Brevet FR2749906A1 — publié le 19971219

AX 2749906 Dispositif de transmission de puissance à régulation de vitesse continue La présente invention concerne un dispositif de transmission de puissance, et en particulier un dispositif de transmission de puissance pourvu d'un dispositif de changement de vitesse variable comportant une unité de changement de vitesse continu. On peut classer les dispositifs de transmission de puissance pour automobiles en plusieurs groupes. Un premier groupe prévoit la combinaison d'un embrayage mécanique actionné par un utilisateur et d'un train d'engrenages, généralement appelée transmission standard ou manuelle (TM). Un deuxième groupe de dispositifs de transmission prévoit la combinaison d'un dispositif de transmission automatique pourvu d'un convertisseur de couple, et d'un train d'engrenages à commande hydraulique. Ce dispositif de transmission automatique sera appelé dans ce qui suit dispositif "TA". Un troisième groupe de dispositifs de transmission prévoit la combinaison d'un dispositif d'embrayage automatique, qui peut appartenir à un type de dispositif d'embrayage parmi d'autres, et d'un dispositif de changement de vitesse variable, par exemple du type à poulie à courroie de changement de vitesse continu. Un tel dispositif de changement de vitesse variable sera appelé dans ce qui suit dispositif "TVC" (transmission à variation continue). Un dispositif TVC est généralement conçu de manière à permettre un rapport de transmission variable en continu, moyennant quoi le rapport de la vitesse de rotation de sortie d'un moteur à la sortie du dispositif de transmission est variable en continu. De tels dispositifs TVC comprennent des courroies qui ont une grande capacité de transmission de couple. Dans un dispositif de transmission de puissance pourvu du dispositif TVC, un moteur est accouplé au dispositif TVC grâce à un dispositif d'embrayage automatique tel qu'un embrayage électromagnétique. Le dispositif d'embrayage automatique tel qu'un embrayage électromagnétique a toutefois des inconvénients. Par exemple, il ne permet pas à un véhicule d'avancer à une vitesse extrêmement basse. L'accouplement brusque d'embrayages électromagnétiques supprime la possibilité pour un véhicule d'avancer au pas. Pour améliorer les caractéristiques du véhicule, un dispositif TVC est associé dans certains cas à un convertisseur de couple. Les dispositifs TVC sont souvent utilisés dans les petites voitures, dans lesquelles l'espace a beaucoup d'importance. En conséquence, il est important de minimaliser l'espace occupé par tous les éléments de la transmission. Un problème posé par les convertisseurs de couple utilisés avec les dispositifs TVC réside dans le fait que le convertisseur de couple est grand et a un encombrement important. De plus, lorsque le convertisseur de couple est associé au dispositif TVC, la capacité du convertisseur de couple est souvent prise en compte et déterminée d'une manière semblable aux convertisseurs de couple utilisés avec un dispositif TA. Lorsqu'on détermine la capacité d'un convertisseur de couple, on calcule un coefficient de capacité exigé C à partir des caractéristiques de couple du moteur de telle sorte que la puissance du moteur puisse être augmentée au maximum. Le coefficient de capacité C représente le couple qui peut être entré dans un convertisseur de couple à une certaine vitesse de rotation, et il est exprimé par l'équation suivante: C = Ti/Ni2 dans laquelle Ti représente un couple d'entrée et Ni une vitesse de rotation d'entrée. Le coefficient de capacité C est proportionnel au diamètre extérieur d'un tore, le tore étant défini par exemple par la turbine du convertisseur de couple. Le coefficient de capacité C est proportionnel au diamètre extérieur D du tore à la puissance cinq. Il peut aussi être exprimé par l'équation suivante: C = Ti/Ni2 = K-Ds dans laquelle K est un coefficient qui est fonction du type et de la structure du convertisseur de couple, ainsi que des propriétés du fluide et du rapport de vitesse entre l'entrée et la sortie du convertisseur de couple. Sur la base des relations indiquées précédemment, la