Brevet FR3109799A1 — publié le 20211105

Procédé de contrôle thermique de boîte de vitesses (1) à lubrification par barbotage et projection d’huile dans son carter (4), caractérisé en ce qu’il repose sur des échanges thermiques convectifs réalisés à l’intérieur de la boîte (1), entre l’huile s’écoulant par gravité dans celle-ci sans circulation forcée, et un liquide de refroidissement externe. Figure pour l’abrégé : figure 3A PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE THERMIQUE DE BOITE DE VITESSES La présente invention se rapporte au contrôle thermique des boîtes de vitesses, en vue d’assurer le maintien de l'huile de lubrification circulant à l’intérieur de la boîte, dans une plage de température optimale. Plus précisément, elle a pour objet un procédé de contrôle thermique de boîte de vitesses à lubrification par barbotage et projection d’huile dans son carter. Cette invention trouve son application sur tout véhicule électrique, thermique ou hybride, dont la source motrice dispose d’un circuit de refroidissement, et dont la boîte de vitesses est lubrifiée par barbotage. La source motrice concernée peut être un moteur thermique, et/ou des machines électriques. En dessous de 90°C l’huile de boîte, en particulier de boîte manuelle ou robotisée à arbres parallèles, doit être réchauffée. On tire profit de la dynamique thermique des machines de traction associées à la boîte au sein du GMP (groupe motopropulseur),pour accélérer sa montée en température. Cette dynamique permet de diminuer les pertes par frottement (cisaillement du lubrifiant) dans la boîte, en profitant d’une viscosité plus faible de l’huile. Si la température d’huile de la boîte est supérieure à 90°C, elle doit au contraire d’être refroidie. Lorsque la température du liquide de refroidissement du moteur devient moins élevée que celle de l’huile de boîte, il peut contribuer à contenir l’élévation de température de la boîte, en prélevant des calories dans l’huile. L’objectif est de préserver la fiabilité des composants de la boîte, en leur évitant une température trop élevée. L’épaisseur des films d’huile et les caractéristiques mécaniques des différents composants, peuvent ainsi être préservés, pour assurer toutes les prestations fonctionnelles requises. La boîte de vitesses est refroidie en premier lieu par l’air circulant dans le compartiment moteur, autour des carters. Par défaut, ce mode de refroidissement est le plus utilisé dans les boîtes mécaniques. Pour refroidir l’huile de boîte, on peut aussi utiliser un échangeur huile/eau à l’extérieur de la boîte. C’est généralement un échangeur à lames, dans lequel les deux fluides (huile de boîte et fluide de refroidissement du moteur) circulent pour échanger leurs calories. Cet agencement requiert une pompe à huile suffisamment puissante pour vaincre les pertes de charge occasionnées par la circulation de l’huile au travers de chacune des lames de l’échangeur. L’échangeur à lames est généralement fixé sur la paroi extérieure du carter d’embrayage. La pompe à huile peut être implantée à l’intérieur de la boîte (montage « add-in ») ou à l’extérieur de celle-ci (montage « add-on »). Par la publication FR 3 059 610, on connaît un dispositif de contrôle d’échanges de calories entre une boîte de vitesses manuelle, et un fluide caloporteur du GMP. Dans ce dispositif, le fluide caloporteur circule au travers d’un échangeur de chaleur tubulaire se déployant à l’intérieur de la boîte. L’accès du fluide caloporteur à l’échangeur est contrôlé pour éviter, selon les circonstances, une réduction du potentiel de refroidissement du moteur thermique, ou un ralentissement de sa montée en température et de celle de l’habitacle. Toutefois, dans ce dispositif, l’échangeur de chaleur est constitué d’un simple tube de type serpentin, dont la surface d’échange est limitée. La présente invention vise à optimiser les échanges thermiques entre le liquide de refroidissement et l’huile au sein de la boîte. Elle repose sur des échanges thermiques convectifs réalisés à l’intérieur de la boîte, entre l’huile s’écoulant par gravité dans celle-ci sans circulation forcée, et un liquide de refroidissement externe. De préférence, le liquide de refroidissement est prélevé sur un circuit de refroidissement du groupe motopropulseur auquel appartient la boîte de vitesses. Le liquide de refroidissement peut être prélevé indifféremment, sur l’un des circuits de refroidissement du GMP, comme celui du moteur thermique, d’une machine électrique. Le dispositif proposé comprend un échangeur thermique par convection, disposé à l’intérieur de la boîte, qui assure un transfert de calories entre l’huile s’écoulant par gravité dans celle-ci sans circulation forcée, et le liquide de refroidissement du groupe motopropulseur auquel appartient la boîte de vitesses. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés. est un schéma de principe du contrôle thermique d’huile de boîte. montre l’implantation du dispositif proposé. également. montre la structure du dispositif proposé. également. également. en illustre un premier mode de réalisation. en illustre un deuxième mode de réalisation. en illustre un troisième mode de réalisation. en illustre un quatrième mode de réalisation. en illustre un cinquième mode de réalisation. Le procédé de contrôle thermique de boîte de vitesses 1 à lubrification par barbotage et projection d’huile dans son carter de l’invention, répond au principe fonctionnel de la figure 1, selon lequel le liquide de refroidissement du moteur (eau) est introduit dans la boîte 1, où il circule l’intérieur d’un échangeur 2, pour échanger des calories avec l’huile. Il repose sur des échanges thermiques convectifs réalisés à l’intérieur de la boîte, entre l’huile s’écoulant par gravité dans celle-ci sans circulation forcée, et un liquide de refroidissement externe. Le dispositif proposé comporte un échangeur thermique eau/huile 2, interne à la boîte 1. L’échangeur 2 est implanté directement dans la fonte d’un élément de carter de boîte, au contact de l’huile. Cette implantation lui permet d’échanger des calories avec l’huile de boîte, au repos (figure 2A), et en fonctionnement (Figure 2B). Le liquide de refroidissement est prélevé sur un circuit de refroidissement, du groupe motopropulseur auquel appartient la boîte de vitesses 1. En fonctionnement, le mouvement de l’huile est « forcé » puisque l’huile est projetée dans la boîte par ses parties tournantes. Il est également « naturel », dans la mesure où la lubrification s’effectue par projection et ruissellement, sans l’intervention d’une pompe à huile. Le liquide de refroidissement circule dans l’échangeur thermique 2 intégré à la boîte de vitesses 1. Il est composé d’un circuit d’eau intégré à la fonderie du carter 4, montré sur la figure 3A, et d’une plaque ou capot 5 de fermeture, rapportée sur une face intérieure du carter 4 de la boîte 1, qui referme l’échangeur. Le transfert de calories entre le liquide de refroidissement et l’huile, s’effectue principalement au travers de la plaque 5 Elle est vue de l’intérieur de l’échangeur 1 sur la figure 3B, et de l’extérieur sur la figure 3C. Dans cet exemple, la plaque 5 intègre une partie du réseau selon un dessin complémentaire à celui du carter 4. Sur sa face extérieure, en contact avec l’huile, la plaque 5 peut intégrer des excroissances 6, telles que des ailettes, disposées dans le flux d’huile, grâce auxquelles il dispose d’une surface d’échange thermique maximisée. Les ailettes 6, augmentent l’échange thermique avec l’huile. La plaque 5 peut supporter sur sa face extérieure un aimant servant à capter les particules métalliques véhiculées par l’huile de la boîte. La plaque 5 présente à cet effet un logement 3, apte à recevoir un aimant de captation (non représenté) de particules métalliques. L’échangeur 2 est intégré à la fonderie du carter 4 et à la plaque de fermeture 5, en formant un réseau de circulation pour le liquide de refroidissement provenant du circuit d’eau des moteurs du véhicule. La plaque 5 est au contact de l’huile qui circule grâce à la dynamique créée par le différentiel. Grâce à l’échangeur 2, le liquide de refroidissement du moteur thermique et/ou de la machine électrique du véhicule circule à l’intérieur de la boîte et échange des calories avec l’huile, sans se mélanger à celle-ci. En résumé le dispositif de contrôle thermique proposé comprend un échangeur thermique par convection 2, disposé à l’intérieur de la boîte 1, assurant un transfert de calories entre l’huile s’écoulant par gravité dans celle-ci sans circulation forcée, et le liquide de refroidissement du groupe motopropulseur auquel appartient la boîte de vitesses 1. Différents modes de réalisation non limitatifs, de l’échangeur 2 , sont illustrés Les figures 4A à 4E : a) figure 