Brevet FR2880095A1 — publié le 20060630

Boîte de vitesses dont l'huile de lubrification des pignons est isolée des embrayages. L'invention concerne le domaine des boîtes de vitesses utilisées en particulier dans les véhicules automobiles. De telles boîtes de vitesses comprennent plusieurs arbres parallèles munis d'une pluralité de pignons et de synchroniseurs. L'invention a plus particulièrement pour objet une boîte de vitesses à deux arbres primaires reliés alternativement au moteur par deux embrayages. Dans ce domaine, la demande de brevet DE 198 21 164 a décrit une boîte de vitesses où l'ensemble des arbres des pignons du différentiel et des deux embrayages sont logés dans deux carters d'où ne sortent que l'arbre moteur et les deux arbres reliant les roues, issus du différentiel. La lubrification d'une telle boîte est assurée par un canal transitant au coeur de l'arbre primaire plein. Un distributeur hydraulique alimente les embrayages ainsi que les différents paliers à roulements. La même huile sert donc pour les disques d'embrayages hydrauliques et pour la lubrification des pignons et des synchroniseurs. Une telle conception présente l'inconvénient de devoir choisir une huile qui soit suffisamment fluide pour les embrayages à disques hydrauliques et suffisamment visqueuse pour la lubrification des pignons et des synchroniseurs sur lesquels de très fortes pressions de hertz s'exercent. La conséquence de devoir choisir une huile satisfaisant moyennement à ces deux besoins extrêmes, est qu'il devient nécessaire d'attendre que l'huile de la boîte soit suffisamment échauffée pour pouvoir commencer à embrayer de façon satisfaisante. Un autre inconvénient de ce type de conception est que les choix technologiques faits pour les pignons et les embrayages sont liés par le fait qu'ils sont baignés par la même huile, de sorte que l'adaptation d'une boîte à un autre type d'embrayage, tel qu'un embrayage à sec, nécessite une modification complète de l'ensemble de la boîte de vitesses. Or, il peut être intéressant d'avoir le maximum de composants en commun entre une boîte de vitesses équipée d'embrayages à huile, et une boîte de vitesses équipée d'embrayages secs. Les embrayages à huile conviennent bien pour des boîtes de vitesses automatiques ou pour des boîtes de vitesses nécessitant de transmettre un couple moteur important. En revanche, pour des boîtes de vitesses manuelles ou bien pour des boîtes de vitesses bon marché, un embrayage à sec est très suffisant. Encore un autre inconvénient de la boîte décrite dans le document est que les traces d'usure des pignons et des synchroniseurs, telles que des copeaux ou de la limaille, risquent de se propager à l'intérieur de l'ensemble de la boîte et notamment dans les disques des embrayages, ce qui a pour conséquence la nécessité de vidanger l'huile de la boîte de vitesses plusieurs fois au cours de la vie du véhicule. L'invention propose une boîte de vitesses qui résout ces inconvénients et notamment qui augmente la flexibilité de conception, permettant d'adapter plus facilement la boîte de vitesses à différents types d'embrayages. Dans un mode de réalisation, une boîte de vitesses de véhicule automobile comprend des arbres parallèles munis d'une pluralité de pignons lubrifiés par un circuit d'huile, deux desdits arbres parallèles étant coaxiaux et reliés chacun au moteur du véhicule par un embrayage. L'huile de lubrification des pignons est isolée des embrayages. On conçoit que l'huile de lubrification des pignons étant isolée des embrayages, le changement de type d'embrayage ne nécessitera pas de modifier la totalité de la boîte de vitesses, au moins en ce qui concerne la compatibilité de l'huile de lubrification des pignons avec l'embrayage. Une huile visqueuse pourra être privilégiée pour la lubrification des pignons sans qu'il y ait lieu de se préoccuper des problèmes de compatibilité avec l'embrayage. De même, un embrayage à sec pourra être adapté facilement. Avantageusement, la boîte de vitesses comprend un ensemble mécanique contenant les pignons et délimité par un carter de boîte et par un carter d'embrayage. Cet ensemble mécanique comprend un arbre primaire creux traversé par un arbre primaire plein, les deux arbres primaires traversant le carter d'embrayage et pénétrant à l'intérieur de l'ensemble mécanique. Un premier joint assure l'étanchéité à l'huile entre les deux arbres primaires et un deuxième joint assure l'étanchéité à l'huile entre l'arbre primaire creux et le carter d'embrayage. En particulier, les arbres primaires sont reliés hors de l'ensemble mécanique par des moyens d'entraînement en rotation, tels que des cannelures, à deux embrayages multidisques à huile. Les premier et deuxième joints pourront assurer l'étanchéité dans les deux sens entre l'huile de l'ensemble mécanique et l'huile d'embrayage. En outre, l'huile d'embrayage pourra être de viscosité inférieure à l'huile de l'ensemble mécanique et n'a pas besoin d'être échauffée pour permettre le fonctionnement optimal de l'embrayage. Dans un autre mode de réalisation, les arbres primaires sont reliés hors de l'ensemble mécanique par des moyens d'entraînement en rotation, tels que des cannelures, à deux embrayages à sec. Selon une autre caractéristique de l'invention, la boîte de vitesses comprend un différentiel reliant un pignon d'attaque à deux arbres d'entraînement des roues du véhicule traversant un carter de la boîte de vitesses, des joints assurant l'étanchéité à l'huile entre chacun des deux arbres et ledit carter. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif, et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une coupe étendue d'un mode de réalisation de l'invention, selon le plan brisé I-I de la figure 3; -la figure 2 est une représentation de la cinématique du mode de réalisation de la boîte de vitesses de l'invention; et -la figure 3 est une représentation schématique transversale du mode de réalisation. Comme illustré sur les figures 1 à 3, la boîte de vitesses comprend un ensemble mécanique 1 comprenant une pluralité de pignons et un différentiel 2 relié aux roues du véhicule. Un ensemble d'embrayage 3 est relié d'un côté à un arbre moteur 4 et de l'autre côté à une ligne primaire 5 émanant de l'ensemble mécanique 1. La ligne primaire 5 comprend un arbre primaire plein 6 entraîné en rotation par un embrayage hydraulique 7 et un arbre primaire creux 8 entraîné en rotation par un embrayage hydraulique 9. Les arbres primaires 6 et 8 ainsi que les embrayages '7 et 9 sont coaxiaux avec l'arbre moteur 4. L'ensemble mécanique 1 est logé dans un carter 10. L'ensemble d'embrayage 3 est logé dans un carter 11 traversé par l'arbre primaire plein 6 et l'arbre primaire creux 8. L'ensemble mécanique 1 comprend également un arbre secondaire principal 12 et un arbre secondaire auxiliaire 13, tous les deux munis de synchroniseurs. L'arbre secondaire principal 12 est muni d'un pignon d'attaque 14 engrenant avec une couronne 15 du différentiel 2. L'ensemble mécanique 1 comprend également un arbre intermédiaire 16. L'arbre primaire creux 8 est guidé en rotation autour de l'arbre primaire plein 6 par une paire de paliers à aiguilles 17 et 18 situés entre les deux arbres primaires. La rotation de la ligne primaire 5 est guidée par une paire de roulements à billes 19 et 20. Le roulement 19 guide l'extrémité de l'arbre primaire plein 6 dans le carter 10 d'un côté d'une zone de fond de l'ensemble mécanique 1, et le roulement 20 guide l'arbre primaire creux 8 du côté d'une zone avant de l'ensemble mécanique dans une cloison 21. La cloison 21 est fixée sur le carter 11, lui-même fixé sur le carter 10. La ligne primaire 5 comprend un couple 22 de dentures de renvoi, libre en rotation autour de l'arbre primaire plein grâce à un palier à aiguilles 23. L'immobilisation en translation axiale de la ligne primaire 5 est réalisée par les roulements à billes 19 et 20 d'une part, et par des butées à rouleaux 24 et 25 de part et d'autre du couple 22 en contact avec, respectivement, le pignon 30 formant un épaulement radial de l'arbre primaire plein 6, et le pignon 33 formant un épaulement radial de l'arbre primaire creux 8. La ligne primaire 5 traverse le carter 11. L'étanchéité de cette traversée est assurée dans les deux sens par deux joints à lèvre double 26 et 27 empêchant de l'huile des embrayages hydrauliques 7 et 9 d'entrer en contact avec de l'huile de lubrification des pignons de l'ensemble mécanique 1. Le joint 26 est situé entre la butée à rouleaux 25 et le roulement à aiguilles 19. Un tel joint pourrait tout aussi bien se trouver à l'extrémité de l'arbre primaire creux 8 du côté de l'embrayage 7. Le joint 27 est logé entre le carter 11 et l'arbre primaire creux 8. De gauche à droite de la figure 1, l'arbre primaire plein 6 présente trois dentures fixes 28, 29, 30. Le couple de renvoi 22 présente deux dentures 31, 32, et l'arbre primaire creux présente deux dentures fixes 33 et 34. L'arbre secondaire principal 12 est muni de gauche à droite sur la figure 1 d'un pignon de première 35, d'un pignon de cinquième 36, d'un pignon de renvoi principal 37, d'un pignon de sixième 38 et d'un pignon de seconde 39. Les pignons de première, cinquième, sixième, seconde sont montés libres en rotation grâce à des paliers à aiguilles. Le pignon de renvoi 37 est monté fixe sur l'arbre secondaire principal 12 par des cannelures. Des synchroniseurs doubles 40 et 41 sont montés sur un corps de synchroniseur fixé sur l'arbre secondaire principal 12 grâce à des cannelures. Le synchroniseur double 40 est situé entre le pignon de première 35 et le pignon de cinquième 36 tandis que le synchroniseur double 41 est situé entre le pignon de sixième 38 et le pignon de seconde 39. Chacun de ces synchroniseurs 40, 41 est muni d'un baladeur pouvant prendre exclusivement trois positions: une position neutre, une position synchronisée d'un côté et une position synchronisée de l'autre. L'arbre secondaire principal 12 est monté en rotation sur deux paliers 42, 43. Le premier palier 42 est placé à l'extrémité de l'arbre secondaire principal 12 en fond de boîte et logé dans le carter 10 de la boîte mécanique 1. Le deuxième palier 43 est situé entre le pignon d'attaque 14 et le pignon de seconde 39 et logé dans la cloison 21. Ainsi, le pignon d'attaque 14 est en porte-à-faux. L'arbre secondaire auxiliaire 13 est muni de gauche à droite sur la figure 1, d'un palier à rouleau 44, logé dans le carter 10 d'un pignon de troisième 46, d'un moyeu 49, d'un corps 47 de synchroniseur 48, d'un palier à rouleau 45, logé dans le carter 11. Le pignon de troisième 46 et le corps 47 du synchroniseur 48 sont montés fixes sur l'arbre secondaire auxiliaire 13 grâce à des cannelures. Le moyeu 49 est monté libre en rotation autour de l'arbre secondaire auxiliaire 13 grâce à des paliers à aiguilles 50, et occupe toute la longueur entre le pignon 46 et le corps 47 de synchroniseur qui sont eux-mêmes immobilisés en translation axiale par les paliers à rouleaux 44 et 45. Le moyeu 49 est équipé de gauche à droite sur la figure 1 d'un pignon de renvoi auxiliaire 51, d'un pignon de quatrième 52, d'un corps 53 de synchroniseur double 54, d'un pignon 55 et d'une roue 56. Le pignon 51, le corps 53 de synchroniseur, et la roue 56 sont fixes sur le moyeu 49 grâce à des cannelures. Les pignons 52 et 55 sont libres en rotation autour du moyeu 49 grâce à des paliers à aiguilles 57. Les pignons 52 et 55 ainsi que la roue 56 sont munis de moyens de synchronisation coopérant avec les baladeurs des synchroniseurs 54 et 48. Un dispositif de renvoi modulable 49a est composé par le moyeu 49, le pignon 51, le pignon 55, et le synchroniseur 54 à l'état synchronisé avec le pignon 55. Le synchroniseur 54 est apte à solidariser les pignons 51 et 55, sans entraîner la rotation de l'arbre secondaire auxiliaire 13. L'arbre secondaire auxiliaire 13 est percé d'un canal 58a de lubrification des paliers à aiguilles 50. Le moyeu 49 est percé d'un canal de lubrification 58 transversal faisant communiquer les paliers 50 et 57. L'arbre intermédiaire 16 est muni d'un moyeu 59, libre en rotation autour de l'arbre intermédiaire 16 grâce à des paliers à aiguilles 60, et sur lequel sont fixées deux dentures 61 et 62. Un dispositif de renvoi 59a comprend le moyeu 59 et les deux dentures 61, 62. Le différentiel 2 comprend un corps 63 supportant la couronne 15, et monté en rotation sur deux paliers à rouleaux 64, 65 logés respectivement dans le carter 10 de l'ensemble mécanique 1 et dans le carter 11 de l'ensemble d'embrayage 3. Un axe 66, perpendiculaire à l'axe de la couronne 15, est fixé dans le corps 63, et supporte deux satellites 67, 68 à denture conique, libres en rotation autour de l'axe 66, et engrenant tous les deux simultanément avec deux pignons coniques 69, 70. Les pignons coniques 69, 70 sont coaxiaux avec la couronne 15, et entraînent chacun un arbre respectivement 