taille du convertisseur de couple est généralement déterminée à partir d'une valeur estimée du diamètre extérieur du tore (du diamètre extérieur de la turbine du convertisseur de couple). D'une manière caractéristique, un dispositif TVC est plus petit qu'un dispositif TA de capacité semblable. Il est malgré tout souhaitable de réduire la taille du convertisseur de couple utilisé avec le dispositif TVC. L'invention a pour but de proposer un dispositif de transmission de puissance qui associe un dispositif TVC et un convertisseur de couple, celui-ci ayant une taille minimale. Un autre but de l'invention est de proposer un moyen de déterminer un convertisseur de couple de taille minimale pour un dispositif de transmission de puissance comportant un dispositif TVC, de telle sorte que le dispositif TVC ait une capacité semblable à celle d'un dispositif TA mais que le convertisseur de couple prévu dans le dispositif TVC soit plus petit que le convertisseur de couple prévu dans le dispositif TA. Les principes de base des convertisseurs de couple vont maintenant être décrits afin de permettre une meilleure compréhension de l'importance de la présente invention. Un dispositif TA et un dispositif TVC diffèrent par le quotient d'un rapport de changement de vitesse maximal et d'un rapport de changement de vitesse minimal, le rapport de changement de vitesse étant défini comme le rapport de la vitesse de sortie du moteur sur la vitesse de sortie du dispositif de transmission de puissance. Le quotient des rapports de changement de vitesse maximal et minimal d'un dispositif TVC est plus élevé que pour un dispositif TA. En conséquence, si la taille du convertisseur de couple utilisé dans le dispositif TVC est définie à partir des critères qui servent à déterminer la taille du convertisseur de couple utilisé dans un dispositif TA (par exemple le coefficient de capacité C décrit plus haut), le convertisseur de couple dans le dispositif TVC aura une taille inutilement grande, comme on va l'expliquer. Voici un exemple de rapport de changement de vitesse d'un dispositif TA typique: rapport de changement de vitesse maximal (lère vitesse) = 2, 840 rapport de changement de vitesse minimal (4ème vitesse) = 0,697 Voici un exemple de rapport de changement de vitesse d'un dispositif TVC courant: rapport de changement de vitesse maximal = 2,503, et rapport de changement de vitesse minimal = 0,497. A partir de ce qui précède, le quotient des rapports de changement de vitesse maximal et minimal peut être obtenu de la manière suivante: quotient des rapports de changement de vitesse maximal et minimal d'un dispositif TA = 2,840/0,697 = 4,075 quotient des rapports de changement de vitesse maximal et minimal d'un dispositif TVC = 2,503/0,497 = 5,036 Comme le montrent ces équations, le quotient des rapports de changement de vitesse maximal et minimal d'un dispositif TVC est généralement supérieur au quotient des rapports de changement de vitesse maximal et minimal du dispositif TA. Si on considère un rapport de couple de blocage qui est un facteur typique représentant la puissance d'un convertisseur de couple, un rapport de couple de blocage du convertisseur de couple utilisé avec le dispositif TA est généralement situé dans une plage allant de 2,0 à 2, 2. Quand on souhaite qu'une force de traction d'un véhicule équipé du dispositif TA soit égale à celle d'un véhicule équipé du dispositif TVC, le rapport de couple de blocage du convertisseur de couple utilisé avec le dispositif TVC peut être inférieur à celui du convertisseur de couple utilisé avec le dispositif TA, à cause de la différence des quotients des rapports de changement de vitesse maximal et minimal décrits plus haut. Le rapport de couple de blocage du convertisseur de couple associé au dispositif TVC peut donc être déterminé de la manière suivante: (rapport de couple de blocage) x quotient (TA) / quotient (TVC) = (2,0 à 2,3) x 4,075/5,036 = 1,6 à 1,8. Ainsi, le dispositif de transmission de puissance peut avoir une puissance similaire à celle fournie par le dispositif TA. Bien que des valeurs numériques spécifiques aient été examinées à propos de cet