Brevet FR2819873A1 — publié le 20020726

L'invention concerne une boîte de vitesses pour un véhicule automobile dont la propulsion est assurée par au moins un moteur thermique. De façon classique, une telle boîte de vitesses comporte un embrayage entre le moteur thermique et un arbre primaire. Pour répondre à des exigences particulières de conception et d'intégration, une telle boîte de vitesses peut également comporter un autre embrayage ou encore un moteur électrique lorsque le véhicule automobile est à propulsion hybride. On entend ici par propulsion hybride une propulsion qui est réalisée à partir d'un moteur thermique et/ou d'un moteur électrique, le véhicule étant équipé de ces deux types de moteurs. Cependant, malgré la présence d'éléments supplémentaires, la longueur de la boîte de vitesses doit être réduite au maximum. L'invention a donc pour objet de proposer une boîte de vitesses du type ci-dessus indiqué, dont l'architecture est adaptée pour pouvoir intégrer des éléments complémentaires tout en restant d'une conception simple et compacte. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce au fait que : - la boîte de vitesses comporte un premier et un deuxième arbres primaires ou menants et un premier et un deuxième arbres secondaires ou menés, lesquels entraînent un différentiel qui commande à son tour les roues motrices du véhicule, - ces quatre arbres présentent des axes parallèles et portent chacun des pignons, les pignons du premier arbre secondaire, respectivement du deuxième arbre secondaire étant en prise avec ceux du premier arbre primaire, respectivement du deuxième arbre primaire, - le premier arbre primaire est creux et entoure un arbre traversant plein, - ces deux arbres sont mutuellement libres en rotation, et l'arbre traversant plein est lié en rotation d'une part, avec le moteur thermique situé à un premier bout de l'arbre traversant et d'autre part, avec un embrayage situé à un deuxième bout de l'arbre traversant, opposé au premier bout, et relié au premier arbre primaire. Dans une première variante de réalisation, la boîte de vitesses comprend, au premier bout de l'arbre traversant, un autre embrayage relié au moteur thermique et par l'intermédiaire duquel le moteur thermique peut entraîner le deuxième arbre primaire. Dans cette première variante, le premier arbre primaire et le deuxième arbre secondaire peuvent avantageusement porter les pignons correspondant à des rapports de première, troisième, cinquième et sixième vitesses, tandis que le deuxième arbre primaire et le deuxième arbre secondaire portent les pignons correspondant à des rapports de deuxième et quatrième vitesses. Dans une deuxième variante de réalisation, la boîte de vitesses comporte un moteur électrique au premier bout de l'arbre traversant, lequel peut entraîner en rotation le deuxième arbre primaire. Dans cette deuxième variante de réalisation, le premier arbre primaire et le premier arbre secondaire peuvent avantageusement porter les pignons correspondant à des rapports de première, deuxième, troisième et quatrième vitesses, tandis que le deuxième arbre primaire et le deuxième arbre secondaire portent les pignons correspondant à des rapports de première et deuxième vitesses. La boîte de vitesses selon l'invention peut en outre comporter un autre arbre creux entourant l'arbre traversant, éventuellement lié en rotation avec un arbre intermédiaire, lui-même lié en rotation avec le deuxième arbre primaire. Le deuxième arbre secondaire peut également porter un pignon correspondant à la marche arrière, le pignon de marche arrière porté par le deuxième arbre secondaire étant en prise avec un pignon porté par l'arbre intermédiaire. Enfin, chacun des arbres secondaires porte un pignon d'attaque qui engrène avec la couronne du différentiel. L'invention concerne également un véhicule automobile à propulsion hybride, le véhicule étant équipé d'un moteur thermique et d'un moteur électrique. Selon l'invention, ce véhicule automobile à propulsion hybride comporte une boîte de vitesses conforme à la deuxième variante de réalisation décrite ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue générale d'un exemple de réalisation de la boîte de vitesses selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique de côté de la figure 1, illustrant la position relative des différents arbres, et la figure 3 est une vue générale d'un autre exemple de réalisation de la boîte de vitesses selon l'invention. En référence tout d'abord à la figure 1, la référence 1 désigne le premier arbre primaire ou menant