Brevet FR2830308A1 — publié le 20030404

La présente invention concerne les transmissions automatiques pour automobile, qui transmettent la puissance du moteur au différentiel sans aucune intervention du conducteur. Il existe de lr'en nombreuses transmissions automatiques pour automobile dont la conception et la réalisation sont souvent remarquables. Elles comportent toutes un certain nombre d'auxiliaires qui assurent 1'automaticité du fonctionnement d'un ensemble constitué, soit d'un embrayage et d'une boîte de vitesses classiques, soit d'un convertisseur de couple et de trains épicycloïdaux, le conducteur choisissant indirectement la vitesse du véhicule en agissant sur la charge du moteur ou sur les freins. Elles présentent toutes, à des degrés divers, au moins un des défauts suivants : prix de revient élevé, consommation élevée, mollesse des accélérations, usure rapide des freins. La transmission idéale est celle qui supprimerait ces défauts (ou tout au moins les atténuerait fortement) et qui permettrait au conducteur de choisir directement la vitesse du véhicule. Une telle transmission, qui serait capable de donner au vóì"ricuk, 10 pJus r-apidorìlcmt et le plus économiquement possible, une vitesse différant le moins possible de celle choisie par le conducteur, n'existe pas : la présente invention a pour but de combler ce vide technique. La transmission selon l'invention comporte essentiellement une popu à pbns à haute pression alimentant les injecteurs de turbines à action sous le contrôle d'un ordinateur. La partie mécanique est entièrement contenue dans un carter rotatif étanche de forme cylindrique dont l'axe coïncide avec celui de l'arbre récepteur qui entraîne le différentiel et qui est dans le prolongement de l'arbre moteur. Ce carter et le corps de la pompe à haute pression sont solidaires de l'arbre moteur tandis que l'embiellage de la pompe est solidaire de l'arbre récepteur. La pompe alimente, par l'intermédiaire d'électro-vannes commandées par l'ordinateur, les injecteurs, à ouverture constante et éventuellement à jets multiples, d'un ensemble de turbines à action. Chacune de ces turbines possède plusieurs injecteurs et peut transmettre sa puissance à l'arbre récepteur par un système de démultiplication à engrenages composé de trains épicycloïdaux montes en série : lorsqu'elle travaille, son couple, multiplié par le rapport de démultiplication, vient s'ajouter au couple tranl s'ajouter au couple transmis directement par l'arbre moteur à l'arbre récepteur. Les rapports de démultiplication des turbines sont très différents ! es uns des autres de sorte que, pour une même vitesse de l'arbre récepteur, donc du véhicule, les turbines peuvent tourner à des vitesses très différentes. ainsi, lorsque le couple appliqué à l'arbre récepteur est insuffisant pour donner au véhicule (ou conserver) la vitesse choisie par le conducteur, l'ordinateur peut, après avoir choisi la charge du moteur, sélectionner la turbine qui fournit le meilleur rendement (ou éventuellement le couple le plus élevé) ainsi que le nombre d'injecteurs ouverts agissant sur cette turbine. Pour cela l'ordinateur analyse en permanence divers paramètres : caractéristiques du moteur, vitesse - : caractéristiques du moteur, vitesse du véhicule, pression du liquide à la sortie de la pompe, importance de l'accroissement de vitesse souhaité par le conducteur, conditions atmosphériques, etc. La marche arrière est assurée par l'action d'une turbine qui peut transmettre à l'arbre récepteur un couple supérieur et de sens contraire à celui qui est directement transmis par l'arbre moteur. Un dispositif mécanique composé d'un frein à disque entraîné par un système multiplicateur à engrenages permet à l'arbre récepteur de faire tourner l'arbre moteur à une vitesse supérieure à la sienne et donc de faire fonctionner la pompe : un puissant effet ralentisseur peut ainsi être obtenu en obligeant le débit de celle-ci à traverser un orifice de section réglable suffisamment réduite. Ce dispositif permet éventuellement à l'ordinateur de réduire (ou de maintenir) la vitesse du véhicule à la valeur choisie par le conducteur sans aucune utilisation des freins. Les dessins annexés concernent la partie mécanique d'une transmission conforme à la présente invention. Pour une bonne lisibilité, ils sont intentionnellement schématiques et incomplets : la figure 1 