Brevet FR2794205A1 — publié le 20001201

Transmission à dérivation de puissance à variation continue pour groupe moto-propulseur de véhicule automobile. La présente invention a pour objet une transmission de dérivation de puissance et à variation continue destinée à être intercalée entre un arbre d'entrée relié à un groupe moto-propulseur de véhicule automobile et un arbre de sortie relié à l'essieu des roues motrices du véhicule. On sait que l'avantage principal d'une transmission à variation continue réside dans la possibilité de faire fonctionner le moteur thermique dans des conditions optimales pour l'ensemble des points de fonctionnement. On constate en effet dans ce cas un gain de consommation du véhicule automobile par rapport à une transmission à commande manuelle et ce malgré le rendement faible de ce type de transmission. Une transmission à dérivation de puissance présente l'avantage de partager la puissance d'entrée et de n'envoyer qu'une fraction de la puissance totale dans un variateur hydrostatique. Il est ainsi possible de bénéficier à la fois des avantages du variateur, c'est-à-dire en particulier un nombre infini de rapports de la transmission et de ceux d'une chaîne mécanique, c'est-à-dire son rendement élevé. Dans une telle transmission à dérivation de puissance à variation continue comportant deux ou trois trains d'engrenage épicycloïdaux et un variateur hydrostatique, il est possible de faire fonctionner la transmission dans un mode dit "à sortie couplée" dans lequel l'arbre de sortie est relié au variateur par l'intermédiaire d'un train d'engrenage rassembleur. Un tel mode à sortie couplée est bien adapté au démarrage du véhicule et aux 'faibles vitesses et ne nécessite aucun système d'accouplement progressif du type embrayage ou coupleur avec le moteur thermique. Toute la puissance passe par la pompe du variateur hydrostatique. Il est également possible de faire fonctionner une telle transmission selon un mode dit "à deux points d'adaptation", dans lequel l'arbre de sortie est au contraire relié au variateur par l'intermédiaire d'un train d'engrenage épicycloïdal. Ce mode de fonctionnement est particulièrement bien adapté aux vitesses élevées correspondant aux plus fortes puissances transmises, étant donné le faible pourcentage de la puissance dérivée. On connaîît, par la demande de brevet français 2 463 335, une transmission à dérivation de puissance capable de fonctionner soit dans un mode à sortie couplée, soit dans un mode à deux points d'adaptation selon la vitesse de l'arbre de sortie. La transmission décrite dans ce document ne peut cependant être intégrée dans un véhicule automobile en raison de son encombrement. La présente invention a pour objet une telle transmission à dérivation de puissance à variation continue, présentant un meilleur rendement, un encombrement moindre et un coût réduit par rapport aux transmissions connues jusqu'à présent. La présente invention a particulièrement pour objet une telle transmission à dérivation de puissance à variation continue dont l'encombrement axial est réduit de façon à augmenter notablement la compacité de la transmission. La transmission à dérivation de puissance à variation continue pour groupe moto-propulseur de véhicule automobile selon l'invention, est du type comprenant, entre un arbre d'entrée et un arbre de sortie , deux trains d'engrenage épicycloidaux simples du type comportant chacun un planétaire, une couronne et un porte-satellites, et un variateur hydrostati que composé de deux unités hydrostatiques à cylindrée variable reliées par un circuit hydraulique. Selon un premier aspect de l'invention, la couronne du premier train d'engrenage épicycloidal relié à l'arbre d'entrée, présente, sur sa face frontale opposée au train d'engrenage épicycloidal, une denture déportée axialement , fixée à ladite face frontale par une soudure et capable d'engrener avec un pignon d'entrée du variateur hydrostatique.La transmission à dérivation de puissance selon l'invention comprend généralement un pignon de sortie