Brevet FR2578206A1 — publié le 19860905

L'invention a pour objet un dispositif de réalisation de marche synchrone d'une boîte de vitesses à plusieurs rapports fixes exempte d'éléments de synchronisation, qui équipe un véhicule, en particulier un véhicule automoteur muni d'un moteur à combustion interne, ce dispositif comprenant au moins un dispositif de variation de couple du moteur, une unité de commande de la boîte de vitesses et des moyens de détermination du point de synchronisme de la boite de vitesses, la vitesse de rotation du moteur étant modifiée, pendant le changement de vitesse, de manière qu'après le débrayage du rapport précédent, elle soit ramenée au régime correspondant au nouveau rapport, le nouveau rapport étant enclenché au moment d'obtention du point de marche synchrone. Un potentiel important de réduction de la consommation de carburant d'un véhicule, en particulier d'une voiture légère, est fourni par une meilleure exploitation des plages de bon rendement du moteur grâce à un rapport de démultiplication approprié à la situation de marche, tout en conservant une démultiplication ma3imalé -plus longue. L'affichage des changements de vitesse ou de la consommation de carburant, associé à une boîte de vitesses à cinq rapports, avec une cinqième vitesse longue, c'est-à-dire surmultipliée (overdrive), est une solution connue qui permet, si elle est appliquée correctement, une réduction sensible de la consommation. Or, cela oblige l'utilisateur à changer plus fréquemment de vitesse, surtout dans le cas du rapport supplémentaire, ce qui est contraignant pour le chauffeur. De plus, les boîtes à cinq rapports nécessitent un couloir supplémentaire dans la grille des vitesses, ce qui fait qu'une telle transmission à cinq rapports à commande manuelle demande un certain temps d'accoutumance. Les transmissions automatiques traditionnelles, cependant, qui exécutent les commutations automatiquement, n'offrent pas assez de rapports différents et ne donnent qu'un rendement insuffisant, en général, malgré une grande complexité technique. Dans le cas de la combinaison de boîtes de vitesses à trains parallèles et de dispositifs de commande automatisés, par contre, il est souvent difficile d'obtenir des commutations sans à-coups. Il est effectivement indispensable, dans ce cas, que le changement de vitesse intervienne juste au moment où les deux arbres à relier tournent à peu près à la même vitesse. I1 est vrai qu'il existe un dispositif de changement de vitesse synchronisé d'une boîte de vitesses d'automobile, commandant chaque commutation à l'instant où la marche de la boîte de vitesses est synchrone et où le régime du moteur est en train de monter ou de ralentir (brevet français NO 13 37 316). Cependant, la réalisation pratique pose des problèmes du fait que toute l'installation et, en particulier, les éléments mécaniques de changement des vitesses sont, en général,sujets à une telle inertie que l'engagement du rapport pré-sélectionné ne se fait que lorsque le point de marche synchrone, ou point de synchronisme, des éléments à accoupler est déjà largement dépassé. En conséquence, l'objet de la présente invention est de réaliser un dispositif destiné à obtenir la marche synchrone d'une boîte de vitesses à engrenages à plusieurs rapports, du type indiqué dans le premier paragraphe, en évitant les inconvénients précités, et gracie auquel un engagement sans à-coups d'un nouveau rapport est possible sans la sollicitation d'éléments mécaniques particuliers de synchronisation. Cet objectif est atteint grâce au fait que, selon l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que le dispositif de variation du couple est actionné instantanément, au moment d'obtention du point de marche synchrone, de telle sorte qu'il règle le couple moteur à un couple tellement bas que la vitesse de rotation du moteur reste constante ou ne varie plus que d'une manière minime. D'autres caractéristiques de réalisation de l'invention serontdonnées ci-après. Etant donné que, selon l'invention, le dispositif de réglage du couple est actionné instantanément pour régler le couple moteur à une valeur correspondant à une variation minimale du régime moteur, au moment où les éléments à accoupler de la boîte tournent à la même vitesse, ce point de marche synchrone, ou point de