Brevet FR2557518A1 — publié le 19850705

Installation à convertisseur de couple hydrodynamique pour l'entrainement d'un tracteur notamment à usage agricole et procédé de mise en oeuvre" L'invention concerne une installation à convertisseur hydrodynamique pour l'entrainement d'un tracteur notamment à usage agricole et un procédé de mise en oeuvre. De façon plus particulière, l'invention concerne un procédé et une installation pour l'application du procédé pour la mise en oeuvre d'un convertisseur de couple hydrodynamique avec un embrayage de pon tage dans le système d'entratnement d'un véhicule-tracteur notamment à usage agricole comportant un moteur à combustion interne, amont, susceptible de recevoir une charge et une transmission avec un embrayage et une bolte de vitesses, et comportant une prise de force tournant à une vitesse de rotation directement proportionnelle à celle du vilebrequin du moteur d'entraînement pour entratner des outils, l'embrayage de pontage étant embrayé automatiquement lorsque l'on atteint une première vitesse de rotation, supérieure, et cet embrayage étant débrayé lorsqu'on atteint une seconde vitesse de rotation, inférieure. Les systèmes d'entratnement de véhiculetracteur doivent fournir une puissance de traction importante notamment dans la phase de démarrage. Mais comme pour la plage de vitesses de rotation inférieures, les moteurs à combustion interne utilisés comme moteurs d'entrainement ne fournissent pas un couple suffisant, il faut insérer des convertisseurs de couple dans le chemin de transmission des forces, convertisseur-s permettant d'augmenter de façon correspondante le couple-moteur. Les convertisseurs de couple à fonctionnement purement mécanique c'est-à-dire les bottes de vitesses qui sont conçues pour des puissances de traction élevées et une plage de vitesses relativement grande, doivent avoir de nombreux rapports et lors du passage des rapports dans le sens montant, ces boites coupent de façon répétée la force de traction. Aux vues de cela, les convertisseurs de couple hydrodyanmiques offrent la caractéristique de convenir tout particulièrement pour être montés dans des véhicules-tracteurs.Ainsi en sortie du convertisseur de couple c'est-à-dire sur le rotor de turbine, on dispose d'un couple qui, lorsque le rotor de turbine est à l'arrêt, peut représenter jusqu'à 2,5 fois celui du moteur d'en trainement. A mesure que la vitesse de rotation du rotor de turbine augmente, son couple diminue et cela en continu mais pour une vitesse de rotation du rotor de turbine correspondant à environ 85 % de la vitesse de rotation nominale du moteur d'entraînement, ce couple est toujours aussi élevé que le couple instantané du moteur d'entrai- nement.Ainsi dans cette plage de vitesses de rotation, le convertisseur hydrodynamique fonctionne comme un changement de vitesse continue et permet une réduction importante des opérations de changement de vitesse sur la bolte de vitesses en aval sans réduire les possibilités d'accélération du véhicule. Comme le couple sur le rotor de turbine de l'autre côté de la limite mentionnée des 85 % de la vitesse de rotation nominale du moteur d'entraînement est plus faible que le couple d'entraînement correspon dant et que de ce fait le rendement de transmission du convertisseur hydrodynamique chute fortement, le rotor de turbine est relié solidairement au rotor de pompe dans cette plage de vitesses de rotation prédéterminée, qui correspond essentiellement au fonctionnement stationnaire (déplacement sans accélération importante).Pour cela, il est prévu un embrayage dit de pontage qui par l'intermédiaire d'un tiroir de commande, coupe la pression régnant dans le convertisseur pour éviter les phénomènes de cavitation lors du fonctionnement du convertisseur, c'est-à-dire qu'il est débrayé et assure une commutation sans pression du convertisseur c'est-à-dire qu'il est embrayé ; l'embrayage forcé du rotor de turbine et du rotor de pompe supprime alors de force le glissement entre ces deux rotors. Comme dans ce cas, le convertisseur est coupé et est remplacé par l'embrayage de pontage, on a une réduction de l'entraînement sans perte entre le moteur d'entraînement et la botte de vitesses. En plus de l'amélioration du rendement de la transmission, ce moyen