Brevet FR2690393A1 — publié le 19931029

Ensemble d'entraînement, notamment pour des véhicules automobiles La présente invention concerne un ensemble d'entraînement, notamment pour des véhicules automobiles, avec un moteur à combustion, avec au moins un compresseur du type volumétrique, qui est incorporé dans la transmission de force par l'intermédiaire d'organes d'un train plané- taire, qui peut être commandé et réglé à l'aide de soupapes, qui sert côté aspiration au refroidissement de l'installation, côté moteur à la suralimentation du moteur et côté sortie à l'augmentation du régime à la sortie de la transmission, et qui est doté d'organes de commande et de réglage pour régler et maintenir des états de marche pré- déterminables. De tels ensembles, dans lesquels des différences d'air ou de pression d'air sont utilisées comme moyens pour la transmission de force et dans lesquels le moteur, le suralimenteur et la transmission sont in- corporés de telle sorte que leurs actions se complètent, sont connus. Le document DE-C 36 11 171 décrit ainsi un ensemble d'entraînement qui est maintenu thermiquement stable par la détente d'un volume d'air et le soutirage de chaleur qui en résulte; l'ensemble d'entraînement peut ainsi être suffisamment chargé Sur cette base, on peut obtenir une amplification de couple au moyen de jeux de pignons satellites consécutifs, en les combinant éventuellement à des éléments à roue libre; mais l'amplification ne peut être obtenue que par paliers. Le document DE-C 37 20 236 décrit un ensemble qui contient une ampli- fication de couple réglable en continu au moyen de compresseurs dis- posés à rotation Toutefois, des compresseurs montés à rotation pré- sentent des masses rotatives élevées, et une sollicitation correspon- dante des paliers porteurs De plus, des dépenses techniques de construction supplémentaires sont nécessaires pour le guidage des vo- lumes d'air respectivement comprimés ou détendus, afin d'obtenir sans limitation l'effet recherché par rapport au carter de transmission immobile. Les deux modes de réalisation nécessitent une boîte séparée de renver- sement de marche, et supposent la présence de dispositifs de freinage conventionnels pour l'arbre de sortie. On connaît par le document DE-C 40 32 851 une amplification de couple réglable en continu, qui contient un couplage aérostatique de plu- sieurs compresseurs Cette amplification de couple présente, avec un faible coût mécanique, toutes les fonctions d'entraînement nécessaires (y compris un retardeur et une boîte de renversement de marche), et elle peut être réalisée d'une manière homogène Toutefois, elle néces- site une part relativement élevée de technique de circulation et de réglage. La présente invention a pour but de fournir un ensemble d'entraînement du type décrit en introduction dont la transmission de force comprend une amplification de couple réglable en continu pour une plage de dé- multiplication jusqu'au moins la démultiplication 1:1, seul un com- presseur coopérant comme organe de réaction, dont le carter est relié fixement au carter de transmission. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que la transmission comprend un groupe réducteur constitué d'au moins une boîte collec- trice, de préférence avec des pignons satellites échelonnés, avec une entrée côté moteur et le porte-satellites comme sortie vers l'arbre de sortie de la transmission, et un différentiel dans lequel coopèrent deux trains planétaires combinés à la manière d'un parallélogramme ar- ticulé, qu'un planétaire respectif est couplé à des pignons satellites de la boîte collectrice, ou à sa partie centrale, la rotation propre de ces pignons satellites étant maintenue proportionnelle à une diffé- rence de régime des deux planétaires, que deux organes de transmission supplémentaires se trouvent dans un rapport relatif de régime constant, que les autres organes de transmission s'appuient tangen- tiellement contre le carter, au moins un des organes de transmission étant appuyé contre le carter par l'intermédiaire d'un premier com- presseur assemblé fixement au carter de transmission, l'arbre d'entrée/sortie du premier compresseur étant conçu pour transmettre en retour la force d'entraînement avec un