synchronisme, est considérablement étendu dans le temps. Ainsi, la commutation peut se faire sans risque et sans à-coups. La réalisation de l'invention est basée sur l'idée qu'une telle manipulation brusque du couple permet de modifier, d'un allumage à l'autre, le gradient du régime, en particulier donc l'accélération du vilebrequin qui est alors pratiquement sans charge.Dans le cas des moteurs à combustion interne à allumage par étincelles, il paraît particu lièrement approprié de modifier le couple du moteur en intervenant sur l'allumage, par exemple, en le "retardant" électroniquement d'un taux rixe au moment d'obtention du point de synchronisme. D'autres possibilités-de variation du couple des moteurs consistent à régler, indépendamment de la position de la pédale d'accélérateur, un organe de régulation de la puissance du moteur à combustion interne, cet organe de régulation pouvant être, dans le cas d'un moteur à carburateur, le papillon des gaz, et, dans le cas des moteurs à injection, le manchon mobile du régulateur de la pompe d'injection. D'autre part, il est préférable d'effectuer une telle variation du couple uniquement au dépassement du point de marche synchrone à partir d'un régime inférieur, c'est-à-dire pendant l'accélération du vilebrequin du moteur. Par conséquent, lors d'une montée des rapports d'une boîte de vitesses, donc, lors du passage d'un rapport inférieur vers un rapport supérieur, et quand, après avoir désengagé l'ancien rapport, le régime du moteur doit déjà être freiné, le dispositif de variation du couple n'interviendra qu'à partir du moment où le dispositif approprié de freinage a ralenti le moteur jusqu'à un niveau inférieur au point de synchronisme et a été relâché ensuite, de manière que le moteur réac célère librement, suivant la position de l'organe régulateur de puissance, jusqu'à nouvelle obtention du point de synchronisme. D'autres réalisations avantageuses de l'invention seront décrites plus loin. Le dessin annexé représente un exemple de réalisation de l'invention, qui sera décrit plus en détail par la suite. Ce dessin montre un schéma de réalisationtechnique d'un moteur à combustion interne muni d'un dispositif automatique de passage des vitesses. Sur cette vue, 1 représente un moteur traditionnel à combustion interne et à pistons alternatifs,par exemple un mOteur à guatre cylindres et allumage par étincelle qui est utilisé en tant que moteur propulseur d'une voiture légère.2 désigne une tran5mission accouplée à la sortie de ce moteur,munie d'élémentsnon représentés sur le dessin, tels que des trains d'engrenages correspondant chacun à un rapport donné de la boite de vitesses, et des crabots baladeurs destinés à engager les différents rapports. Par le déplacement d'une tige 7 de changement de vitesse, et au moyen de dispositifs de commande non repré sentés ici, les crabots enclenchent les différents rapports. 3 indique un différentiel mû par un arbre de sortie de la boîte de vitesses 2 et relié aux roues motrices du véhicule, respectivement, par deux demi-arbres 4 de transmission. La commande de la boîte 2 qui, en principe, est une boîte traditionnelle à changement à main, mais qui ne comporte pas d' éléments de synchronisation habituellement prévus dans ces transmissions, est assurée par un dispositif 6 de commande destiné à mouvoir la tige 7 de commande. Dans le cas présent, ce dispositif est constitué, par exemple, d'une commande pneumatique assistée 10 comportant des éléments lia, llb, 12 de manoeuvre, dont la mise sous pression est contrôlez par des électro-valves 13 à 16 en fonction de signaux donnés par un boîtier 5 de commande.Un levier sélecteur de marche est désigné par 8; ce levier permet de choisir une marche avant D dans laquelle les différents rapports de marche avant sont changés automatiquement, une position neutre N, qui correspond au point mort, ainsi qu'une marche arrière R qui est engagée mécaniquement. Le cas échéant, il serait possible de prévoir une position de stationnement que l'on pourrait engager également à l'aide du levier sélecteur 8.Dans cette position ,un arbre de camnande relié aux roues motrices.du véhicule serait bloqué par l'intermédiaire d'un verrcuil- 4age mecanique tel qu'il est utilisé dans le cas des transnissions. autanatiqur Sur le dessin, le dispositif 10 de servo-commande