Brevet FR2315043A1 — publié le 19770114

DESCRIPTION La présente invention concerne les mécanismes du type VARIATEUR DE VITESSE, qui permettent de transmettre de l'énergie mécanique, d'un arbre moteur à un arbre d'utilisation, avec la possibilité de faire varier, à volonté, le rapport des vitesses de rotation des deux arbres. Les mecanisies connus, qui perrettent cette fonction, sont nombreux, de genres variés, et l'on peut les classer en quatre failles principales. a) les mécanismes mécaniques à obstacles. Ils ne possèdent qu'un nombre fini, et généralement faible, de rapports fixes. Leur fonctionne ent est donc étagé et, fréquemment de ce fait, un mécanisme d'embrayage doit leur être adjoint. Leur emploi s'en trouve compliqué, voire pénible, et la sontée en vitesse de l'arbre d'utilisation, n'est jasais régulière ni continue. b) les mécanismes mécaniques à frottement. Ils permettent une variation continue du rapport des vitesses de rotation, et en général régulière, Mis la valeur la plus faible n'est jamais nulle. La phase dd démarrage est donc affectée des mêmes inconvénients que ceux signalés a l'alinéa précédent. De plus, leur rendement énergétique est toujours faible et les phénomènes d'usure très importants. c) les mécanismes à transmission 6lectrique. Ils ont un bon rendement énergétique, Mis leur complexité, leur encoibrelent disensitnnel et pondéral, ct par suite, leur prix de revient, sont disproportionnés par rapport & leurs performances. Leur emploi est donc très limlté. d) les mécanismes à transmission par fluide (hydraulique ou pneumatique ). Dans cette famille, se rangent, les convertisseurs de couple, qui Migré un rendement énergétique médiocre, ne présentent qu'une étroite plage de variation du rapport des vitesses, ce qui nécessite en général, de les faire suivre d'une boite de vitesses mécanique. On obtient alors, un assemblage hybride, dont lu avantages de chacun des composants, sont masqués par la sommation de leurs défauts. On connait également, des mécanismes composés de l'association de poupes génératrices-pompes motrices, reliées entre elles par un circuit hydraulique, qui tentent de résoudre le problème de la variation de rapport des vitesses.Leur rendesent énergétique médiocre et la complexité de leur fabrication, détruisent l'intérêt que l'on pourrait leur porter. Aussi leur emploi est-il très limité et ne peut gère être développé. En rérumé, dans les nécanisses connus destinés & obtenir, entre deux arbres, une variation continue de leurs vitesses de rotation, la simplicité de la conception, ne va Jamais de pair avec l'otention de résultats intéressants; les performances recherchées, n'étant atteintes qu'avec de grandes difficultés et une complexité dans leur conception, qui en rend la réalisation délicate et onéreuse. Le mécanisme, objet de l'invention, permet d'obtenir, entre un arbre moteur et un arbre d'utilisation, un rapportde leurs vitesses de rotation, variable à volonté entre les deux valeurs limites zéro et unité. La première limite correspondant à une vitesse nulle de l'arbre d'utilisation quelque soit celle de l'arbre moteur, et la seconde, & une vitesse de l'arbre d'utilisation égale & celle de l'arbre moteur. Le mécanisme, objet de l'invention, comporte essentiellement un groupe de plusieurs poupes génératrices 1, 2, 3 et 4 reliées par us circuit de fluide incompressible, à des popes motrices 5, 6, 7 et 8. Toutes ces pompes sont des pompes volumètriques, du type excentriques à palettes. Elles sont, de plus, de capacité variable par modification de leur excentricité. Un train d'engrenages épicyclofdal 9, 10,11, 12 et 13 attèle le roter des polpes génératrices & l'arbre moteur qui fait corps avec la roue planétaire; tandis qu'un train d'engrenages Hypocyclofdal 14, 15, 16, 17 et 18 relie celui des pompes motrices au carter général 19 ; 20 et 21 qui est fixe. L'arbre d'utilisation 22 est solidaire d'us ensemble mobile qui constitue le corps des popes génératrices et celui des pompes motrices. Cet ensemble comprend les plièces principales suivantes : le barillet primaire 23 prisonnier entre les trois éléments 24, 25 et 26, le carter 27 le barillet secondaire 28 prisonnier entre les trois éléments 29, 30 et 31 Cette disposition des différents éléments permet la transJission de l'énergie mécanique présente sur l'arbre moteur, à l'arbre d'utilisation, par deux voies distinctes : a) une première voie : la voie directe, qui transmet & l'ensemble mobile (donc à l'arbre d'utilisation 22 ) le couple moteur de l'arbre moteur, par simple réaction des paliers des arbrcs des pompes primaires 32, 33, 34 et 35 b) une deuxième voie : la voie hydraulique, qui par la chaîne cinétique t train épicycloidal, poupes génératrices, circuit de fluide