monté sur l'arbre de sortie. Ledit pignon de sortie présente également, dans ce cas, sur l'une de ses faces frontales, une denture déportée axialement, fixée à ladite face frontale par une soudure et capable d'engrener avec l'un des pignons lié à la sortie du variateur hydrostatique. Gràce à ces dispositions, il est possible de supprimer un pignon au moins d'un côté et, de préférence, de chaque côté de la transmission.11 en résulte une diminution notable de l'encombrement axial de la transmission. Selon un autre aspect de l'invention, les porte-satellites des deux trains d'engrenage épicycloidaux sont liés entre eux par une liaison soudée. Une telle liaison soudée remplaçant par exemple une liaison par vis permet également de réduire l'encombrement axial des deux trains d'engrenage épicycloidaux tout en satisfaisant les contraintes de tenue mécanique. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 représente schématiquement les principaux éléments d'une transmission à dérivation de puissance; la figure 2 représente des courbes de variation de la cylindrée d'une unité hydrostatique en fonction du rapport de transmission; et la figure 3 représente schématiquement les principaux éléments d'une transmission à dérivation de puissance modifiée selon la présente invention et d'encombrement réduit. La transmission illustrée sur la figure 1 comprend un premier train d'engrenage épicycloïdal simple 1 associé à un deuxième train d'engrenage épicycloïdal simple 2 ainsi qu'un variateur hydrostatique 3, l'ensemble étant disposé entre un arbre d'entrée 4 relié à un groupe moto- propulseur, non illustré sur la figure, d'un véhicule automobile et un arbre de sortie 5 relié par l'intermédiaire de moyens non illustrés sur la figure à un essieu supportant les roues tractrices du véhicule automobile. D'une manière plus précise, le premier train d'engrenage épicycloidal 1 comprend un planétaire Pl, un porte-satellites PS 1 et une couronne Cl. Le deuxième train d'engrenage épicycloidal 2 comprend de même un planétaire P2, un porte-satellites PS2 et une couronne C2. Les porte-satellites PSI et PS2 sont reliés entre eux mécaniquement par une liaison fixe 10 comportant une pluralité de vis axiales 9. Le planétaire Pl est monté fixe en rotation sur l'arbre d'entrée 4. Il en est de même de la couronne C2. Les deux porte-satellites PS 1 et PS2 sont montés fixes sur l'arbre de sortie 5, lequel est monté rotatif autour de l'arbre 4 par l'intermédiaire d'un roulement à aiguilles 5a. Le variateur hydrostatique 3 comprend une première unité hydrostatique à cylindrée variable 3a pouvant fonctionner à la fois en tant que pompe et en tant que moteur, et une deuxième unité hydrostatique 3b du même type que l'unité hydrostatique 3a, à cylindrée variable et pouvant également fonctionner à la fois en pompe et en moteur. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les unités hydrostatiques 3a et 3b sont des machines hydrauliques à pistons axiaux à cylindrée variable.Les unités hydrostatiques 3a et 3b sont reliées entre elles par un circuit hydraulique 11. La couronne Cl du premier train d'engrenage épicycloïdal 1 est solidaire d'un arbre 15 monté par un roulement à aiguilles l5a sur un arbre 15b solidaire du porte-satellite PS 1 et monté rotatif par rapport à l'arbre 4 par l'intermédiaire d'un roulement à aiguilles 15c.Un palier à roulement l5d permettant la reprise des efforts issus des éléments des deux trains d'engrenage épicycloidaux 1, 2, est disposé sur l'arbre 15.Un pignon 16 est monté sur l'arbre 15, à l'opposé du train d'engrenage 1 et engrene avec un pignon 17 monté sur l'arbre de sortie 18 de l'unité hydrostatique 3a. Un dispositif de changement de mode référencé 19 dans son ensemble comprend un système de crabotage 20 coopérant avec l'arbre mécanique de sortie 23 de l'unité hydrostatique 3b de façon à mettre en prise alternativement avec les autres éléments de la transmission, un pignon basse vitesse BV ou un pignon haute vitesse HV. Le pignoh BV peut transmettre la puissance à l'arbre de sortie 5 par