est représenté comme fonctionnant en sur-pression, la référence 18 désignant un accumulateur de pression qui est alimenté par une source 17 de fluide sous pression,telle qu'un compresseur. Un clapet 19 de trop-plein interposé entre ces deux éléments a pour objectif d'assurer le remplissage de l'accumulateur seulement lorsqu'une pression minimale prédéterminée s'est établie dans le reste du système.La pression de fonctionnement emmagasinée dans l'accumulateur 18 peut servir à actionner les éléments de manoeuvre lia, llb et 12 de la servo-commande 10, ainsi que d'autres moteurs ou vérins de commande éventuels, mais qui ne sont pas représentés sur le dessin. En plus de sa première fonction, le boîtier 5 de commande est destiné à émettre des signaux vers un dispositif 30 de régulation qui agit sur l'angle d'allumage du système d'allumage du moteur 1. Dans ce contexte, 31 indique un distributeur d'allumage, et 32 la bobine du système. Afin d'obtenir les informations nécessaires pour la commande du dispositif 6 de changement de vitesse et du dispositif 30 de régulation de l'angle d'allumage, le boîtier 5 de commande reçoit les valeurs réelles de différents capteurs 20 et 23 à 26, qui détectent certaines valeurs caractéristiques de conditions de fonctionnement moteur et du véhicule. Ainsi, 20 représente une sonde du vide partiel dans la conduite d'admission, disposée dans le collecteur d'admission 22, en aval d'un papillon 21 qui peut être positionné, de manière connue, par l'intermédiaire d'une pédale d' accélérateur non représentée, afin de réguler la puissance du moteur 1.Un capteur désigné par 23 détecte le régime du moteur ou la vitesse de rotation de l'arbre 27 d'entrée de la transmission 2, alors qu un capteur 24 relève la vitesse de rotation de la sortie de la boîte au niveau du différentiel 3. 25 désigne un capteur relevant, à chaque instant, le rapport engagé de la boîte de vitesses, et 26 représente un autre capteur détectant la position donnée du levier sélecteur 8 de marche. Au lieu d'utiliser une sonde 20 mesurant le vide qui indique, pour ainsi dire, indirectement la position de la pédale d'accélérateur, l'on pourrait prévoir aussi un élément de mesure directe de l'inclinaison de la pédale, sous forme par exemple, d'un potentiomètre relié à cette dernière. D'ailleurs, les capteurs de régime 23 et 24 peuvent être placés à d'autres endroits que ceux indiqués ici. Ainsi, il serait possible, par exemple, de ne pas installer le capteur inductif 23 mesurant la vitesse de rotation du moteur ou de l'entrée de la boîte de vitesses, en face de la couronne 29 de démarreur du volant 28 d'inertie, mais en face d'un pignon d'un train d'engrenages de la boîte 2, ce pignon étant solidaire de l'arbre 27 d'entrée de la transmission. Le capteur détecterait ainsi, de manière normale, les valeurs du régime. L'invention du dispositif de synchronisation des engrenages d'une boîte de vitesses à plusieurs rapports est basé sur le principe suivant: un retardement de l'angle d'allumage, intervenant au moment d'obtention du point de synchronisme, et mis en oeuvre de manière immédiate, c'est-à-dire d'une déflagration se produisant dans un des cylindres du moteur à l'autre. se produisant 'ans un autre cylindre, fait varier le régime du moteur qui, suite au désenclenchement du rapport précédent, a pu réaccélérer librement, de telle sorte que le régime du moteur reste à peu près constant, c'est-à-dire au niveau du régime de marche synchrone, pendant le temps d'engagement du rapport suivant.Il est sous -entendu que le désenclenchement de la vitesse précédente se fait automatiquement par décrabctage, au moment où le couple moteur tombe en-dessous d'un certain seuil de couple minimal. L'ordre de changement de vitesse est donné par le boîtier 5 de commande, qui est muni d'un ordinateur, et est capable de choisir, en fonction des lectures de la vitesse de rotation du moteur, de la vitesse du véhicule et de la demande de force de traction traduite par la position de la pédale d'accélérateur ou par une autre valeur résultant de cette position, le rapport approprié, c'est-à-dire la démultiplication la mieux adaptée à des conditions de marche données.Si le boîtier 5 de commande détecte la réunion de toutes les conditions nécessaires pour provoquer un changement de vitesse, que ce soit