sous pression, pompes motrices et train hypocyclofdal, transmet à l'ensemble mobile l'énergie developpee dans les papes génératrices La valeur du débit du fluide,qui circule entre les deux groupes de pupes, dépend de leur vitesse dc rotation et de leur capacité. La capacité des pompes est déterminée par l'importance de léur excentricité laquelle est variable entre 0 et un maximum noté 1. En appelants n' la vitesse de rotation de l'arbre moteur, r' le rapport entre roue planétaire et satellites, v' la capacité maximale des pompes génératrices1 k' le coëfficient (de 0 à 1) de l'excentricité des pompes génératrices, n " la vitesse de rotation de l'ensemble mobile et de l'arbre d'utilisation, r" le rapport entre couronne planétaire et satellites, v" la capacité maximale des pompes motrices, k" le coëfficient (de o à 1) de l'excentricité des pompes motrices, c' le couple soteur, c" le couple résistant de l'arbre d'utilisation, on aura, puisque le débit des pompes motrices est nécessairement égal ( aux fuites près ) å celui des pompes génératrices :: (n'-n") r' v' k' = - n" r" v" k" d'où l'on tire ############### et ## = 1 + ###### puis t n" = ############# et c" = c' + ######## L'examen de ces formules montre que le rapport n"/n' dépend des valeurs de k' et k". Il est nul pour (k' = 0, k" # 0) et maximal et égal à 1 pour (k' # 0, k" = 0). Quant au rapport des couples c"/c' sa valeur minimale est 1 pour (k' # 0, k" = 0) et tend vers l'infini pour k' = 0, k" # 0). La puissance transmise par la voie directe a pour valeur : - n' c' ############# Elle est nulle pour (k' n O, k" $ 0) et maximale et égale à n' c' (c'està-dire à la puissance sotrice) pour (k' j o, k' n 0). En raison de son principe, la voie directe bénéficie d'un excellement rendement énergétique, très proche de l"unité. La puissance transmise par la voie hydraulique a pour valeur = n' c' ############# Elle est nulle pour (k'# O, k" n 0) et égale à n' c' pour (k' = O, k" 8 0) Mais d'autre part, la puissance transmise par la voie hydraulique est égale au produit du débit du fluide par sa pression. Pour des raisons de résistances des mécanismes, on est conduit à limiter cette pression à une valeur maximale p, que l'on s'efforcera, d'ailleurs, de maintenir en permanence, à seule fin d'avoir un débit minimal, et en conséquence, un rendement optimal de la voie hydraulique. Les points où règnent cette pression sont repérés par la notation p sur les differentes figures des planches. La valeur de la puissance transmise par la voie hydraulique exprimée en fonction de la valeur p = p ############## est nulle pour k' = 0 et pour k" = 0 et elle est maximale pour k' r k" r 1. Le rendement général de l'ensemble qui est une pondération de celui des deux voies, est donc toujours meilleur que le plus faible ( celui de la voie hydraulique ) et tend vers celui de la voie directe, qui est le plus fort, lorsque k" tend vers zéro, c'est-à-dire, lorsque le rapport des vitesses de rotation tend vers l'unité. L'ensemble qui vient autre décrit est complété par deux mécanismes de régulation et de commande. Le premier qui est automatique, règle l'excentri- cité le afin de maintenir la pression p à la valeur maximale permise. Le second fixe l'excentricité k'. Il peut être commandé manuellement ou être asservi à tel paramètre que l'on désirera; par exemple : vitesse de rotation n', couple de l'arbre moteur c', tension ou intensité d'un courant électrique, pression, température Ces deux mécanismes font appel à deux circuits hydrauliques indépendants; Le premier circuit comprend une pompe 36 qui délivre une pression régulée légèrement supérieure à la pression p prévue.Un réseau de canaux achemine le fluide sous pression, issu de cette pompe, vers différents points qui sont repérés sur les plans par la notation q. Cette pression est, entre autre, appliquée aux deux tiroirs 37 et 38 de commande de k". Ceux-ci sont normalement en équilibre sous les actions, d'une part, de la pression q et, d'autre part, dc la session p augmentée de celle des ressorts 39 et 40. En cas de diminution de la pression p, l'équilibre des tiroirs est rompu, et la pression q est dirigée et appliquée entre le barillet 28 et le carter 30, ce qui provoque une rotation du barillet dans un sens tel , qu'il provoquera une diminution de l'excentricité k". Les figures /21 15 et 16 illustrent cette action. En cas d'augmentation de la pression p; les tiroirs seront-sollicites dans 1' autre sens et la pression q aura un effet contraire sur k". Les figures/22 17 et 18 illustrent cette action. Le deuxième mécanisme de co-ande fait appel à un circuit basse pression de valeur variable. Les différents points d'applicatian de ce circuit sont notés b sur les plans. Cette basse pression, qui