71 et 72 relié à une roue du véhicule. L'arbre 71 est monté en rotation dans un alésage du corps 63 du différentiel 2. L'arbre 72 est monté en rotation dans une collerette 73 fixée sur le corps 63. L'étanchéité à l'huile entre l'ensemble mécanique 1 et l'extérieur est assurée par deux joints à lèvre 74 et 75 logés, l'un entre le carter 10 et l'arbre 72, l'autre entre le carter 11 et l'arbre 71. L'ensemble d'embrayage 3 est délimité par le carter 11 et un couvercle 76 fermés l'un avec l'autre de manière étanche. L'arbre moteur 4 traverse le couvercle 76 de manière étanche à l'huile grâce à un joint d'étanchéité 77. L'ensemble d'embrayage 3 comprend un distributeur hydraulique 78 entourant l'arbre primaire creux 8 et actionnant alternativement des corps 79 et 80 supportant chacun une pluralité de disques. Une cloche d'embrayage 81, reliée à l'arbre moteur 4, comprend également une pluralité de disques coopérant avec chacun des corps 79 et 80 dont l'un est solidaire de l'arbre primaire plein 6 et l'autre solidaire de l'arbre primaire creux 8 grâce à des cannelures. On va maintenant décrire la cinématique de la boîte de vitesses illustrée sur les figures 1 à 3 en s'appuyant essentiellement sur le schéma de la figure 2. Les rapports de première et de cinquième font transiter le couple de l'arbre moteur 4 par, successivement, l'embrayage 7, l'arbre primaire plein 6, les dentures respectivement 28 et 29, les pignons respectivement de première 33 et de cinquième 36, le synchroniseur double 40, l'arbre auxiliaire principal 12, et le pignon d'attaque 14. Les rapports de sixième et de seconde font transiter le couple de l'arbre moteur 4 par, successivement, l'embrayage 9, l'arbre primaire creux 8, les dentures respectivement 33 et 34, les pignons respectivement de sixième 38 et de seconde 39, le synchroniseur double 41, l'arbre auxiliaire principal 12, et le pignon d'attaque 14. Le rapport de troisième fait transiter le couple de l'arbre moteur 4 par, successivement, l'embrayage 7, l'arbre primaire plein 6; la denture 30, le pignon de troisième 46, le synchroniseur simple 48, le moyeu 49, le pignon de renvoi auxiliaire 51, le couple de renvoi intermédiaire 22, le pignon de renvoi principal 37, l'arbre secondaire principal 12, et le pignon d'attaque 14. Le rapport de quatrième fait transiter le couple de l'arbre moteur 4 par successivement, l'embrayage 9, la denture 33, le pignon de quatrième 52, le synchroniseur double 54, le moyeu 49, le pignon de renvoi auxiliaire 51, le couple de renvoi intermédiaire 22, le pignon de renvoi principal 37, l'arbre secondaire principal 12, et le pignon d'attaque 14. Le rapport de marche arrière fait transiter le couple de l'arbre moteur 4 par, successivement, 1"embrayage 9, la denture 34, les dentures 61 et 62 du moyeu 59 de l'arbre intermédiaire 16, le pignon de marche arrière 55, le synchroniseur double 54, le moyeu 49, le pignon de renvoi auxiliaire 51, le couple de renvoi intermédiaire 22, le pignon de renvoi principal 37, l'arbre secondaire principal 12, et le pignon d'attaque 14. Les rapports de première, troisième et cinquième vitesses sont obtenus par l'arbre primaire plein 6 via l'embrayage 7 alors que les rapports de marche arrière, de seconde, quatrième et sixième sont obtenus via l'embrayage 9. Ainsi, le passage d'un rapport à un rapport adjacent immédiatement supérieur ou inférieur se fait sans discontinuité du couple. En effet, la séquence de changement de rapport consiste à enclencher le synchroniseur du rapport adjacent simultanément avec celui du rapport en cours. Ainsi, l'arbre primaire, non-encore relié avec l'arbre moteur 4, est entraîné en rotation. Le distributeur hydraulique 78 commence le serrage de l'embrayage qui était libre de sorte que progressivement, le couple passe de l'embrayage initialement serré vers l'embrayage libre pendant que celui qui était serré est progressivement libéré. Durant cette phase de transition, l'incompatibilité des rapports est encaissée par le patinage simultané des deux embrayages. Cette transition sans discontinuité de couple a lieu également entre les rapports de première et de marche arrière, ce qui est particulièrement utile pour les manoeuvres du véhicule dans un parking. Les pignons de rapport élevés sont plutôt dans la zone centrale des arbres