Brevet FR3031478A1 — publié le 20160715

"BOITE DE VITESSES POUR VEHICULE AUTOMOBILE" Contexte technique [0001] L'invention s'inscrit dans le domaine des boîtes de vitesses pour véhicule automobile. [0002] On connait des boîtes de vitesse manuelles ou pilotées, qui transmettent la puissance d'un moteur thermique, appliquée sur un arbre primaire, via des couples de pignons définissant des rapports de vitesse, à un arbre secondaire qui est relié à la chaîne de traction du véhicule. [0003] Il est souhaité développer, en plus de la propulsion à l'aide du moteur thermique, une propulsion hybride, dans laquelle un moteur électrique, ou alternateur, fournit de la puissance à la chaîne de traction. L'enjeu est d'augmenter le rendement énergétique du groupe motopropulseur, et de diminuer la consommation de carburant hydrocarbure. [0004] La boîte de vitesses constitue un point favorable pour appliquer la puissance d'origine électrique à la chaîne de traction, en plus ou à la place de la puissance d'origine 15 thermique. [0005] Il est en particulier souhaité de développer une structure permettant l'utilisation des deux puissances de manière efficace sans pour autant que cela nécessite de modifier les structures existantes, et sans que les nouvelles structures ne soient encombrantes. [0006] On connait du document FR2772675 une boîte de vitesses qui comprend une 20 chaîne de transmission entre un moteur électrique et l'arbre secondaire, la chaîne de transmission incluant un pignon fou spécifique placé sur l'arbre primaire. Mais cette boîte utilise la mise en rotation de l'arbre primaire pour transmettre la puissance à l'arbre secondaire, et impose le crabotage d'un des pignons fous portés par l'arbre secondaire, et le crabotage du pignon fou spécifique sur l'arbre primaire. Un tel système est complexe à 25 mettre en oeuvre, et potentiellement encombrant et fragile. La mise en rotation de l'arbre primaire est une source de difficultés. Définition de l'invention [0007] Pour atteindre ces objectifs et surmonter ces difficultés, il est proposé une boîte de vitesses pour véhicule automobile à moteur thermique, la boîte comprenant une entrée, 3031478 2 un arbre primaire, un arbre secondaire parallèle à l'arbre primaire, une sortie, ainsi que des couples de pignons, la boîte étant configurée pour transmettre à l'aide desdits couples la puissance d'un moteur thermique de l'arbre primaire à l'arbre secondaire, avec un rapport de vitesse défini par celui desdits couples qui est utilisé, et la boîte comprenant de 5 plus un moteur électrique pour transmettre de la puissance à l'arbre secondaire, caractérisée en ce que la boîte comprend de plus un élément d'entrainement par mise sous tension configuré pour être entrainé par une première roue dentée et entrainer une deuxième roue dentée montée fixe sur l'arbre secondaire pour la transmission de la puissance à l'arbre secondaire par le moteur électrique. 10 [0008] Cette structure est à la fois robuste et fiable, et elle permet de plus de réutiliser des structures de boîtes de vitesses existantes. [0009] Avantageusement, la boîte de vitesses selon l'invention peut comprendre au moins l'une des caractéristiques techniques suivantes : - la deuxième roue dentée est montée sur l'arbre secondaire au-delà du dernier pignon à l'opposé de la sortie, - des paliers de liaison des arbres à un carter de la boîte sont placés, sur chacun des arbres, entre les deux derniers pignons à l'opposé de l'entrée ou de la sortie, - la puissance est transmise entre l'arbre de sortie du moteur électrique et la première roue dentée à l'aide d'un système de pignons réducteurs, - l'élément d'entrainement par mise sous tension et les première et deuxième roues dentées sont enfermés dans un carter de la boîte, un système de commande de débrayage électrique avantageusement pilotée permet de fournir à l'arbre secondaire la puissance du moteur électrique indépendamment de la puissance du moteur thermique, les pignons montés sur l'arbre secondaire sont montés fous et solidarisables à l'arbre secondaire à l'aide de synchroniseurs, et les pignons montés sur l'arbre primaire sont montés fixes vis-à-vis de l'arbre primaire, - l'élément d'entrainement par mise sous tension peut être une chaîne. 