Brevet FR3031477A1 — 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 entre un moteur électrique et l'arbre secondaire, la chaîne 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 mettre en oeuvre, et potentiellement 25 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 configurée pour transmettre à l'aide de couples de pignons la puissance du moteur thermique d'un arbre primaire à un 3031477 2 arbre secondaire parallèle à l'arbre primaire avec un rapport de vitesse défini par le couple de pignons utilisé, et la boîte comprenant de plus un moteur électrique pour transmettre de la puissance à l'arbre secondaire par application d'une puissance fournie sur un arbre de sortie du moteur électrique à un premier pignon supplémentaire de la boîte monté autour 5 de l'arbre primaire, le premier pignon supplémentaire appliquant à son tour ladite puissance à un deuxième pignon supplémentaire de la boîte de vitesses monté autour dudit arbre secondaire, caractérisée en ce que le premier pignon supplémentaire est monté fou autour dudit arbre primaire et le deuxième pignon supplémentaire est monté fixe autour dudit arbre secondaire. 10 [0008] Un avantage de cette solution est de permettre la mise en place d'un moteur électrique sur une boîte de vitesses avec un minimum de modifications pour permettre de diminuer les spécificités et coûts d'adaptation. [0009] Avantageusement, la boîte de vitesses selon l'invention peut comprendre au moins l'une des caractéristiques techniques suivantes : les premier et deuxième pignons supplémentaires sont montés sur les arbres entre les pignons du rapport de vitesse le plus élevé et ceux du rapport de vitesse directement inférieur, les pignons des couples de pignons montés sur l'arbre secondaire sont montés fous et solidarisés à l'arbre secondaire à l'aide de synchroniseurs, et les pignons des couples de pignons montés sur l'arbre primaire sont montés fixes vis-à-vis dudit arbre primaire, des paliers de liaison des arbres à un carter de la boîte sont placés, sur les arbres, entre les premier et deuxième pignons supplémentaires et les pignons du rapport de vitesse directement inférieur au rapport le plus élevé, - le premier pignon supplémentaire est monté fou sur une surface d'un des pignons des couples de pignons monté fixe sur l'arbre primaire, la puissance fournie sur un arbre de sortie du moteur électrique est appliquée audit premier pignon supplémentaire par l'intermédiaire d'une cascade de pignons intermédiaires pour adapter la vitesse angulaire de rotation, 3031477 3 - le premier et le deuxième pignons supplémentaires sont enfermés dans un carter de la boîte de vitesses, un système de commande de débrayage électrique avantageusement pilotée permet de fournir à l'arbre secondaire la puissance du moteur électrique 5 indépendamment de la puissance du moteur thermique. [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 10 vitesses telle que précédemment définie. [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 illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : 15 - La figure 1 est une vue d'une boîte de vitesses servant de base pour l'invention. - la figure 2 est une vue d'un mode de réalisation de l'invention. - La figure 3 est une vue d'une variante du mode de réalisation de la figure 2. Description détaillée [0013] En figure 1, on a représenté une boîte de vitesses à partir de laquelle l'invention 20 est mise en oeuvre. La représentation de la figure 1 est celle de la boîte de vitesses sans l'invention. La boîte de vitesses 10 est reliée à un moteur thermique 100 par un arbre primaire 110. 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 25 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 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 une chaîne de traction 300, positionnée du même côté que le moteur thermique 100. 3031477 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. 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 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. [0016] Les pignons 180 à 184 sont montés fixes sur l'arbre primaire 110, et suivent donc la même rotation que celui-ci en toute circonstance. Les pignons 190 à 194 sont montés 15 fous sur l'arbre 120. Les synchroniseurs 200, 201, 202 sont placés dans la boîte de 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. 20 [0017] Un carter complémentaire 210 permet de protéger et d'abriter les extrémités des arbres 110 et 120 sur lesquelles sont placés les pignons 184 et 194. [0018] En figure 2, on a représenté la mise en oeuvre de l'invention sur la boîte de vitesses représentée en figure 1. [0019] Un moteur électrique 1000 est placé sur la boîte de vitesses, ainsi modifiée, qui 25 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 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. Le moteur électrique 1000 est en dehors du carter 4210, préférentiellement, pour faciliter l'implantation et le refroidissement. 3031477 5 [0020] Le moteur électrique 1000 dispose d'un arbre de sortie 1010 sur lequel est fixé un 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. 5 Le pignon de grand rayon est entraîné par le pignon moteur 1020. Le pignon de petit rayon du pignon réducteur 1100 entraîne à son tour un pignon intermédiaire 1200 en rotation sur un autre arbre additionnel ayant fonction de maintien. Ce pignon intermédiaire 1200 engrène un pignon intermédiaire 1300 placé sur l'arbre primaire 110, entre les premiers paliers de l'arbre primaire 150 et le pignon 184 monté sur l'arbre primaire 110 et configuré 10 pour la mise en oeuvre du dernier rapport de vitesse. Le pignon intermédiaire 1300 est monté fou sur l'arbre 110, et est donc mis en rotation indépendamment de celui-ci. Il engrène à son tour un pignon récepteur 1400 monté fixe sur l'arbre secondaire 120. Ce pignon récepteur 1400 est monté sur l'arbre secondaire 120 entre les deuxièmes paliers de l'arbre secondaire 170 et le pignon 194 correspondant au dernier rapport de vitesse. 15 [0021] 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. On précise que la boîte de vitesses comprend de plus, optionnellement, un système d'embrayage électrique 5000 qui permet de ne fournir à l'arbre secondaire 120 que la puissance du moteur électrique 1000 et pas la puissance du moteur thermique 100. 