primaire et secondaire alors que les pignons de rapport faibles de première, seconde et marche arrière sont situés au voisinage des paliers de support des axes. Les rapports de marche avant élevés font transiter la puissance moteur avec une vitesse de rotation élevée, un couple faible et des efforts faibles s'exerçant sur les dentures. Le fait de mettre les pignons de rapport élevé dans la zone centrale des arbres de la boîte de vitesses réduit grandement la flèche de ces arbres ou bien de manière alternative, permet d'augmenter la puissance transmise par la boîte de vitesses. La figure 3 illustre la juxtaposition transversale de la partie avant de l'ensemble mécanique 1. On retrouve les principaux engrènements qui figent les différents entre-axes de la boîte de vitesses. La distance entre la ligne primaire 5 et l'arbre secondaire principal 12 est fixée notamment par l'engrènement de la denture 34 avec le pignon de seconde 39. La distance entre la ligne primaire 5 et l'arbre intermédiaire 16 est fixée par l'engrènement de la denture 34 avec le pignon 61. La distance entre l'arbre intermédiaire 16 et l'arbre secondaire auxiliaire 13 est figée par l'engrènement du pignon 62 avec le pignon de marche arrière 55. La distance entre la ligne primaire 5 et l'arbre secondaire auxiliaire 13 n'est pas représentée sur la figure 3 car elle est fixée par des engrènements se situant dans la partie arrière de la boîte de vitesses, notamment les engrènements du pignon de troisième 46 avec la denture 30. La distance entre l'axe de la couronne 15 de différentiel et l'axe secondaire principal 12 est fixée par l'engrènement du pignon d'attaque 4 avec la couronne 15. Par ailleurs, les arbres secondaires 12 et 13 n'ont pas de pignon engrenant directement entre eux. L'arbre secondaire auxiliaire 13 n'entraîne pas la couronne 15 de différentiel. Les arbres intermédiaire 16, secondaire auxiliaire 13 et la ligne primaire 5 sont liés ensemble mais peuvent prendre n'importe quelle position autour de l'arbre secondaire principal 12. REVENDICATIONS 1- Boîte de vitesses de véhicule automobile, à arbres parallèles munis d'une pluralité de pignons lubrifiés par un circuit d'huile, deux desdits arbres parallèles (6, 8) étant coaxiaux et reliés chacun au moteur du véhicule par un embrayage (7, 9), caractérisé par le fait que l'huile de lubrification des pignons est isolée des embrayages (7, 9). 2- Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend un ensemble mécanique (1) contenant les pignons et délimité par un carter de boîte (10) et par un carter d'embrayage (11), qu'elle comprend également un arbre primaire creux (8), traversé par un arbre primaire plein (6), les deux arbres primaires traversant le carter d'embrayage (11), et pénétrant à l'intérieur de l'ensemble mécanique (1), et par le fait qu'un premier joint (26) assure l'étanchéité à l'huile entre les deux arbres primaires (6, 8), et qu'un deuxième joint (27) assure l'étanchéité à l'huile entre l'arbre primaire creux (8) et le carter d'embrayage (11). 3- Boîte de vitesses selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les arbres primaires (6, 8) sont reliés, hors de l'ensemble mécanique (1), par des moyens d'entraînement en rotation (79, 80), tels que des cannelures, à deux embrayages multidisques à huile (7, 9). 4- Boîte de vitesses selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les premier (26) et deuxième (27) joints assurent l'étanchéité dans les deux sens entre de l'huile de l'ensemble mécanique (1) et de l'huile d'embrayage. 5- Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisée par le fait que l'huile des embrayages (7, 9) est de viscosité inférieure à l'huile de l'ensemble mécanique (1). 6- Boîte de vitesses selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les arbres primaires (8, 9) sont reliés, hors de l'ensemble mécanique (1), par des moyens d'entraînement en rotation (79, 80), tels que des cannelures, à deux embrayages à sec. 7- Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend un différentiel reliant un pignon (14) de la boîte avec deux arbres (71, 72) d'entraînement des roues du véhicule traversant un carter (10, 11) de la boîte de vitesse, et par le fait que des joints (74, 75) assurent l'étanchéité à l'huile entre chacun des arbres et ledit carter.