Brevet FR2945602A1 — publié le 20101119

DISPOSITIF DE TRANSMISSION DE PUISSANCE MUNI D'UN DISPOSITIF DE TRANSMISSION CONTINUE ET D'AU MOINS UN RAPPORT DE VITESSE DISCRET [1]. La présente invention concerne un dispositif de transmission de puissance muni d'un dispositif de transmission continue et d'au moins un rapport de vitesse discret. L'invention a notamment pour but d'améliorer le rendement d'une chaîne de traction entre le moteur du véhicule et les roues. [2]. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, pour les véhicules équipés d'un dispositif de propulsion io présentant des pertes dépendant du régime, comme par exemple un moteur thermique classique dont les pertes par frottement augmentent avec le régime moteur. [3]. Dans le domaine des transmissions de puissance, on connait les boîtes mécaniques classiques (pilotées ou non) comprenant une série 15 d'engrenages crabotables/décrabotables formant les rapports de vitesses installés entre l'arbre primaire et l'arbre secondaire de la boîte de vitesses. De telles boîtes de vitesses présentent un bon rendement mécanique mais ne permettent pas d'optimiser le point de fonctionnement du moteur lorsque sa vitesse n'est pas stabilisée en raison du caractère discret des rapports. 20 [004]. En conséquence, lors des phases de roulage urbain dans lesquelles la vitesse du moteur varie de manière importante, les boîtes mécaniques classiques ne permettent pas d'optimiser la consommation du véhicule. En revanche, lors des phases de roulage extra-urbain (sur route ou autoroute) dans lesquelles la vitesse du moteur est sensiblement stabilisée, 25 le bon rendement mécanique de ces boîtes permet d'économiser plus de carburant que ce qui est perdu à cause des légères variations du point de fonctionnement du moteur que les rapports discrets ne peuvent pas compenser. [005]. On connaît également des dispositifs de transmission à variation 30 continue (ou Continuously Variable Torque CVT en anglais) composés de deux poulies dont les gorges sont à écartement variable, reliées par une courroie. En fonction de l'écartement des parois des poulies, la courroie pénètre plus ou moins près du centre, et change le rapport de démultiplication en conséquence. [006]. Les CVT actuelles permettent d'optimiser le point de fonctionnement moteur en continue, mais leur rendement mécanique est plus faible que celui d'une transmission discrète classique. L'adaptation continue du régime moteur lors des phases de roulage urbain permet d'économiser plus de carburant que ce qui est perdu en raison des rendements moins io élevés (bilan positif). En revanche, lors des phases de roulage extra-urbain, les variations du régime moteur sont moins importantes (le rapport de 6ème sur une boite mécanique classique est suffisant pour diminuer la consommation), de sorte que ce sont les rendements faibles de transmission qui pénalisent fortement la consommation. 15 [007]. Il existe donc le besoin d'une boîte de vitesses présentant un rendement optimum à la fois dans les phases de roulage urbain et dans les phases de roulage extra-urbain. [8]. La présente invention comble ce besoin en combinant un dispositif de transmission continue, par exemple une CVT, avec une transmission 20 discrète à engrenages. La CVT est dimensionnée pour les roulages urbains (évolution continue entre les démultiplications équivalentes classiques de 1 ère à 4ème), puis pour les roulages extra-urbains, les rapports suivants sont assurés par des engrenages simples (4, 5 et 6, voire plus). La différence d'agrément entre urbain (transmission continue sans rupture de couple) et 25 extra-urbain (rapports discrets) ne pose de problème car sur une boite pilotée classique les changements de rapport élevés entre 4,5 et 6 ne sont pas mal ressentis. [9]. La transmission selon l'invention permet ainsi d'allier les avantages d'une CVT en ville (contrôle continu du point de fonctionnement moteur (gain 30 consommation), agrément...) et les bons rendements d'une boîte mécanique classique pour les roulages rapides stabilisés. [10]. Pour limiter l'ouverture de la partie CVT de la boite, il est possible de mettre en oeuvre un rapport discret de première, mais le changement de rapport l ère vers CVT représente un risque potentiel en termes d'agrément. [11]. L'invention concerne donc un dispositif de transmission de 5 puissance comportant - un arbre primaire destiné à être connecté à un dispositif de propulsion, tel qu'un moteur thermique, du véhicule, - un arbre secondaire destiné à être connecté aux roues du véhicule via un pont, io caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison : - un dispositif de transmission continue reliant entre eux l'arbre primaire et l'arbre secondaire, et - au moins un rapport de vitesse discret reliant entre eux l'arbre primaire et le pont, ce rapport présentant un rapport de démultiplication supérieur ou égal 15 au plus grand rapport de démultiplication du dispositif de transmission continue, - de sorte que le couple moteur peut être transmis aux roues sélectivement soit par l'intermédiaire du dispositif de transmission continue, soit par l'intermédiaire du rapport de vitesse discret. 20 [012]. Selon une réalisation, l'arbre secondaire porte un pignon d'attaque engrenant directement avec une couronne du pont relié aux roues du véhicule. [13]. Selon une réalisation, le rapport de vitesse est formé par un pignon supplémentaire monté sur l'arbre primaire engrenant directement avec la 25 couronne de la descente de pont, de sorte que le couple moteur est transmis de l'arbre primaire aux roues via le rapport de vitesse discret sans passer par l'arbre secondaire. [14]. Selon une réalisation, le rapport de démultiplication dépendant de l'entre-axe entre l'arbre primaire et l'axe de la couronne du pont et du 30 diamètre de cette couronne, un de ces deux paramètres est modifié pour modifier la démultiplication du rapport discret. [15]. Selon une réalisation, le diamètre de la couronne étant fixé, la valeur de la démultiplication du rapport discret est choisie par le dimensionnement du pignon supplémentaire. [16]. Selon une réalisation, la valeur de la démultiplication du rapport discret résulte d'un compromis permettant d'avoir un bon rendement pour un roulage sur route à une vitesse d'environ 90km/h et pour un roulage sur autoroute à une vitesse d'environ 130km/h, cette démultiplication valant environ 1 dans un exemple, le diamètre du pignon supplémentaire (ou le nombre de dents) correspondant à celui du pignon d'attaque du pont. io [017]. Selon une réalisation, le rapport discret est formé par une première roue supplémentaire montée sur l'arbre primaire engrenant avec une deuxième roue supplémentaire montée sur un troisième axe, cette deuxième roue engrenant avec le pignon d'attaque et la première roue supplémentaire, de sorte que la deuxième roue inverse le sens de rotation en chacun des 15 points de contacts avec la première roue et le pignon d'attaque afin que l'arbre primaire et l'arbre secondaire tournent dans le même sens. [018]. Selon une réalisation, le rapport discret est formé par une première roue supplémentaire montée sur l'arbre primaire, une deuxième roue montée sur un troisième axe, et une troisième roue supplémentaire montée sur 20 l'arbre secondaire distincte du pignon d'attaque, la deuxième roue engrenant avec la première roue et la troisième roue, de sorte que la deuxième roue inverse le sens de rotation en chacun des points de contacts avec la première et la troisième roue afin que les arbres primaire et secondaire tournent dans le même sens. 25 [019]. Selon une réalisation, il comporte des rapports de vitesses supplémentaires formés chacun par une série de roues montées respectivement sur l'arbre secondaire, l'arbre primaire et le troisième axe, le roue du troisième axe engrenant avec les roues de l'arbre primaire et de l'arbre secondaire. 