représente une coupe par un plan passant par J'axe de l'arbre récepteur ; la figure 2 représente un injecteur à 4 jets et la forme des augets des turbines ; la figure 3 représente un auxiliaire du dispositif ralentisseur. En référence à ces dessins, la transmission comporte un carter rotatif (1) solidaire de l'arbre moteur (2) et du bâti de la pompe (3), l'embiellage (4) de celle-ci étant solidaire de l'arbre récepteur (5) qui entraîne le différentiel. La pompe comporte 7 cylindres mobiles (6) disposés en étoile (un seul est représenté). Chacun d'eux peut coulisser dans une chemise (7) soudée sur le collecteur à haute pression de forme torique (8). Leur mouvement est commandé par les excentriques (9) qui présentent un décalage d'un quart de tour par rapport à l'excentrique 10) qui commande le mouvement des pistons (14). Chaque cylindre (6) est muni de lumières ())) qui assurent la distribution : quand le moteur tourne, sous l'action de la force centrifuge le liquide de transmission (12) est maintenu à la périphérie du carter (1) à l'extérieur de la surface cylindrique (15) et peut pénétrer dans les cylindres (6) par les lumières (11). ! 1 est ensuite refoulé dans le collecteur (8) à travers les lumières (13). Un encliquetage (16), monté entre le bâti (3) de la pompe et le disque (17) qui est solidaire de l'arbre récepteur (5), interdit à l'arbre moteur (2) de tourner moins vite que l'arbre récepteur, empêchant ainsi la pompe de fonctionner à l'envers. A titre d'exemple non limitatif, la présente transmission comporte 4 turbines motrices identiques Ti, T2, T3, T4, chacune d'entre elles étant alimentée par 3 injecteurs à 4 jets et pouvant transmettre sa puissance à l'arbre récepteur par l'intermédaire d'un encliquetage et de trains épicycloïdaux, le montage étant réalisé de la manière suivante. Le porte-satellites (18) du premier train épicycloïdal El est solidaire de la pièce (19) qui est maintenue fixe par rapport au bloc moteur grâce à l'arbre creux (20) auquel elle est soudée. La couronne (21) du train Et est solidaire de l'arbre récepteur (5) tandis que son planétaire (22) peut être entrai'né par la turbinez par l'intermédiaire de la roue (23) à caquetas (24). Les augets (25), en matière plastique résistante moulée, de la turbine T 1 sont rivés sur le porte-satellites (7. 6) du deuxième train épicycloïdal E2 et les profils de leurs faces intérieures (visibles sur la figure 2) forment les dents dans lesquelles s'enclenchent les cliquets (24). Le planétaire (27) du train épicycloïdal E2 est solidaire de l'arbre récepteur (5) et sa couronne est une roue à cliquets (28) qui peut être entraînée par la turbine T 2. Les augets de celle-ci sont rivés sur le porte-satellites (30) du train épicycloïdal E3 dont le planétaire est solidaire de l'arbre récepteur (5). 1 e montage est identique pour les turbines suivantes, sauf pour la dernière T4 dont les augets sont rivés sur une roue libre (29) montée, comme les porte-satellites des trains E2, E3, E4, sur roulements à billes. Cette roue libre (29) porte aussi les augets de la turbine de marche arrière Tp. Pour des trains épicycloïdaux E1,E2,E3,E4 dont les diamètres primitifs des couronnes et des planétaires sont tous dans le rapport de 2 à 1, les rapports de démultiplication des turbines T i, T, T, T. j sont respectivement : sont respectivement : 2-3, 5-5, 75-9, 125. La présence des encliquetages sur les turbines est donc indispensable pour éviter toute survitesse dévastatrice, mais ne nuit en aucune façon au transfert de la puissance de l'une de ces turbines à l'arbre récepteur (5). Les verrous (42), montés sur les couronnes des trains E2, E3, E4 et sur la roue (23) et maintenus par des ressorts dans la position indiquée sur le dessin, peuvent être introduits dans les orifices (43) par déplacement des 4 plaques (44) pour permettre à la turbine de marche arrière TR de transmettre sa puissance à l'arbre récepteur (5). Noter le montage des couronnes des trains E2, E3, E4 sur 2 couronnes latérales qui roulent sans glisser sur des disques solidaires des satellites. Pour un bon rendement, la surface libre cylindrique (15) du liquide de transmission (12) doit se situer entre les points morts bas des pistons (14) et les turbines, et au plus près de celles-ci ; de plus les dimensions radiales des augets doivent être minimales. C'est pourquoi les injecteurs (3 i) comportent 