Brevet FR2006982A1 — publié le 19700102

L'invention concerne un mécanisme à assistance pneumatique pour le changement des vitesses sur les véhicules automobiles équipés de boites de vitesses lourdes et synchronisées, au carter desquelles est fixé le cylindre de travail d'assistance pneumatique. Les boîtes de vitesses de la plupart des véhicules utilitaires lourds sont munies d'un accouplement denté. Comme le mécanisme de changement de vitesse est volumineux et lourd, sa commande mécanique est très difficile et compliquée; elle nécessite pour cette raison une grande attention du conducteur et influence défavorablement la sécurité de marche. Le temps que demande le passage des vitesses est relativement long, ce qui nuit aux propriétés dynamiques et à la continuité de l'allure du véhicule. Il n'est cependant pas-possible d'utiliser les appareils de synchronisation usuels, par suite des forces de commande très élevées créées par l'inertie considérable des masses qui augmente avec les dimensions de tous les organes plus rapidement que les dimensions des éléments de friction de l'appareil de synchronisation, fixées par la construction de l'ensemble de la botte de vitesses, et les faibles temps dont on dispose pour accélérer ou ralentir les masses inertes. Pour diminuer les forces élevées de commande, on utilise des appareils auxiliaires, dénommés amplificateurs, dans lesquels une fraction notable de la force nécessaire pour commander un appareil de synchronisation classique est dérivée à l'aide d'un fluide comprimé. Ces appareils d'assistance permettent la commande du mécanisme de changement de vitesses avec un effort minimal, tout en conservant la faculté d'une commande mécanique en cas de déficience de l'appareil d'assistance ou d'incident dans la commande pneumatique. Ces appareils d'assistance assurent en outre la sensibilité et le contact entre l'accouplement de synchronisation et le levier de manoeuvre du conducteur, à l'encontre de ce qui se passe dans les systèmes dits à servo-commande directe, qui agissent par de simples impulsions du fluide comprimé, sans liaison mécanique par contact entre le levier de manoeuvre et la boîte de vitesses. On connaît déjà un appareil d'assistance comprenant un cylindre de travail qui constitue l'assistance proprement dite, et deux soupapes de commande disposées à 11 extérieur du cylindre de travail. Ces soupapes sont commandées par un mécanisme spécial à clapets au moyen d'une tige munie d'un organe de centrage. On connaît également un appareil d'assistance constitué d'un cylindre de travail et de soupapes de commande, disposées à l'extérieur du cylindre de travail et actionnées par un mécanisme à leviers compliqué. Ces deux appareils connus ont l'inconvénient commun de la complication du mécanisme servant à commander les soupapes de manoeuvre. Ce mécanisme ne forme pas un ensemble compact avec le cylindre de travail et exige une conduite compliquée pour amener le fluide sous pression des soupapes au cylindre de travail. L'invention se propose d'éliminer les inconvénients précités de la technique antérieure. Dans son essence, l'invention réside en ce que, dans la cavité du cylindre de travail, est logé un piston mobile de travail, formé d'un élément supérieur et d'un élément inférieur et muni d'un alésage dans lequel peut coulisser une tige qui est équipée d'un mécanisme limiteur de course et d'un mécanisme de centrage, cependant que l'une des extrémités de cette tige est réunie par une chape au levier de changement de vitesse et que son autre extrémité sert à la commande axiale directe des soupapes, qui sont disposées dans la partie inférieure de l'alésage au point d'assemblage entre l'élément supérieur et l'élément inférieur du piston de travail, dans l'extrémité extérieure duquel sont ménagées des ouvertures pour le logement du mécanisme limiteur de course fixé à la tige, tandis que l'extrémité intérieure du piston de travail est reliée au doigt de changement de vitesse monté dans le carter de la boîte. L'avantage de cette disposition est que les soupapes pour la commande de l'assistance sont