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-PERFECTIONNEMENTS -DEPORTES AUX MECANISMES D'ENTRAINEMENT, 'NOTAMMENT A
CEUX'DESVEHICULES AUTOMOBILES.
L'invention est relative à des mécanismes d'entraînement et elle concerne, plus spécialement mais non exclusivement parmi ces mécanismes ceux servant à la propulsion de véhicules automobiles, ces mécanismes étant du gen- re de ceux comprenant un volant indépendant du moteur du véhicule s'il exis- te et qui est capable d'accumuler de l'énergie qui peut être utilisée pour la propulsion du véhicule.
Par l'expression "véhicule automobile" on entend non seulement les automobiles mais également les avions, bateaux, et sous-ma- rinso
L'invention a pour but d'améliorer les mécanismes de-ce genre, de rendre le volant tel qu'il puisse effectuer ou aider d'une manière sub- stantielle à l'accélération d'un véhicule ou de tout autre organe à entraî- ner pour une gamme de vitesses importante et qu'il puisse également récupé- rer de l'énergie quand la vitesse du véhicule diminue,,
Un autre but de l'invention est de permettre à un véhicule au- tomobile, comprenant un moteur ou toute autre source d'énergie équivalen- te et pour lequel le rapport puissance/poids est relativement faible, d'a- voir un rendement qui soit égal à celui d'un véhicule pour lequel le rapport puissance/poids est beaucoup plus élevé,
Encore un autre but de l'invention est de réaliser un mécanisme moteur, comprenant un moteur ou toute autre source d'énergie équivalente, dans lequel un organe à entraîner peut être mis en marche depuis un arrêt sans l'intervention d'un embrayage à glissement ou d'un mécanisme entraî- neur hydraulique ou électromoteur,
L'invention consiste, principalement, à faire comporter aux mécanismes, du genre en question, un volant, une transmission différentielle à trois éléments, des moyens pour relier en entraînement un desdits éléments à un organe à entraîner, des moyens pour relier en entraînement ledit volant' à un autre de ces éléments et des moyens de commande pour relier le troisiè-
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me desdits éléments à des moyens pour régler la vitesse dudit organe.
La transmission à vitesse variable est, de-préférence, du type planétaire avec une couronne dentée extérieure, une roue dentée centrale et un porte-satellites muni de pignons ou de groupes de pignons coopérant avec ladite couronne et avec ladite roue centrale. Le volant peut être re- lié en entraînement par un réducteur de vitesse à la couronne dentée et le porte-satellites peut être relié en entraînement aux roues motrices du vé- hicule ou à tout autre organe à entraîner alors que la roue centrale coopè- re avec les moyens susdits par lesquels on règle la vitesse.
Quand l'invention est utilisée de pair avec un moteur ou toute autre source d'énergie équivalente, le mécanisme moteur peut comporter une transmission différentielle avec deux organes d'entrée reliés respectivement, en entraînement, audit moteur et au volant et un organe de-sortie relié en entraînement aux roues motrices du véhicule ou à tout autre organe à entrai- ner. Une transmission à vitesse variable peut être intercalée dans la liai- son d'entraînement établie entre le volant et la transmission différentielle.
Celle-ci peut être réglée de manière que des rapports variables soient four- nis depuis l'arbre moteur à l'arbre entraînant le volant.
Les figures 1 à 9 montrent différents modes de réalisation de mé- canismes propulseurs établis selon l'invention alors que la figure 10 montre, en vue de coté, une forme préférée du volant.
La figure 1 montre un mécanisme propulseur pour un véhicule sans moteur, par exemple une voiture légère de livraison, les roues motrices (non montrées) du véhicule étant reliées, par une boîte de vitesse auxiliaire avec inverseur 1, à un arbre moteur horizontal 2. Un manchon intérieur 3 por- te une roue centrale 4 et peut tourner autour d'un arbre 5 qui est un prolon- gement de l'arbre moteur 2. Un manchon extérieur 6 porte une couronne dentée 7 et peut tourner librement sur le manchon 3. Un porte-satellites 8 est re- lié à l'arbre moteur 2 par un embrayage à glissement 9,9' du type hydrociné- tique et il porte les pignons satellites 10 coopérant avec la roue 4 et avec la couronne 7. Une roue dentée conique 11, fixée sur le manchon 6, engrène avec un pignon conique 12 dont l'axe 19 est vertical et est relié directement au volant 3.
Un premier embrayage à friction 14 peut être serré pour relier le manchon 6 au manchon 3 et un deuxième embrayage à friction 15 peut. être serré pour relier l'arbre 5 au manchon 3. Un frein à réaction 16, monté en série avec une roue libre (non montrée ) peut être serré pour empêcher la ro- tation en arrière du manchon 3. Un troisième embrayage à friction (non mon- tré) peut être établi entre le pignon conique 12 et le volant 13.