3031478 3 [0010] La boîte de vitesses selon l'invention est une boîte manuelle, une boîte dont l'embrayage appliquant la puissance du moteur thermique est piloté, ou une boîte pilotée intégralement. [0011] L'invention vise également un véhicule automobile comprenant une boîte de 5 vitesses telle que précédemment définie. Liste des figures [0012] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple 10 illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - La figure 1 a est une vue d'une boîte de vitesses servant de base pour l'invention. - la figure 1 b est une vue d'un aspect d'un mode de réalisation de la boîte de vitesses de la figure 1 a. - la figure 2 est une vue d'un mode de réalisation de l'invention. 15 - La figure 3 est une vue d'une implémentation du mode de réalisation de la figure 2. Description détaillée [0013] En figure la, on a représenté une boîte de vitesses selon l'art antérieur à partir de laquelle l'invention est mise en oeuvre. La représentation de la figure la est celle de la boîte de vitesses sans l'invention. La boîte de vitesses 10 est reliée à un moteur thermique 20 100 par un arbre primaire 110, sur une entrée 101 de la boîte. La boîte de vitesses 10 comprend également un arbre secondaire 120, parallèle à l'arbre primaire 110. La boîte de vitesses 10 dispose d'un carter 130 à l'intérieur duquel la plus grande partie de ses mécanismes sont abrités. L'arbre primaire 110 est en rotation vis-à-vis du carter 130 à l'aide de premiers paliers de l'arbre primaire 140, du côté du moteur 100, et de deuxièmes 25 paliers de l'arbre primaire 150. L'arbre secondaire 120 est en rotation vis-à-vis du carter 130 à l'aide de premiers paliers de l'arbre secondaire 160, et de deuxièmes paliers de l'arbre secondaire 170. Il entraîne, via une sortie 299, une chaîne de traction 300 (par exemple deux arbres de roue mis en rotation via un différentiel), positionnée du même côté que le moteur thermique 100, après les premiers paliers de l'arbre secondaire 160. 3031478 4 [0014] La boîte de vitesses représentée dispose de cinq rapports de vitesse. Ceux-ci sont mis en oeuvre à l'aide de pignons montés sur l'arbre primaire 110. Ces pignons sont référencés 180, 181, 182, 183 et 184, du premier rapport au cinquième rapport de vitesse. Chacun de ces pignons engrène un pignon correspondant monté sur l'arbre secondaire 5 120. Ces pignons correspondants sont référencés dans l'ordre 190, 191, 192, 193 et 194. [0015] Les pignons 180 à 183 sont placés sur l'arbre primaire 110 entre les premiers paliers 140 et les seconds paliers 150. Le pignon 184 est, quant à lui, placé sur l'arbre primaire 110 au-delà des deuxièmes paliers 150, à proximité de l'extrémité de l'arbre primaire 110 opposée au moteur 100. Les pignons 190 à 193 sont montés sur l'arbre 10 secondaire 120 entre les premiers paliers 160 et les deuxièmes paliers 170. Le dernier pignon 194 est, quant à lui, monté sur l'arbre secondaire 120 au-delà des deuxièmes paliers 170, à proximité de l'extrémité de l'arbre 120 opposée à la chaîne de traction 300. La structure qui en résulte est rigide, dans son ensemble. Par contre, on ne peut pas adapter un pignon supplémentaire au bout de l'arbre secondaire, car celui-ci serait en 15 porte à faux, et exercerait des efforts trop importants pour la tenue de l'arbre et de son roulement. [0016] Les pignons 180 à 184 sont montés fixes sur l'arbre primaire 110, et suivent donc la même rotation que celui-ci en toutes circonstances. Les pignons 190 à 194 sont montés fous sur l'arbre 120. Les synchroniseurs 200, 201, 202 sont placés dans la boîte de 20 vitesses et actionnés pour solidariser, en fonction des besoins, l'un des pignons 190 à 194 avec l'arbre secondaire 120, dans le but d'enclencher le rapport de vitesse correspondant. En particulier, le synchroniseur 202 est placé sur l'arbre secondaire 120 au-delà du pignon 194, à proximité de l'extrémité de l'arbre. Il agit sur le pignon 194. [0017] Un carter complémentaire 210 permet de protéger et d'abriter les extrémités des 25 arbres 110 et 120 sur lesquelles sont placés les pignons 184 et 194, ainsi que le synchroniseur 202. [0018] En figure lb, on a représenté le synchroniseur 202 et le pignon 194 d'une boîte de vitesses selon l'art antérieur du type de celle représentée en figure 1 a. On visualise également l'arbre 120. Le synchroniseur 202 comprend un moyeu 2021 encastré avec l'arbre 120, un baladeur 