peut être obtenue, par exemple, à partir du circuit q par un détendeur de pression 41, est, soit réglée manuellement, soit pilotée ainsi qu'il a été dit ci-dessus, page 4. Ce circuit agit sur les tiroirs 42 et 43 qui sont normalement en équilibre entre les actions de cette basse pression et de leurs ressorts 44 et 45. La variation,volontaire ou automatique de cette basse pression, rompra 1' équi- libre des tiroirs dans un sens ou dans l'autre, ce qui provoquera, par l'application de la haute pression q, une rotation du barillet 23. Les figures/4 et 12 représentent l'action d'une basse pression b plus forte que celle de la position d'équilibre, tandis que les figurez 3 et 14 illustrent le cas invers. # Dans les figures 1, 2, 4 et 9 les barillets sont représentés dans une position d'excentricité moyenne. D'autre part, sur les figures 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 et 10 des flèches indiquent le sens de rotation des pièces en mouvement. Le circuit q est également appliqué à la tranche centrale des palettes et son effet à ce niveau, est double. a ) l'effet de la pression q augmenté, le cas échéant, de celui de la force centrifuge, maintient le contact des palettes dans les alésages des barillets, assurant ainsi, à l'intérieur des pompes, une étanchéité satisfaisante entre les biefs haute pression p et basse pression b. b ) en cas de forte surcharge de l'arbre d'utilisation, la haute pression p risque de dépasser largement la limite prévue. Or si elle dépasse la pression q, les palettes seront repoussées vers le centre des pompes, et la fuite fonctionnelle ainsi créée fera chuter la pression p. Il y aura donc une limitation automatique du couple c". Accessoirement l'éxistence de ce circuit haute pression q compensera les fuites inevitables qui se produiront entres les différentes pieces du mécanisme. Le mécanisme objet de l'invention, trouve son emploi lorsque dans la transmission d'une énergie mécanique entre un arbre moteur et un arbre d'utilisation, la puissance motrice disponible sur l'arbre moteur et le couple résistant de l'arbre d'utilisation, sont susceptibles de varier l'un et l'autre séparément ou simultanément. On peut donc utiliser avec profit ce mécanisme, pour résoudre les problèmes posés par l'utilisation des moteurs thermiques, et en particulier de ceux du type Diesel, dans les véhicules automobiles routiers et dans les machines motrices ferroviaires. Son emploi sera également indiqué dans les installations industrielles, dont la force motrice est fournie par un moteur électrique synchrone, lorsque l'on devra faire face à dtitportantes variation du couple résistant de l'arbre d'utilisation, ou bien lorsque l'on désirera avoir la possibilité d'obtenir pour cet arbre d'utilisation, une vitesse de rotation variable dans des limites étendues, pouvant aller jusqu'à l'arrêt absolu. R E V E N D I C A T I O N S. i. Mécanisme permettant de transmettre de l'énergie mécanique entre un arbre moteur et un arbre d'utilisation, avec un rapport variable de leur vitesse de rotation, caractérisé par le fait que la puissance présente sur l'arbre moteur est transmise à l'arbre d'utilisation par deux voies distinctes: une voie mécanique, et une voie hydraulique. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la voie hydraulique comporte un groupe de pompes génératrices liées mécaniquement à l'arbre moteur. 3. HEcanisme selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la voie hydraulique colporte un groupe de-pompes motrices liées mécaniquement aux parties fixes de l'ensemble. 4. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la voie mécanique est obtenue en rendant solidaires entre eux: l'ensemble des corps de poupes génératrices, l'ensemble des corps de pompes motrices et l'arbre d'utilisation. 5. Pompes génératrices, selon revendication 2 et poupes otrices,selon revendication 3, caractérisées par le fait que la variation de leur capacité volumètrique est obtenue par une coreande hydraulique agissant sur un tiroir de distribution dont la position canalise un circuit haute pression dont l'action provoque une rotation dans un sens ou dans rtre du barillet dans lequel se meuvent les pompes. motrices 6. Commande hydraulique des tiroirs des pompes/selon revendication 5, caractérisée par le fait que son action dépend de la valeur de la haute pression régnant dans le biel haute pression des pompes génératrices et des pompes motrices, ce qui tend à rendre cette haute pression invariable. 7. Pompes génératrices, selon revendication 2 etpowpes motrices, selon revendication 3, caractérisées par le fait que l'étanchéité des palettes dans les alèsages des barillets est obtenue par l'application d'une surpression à la tranche centripète des palettes.