Brevet FR2827353A1 — publié le 20030117

La présente invention concerne un dispositif de contrôle de lubrification d'un embrayage humide. Ce dispositif s'applique en particulier au contrôle de lubrification dans un système d'embrayage pour véhicule automobile équipé d'une boîte de vitesses automatique, pilotée ou robotisée. Ces systèmes d'embrayage, qui participent au changement de rapport de vitesses, doivent dissiper, au cours de leur fonctionnement, des variations de puissance entre le moteur thermique du véhicule et les transmissions pour assurer la transmission du couple et le confort lors du passage de vitesses. Actuellement, cette puissance est dissipée par la lubrification par barbotage du système d'embrayage. Cependant, l'échange calorifique par convection des éléments d'embrayage avec l'huile de barbotage est relativement faible du fait que seule la surface des éléments barbotant profite de l'échange calorifique, de sorte que le transfert de chaleur est loin d'être optimisé. De plus, du fait que le barbotage est permanent, cela se traduit par des pertes dans l'embrayage même lorsqu'il n'est pas fonctionnel. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus en proposant un dispositif de contrôle de lubrification permettant d'optimiser la dissipation d'énergie de façon à améliorer le passage des vitesses, de réduire la traînée, la masse, l'encombrement et, par conséquent, les coûts de cette transmission. A cet effet, l'invention propose un dispositif de contrôle de lubrification d'un embrayage humide comprenant un ou plusieurs disques d'embrayage et un piston à déplacement commandé par un fluide sous pression acheminé dans une chambre de pression au travers d'au moins un conduit raccordé à une soupape d'alimentation reliée à une source d'alimentation en fluide sous pression, pour fermer l'embrayage, et qui est caractérisé en ce qu'il comprend une soupape de pression raccordée en sortie de la soupape d'alimentation parallèlement au conduit d'acheminement du fluide sous pression dans la chambre de pression et s'ouvrant pour autoriser le passage de fluide sous pression vers le ou les disques d'embrayage pour évacuer l'énergie thermique dissipée lors du frottement des surfaces du ou des disques d'embrayage lorsque la pression du fluide de déplacement du piston atteint une valeur correspondant à la fermeture de l'embrayage. Dans l'application pour un embrayage à un seul disque à garnitures de friction de chaque côté du disque interposé entre deux plateaux de friction, le dispositif comprend un ensemble de canaux réalisés dans chaque plateau de friction et en communication de fluide avec la soupape de pression de façon à acheminer le fluide d'évacuation d'énergie sur la face de la garniture de friction en contact avec le plateau de friction correspondant. Avantageusement, l'ensemble des canaux du plateau de friction est raccordé à l'extrémité d'un tube externe, tel qu'un flexible, dont l'extrémité opposée est raccordée à un autre tube externe s'étendant le long de l'arbre primaire d'une boîte de vitesses auquel est lié à rotation le disque d'embrayage ou à un canal réalisé dans l'arbre primaire en s'étendant le long de celui-ci, le tube externe ou le canal interne de liaison étant raccordé, par l'intermédiaire d'un joint tournant, à une conduite raccordée en sortie de la soupape de pression. Pour un embrayage à plusieurs disques imbriqués pouvant être engagés les uns contre les autres par le piston en position fermée de l'embrayage, le dispositif comprend au moins un canal interne raccordé à une conduite externe reliée en sortie de la soupape de pression pour envoyer le fluide sous pression d'évacuation d'énergie thermique dans des orifices réalisés à travers les disques d'embrayage les uns en face des autres. Plus particulièrement, pour un embrayage du type multimode comprenant une plaque de réaction en forme de piston pouvant être déplacée axialement relativement au carter d'embrayage par effet de came exercé d'un côté de la plaque de réaction lorsqu'elle tourne dans une direction et dans laquelle sont engagés à rotation les disques d'embrayage extérieurs, les disques d'embrayage intérieurs étant liés à rotation à un moyeu de liaison d'entraînement avec un arbre de transmission, et une soupape de régulation pouvant entraîner en translation dans un alésage sensiblement annulaire défini entre deux parois cylindriques du carter un fourreau en forme de bague relativement épaisse disposé concentriquement et extérieurement à la plaque de réaction en étant lié en translation à cette dernière, le dispositif comprend un premier canal réalisé radialement au travers de la paroi cylindrique externe du carter et raccordé en sortie de la soupape de pression par la conduite externe, et un second canal radial réalisé dans le fourreau débouchant dans la plaque de réaction et pouvant être amené en communication de fluide avec le premier canal pour permettre la circulation du fluide sous pression d'évacuation d'énergie thermique au travers des orifices des disques d'embrayage. Les orifices des disques d'embrayage extérieurs sont circulaires et ceux des disques d'embrayage intérieurs sont elliptiques de façon que ces derniers puissent couvrir au moins un orifice circulaire correspondant d'un disque d'embrayage extérieur quelle que soit la position angulaire relative des disques d'embrayage. Avantageusement, la soupape de pression comprend un clapet rappelé en position de fermeture de la soupape par un ressort hélicoïdal précontraint. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 représente l'application du dispositif de contrôle de lubrification de l'invention à un embrayage humide du type multimode ; les figures 2A et 2B sont des vues de face respectivement de deux disques d'embrayage extérieur et intérieur de l'embrayage de la figure 1 ; - la figure 3 représente l'application du dispositif de contrôle de lubrification de l'invention à un embrayage du type monodisque ; et - la figure 4 est une vue de face d'un plateau de friction de l'embrayage suivant la flèche IV de la figure 3. Le dispositif de contrôle de lubrification de l'invention est utilisé en particulier dans un système d'embrayage pour véhicule automobile équipé d'une boîte de vitesses automatique, pilotée ou robotisée participant aux changements de rapport de vitesses. Cependant, ce dispositif peut également s'appliquer à des embrayages pour véhicules automobiles équipés d'une boîte de vitesses manuelle. La figure 1 représente un embrayage multimode, connu en soi, auquel peut s'appliquer le dispositif de contrôle de lubrification de l'invention. Un tel embrayage multimode utilisé pour des transmissions de changement de vitesses automatique est décrit notamment dans le brevet des Etats-Unis No. 5 031 746 au nom de Koivunen. Un tel embrayage comprend essentiellement, en plus d'un embrayage conventionnel, une plaque de réaction en forme de piston 1 pouvant être déplacée axialement relativement au carter d'embrayage Cl par des moyens formant came 2 agissant sur une paroi radiale d'extrémité la de la plaque 1 lorsque cette dernière tourne dans une direction. La plaque de réaction 1 comporte une paroi cylindrique lb dans laquelle sont engagés à rotation des disques d'embrayage extérieurs 3 imbriqués avec des disques d'embrayage intérieurs 4 qui sont liés à rotation à un moyeu 5 (partiellement représenté) en liaison d'entraînement, généralement par l'intermédiaire de jeux de pignons, à l'arbre de transmission primaire (non représenté) de la boîte de vitesses. Les disques d'embrayage 3,4 sont disposés entre une plaque annulaire 6 fixée dans la plaque de réaction 1 et une plaque annulaire opposée 7 montée axialement mobile dans la plaque de réaction 1. Les moyens de came 2 sont constitués par des billes 8 disposées sur une même circonférence et chacune logée dans deux cavités tronconiques réalisées respectivement dans les faces opposées de deux plaques annulaires 9,10, la plaque 10 étant axialement retenue relativement au carter Cl par un anneau de retenue 11 logé dans une gorge interne d'une paroi cylindrique 12 du carter Cl de façon à maintenir en appui l'autre plaque annulaire 9 sur la paroi transversale la de la plaque de réaction 1. Les disques d'embrayage 3,4 peuvent être amenés en engagement par friction les uns avec les autres par un piston 13 monté à coulissement dans le carter Cl et piloté par un fluide sous pression, tel que de l'huile, acheminé dans une chambre de pression 14. Pour cela, la chambre 14 est en communication de fluide avec une conduite externe d'alimentation 15 par l'intermédiaire de canaux 16 traversant le carter Cl pour déboucher dans la chambre 14. La conduite externe 15 est reliée en sortie d'une vanne d'alimentation 17 pilotée de façon à pouvoir occuper deux positions respectivement d'amenée de fluide sous pression dans la conduite 15 et provenant d'une source d'alimentation (non représentée) et de mise à l'échappement de cette conduite. Ainsi, le piston 13 peut être piloté par le fluide sous pression pour le déplacer relativement au carter Cl et l'amener à exercer une pression axiale sur les disques d'embrayage 3,4 pour les engager par friction les uns avec les autres. L'embrayage multimode comprend en outre une vanne de régulation 18 constituée par un piston annulaire 19 et un siège annulaire 20 dans lequel peut se déplacer le piston 19 pouvant obturer un orifice radial 21 du siège 20 en communication de fluide au travers du carter Cl avec une conduite externe 22 reliée en sortie d'une vanne d'initialisation 23 pilotée de façon à pouvoir occuper une position d'obturation de la conduite 22 ou une position mettant en communication la conduite 22 avec un régulateur de contrepression 24. La vanne de régulation 18 permet le déplacement en translation, dans un alésage sensiblement annulaire 25 réalisé dans le carter Cl entre la paroi cylindre 12 et une paroi cylindrique externe 26, d'un fourreau en forme de bague relativement épaisse 27 lié en translation à la plaque de réaction 1. La conduite d'alimentation 15 est en outre raccordée à une autre conduite 15a débouchant dans une chambre en amont de la vanne de régulation 18 au travers d'un canal radial traversant le carter Cl. Le dispositif de contrôle de lubrification de l'invention comprend une vanne de pression 28 raccordée par une conduite 29 à la vanne d'alimentation 17 et par une conduite 30 à un canal radial 31 réalisé au travers de la paroi 26 du carter Cl et pouvant déboucher dans au moins un canal radial 32 traversant le fourreau 27 lorsque ce dernier est déplacé de façon à présenter le canal radial 32 en regard du canal 31. La vanne 28 se trouve ainsi branchée parallèlement à la conduite 15. Le canal 32 est en communication de fluide avec un canal radial 33 réalisé dans la paroi transversale la de la plaque de réaction 1 et débouchant, par plusieurs canaux axiaux circonférentiellement espacés 34 traversant la plaque annulaire fixe 6, dans la plaque de réaction 1 de façon à acheminer du fluide sous pression d'évacuation de l'énergie thermique dissipée lors du frottement des matériaux de friction des disques extérieurs et intérieurs 3,4 lors de la fermeture de l'embrayage. Les disques d'embrayage 3,4 comprennent des orifices traversants 35 circonférentiellement espacés de façon équidistante et situés en regard les uns des autres quelle que soit la position angulaire relative des disques 3,4 pour permettre le passage du fluide sous pression de refroidissement. Pour cela, les orifices 35 des disques extérieurs 3 sont circulaires, tandis que les orifices 35 des disques intérieurs 4 sont elliptiques de façon à recouvrir en permanence au moins l'un des orifices circulaires 35 des disques extérieurs 3 indépendamment de leur position angulaire relativement aux disques intérieurs 4. La vanne de pression 28 comprend une bille formant clapet 36 logée dans le corps 37 de la vanne et maintenue en position d'obturation de la conduite 29 par un ressort hélicoïdal de compression 38 et taré de façon à permettre au fluide sous pression arrivant dans la vanne 28 de pousser la bille 36 à sa position d'ouverture lorsque la pression du fluide dans la chambre de pression 14 atteint une valeur suffisante pour fermer l'embrayage par le piston 13. Ainsi, pour permettre la transmission de puissance et/ou d'énergie par l'embrayage ci-dessus décrit, la vanne d'alimentation 17 est commandée pour amener du fluide sous pression dans la chambre 14 et déplacer le piston 13 qui, à son tour, déplace la plaque annulaire 7 pour amener en engagement par friction les uns avec les autres les disques d'embrayage 3,4 et, dès que le niveau de pression atteint est suffisant pour assurer cet engagement, la soupape de pression 28 s'ouvre pour permettre à du fluide sous pression d'être introduit au travers des orifices 35 des disques d'embrayage 3,4, du fait que la vanne de régulation 18 a déplacé le fourreau 27 à sa position mettant en communication de fluide la vanne 28 avec les différents canaux 32,33 et 34. Ce fluide sous pression permet d'évacuer l'énergie thermique dissipée lors du frottement des surfaces des disques d'embrayage extérieurs et intérieurs. Du fait que les orifices 35 des disques d'embrayage 4 soient elliptiques, il n'est pas nécessaire d'indexer précisément les disques d'embrayage 3 relativement aux disques d'embrayage 4. Lorsque la pression diminue dans la chambre 14, le piston 13 est rappelé par des moyens élastiques (non représentés) et l'embrayage s'ouvre, la chute de pression bloquant à nouveau l'arrivée de fluide sous pression au niveau de la vanne de pression 28. Les figures 3 et 4 représentent l'application du dispositif de contrôle de lubrification à un embrayage du type monodisque. Un tel embrayage comprend essentiellement un disque 38 solidaire d'un moyeu amortisseur 39 monté à rotation, par des cannelures, sur un arbre primaire 40 de la transmission lui-même monté à rotation dans un carter C2 de la boîte de vitesses. Le disque 38 porte de chaque côté de celui-ci des garnitures de friction 41, l'ensemble étant interposé entre deux plateaux de friction 42 montés dans un boîtier d'entrée 43, l'un des plateaux 42 étant solidaire d'une paroi latérale cylindrique 43a du boîtier 43 tandis que l'autre plateau de friction 42 est solidaire en rotation de cette paroi tout en pouvant être déplacé en translation relativement à celle-ci. Un piston 44 est monté à coulissement dans le boîtier 43 pour amener en engagement par friction les deux plateaux de friction 42. Le déplacement du piston 44 est commandé par du fluide sous pression, tel que de l'huile, acheminée dans une chambre de pression 45 par l'intermédiaire de canaux 46 raccordés, par l'intermédiaire d'un joint tournant 47, à la conduite d'alimentation 15 reliée à la vanne d'alimentation 17. Selon l'invention, chaque plateau de friction 42 comprend un ensemble de canaux internes constitués par un canal circulaire 42a et une pluralité de canaux axiaux 42b en communication de fluide avec le canal circulaire 42a et débouchant sur la face du plateau 42 située en regard de la garniture de friction correspondante 41. Le canal circulaire 42a du plateau de friction 42 est raccordé en communication de fluide à une conduite externe 48, telle qu'un flexible, elle-même raccordée à une autre conduite externe 49 s'étendant le long de l'arbre primaire 40 et raccordée, par l'intermédiaire d'un joint tournant 50, à la conduite 30 de liaison à la vanne de pression 28 identique à la vanne de pression 28 de la figure 1. En variante, chaque conduite externe 48 peut être raccordée à une canalisation interne de l'arbre primaire 40 à la place de la conduite externe 49. Pour permettre la transmission de puissance et/ou d'énergie par l'embrayage, le fluide sous pression d'alimentation est introduit dans la chambre de pression 45 pour déplacer le piston 44 qui amène en engagement par friction les deux plateaux de friction 42 et assurer ainsi le transfert de couple. Dès que le niveau de pression dans la chambre 45 permettant l'engagement par friction des plateaux 42 est atteint, la vanne de pression 28 s'ouvre, permettant au fluide sous pression d'atteindre les canaux axiaux 42b de chaque plateau 42 au travers de la conduite 48 et du canal circulaire 42a et permettre ainsi au fluide sous pression d'évacuer l'énergie thermique dissipée lors du frottement des garnitures de friction 41 avec les plateaux 42. Lorsque la pression du fluide diminue dans la chambre 45, le piston 44 est rappelé à sa position d'origine par des moyens élastiques à membrane annulaire 51, l'embrayage s'ouvre et cette chute de pression provoque la fermeture de la vanne de pression 28 par la bille 36. Le dispositif de contrôle de lubrification de l'invention présente les avantages suivants par rapport aux solutions connues jusqu'à maintenant : - seul le fluide sous pression d'alimentation permet de contrôler le transfert de couple et la lubrification pendant la phase d'embrayage, assurant ainsi une parfaite synchronisation ; - la capacité énergétique de l'embrayage à surface de contact identique est augmentée (le débit d'huile augmente le coefficient d'échange par rapport à celui d'une convection naturelle) ; - pour un même niveau d'énergie, la surface, la masse et l'encombrement de l'embrayage sont réduits ; - la quantité d'huile nécessaire à la lubrification est optimisée ; les rainures apparaissant parfois sur des garnitures d'embrayage sont supprimées ; - la traînée est réduite (plus de barbotage) ; et - l'ouverture de l'embrayage est assistée (effet dit de turbolator). REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de lubrification d'un embrayage humide comprenant un ou plusieurs disques d'embrayage (3,4 ; 38) et un piston (13 ; 44) à déplacement commandé par un fluide sous pression acheminé dans une chambre de pression (14 ; 45) au travers d'au moins un conduit (15) raccordé à une soupape d'alimentation (17) reliée à une source d'alimentation en fluide sous pression pour fermer l'embrayage, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape de pression (28) raccordée en sortie de la soupape d'alimentation (17) parallèlement au conduit d'acheminement (15) du fluide sous pression dans la chambre (14) et s'ouvrant pour autoriser le passage de fluide sous pression vers le ou les disques d'embrayage pour évacuer l'énergie thermique dissipée lors du frottement des surfaces du ou des disques d'embrayage (2,3 ; 38) lorsque la pression du fluide de déplacement du piston (13 ; 45) atteint une valeur correspondant à la fermeture de l'embrayage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, pour un embrayage à un seul disque (38) à garnitures de friction (41) de chaque côté du disque (38) interposé entre deux plateaux de friction (42), un ensemble de canaux (42a, 42b) réalisés dans chaque plateau de friction (42) et en communication de fluide avec la soupape de pression (28) de façon à acheminer le fluide d'évacuation d'énergie sur la face de la garniture de friction en contact avec le plateau de friction correspondant (42). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble des canaux (42a, 42b) du plateau de friction (42) est raccordé à l'extrémité d'un tube externe (48), tel qu'un flexible, dont l'extrémité opposée est raccordée à un autre tube externe (49) s'étendant le long de l'arbre primaire (40) d'une boîte de vitesses auquel est lié à rotation le disque d'embrayage (38) ou à un canal réalisé dans l'arbre primaire (40) en s'étendant le long de celui-ci, le tube externe ou le canal de liaison étant raccordé, par l'intermédiaire d'un joint tournant (50), à une conduite (30) raccordée en sortie de la soupape de pression (28). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, pour un embrayage à plusieurs disques imbriqués (3,4) pouvant être engagés les uns contre les autres par le piston (13) en position fermée de l'embrayage, au moins un canal interne (32) raccordé à une conduite externe (30) reliée en sortie de la soupape de pression (28) pour envoyer le fluide sous pression d'évacuation d'énergie dans des orifices réalisés à travers les disques d'embrayage (3,4) les uns en face des autres. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour un embrayage du type multi-mode comprenant une plaque de réaction (1) en forme de piston pouvant être déplacée axialement relativement au carter d'embrayage par effet de came exercé d'un côté de la plaque de réaction lorsqu'elle tourne dans une direction et dans laquelle sont engagés à rotation les disques d'embrayage extérieurs (3), les disques d'embrayage intérieurs (4) étant liés à rotation à un moyeu (5) en liaison d'entraînement avec un arbre de transmission, et une soupape de régulation (18) pouvant entraîner en translation dans un alésage sensiblement annulaire défini entre deux parois cylindriques (12,26) du carter un fourreau en forme de bague relativement épaisse (27) disposé concentriquement et extérieurement à la plaque de réaction (1) en étant lié en translation à cette dernière, il comprend un premier canal (31) réalisé radialement au travers de la paroi cylindrique externe (26) du carter et raccordé en sortie de la soupape de pression (28) par la conduite externe (30), et un second canal radial (32) réalisé dans le fourreau (27) débouchant dans la plaque de réaction (1) et pouvant être amené en communication de fluide avec le premier canal (31) pour permettre la circulation du fluide sous pression d'évacuation d'énergie thermique au travers des orifices des disques d'embrayage (3,4). 6. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les orifices des disques d'embrayage extérieurs (3) sont circulaires et ceux des disques d'embrayage intérieurs (4) sont elliptiques de façon que ces derniers puissent couvrir au moins un orifice circulaire correspondant d'un disque d'embrayage extérieur (3) quelle que soit la position angulaire relative des disques d'embrayage. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soupape de pression (28) comprend un clapet (35) rappelé en position de fermeture de la soupape par un ressort hélicoïdal précontraint (36). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il peut être utilisé dans des systèmes d'embrayage pour des véhicules automobiles équipés d'une boîte de vitesses automatique, pilotée ou robotisée.