assemblé avant son introduction dans la gorge GP. Ces vis VIpermettent également un démontage facilité pour l’accès à une maintenance du rotorRA et/ou de l’anneau AN. L’anneau AN rapporté est un stator du ventilateur centrifuge VCE et porte une pluralitéde bobines d’inducteur Bl, dont le champ magnétique est axial.

Le rotor est polarisé et traversé radialement par des canaux de centrifugation CC d’air de l’espace interne. Ces canaux de centrifugation CC sont angulairementrégulièrement répartis dans le rotor RA autour de l’axe de rotation du rotor RA, laissantentre deux canaux CC successifs la place de loger des aimants permanents formant lapolarisation du rotor RA. En variante, on peut envisager d’autres moyens decentrifugation de l’air, comme des aubes ou des pales, mais qui ont commeinconvénient d’être moins compactes. La section des canaux CC est préférentiellementrectangulaire et de section croissante en s’éloignant du centre du rotor RA, pour unefacilité de réalisation des aimants permanents qui forment alors deux faces opposéesdu canal à section rectangulaire. En variante, un canal CC traverse la pleine matièred’un aimant permanent.

Dans l’exemple de la figure 1, le ventilateur centrifuge VCE est un moteur électrique àflux magnétique axial, l’axe étant ici l’axe de rotation du volant moteur VM. Il estschématisé par le stator qui est l’anneau AN rapporté, muni d'au moins une partieréalisée en un matériau ferromagnétique, qui supporte la pluralité de bobines Bl fixéesà des distances angulaires de manière à être espacées les unes des autres autour del’axe de rotation du volant moteur VM. Le ventilateur centrifuge VCE est schématiséégalement par le rotor RA faisant face au stator AN, le rotor RA étant muni de lapluralité d'aimants permanents fixés à des distances angulaires de manière à êtreespacés les uns des autres et agencés sur un plan perpendiculaire à l’axe de rotationdu volant moteur VM ; et présente alternativement un pôle nord et un pôle sud. Lacommutation des champs magnétiques des bobines Bl peut être réalisée par un circuitélectronique dédié, protégé dans un boîtier fixé au carter d’embrayage CE.

La figure 1 montre le diamètre intérieur du rotor annulaire RA supérieur au diamètre duvolant moteur VM. En effet, lors de l’assemblage du carter d’embrayage CE sur lecarter du moteur, les pièces de l’embrayage EM liées en rotation avec l’arbre moteurAM comme le volant moteur VM, le couvercle CV, le mécanisme de pression MP ou leplateau de pression PP, sont amenées à traverser le rotor RA selon la position axialedu rotor RA. Dans l’exemple de la figure 1, étant donné que le rotor RA, lorsque lecarter d’embrayage CE est assemblé sur le carter du moteur, est au droit du volantmoteur VM, toutes les pièces liées en rotation avec l’axe moteur AM sont amenées àtraverser le rotor RA. En général, le diamètre du volant moteur VM est le plus grand detoutes les pièces de l’embrayage, de sorte que si le diamètre intérieur du rotor RA estplus grand que le diamètre du volant moteur VM, le montage est assuré. Bien entendu, lorsque, comme sur la figure 1 le rotor RA est au droit du volant moteur VM, lediamètre intérieur du rotor est supérieur au plus grand des diamètres entre le volantmoteur 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, unsur 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 nuis et l’on peut envisagerde simples butées à billes. Avantageusement, ces roulements seront amagnétiquespour ne pas perturber le champ magnétique de l’entrefer entre le rotor RA et le statorAN. Avantageusement encore, le roulement RA du coté de l’entrefer, c’est-à-dire ducoté du flanc d’ouverture FLO, a un diamètre intérieur suffisamment grand pour être endehors de l’entrefer.

En variante, non représentée, ces roulements sont deux roulements à aiguilles situéssur le fond de la gorge GP, de chaque côté du fond de la gorge GP, de façon à ne pasobstruer les ouvertures périphériques OP. Cette configuration offre pour avantaged’autoriser un entrefer optimal entre le rotor RA et le stator AN.

En variante, non représentée, la gorge GP est lubrifiée. Cette lubrification est réaliséede préférence par des bagues auto-lubrifiées solidaires du carter d’embrayage CE. Onpeut au moins placer une bague auto-lubrifiée sur toute la périphérie du fond de lagorge (GP), cette bague étant alors dotée d’ouvertures en correspondance avec lesouvertures périphériques OP. En variante, cette bague peut être scindée en deuxbagues, les ouvertures périphériques débouchant entre les deux bagues. Cette bagueautolubrifiante peut être complétée par des anneaux autolubrifiants sur les flanc decarter FLC et/ou flanc d’ouverture FLO.

En variante encore, non représentée, on peut avoir une combinaison entre cesroulements et ces bagues et/ou anneaux autolubrifiants.

La figure 2 représente une coupe du carter d’embrayage CE (à gauche) et une vue enperspective du carter d’embrayage CE seul (à droite). Y est représentée la gorgepériphérique GP. On voit qu’elle est réalisée dans l’épaisseur du carter d’embrayageCE, c’est une solution très compacte pour l’intégration du rotor RA dans l’espaceinterne. En variante, la gorge est aménagée dans une surépaisseur de la paroi ducarter d’embrayage CE. On notera que ce carter d’embrayage CE est ici classiquementréalisé en aluminium, matériau amagnétique.

La figure 2 montre surtout que la gorge GP n’est pas continue. En effet, elle est parexemple interrompue par un évidement du carter d’embrayage CE, évidement servantpar exemple au passage de la tête d’un démarreur ou d’une machine électrique dumoteur thermique. Le guidage du rotor RA est cependant assuré par la gorge GP dansles autres parties du carter d’embrayage CE non évidées, et est suffisant. Lorsque levolant moteur VM est équipé d’une couronne de démarrage, on veille à ce que le rotorRA ne soit pas en interférence mécanique avec le démarreur, par exemple enpositionnant le rotor RA au droit du couvercle CV, ou suffisamment éloigné de lacouronne de démarrage.

La figure 3 représente une vue du rotor RA avec 12 canaux de centrifugation CC. Cescanaux de centrifugation CC peuvent être d’un nombre entre 2 et 30 en fonction del’application, et sont radialement régulièrement répartis dans le rotor RA. Cetterépartition est conservée pour les variantes avec les aubes ou les pales.

Claims (10)

1. Revendications
2. 1. Embrayage (EM) comprenant un carter d’embrayage (CE) logeant dans sonespace 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 plateaude 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 interneau droit dudit volant moteur (VM), ou dudit disque de friction (DF), ou encoredudit couvercle (CV), caractérisé en ce que ledit carter d’embrayage (CE) logeen outre, sur une face interne (Fl) dudit carter d’embrayage (CE) et sur le trajetdudit air en amont desdites ouvertures périphériques (OP), un ventilateurcentrifuge électrique (VCE). 2. Embrayage (EM) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit carterd’embrayage (CE) comprend une gorge périphérique (GP) dans ladite faceinterne (Fl), le fond de ladite gorge (GP) débouche dans lesdites ouvertures desortie (OP), et ledit ventilateur centrifuge (VCE) comporte un rotor annulaire(RA) guidé par ladite gorge périphérique (GP).
3. 3. Embrayage (EM) selon la revendication 2, ledit carter d’embrayage (CE) ayantune ouverture de passage dudit volant moteur (VM), ladite gorge périphérique(GP) comprenant un flanc d’ouverture (FLO) et un flanc de carter (FLC), leditflanc d’ouverture (FLO) étant le plus proche de ladite ouverture de passagedudit 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 ceque ledit flanc de carter (FLC) est formé par au moins une partie dudit carterd’embrayage (CE).
4. 4. Embrayage (EM) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit anneau(AN) rapporté est un stator dudit ventilateur centrifuge (VCE) portant desbobines d’inducteur (Bl).
5. 5. Embrayage (EM) selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce queledit rotor est polarisé et traversé radialement par des canaux de centrifugation(CC) d’air dudit espace interne.
6. 6. Embrayage (EM) selon la revendication 5, caractérisé en ce que laditepolarisation est faite par des aimants permanents dudit rotor (RA).
7. 7. Embrayage (EM) selon l’une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que lediamètre intérieur dudit rotor annulaire (RA) est supérieur au diamètre duditvolant moteur (VM) ou dudit couvercle (CV).
8. 8. Embrayage (EM) selon l’une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce queladite gorge (GP) est lubrifiée.
9. 9. Embrayage (EM) selon l’une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce queledit rotor annulaire (RA) est monté sur roulements (RR).
10. 10. Véhicule comprenant un embrayage selon l’une des revendicationsprécédentes.