régime réglable en continu, et un étranglement du régime du compresseur réduisant par paires les dif- férences variables de régime entre les différents organes du différentiel. L'invention repose sur le fait de transformer la rotation propre des pignons satellites de la boîte collectrice en une différence de régime de deux planétaires, et à rendre cette différence, et par suite la ro- tation propre des pignons satellites, pneumo-mécaniquement réductible à l'aide d'un différentiel spécial et d'un compresseur à carter im- mobile, avec un appui tangentiel contre le carter de transmission. Le différentiel transforme les vitesses angulaires des deux plané- taires, qui peuvent être aussi bien identiques que différentes et qui présentent périodiquement des sens opposés, en un régime de l'arbre d'entrée/sortie du compresseur qui leur est proportionnel (c'est-à- dire qui est déterminé d'une manière univoque par la différence des vitesses angulaires, abstraction faite d'un facteur fonction de la construction), et vice versa. Par exemple, le régime du compresseur est maximal au ralenti (c'est-à- dire avec une rotation propre maximale des pignons satellites). Lorsque l'arbre du compresseur est immobilisé, la rotation propre des pignons satellites disparaît, et le rapport de démultiplication est, avec une transmission directe sur l'arbre de sortie, égal à 1:1. Le réglage du rapport de démultiplication sous charge s'effectue chaque fois en continu par étranglement du débit de refoulement du compresseur (Vi), de préférence à l'aide de soupapes d'étranglement. Les principaux avantages de l'invention par rapport aux exécutions connues sont les suivants: une amplification de couple réglable en continu sur la base d'un ap- pui tangentiel contre le carter de transmission, à l'aide d'un compresseur comme organe de réaction, dont le carter est assemblé fixement au carter de transmission, une part élevée de mécanique conventionnelle, sans freins, em- brayages, éléments de roue libre, etc, combinée avec une partie pneu- matique dans laquelle il faut seulement régler un débit de refoulement étranglable et une relation entre surpression et dépression, et ainsi un coût de développement relativement faible pour un ensemble d'entraînement qui présente tous les avantages et conséquences avanta- geuses d'une transmission réglable en continu, convenant également pour des charges élevées. Selon une caractéristique supplémentaire avantageuse de l'invention, le groupe réducteur contient plusieurs boîtes collectrices reliées en série, un organe de chaque boîte collectrice étant couplé fixement ou solidairement en rotation à l'arbre de sortie Cela permet d'augmenter le bras de force effectif qui agit sur le différentiel à partir du vi- lebrequin, et ainsi d'augmenter le couple maximal transmissible Cela peut être par exemple utilisé pour la phase de démarrage du véhicule, ou pour des charges élevées par rapport à la puissance du moteur Les boîtes collectrices sont couplées à l'arbre de sortie, de sorte qu'elles tournent avec la démultiplication 1:1, comme un arbre. Selon une caractéristique supplémentaire avantageuse de l'invention, un second compresseur réglable en continu, du type volumétrique, est incorporé dans la transmission de force Selon une caractéristique supplémentaire, le second compresseur réglable en continu est couplé à un arbre de transmission qui est mécaniquement guidé de telle sorte que son régime est toujours supérieur ou égal au régime de l'arbre de sortie, et qui transmet un couple de décélération sur l'arbre de sor- tie lors d'un étranglement du second compresseur, et inverse la direc- tion de rotation de l'arbre de sortie lors d'une réduction suffisante de son régime Selon une caractéristique supplémentaire, les compres- seurs sont couplés aêrostatiquement dans une partie de la plage de dé- multiplication par l'intermédiaire d'un volume d'air détendu et/ou comprimé, une partie supplémentaire de la force de réaction produite sous charge par le premier compresseur pouvant être transmise sur le second compresseur, et par ce dernier sur la sortie de la transmis- sion Enfin, selon une dernière caractéristique supplémentaire de l'invention, les organes de transmission supplémentaires, qui