exemple, le rapport de couple de blocage du dispositif TVC peut être inférieur de 20% à 25% à celui d'un dispositif TA ayant une capacité de transmission de couple similaire. On définit un coefficient de couple d'arbre de sortie To en divisant un couple d'arbre de sortie par le carré d'une vitesse de rotation. To peut être exprimé par l'équation suivante: To = Cs x ts dans laquelle Cs désigne un coefficient de capacité au moment du blocage, et ts un rapport de couple au moment du blocage. En conséquence, quand les coefficients de couple d'arbre de sortie To (correspondant aux forces de traction) des deux dispositifs TA et TVC sont égaux, le fait que le rapport de couple de blocage peut être réduit de 20% à 25% signifie que le coefficient de capacité Cs peut être augmenté de 20% à %. De plus, le coefficient de couple d'arbre d'entrée Ti (obtenu en divisant le couple d'arbre d'entrée par le carré de la vitesse de rotation) peut être exprimé par l'équation suivante: Ti = Cs x Ds dans laquelle D représente une taille de convertisseur de couple (diamètre extérieur d'un tore). Si on suppose que le convertisseur de couple prévu pour le dispositif TA a une taille de convertisseur de couple Da et que celui qui est prévu pour le dispositif TVC a une taille de convertisseur de couple Dc, la relation suivante est par conséquent établie lorsque les deux sont reliés aux moteurs de même puissance. (1,20 à 1,25)Cs x Dcs = Cs x Das et donc Dc = {DaS/(1,20 à 1,25)}(1/5). Cela peut être exprimé dans des relations entre le couple moteur T (N-m) et Da (mm) et Dc (m). Da = 2,5T + (185 à 198) Dc = 2,5T + (170 à 183). Selon un premier aspect de la présente invention, un dispositif de transmission de puissance pour transmettre un couple maximal T (N-m) provenant d'un moteur à un élément de sortie comprend un convertisseur de couple formé d'un rotor, d'un stator et d'une turbine, le rotor recevant la puissance provenant du moteur et la turbine définissant un tore présentant un diamètre extérieur D déterminé selon l'équation suivante: D = 2,5T + (170 à 183) dans laquelle T désigne le couple provenant du moteur. Le dispositif de transmission de puissance comprend aussi un dispositif de changement de vitesse qui est pourvu d'une unité de changement de vitesse à variation continue et qui est apte à fonctionner pour transmettre une puissance à partir de celle-ci à une vitesse variable. De préférence, un rapport d'un rapport de changement de vitesse maximal sur un rapport de changement de vitesse minimal de l'unité de changement de vitesse à variation continue est au moins égal à 5. L'unité de changement de vitesse à variation continue comprend de préférence un premier ensemble de poulies à diamètre variable, un second ensemble de poulies à diamètre variable et une courroie qui s'étend entre le premier et le second ensemble de poulies à diamètre variable. Le convertisseur de couple a de préférence un rapport de couple de blocage situé dans une plage allant de 1,6 à 1,8. Selon un autre aspect de la présente invention, un dispositif de transmission de puissance pour transmettre une puissance provenant d'un moteur à un élément de sortie comprend un convertisseur de couple formé d'un rotor, d'un stator et d'une turbine, le rotor recevant la puissance provenant du moteur et le convertisseur de couple ayant un rapport de couple de blocage qui est situé dans une plage allant de 1,6 à 1,8. Le dispositif de transmission de puissance comprend aussi un dispositif de changement de vitesse qui est pourvu d'une unité de changement de vitesse à variation continue et qui est apte à fonctionner pour transmettre une puissance à partir de celle-ci à une vitesse variable. De préférence, le rapport d'un rapport de changement de vitesse maximal sur un rapport de changement de vitesse minimal de l'unité de changement de vitesse à variation continue est au moins égal à 5. L'unité de changement de vitesse à variation continue comprend de préférence un premier ensemble de poulies à diamètre variable, un second ensemble de poulies à diamètre variable et une courroie qui s'étend entre le premier et le second ensemble de poulies à