30 [020]. Selon une réalisation, il comporte en outre un rapport discret de première pour limiter l'ouverture du dispositif de transmission continue. [21]. L'invention concerne en outre un véhicule automobile à moteur thermique équipé d'un dispositif de transmission selon l'invention. [22]. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [23]. Figure 1 : une vue schématique en trois dimensions d'un dispositif de transmission de puissance à CVT classique ; io [024]. Figure 2 : une vue schématique en trois dimensions d'un dispositif de transmission de puissance selon l'invention comportant un rapport discret engrenant directement avec la couronne du pont ; [25]. Figure 3 : une vue schématique en trois dimensions d'un dispositif de transmission de puissance selon l'invention comportant un rapport discret 15 engrenant avec le pignon d'attaque du pont ; [26]. Figure 4 : une vue schématique du dispositif de transmission de puissance selon la Figure 3 avec plusieurs rapports de vitesse discrets ; [27]. Figure 5 : une vue schématique en trois dimensions d'un dispositif de transmission de puissance selon l'invention comprenant des rapports 20 discrets qui n'engrènent pas directement avec le pignon d'attaque du pont. [28]. Les éléments identiques conservent la même référence d'une figure à l'autre. [29]. La Figure 1 montre un dispositif 1 de transmission de puissance classique installé entre un arbre 2 primaire entraîné en rotation par un 25 dispositif de propulsion (non représenté), tel qu'un moteur thermique et un arbre 3 secondaire relié aux roues du véhicule (non représentées). [30]. Plus précisément, le dispositif 1 comporte une CVT 5 classique composée de deux poulies 7, et 8 et d'une courroie 10 (ou d'une chaîne) reliant les deux poulies 7 et 8 entre elles, la première poulie 7 étant montée sur l'arbre 2 primaire et la deuxième poulie 8 étant montée sur l'arbre 3 secondaire. Les gorges de ces poulies 7 et 8 sont à écartement variable, de sorte que en fonction de l'écartement des parois des poulies 7, 8, la courroie 10 pénètre plus ou moins près du centre, et change le rapport de démultiplication en conséquence. [31]. Par ailleurs, le dispositif 1 de transmission comporte une io démultiplication supplémentaire constante appelé � pont � reliant l'arbre 3 secondaire aux roues. A cet effet, la couronne de ce pont référencée 13 montée sur un axe 13.1 connecté aux roues est reliée à l'arbre 3 secondaire par l'intermédiaire d'un pignon 14 d'attaque de pont. [32]. Comme montré sur la Figure 1, le pont 13 peut être positionné soit 15 éloigné de l'arbre 3 primaire (couronne 13 représentée en traits interrompus) soit proche de l'arbre 2 primaire (couronne 13 représentée en traits pleins). Comme exposé ci-après, l'intégration du ou des rapports discrets sera adaptée en fonction de la position de la couronne 13. [33]. La Figure 2 montre une réalisation du dispositif 1' de transmission 20 de puissance selon l'invention lorsque la couronne 13 est positionnée du côté de l'arbre 2 primaire. Comme précédemment, l'arbre 2 primaire est relié à l'arbre 3 secondaire par l'intermédiaire de la CVT 5, tandis que l'arbre 3 secondaire est connecté à la couronne 13 via le pignon d'attaque 14. [34]. En outre, l'arbre 2 primaire se prolonge jusqu'à la couronne 13 du 25 pont, un rapport 16 discret supplémentaire étant formé par une roue 17 supplémentaire qui engrène directement avec la couronne 13 du pont. Cette réalisation de l'invention est la plus simple et la plus économique à mettre en oeuvre puisqu'il suffit d'une seule roue 17 supplémentaire pour créer le rapport 16 discret supplémentaire. 30 [035]. La démultiplication dépend de l'entre-axe e entre l'arbre 2 primaire et l'axe support de la couronne 13 du pont et du diamètre de cette dernière. Un de ces 2 paramètres doit être modifié si on souhaite modifier la démultiplication du rapport discret. [36]. Etant donné que l'invention pourra être installée sur des boîtes de vitesses déjà existantes, le diamètre de la couronne 13 de pont est en général fixé. En conséquence, la valeur de la démultiplication du rapport discret est choisie par le dimensionnement du pignon 17 supplémentaire. Dans ce cas, l'entre-axe référencé e correspondant à l'écart entre l'axe 13.1 de la couronne 13 et l'axe de l'arbre 2 primaire détermine la valeur de io démultiplication du rapport 16 discret. [37]. Le choix de la démultiplication du rapport 16 correspondant au rapport entre la vitesse de l'arbre 3 secondaire et la vitesse de l'arbre 2 primaire, de préférence supérieure ou égale au plus grand rapport de démultiplication de la CVT 5, résulte d'un compromis permettant d'avoir un 15 bon rendement pour un roulage sur route à une vitesse d'environ 90km/h et pour un roulage sur autoroute à une vitesse d'environ 130km/h. En effet, on peut imaginer que la ou les démultiplications discrètes font partie de la plage de fonctionnement de la CVT. [38]. Sur une boite classique, pour les rapports élevés, la 20 démultiplication entre l'arbre primaire 2 et secondaire 3 vaut environ 1. La démultiplication entre le moteur et la roue est donc entièrement assurée par le rapport du pont. En conséquence, en ordre de grandeur, le diamètre de la roue 17 (ou le nombre de dents) correspond à celui du pignon d'attaque 14 du pont. 25 [039]. Le dispositif 1 selon l'invention est équipé en outre de dispositifs 19.1, 19.2 de crabotage classiques montés sur l'arbre primaire 2 ou secondaire 3 permettant de lier en rotation ou de dissocier l'arbre 2 primaire respectivement de la partie CVT 5 ou du rapport discret 16 connectés aux roues. 30 [040]. Ainsi, lors d'une phase de roulage urbain, lorsque le dispositif 19.1 est craboté et le dispositif 19.2 est décraboté, le couple moteur de l'arbre 2 primaire est transmis aux roues par l'intermédiaire de la CVT 5, de sorte que le point de fonctionnement du moteur est optimisé par la variation continue du rapport de la CVT. [041]. Tandis que lors d'une phase de roulage extra-urbain, lorsque le dispositif 19.1 est décraboté et le dispositif 19.2 est craboté, le couple moteur est transmis aux roues via le rapport discret 16, sans passer par l'arbre 3 secondaire. Le bon rendement mécanique de ce rapport 16 à engrenage mis en oeuvre alors que la vitesse du moteur est stabilisée permet de limiter la io consommation globale du véhicule dans cette phase de roulage. [42]. La Figure 3 montre une réalisation du dispositif 1' de transmission selon l'invention lorsque la couronne 13 de pont est éloignée de l'arbre 2 primaire. Dans cette réalisation, l'arbre 2 primaire est toujours connecté à l'arbre 3 secondaire via la CVT 5, cet arbre 3 secondaire étant connecté à la 15 couronne 13 via le pignon 14 d'attaque. [43]. Dans cette réalisation, le rapport 16 discret supplémentaire est formé par une première roue 23 supplémentaire engrenant avec une deuxième roue 24 supplémentaire montée sur un troisième axe 26, cette deuxième roue 24 engrenant avec la première roue 23 supplémentaire et le 20 pignon 14 d'attaque. Cette deuxième roue 24 permet d'inverser le sens de rotation au niveau de ses points de contacts avec les roues 14 et 23 afin que l'arbre 2 primaire tourne dans le même sens que l'arbre 3 secondaire. En effet, pour que le rapport 16 ajouté soit compatible avec l'utilisation de la CVT 5 qui n'inverse pas le sens de rotation des deux arbres 2 et 3, il est 25 nécessaire d'introduire ce troisième axe 26 et la roue associée 24. [44]. Cette solution est plus complexe que la précédente en raison de l'introduction du troisième axe 26. Toutefois dans cette réalisation, le choix de la démultiplication n'a plus d'influence sur la position de la couronne 13 puisque le rapport 16 discret est formé indépendamment de la couronne 13 30 d'un point de vue spatial. En effet, le rapport de démultiplication correspond au rapport des diamètres des roues 23 et 13. Le degré de liberté permettant le réglage de la démultiplication se fait grâce au diamètre de la roue 24. [45]. Comme précédemment, des dispositifs 19.1, 19.2 de crabotage classiques sont associés respectivement à la CVT 5 et au rapport discret 16 supplémentaire, de manière que le couple moteur puisse être transmis sélectivement soit via la CVT 5, soit via le rapport discret 16 supplémentaire. [46]. En variante, comme montré sur la Figure 4, il est possible de créer des rapports de vitesses supplémentaires, comme par exemple le rapport 16', formés chacun par une série de roues 14', 23' et 24' montées respectivement sur l'arbre 3 secondaire, l'arbre 2 primaire et le troisième axe io 26. Des dispositifs de crabotage (non représentés) sont associés de manière classique à chaque nouveau rapport ajouté. [47]. En variante, on introduit un troisième axe au niveau de la CVT 5 pour inverser le sens de rotation entre l'arbre 2 primaire et l'arbre 3 secondaire. Ainsi il est possible d'utiliser une série de rapports formés 15 uniquement par deux roues installées sur l'arbre 2 primaire et l'arbre 3 secondaire, un des rapports pouvant être formé en utilisant le pignon 14 d'attaque de la couronne 13. [48]. La Figure 5 montre une variante de réalisation de la Figure 4 dans laquelle les rapports discrets n'engrènent pas directement avec le pignon 14 20 d'attaque du pont. Dans ce cas, tous les rapports discrets sont formés par une série de trois pignons installés respectivement sur l'arbre 2 primaire, l'arbre 3 secondaire et le troisième axe 26. [49]. Ainsi, le rapport 16 discret supplémentaire est formé comme précédemment par la roue 23 installée sur l'arbre primaire et la roue 24 25 installée sur le troisième axe 26, mais le pignon 14 d'attaque de la couronne 13 ne fait plus partie de l'engrenage formant le rapport 16 de vitesse discret, ce dernier ayant été remplacé par une troisième roue 29 supplémentaire distincte du pignon 14 installée sur l'arbre 3 secondaire. [50]. Cette solution est moins économique que celle de la Figure 4 puisque le pignon 14 d'attaque de la couronne 13 n'est pas utilisé pour former le rapport 16 de vitesse, ce qui fait qu'elle nécessite un pignon de plus (la troisième roue 29). [51]. Par ailleurs, comme pour la Figure 4, d'autres rapports discrets peuvent être ajoutés, comme par exemple le rapport 16', formés chacun par une série de roues 29', 23' et 24' montées respectivement sur l'arbre 3 secondaire, l'arbre 2 primaire et le troisième axe 26. [52]. Bien entendu, on utilise des dispositifs de crabotage pour sélectionner le chemin formé par la CVT 5 ou un des rapports discrets par io lequel le couple moteur sera transmis aux roues mais ces derniers ne sont pas représentées pour des raisons de simplicité. [53]. On note que la transmission d'un couple moteur directement sur le pignon 14 d'attaque du pont (réalisations des Figures 3 et 4) ou non (réalisation de la Figure 5) n'a pas d'influence sur le concept de la chaîne 15 cinématique du dispositif de transmission selon l'invention. [54]. Pour limiter l'ouverture de la partie CVT 5, il est également possible de mettre en oeuvre un rapport discret de première. [55]. En variante, la CVT 5 peut être remplacée par tout autre moyen de démultiplication en continue. Dans ce cas, il se peut qu'il n'y ait plus besoin 20 du 3ème axe dans la boite pour inverser le mouvement (inversion nécessaire dans certaine définition de l'invention). REVENDICATIONS1. Dispositif (1') de transmission de puissance comportant - un arbre (2) primaire destiné à être connecté à un dispositif de propulsion, tel qu'un moteur thermique, du véhicule, - un arbre (3) secondaire destiné à être connecté aux roues du véhicule via un pont, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison : - un dispositif (5) de transmission continue reliant entre eux l'arbre (2) io primaire et l'arbre (3) secondaire, et - au moins un rapport (16, 16') de vitesse discret reliant entre eux l'arbre (2) primaire et le pont, ce rapport (16) présentant un rapport de démultiplication supérieur ou égal au plus grand rapport de démultiplication du dispositif (5) de transmission continue, 15 - de sorte que le couple moteur peut être transmis aux roues sélectivement soit par l'intermédiaire du dispositif (5) de transmission continue, soit par l'intermédiaire du rapport (16) de vitesse discret. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (3) 20 secondaire porte un pignon (14) d'attaque engrenant directement avec une couronne (13) du pont relié aux roues du véhicule. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport (16) de vitesse est formé par un pignon (17) supplémentaire monté sur 25 l'arbre (2) primaire engrenant directement avec la couronne (13) de la descente de pont, de sorte que le couple moteur est transmis de l'arbre (2) primaire aux roues via le rapport (16) de vitesse discret sans passer par l'arbre (3) secondaire. 30 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport de démultiplication dépendant de l'entre-axe (e) entre l'arbre (2) primaire et l'axe de la couronne (13) du pont et du diamètre de cette couronne, un de ces deux paramètres est modifié pour modifier la démultiplication du rapport (16, 16') discret. 35 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre de la couronne (13) étant fixé, la valeur de la démultiplication du rapport (16) discret est choisie par le dimensionnement du pignon (17) supplémentaire. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la valeur de la démultiplication du rapport (16) discret résulte d'un compromis permettant d'avoir un bon rendement pour un roulage sur route à une vitesse d'environ 90km/h et pour un roulage sur autoroute à une vitesse d'environ 130km/h, cette démultiplication valant environ 1 dans un exemple, le io diamètre du pignon supplémentaire (17) (ou le nombre de dents) correspondant à celui du pignon d'attaque (14) du pont. 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport (16) discret est formé par une première roue (23) supplémentaire montée sur 15 l'arbre (2) primaire engrenant avec une deuxième roue (24) supplémentaire montée sur un troisième axe (26), cette deuxième roue (24) engrenant avec le pignon (14) d'attaque et la première roue (23) supplémentaire, de sorte que la deuxième roue (24) inverse le sens de rotation en chacun des points de contacts avec la première roue (23) et le pignon (14) d'attaque afin que 20 l'arbre (2) primaire et l'arbre (3) secondaire tournent dans le même sens. 8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport discret (16) est formé par une première roue (23) supplémentaire montée sur l'arbre (2) primaire, une deuxième roue (24) montée sur un troisième axe 25 (26), et une troisième roue (29) supplémentaire montée sur l'arbre (3) secondaire distincte du pignon (14) d'attaque, la deuxième roue (24) engrenant avec la première roue (23) et la troisième roue (29), de sorte que la deuxième roue (24) inverse le sens de rotation en chacun des points de contacts avec la première (23) et la troisième roue (29) afin que les arbres 30 primaire (2) et secondaire (3) tournent dans le même sens. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte des rapports de vitesses supplémentaires formés chacun par une série de roues (14' ou 29', 23' et 24') montées respectivement sur l'arbre (3) 35 secondaire, l'arbre (2) primaire et le troisième axe (26), le roue du troisièmeaxe engrenant avec les roues de l'arbre primaire et de l'arbre secondaire. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un rapport discret de première pour limiter l'ouverture 5 du dispositif (5) de transmission continue. 11. Véhicule automobile à moteur thermique équipé d'un dispositif de transmission selon l'une des revendications 1 à 10.