Brevet FR2780131A1 — publié le 19991224

-1- PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DE LA LUBRIFICATION D'UNE BOITE DE VITESSES MECANIQUE La présente invention se rapporte à la lubrification des boîtes de vitesses mécaniques, c'est à dire des boîtes dont l'engagement d'un rapport est assuré par le crabotage d'un pignon fou sur un arbre, au moyen d'une fourchette de commande montée sur un axe coulissant dans les paliers des carters de la boîte. Plus précisément, cette invention concerne la lubrification d'une boite de vitesses à arbres parallèles disposés à l'intérieur d'un carter muni d'une paroi intermédiaire délimitant à l'intérieur de celui-ci un compartiment qui renferme au moins une paire de pignons, tout en autorisant la circulation de l'huile entre ce compartiment et le reste du carter. La lubrification, dite "par barbotage", repose sur l'immersion totale ou partielle des trains d'engrenages dans un lubrifiant contenu par les carters. A l'arrêt, le lubrifiant a un premier niveau, dit "niveau statique", généralement déterminé de manière à satisfaire les conditions de lubrification de la boîte de vitesses en fonctionnement dynamique, nécessitant que tous les points (engrènements, synchroniseurs, paliers et roulements, joints,...). subissant un frottement soient protégés par un film de -2- lubrifiant. Lors des essais, la validation de ce premier niveau est déterminée par la tenue en endurance (grippage, échauffement, etc....) des composants de la boîte, et résulte d'un compromis entre ces contraintes de fonctionnement, le niveau de performance recherché (traînée, rendement, qualité des passages, échauffement des composants, etc...), et les contraintes de coût, liées par exemple au volume d'huile nécessaire, ou à son incidence sur la consommation du véhicule en carburant. En fonctionnement, l'huile est entraînée par les différents engrenages de la boîte, soit par projection directe et par ruissellement, soit par un brouillard d'huile résultant du barbotage aux régimes les plus élevés. L'entraînement de l'huile par les engrenages établit dans la boîte un second niveau, ou "niveau d'huile dynamique", inférieur au niveau statique, en raison de la dispersion d'une partie de l'huile par projection dans la boîte. L'équilibre des conditions de lubrification d'une boîte de vitesses peut malheureusement être perturbé, notamment par l'introduction de nouvelles démultiplications dans la boîte, par l'augmentation du couple transmis par celle-ci, ou encore par la réduction de la taille de certains pignons. -3- En général, les incidents liés à une mauvaise lubrification concernent toujours le point de la boîte le plus sensible à des évolutions de niveau, constitué par le plus petit pignon participant au barbotage. Pour éviter ces incidents, on peut bien entendu chercher à rétablir un niveau dynamique satisfaisant en élevant le niveau statique, ou à créer une réserve d'huile grâce à un carénage ou une nervure sous le pignon mal lubrifié, mais aucune de ces 0o solutions n'est satisfaisante, pour des raisons liées soit à l'augmentation du volume d'huile brassé à l'intérieur de la boîte, soit à des difficultés de fabrication des carters. Lorsque la boîte de vitesses présente un carter en plusieurs parties, séparées par des parois intermédiaires, il est possible d'influer sur les conditions de circulation de l'huile entre celles- ci, sans modifier la structure du carter, en disposant convenablement des moyens de circulation d'huile au travers de ces parois, tels qu'une ouverture en partie haute assurant dans des conditions dynamiques la lubrification par aspersion des pignons du compartiment, et une ouverture basse établissant, par écoulement vers l'intérieur du carter, le niveau d'huile statique du compartiment. Ce mode de circulation du lubrifiant entre le compartiment et le carter principal ne permet pas de garantir en toutes -4- circonstances le niveau de barbotage (niveau dynamique) souhaitable à l'intérieur du compartiment, notamment sur le rapport engagé par l'intermédiaire des pignons contenus à l'intérieur de celui-ci. Ces pignons méritent en particulier une meilleure lubrification, lorsqu'ils transmettent du couple à bas régime. Dans ces conditions, l'ouverture d'écoulement inférieure a un débit de vidange trop important par rapport au débit de remplissage de l'ouverture supérieure. 0o La présente invention vise à assurer en toutes circonstances une bonne lubrification des pignons logés à l'intérieur d'un compartiment particulier d'une boîte de vitesses mécanique. Elle propose dans ce but que la circulation d'huile entre ce compartiment et le reste du carter soit contrôlée de façon à élever temporairement le niveau d'huile dans le compartiment lorsqu'un rapport est engagé par l'intermédiaire des pignons logés à l'intérieur de celui-ci. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la circulation de l'huile entre le compartiment et le reste du carter est contrôlée par une ouverture de communication ouverte en permanence et par une ouverture de vidange du même compartiment, obturée au moins partiellement lorsque l'un desdits rapports est engagé. -5- L'obturation de cette ouverture de vidange peut par exemple être assurée par un élément se déplaçant avec la fourchette commandant le passage desdits rapports. L'invention concerne également un dispositif de contrôle de la lubrification d'une boîte de vitesses mécanique à arbres parallèles disposés à l'intérieur d'un carter présentant un compartiment renfermant au moins une paire de pignons de vitesses séparé du reste du carter par une paroi intermédiaire qui présente une ouverture de communication et une ouverture de vidange du compartiment. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il regroupe ladite paroi intermédiaire et des moyens d'obturation temporaire de l'orifice de vidange. Les moyens d'obturation de l'orifice de vidange peuvent notamment être constitués par un élément. fixé sur une partie du mécanisme de commande interne de la boîte, ou par l'axe de la fourchette de passage des vitesses correspondantes. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description d'un mode de réalisation particulier de celle-ci, illustré par les dessins annexés, sur lesquels: -6- - la figure 1 montre la disposition des trains d'engrenages dans une boîte de vitesses connue, - les figures 2 et 3, mettent respectivement en évidence le niveau statique et le niveau dynamique de l'huile dans celle-ci, - les figures 4, 5 et 6, se rapportent à l'invention, et " - les figures 7A et 7C illustrent une variante de celle-ci. La boîte de vitesses mécanique de véhicule automobile 1 représentée schématiquement sur la figure 1 est associée à un différentiel 2. Elle comporte à l'intérieur d'un carter deux arbres parallèles 3, 4, portant chacun des pignons 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 16, 17, qui sont associés par paires P1 à P5, pour engager cinq rapports de marche avant. Selon une disposition classique, les quatre premiers pignons primaires de marche avant 6, 7, 8, 9 sont fixés sur l'arbre 3, le pignon primaire de cinquième 11 et les quatre premiers pignons secondaires de marche avant 12,13,14, 16 sont fous, tandis que le pignon secondaire de cinquième 17, est fixé sur l'arbre 4. -7- De manière générale, l'engrènement mutuel des pignons primaires et secondaires d'une telle boîte de vitesses nécessite de lubrifier ces derniers, de préférence au droit de leurs zones d'engrènement, pour assurer simultanément la lubrification des s deux pignons d'une même paire. Selon une disposition connue, le fond du carter constitue un réservoir principal de lubrifiant, dans lequel les pignons primaires et secondaires peuvent barboter au moins io partiellement, étant donné qu'en réalité, les deux arbres 3, 4, ne sont pas dans un plan vertical, mais dans un plan légèrement incliné par rapport à l'orizontale. La figure 1 met en évidence la présence d'une paroi intermédiaire 19 délimitant à l'intérieur du carter 18, 21 un compartiment particulier 21, constituant un "carter de cinquième", renfermant la paire de pignons de cinquième P5 11, 17, et fermé par un élément de capotage extérieur 22. En se reportant aux figures 2, et 3, correspondant à des vues extérieures du carter de mécanisme 18, dépourvu de son élément de capotage extérieur, et faisant par conséquent apparaître en premier plan la paire de pignons 11, 17 et la fourchette de cinquième 23, on voit que la paroi intermédiaire 19 présente deux ouvertures, autorisant la circulation de l'huile entre le carter principal 18, et le carter de cinquième 21: -8- une ouverture haute 24 traversée par une goulotte de déversement non représentée alimentée par projection qui assure, par aspersion, la lubrification du pignon fou de cinquième, 11 à partir du carter principal, et - une ouverture basse 26, assurant le remplissage et la vidange du carter de cinquième 21, de façon à maintenir dans celui-ci, le niveau statique (s) et le niveau dynamique (d) du carter principal. , En fonctionnement, l'alimentation du carter de cinquième 21 par l'ouverture supérieure 24, résulte uniquement des projections alimentant la goulotte (non représentée), et se déversant dans le carter 18, de sorte que cette alimentation est toujours inférieure en débit à sa vidange au travers de