se trou- vent dans un rapport mutuel de régime constant, sont mutuellement re- liés en solidarité de rotation. Un retardeur à action pneumatique, avec une transition sans à coups sur la marche arrière de l'arbre de sortie, complète les fonctions d'entraînement d'une manière homogène Le second compresseur utilisé à cet effet fournit en outre une quantité supplémentaire d'air de sur- alimentation, notamment lorsque le débit de refoulement du premier compresseur est étranglé Une amplification supplémentaire du couple de sortie peut être obtenue, notamment pour la phase de démarrage du véhicule si, conformément à une des caractéristiques supplémentaires précitées de l'invention, les circuits de refoulement du premier et du second compresseurs sont, par l'intermédiaire de chambres d'air, mu- tuellement reliés de telle sorte que le second compresseur absorbe l'énergie de pression du premier compresseur et joue dans cette phase le rôle de moteur pneumatique dans l'ensemble d'entraînement Des sou- papes d'isolement assurent alors une déconnexion automatique des com- posants aérostatiques dans la plage de démultiplication supérieure. La construction et la configuration de l'ensemble d'entraînement selon l'invention peuvent être largement adaptées aux exigences respectives, de sorte qu'on peut obtenir une application tant pour des couples d'entraînement relativement faibles que pour des charges élevées ou encore de hautes exigences de puissance. Le besoin d'une transmission réglable en continu, qui utilise d'une manière optimale la force du moteur, soit la plus simple possible et puisse simultanément subir des charges élevées, existe depuis qu'il y a des moteurs à combustion, et il augmente encore plus avec l'accroissement de la densité du trafic et les restrictions externes qui en résultent, et ce d'autant plus que le régime du moteur des systèmes d'entraînement conventionnels diffère sans cesse de la valeur chaque fois optimale. L'invention est représentée sur les dessins annexés L'exposé qui suit décrit plus en détail le mode de fonctionnement de trois exemples de réalisation de l'invention, qui présentent des volumes fonctionnels différents, à l'aide des figures 1 à 3, dans lesquelles: la figure la représente le plan schématique de transmission pour une exécution ( 1), avec un groupe réducteur simple G 11, un différentiel G 12 et le raccordement à un compresseur Vi, entraînement: à partir du vilebrequin 110, sortie: vers le planétaire 190, marche avant uniquement; la figure lb représente le circuit pneumatique pour une exécution ( 1), avec le compresseur VI et le raccordement mécanique au différentiel G 12, admission: de l'extérieur (E) échappement: vers le moteur (M); la figure 2 a représente le plan de transmission schématique pour une exécution ( 2), avec un réducteur à échelonnement radial G 21, un diffé- rentiel G 22 et les raccordements aux compresseurs Vi et V 2, entraînement: depuis le vilebrequin 210, sortie: vers l'arbre 290, marche avant et marche arrière; la figure 2 b représente le circuit pneumatique pour une exécution ( 2), avec les compresseurs Vi et V 2 et les raccordements respectifs vers le différentiel G 22 et le réducteur G 21, admission: de l'extérieur (E), échappement: vers le moteur (M); la figure 3 a représente le plan de transmission schématique pour une exécution ( 3), avec un réducteur à échelonnement coaxial G 31, un dif- férentiel G 32 et les raccordements vers les compresseurs Vi et V 2, entraînement: depuis le vilebrequin 310, sortie: vers l'arbre 390, marche avant et marche arrière, partiellement avec amplification aérostatique; la figure 3 b représente le circuit pneumatique pour une exécution ( 3), avec les compresseurs Vi et V 2 et les raccordements respectifs vers le différentiel G 32 et vers le groupe réducteur G 31, admission: de l'extérieur (E), ou de l'autre compresseur respectif, échappement: vers le moteur (M), ou vers l'autre compresseur respectif. Dans l'exemple de réalisation ( 1), représenté schématiquement sur les figures la et lb, l'entraînement s'effectue par le vilebrequin 110 sur le planétaire 111 d'une boîte collectrice, d'o il est dirigé sur les pignons satellites échelonnés 112/114 La charge agit sur le pignon de sortie 