diamètre variable. La turbine définit de préférence un tore présentant un diamètre extérieur D déterminé selon l'équation suivante: D = 2,5T + (170 à 183) dans laquelle T désigne le couple provenant du moteur. Dans la présente invention, le dispositif de changement de vitesse pourvu d'une unité de changement de vitesse continu peut être alimenté par la puissance provenant du convertisseur de couple qui a une capacité de transmission de couple suffisante et une taille réduite au minimum. En conséquence, l'ensemble du dispositif de transmission peut présenter une taille et un poids réduits en raison de la taille réduite au minimum du convertisseur de couple, et en raison du fait que le dispositif de changement de vitesse utilise l'unité de changement de vitesse continu. t2749906 Le dispositif de transmission décrit précédemment utilise l'unité de changement de vitesse continu et présente le rapport de couple de blocage situé dans la plage allant de 1,6 à 1,8, qui est inférieur à celui du convertisseur de couple généralement utilisé dans un véhicule avec un dispositif TA. En conséquence, le coefficient de capacité peut être élevé et le convertisseur de couple peut donc présenter une taille et un poids réduits par rapport au convertisseur de couple à associer au dispositif TA et à accoupler à un moteur présentant la même puissance de couple. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée suivante associée aux dessins annexés. La figure 1 est une vue latérale schématique qui montre un dispositif de transmission de puissance selon un mode de réalisation de la présente invention, et la figure 2 est un graphique qui montre le rapport entre un couple moteur et la taille d'un convertisseur de couple pour une transmission automatique (TA) et un dispositif de transmission à variation continue (TVC). Selon la figure 1, le dispositif de transmission de puissance comprend un convertisseur de couple 1 accouplé à un moteur E, et un dispositif de changement de vitesse 3 destiné à transmettre une puissance du convertisseur de couple 1 à un engrenage différentiel 2. Le convertisseur de couple 1 comprend une unité de convertisseur de couple 8 qui se compose d'un rotor 5, d'une turbine 6 et d'un stator 7, et qui est apte à fonctionner pour transmettre une puissance grâce à un fluide moteur. Le convertisseur de couple 1 comprend aussi un dispositif d'embrayage à verrouillage 10 destiné à transmettre directement la puissance du moteur au dispositif de changement de vitesse 3. Le rotor 5 est accouplé à un carter avant 11 qui est lui-même relié au moteur E afin de recevoir un couple à partir de celui-ci. La turbine 6 est opposée au rotor 5 et reçoit la puissance provenant de celui-ci grâce au fluide moteur. Le stator 7 est disposé entre le rotor 5 et la turbine 6, et il est en appui dans le convertisseur de couple 1 grâce à un embrayage unidirectionnel 12. Le dispositif de changement de vitesse 3 comprend un arbre d'entrée 14, une unité d'embrayage 15 reliée à l'arbre d'entrée 14, une unité de changement de vitesse continu 16 et un train d'engrenages de sortie 17. L'unité d'embrayage 15 comprend un train d'engrenages planétaire 20, un embrayage pour marche avant 21, un embrayage pour marche arrière 22 et un arbre mené ou arbre de sortie 23. Le train d'engrenages planétaire 20 comprend un planétaire 25 accouplé à l'arbre de sortie 23, des premiers satellites 26a en prise avec le planétaire 25, des seconds satellites 26b en prise avec les premiers 26a, et une couronne de train planétaire 27 en prise avec les satellites 26b. Les premiers et seconds satellites 26a et 26b sont portés par un support 28 accouplé à l'arbre d'entrée 14. L'embrayage pour marche avant 21 est apte à fonctionner pour accoupler et libérer le support 28 par rapport à l'arbre de sortie 23. L'embrayage pour marche arrière 22 est apte à fonctionner pour permettre et empêcher la rotation de la couronne de train planétaire 27. L'unité d'embrayage 15 est conçue pour inverser sélectivement le sens de rotation du couple reçu à partir de l'arbre 14, comme on l'expliquera plus en détail. L'unité de changement de vitesse continu 16 comprend