20 [0022] En figure 3, on a représenté un aspect d'une variante intéressante du mode de réalisation de la figure 2. Il s'agit d'un agencement particulier du pignon 1300, qui est ici mis en place non pas au contact direct de l'arbre 110, mais sur une section 184a de petit diamètre du pignon 184 qui est fixe par rapport à l'arbre primaire 110. Dans cet agencement, le pignon 184 est composé, suivant l'axe de rotation, d'une section 25 cylindrique de petit diamètre 184a puis d'une section cylindrique de plus grand diamètre 184b avec dents, cette deuxième section cylindrique servant pour l'entraînement du pignon 194. La section de plus petit diamètre 184a ne porte pas de dents d'engrenage, mais est au contraire lisse. Sa surface est entourée d'une cage à aiguilles 6000 permettant la mise en place, de manière concentrique, du pignon intermédiaire 1300. L'ensemble est 30 encastré à l'aide de cannelures 185 de liaison sur l'arbre primaire 110 (non représenté), de telle sorte que le pignon intermédiaire 1300 soit du côté des deuxièmes paliers 150, le pignon 184b étant à l'extérieur, à proximité de l'extrémité de l'arbre primaire 110. 3031477 6 [0023] On précise que la cascade de pignons incluant les pignons 1020, 1100, 1200, 1300 et 1400 permet la démultiplication de la vitesse de rotation initialement appliquée par le moteur électrique 1000. L'ensemble constitué par le moteur électrique 1000 et les pignons est enfermé dans le carter 4210 qui permet de ne modifier que très peu une boîte 5 de vitesses préexistante. [0024] Le fait d'avoir les synchroniseurs 200 à 204 tous présents sur l'arbre secondaire 120 est intéressant sur le plan économique. Le fait que les deuxièmes paliers 150 et 170 soient entre les pignons correspondants aux deux derniers rapports de vitesse permet de plus d'avoir un ensemble mécanique rigide, ce qui est avantageux. 10 [0025] Au final, la boîte de vitesses 4010 présentée en figure 2 présente des avantages en termes de coûts, en termes de réutilisation d'une boîte de vitesses préexistante, et en termes d'adaptabilité sur une boîte de vitesses intégralement manuelle, à embrayage piloté ou intégralement pilotée. Le système proposé offre une chaîne de traction parallèle à la chaîne de traction actionnée par le moteur thermique, et indépendante de celle-ci. Elle 15 permet également l'accumulation d'énergie électrique pendant les phases de freinage au cours desquelles l'arbre secondaire constitue une source d'énergie, et où le moteur 1000 agit en récepteur électrique. [0026] La disposition du moteur électrique 1000 vis à vis des autres éléments de la boîte de vitesses 4010 permet de le mettre en place sans apporter de fortes modifications à la 20 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 toutes les variantes dans le cadre de la portée des revendications. 25 REVENDICATIONS1. Boîte de vitesses (4010) pour véhicule automobile à moteur thermique (100), la boîte (4010) étant configurée pour transmettre à l'aide de couples de pignons (180-184 ; 190194) la puissance du moteur thermique (100) d'un arbre primaire (110) à un arbre secondaire (120) parallèle à l'arbre primaire (110) avec un rapport de vitesse défini par le couple de pignons utilisé, et la boîte (4010) comprenant de plus un moteur électrique (1000) pour transmettre de la puissance à l'arbre secondaire (120) par application d'une puissance fournie sur un arbre de sortie (1010) du moteur électrique (1000) à un premier pignon supplémentaire (1300) de la boîte (4010) monté autour de l'arbre primaire (110), le premier pignon supplémentaire (1300) appliquant à son tour ladite puissance à un deuxième pignon supplémentaire (1400) de la boîte de vitesses (4010) monté autour dudit arbre secondaire (120), caractérisée en ce que le premier pignon supplémentaire (1300) est monté fou autour dudit arbre primaire (110) et le deuxième pignon supplémentaire (1400) est monté fixe autour dudit arbre secondaire (120). 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, dans laquelle les premier (1300) et deuxième (1400) pignons supplémentaires sont montés sur les arbres (110, 120) entre les pignons (184, 194) du rapport de vitesse le plus élevé et ceux du rapport de vitesse directement inférieur (183, 193). 3. Boîte de vitesses selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle les pignons (190-194) des couples de pignons montés sur l'arbre secondaire (120) sont montés fous et solidarisés à l'arbre secondaire (120) à l'aide de synchroniseurs (200-202), et les pignons (180-184) des couples de pignons montés sur l'arbre primaire (110) sont montés fixes vis-à-vis dudit arbre primaire (110). 4. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle des paliers de liaison (150, 170) des arbres à un carter (130) de la boîte (4010) sont placés, sur les arbres (110, 120), entre les premier et deuxième pignons supplémentaires (1300, 1400) et les pignons (183, 193) du rapport de vitesse directement inférieur au rapport le plus élevé. 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle le premier pignon supplémentaire (1300) est monté fou sur une surface d'un des pignons (184) des couples de pignons monté fixe sur l'arbre primaire (110). 3031477 8 6. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle la puissance fournie sur un arbre de sortie (1010) du moteur électrique (1000) est appliquée audit premier pignon supplémentaire (1300) par l'intermédiaire d'une cascade de pignons intermédiaires (1020, 1100, 1200) pour adapter la vitesse angulaire de rotation. 5 7. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle le premier (1300) et le deuxième (1400) pignons supplémentaires sont enfermés dans un carter (4210) de la boîte de vitesses (4010). 8. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle un système de commande de débrayage électrique (5000) permet de fournir à l'arbre secondaire la 10 puissance du moteur électrique indépendamment de la puissance du moteur thermique. 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 15 précédentes.