190, qui est monté sur la partie centrale 113 du train plané- taire L'effet de freinage qui en résulte engendre initialement un mouvement d'évitement sous la forme d'une rotation propre des pignons satellites 112/114. Les pignons centraux 115, qui sont des pignons droits, et les pignons 116, qui sont des pignons creux, engrènent avec les pignons satellites 114 et transforment ainsi la rotation propre des pignons satellites 112/114 en une différence de régime sur l'axe principal de la trans- mission Ils sont par ailleurs couplés par l'intermédiaire d'un arbre creux au différentiel G 12, qui est constitué pour l'essentiel de deux trains planétaires mutuellement reliés à la manière d'un parallélo- gramme articulé, dont l'un est activé comme boîte collectrice et l'autre comme boîte distributrice. La force d'entraînement est dirigée par le pignon droit 115 dans le différentiel par l'intermédiaire du planétaire 121, et elle y produit initialement un mouvement d'évitement des pignons satellites 122, qui sont couplés par l'intermédiaire du pignon creux 124 à l'arbre d'entrée/sortie du compresseur Vl Les soupapes d'étranglement D 11, D 12, ainsi que la soupape de reflux ou de dérivation D 13, sont initia- lement ouvertes; ce mouvement d'évitement est freiné en étranglant le flux d'air à l'aide des soupapes Dli, D 12. La force d'entraînement provenant du planétaire 121 et la force de réaction produite par le compresseur Vl sont alors rassemblées sur la partie centrale double 123, et transmises ainsi au côté de sortie du différentiel, o la force résultante est répartie par les pignons sa- tellites 126 sur les pignons centraux 125 et 127 Le pignon 125, à denture intérieure, est assemblé fixement au carter de transmission, de sorte que le pignon droit 127 bénéficie d'un régime double de celui de la partie centrale 123, qu'il transmet sur le pignon creux 116 par l'intermédiaire de l'arbre creux commun. La partie centrale double 123 du différentiel tourne par ailleurs li- brement, de sorte que les forces du côté d'entrée et du côté de sortie du différentiel peuvent transmettre une paire de forces à orientation tangentielle sur les pignons satellites 114, qui s'oppose à leur rota- tion propre et dont les composantes, à l'échelle scalaire et en pré- sence d'une charge correspondante, peuvent être supérieures à la force d'entraînement exercée par le moteur sur le pignon 111 Le compresseur Vl sert ici d'organe d'assistance variable entre l'entraînement (réduit) et le carter de transmission. La fonction de pont de la partie centrale double 123 permet d'une part de conserver l'action d'assistance pendant la révolution des pignons satellites, et d'autre part d'obtenir une démultiplication totale de 1:1. Au ralenti, la rotation propre des pignons satellites 112/114 est maximale Le régime de l'arbre de sortie augmente dans la mesure de la diminution de cette rotation propre suite à l'étranglement du flux de refoulement dans le compresseur Vi Mais cela réduit également le de- gré de démultiplication: la quote-part des composantes d'entraînement transmises en retour sur les pignons satellites 112/114 par l'intermédiaire du côté de sortie du différentiel augmente, et l'amplification du couple de sortie diminue en conséquence. A la démultiplication 1:1, la rotation propre des pignons satellites 112/114 est égale à zéro, et le couple d'entraînement et le couple de sortie sont identiques Dans ce cas, la boîte collectrice Gll tourne comme un arbre compact, les roues droites 121 et 127 du différentiel G 12 tournent à la même vitesse angulaire (par l'intermédiaire des pi- gnons satellites 122 et 126) sur les pignons creux immobiles 124 et 125, et la puissance de refoulement du compresseur Vl disparaît. Les figures 2 a et 2 b représentent un exemple d'exécution ( 2) avec un groupe réducteur G 21 développé et un second compresseur V 2. Deux boîtes collectrices, présentant chacune des pignons satellites échelonnés, sont ici montées en série sur un porte-satellites 213, le flux de force provenant du vilebrequin 210 passant par les pignons 211, 212, 214, 215, 216, 217 et par un arbre creux pour atteindre le différentiel G 22, et de là, comme dans l'exécution ( 1), revient sur la partie centrale 213 par