Brevet FR3005610A1 — publié le 20141121

SYSTEME DOUBLEUR DE GAMME POUR BOITE DE VITESSES AUTOMATIQUE La présente invention se rapporte au domaine technique des transmissions automatiques. Plus précisément, elle concerne un système doubleur de gamme pour transmission automatique à rapports étagés, destiné à être monté en entrée de celle-ci, à la place du convertisseur de couple, pour assurer une liaison hydraulique contrôlée, entre le moteur thermique d'entraînement de la transmission, et l'arbre d'entrée de celle-ci. Cette invention a également pour objet une boîte de vitesses étagée comportant un tel système doubleur de gamme, et un procédé de commande de celle-ci. Elle répond au besoin de faire évoluer des transmissions automatiques connues, disposant d'un nombre limité de rapports avec un rendement jugé insuffisant, vers un meilleur rendement, une augmentation de l'ouverture de la transmission, et une augmentation du nombre de rapports. Par la publication FR 2 741 129, on connaît un mécanisme de changement de vitesses automatique à rapports 20 étagés, muni d'un train épicycloïdal étagé du type à quatre arbres associés à deux embrayages et trois freins, de façon à obtenir quatre rapports de marche avant et un rapport de marche arrière. Ce mécanisme de changement de vitesses est précédé d'un convertisseur de couple. 25 Dans cette boîte de vitesses, on fait transiter le couple moteur au travers d'un convertisseur de couple, puis d'embrayages ou de freins, et enfin au travers de trains épicycloïdaux, qui permettent d'obtenir les différents rapports de vitesses. Le convertisseur de couple, les 30 embrayages et les freins, sont actionnés hydrauliquement. La pression hydraulique est obtenue par une pompe hydraulique et par un système de régulation de pression, géré par un calculateur. Les consignes délivrées par le calculateur peuvent être adaptées aux conditions de fonctionnement 35 (régime moteur, couple moteur avant passage, rapport actuel / futur...). Le convertisseur de couple est un embrayage hydro cinétique. Il exploite l'énergie cinétique d'un fluide sous pression qui le remplit, pour transmettre le couple moteur entre sa partie amont (ou « impulseur ») reliée au vilebrequin du moteur, et sa partie aval (ou turbine) reliée à l'arbre d'entrée de la boite de vitesses. Ces deux pièces possèdent des aubages qui entrainent le fluide en rotation, et orientent les flux d'huile de manière à favoriser la transmission du couple. Le circuit est alimenté par une première pression hydraulique, dite « pression de convertisseur ». La transmission du couple au travers du convertisseur de couple étant hydraulique, elle se fait sans à-coup. Mais le convertisseur présente un faible rendement. En effet, une partie non négligeable de la puissance délivrée par le moteur y est dissipée, à cause des pertes par écoulement (frottement de l'huile dans les conduits formés par les aubages de l'impulseur et de la turbine) et des pertes par chocs (collision des filets d'huile projetés par l'impulseur sur les aubages de la turbine dont la vitesse de rotation est, dans la plupart des cas, différente de celle de l'impulseur). Ainsi, plus l'écart de vitesse entre l'impulseur et la turbine est important, plus les pertes par choc augmentent, et plus le rendement diminue. Pour augmenter le rendement du convertisseur, on dispose généralement un aubage intermédiaire, ou « réacteur », entre la turbine et l'impulseur. Grâce au réacteur, le couple moteur peut être multiplié dans un rapport d'environ 1,5 à 2,2, lors des phases de forte différence de vitesse entre ces deux pièces. Le réacteur est donc particulièrement utile sur le premier rapport, où la turbine est arrêtée (car liée mécaniquement aux roues), et l'impulseur tourne à la vitesse du moteur. Le réacteur est monté sur une roue libre dont la bague intérieure est reliée au carter. Il peut ainsi tourner librement lorsque les vitesses de l'impulseur et de la turbine sont proches, afin de ne pas perturber le fonctionnement dans cette phase. Cependant, le rendement du convertisseur ne peut jamais atteindre 100% à cause des pertes par écoulement. C'est pourquoi, les convertisseurs de couple possèdent en général un embrayage multidisques (également appelé « lock5 up »), qui permet de solidariser la turbine et l'impulseur dans les phases où l'on souhaite privilégier le rendement. Cet embrayage est actionné hydrauliquement, au travers d'un canal d'alimentation, situé au centre de l'arbre d'entrée de la boite de vitesses. Le convertisseur bénéficie alors d'une 10 seconde pression, distincte de la première, dite « de lockup ». En remplaçant le convertisseur de couple par un embrayage multi-disques, on peut réaliser un gain significatif en rendement. Mais en se passant de l'effet 15 multiplicateur du réacteur, l'étagement des rapports doit être revu pour maintenir les mêmes performances, en particulier le même couple à la roue sur le premier rapport. Ceci va à l'encontre de l'effet recherché, car il est préférable d'allonger les rapports pour réduire la 20 consommation. La présente invention vise à augmenter le nombre de rapports disponibles à partir d'un mécanisme de changement de vitesses, tel que décrit dans la publication FR 2 741 129, en exploitant la zone occupée actuellement dans 25 la transmission par le convertisseur de couple en entrée de celle-ci, et en utilisant les deux pressions hydrauliques disponibles dans cette zone. Le système proposé transmet le couple reçu d'un moteur d'entraînement à l'arbre d'entrée du mécanisme de 30 changement de vitesses (non représenté). Il est composé pour l'essentiel d'une roue d'entrée, fixée sur le vilebrequin du moteur par l'intermédiaire d'un amortisseur de vibrations de torsion, d'une enveloppe extérieure également solidaire du vilebrequin, d'une pièce de transfert 35 dentée qui peut être liée mécaniquement par un frein multidisques hydraulique à une partie fixe de la transmission, ou être liée à l'enveloppe extérieure par un embrayage multidisques hydraulique, et d'un porte satellite fixé sur l'arbre d'entrée du mécanisme, qui porte un ensemble de satellites en prise avec la pièce de transfert. Il est commandé par deux pressions hydrauliques de commande de la boîte de vitesses, permettant respectivement d'actionner le frein ou l'embrayage. Ce système est implanté dans l'espace réservé habituellement au convertisseur cinétique de couple, entre le moteur et le mécanisme de changement de vitesses. Si le conducteur freine, le frein est de préférence 10 totalement désactivé, alors que si le conducteur ne freine pas et n'accélère pas, le frein peut être partiellement activé, pour entretenir un glissement continu des disques, apte à faire avancer le véhicule à une vitesse faible. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 15 description suivante de deux modes de réalisation non limitatifs de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un premier mode de réalisation, et 20 - la figure 2B est le schéma fonctionnel d'un deuxième mode de réalisation, et la figure 2A est une coupe selon F de la figure 2B. Le système décrit sommairement sur la figure 1, est composé principalement des éléments suivants. Une roue 25 dentée d'entrée 1 à denture extérieure est reliée mécaniquement au vilebrequin 2 du moteur (non représenté). Une pièce de transfert, telle qu'une couronne dentée 3 à denture intérieure, peut être liée mécaniquement à une partie fixe, telle que le moyeu 4 de la boite de vitesses, 30 par un frein être liée en une enveloppe extérieure La couronne 3 peut également embrayage multi-disques 8, à 7 du système, fixée sur le multi-disques 6. rotation par un vilebrequin 2 par un amortisseur de torsion 5. L'enveloppe 7 entraine en rotation le pignon 17 de la pompe à huile (non 35 représentée) de la boite. Elle contribue également à l'étanchéité des circuits d'alimentation sous pression de l'embrayage et du frein. La couronne 3 engrène avec des pignons satellites doubles 9 régulièrement espacés, au moins trois (répartis dans ce cas à 120°) ou quatre (répartis dans ce cas à 90°), sur un porte-satellites 11. Chaque pignon satellite 9 5 présente deux parties 9a, 9b, réunies par un axe 9c supporté par le porte-satellites 11. Ce dernier est en prise avec la couronne 3, et fixé sur l'arbre d'entrée 12 de la boite de vitesses, qu'il entraine en rotation. Le frein à disques 6 possède un piston 6a, qui lui permet d'exercer un effort 10 axial sur les disques du frein mettant en relation le support de frein 6c et la couronne 3. De même, l'embrayage 8 possède un piston 8a, qui lui permet d'exercer un effort axial sur les disques de l'embrayage mettant en relation l'enveloppe extérieure 7 et la couronne 3. Les deux pistons 15 6a, 8a, sont équipés de systèmes de rappel 6b, 8b, tels que des ressorts ou des