4 buses (52) réalisant une injection latérale dans les turbines comme indiqué sur la figure 2. Les injecteurs sont reliés au collecteur à haute pression (8) par l'intermédiaire de 3 tubes (33) et de vannes (34). Une pompe à pistons (35) alimente un réservoir (S) non représenté dont la pression maximum est limitée par un clapet de décharge. Les vannes (34) fonctionnent de la façon suivante : par l'intermédiaire d'une électro-vanne non représentée, l'ordinateur peut faire cum ! nuriiL) uer la cavité (36) 5üil l dvec le réservoir sous pression (S) soit avec (12). Si (36) communique avec (12), le piston (37) se déplace sous 'l) sont alimentées ; elles l'action du ressort (38) et de la pression dans (8) et les buses (32) sont alimentées ; elles cessent de l'être quand (36) communique avec (S) dont la pression est suffisante pour vaincre l'effet du ressort (38) et de la pression dans (8). Les engrenages (39) font tourner le disque (40) dans le même sens que l'arbre récepteur (5) mais à une vitesse plus élevée. Un vérin hydraulique, alimenté par (S) et commandé par l'ordinateur, peut agir sur les plaquettes (41) et solidariser ainsi le disque (40) et le carter (1). La rotation de l'arbre récepteur (5) fait alors fonctionner la pompe à haute pression (3) et fournit un puissant effet ralentisseur lorsque tous les injecteurs sont fermés et que les orifices (45) ont une section suffisamment réduite pour provoquer une augmentation de la pression dans le collecteur (8). Le dispositif de la figure 3 permet à l'ordinateur de choisir la pression dans (8) et par conséquent l'importance de l'effet ralentisseur. Le tiroir (46) est soumis aux actions antagonistes de la répulsion des électro-aimants (47) (dont les faces voisines sont de même polarité) et de la pression dans (8) par l'intermédiaire de l'aiguille (48) et du levier (49). L'orifice (50) communique avec le réservoir sous pression (S) et le piston (51) peut obturer complètement l'orifice (45). Ce dispositif permet de moduler la pression dans (8) en fonction de l'intensité du courant circulant dans les électro-aimants (47) : si, à partir de la position d'équilibre indiquée sur le dessin, l'intensité du courant augmente, le tiroir (46) se déplace, il laisse entrer un peu de liquide dans la cavité (52) et la piston (51) se dépluce dans le sens de la fermeture de l'orifice (45) ; au contraire si l'intensité diminue, le tiroir (46) laisse échapper un peu de liquide de la cavité (52) et la piston (51) se déplace dans le sens de l'ouverture de l'orifice (45). Un ensemble d'ailettes montées sur le carter (1) assure le refroidissement du liquide de transmission (12) et les liaisons électriques entre l'ordinateur et les électro-aimants (47) (ainsi que toutes les autres) sont assurées par des balais frottant sur des couronnes conductrices (53). La présente transmission fonctionne de la façon suivante : - Débrayage : l'ordinateur fait tourner le moteur au ralenti et provoque l'ouverture de tous les injecteurs et des orifices (45) ; l'arbre récepteur est soumis à un très faible couple moteur pouvant nécessiter le blocage des roues motrices. On notera qu'au moment du démarrage du moteur la transmission se trouve automatiquement débrayée, les injecteurs et les orifices (45) étant naturel lenient ouverts sous l'action des différents ressorts. - Prise directe : l'ordinateur commande la fermeture de tous les injecteurs et des orifices (xi5) ; la pompe à haute pression (3) ne fonctionne pas et le rendement de la transmission est pratiqllp. mlnt'lJnl à 1. - Démarrage du véhicule : les orifices (45) et tous les injecteurs des turbines T i, T2, T3, TR sont fermés et l'ordinateur choisit la charge du moteur et le nombre d'injecteurs ouverts agissant sur Tz) pour faire démarrer le véhicule selon l'accélération choisie par le conducteur. - Accroissement du couple transmis : en fonction des paramètres qui lui sont donnés, l'ordinateur choisit la turbine motrice la plus efficace et décide du nombre d'injecteurs ouverts. On notera que, les turbines motrices tournant en sens inverse de l'arbre moteur, l'ouverture d'un injecteur provoque une réaction qui augmente le couple moteur. On notera aussi que le temps de réponse à une demande d'accélération ne dépend que des temps d'ouverture et de fermeture des injecteurs. - marche arrière : après avoir commandé le verrouillage des turbines