l'intermédiaire des organes 221, 222, 223, 226, 227, et atteint ainsi l'arbre de sortie 290. Le porte-satellites 213 absorbe ici directement une composante de la paire de forces transmise en retour, qui est produite par la force de réaction du compresseur Vl lors de l'étranglement de son débit de re- foulement au moyen des soupapes D 21, D 22, tandis notamment que les soupapes D 23, D 24 sont ouvertes. Les soupapes d'étranglement D 23, D 24 servent à étrangler en cas de be- soin le débit de refoulement du compresseur V 2, et à transmettre ainsi un couple de décélération sur l'arbre creux pourvu du pignon creux 217, tandis que les soupapes D 21, D 22 sont maintenant ouvertes. L'effet de freinage qui en résulte sur la partie centrale 213 engendre obligatoirement une réduction du régime de sortie et, lorsque la ré- duction de la vitesse angulaire de l'organe 217 est suffisante, il s'ensuit une inversion de la direction de rotation de la partie cen- trale 213, et donc de l'arbre de sortie 290. Les soupapes d'étranglement D 25, D 26 servent uniquement de soupapes de compensation ou encore de reflux, d'une manière analogue à la soupape D 13 de l'exécution ( 1). Dans l'exemple d'exécution ( 3), schématiquement représenté sur les fi- gures 3 a et 3 b, le groupe réducteur G 31 comprend deux boîtes collec- trices montées coaxialement et reliées en série, pourvues de pignons satellites échelonnés, ainsi qu'un différentiel G 32, qui correspond par exemple au différentiel G 22 de l'exécution ( 2) En outre, dans l'exécution ( 3), il est prévu un couplage aérostatique des compres- seurs Vl et V 2, qui agit d'une manière relativement simple et seule- ment pour une partie de la plage de démultiplication, donc sans limi- tation due au patinage de détente ou d'expansion d'origine aéro- statique à proximité de la démultiplication 1:1. La force d'entraînement est transmise par le vilebrequin 310 sur le différentiel G 32 en passant par les organes 311, 312, 313, 321, 322, 324, 325, 331, et elle dispose ainsi d'un bras de force allongé, côté entraînement, par rapport à l'organe d'assistance variable 334 du dif- férentiel G 32. Le groupe réducteur G 31 est relié à l'arbre de sortie 390 par le pi- gnon creux 315 et les pignons satellites échelonnés 323/326, de sorte qu'ici aussi, pour la démultiplication 1:1, tous les éléments du groupe G 31 tournent comme un seul arbre. La décélération et la marche arrière de l'arbre de sortie 390 sont ob- tenues, comme dans l'exécution ( 2), par étranglement du compresseur V 2, couplé au pignon droit 325. Si, lors du démarrage du véhicule, on active initialement uniquement les soupapes d'étranglement D 35, D 36, le mouvement d'évitement du com- presseur Vl produit, sous charge, c'est-à-dire par rapport à la partie centrale double 333, d'une part un flux de refoulement qui est dirigé sur la surface de section du compresseur V 2 qui est active pour l'établissement de pression; d'autre part, le compresseur Vl aspire ainsi de l'air qui est au moins partiellement extrait du débit de refoulement du compresseur V 2. L'intensité du couple d'origine aérostatique, qui revient du compres- seur Vi sur le moto-compresseur V 2 et ainsi sur l'arbre creux entre les organes 325 et 331, dépend de l'étranglement des soupapes D 35 et D 36 L'adaptation entre la surpression et la dépression fournit la stabilité thermique nécessaire Les soupapes d'isolement Si et 52 em- pêchent dans cette phase un reflux indésirable. Lors d'une nouvelle accélération du véhicule, c'est-à-dire lors d'un nouvel étranglement du débit de refoulement du compresseur Vi, et d'une augmentation simultanée du régime de l'organe 325 et donc du dé- bit de refoulement du compresseur V 2, l'étranglement du compresseur Vi s'effectue à nouveau au moyen des soupapes D 31, D 32, comme dans l'exécution ( 2), et les soupapes d'isolement Si et 52 libèrent automa- tiquement le flux d'air pour le compresseur V 2 Les soupapes d'étranglement D 33, D 34 servent à utiliser le compresseur V 2, par l'intermédiaire du pignon droit 325, pour la fonction de retardement précitée et la marche arrière de l'arbre de sortie. D'autres exécutions sont envisageables dans le cadre de l'invention. Par exemple, on peut en principe développer