diaphragmes, qui assurent une position inactive par défaut, pour l'embrayage 8 et le frein 7. Dans l'exemple décrit, le frein et l'embrayage sont ouverts par défaut, c'est-à-dire ne transmettent pas de couple lors 20 qu'ils ne sont pas activés. En revanche, lorsque le frein 6 est activé, la couronne 3 est immobilisée. Lorsque l'embrayage 8 est activé, elle est liée à l'enveloppe 7. Sans sortir du cadre de l'invention, on peut décider au contraire que le frein 6, ou l'embrayage 8, soit fermé par 25 défaut. Sur le schéma, on voit l'arrivée d'huile 13 entre le moyeu 4 de la boîte, et l'enveloppe 7. On voit aussi les étanchéités 14a, 14b, entre l'enveloppe 7 et le frein 8, et entre le pignon d'entrée et l'arbre 12. Le piston 6a du frein (comme celui de l'embrayage 8a), présente un orifice 30 d'alimentation calibré 10 qui permet d'utiliser la pression d'alimentation du frein ou de l'embrayage pour lubrifier l'ensemble du système. Toutefois, si une autre pression de lubrification est disponible sur la boîte, ces orifices ne sont pas indispensables, et peuvent être supprimés. 35 Le système doubleur de gamme est commandé par deux pressions hydrauliques de commande de la boîte de vitesses, permettant respectivement d'actionner le frein ou l'embrayage. Lorsque le frein 6 est activé, et que la couronne 3 est immobilisée en rotation, le couple du moteur entre par la roue d'entrée 1, et traverse les pignons satellites. La couronne 3 sert de point de réaction. Le couple est transmis au porte-satellites 11. Le ratio de réduction entre la roue dentée d'entrée et le porte-satellites (rapport de leurs régimes N), est le suivant : Nporte - satellites 1 NrouedentréeDsxD1 1+ D2xDe Dans le cas particulier où D1 et D2 sont égaux, les pignons satellites deviennent des pignons simples au lieu de pignons doubles. Le pignon planétaire peut alors se trouver dans le même plan que la couronne. Lorsque l'embrayage 8 est activé, la couronne 3 est mécaniquement reliée à l'enveloppe extérieure 7. La roue d'entrée 1 est également solidaire de l'enveloppe extérieure 7. Le porte-satellites 11 est entraîné à la même vitesse qu'elle. Le ratio de vitesse entre le vilebrequin et l'arbre d'entrée de la boite de vitesse, est de un. Lorsque l'embrayage et le frein sont ouverts, le système ne transmet aucun couple à la boîte de vitesses. Enfin, il faut noter que le frein et l'embrayage ne peuvent, et ne doivent, pas être activés en même temps, car cela reviendrait à relier le vilebrequin à un élément fixe de la boite de vitesses. Sur une boite de vitesses automatique conventionnelle, le convertisseur de couple permet de maintenir un rapport engagé véhicule à l'arrêt (moteur tournant) ; l'huile circule alors entre la turbine et l'impulseur. La phase de démarrage est réalisée hydrauliquement : lorsque le conducteur n'appuie ni sur le frein, ni sur l'accélérateur, le véhicule avance doucement, en mode dit de « rampage ». S'il accélère, le régime moteur augmente, ce qui fait augmenter le couple transmis entre l'impulseur et la turbine, et fait accélérer le véhicule. Avec le système proposé, le démarrage peut être réalisé en activant progressivement le frein multi-disques. Si le conducteur freine, le frein doit être totalement désactivé. S'il ne freine pas et n'accélère pas, le frein peut être partiellement activé pour entretenir un glissement continu des disques apte à faire avancer le véhicule à une vitesse faible, pour reproduire la fonction habituelle de rampage, des transmissions automatiques. Si le conducteur accélère en rampage, la pression d'alimentation est gérée pour annuler le glissement entre ses disques. Enfin, pour assurer la lubrification du système (refroidissement des disques et lubrification des éléments tournants dont les dentures), l'orifice calibré d'alimentation peut être est placé sur les pistons de l'embrayage et du frein. Ainsi, le débit d'huile est 15 proportionnel à la pression, elle-même dépendante du couple à transmettre. Cependant, si un débit de lubrification existe par ailleurs dans la boite de vitesses, un débit pourra y être prélevé utilement pour lubrifier ce système. Sur les figures 2A et 2B, l'architecture proposée 20 correspond pour l'essentiel à celle de la figure 1. Toutefois, la couronne à denture extérieure 3 de la figure 1 est remplacée par un pignon planétaire 15 à denture intérieure. Cette disposition ouvre des possibilités supplémentaires pour la réalisation des pignons doubles, 25 avec la présence d'un pignon intermédiaire 16, entre le pignon double 9 et le planétaire 15. En résumé, l'invention permet de disposer d'un système à deux rapports activé par les deux pressions habituellement utilisées pour le convertisseur de couple. 