l'intermédiaire d'un pignon 25 monté sur l'arbre 5. Le pignon de sortie 26 solidaire de l'arbre de sortie 5 engrené avec les pignons, non représentés sur la figure, d'une descente reliée à un pont.Un palier à roulement 5b monté sur l'arbre 5 entre les pignons 25 et 26 permet en outre la reprise des efforts issus des éléments des deux trains d'engrenage épicycloidaux 1, 2, en coopération avec le palier l5d. Le pignon haute vitesse HV peut engrener avec un pignon 22 lié mécaniquement au planétaire P2 du deuxième train d'engrenage épicycloïdal 2 et monté sur un arbre 22a monté rotatif sur l'arbre de sortie 5 par l'intermédiaire d'un palier à aiguilles 24. On va maintenant décrire le fonctionnement du mécanisme de transmission illustré sur la figure 1 en se référant également aux courbes schématiques de la figure 2 qui illustrent les variations de cylindrée C en fonction du rapport de transmission r, pour l'unité hydrostatique 3a (courbe en trait plein) et pour l'unité hydrostatique 3b (courbe en tiret). Lors d'une phase de démarrage du véhicule et aux basses vitesses ne nécessitant aucun accouplement avec le moteur thermique, le dispositif de changement de mode 19 est actionné de façon à placer le pignon BV en prise. Le couple de sortie est fourni par l'unité hydrostatique 3b à pleine cylindrée fonctionnant en moteur et alimentée par l'unité hydrostatique 3a fonctionnant en pompe. L'accroissement du régime de sortie est obtenu par augmentation de la cylindrée de l'unité 3ajusqu'à sa valeur maximale. C'est ce qui est représenté sur les courbes de la figure 2 du point 0 au point P. Dans cette phase, où la transmission fonctionne en mode "sortie couplée", la puissance fournie par le moteur thermique augmente et le couple de sortie s'accroît par addition au couple fourni par l'unité hydrostatique 3b du couple mécanique créé sur l'arbre de sortie par la réaction de l'unité hydrostatique 3a sur le deuxième train d'engrenage épicycloïdal 2. Le couple est maximal lorsque les deux unités hydrostatiques sont à pleine cylindrée (point P sur la figure 2). On voit qu'à partir du point 0, la cylindrée de l'unité hydrostatique 3b a été maintenue à sa valeur maximale sans changement jusqu'au point P. En ce qui concerne l'unité hydrostatique 3a, sa cylindrée est passée d'une valeur nulle à la valeur maximale correspondant au point P. Au-delà au point P, l'augmentation du régime est obtenue par réduction de la cylindrée de l'unité 3b fonctionnant toujours en moteur. Le fonctionnement est à puissance constante et la fraction de puissance dérivée par le variateur hydrostatique est décroissante. Lorsque la cylindrée de l'unité hydrostatique 3b est nulle (point Q sur la figure 2), l'unité 3a est à vitesse nulle et assure le blocage de l'arbre de réaction du deuxième train d'engrenage épicycloïdal 2. Toute la puissance est transmise par la chaîne mécanique sur ce point particulier que l'on appelle le point d'adaptation du mode "sortie couplée". A partir de ce point d'adaptation Q du mode "sortie couplée", on fait fonctionner la transmission dans un mode différent dit "à deux points d'adaptation". A cet effet, le dispositif de changement de mode 19 est actionné de façon à placer le pignon haute vitesse HV en prise. A ce moment, correspondant au point Q sur le schéma de la figure 2, l'unité 3a est à pleine cylindrée et à régime nul, tandis que l'unité 3b est à cylindrée nulle et entraînée. La variation du rapport de transmission r est obtenue par réduction de la cylindrée de l'unité hydrostatique 3a qui fonctionne maintenant en moteur et non plus en pompe et dont le régime croît. Simultanément, la cylindrée de l'unité hydrostatique 3b est augmentée et son régime de rotation décroît, l'unité 3b fonctionnant en pompe et non plus en moteur. L'unité hydrostatique 3b qui fonctionne en tant que pompe, prélève de la puissance sur l'arbre de réaction du deuxième train d'engrenage épicycloïdal 2 et l'unité 3a qui fonctionne en moteur restitue cette puissance sur la couronne Cl du premier train d'engrenage épicycloïdal 1. Ce fonctionnement peut se poursuivre jusqu'à ce que l'unité hydrostatique. 