à volonté le groupe réduc- teur au moyen de boîtes collectrices montées en amont, également sans pignons satellites échelonnés ou sans pignons creux Comme organes de soutien pour le différentiel, on peut aussi envisager, par exemple, deux arbres, tournant en sens contraires, d'un compresseur assemblé fixement au carter de transmission, arbres dont le régime est maintenu inversement proportionnel à l'étranglement du compresseur. L'accouplement des différents organes de transmission peut lui aussi être modifié et, sans quitter le cadre de l'invention, on peut par exemple remplacer les pignons droits et les pignons creux par des pi- gnons coniques et des couronnes. REVENDICATIONS 1 Ensemble d'entraînement, notamment pour des véhicules automo- biles, avec un moteur à combustion, avec au moins un compresseur du type volumétrique, qui est incorporé dans la transmission de force par l'intermédiaire d'organes d'un train planétaire, qui peut être com- mandé et réglé à l'aide de soupapes, qui sert côté aspiration au re- froidissement de l'installation, côté moteur à la suralimentation du moteur et côté sortie à l'augmentation du régime à la sortie de la transmission, et qui est doté d'organes de commande et de réglage pour régler et maintenir des états de marche prédéterminables, caractérisé en ce que la transmission comprend un groupe réducteur (G 1, G 21, G 31) constitué d'au moins une boîte collectrice, de préférence avec des pi- gnons satellites échelonnés, avec une entrée côté moteur et le porte- satellites comme sortie vers l'arbre de sortie de la transmission, et un différentiel (G 12, G 22, G 32), dans lequel coopèrent deux trains planétaires combinés à la manière d'un parallélogramme articulé, en ce qu'un planétaire respectif est couplé à des pignons satellites de la boîte collectrice, ou à sa partie centrale, la rotation propre de ces pignons satellites étant maintenue proportionnelle à une diffé- rence de régime des deux planétaires, en ce que deux organes de transmission supplémentaires se trouvent dans un rapport relatif de régime constant, en ce que les autres organes de transmission s'appuient tangentiel- lement contre le carter, au moins un des organes de transmission étant appuyé contre le carter par l'intermédiaire d'un premier compresseur (Vi) assemblé fixement au carter de transmission, l'arbre d'entrée/sortie du premier compresseur (Vi) étant conçu pour trans- mettre en retour la force d'entraînement avec un régime réglable en continu, et un étranglement du régime du compresseur réduisant par paires les différences variables de régime entre les différents or- ganes du différentiel. 2 Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le groupe réducteur (G 1 l, G 21, G 31) contient plusieurs boîtes collectrices reliées en série, un organe de chaque boîte collectrice étant couplé fixement ou solidairement en rotation à l'arbre de sortie. 3 Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un second compresseur réglable en continu (V 2), du type volumé- trique, est incorporé dans la transmission de force. 4 Ensemble d'entraînement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second compresseur réglable en continu (V 2) est couplé à un arbre de transmission qui est guidé mécaniquement de telle sorte que son régime est toujours supérieur ou égal au régime de l'arbre de sor- tie, et qui transmet un couple de décélération sur l'arbre de sortie lors d'un étranglement du second compresseur (V 2), et inverse la di- rection de rotation de l'arbre de sortie lors d'une réduction suffi- sante de son régime. 5 Ensemble d'entraînement selon les revendications 3 et 4, carac- térisé en ce que les compresseurs (Vl et V 2) sont couplés aérostati- quement dans une partie de la plage de démultiplication par l'intermédiaire d'un volume d'air détendu et/ou comprimé, une partie supplémentaire de la force de réaction produite sous charge par le premier compresseur (Vi) pouvant être transmise sur le second compres- seur (V 2), et par ce dernier sur la sortie de la transmission. 6 Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de transmission supplémentaires, qui se trouvent dans un rapport mutuel de régime constant, sont mutuellement reliés en solidarité de rotation.