30 Elle permet en particulier de doubler au maximum le nombre de rapports d'une boite de vitesses automatique. Ce système a comme particularité de n'avoir que deux commandes hydrauliques pour activer ses deux rapports, et gérer le glissement de démarrage de la transmission. Il se monte dans 35 l'encombrement d'un convertisseur de couple. Le convertisseur de couple est ainsi remplacé par un système à deux rapports, pilotable par les deux pressions de commande disponibles (« pression de convertisseur » et « pression de lock-up »), dans l'espace habituellement alloué au convertisseur de couple. Ses avantages sont multiples. Parmi les principaux on peut noter : un gain en rendement obtenu en supprimant la transmission hydraulique du couple par le convertisseur de couple, - le maintien des performances du véhicule par la multiplication du nombre des rapports et par l'augmentation de l'ouverture de boite qui en découle, et - l'absence de transformation lourde sur la boîte, car on réutilise les circuits hydrauliques existants.15 REVENDICATIONS1. Système doubleur de gamme pour boîte de vitesses automatique transmettant le couple reçu d'un moteur 5 d'entraînement à l'arbre d'entrée (12) du mécanisme de changement de vitesses de celle-ci, caractérisé en ce que : - il est composé d'une roue d'entrée (1) fixée sur le vilebrequin (2) du moteur par l'intermédiaire d'un amortisseur de torsion (5), d'une enveloppe extérieure (7) 10 également solidaire du vilebrequin (2), d'une pièce de transfert dentée (3, 15) qui peut être liée mécaniquement par un frein multidisques hydraulique (6) à une partie fixe (4) de la transmission, ou être liée à l'enveloppe extérieure ( 7) par un embrayage multidisques (8) 15 hydraulique, et d'un porte satellite (11) fixé sur l'arbre d'entrée (12) du mécanisme, qui porte un ensemble de satellites (9) en prise avec la pièce de transfert (3), et il est commandé par deux pressions hydrauliques de commande de la boîte de vitesses, permettant 20 respectivement d'actionner le frein (6) ou l'embrayage (8). 2. Système doubleur de gamme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de transfert est une couronne (3) à denture intérieure. 3. Système doubleur de gamme selon la revendication 25 1, caractérisé en ce que la pièce de transfert est un planétaire (15) à denture extérieure. 4. Système doubleur de gamme selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les pressions hydraulique de commande agissent sur des pistons (6a, 8b) présentant des 30 orifices d'alimentation calibrés permettant d'utiliser leur pression d'alimentation pour lubrifier l'ensemble du système. 5. Système doubleur de gamme selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en qu'il ne transmet 35 aucun couple lorsque le frein (6) et l'embrayage (8) ne sont pas activés, et en ce qu'il transmet le couple sur deux rapports de transmission différents, selon que l'embrayage ou le frein sont activés. 6. Système doubleur de gamme selon la revendication 5, caractérisé en ce la phase de démarrage du véhicule associé à la transmission est assurée en activant progressivement le frein multidisques (6). 7. Système doubleur de gamme selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les pignons satellites (9) sont des pignons doubles, dont lés deux parties (9a, 9b) sont reliées par un axe (9c) engagé au travers du porte-satellites (11). 8. Boîte de vitesses automatique à rapports étagés caractérisée en ce qu'elle comporte un système doubleur de gamme conforme à l'une des revendications précédentes, implanté dans l'espace réservé habituellement au convertisseur cinétique de couple, entre le moteur et le mécanisme de changement de vitesses. 9. Procédé de commande d'une boîte de vitesses selon la revendication 8, caractérisé en ce que, si le conducteur freine, le frein est totalement désactivé. 10. Procédé de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce que, si le conducteur ne freine pas et n'accélère pas, le frein peut être partiellement activé pour entretenir un glissement continu des disques apte à faire avancer le véhicule à une vitesse faible.