déplacées, sans aucun mécanisme auxiliaire quelconque, par le mouvement de translation direct de la tige raccordée au levier de changement de vitesse. Le mécanisme de centrage de la tige de commande est très simple et l'étanchéité cylindrique des chambres de travail des soupapes de commande est réalisée de manière à être utilisée pour la réaction du fluide comprimé d'assistance sur la tige de commande, cette réaction étant toujours proportionnelle à l'effet d'assistance. Cette fonction garantit une sensibilité élevée et le contact de l'action du changement de vitesse. Grâce à son organisation, l'appareil d'assistance permet de dériver une fraction de la composante de réaction plus grande que dans les formes de réalisation connues. L'invention est décrite en détails ci-après en référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple illustratif seulement et dont la figure unique représente une élévation de face en coupe longitudinale axiale. Comme on le voit au dessin, le cylindre de travail 1 de l'appareil d'assistance est fixé au carter 2 de la boîte de vitesses et contient dans sa cavité 47 un piston de travail coulissant 14. Celui-ci est constitué d'un élément supérieur 3 et d'un élément inférieur 4, qui sont assemblés par une vis 7. Le piston de travail 14 subdivise la cavité 47 en une chambre de travail supérieure 38 et une chambre de travail inférieure 39. Un joint d'étanchéité 8 est logé à la périphérie de la jonction entre ces deux chambres de travail. L'élément supérieur 3 est muni d'un organe de guidage 48 et l'élément inférieur 4 d'un organe de guidage 49. Au centre du corps du piston 14 et de l'organe de guidage 48, ainsi qu'à travers l'élément supérieur 3, l'élément inférieur 4 et l'organe de guidage 49, s'étend un alésage 43, dans lequel est logée une tige coulissante 15. Dans l'organe de guidage 48 de l'élément supérieur 3 sont ménagées des ouvertures 23, 23', une ouverture 57 pour la tubulure d'admission 33, une gorge circulaire 30 à faces obliques, un canal vertical 35 et un canal horizontal 36. L'alésage 43 est évasé au centre des éléments 3 et 4; il forme dans 11 élément supérieur 3 un siège circulaire 9 et dans 1' élément inférieur 4 un siège circulaire 10, pour l'application des soupapes 11, 12 emboîtées sur l'extrémité restreinte de la tige 15. Dans 1' organe de guidage 49 sont percés des canaux horizontaux 37, 46 se faisant vis-à-vis et le canal d'évacuation 44 se trouve dans le fond de la cavité. Dans la partie correspondante de l'alésage 43 est disposé un clapet coulissant de mise à l'air libre 17, qui est glissé sur l'extrémité restreinte de la tige 15 et bloqué par un circlip 18. Le reste de l'organe de guidage 49 qui n'est pas traversé par l'alésage 43, est rétréci et le doigt de changement de vitesse 25 y est fixé au moyen d'une clavette 26 et d'un écrou 27. Ce doigt commande la tringle de manoeuvre 24 de la boute de vitesses. Les organes de guidage 48 et 49 du piston de travail 14 sont rendus étanches par des joints 5,6 dans les parois du cylindre 1 et dans le carter 2. La tige 15 coulissant dans l'alésage 43 du piston de travail 14 porte à son extrémité extérieure une chape 20 pour sa fixation à un levier non représenté, de changement de vitesses et une ouverture transversale 51 pour une vis de fixation 21 avec écrou 28, qui sert à maintenir des taquets 22, 22', constituant un dispositif limiteur de la course du piston de travail 14, dans l'ouverture 23, 23'. La tige 15 est ensuite rétreinte de manière à former une chambre annulaire 34 dans laquelle débouche la tubulure d'admission 33 du fluide comprimé qui est raccordée à la gorge circulaire 30 à parois obliques ainsi qu'au canal vertical 35 du piston de travail 14. Au-dessous de la chambre annulaire 34 se trouve un perçage transversal 50, dans lequel est logé un ressort 29 maintenant écartées l'une de l'autre deux billes 45, 45', constituant avec le ressort le dispositif de centrage de la tige 15 Au-dessous du dispositif de centrage se trouve un joint d'étanchéité 31 et un double évidement formant un siège annulaire 16. La partie inférieure de