4A : le circuit du liquide de refroidissement est formé dans la masse du carter 4, et fermé par une plaque 5 lisse ; b) figure 4B : le circuit du liquide de refroidissement est formé dans la masse du carter 1 et dans l’épaisseur de la plaque de fermeture 5 ; c) figure 4C : le circuit du liquide de refroidissement est formé seulement dans l’épaisseur de la plaque de fermeture 5 ; d) figure 4D : le circuit du liquide de refroidissement est constitué par un noyau d’eau 4a intégré dans la masse du carter 4 ; e) figure 4 E : le circuit du liquide de refroidissement est constitué par un noyau d’eau 5a intégré dans l’épaisseur de la plaque de fermeture 5. En résumé, l’échangeur est intégré à la fonderie du carter et à la plaque de fermeture en formant un réseau faisant circuler le liquide de refroidissement provenant du circuit d’eau des moteurs du véhicule. Cette plaque, avec ou sans ailettes, est au contact de l’huile qui circule grâce à la dynamique créée par le différentiel dans le volume d’huile de la boîte. En conclusion, le principal avantage de l’invention est sa simplicité, et son faible coût de réalisation, grâce à l’absence de circuit de circuit d’huile à l’extérieur de la boîte de vitesses. Procédé de contrôle thermique de boîte de vitesses (1) à lubrification par barbotage et projection d’huile dans son carter (4), caractérisé en ce qu’il repose sur des échanges thermiques convectifs réalisés à l’intérieur de la boîte (1), entre l’huile s’écoulant par gravité dans celle-ci sans circulation forcée, et un liquide de refroidissement externe. Procédé de contrôle thermique de boîte de vitesses (1), selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est prélevé sur un circuit de refroidissement du groupe motopropulseur auquel appartient la boîte de vitesses (1). Procédé de contrôle thermique de boîte de vitesses (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement circule dans un échangeur thermique (2) intégré à la boîte de vitesses (1). Procédé de contrôle thermique de boîte de vitesses (1) selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le transfert de calories entre le liquide de refroidissement et l’huile, s’effectue principalement au travers d’une plaque (5) rapportée sur une face intérieure du carter (4) de la boîte de vitesses (1). Dispositif de contrôle thermique de boîte de vitesses (1) à lubrification par barbotage et projection d’huile dans son carter (4), caractérisé en ce qu’il comprend un échangeur thermique par convection (2) disposé à l’intérieur de la boîte (1), assurant un transfert de calories entre l’huile s’écoulant par gravité dans celle-ci sans circulation forcée, et le liquide de refroidissement du groupe motopropulseur auquel appartient la boîte de vitesses (1). Dispositif de contrôle thermique de boîte de vitesses (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’échangeur (2) dispose d’une surface d’échange thermique maximisée à l’aide d’ailettes (6) disposées dans le flux d’huile. Dispositif de contrôle thermique de boîte de vitesses (1) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le circuit du liquide de refroidissement est formé dans la masse du carter (4), et fermé par une plaque lisse (5). Dispositif de contrôle thermique de boîte de vitesses selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le circuit du liquide de refroidissement est formé dans la masse du carter (4) et dans l’épaisseur de la plaque de fermeture (5). Dispositif de contrôle thermique de boîte de vitesses selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le circuit du liquide de refroidissement est formé seulement dans l’épaisseur de la plaque de fermeture (5). Dispositif de contrôle thermique de boîte de vitesses (1) selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le circuit du liquide de refroidissement est constitué par un noyau d’eau (4a) intégré dans la masse du carter (4). Dispositif de contrôle thermique de boîte de vitesses (1) selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le circuit du liquide de refroidissement est constitué par un noyau d’eau (5a) intégré dans l’épaisseur de la plaque (5). Dispositif de contrôle thermique de boîte de vitesses selon l’une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la plaque (5) présente un logement (3) apte à recevoir un aimant de captation des particules métalliques véhiculées par l’huile de la boîte (1).