Le volant 13 est un disque en acier à haute résistance et dont l'épaisseur va en diminuant depuis le moyeu vers la jante. De préférence, il est obtenu par forgeage en formant une seule pièce avec son axe 19. Un volant.ayant, par exemple, un diamètre de 50 cm et un poids de 105 kgs peut être constitué de manière à pouvoir supporter une tension, analogue à celle qui se produit dans un disque plat, de 16 t/cm2 à 30.000/t/m et à cette vites- se son énergie cinétique totale est de 5,5 CV/h. Le poids du volant est sup- porté par un palier de butée anti-friction 17 qui peut avoir un diamètre re- lativement réduit.
Un coussinet 18, établi au-dessus du volant, doit néces- sairement avoir un grand diamètre puisqu'il entoure la partie 19 du volant par laquelle est transmise J'énergie. Le coussinet 18 ne subit toutefois que des efforts radiaux relativement légers puisque la position verticale de cet axe exclut les efforts de précession importants qui se produiraient lors d'un virage du véhicule si l'axe du volant était horizontal. Le volant 13 est logé, de préférence, dans une boîte étanche d'où l'axe 19 peut sortir en tra- versant un presse-étoupe lubrifié. L'huile en excès, qui sort du presse-étou- pe et qui est recueillie dans la boîte, peut être continuellement enlevée par une pompe de vidange qui intervient également pour maintenir un vide substan- tiel dans la boite.
Quand le véhicule est à l'arrêt, le volant peut être accéléré en serrant l'embrayage 14. ce qui relie le manchon 6 au manchon 3 et en reliant l'arbre 5à un moteur l'aide d'un accouplement à crabôts 20, la boite de vitesse 1 étant au point mort. Le couple moteur est transmis par l'arbre
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5, par l'organe moteur 9' de l'embrayage hydrocinétique et par l'organe entrai- né 9 de cet embrayage aux satellites 10, à la couronne dentée 7, à la cou- ronne conique 11 et au volant 13, les organes de-la transmission planétaire étant verrouillés entre eux par suite du serrage de l'embrayage 14. Quand le volant a atteint la vitesse voulue, l'arbre 5 est.' séparé d'avec le moteur et l'énergie accumulée dans le volant 13 peut être utilisée pour entraîner le véhicule.
Quand les embrayages 14 et 15 sont desserrés et quand le frein 16 est serré, la roue centrale 4 est maintenue immobile et le volant 13 en- traîne la couronne dentée 7 ce qui fait tourner le porte-satellites 8 à vites- se réduite. La transmission planétaire fonctionne donc comme un réducteur de vitesse de sorte que l'organe 9 de l'embrayage hydrocinétique est actionné à une vitesse plus réduite que la roue conique 11 et il transmet un couple démarreur et accélérateur réduit à l'organe 9' dudit embrayage, à l'arbre 2 et par la boite de vitesses 1 aux roues du véhicule.
Le desserrage du frein 16 et le serrage de l'embrayage 14 relient la roue centrale 4 à la couronne dentée 7 et mettent le train planétaire en prise directe de sorte que l'orga- ne 9 tourne plus vite et transmet un couple démarreur plus élevé et entraîne en finale le véhicule à une vitesse plus élevée. Le serrage de l'embrayage à friction 15 et de l'embrayage 14 procure une prise directe entre le volant 13 et l'arbre moteur 2, indépendamment de l'embrayage 9-9'.
Le,serrage de l'embrayage 15, à la place de l'embrayage 14, relie la roue centrale 4 au prolongement 5 de l'arbre.moteur 2, de sorte qu'au moment.du démarrage, quand le véhicule est encore à l'arrêt, la roue centrale /4 est également maintenue immobile et la couronne annulaire 7 entraîne les satellites 10, le porte-sa- tellites 8 et l'organe d'embrayage 9 à une vitesse réduite de sorte que le couple démarreur n'est pas excessif.
Toutefois, au lieu que le couple démar- reur disparaisse rapidement à mesure que la vitesse du véhicule augmente et que le glissement de l'embrayage diminue, un accroissement de la vitesse du véhicule fait tourner la roue centrale 4 ce qui a pour effet d'augmenter la vitesse de l'organe d'embrayage 9 de sorte que le couple transmis par cet organe 9 à l'organe 9' et par l'arbre 2 aux roues du véhicule, reste sensi- blement constant.
La figure 2 montre une autre disposition pour un véhicule desti- né à être propulsé uniquement par l'énergie accumulée dans un volant, Cette disposition comprend une transmission différentielle avec un élément de sor- tie relié en entraînement aux roues motrices du véhicule et deux éléments d'entrée dont un est relié au volant par une transmission mécanique alors que l'autre est relié à un moteur électrique à vitesse variable qui peut être alimenté par une génératrice entraînée .par le volant;,.