la tige 15, logée dans l'alésage évasé 43 du piston travail 14, est rétrécie et munie de deux canaux horizontaux de mise à l'air libre 40, 41, traversés par un canal évent de décharge 42. Sur cette partie rétrécie de la tige 15 sont montées deux soupapes circulaires 11, 12, mobiles l'une par rapport à l'autre, soumises à l'action d'un ressort 13 et s'appliquant sur les sièges 9, 10 dans la partie évasée de l'alésage 43 du piston de travail 14. Sur l'extrémité rétrécie de la tige 15 est embout4, au-dessous des soupapes 11, 12, le clapet de mise à l'air libre 17 dont le siège 56 est bloqué par le circlip 18. L'étanchéité de la tige 15 dans l'alésage 43 de l'organe de guidage 48 du piston 14 est assurée par les joints 31, 32 et celle du clapet de mise à l'air libre 17 dans la cavité de l'organe de guidage 49 par le joint 19. La soupape 11 comporte un joint d'étanchéité 52 qui repose dans le siège circulaire 9 et un joint d'étanchéité 53 qui obture la partie rétrécie de la tige 15. La soupape t2 est munie d'un joint d'étanchéité 54 reposant dans le siège 10 et d'un joint d'étanchéité 55 assurant l'obturation de la partie rétrécie de la tige 15. Les positions relatives de base de la tige 15 et du piston de travail 14 sont assurées par les billes 45, 45' du mécanisme de centrage, qui s'engagent dans la gorge annulaire 30 à parois obliques pratiquée dans l'alésage 43 du piston 14. L'appareil d'assistance ci-dessus fonctionne comme suit Lorsque le conducteur enclenche le rapport de vitesse désiré au moyen du levier de manoeuvre, ce mouvement est transmis par le mécanisme de commande non représenté, à la chape 20 de la tige 15 de l'appareil d'assistance. Si le changement de vitesse désiré a lieu par exemple en direction de la flèche P, la tige 15 commence alors à exécuter un déplacement relatif dans l'élément supérieur 3 du piston d'assistance 14 avec une course d'impulsion X à l'encontre de l'autre contre la force dù ressort 29, sous l'action des parois obliques de la gorge 30. La force nécessaire pour ce mouvement relatif est notablement plus faible que la résistance de la tringle de manoeuvre 24, assure le coulissement de l'embrayage de synchronisation et sert seulement à empêcher l'appareil d'assistance d'agir spontanément sous l'influence des forces dynamiques du mécanisme de changement de vitesse pendant la marche du véhicule automobile, ainsi qu'à centrer les soupapes 11, 12 dans une position d'origine telle que les deux sièges de mise à l'air libre sont toùjours ouverts, de telle manière que les deux chambres de travail 38, 39 du cylindre d'assistance 1 sont mises en-communication avec l'intérieur du carter 2 de la boîte par les ouvertures 36, 40, 37, 41, 42 et 44. L'intérieur du carter de la boite de vitesses est ainsi mis en communication avec l'atmosphère comme représenté. Au cours du mouvement sus-décrit de la tige 15 suivant la flèche P par rapport à l'élément supérieur 3 du piston sur une distance égale à la course d'impulsion X, limitée par la butée des taquets 22, 22', qui sont fixés à la tige 15 par la vis 21 et l'écrou 28 dans les ouvertures rectangulaires 23, 23' de l'organe de guidage 48 de l'élément supérieur 3 du piston d'assistan- ce 14, le clapet de mise à l'air libre 16 de la tige 15 vient s'appliquer sur le siège de la soupape. La chambre de travail 38 se trouve ainsi isolée de l'ouver- ture de mise à l'air libre 40, qui communique en permanence par les canaux 42, 44 avec l'intérieur du carter 2 de la boite de vitesses. Par le mouvement relatif intervenant au cours de la deuxième moitié de la course d'impulsion, le contact du clapet de mise à l'air libre 16 de la tige 15 écarte. la soupape 11 du siège d'admission 9 dans l'élément supérieur 3 du piston 14, à l'encontre de la force du ressort 13 et de la pression du fluide s'exerçant sur la soupape 11 fermée. Le fluide comprimé, amené en permanence dans la chambre du ressort 13 par la tubulure 33, la chambre 34, la gorge à parois obliques 30 et le canal 35, s'écoule alors. à travers la chambre située au-dessous de la soupape 11 et, par le canal d'admission 76 de