un dispositif à poulies d'entrée 30, un dispositif à poulies de sortie 31 et une courroie 34 qui relie les deux. Le dispositif à poulies d'entrée 30 comporte une poulie fixe 32 qui est fixée à l'arbre de sortie 23 et une poulie mobile 33 qui est apte à s'approcher et à s'éloigner de la poulie fixe 32. Le dispositif à poulies de sortie 31 comporte une poulie fixe 36 qui est fixée à l'arbre de sortie 35 et une poulie mobile 37 qui est apte à s'approcher et à s'éloigner de la poulie fixe 36. Dans cette unité de changement de vitesse continu 16, le quotient des rapports de changement de vitesse maximal et minimal peut être préréglé pour être égal à 5 ou plus grâce à un mouvement prédéterminé des poulies mobiles 33 et 37. Bien qu'on ne l'ait pas représenté, les poulies 33 et 37 peuvent être sollicitées à l'encontre d'un mouvement dans des sens prédéterminés par des mécanismes à ressort, des éléments d'actionnement hydrauliques, etc. Le train d'engrenages de sortie 17 comprend un engrenage de sortie 40 qui est fixé à l'arbre de sortie 35, ainsi qu'un premier et un second engrenage intermédiaire 42, 43 qui sont fixés à un contre-arbre 41. Le premier engrenage intermédiaire 42 est en prise avec l'engrenage de sortie 40 tandis que l'engrenage intermédiaire 43 est en prise avec un engrenage d'entrée 44 de l'engrenage différentiel 2. Dans le dispositif de transmission de puissance décrit précédemment, un tore de l'unité de convertisseur de couple 1 a un diamètre extérieur D (mm) dont la relation avec le couple maximal T (N-m) du moteur accouplé au dispositif de transmission de puissance est exprimée par la formule suivante: D = 2,5T + (170 à 183)... (1) Cette unité de convertisseur de couple 1 utilise un rapport de couple de blocage de 1,6 à 1,8. Le diamètre extérieur de tore D (mm) est inférieur à la taille du convertisseur de couple classique prévu pour le dispositif TA qui a généralement la même capacité de transmission de puissance. La relation est représentée sur la figure 2. Comme le montre la figure 2, le convertisseur de couple classique prévu pour un dispositif TA a une taille qui est définie dans une plage représentée par une zone A. Cela peut être exprimé dans l'ensemble par la formule générale suivante: D = 2,5T + (185 à 198)... (2) Le convertisseur de couple prévu pour le dispositif TVC a la taille qui est généralement exprimée par la formule précédente (1), et il est situé dans une plage représentée sur la figure 2 par une zone C. Comme il a été décrit plus haut, la taille du convertisseur de couple prévu pour le dispositif TVC peut il être inférieure à celle du convertisseur de couple prévu pour le dispositif TA, pour la raison suivante: comme on l'a déjà dit, le quotient des rapports de changement de vitesse maximal et minimal du dispositif TVC est généralement de 5 ou plus, et il est plus élevé que pour le dispositif TA. Quand la force de traction du véhicule équipé du dispositif TVC doit être égale à celle du véhicule équipé du dispositif TA, le rapport de couple de blocage peut être réduit en raison du quotient élevé desdits rapports de changement de vitesse. En conséquence, le rapport de couple de blocage du convertisseur de couple du dispositif TVC peut être situé dans une plage allant de 1,6 à 1,8, et sa taille peut être réduite comme on l'a déjà décrit. On va maintenant établir une comparaison basée à titre d'exemple sur les valeurs numériques spécifiques suivantes. (1) Pour un couple moteur (couple maximal) de 117,6 N-m (12 kgf-m), le convertisseur de couple prévu pour le dispositif TA a généralement un diamètre de tore de 215 à 235 mm (de 215 à 228 mm quand on le calcule d'après la formule (2)). Le convertisseur de couple prévu pour le dispositif TVC, qui a un diamètre de tore de 200 à 215 mm (de 200 à 213 mm quand on le calcule d'après la formule (1)), peut être utilisé pour atteindre une puissance similaire à celle de la combinaison du dispositif TA et du convertisseur de couple dont le diamètre de tore est de 215 à 235 mm. (2) Pour un couple moteur de 176,4 N-m (18 kgf-m), le convertisseur de couple prévu pour le dispositif TA a généralement un diamètre