par déplacement des 4 plaques (44), l'ordinateur ne laisse ouverts que les injecteurs agissant sur TR et augmente progressivement la charge du moteur. Le très important rapport de démultiplication de TR permet , permet à celle-ci de dominer facilement le couple moteur transmis par la pompe (qui est d'ailleurs réduit par la réaction des injecteurs). - Ralentisseur : pour réduire la vitesse du véhicule à la valeur choisie par) R mndf jeteur, t'ordinateur, apr'oo üv'uir commandé la fermeture de tous les injecteurs et le blocage du disque (40) entre les plaquettes (41) solidaires du carter (1), choisit l'intensité du courant électrique traversant les électro-aimants (47) pour obtenir l'effet ralentisseur souhaité. La transmission automatique pour automobile objet de la présente invention : - ne comporte pas de pièces compliquées et coûteuses ; - elle possède un rendement très satisfaisant (transfert direct d'une partie souvent importante de la puissance du moteur au différentiel, bon rendement des turbines à action, pilotage par ordinateur du fonctionnement de la transmission et du choix de la charge du moteur) ; - elle possède un dispositif ralentisseur très efficace ; - elle permet de donner le plus rapidement possible au véhicule la vitesse choisie directement par son conducteur. Elle peut donc ère utilisée chaque fois que l'on sont souhaite avoir le confort de conduite que procure une boîte de vitesses automatique sans en avoir les inconvénients. Elle peut également être utilisée sur les véhicules lourds où, Intercalée entre le moteur et la boîte de vitesses, elle permet une simplification très importante de celle-ci sans augmentation sensible de la consommation. REVENDICATIONS 1) Transmission automatique pour automobile gérée par un ordinateur caractérisée par la présence, à l'intérieur d'un carter rotatif étanche (1) solidaire de l'arbre moteur (2), d'une pompe à haute pression à pistons (14) pouvant alimenter les injecteurs (31) d'un ensemble de turbines T , T,... à action, le corps de cette pompe et son embiellage étant respectivement solidaires de l'arbre moteur (2) et de l'arbre récepteur (5) qui entraîne le différentiel et qui peut recevoir, par un système de démultiplication à engrenages, la puissance développée par les turbines. 2) Transmission selon la revendication (1) caractérisée par le fait que la puissance développée par les turbines est transmise à l'arbre récepteur (5) par un système de démultiplication à engrenages composé de trains épicycloïdaux montés en série qui confèrent aux turbines des rapports de démultiplication très différents les uns des autres. 3) Transmission selon la revendication (1) caractérisée par le fait que chaque turbine possède plusieurs injecteurs à ouverture constante et éventuellement à jets multiples.. 4) Transmission selon la revendication (3) caractérisée par le fait que l'ouverture et la fermeture de chacun des injecteurs de chaque turbine sont commandées par l'ordinateur par l'intermédiaire d'électro-vannes. 5) Transmission selon la revendication (1) caractérisée par le fait que la marche arrière est assurée par l'action d'une turbine TR qui peut transmettre à l'arbre récepteur (5) un couple supérieur et de sens contraire à celui qui est directement transmis par l'embiellage de la pompe à haute prpion. 6) Transmission selon 1 (1 revendication (1) caractérisée par la présence d'un dispositif ralentisseur qui permet à l'arbre récepteur (5) de faire débiter la pompe à haute pression dans une enceinte (8) à pression réglable. 7) Transmission selon la revendication (6) caractérisée par le fait que c'est un disque de frein (40), entraîné par un système multiplicateur à engrenages (39), qui permet à l'arbre récepteur (5) de faire débiter la pompe à haute pression en faisant tourner l'arbre moteur (2) à une vitesse supérieure à la sienne. 8) Transmission selon la revendication (6) caractérisée par la présence d'un dispositif électromécanique (46)... (52) qui permet à l'ordinateur de régler la section de l'orifice (45) de façon que la pression dans l'enceinte (8) corresponde à l'effet ralentisseur souhaité. 9) Transmission selon la revendication (1) caractérisée par le fait que la vitesse du véhicule est choisie directement par le conducteur, l'ordinateur assurant lu gestion complète de toute la transmission ainsi que la détermination de la charge optimal du moteur