Brevet FR3009337A1 — publié le 20150206

DISPOSITIF DE TRANSMISSION MECANIQUE A TRAIN EPICYCLOÏDAL COMMUTABLE L'invention a trait au domaine de la transmission mécanique, et 5 plus précisément à la distribution dans les moteurs à combustion interne. Dans les moteurs à combustion interne, la distribution a pour fonction principale de transmettre un mouvement de rotation du vilebrequin, entraîné par le mouvement alternatif des pistons via les 10 bielles, aux arbres à cames qui commandent l'ouverture et la fermeture des soupapes. La distribution est classiquement assurée par une courroie ou une chaîne, qui engrène une première roue dentée solidaire du vilebrequin, et une deuxième roue dentée solidaire de chaque arbre à came, 15 éventuellement par l'intermédiaire d'un déphaseur permettant de régler le calage de l'arbre à cames, cette technique étant connue sous le nom de distribution variable. Dans les moteurs à quatre temps, le rapport de transmission du vilebrequin aux arbres à came est ordinairement de 1:2. Ce rapport est 20 dénommé rapport de transmission. En d'autres termes, la vitesse de rotation des arbres à cames est moitié de celle du vilebrequin, chaque soupape devant être levée et baissée une fois pour deux tours de vilebrequins. Ce rapport de transmission est atteint de manière très simple en montant aux extrémités des arbres à cames des roues 25 dentées présentant un diamètre (ou un nombre de dents) égal au double du diamètre (respectivement du nombre de dents) de la roue dentée solidaire du vilebrequin. Il existe cependant un besoin pour modifier le rapport de transmission, notamment aux fins de limiter la consommation de 30 carburant aux faibles régimes moteurs, à vitesse stabilisée, ou encore en situation de frein moteur. Dans ce cas, on vise typiquement un rapport de transmission de 1:4, c'est-à-dire que chaque arbre à cames est animé d'une vitesse de rotation égale au quart de celle du vilebrequin. En d'autres termes, chaque soupape est levée et baissée 35 une fois pour quatre tours de vilebrequin. Une solution pourrait consister à prévoir un système de distribution à deux diamètres de roues pour chaque arbre à cames. Mais ce système doit inclure un mécanisme pour débrayer la courroie (ou la chaîne) de la première roue et embrayer la seconde, et réciproquement, sans à-coup dans la distribution, et sans décalage de l'arbre à cames. Un tel système serait lourd et complexe. Le document EP 1 301 692 (MA INNOVATION) décrit un système à train épicycloïdal permettant de réaliser la fonction de division du rapport de transmission. Un premier objectif est de proposer une solution permettant de modifier le rapport de transmission dans un système de transmission 10 mécanique. Un deuxième objectif est de proposer une solution concrète permettant de réaliser la commutation entre un premier régime de rotation d'un arbre de sortie (typiquement un arbre à cames) et un deuxième régime de rotation de cet arbre de sortie. 15 Un troisième objectif est de proposer une telle solution qui soit compacte. Un quatrième objectif est de proposer une telle solution qui soit fiable. A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un dispositif de 20 transmission mécanique à train épicycloïdal qui comprend une couronne couplée en rotation à un arbre d'entrée, un planétaire monté sur un arbre de sortie, un porte-satellite solidaire en rotation de l'arbre de sortie, et au moins un satellite monté en rotation sur le porte-satellite et engrenant le planétaire et la couronne, ce dispositif comprenant : 25 une butée d'accouplement, solidaire du porte-satellite, une butée de désaccouplement, solidaire d'un bâti fixe, un système de commutation incluant un vérin ayant une chemise solidaire du planétaire et une tige solidaire d'un piston monté coulissant dans la chemise, la tige présentant une première 30 extrémité tournée vers le porte-satellite, et une deuxième extrémité, opposée, tournée vers un bâti fixe, la tige pouvant