de tore de 230 à 245 mm ( de 230 à 243 mm quand on le calcule d'après la formule (2)). Le convertisseur de couple prévu pour le dispositif TVC, qui a un diamètre de tore de 215 à 230 mm (de 215 à 228 mm quand on le calcule d'après la formule (1)), peut être utilisé pour atteindre une puissance similaire à celle de la combinaison du dispositif TA et du convertisseur de couple dont le diamètre de tore est de 230 à 245 mm. Selon l'invention qui vient d'être décrite, le dispositif de transmission de puissance comprenant le dispositif de changement de vitesse pourvu de l'unité de changement de vitesse continu peut utiliser un convertisseur de couple d'une taille inférieure à celle du convertisseur de couple classique prévu pour le dispositif TA, et l'ensemble du dispositif de transmission peut donc présenter une taille et un poids réduits. Il est possible de modifier différents détails de ce dispositif sans sortir du cadre de l'invention. De plus, la description précédente des modes de réalisation de la présente invention est donnée à titre d'exemple nullement limitatif. - 2749906 REVENDICATIONS 1. Dispositif de transmission de puissance pour transmettre un couple maximal T (N-m) provenant d'un moteur (E) à un élément de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur de couple (1) formé d'un rotor (5), d'un stator (7) et d'une turbine (6), le rotor (5) recevant la puissance provenant du moteur (E) et la turbine (6) définissant un tore présentant un diamètre extérieur D déterminé selon l'équation suivante: D = 2,5T + (170 à 183) dans laquelle T désigne le couple provenant du moteur (E); et un dispositif de changement de vitesse (3) qui est pourvu d'une unité de changement de vitesse à variation continue (16) et qui est apte à fonctionner pour transmettre une puissance à partir de celle-ci à une vitesse variable. 2. Dispositif de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un rapport d'un rapport de changement de vitesse maximal sur un rapport de changement de vitesse minimal de l'unité de changement de vitesse à variation continue est au moins égal à 5. 3. Dispositif de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de changement de vitesse à variation continue (16) comprend un premier ensemble de poulies à diamètre variable (30), un second ensemble de poulies à diamètre variable (31) et une courroie (34) qui s'étend entre le premier et le second ensemble de poulies à diamètre variable (30, 31). 4. Dispositif de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur de couple (1) a un rapport de couple de blocage situé dans une plage allant de 1,6 à 1,8. 5. Dispositif de transmission de puissance pour transmettre une puissance provenant d'un moteur (E) à un élément de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur de couple (1) formé d'un rotor (5), d'un stator (7) et d'une turbine (6), le rotor (5) recevant la puissance provenant du moteur (E) et le convertisseur de couple ayant un rapport de couple de blocage qui est situé dans une plage allant de 1,6 à 1,8; et un dispositif de changement de vitesse (3) qui est pourvu d'une unité de changement de vitesse à variation continue (16) et qui est apte à fonctionner pour transmettre une puissance à partir de celle- ci à une vitesse variable. 6. Dispositif de transmission de puissance selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un rapport d'un rapport de changement de vitesse maximal sur un rapport de changement de vitesse minimal de l'unité de changement de vitesse à variation continue est au moins égal à 5. 7. Dispositif de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de changement de vitesse à variation continue (16) comprend un premier ensemble de poulies à diamètre variable (30), un second ensemble de poulies à diamètre variable (31) et une courroie (34) qui s'étend entre le premier et le second ensemble de poulies à diamètre variable (30, 31). 8. Dispositif de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine (6) définit un tore présentant un diamètre extérieur D déterminé selon l'équation suivante: D = 2,5T + (170 à 183) dans laquelle T désigne le couple provenant du moteur (E).