3b soit à pleine cylindrée et à régime nul, tandis que l'unité hydrostatique 3a est entraînée mais à cylindrée nulle, ce qui correspond au deuxième point d'adaptation R illustré sur la figure 2. En ce deuxième point R, toute la puissance est également transmise par la voie mécanique comrne c'était le cas au premier point d'adaptation Q. L'association de ces deux modes de fonctionnement permet de réaliser une transmission particulièrement intéressante et bien adaptée à un véhicule automobile sans aucune recirculation de la puissance à partir du démarrage jusqu'au rapport de transmission le plus long, à condition de faire en sorte que lê deuxième point d'adaptation R corresponde au rapport le plus long de la transmission. La structure de la transmission illustrée sur la figure 1 avec ses deux trains d'engrenage épicycloïdaux 1 et 2 doit respecter un certain nombre d'impératifs tenant en particulier aux liaisons entre les deux trains d'engrenage 1 et 2, la reprise des efforts développés lors du fonctionnement de la transmission entraînant en particulier un positionnement spécifique des paliers à roulement 5b, 15d permettant de reprendre les efforts provenant des différents éléments des trains d'engrenage épicycloïdaux 1 et 2. Il en résulte un encombrement de la transmission qui constitue un inconvénient important pour la mise en oeuvre dans un véhicule automobile. C'est ainsi, en particulier, que la liaison entre les deux porte- satellites PSI, PS2 au moyen d'une pluralité de vis axiales 9 entraîne une augmentation de l'encombrement axial de l'ensemble formé par les deux trains d'engrenage épicycloïdaux 1 et 2. De plus, la reprise du mouvement de la couronne CI liée cinématiquement à l'arbre 18 de l'unité hydrostatique 3a du variateur hydrostatique 3, oblige à prévoir un pignon 16. La reprise des efforts issus des éléments des deux trains d'engrenage épicycl6idaux 1 et 2 oblige à positionner le palier à roulement 15d comme indiqué sur la figure 1 et à reporter le pignon 16 à l'extérieur de ce palier à roulement 15d, ce qui a encore pour effet d'augmenter l'encombrement axial de l'ensemble. De la même manière, la reprise du mouvement de l'unité hydrostatique 3b dans le deuxième mode de fonctionnement de la transmission et le respect de la cinématique souhaitée amènent à prévoir le pignon 25 solidaire des porte-satellites PSI et PS2 des deux trains d'engrenage épicyclolidaux 1 et 2. La reprise des efforts issus des éléments des deux trains d'engrenage épicycloidaux 1 et 2 oblige à placer le palier à roulement 5b comme indiqué sur la figure 1 et à reporter ce pignon 25 à l'extérieur de l'ensemble, ce qui a de nouveau pour effet d'augmenter l'encombrement axial de la transmission. La figure 3 illustre les modifications importantes apportées selon la présente invention, qui permettent de réduire notablement les dimensions axiales de la transmission au même titre que son encombrement radial. Sur la figure 3, les éléments identiques à ceux qui sont illustrés sur la figure 1 portent les mêmes références. La liaison mécanique 10 des porte-satellites PSI et PS2 est réalisée sous la forme d'une soudure 27 qui remplace les vis 9 de la transmission illustrée sur la figure 1. La soudure 27 est de préférence réalisée sous la forme d'un cordon continu périphérique entre une portion sensiblement radiale 28 du porte-satellites PS 1 et une portion annulaire 29 solidaire du porte-satellites PS2. La couronne CI du premier train d'engrenage épicycloïdal 1 présente, sur sa face frontale opposée au train d'engrenage épicycloïdal 1, une denture 30 déportée axialement et fixée à ladite face frontale par une soudure 3 1. La denture 30 est de préférence formée sur un élément annulaire 32 qui vient en regard d'une portion radiale 33 solidaire de la couronne CI et de l'arbre 15. Un cordon de soudure continu périphérique assure la liaison soudée 31 entre ces deux surfaces en regard. La denture déportée 30 engrène directement avec le pignon