un passage à une vitesse supérieure ou inférieure, le dispositif 30 de retardement de l'allumage est d'abord actionné de telle manière que le point de calage du système 31, 32 d'allumage se trouve retardé à un point tel que la force de traction et, par conséquent, l'accélération du véhicule, décroissent selon, de préférence, une courbe sinusodale. Ensuite, lorsqu'on atteint un couple de traction minimal , situé en-dessous d'un seuil de couple prédéterminé, le rapport précédent est désaccouplé automatiquement. Ce débrayage automatique peut se faire, par exemple, grâce à la réalisation des engrenages parallèles selon un brevet antérieur qui assure l'auto-désengagement des pignons en-dessous d'un seuil de couple de traction minimal. Afin que le rapport suivant puisse être enclenché sans à-coups et avec un minimum d'usure, il faut que les parties concernées arrivent au régime de marche synchrone, c'est-à-dire au régime qui correspond, compte tenu de la vitesse donnée du véhicule, au rapport à engager de la boîte de vitesses. Pour des raisons pratiques, il est préférable que ce régime soit atteint en partant d'un régime inférieur du moteur. Par conséquent, le déroulement d'un changement en vitesse supérieure est différent d'un rétrogradage. Dans le cas d'un rétrogradage, le retardement de l'angle d'allumage, effectué après le débrayage du rapport précédent afin que le couple du moteur soit réduit, sera simplement ramené à sa valeur initiale, permettant ainsi au moteur de réaccélérer sans charge et d'atteindre le nouveau régime plus élevé qui correspond au rapport suivant de la boîte de vitesses, et qui est donc le régime de marche synchrone. Par contre, dans le cas d'un changement vers une vitesse supérieure, il faut d'abord freiner le régime réel du moteur en dessous du régime de synchronisme situé à un niveau plus bas.A cette fin, un dispositif de ralentissement est mis en action simultanément à, ou après)ltopération de retardement de l'angle d'allumage destinée à réduire le couple du moteur; ce dispositif de ralentissement assure, en créant un couple négatif du moteur, une diminution rapide de la vitesse de rotation jusqu'en-dessous du seuil de synchronisme. Un tel freinage du moteur peut être réalisé, par exemple, comme l'indique le dessin, grâce au basculement d'un volet étrangleur 34 des gaz d'échappement placé dans le collecteur 33 d'échappement, ce volet pouvant être actionné à l'aide d'un dispositif assisté 35. de régulation fonctionnant d'après les informations du boîtier 5 de commande.Cependant, le couple négatif peut aussi être obtenu par coupure de l'alimentation en carburant du moteur, en fermant le papillon 21 disposé dans la conduite 22 d'admission, ou par une combinaison des deux mesures. D'autre part, il est possible de prévoir un dispositif mécanique de freinage agissant sur une partie du vilebrequin ou de l'arbre de la boîte de vitesses, qui est mis en marche au moment opportun. Lorsque, au moment d'un changement vers une vitesse supérieure de la boite de vitesses, le régime moteur est ainsi ramené en -dessous du régime correspondant au nouveau rapport supérieur, le dispositif ralentisseur est coupé. Au plus tard à ce moment, le retardement de l'angle d'allumage est annulé et cet angle reprend sa valeur initiale normale de manière que l'évolution du régime moteur soit inversée et que le moteur réaccélère sans charge jusqu'à une nouvelle obtention du point de synchronisme. Lorsque le moteur a atteint, de cette manière, à partir d'un régime plus bas, le point de synchronisme, l'angle d'allumage est alors remoditié, c'est-à-dire qu'au moment même où l'on atteint le point de marche synchrone, il est retardé instantanément. Ce retardé ment de l'allumage résulte en une diminution immédiate du couple moteur jusqu'à un niveau voisin de zéro, et réduit ainsi très sensiblement le gradient de vitesse de rotation du moteur et donc, son accélération par unité de temps. Le retardement instantané de l'angle d'allumage au moment d'obtention du point de marche synchrone peut être réalisé, soit en retardant l'angle d'allumage d'un taux fixe prédéterminé, soit en commandant cette variation de telle sorte que le point d'allumage soit décalé vers une valeur qui dépend des conditions de fonctionnement de l'ensemble, et qui est mémorisée dans un ordinateur prévu à cette fin, en fonction de la charge, du régime, et, le cas échéant, de la température du moteur. Dans tous les cas, le retardement instantané de l'allumage, tel que le prévoit l'invention, intervenant au moment de l'obtention du point de synchronisme, provoque une variation de l'évolution du régime moteur de telle sorte que ce régime resteà peu près constant pendant le temps d'engagement du nouveau rapport, qui doit se faire lors de la marche synchrone des éléments, permettant ainsi un engrènement sans à-coups des éléments de transmission correspondant à un rapport donné, et sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des pièces particulières mécaniques de synchronisation. Après l'enclenchement du rapport suivant, réalisé, dans le cas de l'exemple représenté sur le dessin, au moyen du dispositif assisté 10 de sélection - mais qui peut être réalisé également manuellement sur émission d'un signal de changement de vitesse, par exemple le retardement de l'allumage provoqué au point de synchronisme est annullé graduellement, ce qui se traduit par une augmentation progressive du couple moteur jusqu'au niveau initial correspondant aux conditions de marche données. Ainsi, on assure une reprise de la charge sans à-coups et confortable. L'augmentation du couple peut s'effectuer en tenant compte du nouveau rapport engagé, du sens de changement des vitesses, c'est-à-dire en fonction d'un passage vers un rapport supérieur ou inférieur, ainsi que du régime et de la charge.Par exemple, l'augmentation du couple peut être commandée de manière plus rapide dans les petits rapports, et plus lente dans les rapports supérieurs; elle devrait être plus rapide aussi lors d'un rétrogradage, mais plus lente après un passage àunevitesse plus élevée. Les changements de rapport d'une boîte de vitesses équipée d'un tel dispositif de commande peuvent donc être accomplis entièrement automatiquement et sans employer de pièces particulières de synchronisation, surtout si l'ensemble est muni de dispositifs de servo-commande destinés à exécuter les changements proprement dits des rapports. De plus, il devient inutile de relâcher la pédale d'accélérateur avant de changer de vitesse ou de débrayer le moteur de la boîte de vitesses. Les passages se font, au contraire, pédale d'accélérateur enfoncée, les dispositifs préconisés par l'invention agissant automatiquement sur le rendement de couple du moteur.Dans le cas d'une réalisation de l'invention employant au lieu du dispositif de retardement d'allumage décrit plus en détail sur le dessin, un dispositif destiné à intervenir sur l'élément régulateur du moteur,tel que le papillon pour les moteurs à carburateur ou le manchon du régulateur pour les moteurs à injection, il faudra prévoir des moyens qui permettent d'agir sur l'élément régulateur correspondant, indépendamment des conditions de marche déterminées par la position de la pédale d'accélérateur. L'idée de base de la présente invention est de permettre l'engagement d'un nouveau rapport de la boîte de vitesses après avoir atteint rapidement le régime de marche synchrone correspondant au nouveau rapport, sans utilisation de pièces mécaniques de synchronisation, par accélération ou décélération incontrôlée du moteur. Ensuite, après obtention du point de synchronisme, ce régime est maintenu à un niveau constant, par une variation instantanée du couple moteur, pendant un temps suffisant pour engager le nouveau rapport. L'accélération du moteur jusqu'à obtention du point de synchronisme se fait alors extrêmement vite, le couple moteur étant défini par la position de la pédale d'accélérateur, de la même façon le ralentissement du moteur se fait très rapidement à l'aide d'un dispositif de freinage. Ainsi, il est possible de réaliser des changements presque sans à-coups et à faible usure des rapports d'une boîte de vitesses conventionnelle à trains d'enrrenages parallèles, et par conséquent, d'en permettre l'automatistation. REVFNDlCATIONS 1. Dispositif de réalisation de marche synchrone d'une boîte de vitesses à plusieurs rapports fixes exempte d'éléments de synchronisation, qui équipe un véhicule, en particulier un véhicule automoteur muni d'un moteur à combustion interne, ce dispositif comprenant au moins un dispositif de variation du rendement de couple du moteur, une unité de commande de la boîte de vitesses et des moyens de détermination du point de marche synchrone de la boîte de vitesses, la vitesse de rotation du moteur étant modifiée, pendant le changement de vitesse, de manière qu' après le débrayage du rapport précédent, elle soit ramenée au régime correspondant au nouveau rapport, le nouveau rapport étant enclenché au moment d'obtention du point de marche synchrone , caractérisé par le fait que le dispositif (30) de variation du couple est actionné instanta ment, au moment d'obtention du point de marche synchrone, de telle sorte qu'il règle le couple dn moteur à un couple tellement bas que la vitesse de rotation du moteur reste constante ou ne varie plus que d'une manière minime. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de variation de couple est constitué par un dispositif (30) de décalage du point d'allumage du moteur à combustion interne. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le dispositif (30) de décalage du point d'allumage est réalisé d'une manière à retarder l'allumage d'un taux fixe. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le dispositif (30) de décalage du point d'allumage est réalisé de manière à ramener le point d'allumage à une valeur dépendant des conditions de fonctionnement données. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le 'dispositif de variation de couple est constitué par un dispositif destiné à modifier la position d'un élément(21) de régulation du moteur à combustion interne, indépendamment de la position de la pédale d'accélérateur. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'un dispositif est prévu qui est destiné à modifier la position du papillon ( d'un moteur à carburateur, indépendamment de la position de la pédale d'accélérateur. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'un dispositif est prévu qui est destiné à modifier la position du manchon mobile de régulateur d'un moteur à injection par pompe, indé pendamment de la position de la pédale d'accélérateur. 8. Dispositif selon une des revendications 1 à 7, caracté risé par le fait que le dispositif de variation de couple n'est actionné qu'immédiatement après obtention du point de marche synchrone à partir d'un régime plus bas, afin de réduire instantanément la variation du régime du moteur. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, lors du changement d'un rapport inférieur vers un rapport su périeur de la boîte de vitesses, après désengagement du rapport précé dent, le moteur à combustion interne est ralenti, grâce à l'action d'un dispositif de freinage, jusqu'à la vitesse de rotation correspondant au nouveau rapport. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif de freinage est constitué par un frein à friction agissant mécaniquement sur un arbre entraîné par le moteur. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif de freinage est constitué par un dispositif de coupure de l'alimentation de carburant du moteur à combustion interne. 12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif de freinage est constitué par un dispositif des tiné à fermer un papillon (21) disposé dans la conduite d'admission d'un moteur à combustion interne. 13. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif de freinage est constitué par un dispositif des tiné à fermer un volet étrangleur (34) des gaz d'échappement disposé dans la conduite (33) d'échappement du moteur. 14. Dispositif selon les revendications 8 et 9 à 13, carac térisé par le fait que, lorsque le régime est inférieur au régime de marche synchrone, le dispositif de freinage est désenclenché et le moteur est réaccéléré sans charge, selon la position de la pédale d'accélérateur, jusqu'à nouvelle obtention du point de marche synchrone, et que seulement après nouvelle obtention du point de marche synchrone à partir d'un régime alors inférieur, le dispositif (30) de variation de couple est immédiatement actionné afin de réduire instantanément la variation de la vitesse de rotation du moteur. 15. Dispositif selon une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'après l'engagement du nouveau rapport, effectué au point de marche synchrone, le dispositif (30) de variation de couple est actionné de manière à rétablir le couple du moteur de façon réglable en fonction des conditions de fonctionnement.