de la boîte de vitesses. Ce premier arbre primaire est creux et entoure un arbre traversant 2 qui est plein. Les paliers 20 et 21 réalisent le guidage de chaque extrémité de l'arbre plein 2. Le premier arbre primaire 1 et l'arbre plein 2 sont mutuellement libres en rotation. L'arbre traversant plein 2 est par ailleurs lié en rotation, d'une part avec le moteur thermique non illustré sur les figures et situé à un premier bout de l'arbre traversant (à droite sur la figure 1), et d'autre part avec un embrayage 3, situé à un deuxième bout de l'arbre traversant, opposé au premier, et relié au premier arbre primaire 1. Ce premier arbre primaire 1 porte les pignons 10, 11, 12 et 13 correspondant à des rapports respectivement de première, troisième, cinquième et sixième vitesses. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les pignons 10 et 11 sont immobilisés sur le premier arbre primaire 1, aussi bien en rotation qu'en translation, tandis que les pignons 12 et 13 sont montés fous sur l'arbre 1. La boîte de vitesses comporte un premier arbre secondaire 4 qui porte quatre pignons 40,41, 42 et 43, conçus pour venir en prise respectivement avec les pignons 10,11, 12 et 13 du premier arbre primaire 1. Le premier arbre secondaire 4 comporte également un autre pignon 44, ici du côté du premier bout de l'arbre traversant 2. Ce pignon 44, dit pignon d'attaque , est monté fixe sur l'arbre 4 et est conçu pour engréner avec la couronne 50 du différentiel 5. La figure 2 illustre le positionnement relatif du premier arbre primaire 1, de l'arbre traversant, plein 2, du premier arbre secondaire 4 et de la couronne de différentiel 50. La boîte de vitesses comporte également un deuxième arbre primaire 6 qui est parallèle au premier arbre primaire 1 et au premier arbre secondaire 4. Ce deuxième arbre primaire porte deux pignons 60 et 61 correspondant à des rapports de deuxième et quatrième vitesses. Dans cet exemple de réalisation, les pignons 60 et 61 sont immobilisés sur l'arbre 6, aussi bien en rotation et en translation. La boîte de vitesses comporte également un deuxième arbre secondaire 7 qui porte les pignons 70 et 71, venant en prise respectivement avec les pignons 60 et 61 du deuxième arbre primaire 6. Le deuxième arbre secondaire 7 porte un autre pignon 73, situé du côté du premier bout de l'arbre traversant 2, et monté fixe sur l'arbre 7. Ce pignon 73, ou pignon d'attaque , engrène avec la couronne 50 du différentiel 5. La position relative du deuxième arbre primaire 6, du deuxième arbre secondaire 7 et de la couronne du différentiel 50 est illustrée à la figure 2. Dans ce premier exemple de réalisation, la boîte de vitesses comporte un autre embrayage 8 situé au niveau " du premier bout de l'arbre traversant 2. Un arbre de renvoi creux 80 entoure l'arbre plein 2, du côté du premier bout, et est lié à l'embrayage 8. Cet arbre de renvoi 80 porte un pignon 81, qui engrène avec un autre pignon 82, porté par un arbre intermédiaire référencé 83 et représenté en pointillés sur la figure 1. Cet arbre intermédiaire 83 porte un autre pignon 84 qui engrène à son tour avec un pignon 72 porté par le deuxième arbre secondaire 7 et qui est utilisé pour la marche arrière. La figure 2 illustre les positions relatives de l'arbre intermédiaire 83, de l'arbre creux 80, ici assimilé au premier arbre primaire 1, et du deuxième arbre primaire 6. Ainsi, dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, la puissance du moteur thermique peut être transmise au premier arbre primaire 1 et au deuxième arbre primaire 6, en fonction de l'embrayage utilisé. Lorsque l'embrayage 3 est activé et l'embrayage 8 débrayé, la puissance du moteur thermique est transmise au premier arbre primaire 1 par l'intermédiaire de l'arbre traversant 2 et de l'embrayage 3. Le premier arbre primaire 1 peut alors entraîner le premier arbre secondaire 4 qui lui même entraîne la couronne du différentiel par son pignon 44. C'est dans cette situation que le véhicule est démarré, le premier arbre primaire portant le pignon correspondant à un rapport de première. Lorsque l'embrayage 8 est activé et que l'embrayage 3 est débrayé, la puissance du moteur thermique est transmise au deuxième arbre primaire 6 par le pignon 81 de l'arbre 80 engrenant avec le pignon 82 de l'arbre intermédiaire 83, lequel engrène à son tour avec le pignon 62 de l'arbre 6, l'arbre 80 étant alors entraîné par l'embrayage 8'. Le deuxième arbre primaire 6 peut alors entraîner le deuxième arbre secondaire 7 par l'intermédiaire du pignon 60 ou du pignon 61. Le deuxième arbre