l'organe de guidage 48 du piston 14, dans la chambre de travail 38 du cylindre d'assistance 1, où il agit sur l'élément supérieur 3 du piston 14 avec une force qui est transmise à l'embrayage de synchronisation par le doigt 25 et là tringle 24 du changement de vitesse, et ce dans une direction qui colncide avec celle de la manoeuvre effectuée par le conducteur, c'est-à-dire dans la direction de la flèche P. Le fluide comprimé.exerce en même temps une action amplifiée sur une surface correspondant approximativement au diamètre du joint d'étanchéité 31 de la tige 15; cette action se répercute sur le levier de manoeuvre à l'opposé du mouvement imprimé par le conducteur, sous la forme d'une composante de sensibilité proportionnelle à l'effet d'assistance. Si le conducteur interrompt le mouvement du levier de manoeuvre, ou se contente de ralentir le mouvement en un point quelconque de la trajectoire du piston 14 du cylindre d'assistance 1, le fluide comprimé agissant dans l'élément supérieur 3 du piston 14, d'une part sur le joint d'étanchéité 31 de la tige 15, d'autre part sur les billes de centrage 45f 45' maintenues écartées l'une de l'autre par le ressort 29 dans la gorge à parois obliques 30, détermine un mouvement relatif de la tige 15 par rapport à l'élé- ment supérieur 3 du piston 14. Il en résulte que le siège d'admission 9 de la soupape 11 se ferme et que le siège de mise à l'air libre 16 s'ouvre, de sorte que le fluide comprimé s'échappe de la chambre supérieure de travail 38 du cylindre d'assistance 1 par l'ouverture d'admission 36, mise en communication avec le canal de mise à l'air libre 40, qui est relié par le canal de décharge 42, 44, à la chambre à l'air libre du carter 2 de la boite de vitesses. L'effet d'assistance est ainsi interrompu et l'on obtient une commande continue et sensible. par contact, telle que le nécessite la manoeuvre de la boîte de vitesses synchronisée, en particulier dans le cas où certains rapports ne comportent pas de synchronisation et ne sont enclenchés que par un simple accouplement denté, ce qui arrive fréquemment pour le premier rapport (première vitesse) et la marche arrière. L'appareil d'assistance agit de manière analogue lorsque le mouvement de changement de vitesse a lieu en direction de la flèche S. Ce mouvement du levier de manoeuvre est transmis comme précédemment à la chape 20 de la tige 15, qui commence à exécuter un mouvement relatif de course X en direction de la flèche S par rapport à l'élément supérieur 3 du piston 14 et à l'encontre de l2ac- tion des billes de centrage 45, 45'. Par contact avec la soupape 12, le siège de mise à l'air libre 56 du clapet 17 est obturé. Au cours de la deuxième moitié de la course X le siège d'admission 10 s'ouvre, de manière telle que le fluide comprimé pénètre par les canaux 37, 46 de la chambre de travail inférieure 39 du cylindre d'assistance 1, et exerce une force d'assistance amplifiée sur 11 élément inférieur 4 du piston 14 en direction de la flèche S. Pour l'adaptateur (mise en contact) entre les ouvertures et la mise à l'air libre de cette chambre, le fonctionnement est le même que pour la chambre de travail 38, à la différence que la mise à l'air libre se produit à travers le canal 41, qui est relié en permanence à la chambre à l'air libre du carter 2 de la boite de vitesses par les canaux 42,44. Le fluide d'assistance exerce simultanément une action antagoniste sur une surface correspondant approximativement au diamé- tre du joint d'étanchéité 10, par l'intermédiaire du clapet de mise à l'air libre 17 et de la tige 15. Cette réaction se traduit sur le levier de manoeuvre non représenté, par une composante de sensibilitér dirigée à l'opposé du mouvement effectué par le conducteur et proportionnelle à l'action amplificatrice (I1 assistance. Dans le cas où pour une raison quelconque, on ne dispose pas sur le véhicule d'air comprimé ou d'un autre fluide sous pression, par exemple lorsque le véhicule est au repos ou pendant le démarrage, ou encore en cas de déficience éventuelle dans le circuit pneumatique d'assistance; la manoeuvre des rapports