entraîne également une élévation considérablement plus faible de la température de l'huile du convertisseur. La mise en oeuvre et la mise au repos de l'embrayage de pontage se font dans les véhicules-tracteurs connus lorsqu'on atteint un rapport de vitesse de rotation déterminé entre la vitesse de rotation du rotor de turbine et celle du rotor de pompe du convertisseur. Pour que lors du déplacement dans cette plage de vitesses de rotation, l'embrayage de pontage ne soit pas commuté en permanence, la coupure de l'embrayage de pontage mise en oeuvre se fait pour un rapport de vitesse de rotation nettement plus bas c'est-à-dire pour une vitesse de rotation plus faible du rotor de turbine. Aussi longtemps que la puissance d'entral- nement du véhicule est utilisée essentiellement pour vaincre la résistance de déplacement et la résistance de traction, la commande connue de l'embrayage de pontage satisfait à toutes les exigences Notamment dans le cas de tracteurs à usage agricole, la puissance d'entraînement est toutefois de plus en plus utilisée pour entraîner des outils par l'intermédiaire d'une prise de force. Dans de telles applications, lors de l'augmentation de la charge du véhicule-tracteur, par exemple lors du déplacement en montagne, la vitesse de rotation du moteur d'entrainement est réduite relativement fortement. Or, la vitesse de rotation de la prise de force chute avec la vitesse de rotation du moteur d'entraînement, si bien que la demande de puissance au niveau des organes de l'outil augmente considérablement. Abstraction faite du risque d'une surcharge des outils, on a en outre une qualité de travail beaucoup plus réduite. Lorsque la vitesse de rotation du moteur d'entraînement a chuté suffisamment pour que l'on arrive au rapport de vitesse plus faible, prédéterminé, l'embrayage de pontage s'ouvre de nouveau pour que le convertisseur de couple de nouveau mis en oeuvre puisse fournir un couple suffisant pour vaincre la charge supplémentaire. Toutefois, la pratique a montré que dans le cas d'une charge supplémentaire durable, le moteur d'entratnement n'est pas en mesure de récupérer sa vitesse de rotation initiale. Bien plus, le moteur d'entraînement ainsi que la prise de force embrayée directement sur le moteur restent très en-dessous de la vitesse de rotation nominale optimale pour l'outil. En prédéterminant un rapport de vitesse de rotation légèrement plus élevé, on pourrait atténuer certes légèrement cet inconvénient, mais ce moyen n' a finalement qu'une utilité réduite puisque le convertisseur de couple doit être mis en oeuvre plus fréquemment et plus longtemps que cela serait nécessaire dans ces conditions. Dans le temps cela se traduit par des pertes considérables au niveau du convertisseur. a présente invention a pour but de créer un procédé de mise en oeuvre d'un convertisseur de couple hydrodynamique en liaison avec la transmission décrite ci-dessus de véhicules-tracteurs équipés d'une prise de force pour des outils, de façon à permettre de réduire considérablement les pertes dues au convertisseur. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type ci-dessus caractérisé en ce que l'on ouvre l'embrayage de pontage après dépassement vers le bas d'une vitesse de rotation minimale prédéterminée de la prise de force mise en oeuvre et on ferme cet embrayage après dépassement vers le haut d'une vitesse de rotation maximale prédéterminée. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit muni d'entrées pour la vitesse de rotation du rotor de turbine du convertisseur de couple et la vitesse de rotation de la prise de force, vitesses fournies par un capteur de vitesse de rotation, circuit qui, en fonction de grandeurs prédéterminées pour la vitesse de rotation supérieure (vitesse de rotation du rotor de turbine jet la vitesse de rotation inférieure (vitesse de rotation du rotor de turbine) ainsi que pour la vitesse de rotation minimale et la vitesse de rotation maximale de travail de la prise de force, mise en oeuvre, forme un signal pour le tiroir de commande du convertisseur de couple. Lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, pendant l'utilisation d'outils entraînés par la prise de force du tracteur, il ne peut se produire une réduction importante, inacceptable de la vitesse de rotation du moteur et ainsi de la vitesse de rotation de travail des outils même si la charge au niveau du déplacement et/ou au niveau des outils dépasse une valeur habituelle.Déjà lors du premier signe d'une surcharge entrainée par une diminution de la vitesse de rotation de travail des outils en-dessous de la vitesse de rotation normalisée, prédéterminée, c'est-à-dire meme avant que la vitesse de rotation du moteur d'entraînement ait chuté pour que lors de la mise en oeuvre du convertisseur de couple, on ne puisse plus rétablir complétement cette vitesse, la mise en oeuvre du couple décharge le moteur d'entraînement d'une partie de la puissance de déplacement de sorte qu'il puisse récupérer complétement, très rapidement. A cela est liée une augmentation de la vitesse de rotation de la prise de force à la vitesse normalisée. Après disparition de la charge supplémentaire, le convertisseur de couple est de nouveau coupé.Il en résulte une durée de fonctionnement très faible pour le convertisseur de couple et ainsi une perte de puissance relativement réduite due au convertisseur de couple. Suivant une réalisation avantageuse de l'invention, la vitesse de rotation minimale de la prise de force est variable. De cette façon, il est possible sans difficulté d'utiliser des outils ayant des vitesses de rotation de travail, nominales différentes. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le circuit se compose de deux parties de circuit dont a) la partie de circuit est reliée à des entrées pour la vitesse de rotation mesurée du rotor de turbine et la vitesse de rotation supérieure et inférieure prédéter minée (vitesse de rotation supérieure du rotor de tur bine avec le tiroir de commande) et, b) la partie de circuit est reliée aux entrées pour la vitesse de rotation mesurée de la prise de force et la vitesse de rotation minimale et maximale de tra vail ou de la prise de force peut être reliée au choix au tiroir de commande en court-circuitant la partie de circuit. Suivant une autre caractéristique de l'invention, au moins la partie de circuit peut être court-circuitée par un élément de commutation manuel (touche). Suivant une autre caractéristique de l'invention, le capteur de la vitesse de rotation du rotor de turbine cocpère avec un élément (pignon denté) tournant de façon directement proportionnelle à la moitié de l'embrayage située du côté de la transmission. L'invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide des dessins dans lesquels - la figure 1 est un schéma de la transmission d'un tracteur à usage agricole. - la figure 2 est un diagramme-représen- tant la vitesse de rotation du rotor de pompe du convertisseur de couple en fonction de la vitesse de rotation du rotor de turbine. Dans la transmission représentée à la figure 1 d'un tracteur à usage agricole, les composants essentiels du chemin de transmission de la force du vilebrequin 1 du moteur d'entraînement vers les roues motrices 2 sont un convertisseur de couple hydrodynamique 3, un embrayage 4, une botte de vitesses 5 et un différentiel 6. Le convertisseur de couple 3 se compose d'un rotor de pompe 3a relié solidairement en rotation au vilebrequin 1, d'un rotor de turbine 3b ainsi qu'une couronne fixe 3c et est équipé d'un embrayage de pontage 3d qui, à l'état fermé, relie solidairement le rotor de turbine 3b et le rotor de pompe 3a.L'embrayage 4 qui est prévu en aval d convertisseur de couple 3 se compose d'une moitié d'ambrayage 4a reliée au rotor de turbine 3b et d'une motivé d'embrayage 4b reliée par un étage à roues dentées 7 à l'arbre d'entrée 5a de la boite de vitesses 5. En outre, un arbre d'entraînement auxiliaire 8 qui traverse le convertisseur de couple 3 en son milieu est relié solidairement en rotation au vilebrequin 1 ; cet arbre auxiliaire 8 permet d'entre ner différents accessoires propres au tracteur ou étranger tels qu'une pompe hydraulique ou des outils.Pour l'entraînement des outils comme par exemple une semeuse, une herse circulaire etc, il est prévu une prise de force 9 avec un profil en forme de coin 9a ; cette prise de force peut être reliée à l'arbre d'entraînement auxiliaire 8 par un embrayage à lamelle et commutation 10 actionné à l'aide d'un levier à main 11. Une transmission à deux étages 12 permet de choisir entre deux vitesses de rotation normalisées, différentes de la prise de force 9 lorsque le moteur tourne à la vitesse de rotation nominale. En outre, la référence 13 désigne un tiroir de commande susceptible de commuter dans deux positions. Dans une première position de commutation du tiroir de commande 13, le volume intérieur du convertisseur de couple 3 est relié par une conduite 14 à une pompe 15 et par une conduite 16 à la bâche 17. Une soupape de limitation de pression (non représentée) dans la conduite 16 maintient ainsi une pression suffisante dans le volume intérieur du convertisseur de couple 3 pour éviter les incidents par cavitation. Cette soupape agit en même temps sur un côté d'un piston annulaire 3e dans le sens de l'ouverture de l'embrayage de pontage. Le volume de l'autre côté du piston annulaire 3e est relié par une conduite 28 également à la bâche 17 lorsque le tiroir de commande 13-occupe cette position de commutation. Lorsque le tiroir de commande 13 est dans sa seconde position de commutation, la conduite 14 est fermée. Le volume intérieur du convertisseur de couple 3 est sans pression pour cette position de commutation et comme le liquide sous pression alors fourni par la pompe 15 actionne le piston annulaire 3e par l'intermédiaire de la conduite 28, l'embrayage de pontage 3d est fermé. Pour commander le tiroir de commande 13, il est prévu un circuit électroniaue portant la référence 18. Un affichage optique 19 indique ainsi l'état de fonctionnement du convertisseur de couple 3 par "convertisseur branché" pour cette position du tiroir de commande 13. A coté de cela, il est prévu un autre affichage 20, optique de préférence clignotant, qui est commandé en fonction de la température de l'huile du convertisseur par l'intermédiaire d'un capteur 21 logé dans la bache 17, lorsque l'huile du convertisseur dépasse la température autorisée. Le circuit 18 comporte une partie de circuit 18a non décrite en detail, qui, suivant la position d'un commutateur 22 réglable au choix par le conducteur du tracteur, branche en parallèle une autre partie de circuit 18b également non décrite ou encore une touche 23 actionnée en cas de besoin par le conducteur, également en parallèle. Un capteur inductif 24 pour la vitesse de rotation nT du rotor de turbine 3b, coopérant avec le pignon denté 7a de l'étage à pignon denté 7, est relié à la partie de circuit 18a et un capteur inductif 26 pour la vitesse de rotation n de la prise de force 9 et qui coopère avec la roue à impulsions 25 prévue sur la prise de force 9, est relié à la partie de circuit 18b.En outre, la partie de circuit 18a comporte des entrées pour introduire les vitesses de rotation de commutation supérieure et inférieure nTo et nTu du rotor de turbine 3b, vitesses auxquelles le convertisseur de couple 3 doit être coupé ou être de nouveau branché. De façon correspondante, la partie de circuit 18b comporte des entrées pour introduire les vitesses de rotation prédéterminées NZu et nZo de la prise de force 9, vitesses pour lesquelles le convertisseur de couple 3 -(rapporté par exemple à la vitesse de rotation normalisée n = 540 minutes ), doit par exemple être de nouveau branché pour nZu = 520 minutes 1 - ou être de nouveau -l coupé par exemple pour nZo = 560 minutes 1 -.Un commu- tateur 27 commandé à partir du levier manuel ll et qui est également relié par une conduite à la partie de circuit 18b, assure que cette partie de circuit 18b ne soit mise en oeuvre que lorsque la prise de force 9 est branchée. Le procédé selon l'invention sera décrit ci-après à titre d'exemple dans deux applications-. La première application concerne l'utilisation d'un tracteur agricole en combinaison avec un outil entraîné à partir de la prise de force, par exemple une fraise de sol. Pour cela, il faut mettre le commutateur 22 dans la position "autom." représentée à la figure 1. La phase de démarrage correspond tout d'abord à celle des tracteurs agricoles connus avec un convertisseur de couple dans la transmission. Ainsi directement après le branchement de l'installation d'allumage, la vitesse de rotation nT du rotor de turbine 3b est communiquée par le capteur 24 à la partie de circuit 18a. Dans celui-ci, en fonction de la vitesse de rotation supérieure prédéterminée du rotor de turbine nTo (figure 2), le tiroir de commande 13 passe dans sa position de commutation pour laquelle le convertisseur de couple 3 est mis en oeuvre et l'embrayage de pontage 3d ouvert. Cette position de commutation du tiroir de commande 13 est transmise au conducteur par l'allumage de l'affichage optique 19.Après le démarrage du moteur d'entraînement, le conducteur du tracteur passe la vitesse dans la botte de vitesses 5, le moteur étant au ralenti et l'outil étant soulevé c'est-à-dire non branché, vitesse pour laquelle la prise de force 9 tourne à la vitesse de rotation normalisée, prescrite lorsque le véhicule atteint la vitesse de déplacement souhaitée. Comme après la fermeture de l'embrayage 4, le moteur d'entraînement tourne toujours au ralenti, si bien que le rotor de turbine 3b ne peut pas fournir un couple suffisant, le tracteur agricole reste d'abord immobile. En basculant le levier à main 11, on peut embrayer l'embrayage 10 et abaisser l'outil en position de travail. En même temps, la vitesse de rotation du moteur d'entrainement augmente, de sorte qu'en définitive le tracteur agricole démarre.Ce n'est qu'à mesure que la vitesse de déplacement augmente que la vitesse de rotation du rotor de turbine nT dépasse la valeur limite nTo prédéterminée. Si l'embrayage 10 était par exemple débrayé pendant un déplacement de transport, sans outil ou avec un outil levé, la partie de circuit 18a commanderait une commutation du tiroir de commande 13 qui couperait le convertisseur de couple 3 et fermerait l'embrayage de pontage 3d. De cette façon, comme pour la pratique habituelle, la phase de démarrage avec le convertisseur de couple 3 serait terminée et dans la plage des vitesses de déplacement élevées, la vitesse de rotation de travail de la prise de force 9 dépenderait directement de la vitesse de rotation instantanée du moteur Par contre dans l'application décrite, le tiroir de commande 13 n'est pas commuté puisque la partie de circuit 18b assure la fonction de la partie de circuit lSa. Seul le signal nécessaire au tiroir de commande 13 est formé en fonction de -la vitesse de rotation supérieure, réelle et prédéterminée n Zo de la prise de force 9. Au cours de toute la phase de demarrage le conducteur peut en augmentant de façon correspondante la vitesse de rotation du moteur, augmenter très rapidement la vitesse de rotation de la prise de force 9 Jus- qu'à la vitesse de rotation normalisée alors que la vitesse de déplacement n'atteint que peu à peu la valeur prescrite. Ce n'est que lorsque cela se produit et que la vitesse de rotation de la prise de force 9 atteint la vitesse de rotation supérieure n Zo de la prise -de force qui est légèrement au-dessus de la vitesse de retation normalisée que la partie de circuit 18b commute 1-e tiroir de commande 13 coupant le convertisseur de couple 3 et fermant l'embrayage de pontage 3d.La phase de démarrage est ainsi terminée et le travail peut se poursuivre sans utiliser le convertisseur de couple 3. Lorsque la charge du moteur dsentraine- ment augmente provisoirement au cours de la poursuite du travail, et dépasse la valeur normale, par exemple pour parcourir une montée, la partie de circuit l8b branc-he le convertisseur de couple 3 par l'intermédiaire du tiroir de commande 13 après dépassement vers le bas de la vitesse de rotation inférieure nZu de la prise de force. Du fait de cette réduction de la-vitesse de dé,pla- cement du tracteur agricole, le moteur d'entralnement récupère rapidement, si bien que la prise de force 9 revient également très rapidement à sa vitesse de rotation de fonctionnement normal, initiale. Lorsque la charge supplémentaire disparaît, le convertisseur de couple 3 est de nouveau coupé après que l'on ait dépassé la vitesse de rotation supérieure nZo de la prise de force. La seconde application concerne l'utilisation d'un tracteur agricole avec un outil uniquement tiré comme par exemple une charrue. Dans ce cas, il faut mettre le commutateur 22 dans la position de commutation "manuelle", si bien que la phase de démarrage se déroule de façon habituelle. Après avoir atteint la vitesse de rotation supérieure n To du rotor de turbine, le convertisseur de couple 3 est coupé et la suite de la phase de démarrage se fait sans convertisseur jusqu'à ce que l'on atteigne la vitesse de déplacement souhaitée. Si à ce moment le moteur d'entrainement reçoit une charge supplémentaire par exemple en parcourant un terrain montant, le conducteur peut en actionnant suivant une durée correspondante le commutateur 23, commuter le tiroir de commande 13 et mettre en oeuvre le convertisseur de couple 3. Cela est possible pour toutes les vitesses de rotation du rotor de turbine au-dessus de la vitesse de rotation nTo. Cette possibilité de mise en oeuvre du convertisseur de couple 3 en fonction de la vitesse de déplacement peut également s'utiliser dans la première application, dans la mesure où le conducteur estime cela nécessaire. Au cas où le conducteur a passé une vitesse trop élevée et que le convertisseur de couple 3 n'a pas été coupé lorsque la vitesse de déplacement souhaitée a été atteinte, l'huile du convertisseur s'échauffe de façon relativement importante. Lorsque la température de l'huile du convertisseur dépasse une valeur prédéterminée, le capteur 21 prévu dans la bâche 17 fait clignoter un voyant optique 20. Cette indication permet alors au conducteur de choisir la vitesse la plus favorable. REVENDICATIONS 10) Procédé de mise en oeuvre d'un convertisseur de couplage hydrodynamique avec un embrayage de pontage sur un moteur à combustion interne, dans la transmission d'un véhicule-tracteur comportant un embrayage ainsi qu'une botte de vitesses, notamment d'un tracteur à usage agricole qui comporte un arbre d'entraînement auxiliaire (prise de force) tournant à une vitesse directement proportionnelle à celle du vilebrequin du moteur d'entrainement, et servant à l'entraînement d'outils, Je couplage de pontage étant fermé automatiquement lorsque l'on atteint une vitesse de rotation supérieure et est ouvert lorsqu'on atteint une vitesse de rotation inférieure, caractérisé en ce que l'on ouvre l'embrayage de pontage (3d) après dépassement vers le bas d'une vitesse de rotation minimale prédéterminée (nZu) de la prise de force (9) mise en oeuvre et on ferme cet embrayage après dépassement vers le haut d'une vitesse de rotation maximale (nzO) prédéterminée. 20) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractériséeen ce que, elle comporte un circuit (18) muni d'entrées pour la vitesse de rotation (nT) du rotor de turbine (3d) du convertisseur de couple (3) et la vitesse de rotation (n ) de la prise de force (29), vitesses fournies par un capteur de vitesse de rotation (24), circuit qui, en fonction de grandeurs prédéterminées pour la vitesse de rotation supérieure (vitesse de rotation du rotor de turbine (nô)) et la vitesse de rotation inférieure (vitesse de rotation du rotor de turbine (nu)) ainsi que pour la vitesse de rotation minimale (nZu) et la vitesse de rotation maximale (nzO) de travail de la prise de force (9), mise en oeuvre, forme un signal pour le tiroir de commande (13) du convertisseur de couple (3). 30) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que, la vitesse de rotation minimale (nZu) de-la prise de force (9) est variable. 40) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que, le circuit (18) se compose de deux parties de circuit (isba, 18b), dont a) la partie de circuit (18a) est reliée à des entrées pour la vitesse de rotation mesurée (nT) du rotor de turbine et la vitesse de rotation supérieure et infé rieure prédéterminée (vitesse de rotation supérieure du rotor de turbine (nTO) ou (nu)) avec le tiroir de commande (13)jet, b) la partie de circuit (18b) est reliée aux entrées pour la vitesse de rotation mesurée (n ) de la prise de force et la vitesse de rotation minimale et maxi male de travail (nZu) ou (nzO) de la prise de force (9) peut être reliée au choix au tiroir de commande (13) en court-circuitant la partie de circuit (18a). 50) Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que, au moins la partie de circuit (18a) peut être courtcircuitée par un élément de commutation manuel (touche 23). 60) Installation -selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que, le capteur (24) de la vitesse de rotation du rotor de turbine (3b) coopère avec un élément (pignon denté (7a)) tournant de façon directement proportionnelle à la moitié (4b) de l'embrayage (4) située du côté de la transmission.