secondaire 7 entraîne alors la couronne 50 du différentiel 5, par l'intermédiaire de son pignon d'attaque 73. On comprend que dans l'exemple de réalisation de la boîte de vitesses illustré à la figure 1, la présence de l'arbre intermédiaire 83 est nécessaire pour obtenir un sens de rotation correct de la couronne 50 du différentiel. La figure 1 montre également que le pignon 84 de l'arbre intermédiaire 83 entraîne un pignon 72 porté par le deuxième arbre secondaire 7, du côté du deuxième bout de l'arbre traversant 2. Ces pignons sont utilisés lorsqu'on souhaite faire fonctionner le véhicule en marche arrière. Dans ce cas, c'est l'embrayage 8 qui est en position embrayée et l'embrayage 3 en position débrayée, la puissance thermique étant transmise à l'arbre intermédiaire 83 grâce à l'embrayage 8 et à l'arbre creux 80. Le deuxième arbre secondaire 7 est alors entraîné par l'arbre intermédiaire 83, grâce aux pignons 84 et 72 et il entraîne à son tour la couronne 50 du différentiel grâce au pignon d'attaque 73. Le sens de rotation des différents arbres est indiqué sur la figure 2 par une flèche simple pour la marche avant et par une flèche notée MAR pour la marche arrière. On se réfère maintenant à la figure 3 qui illustre un autre exemple de réalisation de la boîte de vitesses selon l'invention, laquelle est alors destinée à un véhicule automobile à propulsion hybride. Cette boîte de vitesses comporte toujours un premier et un deuxième arbres primaires 1 et 6, un premier et un deuxième arbres secondaires 4 et 7, ainsi qu'un arbre traversant plein 2 qui est partiellement entouré par le premier arbre primaire 1. La position relative des différents arbres est inchangée. La seule différence est que l'arbre de renvoi 80 et l'arbre intermédiaire 83 ne sont plus présents dans la boîte de vitesses. Comme on le verra dans la suite de la description, leur présence n'est, en effet, plus nécessaire. Dans l'exemple illustré à la figure 3, le premier arbre primaire 1 porte des pignons 15,16, 17 et 18 correspondant respectivement à des rapports de première, deuxième, troisième et quatrième vitesses. Le premier arbre secondaire 4 porte des pignons 45,46, 47 et 48, respectivement en prise avec les pignons 15,16, 17 et 18 du premier arbre primaire 1. Le deuxième arbre primaire 6 porte des pignons 64 et 65 correspondant respectivement à des rapports de première et deuxième vitesses. Le deuxième arbre secondaire 7 porte également des pignons 74 et 75 respectivement en prise avec les pignons 64 et 65. Par ailleurs, dans ce. deuxième mode de réalisation, la boîte de vitesses ne comporte pas d'autre embrayage que l'embrayage 3 mais elle comporte un moteur électrique 9 situé du côté du premier bout de l'arbre traversant plein 2. Ce moteur électrique 9 est lié à un autre arbre creux 90 qui entoure partiellement l'arbre plein 2. Comme l'illustre la figure 3, cet autre arbre creux 90 est situé entre le premier arbre primaire 1 et le moteur électrique 9. Il porte un pignon 94 en prise avec un pignon 66 porté par le deuxième arbre primaire 6. Le moteur électrique 9 comporte un rotor 91, lié en rotation avec un élément 92 en forme de cloche, dont la partie intérieure 93 entoure partiellement l'arbre creux 90. Le fonctionnement de cette boîte de vitesses va maintenant être expliqué plus en détail. Le démarrage du véhicule peut être réalisé, soit par le moteur thermique, soit par le moteur électrique. Dans le premier cas, l'embrayage 3 est activé et la puissance du moteur thermique est transmise au premier arbre primaire 1 par l'intermédiaire de l'arbre plein traversant 2 et de l'embrayage 3. Le premier arbre primaire entraîne alors le deuxième arbre primaire 4, les pignons 15 et 45 étant en prise. Le premier arbre secondaire entraîne à son tour la couronne 50 du différentiel par l'intermédiaire de son pignon d'attaque 44. Dans le deuxième cas, l'embrayage 3 est débrayé et le moteur électrique 9 est mis en marche. Le moteur électrique entraîne alors le deuxième arbre primaire 6, par l'intermédiaire de l'arbre creux 90 et des pignons 94 et 66 qui sont en prise. Le deuxième arbre primaire 6 peut alors entraîner le deuxième arbre secondaire 7, par l'intermédiaire des pignons 64 et 74 qui sont en prise. Le deuxième arbre secondaire 7 engrène à son tour avec la couronne 50 du différentiel par l'intermédiaire de son pignon d'attaque 73. Le fonctionnement de la boîte de vitesses pour les autres rapports de vitesses est identique à un des deux cas décrits ci-dessus. On peut noter que dans ce deuxième exemple de réalisation, en choisissant de façon appropriée le sens de rotation du moteur électrique 9, il n'est plus nécessaire de prévoir l'arbre intermédiaire 83 qui est par contre indispensable au bon fonctionnement de la boîte de vitesses illustrée à la figure 1. Ceci permet de simplifier la conception et la réalisation de la boîte de vitesses. De même, le fonctionnement du véhicule en marche arrière peut être directement assuré par le moteur électrique. Il suffit pour cela d'utiliser le pignon 64 correspondant à un rapport de première, en faisant tourner le moteur électrique en sens inverse de celui qui est utilisé pour la marche avant. C'est pourquoi aucun pignon de marche arrière n'est illustré sur la figure 3 sur le deuxième arbre primaire 6 et sur le deuxième arbre secondaire 7. L'invention n'est bien sûr pas limitée à la répartition des pignons sur les différents arbres de la boîte de vitesses, telle qu'illustrée à la figure 1 ou à la figure 3. Toute autre répartition est envisageable. Enfin, les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques figurant dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter la portée. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses pour un véhicule automobile dont la propulsion est réalisée à partir d'au moins un moteur thermique, caractérisée en ce que : elle comporte un premier et un deuxième arbres primaires (1,6) et un premier et un deuxième arbres secondaires (4,7), lesquels entraînent un différentiel (5), les quatre arbres primaires et secondaires (1,4, 6,7) présentent des axes parallèles et portent chacun des pignons, les pignons (10,11, 12,13 ; 15,16, 17,18) du premier arbre primaire (1) étant en prise avec les pignons (40,41, 42,43 ; 45,46, 47,48) du premier arbre secondaire et les pignons (60,61 ; 64,65) du deuxième arbre primaire (6) étant en prise avec les pignons (70,71 ; 74,75) du deuxième arbre secondaire, le premier arbre primaire (1) est creux et entoure un arbre traversant plein (2), ces deux arbres étant mutuellement libres en rotation, et - l'arbre traversant plein (2) est lié en rotation d'une part, avec le moteur thermique situé à un premier bout de l'arbre traversant et d'autre part, avec un embrayage (3) situé à un deuxième bout de l'arbre traversant, opposé au premier bout, et relié au premier arbre primaire (1). 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, au premier bout de l'arbre plein traversant (2), un autre embrayage (8) relié au moteur thermique et par l'intermédiaire duquel le moteur thermique peut entraîner le deuxième arbre primaire (6). 3. Boîte de vitesses selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier arbre primaire (1) et le premier arbre secondaire (4) portent les pignons (10,11, 12,13 i 40, 41,42, 43) correspondant à des rapports de première, troisième, cinquième et sixième vitesses, tandis que le deuxième arbre primaire (6) et le deuxième arbre secondaire (7) portent les pignons (60,61 ; 70,71) correspondant à des rapports de deuxième et quatrième vitesses. 4. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un moteur électrique (9) situé au premier bout de l'arbre traversant plein (2), ce moteur électrique pouvant entraîner en rotation le deuxième arbre primaire (6). 5. Boîte de vitesses selon la revendication 4, caractérisée en ce que le premier arbre primaire (1) et le premier arbre secondaire (4) portent les pignons (15,16, 17,18 ; 45,46, 47,48) correspondant à des rapports de première, deuxième, troisième et quatrième vitesses, tandis que le deuxième arbre primaire (6) et le deuxième arbre secondaire (7) portent les pignons (64,65 ; 74,75) correspondant à des rapports de première et deuxième vitesses. 6. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un autre arbre creux (80,90) entourant l'arbre traversant plein (2). 7. Boîte de vitesses selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un arbre intermédiaire (83) lié en rotation avec l'arbre creux (80) et avec le deuxième arbre primaire (6). 8. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le deuxième arbre secondaire (7) porte un pignon (72) correspondant à la marche arrière du véhicule, le pignon (72) porté par le deuxième arbre secondaire (7) étant en prise avec un pignon (84) porté par l'arbre intermédiaire (83). 9. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que chacun des arbres secondaires (4,7) porte un pignon d'attaque (44,73) qui engrène avec la couronne (50) du différentiel (5). 10. Véhicule automobile à propulsion hybride comportant une boîte de vitesses selon l'une des revendications 4 à 9.