L'ensemble comprend une transmission-planétaire avec une couronne dentée 21 reliée en entraînement par un manchon.22 au volant 23, une roue dentée centrale.24. calée sur un ar- bre intermédiaire 3 reliée en-entraînement à un moteur électrique'2$ à courant continu, un porte-satellites 26 relié en entraînement à l'arbre de sortie 2 relié aux roues motrices (non montrées) du véhicule, par exemple par un mé- canisme inverseur 27, et des pignons satellites 28 engrenant chacun avec la couronne planétaire 21 et la roue centrale 24.
Un embrayage double 29, par exemple du genre à friction et à commande électromagnétique, sert à relier la roue .dentée 24 à la couronne dentée 21 pour la prise directe ou à un or- gane d'appui fixe 30 pour l'entraînement à une vitesse réduite. Une généra- trice de courant continu 31 est reliée en entraînement au volant 33 et sert à alimenter le moteur 25. La vitesse de celui-ci est réglable, par exemple à l'aide d'un régulateur de champ, de manière que le moteur puisse fournir un couple positif, c'est-à-dire un couple dans le sens de l'entraînement, pour une gammé de vitesses comprise entre -rn et + n avec r égale au rapport des diamètres de la couronne et de la roue centrale alors que n est égal à la vitesse de la couronne.
Ceci procure une gamme pour les vitesses d'en- traînement ou de sortie comprises entre 0 et n. Pour obtenir un freinage régénérateur pour la même gamme de vitesses d'entraînement, le moteur peut également être réglé de manière qu'il puisse fournir un couple négatif pour une gamme de vitesses comprises entre + n et une valeur dépassant quelque peu - 2n.
Pour un autre dispositif sans moteur et tel que montré sur la fi-
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gure 3, le volant 34 entraîne, par l'intermédiaire d'un couple réducteur co- nique 35, la couronne dentée 36 d'une transmission planétaire avec une roue centrale 37 calée sur un arbre 38 et un porte-satellites 39 supportant des pi- gnons 40 engrenant chacun avec la couronne annulaire 36 et avec la roue cen- trale 37. Un frein 41 peut être serré pour arrêter l'arbre 38 et pour obte- nir ainsi une vitesse réduite alors qu'un embrayage manoeuvrable 42, par exem- ple un embrayage à friction, peut relier l'arbre 38 à la couronne dentée 36 pour fournir la prise directe. Un embrayage à glissement et à commande ma- gnétique 43 peut relier l'arbre 38 à la couronne dentée 36 pour fournir une transition de la vitesse réduite à la prise directe.
Un frein 44 permet à l'arbre 2 d'être arrêté pour faciliter le changement de vitesse à l'aide de la boîte de vitesses 1.
Une application de l'invention à un véhicule routier, entraîné par un mcteur à combustion interne, est décrite en se référant à la figure 4. On suppose, à titre d'exemple, qu'il s'agit d'une voiture sport dont le moteur peut fournir un couple important dans la gamme de vitesses de 800 à 5400 t/mo
Une transmission différentielle, qui peut être commandée de ma- nière à pouvoir fournir deux rapports de vitesses, comprend deux trains pla- nétaires I et II.
Le train I comprend une roue centrale 45 calée sur un ar- bre 46 qui peut être relié par un embrayage à friction 46' à l'arbre moteur 47, un porte-satellites 48 relié directement à un arbre intermédiaire 49 pro- pre à entraîner les roues motrices du véhicule et une couronne dentée 50 dont le nombre de dents est deux fois plus grand que celui de la roue centra- le 45. Le porte-satellites 48 porte des pignons 51 engrenant chacun avec la roue centrale 45 et la couronne dentée 50.
Le train II comprend une roue cen- trale 52 calée sur un manchon 53 qui peut être relié par'un embrayage à fric- tion à l'arbre moteur 47, un porte-satellites 55 relié directement à la cou- ronne dentée 50 du train I et une couronne dentée 56 dont le nombre de dents est deux fois plus grand que celui de la roue centrale 52, cette couronne étant reliée directement au porte-satellites 48 du train I. Le porte-satellites 55 porte des pignons doubles 57 et porcure un rapport de vitesses de 1/1 entre la couronne dentée 56 et la roue centrale 52 quand ce porte-satellites 55 est immobilisé par le frein de friction 58 qui peut être serré pour arrêter la couronne dentée 50 du train I et le porte-satellites 55 du train II.
Une roue dentée conique 59, qui peut tourner librement autour de l'arbre intermédiaire 49. engrène avec un pignon conique 60 relié en entraî- nement à un volant 61 qui a un axe vertical et qui est agencé comme décrit plus haut. Le volant peut peser 90 kg., avoir un diamètre de 50 cm et avoir une vitessemaximum de 300000 t/m.
Un train planétaire III, formant un chan- gement de vitesse, est établi entre la roue conique 59 et l'ensemble de réac- tion constitué par la couronne dentée 62 reliée directement à la roue dentée conique 59 à l'aide d'un manchon 63 un porte-satellites 64 relié directe- ment audit ensemble de réaction, une roue centrale 65 qui peut être arrêtée par un frein à friction 66 ou qui peut être reliée à la couronne dentée 62 du train III par un embrayage à friction 67' et des pignons satellites à gra- dins 68 qui procurent un rapport entre la vitesse de la couronne annulaire et celle du porte-satellites de 2/1 quand la roue centrale est immobilisée par le frein 66.
Le rapport de réduction obtenu par le couple conique est de 5,5/1 ce qui procure une vitesse maximum de 50400 t/m à la roue conique 590 Cette roue tourne dans le même sens que le moteur.
Les différentes conditions de marche sont les suivantes :
En première vitesse, seuls lembrayage 46' et le frein 58 sont serréso Le volant 61 tourne donc fou et l'arbre intermédiaire 49 peut être accéléré depuis l'arrêt jusqu'à 1800 t/m par le moteur seul avec une multi- plication de couple de 3 à 1 par l'intermédiaire du train I qui fonctionne comme une simple transmission épicycloidale.
En deuxième vitesse, seuls l'embrayage 46' et le frein 66 sont serrés. L'ensemble de réaction susdit est donc entraîné en avant par le vo- lant 61 à une vitesse maximum de 20700 t/m et l'arbre intermédiaire 49 peut
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être accéléré depuis 1.800 à 3.600 t/m. par l'accélération du moteur. Dans ces conditions, le couple de l'arbre intermédiaire 49 est environ trois fois plus grand que le couple du moteur, l'énergie additionnelle fournie à l'arbre intermédiaire provenant du volant 61.
En troisième vitesse, seuls les embrayages 46' et 67 sont serrés et l'ensemble de réaction est entraîné en avant par le volant à une vitesse maximum de 5400 t/m. alors que l'arbre intermédiaire 49 peut être accéléré depuis 30600 à 5.400 t/m également par un couple qui est trois fois plus grand que le couple moteur.
En prise directe, seuls les embrayages 46' et 54 sont serrés. Par conséquent, les trains I et II sont bloqués et l'arbre intermédiaire est en- traîné directement par le moteur pendant que le volant tourne fou.
Un freinage régénérateur est obtenu quand on serre seulement l'embrayage 54 et le frein 660 L'ensemble de réaction est entraîné en avant à une vitesse maximum de 20700 t/m et la vitesse du moteur augmente depuis zéro nominal jusqu'à 50400 t/m alors que l'arbre intermédiaire 49 est rete- nu depuis5.400 t/m jusqu'à l'arrêt. Il est évident que pendant le freinage régénérateur de l'énergie est fournie au volant 61 à la fois par l'arbre in- termédiaire et par le moteur.
Un accouplement turbohydraulique peut être établi entre le mo- teur et les embrayages 46' et 54. Les embrayages et.freins peuvent être du type à friction et à commande électromagnétique.
Le dispositif décrit ci-dessus peut être modifié comme montré sur la figure 5 en remplaçant le train II par un simple train planétaire pour ! lequel le diamètre de la couronne dentée 56 est au moins 1,75 fois et par exemple 3 fois plus grand que le diamètre de la roue centrale 52, celle-ci étant reliée directement à la couronne dentée 50 du train I au lieu de l'é- tre au porte-satellites 55 pour constituer l'ensemble de réaction alors que le porte-satellites 55 du train II peut être relié directement, par l'em- brayage 54, au moteur. Cette variante permet d'obtenir les quatre vitesses du dispositif original de la figure 4, et, en plus, les conditions de mar- che suivantes.
Survitesse avec régénération. - Celle-ci est obtenue en serrant seulement l'embrayage 54 et le frein 660 L'ensemble de réaction tourne, en avant, à une vitesse maximum de 2.700 t/m en étant relié au volant et le couple moteur est scindé entre cet ensemble et l'arbre intermédiaire dans le rapport de 1à 3, la vitesse maximum de l'arbre intermédiaire étant de 70200 t/m.
Survitesse complète. - Seuls l'embrayage 54 et le frein 58 (le train III étant libre) sont serrés. Le volant tourne fou et le moteur entrai- ne l'arbre intermédiaire à un rapport de vitesse multiplicateur de 0,75 à 1.
Pour le dispositif de la figure 5 on peut prévoir un frein addi- tionnel pour arrêter le porte-satellites 55 du train II et si ce frein addi- tionnel et le frein 66 sont serrés à eux seuls le volant entraîne l'arbre in- termédiaire en arrière à une vitesse maximum de 900/t/m.