d'entrée 17 solidaire de l'arbre d'entrée 18 de l'unité hydrostatique 3a. La suppression du pignon 16 monté à l'extérieur de la transmission, au-delà du palier à roulement 15d, permet de réduire considérablement l'encombrement axial de la transmission. Le pignon de sortie 26, solidaire de l'arbre de sortie 5, présente également sur sa face frontale opposée au deuxième train d'engrenage épicycloïdal 2, une denture 34 déportée axialement et fixée à la face frontale du pignon 26 par une soudure 35. La denture 34 est avantageusement prévue sur un élément annulaire 36 qui vient en regard de la face fro ntale extérieure du pignon 26. A cet endroit, la liaison par soudure se fait par exemple au moyen d'un cordon continu périphérique 35. La denture déportée 34 engrène directement avec le pignon BV qui peut, dans l'un des modes de fonctionnement de la transmission, être relié à l'arbre de sortie 23 de la deuxième unité hydrostatique 3b. Comme précédemment, la suppression du pignon supplémentaire 25 placé à l'extérieur de la transmission au-delà du palier à roulement 5b, permet de réduire notablement l'encombrement axial de la transmission. 1 C'est ainsi qu'une transmission, telle qu'illustrée sur la figure 3, peut voir ses dimensions hors tout dans le-sens axial diminuer d'au moins 25% par rapport à la structure illustrée sur la figure 1. Simultanément, l'encombrement dans le sens radial peut être diminué d'environ 15%. Il y a lieu de noter que cette diminution d'encombrement n'apparaît pas sur la figure 3, compte tenu de son caractère essentiellement schématique. Bien que la présente invention ait été expliquée à partir d'un exemple de transmission comprenant uniquement deux trains d'engrenage épicycloïdaux de type simple, on comprendra qu'il soit parfaitement possible d'utiliser l'invention également dans une transmission comportant plus de deux trains d'engrenage épicycloïdaux et en particulier trois trains d'engrenage épicycloïdaux. REVENDICATIONS 1 -Transmission à dérivation de puissance à variation continue pour groupe moto-propulseur de véhicule automobile, du type comprenant, entre un arbre d'entrée (4) et un arbre de sortie (5), deux trains d'engrenage épicycloïdaux simples (1, 2) du type comportant chacun un planétaire, une couronne et un porte- satellites, et un variateur hydrostatique (3) composé de deux unités hydrostatiques à cylindrée variable (3a, 3b) reliées par un circuit hydraulique (11), caractérisée par le fait que la couronne (CI) du premier train d'engrenage épicycloïdal (1) relié à l'arbre d'entrée, présente, sur sa face frontale opposée au train d'engrenage épicyclolidal, une denture (30) déportée axialement, fixée à ladite face frontale par une soudure (3 1) et capable d'engrener avec un pignon d'entrée (17) du variateur hydrostatique. 2-Transmission à dérivation de puissance selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend un pignon de sortie (26) monté sur l'arbre de sortie (5), ledit pignon de sortie présentant, sur l'une de ses faces frontales, une denture (34) déportée axialement, fixée à ladite face frontale par une soudure (35) et capable d'engrener avec l'un des pignons (BV) liés à la sortie du variateur hydrostatique. 3-Transmission à dérivation de puissance selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les porte-satellites (PS 1, PS2) des deux trains d'engrenage épicycloïdaux (1, 2) sont liés entre eux par une liaison soudée (27). 4-Transmission à dérivation de puissance selon la revendication 3, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre des moyens de sélection (19) capables de faire passer la dérivation de puissance, d'un mode à sortie couplée dans lequel l'arbre de sortie (5) est directement relié au variateur, à un mode à deux points d'adaptation dans lequel l'arbre de sortie (5) est relié au variateur par l'intermédiaire d'un train d'engrenage épicycloïdal (2). 5-Transmission à dérivation de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les unités hydrostatiques sont des machines à pistons axiaux à cylindrée variable.