adopter : o une position d'accouplement dans laquelle une première extrémité de la tige coopère avec la butée d'accouplement 35 tandis qu'une deuxième extrémité de la tige est écartée de la butée de désaccouplement, le planétaire se trouvant ainsi solidarisé au porte-satellite, et o une position de désaccouplement dans laquelle la deuxième extrémité de la tige coopère avec la butée de désaccouplement tandis que la première extrémité est écartée de la butée d'accouplement, le planétaire se trouvant ainsi désolidarisé du porte-satellite et solidarisé au bâti. Ce système permet de modifier le rapport de transmission entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie, ce de manière compacte et fiable, 10 grâce au système de commutation partiellement intégré au train épicycloïdal. Selon diverses caractéristiques supplémentaires, considérées seules ou en combinaison : la chemise est intégrée au planétaire ; 15 la chemise est formée par un alésage pratiqué dans le planétaire ; le piston divisant la chemise en une première chambre et une deuxième chambre, le système de commutation comprend un circuit, par exemple hydraulique, d'alimentation en fluide de la première chambre ; 20 - le vérin est du type simple effet, un ressort de compression étant monté dans la deuxième chambre ; le ressort sollicite le piston vers la position d'accouplement ; la butée d'accouplement est formée à une extrémité d'une rampe hélicoïdale creusée dans une paroi solidaire du porte-satellite ; 25 - la butée de désaccouplement est formée à une extrémité d'une rampe hélicoïdale creusée dans une paroi solidaire du bâti. Il est proposé, en deuxième lieu, un moteur de véhicule automobile, qui comprend un arbre à cames, un vilebrequin et une courroie ou une chaîne pour la transmission d'un mouvement de 30 rotation du vilebrequin à l'arbre à cames, et un dispositif de transmission mécanique tel que présenté ci-dessus, dont la couronne est en prise d'engrenage avec la courroie ou la chaîne, et dont le planétaire est monté sur l'arbre à cames. Il est proposé, en troisième lieu, un véhicule automobile équipé 35 d'un tel moteur. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective de dessus d'un véhicule comprenant un moteur équipé d'un dispositif de transmission mécanique à train épicycloïdal ; la figure 2 est une vue en perspective de dessus d'un moteur équipé d'un dispositif de transmission mécanique à train épicycloïdal ; - la figure 3 est une vue en perspective éclaté du dispositif de transmission à train épicycloïdal, en position d'accouplement ; la figure 4 est une vue de détail en coupe du dispositif de transmission à train épicycloïdal, en position d'accouplement ; la figure 5 est une vue en perspective éclaté du dispositif de transmission à train épicycloïdal de la figure 3, selon un autre angle de vue et en position de désaccouplement ; la figure 6 est une vue similaire à la vue de la figure 4 dans une position de désaccouplement. Sur la figure 1 est représenté un véhicule 1 équipé d'un moteur 2 à combustion interne à quatre temps. Le moteur 2 comprend, de manière classique, un bâti 3 fixe (par rapport au châssis du véhicule 1) comprenant un carter dans lequel sont formés une série de cylindres (typiquement quatre) fermés par une culasse solidaire du carter. Dans les cylindres coulissent des pistons qui entraînent en rotation, via des bielles, un vilebrequin 4 qui constitue l'arbre de sortie du moteur 2, entraînant les roues ainsi que, de manière subsidiaire, l'ensemble des organes fonctionnels du moteur 2 lui-même. L'admission d'air (pour un moteur 2 à injection directe) ou en mélange air+carburant (pour un moteur 2 à injection indirecte), et l'évacuation des gaz de combustion, sont réalisées via des soupapes entraînées dans un mouvement linéaire alternatif par des arbres 5 à cames (en l'espèce au nombre de deux : l'un commandant les soupapes d'admission, l'autre les soupapes d'évacuation ; ce nombre pourrait être supérieur, par