Pour le dispositif décrit plus haut tout le couple moteur depuis la vitesse zéro jusqu'à la vitesse maximum, est utilisé pour chaque vitesse ce qui nécessite un serrage délicat de l'embrayage à chaque changement de vitesse pour fournir la partie superflue de la force motrice en-dessous de la vitesse de ralenti et pour permettre les pertes dans le volant. Ceci peut être évité en rendant le nombre de gradins de vitesse plus élevé que 'le rap- port du train I entre l'arbre moteur et l'arbre intermédiaire. Par exemple pour le rapport 3 1 dont question plus haut, quatre vitesses seraient pré- férables. Une telle disposition est montrée sur la figure 6.
Le dispositif de la figure 6 comporte quatre trains planétaires désignés par I, II, III et IV. Le train I comprend une roue centrale 69 ca- lée sur un arbre 70 qui peut être relié au volant 71 du moteur par un embraya- ge à disque 72. Le train II comprend une roue centrale 73 calée sur un manchon
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74 qui peut être relié au carter 75 du volant 71 par un embrayage à disque 76. Une butée d'embrayage 77, commandée par une fourchette (non montrée), sert à commander par les leviers 78 et 79, les embrayages 71,72 et 75, 76 respectivement. La butée a quatre positions actives qui sont décrites ci- après, Le porte-satellites 80 du train I porte les pignons 81 et est soli- daire d'un arbre intermédiaire 82 et de la couronne dentée 83 du train II.
Le porte-satellites 84 du train II porte les pignons 85 et est solidaire de la couronne dentée 86 du train I et du porte-satellites 87 qui porte les pi- gnons 88 du train III et de la couronne dentée 89 du train IV. La couronne dentée 90 du train III est..reliée à une roue dentée conique 91 par un man- chon 92 alors que la roue centrale 93 du train III est reliée à la roue centrale 94 du train IV et à une armature 95. Le porte-sàtellites 96 du train IV porte.les pignons 97 qui coopèrent avec la roue centrale 94 et avec la couronne dentée 89 et il supporte une servo-armature 98 (voir le brevet Grande Bretagne 625.277). Le porte-satellites 84 du train II et les organes 86, 87 et 89 qui en font partie supportent une servo-armature 99.
La roue conique 91 engrène avec un pignon conique 100 qui fait partie d'un arbre 101 solidaire d'un volant 102 qui est monté de manière à pouvoir tourner autour d'un axe vertical. Sur l'arbre intermédiaire 82 est engagé, à clavette lon- gue, un manchon avec des crabots mobiles 103 qui peut être relié à des cra- bots 104 solidaires de l'arbre de sortie 105 muni d'un plateau de liaison 106 ou à des crabots 107 solidaires du carter 108.
La butée d'embrayage est montrée à sa position "libre" pour laquel- le elle maintient les deux embrayages 71, 72 et 75, 76 desserrés..Si elle est déplacée vers l'avant, c'est-à-dire de'la droite vers la gauche de la figure 6, jusqu'à une position pour laquelle l'embrayage 75, 76 est serré alors que l'embrayage 71,72 est desserré, le moteur est relié en entraînement à la roue centrale 73 du train II (position de freinage). Si la butée 77 est déplacée vers l'arrière depuis la position montrée, c'est-à-dire vers la droite, jus- qu'à une position pour laquelle l'embrayage 71,72 est serré alors que l'em- brayage 75, 76 reste désserré, le moteur est relié en entraînement à la roue centrale 69 du train I (position d'accélération).
Si l'on déplace la butée 77 davantage vers la droite, l'embrayage 75,76 est serré ainsi que l'embraya- ge 71,72 et le moteur est relié en entraînement à la fois aux roues centra- les 69 et 73 des deux trains I et II (position de prise directe). Les condi- tions qui se produisent pour les trois positions susindiquées de la butée d'embrayage 77 sont considérées en détail ci-après.
Position d'accélération.-Si l'on alimente un électro-aimant 109 qui est fixe par rapport au carter 108 de manière à immobiliser l'armature 99 et avec elle la couronne dentée 86 du train I, la roue centrale 69, le porte-satellites 80 et les pignons 81 fonctionnent comme un train réduc- teur épicycloïdal qui procure un rapport des vitesses d'environ 3 : 1 entre le moteur et l'arbre intermédiaire 82 de sorte qu'une gamme de vitesses du moteur allant de zéro à 4.500 t/m correspond à une gamme de vitesses de l'ar- bre intermédiaire de zéro à 10500 t/m. Si les crabots 103 du manchon coulis- sant sont accrochés aux crabots 104, l'arbre intermédiaire est relié au pla- teau entraîneur 106 qui agit sur les roues motrices du véhicule.