l'ouverture inférieure 26. Le niveau dynamique à l'intérieur du carter de cinquième 21 est donc toujours identique à celui du carter principal 18. Par suite, la lubrification de la zone d'engrènement des pignons de cinquième 11, 17 est mal assurée, notamment à bas régime. Certaines applications, par exemple avec des moteurs Diesel, prévoient aujourd'hui de passer un couple très élevé en cinquième à bas régime, donc dans des conditions défavorables à la lubrification des pignons de cinquième, alors que ces derniers transmettent un couple élevé. Pour remédier à ce -9- défaut de lubrification, l'invention prévoit d'augmenter le niveau dynamique du carter de cinquième, uniquement lorsque cette vitesse est engagée. Plus précisément, elle prévoit de limiter la faculté de vidange du carter de cinquième sur ce rapport, de façon à élever rapidement le niveau d'huile dans ce carter, dès qu'on passe la cinquième. Conformément à l'invention, l'ouverture basse 26a est obturée, au moins partiellement, lorsque la cinquième est engagée, et on ajoute, dans la paroi intermédiaire une ouverture supplémentaire 27 positionnée et dimensionnée de façon à utiliser les projections pour améliorer "la dynamique" de remplissage de carter de cinquième. La position de ce trou détermine les niveaux de barbotage. Quand ce niveau est atteint, il sert de trop plein pour le carter de cinquième. Dans l'exemple de réalisation non limitatif de l'invention illustré par les figures 4, 5 et 6, cette ouverture 27 est ménagée à proximité du palier de l'arbre primaire, mais son emplacement et ses dimensions seront bien entendu différents dans d'autres boîtes de vitesses. A l'aide de ces dispositions, lorsque la boîte de vitesses fonctionne sur un autre rapport que la cinquième, les niveaux dynamiques sont les mêmes dans les deux carters, grâce à la communication établie entre le carter de cinquième et le carter principal par l'orifice inférieur 26a (cf figure 5), tandis qu'en -10- cinquième, le niveau dynamique du carter de cinquième s'élève jusqu'à l'ouverture supplémentaire 27 (cf figure 6). Comme indiqué sur ces schémas, l'obturation de l'ouverture 27 peut être assurée par un élément 28, tel qu'une tige, solidaire de la fourchette 23 commandant le passage de la cinquième. Cette obturation peut être totale ou partielle, lorsque la fourchette est déplacée pour passer la cinquième, pourvu que le niveau de l'ouverture supplémentaire 27 puisse être atteint rapidement 0o dans le carter de cinquième. / En variante, au lieu de prévoir une tige d'obturation sur la fourchette de cinquième, il est possible de mettre à profit le déplacement de l'axe de fourchette lui même au travers de la paroi intermédiaire 19, pour contrôler le niveau dynamique du carter de cinquième. Cette variante, illustrée par les figures 7A à 7C, consiste à utiliser comme ouverture inférieure de communication 26b, le passage de l'axe de fourchette 29 au travers de la paroi intermédiaire 18, et à dégager dans l'épaisseur de cet axe 29, une gorge 31. Lorsque l'axe 29 est en position de point mort (figure 7A), c'est-à-dire au point mort et sur tous les rapports de la boîte o il n'est pas sollicité, la gorge 31 permet d'établir une communication entre les deux parties de carter 18 et 21. En -11 - revanche cette communication est interrompue lorsque l'axe 29 est déplacé (cf figure 7B et 7C). Bien que l'exemple de réalisation de l'invention illustré par les figures 4, 5 ou 6, se rapporte à une boîte cinq, dont seul le groupe de cinquième 11, 17 est en porte-à-faux par rapport au carter 18, l'invention s'applique à toute boîte de vitesses dont le carter présente une paroi intermédiaire délimitant à l'intérieur de celui-ci un compartiment qui renferme au moins une paire de pignons de vitesse. Elle est en particulier applicable aux boîtes six rapports, qui présentent un groupe de cinquième et un groupe de sixième dans un compartiment particulier, à l'extérieur du carter de mécanisme. La variante utilisant l'axe de fourchette 29 pour obturer l'ouverture basse de communication 26b du compartiment 21 est particulièrement appropriée, lorsque la cinquième et la sixième sont commandées par la même fourchette, par un déplacement en sens opposé de son axe. Les figures 7A à 7C, montrent en effet que le carter de cinquième et de sixième de la boîte peut ainsi bénéficier de l'obturation de l'ouverture de communication entre les deux parties de carter, sur deux rapports. Enfin, l'ouverture haute 24 d'aspersion des pignon fou de cinquième 11, mentionnée plus haut, peut bien entendu être -12- conservée, puisqu'elle participe activement à la lubrification des pignons du compartiment 21. Toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, il est également possible d'y renoncer, si les mesures proposées assurent, sans aspeersion particulière des pignons fous, une lubrification suffisante de tous les pignons (de cinquième et/ou de sixième) présents dans ce compartiment. L'invention présente de nombreux avantages. En premier lieu, 1o elle permet de lubrifier normalement les groupes de pignons en porte-à-faux par rapport au carter de mécanisme sur tous les rapports o ils ne sont par sollicités, et de façon privilégiée sur les rapports engagés grâce à eux, sans dégradation de la lubrification des autres pignons. Elle permet également d'éviter tout risque de "déjaugeage" des pignons de cinquième en cas d'accélération importante. Etant donné que le niveau dynamique du groupe de cinquième (et de sixième si celle-ci est prévue) est distinct, sur ces rapports, de celui du reste du carter, l'invention permet de définir un nouveau niveau statique dans la boîte, suffisant pour son fonctionnement sur les rapports inférieurs, donc moins élevé. Il est donc possible de diminuer le volume d'huile contenu dans la boîte, et d'améliorer ainsi son rendement. Cette diminution conduit à une économie sur l'achat de lubrifiant, réduit la traînée de la boîte, améliore la qualité des passages de vitesses -13 - et abaisse la consommation du véhicule. Enfin, la mise en oeuvre de l'invention ne nécessite aucun usinage supplémentaire, l'ensemble des adaptations de structure proposées, pouvant être réalisées en fonderie, sur les moules de5 carter et de fourchette. -14 - REVENDICATIONS [1] Procédé de lubrification d'une boîte de vitesses à arbres parallèles (3,4) disposés à l'intérieur d'un carter (18, 21) muni d'une paroi intermédiaire (19) qui délimite à l'intérieur de celui-ci un compartiment (21) renfermant au moins une paire de pignons (11, 17) transmettant le couple sur certains rapports de la boîte tout en autorisant la circulation de l'huile entre ce compartiment (21) et le reste du carter (18), caractérisé en ce que ladite circulation est contrôlée de façon à élever temporairement le niveau d'huile dans le compartiment (21) lorsque l'un desdits rapports est engage. [2] Procédé de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce que la circulation de l'huile entre le compartiment (21) et le reste du carter (18) est contrôlée par une ouverture de communication (27) ouverte en permanence et par une ouverture de vidange (26a, 26b) du compartiment (21) obturée au moins partiellement lorsque l'un desdits rapports est engagé. [3] Procédé de lubrification selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'obturation de l'ouverture de -15- vidange (26a) est assurée par un élément (28) solidaire de la fourchette (27) commandant le passage desdits rapports. [4] Procédé de lubrification selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'obturation de l'ouverture de vidange (26b) est assurée par l'axe (29) de la fourchette (23) commandant le passage desdits rapports. [5] Dispositif de contrôle de la lubrification d'une boîte de vitesses mécanique à arbres parallèles (3, 4) disposés à l'intérieur d'un carter (18, 21) présentant un compartiment (21) renfermant au moins une paire de pignons de vitesses (11, 17) séparé du reste du carter (18) par une paroi intermédiaire qui présente une ouverture de communication (27) et une ouverture de vidange (26a, 26b) du compartiment (21), caractérisé en ce qu'il regroupe ladite paroi intermédiaire (19) et des moyens d'obturation temporaire (28, 29) de l'ouverture de vidange (26a, 26b). [6] Dispositif de contrôle selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'obturation de l'orifice de vidange (26a) sont constitués par un élément (28) fixé sur une partie du mécanisme de commande interne de la boîte. -16 - [7] Dispositif de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément (28) est solidaire de la fourchette (23) commandant l'engagement des pignons (11, 17) situés à l'intérieur du compartiment (18). [8] Dispositif de contrôle selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'obturation sont constitués par l'axe (29) de la fourchette (23) commandant l'engagement des pignons situés à l'intérieur du compartiment (21). [9] Dispositif de contrôle selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'axe de fourchette (29) présente un évidement (31) autorisant la circulation de l'huile au travers de l'ouverture de vidange (26b), lorsqu'il se trouve en regard de celle-ci. [10] Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la paroi intermédiaire (19) présente une ouverture d'aspersion (24) des pignons fous du compartiment (21).