niest pas perturbée, mais s'effectue sans assistance. Le mouvement de la tige 15 est alors transmis directement à la vis 21 et au taquet 22 par la butée dans les ouvertures rectangulaires 23, 23' limitant la course d'impulsion X, puis à l'élément supérieur 3 du piston 14. Celui-ci est fixé par les vis 7 à l'é- lément inférieur 4 du piston d'assistance 14. A l'organe de guidage 49 de l'appareil d'assistance est assujetti le doigt de changement de vitesse 25 qui s'engage dans les tringles 24 commandant l'embrayage de synchronisation non représenté. Cette transmission directe de la force entre la tige 15 et la tringle de changement de vitesse 24 peut être également utilisée, même si l'appareil d'assistance fonctionne parfaitement, dans le cas où le conducteur désire accélérer exceptionnellement le déplacement de l'embrayage de synchronisation par une intervention personnelle, dont la force s'ajoute comme décrit, à l'action d'assistance du fluide comprimé. Pour sélectionner la tringle de changement de vitesse 24 sur laquelle doit agir le doigt 25, il faut faire tourner la tige 15 autour de son axe longitudinal, étant donne que les tringles 24 se trouvent dans des plans différents. Ce mouvement de rotation est transmis par la vis 21 et les taquets 22, qui sont logés avec un jeu très faible, en direction de ce mouvement, dans les ouvertures rectangulaires 23, 23' de l'organe de guidage 48 de l'élément supérieur 3 du piston 14, qui est relié par les vis 7 à l'élément inférieur 4, sur l'élément de guidage 49 duquel est fixé le doigt de changement de vitesse 25. Un dispositif analogue peut également être utilisé dans d'autres domaines, car sa commande est facile à réaliser. il est à double effet et permet une diminution de la force ainsi qu'une combinaison avec une opération supplémentaire transmise par la rotation d'un élément de commande. -REVEN1)ICATI0NS- 1. Mécanisme à assistance pneumatique pour le changement des vitesses sur les véhicules automobiles équipés de boites de vitesses lourdes et synchronisées, au carter desquelles est fixé le cylindre de travail d'assistance pneumatique, ce mécanisme étant caractérisé en ce que, dans la cavité (47) du cylindre de travail (1), est logé un piston de travail mobile (14), formé d'un élément supérieur (3) et d'un élément inférieur (4) et muni d'un alésage (43) dans lequel peut coulisser une tige (15) équipée d'un mécanisme limiteur de course et d'un mécanisme de centrage, cependant que l'une des extrémités de cette tige (15) est réunie par une chape (20) au levier de changement de vitesse et que son autre extrémité sert à la commande axiale directe de soupapes (11, 12), qui sont disposées dans la partie inférieure de l'alésage (43) à l'emplacement d'assemblage entre l'élément supérieur (3) et l'élément inférieur (4) du piston de travail (14), dans 1 'extrémité extérieure duquel sont pratiquées des ouvertures (23, 23') pour le logement du mécanisme limitant la course (X) fixé à la tige (15), tandis que l'extrémité intérieure du piston de travail (14) est reliée au doigt de changement de vitesse (25) monté dans le carter (23) de la boîte. 2. Mécanisme à assistance pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le-corps du piston de travail (14), qui subdivise la cavité (47) du cylindre de travail (1) en deux chambres (38, 39), est muni de chaque côté d'un organe de guidage (48, 49) et d'un alésage continu (43), dans lequel sont pratiqués une gorge annulaire à parois obliques (30), un canal vertical (35), des sièges (9, 10) et des canaux horizontaux (36, 37, 46), cependant que 11 organe supérieur de guidage (48) présente une ouverture (23) pour le logement du mécanisme limiteur de course ainsi qu-'un orifice (33) pour l'amenée d'un fluide comprimé et que 1' organe de guidage inférieur (49), réuni au doigt de changement de vitesse (25), communique avec un orifice d'échappement (44). 3. mécanisme d'assistance pneumatique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tige (15) porte à une extrémité des moyens pour sa fixation au levier de changement de vitesse, par exemple une chape (20).