Si l'élec- tro-aimant 109 cesse d'être excité et si on alimente, à sa place, l'électro- aimant 110 qui fait partie du même ensemble unitaire que l'électro-aimant 109, la couronne dentée 86 du train I est reliée au volant 102 puisque l'ar- mature 98 et le porte-satellites 97 du train IV sont maintenus immobiles de sorte que les trains II et III fonctionnent en étant accouplés ce qui procure un rapport d'environ 2,1 :1 entre la roue conique 91 et la,couron- ne annulaire 860- Par conséquent, si la roue conique 91 est entraînée par le volant 102 à une vitesse d'environ 4.500 t/m., la couronne dentée 86 du train I tourne à environ 2150 t/m dans le même sens que la roue centrale 69 du train I.
Le rapport des couples entre le moteur et l'arbre intermédiaire est tou- jours égal à 1 : 3 mais l'étage des vitesses de l'arbre intermédiaire est re- porté de-1.500 à 30000 t/m pour une gamme de vitesse du moteur comprise entre zéro et 4.500 t/mo Le couple moteur, transmis par le train I, a une réaction épicycloïdale, mesurée à la couronne dentée 86 du train I qui est à peu près deux fois plus grande que le couple moteur fourni et ce couple de réaction
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tend à s'opposer à la rotation de la couronne dentée 86.
Toutefois, l'iner- tie élevée du volant 102 qui est supposé tourner à environ 220500 t/m., agit en antagonisme avec le couple de réaction de sorte que la vitesse de la couronne dentée 86 ne diminue pas d'une manière appréciable pendant la pério- de nécessaire pour accélérer le véhicule pour l'étage de vitesses intéressé quand 1'électro-aimant 110 est excité.
Si l'électro-aimant 110 cesse d'être excité et si un électro-ai- mant 111, également fixé sur le carter 108, est alimenté, ce qui immobilise l'armature 95 et la roue centrale 93 du train III, la roue conique 91 entraî- ne la couronne dentée 86 du train I par l'intermédiaire du train III, qui fonctionne comme une simple transmission réductrice épicycloïdale, on obtient un rapport d'environ 1,4 : 1 entre la roue conique 91 et la couronne dentée 86 de sorte que cette dernière tourne à une vitesse d'environ 3300 t/m quand la roue conique tourne à 40500 t/m.
Le moteur entraîne toujours l'arbre in- termédiaire 82 avec un rapport des couples d'environ 1 : 3 par l'intermédiai- re du train I mais, par suite de la rotation de la couronne dentée 86 l'étage des vitesses de l'arbre intermédiaire 82 est déplacé jusqu'à 2.200 à 3.800 t/m en correspondance avec une gamme des vitesses du moteur de 0 à 4500 t/m.
Si l'électro-aimant 111 cesse d'être excité et si un électro-ai- mant 112, solidaire de la roue conique 91, est alimenté la couronne annulai- re 86 du train I est entraînée par la roue conique 91 avec un rapport 1 : 1 puisque le train III est lié à ladite roue conique 91 alors que le train IV reste inerte.
Dans ces conditions, le-moteur continue à entraîner l'arbre intermédiaire-avec un rapport des couples- de 1 : 3 .mais l'étage des vitesses de l'arbre intermédiaire 82 est déplacé jusqu'à 3000 à 4500 t/m en correspon- dance avec une gamme des vitesses du moteur de 0 à 4500 t/mo
Position de prise directe.- Quand la butée d'embrayage 77 est à sa position extrême à droite, de sorte que les deux embrayages??!, 72, et 75, 76 sont serrés alors que le moteur est lié aux deux roues centrales 69 et 73 la couronne annulaire 83 du train II est reliée au porte-satellites 80 du train I, les trains I et II sont rendus solidaires par l'intervention des deux embrayages susdits et on obtient un entraînement 1 :
1 entre le moteur et l'arbre intermédiaire 820 Si aucun des électro-aimants n'est ali- menté il n'existe aucune liaison d'entraînement entre le moteur et le volant 102.
Position de freinage.- Quand la butée d'embrayage 77 est à sa position extrême vers la gauche de sorte que le moteur entraîne par l'embraya- ge 75, 76 la roue centrale 73 du train II et quand on suppose que le véhicu- le est en marche et que l'arbre intermédiaire 82 tourne à une vitesse de 2000 t/m par exemple, on obtient, quand on alimente 1'électro-aimant 110 pour re- tenir la servo-armature 98 et le porte-satellites 96 du train IV, que le vo- lant 102 est relié, par l'intermédiaire de la roue conique 91, à la couronne dentée 83 du train II de sorte que le porte-satellites 84 est entraîné à une vitesse d'environ 20100 t/m dans le même sens que le moteur.
