EPICYCLIC FOUR-FORWARD-SPEED GEAR BOX WITH TORQUE CONVERTER AND LOCK-UP CLUTCH

Abstract: 1. An epicyclic gearbox with concentric input (4, 27) and output (21) shafts combined with a torque converter (1) connecting an engine shaft (2) to the said input shaft (4, 27), the epicyclic gear train being of the type having three forward and one reverse drive ratio and comprising two central sun wheels (9, 6), an annulus gear (20) and a planet carrier (16), with the latter carrying two sets of planets (14, 15) in which each planet (15) of the first set engages with the corresponding planet (14) of the second set, the planets (15) of the first set meshing with the first sun wheel (6) and the planets (14) of the second set meshing simultaneously with the second sun wheel (9) and with an annulus (20) with gear teeth on the inside, a first (12) and a second (18) locking device, a first (7) and a second (10) clutch and a free wheel (22), with this gearbox also comprising a third clutch (23) able to transmit to the planet carrier (16) a part of the power tapped off from the engine power so as to provide a fourth forward drive ratio, which gearbox is characterized in that the said third clutch (23) is mounted between the planet carrier (16) and the input shaft (27) from the converter (1) in such a way that the tapped off part of the engine power passes through the torque converter (1).

Description: Changement de vitesse à train épicycloidal et convertisseur de couple, avec quatre rapports de marche avant et pontage du convertisseur. La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Jacques MERCIER et de Monsieur Jean RAMEAU, a pour objet un perfectionnement aux changements de vitesses à trains dYen- grenages épicycloidaux associés avec un convertisseur de couple. Suivant un type connu de changement de vitesses epicy- cloidal, ses arbres menant et mené sont disposés suivant le même axe et il comporte deux planétaires centraux, une cou= ronne dentée intérieurement et un porte satellites, ce dernier portant deux jeux de satellites où chaque satellite du premier jeu engrène atec le satellite correspondant du deuxième jeu g le premier jeu engrenant avec le premier planétaire et le deuxième jeu engrenant simultanément avec le deuxième plané taire et la couronne dentée intérieurement# L'ensemble se complète par deux dispositifs d'embrayage, deux dispositifs d'immobilisation et une roue libre qui permettent de controler le fonctionnement des trains d'engrenages épicycloidaux et d'obtenir trois rapports de marche avant et une marche arrière sur l'arbre mené de la transmission. Le problème essentiel que vise à résoudre 1 invention est de réaliser un changement de vitesses épicycloidal qui permette d'obtenir quatre rapports de marche avant et une marche arrière, en utilisant les organes du changement de vitesses précédent à trois rapports de marche avant et une marche arrière, avec un minimum d'organes supplémentaires. Un des moyens pour diminuer la consommation d'un véhiçule à moteur est de réaliser des rapports dits "longs" correspondant à un rapport de vitesse arbre de sortie/arbre d'entrée supérieur à 1, appelé également surmultiplié. Lorsque l'organe de liaison entre l'organe moteur et le train épicycloidal est un convertisseur de couple, le glissement inhérent à ce type d'organe est responsable d'une perte d'énergié qu'il y a intérêt à éviter. Conformément à l'invention un troisième embrayage permet de lier en rotation l'arbre d'entrée avec le porte satellites, ce qui assure un quatrième rapport de démultiplication sans ajouter de train planétaire supplémentaire (voir brevet fran çais n0 2.188.741) ce qui influe sur le rendement global. Suivant une#àutre caractéristique de l'invention le dispositif de commande du troisième embrayage assure, par un déplacement axial suivant l'axe principal du mécanisme, la commande d'un dispositif d'embrayage intégré au convertisseur de couple, lequel dispositif d'embrayage permet de neutraliser le glissement relatif entre la turbine et le carter du convertisseur, et de lier rigidement en rotation lesdits organes. Ladite invention s'applique particulièrement aux trains planétaires du type décrit ci-dessus, dans lesquels l'arbre de sortie est lié à la couronne, ledit arbre de sortie, concentrique à l'arbre d'entrée, comportant un pignon d'attaque#qui forme le premier élément d'un train réducteur assurant la transmission du mouvement à l'organe utilisateur, par exemple un essieu moteur. Ladite invention s'applique également aux trains planétaires du type décrit ci-dessus dans lesquels l'arbre d'entrée est entraîné par la turbine d'un convertisseur de couple, organe suffisamment connu pour qu'il soit inutile de le décrire. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit d'exemples particuliers de realrsationt représentés sur le dessin annexé, sur lequel ; la fig. 1 représente une vue schématique d'un mécanisme de changement de vitesses à quatre rapports de marche avant et un de marche arrière avec convertisseur de couple suivant l'invention; la fig. 2 représente une vue en coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation plus compacte que celle de la fig. 1; les fig. 3, 4 et 5 sont des tableaux explicatifs de réalisation des différents rapports, respectivement dans le dispositif connu et dans deux variantes de réalisation de l'invention. Sur la fig. 1 l'organe de liaison entre l'arbre moteur 2 et le mécanisme à train planétaire est un convertisseur hydrocinétique de couple 1 dont l'organe de sortie ou turbine du convertisseur 3 est solidaire en rotation de l'arbre d'entrée 4 du mécanisme de changement de vitesses. L'arbre 4 est solidaire d'une cloche 5 qui permet, par l'action de l'embrayage 7 commandé par le piston 8, assure9 l'entraSnement en rotation. du planétaire 6. La même cloche 5 permet, par l'action de l'embrayage 10, commandé par le piston 11, d'assurer lBentrat- nement en rotation de la cloche 9a et-du planétaire 9 qui lui est lié. La cloche 9a, coagissant avec l'organe d'immobilisation 12 commandé par le piston 13, permet d'assurer l'immobilisation du planétaire 9. Les satellites doubles 14, et les satellites simples 15 tourillonnent dans'un porte satellites 16 qui peut être immobilisé au moyen d'un organe d'immobilisation 18 agissant sur l'anneau 17 et commandé par le piston 19. Le porte satellites 16 peut prendre appui, pour un seul sens de rotation, sur le carter par l'intermédiaire de la roue libre 22 agissant sur l'anneau 17. L'organe de sortie d'un tel train planétaire est la couronne dentée 20 solidaire du pignon 21. La partie dumécanisme décrite ci-dessus correspond à une réalisation connue d'un mécanisme de changement de vitesses à trois rapports de marche avant et une marche arrière. Selon une première caractéristique de l'invention il est prévu un dispositif pour lier en rotation l'arbre porte satellites à l'arbre d'entrée, ce qui permet d'obtenir un quatrième rapport avec le seul train planétaire existant. Dans ce but, le porte satellites 16 est prolongé par un arbre tubulaire 31 solidaire de la cloche 25. Un embrayage 23 commandé par un piston 24. permet de lier en rotation le porte satellites 16 et le flasque 26 solidaire en rotation de la'arbre d'entrée 4 par l'intermédiaire des cannelures 28. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'action du piston 24 permet, en repoussant les éléments de l'embrayage 23 qui prennent appui sur le flasque 26, de deplacer axialement l'arbre tubulaire 27. Ledit arbre 27 pousse le flasque 29 de la turbine 3 dont la surface annulaire vient au contact de la garniture 30 recouvrant la surface intérieure du carter de convertisseur 1. On obtient ainsi la liaison en rotation du porte satellites-16 et de l'arbre d'entrée 4 et la suppression progressive du glissement relatif entre la turbine 3 et le carter du convertisseur 1 jusqu'au "pontage" complet du convertisseur. Le "pontage" du convertisseur lié au fonctionnement de l'embrayage 23 peut être obtenu sur les 3ème ou 4ème rapport ou sur le 4ème rapport seul. Le fonctionnement du mécanisme du changement de vitesses ressort des tableaux des fig. 3 à 5, sur lesquels ont à figuré par des X les organes récepteurs actionnés. La colonne de gauche indique les rapports de vitesses. Le tableau de la fig. 3 se rapporte à l'utilisation du train pléntaire décrit ci-dessus utilisé dans une boîte à trois rapports en marche avant (dispositif connu). Les tableaux des fig. 4 et 5 se rapportent à l'utilisation du même train planétaire dans une boîte à quatre rapports en marche avant selon l'invention. La fig. 4 correspond au pontage du convertisseur sur la seule 4ème vitesse. La fig. 5 correspond au pontage du convertisseur sur les rapports 3 et 4. Le premier rapport de transmission est obtenu en actionnant l'embrayage 7, la transmission du couple moteur à partir de l'arbre de turbine 4 s'effectuant par la cloche 5 et l'embrayage 7 vers le planétaire 6, puis par les satellites 15 et 14, ces derniers engrenant avec la couronne 20 solidaire du pignon de sortie 21. Les axes des satellites 15 et 14 prennent appui sur le porte satellites 16, lequel est immobilisé par rapport au carter par la roue libre 22. Le deuxième rapport de transmission est obtenu en maintenant actionné l'embrayage 7 et èn actionnant le dispositif d'immobilisation 12. La transmission est réalisée depuis l'arbre de turbine 4 par la cloche 5, l'embrayage 7, le planétaire 6, les satellites 15 et 14. Les satellites doubles 14 prennent appui sur le planétaire 9 immobile, ce qui entraîne la rotation du porte satellite 16 en sens inverse de l'arbre de turbine, sens autorisé par la roue libre 22. Les satellites doubles 14 entraînent par réaction la couronne 20 dans le même sens que l'arbre d'entrée. Le troisième rapport est obtenu en maintenant actionné l'embrayage 7 et en actionnant l'embrayage 10. Il en résulte que tous les éléments du train planétaire deviennent solidaires et tournent en bloc avec l'arbre d'entrée à la même vitesse. Dans le cas de l'invention, il est possible également d'obtenir le troisième rapport en actionnant l'embrayage 23 au lieu de 10, ce qui explique la différence entre les fig. 4 et 5. Le quatrième rapport est obtenu en actionnant l'embrayage 23 et le dispositif d'immobilisation 12. La transmission est réalisée depuis l'arbre de turbine 4 par l'embrayage 23 lié au porte satellites 16. Les satellites doubles 14 entraînés par leurs axes prennent appui sur le planétaire 9 immobilisé par 12, ce qui entraîne la rotation dans le même sens que l'arbre d'entrée de la couronne 20 solidaire du pignon 21. Le rapport de marche arrière est obtenu en actionnant l'embrayage 10 et le dispositif d'immobilisation 18. La transmission est réalisée depuis l'arbre de turbine 4 par l'embrayage 10 vers le planétaire 9 et les satellites 14. Le porte satellite 16 étant immobilisé par le dispositif 18, les satellites doubles 14 prennent appui sur leurs axes pour entraîner la couronne 20 dans le sens inverse de l'arbre d'entrée. Le fonctionnement simultané de l'embrayage 23 et du dispositif de pontage de la turbine 3 avec le carter de convertisseur 1, par l'intermédiaire du flasque 29 venant en contact avec la garniture 30, est obtenu par une caractéristique particulière dudit embrayage 23. Pour cela, et contrairement à la disposition classique dans laquelle des disques de friction, solidaires en rotation alternativement de la cloche et du moyeu, sont pressés par le piston contre un anneau d'appui solidaire de la cloche, dans la disposition selon l'invention, l'anneau d'appui est solidaire du moyeu, l'ensemble formant le flasque 26. Ce flasque 26 transmet la poussée reçue par le piston 24 au dispositif de "pontage" du convertisseur déjà décrit ci-dessus. Le fonctionnement du dispositif de pontage peut être assisté par des pressions différentes que des organes de distribution hydraulique permettent d'obtenir, de façon connue, entre la capacité intérieure du carter de convertisseur et la capacité 33 entre carter et flasque de turbine 29. Le désangagement du pontage est, en particulier, obtenu en accroissant la pression d'alimentation dans la capacité 33. Sur la fig. 2, l'organe de liaison entre l'arbre moteur 2 et le mécanisme de train planétaire est encore un convertisseur hydrocinétique de couple 1 dont l'organe de sortie ou turbine du convertisseur 3 est solidaire, en rotation, de l'arbre d'entrée 4 du mécanisme de changement de vitesses. La description et le fonctionnement des organes de liaison entre les différents éléments du mécanisme à train planétaire sont les mêmes que pour la réalisation de la fig. 1. L'organe de sortie du train planétaire reste la couronne 20 solidaire du pignon 21. La description qui suit ne concerne que les éléments supplémentaires figurant sur la fig. 2, les éléments communs avec la fig. 1, portant les mêmes numéros de référence. Selon cette seconde réalisation de l'invention, la possibilité de lier en rotation l'arbre porte satellites à l'arbre d'entrée permet d'obtenir un quatrième rapport avec le seul train planétaire existant, et simultanément de passer de la liaison par convertisseur hydrocinétique à une liaison directe avec l'arbre moteur. Sur la fig. 2 la demi-partie supérieure de la figure (références portant l'indice a) correspond à une réalisation comportant, selon l'invention, un dispositif amortisseur de torsion interposé, dans la chaîne cinématique, entre l'embrayage 23a et l'arbre tubulaire 31a. Dans cette réalisation le porte satellites 16 est prolongé par un arbre tubulaire 31a, lié en rotation au moyeu-piston 32 par les cannelures 47. Ledit moyeu-piston 32 coulisse à l'intérieur de la cloche d'embrayage 35, à laquelle il est lié élastiquement en rotation par des ressorts 34 réalisant, de façon connue, un amortisseur de torsion. La capacité de travail 38a reçoit, par un conduit 49a ménagé dans le tourillon de convertisseur 48a, le fluide sous pression destiné à la commande de l'embrayage 23a, dont les éléments de friction prennent appui sur le plateau 37a solidaire du plateau annulaire 29 de la turbine 3 du convertisseur. Ledit plateau annulaire 29 est l'élément d'appui mobile axialement de l'embrayage 36 dont les éléments de friction prennent appui sur la partie annulaire de carter de convertisseur 1. Comme dans le dispositif représenté schématiquement sur la fig. 1, l'ensemble décrit ci-dessus permet d'obtenur la liaison en rotation du porte satellite 16 et de l'arbre d'entrée 4, et la suppression progressive du glissement relatif entre la turbine 3 et le carter de convertisseur 1 jusqu'au "pontage" complet du convertisseur. Selon une caractéristique particulière de l'invention, représentée sur la demi-partie supérieure de la fig. 2, les ressorts 34 du dispositif amortisseur de torsion assurent, par leur action, un passage en douceur d'un rapport à l'autre. Le fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant le fluide sous pression admis dans la capacité 38a repousse le moyeu piston 32 qui agit sur les éléments de friction de l'embrayage 23a, lesquels éléments de friction prennent appui sur le plateau 37a. Durant cette première étape du fonctionnement est assurée la liaison en rotation de la turbine 3 et de l'arbre tubulaire 31a du porte satellites 16 par l'interme- diaire des cannelures 47. Durant la seconde étape du fonctionnement le plateau 37a entraîne axialement le plateau annulaire 29 qui assure le serrage des éléments de friction de l'embrayage 36 contre le carter de convertisseur 1, assurant ainsi le "pontage" dudit convertisseur 1. La libération des embrayages 23a et 36 est obtenu en diminuant la pression dans la capacité 38a et en accroissant la pression dans la capacité 33 entre le carter et plateau 37a et dans la capacité 39 par les orifices 40. Sur la fig. 2 la demi-partie inférieure de la figure (références portant l'indice b) correspond à une réalisation comportant, selon l'invention, un dispositif amortisseur de torsion interposé dans la chaîne cinématique entre l'embrayage 36 et le carter de convertisseur 1. Dans cette réalisation le porte satellite 16 est prolongé par un arbre tubulaire 31b lié en rotation à la cloche d'embrayage 41 par des cannelures. A l'intérieur de ladite cloche d'embrayage coulisse un piston 42 rappelé en position de repos par un ressort diaphragme 43. La capacité de travail 38b reçoit, par un conduit 49b ménagé dans le tourillon de convertisseur 48b, le fluide sous pression destiné à la commande de l'embrayage 23b, dont les éléments de friction prennent appui sur le plateau 37b solidaire du plateau annulaire 29 de la turbine 3 du convertisseur. Ledit plateau annulaire 29 est l'élément d'appui mobile de l'embrayage 36 dont les éléments de friction prennent appui sur un anneau 44 lié élastiquement en rotation au carter de convertisseur 1 par des ressorts 45 disposés de façon connue pour réaliser un amortisseur de torsion. Le fonctionnement d'un tel dispositif est le même que celui du dispositif représenté dans la demi-partie supérieure de la fig. 2 et décrit ci-dessus, sauf en ce qui concerne le retour en position débrayée de l'embrayage 23 et sauf pour le fonctionnement du dispositif amortisseur de torsion. En effet, la libération de l'embrayage 23b, lorsque la pression chute dans la capacité 38b, est obtenue par l'action du ressort diaphragme 43. Le fonctionnement du dispositif amortisseur de torsion utilisant des ressorts 45 interposés dans la chaîne cinématique entre le carter de convertisseur 1 lié à l'arbre moteur 2 et l'anneau 44 permet d'assurer pendant la phase de "pontage" du convertisseur et durant l'utilisation avec convertisseur "ponté" une liaison élastique entre l'arbre moteur et le mécanisme de transmission. Le rôle d'une transmission à rapports multiples, surtout dans le cas de la propulsion d'un véhicule, est d'obtenir un étagement correct de ces différents rapports. Pour illustrer les possibilités d'une transmission selon l'invention, on donne ci-dessous un exemple de réalisation. Les nombres#de dents des pignons, soit 36 dents pour le petit planétaire 6 42 dents pour le grand planétaire 9 90 dents pour la couronne 20 ont été choisis en tenant compte des conditions d'engrènement pour un montage à trois satellites longs 14 de 24 dents et des rapports de vitesses à obtenir. Les calculs, conduits en utilisant les formules connues pour ce type d'engrenages à trains épicycloidaux, donnent les valeurs suivantes pour les rapports de vitesses, lesdits rapports de vitesses étant le quotient de la vitesse de sortie sur la vitesse d'entrée dans le mécanisme ler rapport 0,40 2ème rapport 0,68 3ème rapport 1,00 4ème rapport 1,47 Marche arrière 0,47 La réalisation particulière à l'invention du dispositif de pontage du convertisseur 1 fait qu'il est possible, notamment dans le cas d'une transmission automobile, d'utiliser ledit pontage sur les rapports de 3me et de 4ème, ou sur le rapport de 4ème seul, comme il est indiqué sur les tableaux 4 et 5. Il en résulte que si l'on recherche les performances maxi sur route libre, la vitesse maxima pourra être obtenue sur le rapport de 3ème avec pontage. Sur une route à profil varié, ou pour s'adapter au rythme de la circulation, l'utilisation du 3ème rapport avec convertisseur rendra la conduite plus agréable. Par contre, pour une utilisation à vitesse de croisière modérée l'utilisation du 4ème rapport avec pontage permettra d'obtenir la plus faible consommation le moteur étant utilisé à un régime favorable. A titre d'exemple avec un véhicule dont la vitesse maximale est de 168 km/h pour un régime moteur de 6000 t/mn et dont la vitesse correspondante à 1000 tr/mn est de 28 km/h pour le 3ème rapport, l'adjonction d'un 4ème rapport dont la vitesse correspondante, selon l'exemple ci-dessus, serait de 28 x 1,47 = 41 km/h environ permettrait d'obtenir une vitesse de croisière de 130 km/h pour un régime de rotation moteur de IjO 3170 = 3170 tr/mn environ. Cette faible vitesse de rotation moteur diminue sensiblement l'usure des organes et surtout la consommation. Par ailleurs, la suppression du glissement interne du convertisseur par le "pontage" agit dans le même sens favorable d'une utilisation économique du véhicule.

Claims: RVEDICATIOS 1. Changement de vitesses épicycloîdal associée à un convertisseur de couple du type à trois rapports de marche avant et un rapport de marche arrière comportant des arbres menant et mené concentriques, deux planétaires centraux, une couronne dentée et un porte satellites, ce dernier portant deux jeux de satellites ou chaque satellite du premier jeu engrène avec le satellite correspondant du deuxième jeu, le premier jeu de satellites engrenant avec le premier planétaire et le deuxième jeu de satellites engrenant simultanément avec le deuxième planétaire et une couronne dentée intérieurement, un premier et un deuxième dispositif d'immobilisation, un premier et un deuxième embrayage et une roue libre, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un troisième embrayage monté entre l'arbre menant et le porte satellites de façon à obtenir un quatrième rapport de marche avant. 2. Changement de vitesses suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit quatrième rapport est un rapport surmultiplié. 3. Changement de vitesses selon une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit troisième embrayage monté entre l'arbre menant et le porte satellites est actionné par un dispositif de commande exerçant une poussée axiale, et agencé de manière que cette poussée axiale se transmette, par l'intermédiaire de l'arbre menant ou d'une pièce qui lui est solidaire en rotation, à un quatrième embrayage monté entre cet arbre menant ou ladite pièce et l'arbre d'entrée du convertisseur dans le sens qui actionne cet embrayage pour réaliser le pontage dudit convertisseur sur ledit quatrième rapport. '4. Changement de vitesses selon la revendication 3, dans lequel le troisième rapport est obtenu par la solidarisation entre eux de tous les organes du train planétaire, caractérisé par le fait que cette solidarisation est obtenue par action simultanée sur le premier embrayage entre l'arbre d'entrée et le second planétaire, et sélectivement sur le deuxième embrayage entre l'arbre menant et le premier planétaire, donc sans pontage du convertisseur, ou sur ledit troisième embrayage, donc avec pontage du convertisseur sur le troisième rapport. 5. Changement de vitesses suivant une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le troisième embrayage et sa liaison avec le quatrième embrayage de pontage du convertisseur sont intégrés audit convertisseur pour former un ensemble compact. 6. Changement de vitesses suivant une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'au moins un dispositif amortisseur de torsion est interposé dans la chaîne cinématique comprenant l'arbre d'entrée du convertisseur, le quatrième embrayage, l'arbre mené, le troisième embrayage et le porte satellites, de manière à intervenir pendant la séquence de passage des rapports de troisième à quatrième et de pontage du convertisseur et/ou après pontage dudit convertisseur.

Inventors: MERCIER, JACQUES, RAMEAU, JEAN
Applicants: REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT
Application year: 1980
Main classification: F16H47
IPC codes: F16H3, F16H47, F16H45