exemple un moteur 2 à six cylindres en V comprend quatre arbres 5 à cames). Les arbres 5 à cames, qui constituent chacun un arbre de sortie au sens de la présente description, sont entraînés en rotation par le vilebrequin 4, via une distribution qui est représentée partiellement sur les figures 1 et 2. Cette distribution comprend une roue 6 (ou une poulie) solidaire du vilebrequin 4, un dispositif 7 de transmission (décrit ci-après) pour chaque arbre 5 à cames, et une chaîne 8 (ou une courroie) de distribution en prise d'engrenage avec la roue 6 et chaque dispositif 7 de transmission pour les accoupler en rotation. On notera que la chaîne 8 ou la courroie de distribution entraîne d'autres organes (notamment une pompe à eau), qui ne sont pas représentés sur les figures aux fins de simplification de l'exposé. Comme on le voit sur les figures, chaque dispositif 7 de transmission comprenant un train 9 épicycloïdal, qui comporte - une couronne 10 en prise d'engrenage avec la chaîne 8 ou la courroie et ainsi couplée en rotation au vilebrequin 4, cette couronne 10 ayant un diamètre égal au double du diamètre de la roue 6 de vilebrequin 4 ; un planétaire 11 monté en libre rotation sur l'arbre 5 à cames, par exemple (comme illustré sur les figures 4 et 6) à une extrémité de celui-ci ; comme on le voit sur les figures, le planétaire 11 est toutefois fixe en translation par rapport à l'arbre 5 à cames, en étant par exemple bloqué de part et d'autre par des circlips 12 ; un porte-satellite 13 solidaire en rotation de l'arbre 5 à cames, - et au moins un satellite 14 (en l'espèce au nombre de deux) monté en rotation sur le porte-satellite 13 et engrenant à la fois le planétaire 11 et la couronne 10. Le dispositif 7 de transmission est conçu pour adopter deux configurations correspondant respectivement à deux régimes de fonctionnement différents, à savoir : un plein régime auquel la vitesse de rotation des arbres 5 à cames est égale à la moitié de la vitesse de rotation du vilebrequin 4 ; un mi-régime auquel la vitesse de rotation des arbres 5 à cames est égale au quart de la vitesse de rotation du vilebrequin 4. A régime plein, le planétaire 11 est solidaire du porte-satellite 13. Le planétaire 11, le porte-satellite 13 et la couronne 10 sont alors solidaires en rotation et l'arbre 5 à cames est ainsi en prise directe avec la couronne 10 (et donc la poulie 6). Dans ce cas, le train 9 épicycloïdal transmet le mouvement de rotation de la couronne 10 à l'arbre 5 à cames avec un rapport de transmission de 1:1. Compte tenu du rapport de diamètres entre la couronne 10 et la roue 6 de vilebrequin 4, le rapport de transmission général de la distribution est alors de 1:2. A mi-régime en revanche, le planétaire 11 est solidaire du bâti 3 fixe (c'est-à-dire du carter ou de la culasse) en étant libre en rotation par rapport au porte-satellite 13. La rotation de la couronne 10 se transmet au porte-satellite 13 (et donc à l'arbre 5 à cames) par engrenage des satellites 14. Dans ce cas, le train 9 épicycloïdal transmet le mouvement de rotation de la couronne 10 à l'arbre 5 à cames avec un rapport de transmission de 1:2. Compte tenu du rapport de diamètres entre la couronne 10 et la roue 6 de vilebrequin 4, le rapport de transmission général de la distribution est alors de 1:4. Pour permettre le passage de la configuration de plein régime à la configuration de mi-régime et réciproquement, le dispositif 7 de transmission est équipé d'un système 15 de commutation ainsi que de deux butées 16, 17, à savoir une butée 16 d'accouplement solidaire du porte-satellite 13, et une butée 17 de désaccouplement solidaire du bâti 3. Selon un mode de réalisation préféré illustré sur les figures 3 et 4, la butée 16 d'accouplement est formée à l'extrémité d'une rampe 18 hélicoïdale creusée dans une paroi 19 solidaire du porte-satellite 13. De même, selon un mode de réalisation illustré sur les figures 5 et 6, la butée 17 de désaccouplement est formée à l'extrémité d'une rampe 20 hélicoïdale creusée dans une paroi 21 solidaire du bâti 3. Par rampe 18, 20 hélicoïdale, on entend un chemin circulaire affleurant, à l'une de ses extrémités, à une paroi 19, 21 et, à une seconde extrémité, au fond de la butée 16, 17 associée à la paroi 19, 21, comme cela est particulièrement visible sur le détail de la figure 5. Le système 15 de commutation comprend un vérin 22 ayant une chemise 23 solidaire du planétaire 11 et une tige 24 solidaire d'un piston 25 monté coulissant dans la chemise 23. La tige 24 présente une première extrémité 26 tournée vers le porte-satellite 13, et une deuxième extrémité 27, opposée, tournée vers le bâti 3 fixe. Dans la position d'accouplement, la première extrémité 26 de la tige 24 coopère avec la butée 16 d'accouplement tandis que la deuxième extrémité 27 de la tige 24 est écartée de la butée 17 de désaccouplement, le planétaire 11 se trouvant ainsi solidarisé au porte-satellite 13. Dans la position de désaccouplement, la deuxième extrémité 27 de la tige 24 coopère avec la butée 17 de désaccouplement tandis que la première extrémité 26 est écartée de la butée 16 d'accouplement, le planétaire 11 se trouvant ainsi désolidarisé du porte-satellite 13 et solidarisé au bâti 3. Selon un mode de réalisation préféré illustré sur les figures 3 à 6, la chemise 23 du dispositif 7 de transmission est intégrée au planétaire 11. Plus précisément, la chemise 23 est formée par un alésage pratiqué dans le planétaire 11. Le piston 25, logé dans la chemise 23, divise alors la chemise 23 en deux chambres 28, 29, à savoir une première chambre 28 orientée vers la butée 16 d'accouplement et une deuxième chambre 29 orientée vers la butée 17 de désaccouplement. Selon un mode de réalisation représenté sur les figures, le système 7 de transmission comprend en outre un circuit 30 hydraulique d'alimentation en fluide de la première chambre 28. Le circuit 30 hydraulique comprend, en premier lieu, un conduit 31 d'alimentation formé par un alésage pratiqué axialement dans l'arbre 5 à cames et en communication avec une source de fluide sous pression (typiquement de l'air comprimé), via une électrovanne (non représentée). Le circuit hydraulique comprend, en deuxième lieu, une chambre 32 de 30 distribution cylindrique formée intérieurement dans le planétaire 11, et un conduit 33 qui met en communication la chambre 32 de distribution à la première chambre 28 de la chemise 23. Un conduit 34 radial est percé dans l'arbre 5 à cames pour mettre en communication le conduit 31 d'alimentation avec la chambre 32 de distribution. De la sorte, la première chambre 28 de la chemise 23 est en communication fluidique permanente avec la source de fluide sous pression via l'électrovanne. Dans la deuxième chambre 29 de la chemise 23 est monté un ressort 35 de rappel fonctionnant en compression, exerçant sur le piston 25 un effort qui sollicite celui-ci vers la position d'accouplement. On comprend ainsi que le vérin 22 du système 15 de commutation 5 est du type simple effet. Le passage en position accouplée est commandé par la connexion, via l'électrovanne, de la première chambre 28 à la source de fluide sous pression, ce qui met sous pression la première chambre 28 à l'encontre du ressort 35 de rappel qui se trouve comprimé (figure 6), tandis que le passage en position désaccouplée 10 est commandée via l'électrovanne par la coupure de la communication de la première chambre 28 avec la source de fluide sous pression et la mise en communication de la première chambre 28 avec un volume de décharge (par exemple l'air libre), accompagnée par le déploiement du ressort 35 de rappel. 15 Selon un mode préféré de réalisation illustré sur les figures 4 et 6, la tige 24 est munie à chacune de ses extrémités d'une cavité 36 dans laquelle est logée une bille 37. La bille 37 est sollicitée vers l'extérieur de la tige 24 par un ressort de compression (non représenté). Chaque bille 37 est retenue dans sa cavité 36 par une restriction 38 de diamètre 20 à l'extrémité de la tige 24. Ces billes 37 ont pour fonction d'amortir les chocs entre la tige 24 et le fond des rampes 18, 20 hélicoïdales, et de limiter l'usure par frottement de la tige 24 contre le fond des rampes 18, 20. Ces billes 37 permettent également d'assurer un maintien dans une position d'accouplement ou dans une position de désaccouplement 25 lorsque le dispositif 7 est en phase de transition d'une position vers l'autre. On décrit à présent le fonctionnement du dispositif 7 de transmission, à partir de la configuration de plein régime, dans laquelle le planétaire 11 est solidaire du porte-satellite 13. 30 Dans cette configuration, la première chambre 28 de la chemise 23 est en communication avec le volume de décharge, et, par l'effort de rappel du ressort 35, la première extrémité 26 de la tige 24 coopère avec la butée 16 d'accouplement tandis que la deuxième extrémité 27 de la tige 24 est écartée de la butée 17 de désaccouplement. De la 35 sorte, le planétaire 11 est solidaire du porte-satellite 13 et désolidarisé du bâti 3. Aucune rotation du planétaire 11 par rapport au porte-satellite 13 n'étant possible, les satellites 14 se trouvent solidarisés à la fois à la couronne 10 et au planétaire 11, de sorte que la rotation de la couronne 10 entraîne, via les satellites 14, la rotation solidaire du planétaire 11 et ainsi celle de l'arbre 5 à cames, avec un rapport de transmission de 1:1 de la couronne 10 à l'arbre 5 à cames (et donc un rapport de transmission de 1:2 de la roue 6 de vilebrequin 4 à l'arbre 5 à cames). Le passage de la configuration de plein régime à la configuration de mi-régime se fait par mise sous pression de la première chambre 28 de la chemise 23 à l'encontre du ressort 35 de rappel. La première extrémité 26 de la tige 24 quitte la butée 16 d'accouplement tandis que la deuxième extrémité 27 de la tige 24 vient glisser dans la rampe 20 hélicoïdale jusqu'à venir coopérer avec la butée 17 de désaccouplement, le planétaire 11 se trouvant alors solidarisé en rotation au bâti 3. La solidarisation du planétaire 11 au bâti et sa désolidarisation du porte-satellite 13 rend les satellites 14 indépendants du planétaire 11. La rotation de la couronne 10 entraîne, par engrènement simultané des satellites dans la couronne 10 et sur le planétaire 11, la rotation du porte-satellite 13 et donc la rotation l'arbre 5 à cames, avec un rapport de transmission de 1:2 de la couronne 10 à l'arbre 5 à cames (et donc un rapport de transmission de 1:4 du vilebrequin 4 à l'arbre 5 à cames). Le passage du plein régime au mi-régime (ou réciproquement) peut être commandé automatiquement sur ordre d'un calculateur relié à l'électrovanne. Lorsque l'ordinateur de bord ordonne le changement de rapport, le générateur de pression met en pression la première chambre 28 de la chemise 23 du système 15 de commutation repoussant alors le piston 25 vers la butée 17 de désaccouplement et comprimant le ressort 35 de compression. Lors du déplacement de la tige 24 de la position de désaccouplement à la position d'accouplement, la bille 37 logée dans la cavité 36 de la première extrémité 26 de la tige 24 vient au contact du fond de la rampe 18 hélicoïdale et roule sur celle-ci, ce qui limite l'usure par frottement de la première extrémité 26 de la tige 24. De même, lors du déplacement de la tige 24 de la position d'accouplement à la position de désaccouplement, la bille 37 logée dans la cavité 36 de la deuxième extrémité 27 vient au contact du fond de la rampe 20 hélicoïdale et roule sur celle-ci, ce qui limite l'usure par frottement de la deuxième extrémité 27 de la tige 24. Selon un mode de réalisation non représenté sur les figures, la butée 17 de désaccouplement pourrait être portée par une pièce mobile par rapport au bâti 3, cette pièce étant alors mise en mouvement via un mécanisme hydraulique, pneumatique ou encore électrique. Le dispositif 7 de transmission mécanique à train 9 épicycloïdal permet de réaliser une commutation du plein régime au mi-régime, et réciproquement, de manière compacte et fiable. La compacité est notamment procurée par le train 9 épicycloïdal et l'intégration du système 15 de commutation aux pièces existantes. La fiabilité est procurée d'abord par la fiabilité intrinsèque des trains 9 épicycloïdaux, qui ont fait leurs preuves, ensuite par la simplicité et la robustesse du système 15 de commutation. La présence des rampes 18, 20 hélicoïdales permet d'adoucir les chocs dus au changement de régime. REVENDICATIONS1. Dispositif (7) de transmission mécanique à train (9) épicycloïdal qui comprend une couronne (10) couplée en rotation à un arbre d'entrée, un planétaire (11) monté sur un arbre de sortie, un porte-satellite (13) solidaire en rotation de l'arbre de sortie, et au moins un satellite (14) monté en rotation sur le porte-satellite (13) et engrenant le planétaire (11) et la couronne (10), caractérisé en ce qu'il comprend : une butée (16) d'accouplement, solidaire du porte-satellite (13) ; une butée (17) de désaccouplement, solidaire d'un bâti (3) fixe ; un système (15) de commutation incluant un vérin (22) ayant une chemise (23) solidaire du planétaire (11) et une tige (24) solidaire d'un piston (25) monté coulissant dans la chemise (23) , la tige (24) présentant une première extrémité (26) tournée vers le porte- satellite (13) , et une deuxième extrémité (27), opposée, tournée vers le bâti (3) fixe, la tige (24) pouvant adopter : o une position d'accouplement dans laquelle la première extrémité (26) de la tige (24) coopère avec la butée (16) d'accouplement tandis que la deuxième extrémité (27) de la tige (24) est écartée de la butée (17) de désaccouplement, le planétaire (11) se trouvant ainsi solidarisé au porte-satellite (13), et o une position de désaccouplement dans laquelle la deuxième extrémité (27) de la tige (24) coopère avec la butée (17) de désaccouplement tandis que la première extrémité (26) est écartée de la butée (16) d'accouplement, le planétaire (11) se trouvant ainsi désolidarisé du porte-satellite (13) et solidarisé au bâti (3). 2. Dispositif (7) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chemise (23) est intégrée au planétaire (11). 3. Dispositif (7) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chemise (23) est formée par un alésage pratiqué dans le planétaire (11). 4. Dispositif (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le piston (25) divisant la chemise (23) en unepremière chambre (28) et une deuxième chambre (29), le système (15) de commutation comprend un circuit (30) d'alimentation en fluide de la première chambre (28). 5. Dispositif (7) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le vérin (22) est du type simple effet, un ressort (35) de compression étant monté dans la deuxième chambre (29). 6. Dispositif (7) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ressort (35) sollicite le piston (25) vers la position d'accouplement. 7. Dispositif (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la butée (16) d'accouplement est formée à une extrémité d'une rampe (18) hélicoïdale creusée dans une paroi (19) solidaire du porte-satellite (13). 8. Dispositif (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la butée (17) de désaccouplement est formée à une extrémité d'une rampe (20) hélicoïdale creusée dans une paroi (21) solidaire du bâti (3). 9. Moteur (2) à de véhicule (1) automobile, qui comprend un arbre (5) à cames, un vilebrequin (4) et une courroie (8) ou une chaîne pour la transmission d'un mouvement de rotation du vilebrequin (4) à l'arbre (5) à cames, caractérisé en ce qu'il comprend, un dispositif (7) de transmission mécanique selon l'une des revendications précédentes, dont la couronne (10) est en prise d'engrenage avec la courroie ou la chaîne (8), et dont le planétaire (11) est monté sur l'arbre (5) à cames. 1 O. Véhicule (1) automobile équipé d'un moteur (2) selon la revendication 9.