Dans ces condi- tions, tout couple exercé par le moteur sur la roue centrale 73 est transmis à la couronne dentée 83 du train II comme un couple négatif ou retardateur malgré que la rotation de la couronne 83 soit toujours positive, c'est-à-dire se fasse dans-le même sens que celui du moteur. Quand l'électro-aimant 110 est excité, toute la gamme des vitesses du moteur de zéro à 4500 t/m provoque donc le retardement de l'arbre intermédiaire 82 pour une gamme des vitesses de cet arbre 82 comprise entre environ 2850 et 1150 t/m.
Il est à noter que .le couple moteur agissant sur la roue centra- le 72 et le couple de freinage agissant sur l'arbre intermédiaire 82 à l'aide de la couronne dentée 83 du train II sont transmis tous deux au por- te-satellites 84 et depuis ce dernier,¯par les trains III et IV qui agis- sent comme des transmissions épicycloïdales accouplées, à la roue conique 97 et au volant 102. Ceci.-a pour-effet-d'augmenter-la vitesse du.volant et d'accumuler ainsi, cinétiquement, l'énergie résultant du freinage du véhicule et celle fournie par le couple régulateur du moteur.
Si le véhicule se déplace à une vitesse plus élevée que celle
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qui correspond à la gamme des vitesses susindiquée pour l'arbre intermé- diaire 82, l'électro-aimant 111 peut être excité à la place de l'électro- aimant 110 de sorte que la roue conique 91 est reliée au porte-satellites 84 du train II par l'intermédiaire du train III qui fonctionne comme un simple réducteur planétaire de sorte que le porte-satellites 84 tourne à environ 3300 t/m. Dans ces conditions la gamme des vitesses du moteur depuis zéro jusqu'à 4500 t/m correspond à un étage des vitesses de l'arbre intermédiai- re compris entre 4500 et 2700 t/m pendant que le véhicule est freiné et que l'énergie est accumulée dans le volant comme expliqué plus haut.
Pour cet exemple particulier le freinage régénérateur n'est pas utilisé pour amener le véhicule à l'arrêt bien que pour obtenir cet effet il suffise de choisir des rapports de transmission appropriés dans les trains II, III et IV.
Accumulation initiale de l'énergie.- Dans ce qui précède on a sup- posé que le volant .102 tourne déjà constamment à une vitesse d'environ 22a500 t/m et qu'il continue à le faire pendant une période considérable sans perte appréciable si on le laisse tourner librement. Toutefois, au début ou si le véhicule n'est pas utilisé pendant plusieurs jours il est nécessaire de déclencher la rotation du volant 102 ou d'augmenter la vitesse jusqu'à ce que sa rotation corresponde à 22.500 t/mo
Ceci est obtenu, en supposant que le moteur ait été mis en mar- che et que les crabots mobiles 103 aient été accrochés aux crochets fixes 104 en déplaçant une butée d'embrayage 77 vers sa position extrêmement à gauche, comme pour un freinage, et en excitant l'électro-aimant 112 qui, comm e expliqué plus haut, établit un rapport 1 :
1 entre le porte-satelli- tes 84 et la roue conique 91 de sorte que l'énergie du moteur est transmise depuis la roue centrale 73 par le train II, qui agit comme une simple trans- mission épicycloidale à rapport réduit de 3,4 : 1 entre la roue centrale 73 et le porte-satellites 84, à l'aide de ce portes-satellites 84 et de la roue conique 91 sur le volant 102.
Dans ces conditions la gamme complète des vi- tesses du moteur depuis zéro jusqué 45.00 t/m correspond à l'accroissement de la vitesse du volant depuis zéro jusque 6200 t/mo En excitant ensuite l'é- lectro-aimant 111 à la place de l'électro-aimant 112 de manière à modifier la relation existant entre le porte-satellites 84 et la roue conique 91, on peut augmenter davantage la vitesse du volant jusqu'à 8800 t/mo Si l'on ali- mente au contraire l'électro-aimant 110, la vitesse maximum du moteur de 4500 t/m procure au volant une vitesse de 14.000 t/m.
A cette phase, les crabots 103 du manchon coulissant sont ame- nés à leur position neutre et la butée d'embrayage 77 est déplacée jusqu'à sa position extrême vers la droite de sorte que les trains I et II sont re- liés entre eux et fournissent un rapport 1 : 1 depuis le moteur à la fois à l'arbre intermédiaire libre 82 et à l'ensemble formé par le porte-satelli- tes 84 et la couronne dentée-86. Si l'électro-aimant 112 est à nouveau exci- té, à l'exclusion des autres électro-aimants, on obtient un entrafnement 1 : 1 entre l'ensemble formé par le porte-satellites 84 et la couronne dentée 86 et la roue conique 91 de sorte que celle-ci est entraînée à la vitesse du mo- teur ce qui permet d'augmenter la vitesse du volant jusqu'à 220500 t/m ce qui correspond à sa vitesse maximum.