2022 en liaison glissière vis-à-vis du moyeu 2021 et un billage 2023 pour stabiliser le baladeur 2022 sur le moyeu 2021 en position de non engagement avec le pignon 194. Le pignon 194 comprend un crabot 1941 pour entrer engager en rotation le baladeur 2022. Un anneau de synchronisation 2024, interposé entre le baladeur 3031478 5 2022 et le pignon 194 permet d'assurer la synchronisation en vitesse de rotation au cours de l'engagement, qui est provoqué par l'action d'une fourchette 500 sur le baladeur 2022. [0019] En figure 2, on a représenté la mise en oeuvre de l'invention sur la boîte de vitesses représentée en figure 1 a. 5 [0020] Un moteur électrique 1000 est placé dans l'ensemble constitué par la boîte de vitesses ainsi modifiée, qui est maintenant référencée 4010. Le carter 210 est supprimé et remplacé par un carter un peu plus grand référencé 4210. Ce carter 4210 englobe les extrémités des arbres 110 et 120 à l'opposé du moteur thermique 100 et de la chaîne de traction 300, ainsi qu'une série de pignons permettant la transmission de la puissance du 10 moteur électrique 1000 à l'arbre secondaire 120. Le carter 4210 protège également les pignons du dernier rapport de vitesses, comme le fait le carter 210 décrit en figure 1 a. Le moteur électrique 1000 est placé en tout ou partie en dehors du carter 4210 et du carter 130. [0021] Le moteur électrique 1000 dispose d'un arbre de sortie 1010 sur lequel est fixé un 15 pignon moteur 1020. Ce pignon moteur 1020 engrène un pignon réducteur en deux parties 1100 constitué de deux pignons coaxiaux de différents rayons, solidaires l'un de l'autre, le pignon 1100 étant monté (libre ou fou) sur un arbre additionnel ayant fonction de maintien. Le pignon de grand rayon du pignon réducteur 1100 est entraîné par le pignon moteur 1020. Le pignon de petit rayon du pignon réducteur 1100 entraîne à son tour un pignon 20 intermédiaire 1200 en rotation sur un autre arbre additionnel ayant fonction de maintien. [0022] Le pignon intermédiaire 1200 est double et comporte une circonférence 1250 (première roue dentée) pour entraîner une chaîne 1320. Le système de pignons 1100 et 1200 fournit, entre l'arbre de sortie du moteur électrique 1010 et l'arbre secondaire 120. un rapport de démultiplication de 3, par exemple 25 [0023] La chaîne 1320 est disposée à son autre extrémité sur une deuxième roue dentée 1340 solidaire de l'arbre secondaire, et placée sur celui-ci au-delà du dernier pignon 194 à l'opposé de la sortie 299. La chaîne 1320 est dimensionnée pour transmettre la puissance de la première roue dentée 1250 à la deuxième roue dentée 1340 sans interagir avec un autre élément. Elle est mise en tension par sa pose sur ces deux roues dentées 1250 et 30 1340. 3031478 6 [0024] Ainsi, la mise en rotation de l'arbre de sortie 1010 du moteur électrique permet la mise en rotation de l'arbre secondaire 120, par l'intermédiaire de la cascade de pignons décrite et de la chaîne 1320. On précise que la boîte de vitesses comprend de plus, optionnellement, un système d'embrayage et débrayage électrique 5000 à l'entrée 101 qui 5 permet de ne fournir à l'arbre secondaire 120 que la puissance du moteur électrique 1000 et pas la puissance du moteur thermique 100. Le système d'embrayage et débrayage 5000 peut être compris dans la boîte ou en dehors de celle-ci, et il est avantageusement piloté. Il est distinct de l'embrayage (non représenté) appliquant la puissance du moteur thermique à l'arbre primaire 110, qui peut être manuel ou piloté. 10 [0025] En figure 3, on a représenté un détail d'un mode de réalisation dans lequel le synchroniseur 202 comprend un moyeu 6000 qui est adapté pour recevoir la chaîne 1320. Ce moyeu est composé, successivement le long de l'axe de rotation, d'une section 6010 pour engager un baladeur (comme le moyeu 2024 décrit en figure 1 b) et d'une section 6020 (roue dentée) solidaire de la section 6010 et adaptée pour entrainer la chaîne 1320 15 (figure 2) à l'aide de dents réparties sur la circonférence et orientées radialement vers l'extérieur. Le moyeu 6000 est de plus adapté à être encastré sur un arbre à l'aide d'une succession 6100 de rainures et de nervures (cannelures) longitudinales, sur une surface cylindrique interne faisant face à l'axe. Ainsi la section 6020 joue le rôle de la deuxième roue dentée 1340. Le baladeur