Brevet FR2806457A1 — publié le 20010921

L'invention concerne un dispositif accouplement hydrocinétique, en particulier pour véhicule automobile, du type décrit par exemple dans la demande de brevet FR-A-2 747 déposée le 3 Mars 1998. De façon connue, un dispositif d'accouplement hydrocinétique relie un élément d'entrée entraîné par un arbre moteur à un élément de sortie entraînant un arbre mené, l'élément d'entrée étant un carter lequel une roue à aubes formant organe impulseur solidaire du carter et une roue de turbine solidaire en rotation de l'arbre mené sont montées face à face, la rotation du carter et de l'organe impulseur provoquant la mise en circulation d'un liquide qui entraîne en rotation la roue de turbine et l'arbre mené, avec un certain glissement par rapport à la rotation du carter et de l'organe impulseur, donc en absorbant une partie de l'énergie transmise l'arbre moteur. Un embrayage de verrouillage agencé dans le carter permet de solidariser rotation le carter et la roue de turbine dès que les conditions de fonctionnement le permettent, afin de réduire à un mininmuun l'absorption d'énergie dans la transmission d' couple de rotation entre l'arbre moteur et l'arbre mené. embrayage de verrouillage comprend un piston mobile axialement rapport au carter et à la roue de turbine et destiné à coopérer des moyens de friction avec une face transversale interne du carter, et qui est souvent relié en rotation à la roue de turbine par un amortisseur de torsion. Selon les réalisations, les moyens de friction comprennent une ou plusieurs garnitures de friction interposées entre le piston et le carter. Les déplacements axiaux du piston entre positions d'engagement (pontage) et de désengagement (dépontage) de l'embrayage de verrouillage sont condés par des variations des pressions hydrauliques agissant d'un côté et de l'autre du piston. On constaté que les variations de la pression hydraulique sur le piston et sur le carter pendant le fonctionnement du dispositif, ainsi que les variations de la vitesse de rotation, ont pour effet de faire varier les zones de contact entre les surfaces de friction présentées par le piston, la ou les garnitures et le carter, avec pour conséquence des variations non maîtrisées des répartitions des pressions de contact aux interfaces de friction, des variations des surfaces de contact avec la ou les garnitures de friction des variations du couple transmis. Ces variations non maîtrisées sont susceptibles de provoquer des échauffements, des dégradations et des usures irrégulières et importantes de la ou des garnitures de friction, une dégradation du liquide hydraulique utilisé et un phénomène de broutement de l'embrayage de verrouillage. On déjà proposé, par exemple dans le document FR-A-2 771 790, de limiter ces inconvénients en prévoyant une possibilite de pivotement entre le piston et un support de garniture de friction solidaire rotation du piston, et en donnant des formes incurvées complémentaires à la garniture de friction et à la surface transversale interne du carter contre laquelle la garniture de friction vient s'appliquer, la surface interne du carter étant de préférence concave dans la zone de contact avec la garniture de friction. Cette solution connue a pour inconvénient une certaine complexité, due au montage pivotant du support de garniture le piston et à l'usinage de surfaces incurvées complémentaires sur les pièces différentes, et elle n'est applicable qu'à un type particulier de dispositif d'accouplement hydrocinétique à embrayage de verrouillage. L'invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle a pour objet un dispositif d'accouplement hydrocinétique, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un élément dl entree formant carter et comportant une surface interne transversale qui coopère par l'intermédiaire d'au moins une garniture de friction avec un piston d'un embrayage de verrouillage pour transmission d'un couple de rotation entre l'élément d'entree et un élément de sortie, et des moyens pour limiter les variations des zones de contact entre les surfaces de friction du piston, de la garniture et/ou de la face interne du carter, caracterisé en ce que les zones en contact desdites surfaces de friction comprennent au moins une surface incurvée convexe et une surface plane. coopération d'une surface incurvée convexe et d'une surface plane les zones de contact des surfaces de friction permet de maîtriser correctement, de façon single et économique, les variations des zones de contact entre les surfaces de friction pendant fonctionnement du dispositif. Cela augmente la capacité de transmission de couple de l'embrayage de verrouillage, les durees de la ou des garnitures de friction et du liquide hydraulique utilisé dans le dispositif d'accouplement hydrocinétique, réduit le phénomène de broutement de l'embrayage et diminue le coût. De plus, cette solution est facilement applicable à de nombreuses configurations différentes d'embrayage de verrouillage et de moyens de friction. Selon une autre caractéristique de l'invention, le rayon de courbure de ladite surface convexe dans un plan passant par l'axe de rotation est variable avec la distance entre cette surface et l' de rotation. Avantageusement, le rayon de courbure diminue quand distance à l'axe de rotation augmente. Cela permet notamment de réduire la zone de contact entre les surfaces de friction quand la vitesse de rotation augmente, pour conserver une pression de contact maximale sensiblement constante. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la garniture de friction qui coopère à friction avec le piston ou avec le carter pendant le fonctionnement du dispositif, a une rigidité non uniforme, varie avec la distance par rapport à l'axe de rotation. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la rigidité de garniture diminue entre ses bords periphériques interne et externe et est minimale sur son rayon moyen. En pratique, cette garniture de friction peut être formée par assemblage plusieurs éléments annulaires ayant rigidités différentes et des diamètres différents, qui sont juxtaposés radialement. Une telle garniture à rigidité variable permet conserver une répartition constante de la pression de contact quelle que soit la déformation de l'élément portant la contre-surface de friction. Cela permet aussi de mieux répartir les pressions de contact et de diminuer leur valeur maximale pour augmenter la durée de vie du dispositif, notamment celle des garnitures de friction et du liquide hydraulique. Dans un mode de réalisation de l'invention, la surface convexe précitée est formée sur la face du piston tournée vers la garniture de friction. Dans ce cas, la face de la garniture de friction qui coopère avec cette surface convexe est plane. En variante, la surface convexe précitée est présentée par la face de la garniture de friction qui est tournée vers le piston, la surface correspondante du piston étant alors plane. Selon divers modes de réalisation - la garniture de friction est fixée sur le piston ou sur la surface interne transversale précitée du carter, - la surface interne transversale du carter est plane ou convexe, - la garniture de friction est fixée sur un élément annulaire interposé entre le piston et la surface transversale interne du carter, et cet élément annulaire est solidaire en rotation d'un composant d'un amortisseur de torsion monté entre le piston et l'élément de sortie, et porte une seconde garniture de friction sur sa face tournée vers la surface transversale interne carter. De façon générale, l'invention offre une solution simple et économique au problème de la maîtrise des variations la zone de contact dl-une garniture de friction avec une contre-surface de friction un embrayage de verrouillage dispositif d'accouplement hydrocinétique. Elle est également applicable à des embrayages autre type, en particulier des embrayages à sec. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de description qui suit, faite à titre exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels - figures 1 à 8 sont des vues schématiques partielles en coupe axiale différentes variantes de réalisation de l'invention. En figure 1, on a représenté schématiquement un dispositif selon 1 invention, dans lequel un carter 10 comporte sur sa face extérieure moyens 12 de solidarisation avec l'extrémité d'un arbre menant et contient une roue de turbine 14 qui est solidaire en rotation d'un arbre mené et qui se trouve à l'intérieur du carter 10 en face d'une roue à aubes 15 formant organe impulseur solidaire du carter 10. L'embrayage de verrouillage comporte un piston 16 représenté ici en position de pontage ou position d'engagement l'embrayage, ce piston étant déplaçable en translation le long de l'axe de rotation entre la position de pontage représentée aux dessins et une position de dépontage ou désengagement de l'embrayage, dans laquelle est écarté de la paroi transversale d'extrémité 20 du carter 10. Selon les réalisations, le piston 16 est mobile en rotation par rapport à la roue de turbine 14 ou par rapport au carter 10 avec un débattement angulaire limité, des moyens de liaison en rotation du piston 16 avec la roue de turbine 14 ou le carter etant constitués soit par des languettes élastiquement déformables, soit par un amortisseur de torsion, soit d'autres moyens tels des cannelures, des dentures, etc. Le piston 16 est, à sa périphérie radialement externe, solidaire d'un élément annulaire 42 comportant une partie radiale 44 fixée sur piston du côté opposé à la paroi 20 du carter , et des pattes 46 parallèles à l'axe 18 et coopérant circonférentiellenent avec des organes élastiquement déformables 36 à action circonférentielle d'un amortisseur de torsion qui relie en rotation piston 16 et la roue de turbine 14. Les organes élastiquement déformables 36 sont logés dans un rebord périphérique annulaire d'une rondelle de guidage 40 fixée à sa périphérie interne roue de turbine 14, et sont en appui circonférentiel sur les pattes 46 de l'élément 42 solidaire du piston 16. A periphérie radialement interne, la roue de turbine 14 comporte un moyeu 48 dont la surface cylindrique interne est formée avec des cannelures 50 de solidarisation en rotation avec un arbre de sortie représenté en traits fantômes. L'extrémité du moyeu tournée vers la paroi 20 du carter 10 comporte moyens d'étanchéité 54 qui sont logés dans une gorge de la surface cylindrique interne du moyeu 48 et qui coopèrent avec la surface cylindrique externe de l'arbre 52 au voisinage son extrémité former une séparation étanche permettant le pontage entre chambres de convertisseur de couple et d'embrayage de verrouillage à l'intérieur du carter 10. Le montage des moyens d'étanchéité 54 sur le moyeu de turbine 48 réduit le coût cette fonction permet l'utilisation de joints d'étanchéité économiques. particulier, les moyens d'étanchéité 54 peuvent être un joint torique, joint à section rectangulaire, un segment (ouvert ou non), un joint à lobes, etc. Le piston 16 est déplaçable en translation parallèlement à l'axe de rotation 18 vers la paroi transversale d'extrémité 20 du carter 10 et dans la direction opposée, par variations de la pression hydraulique de part et d'autre du piston qui se combinent pendant le fonctionnement du dispositif aux efforts centrifuges qui varient avec la vitesse de rotation, et pour effet des déformations de l'ensemble du piston et du carter. Les résultantes de ces déformations sont en particulier gênantes au niveau de la partie radialement externe du piston 16 et de partie de la paroi d'extrémité 20 du carter 10 qui coopère avec la partie périphérique externe du piston 16 dans la position d'engagement de l'embrayage de verrouillage. La garniture de friction 22 qui est interposée entre le piston 16 et la paroi 20 du carter, subit de ce fait des efforts dont la répartition sur sa surface varie avec conditions de fonctionnement, ces efforts pouvant se concentrer dans certaines zones de la garniture et entraîner des dégradations importantes de la garniture, un échauffement, un phénomène broutement, etc. comme indiqué plus haut. L'invention propose de réduire ces inconvénients par coopération d'une surface de friction convexe et d'une contre- surface de friction plane, comme cela va être indiqué en détail ci- dessous pour les différents modes de réalisations qui ont été représentés aux dessins, la surface convexe etant formée par une ligne courbe, par exemple par une partie d' tore, centrée sur l'axe de rotation, la surface plane étant dans un plan radial ou transversal par rapport à l'axe de rotation. Dans la vue simplifiée et agrandie de la figure 2, qui correspond au mode de réalisation de la figure 1, la garniture de friction est plane et est fixée sur une partie plane radiale de la surface interne de la paroi transversale d'extremité 20 du carter 10. La face 24 du piston 16 qui se trouve en regard de la garniture 22, est de forme convexe, sur une étendue radiale correspondant sensiblement à l'étendue radiale de la garniture . Cette convexité de la surface de contact du piston 16 avec la garniture 22 permet de maintenir sensiblement constante l'aire de la surface de contact entre la face 24 du piston 16 et la garniture 22 quelle que soit la déformation du piston. Le rayon de courbure de la face 24 du piston, dans un plan passant par l'axe de rotation 18, est déterminé pour que la pression de contact du piston sur la garniture soit inférieure à la contrainte maximale admissible par la garniture. Pour réduire cette contrainte, le rayon de courbure sera aussi grand que possible, sans depasser toutefois une valeur maximale au-dessus de laquelle la face 24 de contact du piston avec la garniture 22 serait sensiblement equivalente à une surface plane. Avantageusement le rayon de courbure de la face 24 peut varier en fonction la distance à l'axe de rotation, ce rayon diminuant progressivement de l'extrémité radialement interne à l'extrémité radialement externe de la face 24 comme indiqué schématiquement en figure 1 où le rayon de courbure R2 est inférieur au rayon de courbure Cette diminution progressive du rayon de courbure permet de réduire la surface zone de contact avec la garniture quand la vitesse de rotation augmente. En effet, lors de l'augmentation de la vitesse de rotation, effort résultant sur le piston diminue. Cette diminution peut être compensée par une augmentation du rayon moyen (par rapport à l'axe rotation) de la zone de contact et par une diminution du rayon de courbure de la surface 24 du piston, cette diminution de la courbure pouvant être déterminée de façon à ce que la pression de contact maximale appliquée à la garniture reste sensiblement constante pendant les variations des conditions de fonctionnement du dispositif. Dans la variante de réalisation représentée en figure 3, la garniture annulaire de friction 22 est plane et est fixée sur une face radiale plane 26 du piston 16, en regard d'une surface annulaire incurvée de la paroi transversale 20 du carter 10, cette surface annulaire 28 présentant une convexité tournée vers la garniture 22 et la face plane 26 du piston. Comme déjà décrit pour le mode de réalisation des figures 1 et 2, la convexité de surface 28 permet de maintenir sensiblement constante l'aire de la surface de contact avec la garniture 22 quelle que soit la déformation du piston et/ou de la paroi 20 du carter 10. Le rayon de courbure de la surface convexe 28 dans un plan passant par l'axe de rotation peut diminuer progressivement quand la distance à l'axe de rotation augmente, avec les mêmes effets que ceux décrits précédemment. Dans la variante de réalisation de la figure 4, la garniture 22 est de forme convexe du côté de la surface plane en regard 26 du piston 16 et est fixée sur la surface incurvée convexe 28 de la face interne de la paroi transversale 20 du carter 10, cette surface convexe 28 correspondant à celle représentée en figure 2. On obtient ainsi les mêmes avantages qu'avec les modes de réalisation des figures 1 à 3, le rayon de courbure de la face convexe de la garniture 22 dans un plan passant par l'axe de rotation pouvant être constant ou diminuer progressivement quand la distance à l'axe de rotation augmente. Dans les variantes de réalisation des figures 5 à 8, deux garnitures de friction sont fixées sur un élément annulaire 30 comprenant une partie radiale 32 interposée entre le piston 16 et la paroi transversale 20 du carter 10, des parties 34 s'étendant parallèlement à l'axe de rotation et coopérant avec les organes 36, tels que des ressorts hélicoïdaux à action circonférentielle, de l'amortisseur de torsion qui relie rotation le piston 16 et la roue de turbine 14. Comme dans l'exemple de la figure 1, les organes élastiquement déformables 36 sont loges dans un rebord périphérique annulaire 38 d'une rondelle de guidage 40 fixée à sa périphérie interne sur la roue de turbine 14 et sont en appui circonférentiel sur les parties axiales 34 de 'élément annulaire 30 pour transmettre un couple de rotation à la roue de turbine 14 avec amortissement des vibrations et irrégularités de couple, quand l'embrayage de verrouillage est engagé. A la différence du mode de réalisation de la figure 1, les moyens d'étanchéité 54 qui coopèrent avec l'arbre de sortie 52, sont portés par un organe de centrage 56 solidaire de la périphérie interne de la paroi transversale 20 du carter 10 et jouent le même rôle qu'en figure 1 en offrant les mêmes avantages, ces moyens 54 étant par exenple un joint à lèvres comme représente, ou un joint torique, un 'oint à section rectangulaire, un segment, un joint à lobes, etc. Dans mode de réalisation des figures 5 6, les deux garnitures de friction 22, 42 fixées sur les deux faces de la partie radiale 32 de l'élément annulaire 30 sont planes et coopèrent chacune avec une surface convexe, formée sur la face regard 24 du piston 16 conmne déjà décrit en référence à la figure 2 et sur la face interne 28 de la paroi transversale 20 du carter 10, comme déjà décrit en référence à la figure 3. Les rayons de courbure dans un plan passant par l'axe de rotation, des surfaces convexes 24 et 28 précitées peuvent être constants, bien diminuer progressivement quand la distance à l'axe de rotation augmente, comme déjà décrit. Dans variante de réalisation représentée en figure 7, la surface convexe 24 précitée du piston coopère avec une garniture de friction plane 22 fixée sur une face de la partie radiale 32 de l'élément annulaire 30 précité, et l'autre garniture de friction 42 fixée sur l'autre face de la partie radiale 32 précitée est en appui sur une partie annulaire 44 de la paroi transversale 20 du carter 10, cette partie annulaire 44 étant plane et s'étendant dans un plan radial par rapport à l'axe de rotation. De plus la rigidité de la garniture de friction 22 coopérant avec la surface convexe 24 du piston varie en direction radiale avec la distance ' l'axe de rotation, la rigidité étant plus grande dans les parties radialement interne et radialement externe de la garniture et plus faible dans la partie médiane de la garniture. Cette garniture, en association avec la surface 24 convexe du piston, permet de maintenir sensiblement constante la répartition de la pression contact sur la garniture 22 quelle que soit la déformation du piston 16. En outre, la pression de contact sur la garniture 22 est répartie sur une surface plus grande de sorte que la pression de contact maximale est moins importante. Cela permet d'augmenter la durée de vie de la garniture et celle des autres composants du dispositif. un mode de réalisation particulier, la garniture 22 peut être formée de matériaux différents par exemple par assemblage ou juxtaposition en direction radiale d'éléments ayant des rigidités différentes, un élément médian étant encadré de éléments à rigidité plus grande. Dans la variante de réalisation représentée en figure 8, la face 26 du piston qui vient en appui sur la garniture 22 est plane et s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe rotation, et c'est la surface de la garniture 22 destinée à coopérer avec la face plane 26 du piston qui est de forme convexe. Pour le reste, le mode de réalisation de figure 8 est identique à celui de la figure 7. Dans des variantes de réalisation non représentées, la garniture de friction à rigidité variable pourrait etre du côté de la paroi transversale 20 du carter 10 et avoir face plane coopérant avec une surface convexe de la paroi transversale 20 du carter 10 ou bien avoir une surface convexe cooperant avec une surface plane de la paroi transversale 20 du carter 10. Comme déjà décrit pour les autres modes de réalisation, les rayons de courbure des surfaces convexes dans les modes de réalisation des figures 7 et 8 et dans leurs variantes de réalisation précitées peuvent être uniformes ou bien diminuer progressivement quand la distance à l'axe de rotation augmente. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'accouplement hydrocinétique, en particulier véhicule automobile, comprenant un élément d'entrée (10) formant carter et comportant une surface interne transversale qui coopère par l'intermédiaire d'au moins une garniture de friction avec un piston (16) d'un embrayage de verrouillage pour la transmission d'un couple de rotation entre l'élément d'entrée (10) un élément de sortie (14, 48, 52), et des moyens pour limiter les variations des zones de contact entre les surfaces de friction piston (16), de la garniture (22) et/ou de la face interne du carter caractérisé en ce que les zones en contact desdites surfaces de friction comprennent au moins une surface incurvée convexe 28) et une surface plane (26). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce ladite surface incurvée convexe est centrée sur l'axe de rotation (18) et la surface plane est dans un plan radial ou transversal rapport à l'axe de rotation (18). 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé ce que le rayon de courbure de ladite surface convexe (24, 28) dans un plan passant par l'axe de rotation (18) est variable avec distance entre cette surface et l'axe de rotation. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce ledit rayon de courbure diminue quand la distance à l'axe de rotation augmente. 5 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la garniture de friction (22) qui coopère a friction avec le piston (16) ou avec le carter (10) pendant le fonctionnement du dispositif, a une rigidité non uniforme, qui varie en direction radiale avec la distance par rapport à l' de rotation. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en que la rigidité de la garniture (22) diminue entre ses parties péripheriques interne et externe et est plus faible dans sa partie médiane. - Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la garniture de friction (22) est formée par assemblage ou juxtaposition en direction radiale d'éléments annulaires ayant des rigidités différentes et des diamètres différents. 8 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface convexe est formée sur face (24) du piston tournée vers la garniture de friction (22). 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite surface convexe précitée est formée par la face de la garniture de friction(22) qui est tournée vers le piston (16). 10 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caracterisé en ce que la surface interne transversale du carter (10) coopérant avec la garniture de friction est plane. - Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que ladite surface interne transversale du carter (10) est convexe. 12 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite garniture de friction (22) est fixée sur ladite surface interne transversale du carter (10). 13 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite garniture de friction (22) est fixée sur un élément annulaire ) interposé entre le piston (16) et ladite surface interne transversale du carter (10) et en ce que cet élément annulaire (30) est lie en rotation à un composant (36) d'un amortisseur de torsion monte entre le piston (16) et l'élément de sortie (14) et porte une seconde garniture de friction (42) sur sa face tournée vers ladite surface interne transversale du carter (10). 14 - Dispositif selon 'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que son elément de sortie comprend un arbre de sortie (52) solidarisé en rotation avec un moyeu de turbine (48) et coopérant avec des moyens d'etanchéité (54) qui sont portés soit par le moyeu de turbine (48), soit par un organe de centrage (56) solidaire du carter (10), moyens d'étanchéité (54) séparant des chambres de convertisseur et d'embrayage de verrouillage dans le carter (10) pour le pontage dudit embrayage.