Brevet FR2650357A1 — publié le 19910201

La présente invention concerne un dispositif de couplage et embrayage destiné à l'équipement des véhicules ou engins à moteurs. Il comporte un mécanisme différentiel associé à un système ralentisseur et frein permettant la transmission du couple moteur dans les différentes conditions d'utilisation. Ce dispositf est destiné à faciliter la conduite lors du démarrage et des changements de vitesses notamment par la maîtrise du couple de démarrage et la suppression des à-coups dans les changements de vitesses. Il permet de soulager ou supprimer le patinage des pièces de friction dans la transmisssion de puissance. L'entretien et le démontage des pièces de friction sont simplifiés. Dans l'état actuel de la technique le système de transmission du couple moteur le plus couramment utilisé consiste à intercaler entre le moteur et la boite de vitesses un embrayage à disque dont la manoeuvre est effectuée par le conducteur du véhicule ou engin. Un autre système courant consiste à utiliser un convertisseur de couple hydraulique associé à une boite de vitesses à trains planétaires, permettant d'assurer l'automatisme intcgral de la transmission. D'autres systèmes destinés à faciliter la transmission du couple et le passage des vitesses font intervenir des oprmnandes pneumatiques ou électriques, l'une des dernières réalisations étant un système comportant un embrayage à disque à commande assistée et pilotée par micro-calculateur. Les convertisseurs et coupleurs hydrauliques procurent un grand confort de conduite mais ils absorbent une part non négligeable de la puissance disponible; ils entraînent une diminution des performances sauf à adjoindre des système de blocage qui augmentent la complexité et le coût de ces types de transmissions. Les embrayages par friction nécessitent pour leur manoeuvre une attention soutenue pour doser l'effort lorsque les plateaux arrivent en contact afin d'éviter les à-coups. Les frottements provoquent échauffement et usure des pièces en contact ill,nsuit des frais d'entretien d'autant plus importants que l'embrayage est plus fréquemment utilisé (circulation en ville) ou durenuent sollicité (traction de charges lourdes). Les embrayages par friction à commande assistée épargnent la fatigue du conducteur mais provoquent comme sur l'embrayage classisque frottements etusure des pièces de friction. Le dispositif selon l'invention permet de réduire l'usure et les frais d'entretien des pièces d'accouplement et il permet par ailleurs d'obtenir au démarrage la souplesse d'un coupleur hydraulique tout en préservant les performances aux vitesses supérieures. Selon le modèle de principe présenté figure 1, le dispositif comporte un mécanisme différentiel (1) intercalé entre l'arbre moteur (2) et l'arbre entraîné (3); l'arbre (4) en sortie du différentiel est solidaire d'un ensemble assurant les fonctions frein (5) et ralentisseur (6). Le ralentisseur permet de régler et contrôler le couple transmis à l'arbre (3) il peut agir par action mécanique, hydraudynamique ou électromagnétique selon le choix de construction. Le frein permet le blocage de la couronne (7) et par suite l'accouplement sans glissement des arbres (2) et (3). Le différentiel, le frein , le ralentisseur et les commandes correspondantes directes ou assistées, constituent un organe de transmission du couple moteur permettant l'adaptation du couple lors du démarrage et des changements de vitesses. A l'arrêt, première vitesse engagée, l'arbre (3) ne tourne pas et le frein (5) est libre; il en résulte que la vitesse de rotation des disques so lidaires de la couronne est proportionnej å la vitesse de rotation du moteur, le rapport de proportionnalité étant tn élément de construction choisi pour optimiser les dimensions du ralentisseur. Pour démarrer, le ralentisseur (6) entre en action; le couple transmis à l'arbre (3) est réglé par le couple du ralentisseur. L'action du ralentisseur cesse lorsque le frein immobilise la couronne (7); un asservissement entre la vitesse du moteur entraînant l'arbre (2) et la vitesse de l'arbre (3) permet d'opérer le blocage du frein (5) lors du passage de ltarbre (4) à vitesse réduite ou sensiblement nulle. Le dispositif présenté figure 1 permet de - obtenir le démarrage en introduisant un organe de transmission du couple dont le réglage et la progression sont fixés, dans la limite du couple disponible, indépendanmment du couple moteur. Le contrôle du couple transmis peut être réalisé par commande directe'ou assistée. - obtenir, lors des changements de vitesses le couplage de l'arbre moteur et de l'arbre entraîné par freinage de l'arbre (4) lorsque ce dernier tourne. à vitesse réduite ou sensiblement nulle. Ce résultat implique un asservissement de la vitesse moteur à la vitesse de l'arbre (3) pendant la durée de passage de vitesse. - éviter le glissement entre les arbres (2) et (3) hors périodes de démarrage et changements de vitesses. - utiliser des pièces d'usure fixes accessibles à l'extérieur des carters habituels des mécanismes de transmission. - disposer d'un système modulable selon le type de conduite recherché conduite normale, assistée ou entièrement automatique. Ce dispositif permet en outre de : - ne pas caler le moteur au démarrage par fausse manoeuvre de la commande de l'embrayage, par suite du glissement autorisé par le ralentisseur. - conserver la première vitesse engagée et embrayée lors des démarrages fréquents. - démarrer le moteur par entraînement du moteur en bloquant l'arbre (4). - apporter momentanément de la souplesse à bas régime, sans changer de vitesse en désaccouplant le frein (5) et en accouplant le ralentisseur (6). - conserver au conducteur l'autonomie de décision de passage des vitesses ou bien assurer ces passages par automatisme selon les équipements auxiliaires adjoints. Une première version simplifiée du dispositif est présentée figure 2. Dans ce cas, c'est le frein lui-même qui assure d'une part pendant la période de glissement la fonction de ralentisseur et d'autre part la fonction frein hors des périodes de d6harrage. Le dispositif de transmission du couple entre le moteur (10) et la boite de vitesse à trains parallèles (11) est constitué par le différentiel (1) équipé sur l'arbre de sortie (4) d'un frein à disque (5) avec bloc de freinage (8). Au point mort le disque du frein est libre, les garnitures de friction étant séparées du disque. Lorsqu'une vitesse est engagée, le freinage du disque effectué de façon progressive ralentit la couronne (7) et provoque la rotation de l'arbre primaire (3) de la boite de vitesses. Lorsque le disque du frein est immobilisé, l'arbre (3) est entraîné sans aucun glissement. Vis à vis d'un embrayage à disque classique monté entre les arbres (2) et (3), le dispositif de la figure 2 présente l'avantage d'utiliser des pièces d'usure fixes et accessibles à l'extérieur des carters de transmission : il en résulte une facilité de démontage ,et d'entretien. Dans l'exemple présenté figure 3, le dispositif de transmission du couple entre le moteur (10) et la boite de vitesses à trains parallèles (11) est constitué par le différentiel (1) équipé sur l'arbre de sortie (4) d'un frein à disque (5) avec bloc de freinage (8) et d'un ralentisseur électromagnétique (6) équipé d'électro-aimants (9); un embrayage à disque (12) placé sur l'arbre entraîné (3) entre le différentiel (1) et la boite de vitesses est destiné à soulager les synchroniseurs de la boite de vitesses. Son fonctionnement précède celui du frein (5). Le fonctionnement de principe revient donc à celui de la figure 1. Ce dispositif monté sur véhicule lourd ou sur véhicule remorquant une charge ou caravanne permet de soulager le patinage de l'embrayage - lors du démarrage, le patinage de l'embrayage est supprimé; c'est le glissement du ralentisseur qui permet l'entraînement progressif du véhicule. - lors des changements de vitesses le couplage se produit sans à-coups, le blocage du frein étant réalisé à son passage à vitesse zéro. I1 en résulte une économie de l'embrayage; une action progressive du couple de démarrage et une grande facilité de passage des vitesses. L'exemple présenté figure 4 est similaire à l'exemple donné figure 3, le ralentisseur étant constitué dans ce cas par le rotor (6) d'un ralentisseur hydraudynamique (13) : ce dispositif convient plus particulièrement aux véhicules lourds. Dans l'exemple présenté figure 5, le dispositif de transmission du couple entre le moteur (10) et la boite de vitesses à trains planétaires (14) est constitué par le différentiel (1) équipé sur l'arbre de sortie (4) d'un disque unique (15) en regard duquel sont montés le bloc de freinage (8) et les électraimants (9). Ce disque unique permet d'obtenir l'effet combiné ralentisseur et frein. Le fonctionnement de principe est celui de la figure 1. Cet ensemble est plus compact que celui présenté figure 3; il assure une action progressive du couple de démarrage et l'absence d'à-coups au passage des vitesses. Son encombrement réduit permet de le monter sur véhicule léger. Ce dispositif est adapté à la circùlation en zone urbaine suscitant arrêts et démarrages fréquents. Les dispositifs présentés sur les figures 2, 3, 4 et 5 peuvent être équipés pour conduite conventionnelle, en apportant au conducteur le confort de conduite, la préservation des performances, la maîtrise du choix des rapports de boite. Ils se prêtent également au montage d'équipements annexes comprenant capteurs de vitesses, capteurs de position, asservissements et calculateur permettant un automatisme intégral du passage des vitesses. REVENDICATIONS 1) Dispositif de couplage et embrayage pour la transmission de puissance des véhicules ou engins à moteurs caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme différentiel (1) intercalé entre l'arbre moteur (2) et l'arbre entrainé (3), l'arbre (4) en sortie du différentiel étant solidaire d'un frein (5). La transmission du couple est obtenue par l'action et l'adaptation de la force de serrage des garnitures de frein. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'arbre (4) est solidaire d'un frein (5) auquel est adjoint un ralentisseur (6), la transmission du couple au démarrage et à certains régimes étant déterminée par l'action et le réglage du ralentisseur (6), le frein (5) ayant alors pour fonction aux autres régimes de supprimer le glissement du ralentisseur en bloquant la couronne (7). 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le frein (5) est constitué par un disque solidaire de l'arbre (4) et équipé d'un bloc de freinage (8). Le couple de freinage est obtenu par la force de serrage des garnitures de friction du bloc de freinage. 4) Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que le ralentisseur (6) est constitué par un ralentisseur hydraudynamique, le couple étant obtenu par l'action, l'adaptation et le réglage de l'écoulement du liquide dans les roues à aubes de l'ensemble pompe, turbine et système de refroidissement. 5) Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que le ralentisseur (6) est constitué par un disque métallique solidaire de l'arbre (4)-formant le rotor d'un ralentisseur électromagnétique, le couple étant obtenu par l'action, l'adaptation et le réglage du champ magnétique engendré par des électro-aimants (9). 6) Dispositif selon les revendications 2, 3 et 5 caractérisé en ce que les -fonctions frein et ralentisseur sont assurées par un seul disque métallique équipé d'un bloc de freinage (8) et de bobines d'électro-aimants (9).