du synchroniseur (non représenté) va et vient sur la 20 section 6010 du moyeu 6000, selon un mouvement longitudinal provoqué par une fourchette (non représentée, voir figure 1 b). A l'opposé de la section 6020, le baladeur dispose de crabots qui engagent des crabots du pignon 194 (figure 2), via un moyen de synchronisation (tel l'anneau de synchronisation 2024 de la figure 1 b). [0026] La disposition du moteur électrique 1000 vis à vis des autres éléments de la boîte 25 de vitesses 4010 permet de le mettre en place sans apporter de fortes modifications à la boîte de vitesses initiale. Le moteur électrique peut être placé à proximité de l'arbre primaire (à l'avant de la boîte de vitesses) mais l'arbre primaire n'est néanmoins pas mis en rotation par le moteur électrique. [0027] L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation présenté mais s'étend à 30 toutes les variantes dans le cadre de la portée des revendications. Notamment, la chaîne peut être remplacée par une courroie, qui assume également un rôle de transmission sous tension, ou entrainement sous tension. La courroie, comme la chaîne, constitue un 3031478 7 élément en boucle permettant l'entrainement, à distance d'une roue par une autre, obtenu par la mise sous tension de l'élément d'entrainement. REVENDICATIONS1. Boîte de vitesses (4010) pour véhicule automobile à moteur thermique (100), la boîte (4010) comprenant une entrée (101), un arbre primaire (110), un arbre secondaire (120) parallèle à l'arbre primaire, une sortie (299), ainsi que des couples de pignons (180-184 ; 190-194), la boîte (4010) étant configurée pour transmettre à l'aide desdits couples (180- 184 ; 190-194) la puissance du moteur thermique (100) de l'arbre primaire (110) à l'arbre secondaire (120), avec un rapport de vitesse défini par celui desdits couples (180-184 ; 190-194) qui est utilisé, et la boîte (4010) comprenant de plus un moteur électrique (1000) pour transmettre de la puissance à l'arbre secondaire (120), caractérisée en ce que la boîte comprend de plus un élément d'entrainement par mise sous tension (1320) configuré pour être entrainé par une première roue dentée (1250) et entrainer une deuxième roue dentée (1340) montée fixe sur l'arbre secondaire (120) pour la transmission de la puissance à l'arbre secondaire (120) par le moteur électrique (1000). 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, dans laquelle la deuxième roue dentée (1340) est montée sur l'arbre secondaire (120) au-delà du dernier pignon (194) à l'opposé de la sortie (299). 3. Boîte de vitesses selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle des paliers (150, 170) de liaison des arbres (110, 120) à un carter (130) de la boîte sont placés, sur chacun des arbres (110, 120), entre les deux derniers pignons (183, 184, 193, 194) à l'opposé de l'entrée (101) ou de la sortie (299). 4. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle la puissance est transmise entre l'arbre de sortie (1010) du moteur électrique (1000) et la première roue dentée (1250) à l'aide d'un système de pignons réducteurs (1100 ; 1200). 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle l'élément d'entrainement par mise sous tension (1320) et les première et deuxième roues dentées (1250, 1340) sont enfermés dans un carter (4210) de la boîte. 6. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle un système de commande de débrayage électrique (5000) permet de fournir à l'arbre secondaire (120) la puissance du moteur électrique indépendamment de la puissance du moteur thermique. 7. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle les pignons (190- 194) montés sur l'arbre secondaire (120) sont montés fous et solidarisables à l'arbre 3031478 9 secondaire (120) à l'aide de synchroniseurs (200, 201, 1202), et les pignons (180-184) montés sur l'arbre primaire (110) sont montés fixes vis-à-vis de l'arbre primaire (110). 8. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle l'élément d'entrainement par mise sous tension (1320) est une chaîne. 5 9. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 8, qui est une boîte manuelle, une boîte dont l'embrayage appliquant la puissance du moteur thermique est piloté, ou une boîte pilotée intégralement. 10. Véhicule automobile comprenant une boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes.