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"Perfectionnements aux dispositifs de transmission à vitesse variable"
La présente invention concerne une transmission hydraulique et, plus spécialement, un système hydraulique du type transfor- mateur de couple ou transformateur hydrodynamique.
Le désavantage principal du transformateur de couple hydrau- lique réside dans le fait que son rendement baisse radicalement après avoir atteint le maximum de 85%. En comparant le rendement d'un transformateur de couple hydraulique avec celui d'un accou- plement hydraulique, on a constaté que la courbe de rendement de l'accouplement est une droite qui s'élève graduellement et atteint un maximum d'environ 98%, ce qui est extrêmement favora- ble. Toutefois, l'accouplement présente un désavantage en ce sens que l'accroissement est très lent et que le rendement
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maximum n'est obtenu qu'à la vitesse maximum, c'est-à-dire le couple étant presque égal à zéro.
Par contre, le rendement au transformateur de couple augmente brusquement et atteint une pointe en très peu de temps; cependant, cornue le rendement ne dépasse jamais 85% environ, on voit que, du point de vue économi- que, le transformateur de couple hydraulique, comme tel, ne serait pas susceptible ou capable de concurrencer les autres types de transmission, notamment dans la construction automobile.
On sait que l'accouplement hydraulique et le transformateur hydrodynamique diffèrent entre eux principalement par le fait que le transformateur comporte une série supplémentaire de pa- lettes qui transmettent au rotor secondaire la réaction détermi- née par le rotor primaire. Par conséquent, la perte de rendement du transformateur peut être attribuée aux palettes de réaction, vu que celles-ci provoquent des pertes plus élevées par friction et tourbillonnement. La principale différence entre le trans- formateur hydrodynamique du type précité et l'accouplement hydrau- lique réside dans le fait que la différence de vitesse entre les rotors secondaire et primaire d'un transformateur est plus grande que dans un accouplement, dans des conditions de fonctionnement uniformes.
Dans le cas de chaque dispositif, le couple est évidemment le plus élevé lorsque le rotor entraîné est immobile; le couple baisse jusqu'à zéro lorsque les vitesses des rotors primaire et secondaire se rapprochent sensiblement. Toutefois, comme le ren- dement d'une transmission de couple par transformateur hydrodyna- mique est notablement plus élevé aux faibles vitesses que le rendement d'un accouplement, ce premier 'système est très avanta- geux pour les transmissions, spécialement pour vénicules automo- biles. En effet, alors qu'un transformateur atteint un rendement d'environ 85% lorsque le rapport des vitesses entre les rotors primaire et secondaire est d'environ 5 à 2, l'accouplement n'atteint
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dans ce cas qu'un rendement de 40%.
La transmission du couple du rotor primaire au rotor secon- daire et le rendement de celle-ci n'ont été exposés ci-dessus que d'une manière superficielle, mais sont largement traités dans l'ouvrage "Torque converters" par C.F. Holdt.
L'objet de la présente invention consiste à obtenir un mé- canisme de transmission simplifié comportant un transformateur hydraulique pour assurer un rendement élevé aux petites vitesses, et une prise directe aux grandes vitesses.
Un autre objet de l'invention consiste à prévoir des moyens par lesquels les pertes par frottement et par tourbillonnement peuvent être réduites entre le rotor secondaire, le rotor primaire et le rotor de réaction.
Un autre objet de l'invention consiste à prévoir des moyens par lesquels le mécanisme hydraulique peut être remplacé par une prise directe en un point quelconque d'une courbe de rendement ou à une vitesse donnée quelconque du rotor secondaire.
Un autre objet de l'invention consiste à établir des moyens automatiques pour engager un embrayage par friction, en vue de passer de la transmission hydraulique à la prise directe.
Dans les dessins annexés :
Fig. 1 est une vue en coupe transversale d'une transmission hydraulique comportant l'objet de l'invention.
Fig. 2 est une vue à plus grande échelle des moyens d'action- nement pour engager l'embrayage sous l'action d'une pression statique.
Fig. 3 représente les moyens d'actionnement et l'embrayage dans la position engagée.
Dans la Fig. 1, le mécanisme de transmission 10 est un élément monobloc comportant un transformateur de couple 11 et une boîte de vitesses 12. Le transformateur de couple hydraulique est composé du rotor primaire 13 fixé au volant 14, du rotor -secondaire ou
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organe entraîné 15 et du rotor (ou stator) de réaction 16. Le rotor de réaction 16 est monté sur'le moyeu 17, lequel fait par- tie du carter fixé rigidement au moteur ou à un membre du cnâssis du véhicule,, Le rotor de réaction 16 est monté sur un accouplement de roue libre 18, de sorte qu'il peut constituer l'élément de réac- tion fixe, nécessaire pour transmettre le couple du rotor primaire 13 à l'organe entraîné 15.
La disposition est telle que le rotor de réaction sera bloqué lorsqu'il se trouvera forcé de tourner dans un sens opposé à celui du rotor primaire, mais suivra ce dernier lorsque le couple devient négligeable.
Un accouplement à friction 19, fixé au rotor secondaire 15, est appelé à engager le volant 14. L'engagement de l'accouplement est effectué au moyen des soupapes 20 et 21. Les soupapes 20 et 21 sont représentées comme des soupapes sollicitées par des res- sorts qui agissent aux petites vitesses contre l'antagonisme de la force centrifuge; cependant, on peut employer des soupapes d'une autre construction et ayant des moyens d'actionnement diffé- rents. Il va de soi que le nombre de soupapes nécessaires dépend des dimensions de l'appareil, la condition primordiale étant une évacuation rapide et uniforme du fluide d'entre le volant et l'accouplement.
Le fonctionnement des soupapes 20 et 21 est montré clairement dans les Figs. 2 et 3. Dans la Fig. 2, la soupape 20 est montrée. ouverte, permettant un écoulement du fluide entre le volant et la surface d'accouplement, tandis que la soupa,pe 21 est fermée, maintenant ainsi un état statique. Dans la Fig. 3, la. soupape 20 est fermée, empêchent le passage du fluide, tandis que la soupape 21 est ouverte, drainant ainsi le fluide amortisseur d'entre le volant et la surface d'accouplement. Le fonctionnement de ces soupapes est simultané, le fluide étant évacué vers le carter 11.
Le passage qui relie lesdeux soupapes à travers le volant présente un diamètre inférieur à celui du passage à travers le disque d'accouplement, de sorte que, si la soupape 21 s'ouvrait prématu-
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rément par suite d'une accélération trop élevée, le drainage à travers les soupapes ne serait pas assez important pour anni- hiler l'efficacité du dispositif.
L'appareil fonctionne comme suit :
Le fluide au repos dans le mécanisme se dépose dans l'en- ceinte formée par le rotor primaire, tandis que l'excédent de fluide se déverse en 22 dans le carter 11, lequel agit comme réservoir. Lors du démarrage, le fluide compris dans l'enceinte du rotor primaire est réparti dans le transformateur de couple, lequel englobe les espaces compris entre le rotor secondaire 15 et le disque d'accouplement 19 et entre ce dernier et le.volant 14.
Le fluide contenu dans le carter est,pompé vers un réservoir (non montré) en employant le volant comme pompe, ou à l'aide d'autres moyens de pompage. Le fluide arrive du réservoir vers le transformateur de couple par le canal d'alimentation 23, main- tenant ainsi toujours, lors du fonctionnement, le mécanisme com- plètement rempli jusqu'au niveau du trop-plein 22.
Le fluide est refoulé dans diverses directions à mesure que la vitesse du rotor primaire augmente. Il y a, bien entendu, le mouvement tourbillonnaire à l'intérieur de l'espace délimité par le rotor secondaire, .le rotor primaire, et le rotor de réaction.
Un autre mouvement est représenté par l'écoulement du liquide vers la périphérie extérieure de la cavité formée par l'ensemble rotor primaire - volant et le rotor secondaire. La force de ce fluide est employée pour actionner l'accouplement 18.
A mesure que la vitesse de l'ensemble rotor primaire accouplement augmente, les soupapes 20 et 21 sollicitées par des ressorts sont actionnées, (pour une vitesse déterminée d'avan- ce) de sorte que les conditions statiques (voir Fig. 2) subissent un déséquilibrage (voir Fig. 3) amenant ainsi un engagement de l'accouplement et verrouillant le transformateur de couple en prise directe. Le déséquilibrage de' l'état statique est effectué
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automatiquement par la force centrifuge agissant sur les sou- papes, de sorte que le fluide intermédiaire est évacué d'entre le volant et le plateau d'accouplement. De cette façon, l'effort exercé par le fluide en rotation peut agir sur le pl&teau d'ac- couplement.
L'évacuation du fluide s'opère, après l'ouverture de la sou- pape 21, à travers la rainure annulaire 24 et les nombreuses rainures de liaison radiales 32, permettant ainsi le drainage et la fermeture de la soupape 20 et empêchant l'afflux ultérieur de liquide entre le plateau d'accouplement et le volant. Les rainures radiales 32 s'étendent seulement jusqu'à la rainure annulaire 24, ce qui leur permet de drainer rapidement et effi- cacement tout le fluide d'entre le plateau d'accouplement et le volant. La superficie non-interrompue du plateau d'accouplement constitue un joint étanche pour le reste du fluide contenu dans le dispositif.
L'effort qui engage l'accouplement se maintient jusqu'à ce que la vitesse de rotation baisse, de sorte que les ressorts qui sollicitent les soupapes surmontent la force cen- trifuge, ce qui permet au fluide de couler à nouveau entre le plateau d'accouplement et le volant, de sorte que les forces sont à nouveau aans un état statique.
Ainsi, dans un transformateur de couple ayant un rayon d'environ 4pouces, la demanderesse a constaté que, vers 2500 tours/minute, une pression moyenne d' envi ron 4.4 lbs. par pouce carré s'exerce sur le plateau d'embrayage, ce qui permet une action d'accouplement douce. En calibrant les ressorts des sou- papes en vue d'un déclenchement à 2500 tours/minute, ce qui permet une vitesse en marche avant d'environ 40 à 45 milles par heure, on peut obtenir un rendement maximum dans la transmission de couple aux petites vitesses,tout en étant à même d'obtenir le dégagement du transformateur de couple et le verrouillage simultané de la transmission en prise directe.
De cette manière,
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on tire le meilleur parti du transformateur de couple avant sa baisse de rendement, et la transmission est convertie en une prise directe pour des vitesses permettant de tirer le meilleur parti de cette prise directe. Toutefois, les soupapes peuvent être réglées pour fonctionner à n'importe quelle vitesse que l'on estime être avantageuse ou requise.
-De plus, les vitesses du volant et du rotor secondaire se rapprochent fortement et la mise hors d'action du transformateur de cette manière ne produit pas un choc qui se fasse fortement sentir. Cette mise horsd'action supprime également le couple exercé sur le rotor de réaction, de sorte que l'accouplement de roue libre se dégage et tourne dans le même sens que l'ensemble rotor primaire - rotor secondaire, éliminant ainsi toute perte de vitesse par friction causée par les remousdu fluide.
La puissance est transmise de l'appareil hydraulique à la boîte de vitesses12, laquelle peut établir, par différentes com- binaisons o.'engrenages, des démultiplications ou des multiplica- tions supplémentaires. Toutefois, et comme montré au dessin, la boîte de vitesses 12 ne permet de réaliser, au moyen d'engrena- ges planétaires, qu'une vitesse avant, une vitesse arrière, une position neutre et un blocage positif des roues arrière à titre de frein de stationnement supplémentaire. Le mécanisme de chan- gement de vitesse montré dans la Fig. 1 est au point mort. Pour établir la marche avant, on engage les pignons 25 et 26, et 27 et 28. On obtient la marche arrière en engageant les pignons 25 et 26, et 27 et 29.
Le blocage positif est obtenu en engageant les pignons 28 et 30, et 27 et 29. Aucune autre explication n'est nécessaire, vu que les engrenages sont du type planétaire classi que, leur fonctionnement étant bien connu et s'expliquant par lui-même.
Le pignon 28 est muni d'une surface de freinage et est soumis à l'action d'une bande de frein 31. La bande de frein 31 est ac- tionnée par le système de freinage du véhicule, de manière à
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arrêter simultanément le mouvement des engrenages et celui du véhicule, permettant ainsi de réduire l'inertie du dispositif hydraulique et des engrenages planétaires. Le frein peut être employé pour faciliter la manoeuvre des pignons, du fait qu'il supprime tout mouvement des engrenages dû à un effort d'entrai- nement résiduel exercé par le transformateur.
Certaines modifications peuvent être apportées à la dispo- sition, la construction et la combinaison des divers organes (le la construction perfectionnée, sans sortir du cadre de l'in- vention.
REVENDICATIONS.
1 - Dispositif de transmission à vitesse variable du type à transformateur hydrodynamique, comportant : un rotor primaire; un rotor secondaire; un rotor de réaction; un organe d'accouple- ment fixé à, demeure mais d'une manière flexible au dit rotor secondaire; et des moyens pour engager le dit organe d'accouple- ment par friction en vue d'établir une prise directe.
2 - Dispositif de transmission à vitesse variable du type à transformateur hydrodynamique, comportant : un rotor primaire, un rotor secondaire et un rotor de réaction, le dit rotor primaire étant fixé rigidement à un volant, un organe d'accouplement étant réuni au ait rotor secondaire, le dit organe d'accouplement et le dit volant présentant des moyens coopérant pour maintenir un état statique entre l'organe d'accouplement et le volant pour une vitesse périphérique donnée, les dits moyens coopérant agissant automatiquement pour déséquilibrer les forces statiques, de manière à engager les dits organes d'accouplement et volant.
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"Improvements to variable speed transmission devices"
The present invention relates to a hydraulic transmission and, more especially, to a hydraulic system of the torque converter or hydrodynamic transformer type.
The main disadvantage of the hydraulic torque transformer lies in the fact that its efficiency drops dramatically after reaching the maximum of 85%. By comparing the efficiency of a hydraulic torque transformer with that of a hydraulic coupling, it was found that the efficiency curve of the coupling is a straight line which gradually rises and reaches a maximum of about 98%. , which is extremely favorable. However, mating has a disadvantage in that the growth is very slow and the yield
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maximum is only obtained at maximum speed, i.e. the torque being almost equal to zero.
On the other hand, the efficiency of the torque transformer increases sharply and reaches a peak in a very short time; however, if the efficiency never exceeds about 85%, it can be seen that, from an economic point of view, the hydraulic torque transformer, as such, would not be likely or able to compete with other types of transmission, especially in the automobile construction.
It is known that the hydraulic coupling and the hydrodynamic transformer differ from each other mainly in that the transformer comprises an additional series of vanes which transmit to the secondary rotor the reaction determined by the primary rotor. Therefore, the loss of transformer efficiency can be attributed to the reaction vanes, as these cause higher friction and swirl losses. The main difference between the hydrodynamic transformer of the above type and the hydraulic coupling is that the speed difference between the secondary and primary rotors of a transformer is greater than in a coupling, under conditions of uniform operation.
In the case of each device, the torque is obviously the highest when the driven rotor is stationary; the torque drops to zero when the speeds of the primary and secondary rotors approach significantly. However, since the efficiency of a torque transmission by hydrodynamic transformer is notably higher at low speeds than the efficiency of a coupling, this first system is very advantageous for transmissions, especially for motor vehicles. - biles. Indeed, while a transformer achieves an efficiency of about 85% when the speed ratio between the primary and secondary rotors is about 5 to 2, the coupling does not reach
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in this case a yield of 40%.
The transmission of torque from the primary rotor to the secondary rotor and the efficiency thereof has been discussed above only superficially, but is widely discussed in the book "Torque Converters" by C.F. Holdt.
The object of the present invention is to obtain a simplified transmission mechanism comprising a hydraulic transformer to ensure high efficiency at low speeds, and direct engagement at high speeds.
Another object of the invention is to provide means by which the frictional and swirl losses can be reduced between the secondary rotor, the primary rotor and the reaction rotor.
Another object of the invention is to provide means by which the hydraulic mechanism can be replaced by direct engagement at any point of an efficiency curve or at any given speed of the secondary rotor.
Another object of the invention is to establish automatic means for engaging a friction clutch, in order to switch from the hydraulic transmission to direct drive.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 is a cross-sectional view of a hydraulic transmission comprising the object of the invention.
Fig. 2 is a view on a larger scale of the actuating means for engaging the clutch under the action of static pressure.
Fig. 3 shows the actuation means and the clutch in the engaged position.
In Fig. 1, the transmission mechanism 10 is a one-piece element comprising a torque transformer 11 and a gearbox 12. The hydraulic torque transformer is composed of the primary rotor 13 fixed to the flywheel 14, of the -secondary rotor or
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driven member 15 and the reaction rotor (or stator) 16. The reaction rotor 16 is mounted on the hub 17, which is part of the housing rigidly attached to the engine or to a member of the vehicle frame. Reactor 16 is mounted on a freewheel coupling 18, so that it may constitute the fixed reaction element necessary to transmit torque from the primary rotor 13 to the driven member 15.
The arrangement is such that the reaction rotor will be blocked when it is forced to rotate in a direction opposite to that of the primary rotor, but will follow the latter when the torque becomes negligible.
A friction clutch 19, attached to the secondary rotor 15, is called upon to engage the flywheel 14. The engagement of the coupling is effected by means of the valves 20 and 21. The valves 20 and 21 are shown as valves biased by pressure. springs which act at low speeds against the antagonism of centrifugal force; however, valves of another construction and having different actuating means can be employed. It goes without saying that the number of valves required depends on the dimensions of the apparatus, the essential condition being a rapid and uniform discharge of the fluid between the flywheel and the coupling.
The operation of the valves 20 and 21 is clearly shown in Figs. 2 and 3. In FIG. 2, the valve 20 is shown. open, allowing fluid to flow between the flywheel and the mating surface, while the valve, eg 21 is closed, thereby maintaining a static state. In Fig. 3, the. valve 20 is closed, preventing the passage of fluid, while valve 21 is open, thereby draining damping fluid from between the flywheel and the mating surface. The operation of these valves is simultaneous, the fluid being discharged to the housing 11.
The passage which connects the two valves through the flywheel has a smaller diameter than that of the passage through the coupling disc, so that if the valve 21 opens prematurely
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However, as a result of too high an acceleration, the drainage through the valves would not be large enough to negate the effectiveness of the device.
The device works as follows:
The fluid at rest in the mechanism is deposited in the enclosure formed by the primary rotor, while the excess fluid flows at 22 into the casing 11, which acts as a reservoir. During start-up, the fluid included in the enclosure of the primary rotor is distributed in the torque transformer, which includes the spaces between the secondary rotor 15 and the coupling disc 19 and between the latter and the flywheel 14.
The fluid contained in the crankcase is pumped to a reservoir (not shown) using the flywheel as a pump, or by other pumping means. The fluid arrives from the reservoir to the torque transformer via the supply channel 23, thus always maintaining, during operation, the mechanism completely filled up to the level of the overflow 22.
Fluid is forced in various directions as the speed of the primary rotor increases. There is, of course, the vortex movement within the space delimited by the secondary rotor, the primary rotor, and the reaction rotor.
Another movement is represented by the flow of liquid towards the outer periphery of the cavity formed by the primary rotor-flywheel assembly and the secondary rotor. The force of this fluid is used to actuate the coupling 18.
As the speed of the primary rotor coupling assembly increases, the spring loaded valves 20 and 21 are actuated, (for a determined feed rate) so that the static conditions (see Fig. 2) are sustained. an unbalance (see Fig. 3) thus causing engagement of the coupling and locking the torque transformer in direct drive. The unbalance of the static state is carried out
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automatically by the centrifugal force acting on the valves, so that the intermediate fluid is evacuated between the flywheel and the coupling plate. In this way, the force exerted by the rotating fluid can act on the coupling plate.
The discharge of the fluid takes place, after the opening of the valve 21, through the annular groove 24 and the numerous radial connecting grooves 32, thus allowing drainage and closing of the valve 20 and preventing the subsequent flow of liquid between the coupling plate and the flywheel. Radial grooves 32 extend only to annular groove 24, allowing them to quickly and efficiently drain all fluid from between the coupling plate and flywheel. The uninterrupted surface of the coupling plate constitutes a tight seal for the remainder of the fluid contained in the device.
The force which engages the coupling is maintained until the speed of rotation decreases, so that the springs which act on the valves overcome the centrifugal force, which allows the fluid to flow again between the plate d coupling and flywheel, so that the forces are again in a static state.
Thus, in a torque transformer having a radius of approximately 4 inches, the Applicant has observed that, at around 2500 revolutions / minute, an average pressure of approximately 4.4 lbs. per square inch is exerted on the clutch plate, allowing for a smooth mating action. By calibrating the valve springs to trigger at 2,500 rpm, which allows a forward speed of about 40 to 45 miles per hour, maximum efficiency can be achieved in transmitting torque to the engines. low speeds, while still being able to achieve torque transformer clearance and simultaneous lockup of the direct drive transmission.
In this way,
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you get the most out of the torque transformer before it drops in efficiency, and the transmission is converted to a direct drive for speeds to get the most out of that direct drive. However, the valves can be set to operate at any speed that is deemed to be advantageous or required.
-In addition, the speeds of the flywheel and of the secondary rotor come together strongly and disabling the transformer in this way does not produce a shock which is strongly felt. This disengagement also removes the torque exerted on the reaction rotor, so that the overrunning clutch disengages and rotates in the same direction as the primary rotor - secondary rotor assembly, thus eliminating any loss of speed by friction caused by swirling fluid.
The power is transmitted from the hydraulic device to the gearbox12, which can establish, by various combinations of gears, additional reductions or multiplications. However, and as shown in the drawing, the gearbox 12 allows only a forward speed, a reverse speed, a neutral position and a positive locking of the rear wheels by means of planetary gears. additional parking brake. The speed changing mechanism shown in FIG. 1 is in neutral. To establish forward gear, gears 25 and 26, and 27 and 28 are engaged. Reverse gear is obtained by engaging gears 25 and 26, and 27 and 29.
The positive locking is obtained by engaging the pinions 28 and 30, and 27 and 29. No further explanation is necessary, since the gears are of the classic planetary type, their operation being well known and self-explanatory. .
The pinion 28 is provided with a braking surface and is subjected to the action of a brake band 31. The brake band 31 is actuated by the braking system of the vehicle, so as to
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simultaneously stopping the movement of the gears and that of the vehicle, thus making it possible to reduce the inertia of the hydraulic device and of the planetary gears. The brake can be used to facilitate the operation of the pinions, since it eliminates any movement of the gears due to a residual driving force exerted by the transformer.
Certain modifications can be made to the arrangement, construction and combination of the various components (the improved construction, without departing from the scope of the invention.
CLAIMS.
1 - Variable speed transmission device of the hydrodynamic transformer type, comprising: a primary rotor; a secondary rotor; a reaction rotor; a coupling member fixed to, remains but in a flexible manner to said secondary rotor; and means for engaging said friction coupling member to establish direct engagement.
2 - Variable speed transmission device of the hydrodynamic transformer type, comprising: a primary rotor, a secondary rotor and a reaction rotor, said primary rotor being rigidly fixed to a flywheel, a coupling member being joined to the rotor secondary, said coupling member and said flywheel having cooperating means to maintain a static state between the coupling member and the flywheel for a given peripheral speed, said cooperating means acting automatically to unbalance the static forces, of so as to engage said coupling and flywheel members.
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