L'invention concerne les embrayages, et plus précisément le refroidissement de ces embrayages.

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 (primaire et secondaire)) est destiné à être solidarisé (en rotation mais en translation libre) 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 (du mécanisme de pression) permet de solidariser fixement ce dernier 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 impliqués dans la friction (mécanisme de pression, volant moteur et disque de friction) peut dépasser un seuil au-delà duquel on observe une dégradation de la transmission du couple, voire une détérioration ou une casse de certaines pièces.

Afin de pouvoir palier partiellement cet inconvénient, des stratégies de protection thermique ont été proposées, notamment dans le domaine des véhicules (généralement de type automobile). Ces stratégies sont intégrées de façon logicielle soit dans le calculateur supervisant le moteur thermique (et généralement appelé « Contrôle Moteur Multifonction » (ou CMM)) lorsque la boîte de vitesses est de type manuel, soit dans l'actionneur de la boîte de vitesses lorsque cette dernière est pilotée, et prennent généralement en compte la mesure de la température du plateau de pression, laquelle est estimée en continu durant toute la vie du véhicule. Lorsque certains seuils de température sont atteints, des protections sont mises en place, par exemple par activation du groupe moto-ventilateur et/ou modification de la cartographie d'enfoncement de la pédale d'accélérateur, pour tenter de diminuer la température du plateau de pression.

Cette solution permet de prolonger temporairement une utilisation abusive de l'embrayage et donc de réduire légèrement la température de l'air à l'intérieur du carter. Mais dès que la stratégie n'est plus mise en œuvre les températures des différentes pièces de friction et de l'air à intérieur du carter d'embrayage recommencent à croître très rapidement.

Il a également été proposé de refroidir le plateau de pression par échange avec un fluide caloporteur circulant au voisinage immédiat de ce dernier. Mais cette solution ne permet pas de refroidir les autres pièces impliquées dans la friction, si bien que la température de l'air intérieur croît rapidement et finalement le fluide caloporteur n'est plus en mesure de refroidir suffisamment le plateau de pression.

Les difficultés de refroidissement mentionnées ci-avant s'avèrent d'autant plus problématiques 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 C0 ₂ ). 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 ces dernières qu'il est de plus en plus difficile d'obtenir. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation.

Elle propose notamment à cet effet un embrayage comprenant un carter logeant :

- un volant moteur propre à être solidarisé à un arbre d'un moteur thermique,

- au moins un disque de friction propre à être solidarisé à un arbre primaire d'une boîte de vitesses, et

- un mécanisme de pression comportant au moins un plateau de pression, propre à plaquer le disque de friction contre le volant moteur, un couvercle, solidarisé fixement au volant moteur et logeant le plateau de pression, des premières ouvertures pour l'entrée d'air, et des ouvertures périphériques pour la sortie de cet air.

Cet embrayage se caractérise par le fait que son carter loge également, sur une face interne et sur le trajet de l'air en aval des ouvertures périphériques, des moyens de refroidissement qui contiennent un fluide caloporteur propre à capturer des calories contenues dans cet air afin de refroidir ce dernier.

Grâce au refroidissement de l'air circulant à l'intérieur du carter, on est désormais capable d'obtenir efficacement et notablement une réduction de la température des pièces impliquées dans la friction, ce qui est de nature à augmenter sensiblement la fiabilité et la pérennité de l'embrayage.

L'embrayage selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :

- ses moyens de refroidissement peuvent être agencés pour être alimentés en fluide caloporteur circulant, par un circuit de refroidissement externe ; ses moyens de refroidissement peuvent comprendre au moins un échangeur de chaleur de type air/fluide caloporteur ;

• au moins un échangeur de chaleur de type air/fluide caloporteur peut être installé sur une partie aval de la face interne du carter, destinée à être située au voisinage de la boîte de vitesses ;

• un échangeur de chaleur de type air/fluide caloporteur peut être installé sur une partie périphérique de la face interne du carter qui est située en regard des ouvertures périphériques ; - ses moyens de refroidissement peuvent comprendre au moins un canal défini dans une partie périphérique de la face interne du carter qui est située en regard des ouvertures périphériques et contenant au moins le fluide caloporteur ;

le canal peut comprendre une entrée et une sortie destinées à être couplées respectivement à des sortie auxiliaire et entrée auxiliaire du circuit de refroidissement externe ;

en variante, le canal peut être non débouchant et peut comprendre une sous partie étanche, contenant un produit caloporteur, et propre à être entourée par le fluide caloporteur afin qu'une partie des calories transférées dans ce fluide caloporteur puisse être captée par le produit caloporteur afin de le refroidir ;

• le produit caloporteur peut être choisi parmi au moins le sodium, le lithium et le potassium.

- il peut également comprendre des moyens de contrôle agencés pour contrôler la quantité de fluide caloporteur qui alimente les moyens de refroidissement en fonction d'une estimée de la température de l'air fournie par un capteur interne.

L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant une boîte de vitesses, un moteur thermique, et un embrayage du type de celui présenté ci-avant et couplé à la boîte de vitesses et au moteur thermique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés (obtenus pour deux d'entre eux en CAO/DAO, d'où le caractère apparemment discontinu de certaines lignes et les niveaux de gris), sur lesquels :

- la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de véhicule automobile comprenant un premier exemple de réalisation d'un embrayage selon l'invention couplé à un circuit de refroidissement du moteur thermique,

- la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en coupe longitudinale, un second exemple de réalisation d'un embrayage selon l'invention, et - la figure 3 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, une partie de l'embrayage de la figure 2.

L'invention a notamment pour but de proposer un embrayage EM destiné à assurer un couplage entre un moteur thermique MT et une boîte de vitesses BV et disposant de moyens de refroidissement MR internes.

On considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que l'embrayage EM, le moteur thermique MT et la boîte de vitesses BV sont destinés à équiper un véhicule V de type automobile, comme par exemple une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle concerne en effet tout système comprenant au moins une boîte de vitesses devant être couplée à un moteur thermique via un embrayage. Par conséquent, l'invention concerne notamment les véhicules terrestres (voitures, motocyclettes, véhicules utilitaires, cars (ou bus), camions, engins de voirie, engins de chantier, engins de manutention, trains), les véhicules fluviaux ou maritimes, les aéronefs, certains bâtiments (publics ou privés), et certaines installations industrielles (publiques ou privées).

De plus, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule V comprend un groupe motopropulseur (ou GMP) de type conventionnel, c'est-à-dire ne comprenant qu'un moteur thermique MT. Mais le véhicule V pourrait être de type hybride (dans ce cas, il comprend au moins un moteur thermique MT et au moins une machine auxiliaire de production de couple (éventuellement de type électrique)).

On a schématiquement illustré sur la figure 1 un exemple non limitatif d'un véhicule V à groupe motopropulseur conventionnel et, ici, de type automobile. Comme illustré, ce véhicule V comprend au moins un moteur thermique MT, un arbre moteur AM, une boîte de vitesses BV, et un embrayage EM selon l'invention.

Le moteur thermique MT comprend un arbre (moteur) AM pouvant être entraîné en rotation pour fournir du couple à l'embrayage EM. Par exemple, cet arbre AM est un vilebrequin.

La boîte de vitesses BV comprend classiquement un arbre primaire (ou d'entrée) AP et un arbre secondaire (ou de sortie) AS destinés à être couplés l'un à l'autre en vue de transmettre le couple (moteur) fourni par le moteur thermique MT, via l'embrayage EM. L'arbre primaire AP est destiné à recevoir le couple moteur via l'embrayage EM. L'arbre secondaire AS est destiné à recevoir le couple moteur via l'arbre primaire AP afin de le communiquer à un train (ici le train avant TV, à titre d'exemple non limitatif), via un différentiel DV et éventuellement via un arbre de transmission.

Comme illustré sur la figure 2, l'embrayage EM, selon l'invention, comprend un carter CE délimitant au moins partiellement une cavité interne Cl logeant un volant moteur VM, au moins un disque de friction DF, un mécanisme de pression MP (comportant au moins un plateau de pression PP et un couvercle CV, et un éventuel diaphragme DE), et des moyens de refroidissement MR.

Le volant moteur VM peut être simple ou double (primaire et secondaire)). Il est destiné à être solidarisé fixement à l'arbre AM du moteur thermique MT.

Le disque de friction DF est destiné à être solidarisé, en rotation mais libre en translation, à l'arbre primaire AP de la boîte de vitesses BV.

Le plateau de pression PP est agencé de manière à plaquer le disque de friction DF contre le volant moteur VM lorsqu'il est poussé par un organe DE, tel qu'un diaphragme, dans une phase d'embrayage. Ce diaphragme DE est en contact avec une butée BE qui est chargée de le compresser lorsqu'elle est actionnée par une commande d'embrayage CE (qui comprend ici une pédale d'embrayage).

Le couvercle CV est solidarisé fixement au volant moteur VM et loge le plateau de pression PP.

Par ailleurs, le mécanisme de pression MP est muni de premières ouvertures 01 , destinées à permettre une entrée d'air propre à refroidir les pièces impliquées dans la friction (VM, DF, PP), et d'ouvertures périphériques (ou radiales) OP, destinées à permettre la sortie de cet air de refroidissement au voisinage de la jonction volant moteur VM / couvercle CV.

Les premières ouvertures 01 sont définies dans le couvercle CV et/ou dans l'éventuel diaphragme DE. On notera que dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 2, les premières ouvertures 01 sont définies dans le couvercle CV et dans le diaphragme DE. On notera également que l'air pénètre sensiblement axialement par les premières ouvertures 01 définies dans le diaphragme DE.

Les ouvertures périphériques OP sont définies dans le couvercle CV en regard d'une partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE.

L'air de refroidissement pénètre donc dans l'espace défini par le couvercle CV et le volant moteur VM via les premières ouvertures 01 , puis est accéléré par sa friction entre les surfaces tangentielles de l'embrayage EM (par un effet de turbine), puis est évacué radialement par les ouvertures périphériques OP du couvercle CV, et finalement est aspiré vers la butée BE avant de traverser de nouveau les premières ouvertures 01 puis d'être de nouveau accéléré par sa friction entre les surfaces tangentielles de l'embrayage EM, et ainsi de suite.

Les moyens de refroidissement MR sont logés sur la face interne FI du carter CE en au moins un endroit situé sur le trajet de l'air de refroidissement en aval des ouvertures périphériques OP. De plus, ces moyens de refroidissement MR contiennent un fluide caloporteur qui est propre à capturer des calories contenues dans l'air de refroidissement afin de refroidir ce dernier.

Le fluide caloporteur peut être soit circulant à l'intérieur des moyens de refroidissement MR, soit contenu de façon permanente (ou prisonnier) à l'intérieur de ces derniers (MR). Il peut par exemple s'agir d'un liquide de refroidissement comme par exemple de l'eau, éventuellement complétée d'au moins un additif.

Dans les exemples de réalisation illustrés non limitativement sur les figures 1 et 3, les moyens de refroidissement MR sont agencés pour être alimentés en fluide caloporteur circulant par un circuit de refroidissement CR externe. On notera que dans ces exemples le circuit de refroidissement CR est celui qui est chargé de refroidir le moteur thermique MT. Ce circuit de refroidissement CR assure donc, ici, le couplage fluidique entre le moteur thermique MT (et plus précisément un circuit interne de refroidissement qu'il comprend) et un radiateur de refroidissement RR. Le couplage entre le circuit de refroidissement CR et les moyens de refroidissement MR s'effectue via un module de distribution MD, comme par exemple ce que l'homme de l'art appelle un « modulo ». Ce dernier (MD) comprend une entrée principale couplée à une partie amont d'une durite de sortie du radiateur de refroidissement RR, une sortie auxiliaire couplée à un conduit d'alimentation des moyens de refroidissement MR (chargé d'alimenter ces derniers (MR) en fluide caloporteur), une entrée auxiliaire couplée à un conduit d'extraction des moyens de refroidissement MR (chargé d'évacuer de ces derniers (MR) le fluide caloporteur réchauffé par les calories captées dans l'air intérieur de refroidissement circulant dans le carter d'embrayage CE), et une sortie principale couplée à une partie aval de cette durite de sortie. De préférence, l'entrée auxiliaire du modulo MD est agencée pour ne prélever qu'une petite partie du fluide caloporteur qui circule dans la partie amont de la durite de sortie, de sorte que la partie restante (majoritaire) du fluide caloporteur alimente le moteur thermique MT.

On notera que le circuit de refroidissement CR pourrait faire partie d'un autre système de refroidissement que celui qui est chargé de refroidir le moteur thermique MT. Ainsi, il pourrait faire partie du système de climatisation (ici du véhicule V), ou du système de refroidissement de la boîte de vitesses BV, ou bien d'un système de refroidissement dédié à l'embrayage EM.

Lorsque le fluide caloporteur est circulant dans les moyens de refroidissement MR, ces derniers (MR) peuvent, par exemple et comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, comprendre au moins un échangeur de chaleur Ei de type air/fluide caloporteur.

Dans les deux exemples illustrés non limitativement sur les figures 1 à 3, les moyens de refroidissement MR comprennent un premier échangeur de chaleur E1 (i = 1 ) de type air/fluide caloporteur qui est installé sur la partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE (laquelle est située en regard des ouvertures périphériques OP), et qui est alimenté par le circuit de refroidissement CR. La forme de ce premier échangeur de chaleur E1 épouse préférentiellement tout ou partie de la forme (ici sensiblement circulaire) de la partie périphérique PE de la face interne FI. Dans ce cas, le premier échangeur de chaleur E1 présente une forme au moins en partie annulaire. On comprendra que l'air de refroidissement, qui sort radialement par les ouvertures périphériques OP du couvercle CV, vient au contact du premier échangeur de chaleur E1 , ce qui lui permet de transférer une partie de ses calories au fluide caloporteur froid qui circule dans cet échangeur de chaleur E1 et qui provient, ici, du radiateur de refroidissement RR via le modulo MD. Le fluide caloporteur, qui a capté les calories de l'air de refroidissement, devient alors plus chaud qu'initialement (il est en fait passé de froid à tiède), et regagne le circuit de refroidissement CR via le modulo MD où il est mélangé avec le reste du fluide caloporteur qui n'a pas été réchauffé.

On notera que dans l'exemple illustré non limitativement sur les figures 2 et 3, les moyens de refroidissement MR comprennent également un deuxième échangeur de chaleur E2 (i = 2) de type air/fluide caloporteur et un troisième échangeur de chaleur E3 (i = 3) de type air/fluide caloporteur qui sont installés sur une partie aval PV de la face interne FI du carter CE, qui est destinée à être située au voisinage de la boîte de vitesses BV. Ces échangeurs de chaleur E2 et E3 peuvent, par exemple, présenter des formes générales rectangulaires, adaptées à l'environnement dans lequel ils sont implantés. On comprendra que l'air de refroidissement, qui sort radialement par les ouvertures périphériques OP du couvercle CV, vient au contact des trois échangeurs de chaleur E1 à E3, ce qui lui permet de transférer une partie importante de ses calories au fluide caloporteur froid qui circule dans ces échangeurs de chaleur E1 à E3 et qui provient, ici, du radiateur de refroidissement RR via le modulo MD.

Dans d'autres exemples de réalisation à fluide caloporteur circulant, non illustrés, les moyens de refroidissement MR pourraient ne comprendre qu'un seul échangeur de chaleur E2 ou E3 de type air/fluide caloporteur, installé sur la partie aval PV de la face interne FI du carter CE, ou au moins deux échangeurs de chaleur Ei de type air/fluide caloporteur, installés sur la partie aval PV de la face interne FI du carter CE, ou bien comprendre un échangeur de chaleur E1 de type air/fluide caloporteur, installé sur la partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE, et plus de deux échangeurs de chaleur Ei de type air/fluide caloporteur, installés sur la partie aval PV de la face interne FI du carter CE.

On notera que lorsque les moyens de refroidissement MR comprennent plusieurs échangeurs de chaleur Ei de type air/fluide caloporteur, ces derniers (Ei) sont de préférence alimentés en parallèle par au moins un module de distribution MD, comme par exemple un modulo. Dans ce cas, la sortie auxiliaire du modulo MD peut alimenter les différents échangeurs Ei, et l'entrée auxiliaire du modulo MD peut collecter le fluide caloporteur ayant circulé dans les différents échangeurs Ei.

Dans encore d'autres exemples de réalisation, non illustrés, les moyens de refroidissement MR peuvent comprendre au moins un canal défini dans la partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE et contenant au moins le fluide caloporteur. On comprendra que les moyens de refroidissement MR ne peuvent pas comprendre à la fois un tel canal et un premier échangeur de chaleur E1 car on ne dispose pas de suffisamment de place sur la partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE. En revanche, les moyens de refroidissement MR peuvent comprendre à la fois un canal défini dans la partie périphérique PE de la face interne FI du carter CE et au moins un échangeur de chaleur E2, E3 installé sur la partie aval PV de la face interne FI du carter CE.

Par ailleurs, le canal peut être soit non débouchant et dans ce cas il contient de façon permanente un même fluide caloporteur (il peut alors être par exemple défini par une technique dite « de cire perdue » durant l'étape de moulage du carter CE, par exemple), soit débouchant et dans ce cas il permet une circulation d'un fluide caloporteur issu du circuit de refroidissement CR (il peut alors être par exemple défini par usinage après l'étape de moulage du carter CE, par exemple). On notera qu'un canal non débouchant peut être également un canal débouchant dont les extrémités débouchantes ont été obstruées (par exemple par une technique de soudage par friction).

Lorsque le canal est débouchant, il comprend une entrée et une sortie qui sont destinées à être couplées respectivement à des sortie auxiliaire et entrée auxiliaire du circuit de refroidissement CR (par exemple celles du modulo MD), via des conduits (ou tuyaux ou encore durites).

Lorsque le canal est non débouchant, il peut éventuellement comporter un fluide caloporteur destiné à se liquéfier au-delà d'un certain seuil de température à partir duquel il présente de très bonnes caractéristiques de conduction de la chaleur. Un tel fluide caloporteur peut, par exemple, être du sodium, ou du lithium (par exemple sous la forme de sels), ou du potassium (par exemple sous la forme de sels). Par exemple, le sodium présente un point de liquéfaction à environ 97,5 °C.

On notera que lorsque le canal est non débouchant, il peut être avantageux qu'il comprenne une sous partie étanche, contenant un produit caloporteur, et propre à être entourée par le fluide caloporteur prisonnier afin qu'une partie des calories transférées dans le fluide caloporteur prisonnier puisse être captée par le produit caloporteur afin de le refroidir. Cette option peut permettre d'améliorer sensiblement l'efficacité du refroidissement de l'air de refroidissement. Ce produit caloporteur peut être destiné à se liquéfier au- delà d'un certain seuil de température à partir duquel il présente de très bonnes caractéristiques de conduction de la chaleur. Par exemple, il peut s'agir de sodium, ou de lithium (par exemple sous la forme de sels), ou de potassium (par exemple sous la forme de sels).

On notera que le canal pourrait être défini dans la partie aval PV de la face interne FI du carter CE, mais cela induit un refroidissement moins efficace de l'air de refroidissement.

On notera également que lorsque les moyens de refroidissement MR permettent la circulation du fluide caloporteur, il est possible, en option, de gérer la température de l'air de refroidissement circulant dans le carter CE. Pour ce faire, on peut utiliser des moyens de contrôle agencés pour contrôler la quantité de fluide caloporteur qui alimente les moyens de refroidissement MR en fonction d'une estimée de la température de l'air de refroidissement fournie par un capteur interne à l'embrayage EM (par exemple situé dans les moyens de refroidissement MR). Par exemple, ces moyens de contrôle peuvent comprendre un thermostat comportant un matériau thermosensible se dilatant avec la température.

Cette gestion peut notamment permettre, d'une part, d'augmenter rapidement la température de l'air de refroidissement dans le carter CE pendant des périodes de grand froid où la graisse du double volant amortisseur peut se solidifier et donc empêcher le moteur thermique de démarrer, et, d'autre part, de réguler la température de l'air de refroidissement dans le carter CE à un point de fonctionnement optimal pour éviter une surchauffe et/ou une destruction au moins partielle de l'embrayage EM.

L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels :

- une réduction de la production de C0 ₂ du fait de la réduction de l'énergie injectée pour réaliser la friction durant les phases d'embrayage / débrayage, laquelle est induite par la réduction importante de la température à l'intérieur de l'embrayage,

- une augmentation de la durée de vie de l'embrayage.