La figure 7 montre une variante de la figure 6 pour laquelle les embrayages 71,72 et 75,76 ainsi que le mécanisme de commande 78, 79 et la butée d'embrayage 77 sont identiques aux organes, portant les mêmes chiffres de référence, de la figure 6. Il en est de même des trains I et II excepté que l'ensemble comprenant le porte-satellites 84 du train II et la couron- ne dentée 86 du train I ne comporte pas un dispositif avec servo-armature pour rendre cet ensemble solidaire du carter.
Par contre, cet ensemble estrelié par le manchon 113 à la fois au porte-satellites 87 du train III et au porte- satellites 114 du train IV qui, dans ce cas, se trouve du côté de la roue co- nique 91 qui est écartée du train III,, Le porte-satellites 114 du train IV supporte des pignons 115 qui coopèrent avec la roue centrale 116, calée sur le manchon 92, et avec une couronne dentée 117 qui porte une servo-armature 118 susceptible d'être arrêtée par un électro-aimant 119 monté sur le carter
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108. La couronne dentée 117 est solidaire du porte-satellites 120 du train V.
Le porte-satellites 120 supporte des pignons doubles 121, 122, le nombre de dents des pignons 121 étant le plus petit et ces pignons engrenant avec une roue centrale 123 calée sur le manchon 1330 Les plus grands pignons 122 engrènent avec une roue centrale 124 solidaire d'une servo-armature 125 qui est susceptible d'être arrêtée par un électro-aimant 126 solidaire du carter 108.
La butée d'embrayage 77, comme dans le cas de la figure 6, a qua- tre positions caractéristiques qui correspondent respectivement, de la droi- te vers la gauche, à la prise directe, l'accélération, le point mort (comme montré) et le freinage. Les deux conditions de freinage sont identiques à celles décrites à l'aide de la figure 6 bien que les rapports, dans le pré- sent cas, permettent un freinage régénérateur jusqu'à la vitesse zéro à la sortie.
Les conditions pour l'accumulation initiale sont également iden- tiques à celles de la figure 6 à l'exception que les trois premières phases de l'opération d'accumulation pour lesquelles la butée d'embrayage 77 est à sa position de freinage alors que l'arbre intermédiaire 82 est rendu solidai- re du véhicule par l'accrochage des crabots coulissants 131 aux crabots 133 ou 135, pendant que les freins du véhicule sont serrés, suffisent à amener le volant à la vitesse réduite normale de 15.000 t/mo
Quand la butée 77 occupe sa position d'accélération et quand l'électro-aimant 126 est excité pour retenir l'armature 125 et la roue centra- le 124 du train V, ce dernier tourne en étant solidaire du train IV, pour en- traîner avec une démultiplication très élevée par la roue conique 91, la roue centrale 123,
le manchon 113 et la couronne dentée 86 du train I avec inver- sion du sens de rotation, le rapport étant environ 11,5 : 1. Quand le rapport de transmission du couple conique est tel que lorsque le volant tourne à 150000 t/m la roue conique fait à peu près 2300 t/m dans le même sens que le volant du moteur on obtient, quand l'électro-aimant 126 est alimenté, que la couronne dentée 86 du train I tourne à environ 200 t/m en sens contraire.
Quand le véhicule, et par conséquent l'arbre intermédiaire 82 et le porte-satellites 80 sont fixes, la roue centrale 69 du train I est entraînée par les pignons 81 dans une direction opposée à celle de la ro- tation de la couronne dentée 860 A une vitesse convenablement plus élevée cette roue 69 tourne dans le même sens que le volant 71 du moteur à environ 340 t/m. Il en résulte, si le motéur est réglé de manière à tourner'au ralen- ti à 340 t/m, que l'embrayage 71, 72 peut être serré pour relier-le volant 71 du moteur à l'arbre 70 et la roue centrale 69 sans qu'aucune énergie ne soit transmise depuis le volant 102 au volant 71 du moteur ou vice-versa, l'ar- bre intermédiaire 82 et les roues du véhicule étant à l'arrêt.
Par contre, si le volant 102 tournait à une vitesse supérieure à la vitesse normale de 15.000 t/m, la roue centrale 69 pourrait être entraînée à une vitesse plus élevée, en concordance, que 340 t/m et l'embraya- ge 70, 71, en étant serré, entraînerait également le volant 71 du moteur à cette vitesse, plus élevée ce qui amènerait le régulateur du moteur à inter- rompre l'alimentation du moteur en combustible de sorte que le moteur serait entraîné à une vitesse plus grande que celle du ralenti uniquement par l'é- nergie du volant 102 ce qui aurait pour effet de réduire la vitesse angulai- re en excès de ce dernier,
Au contraire, si le volant 102 tournait à une vitesse inférieu- re à la vitesse normale, la roue centrale 69 serait entraînée à une vitesse inférieure à la vitesse normale, c'est-à-dire 340 t/m, et l'embrayage 71,
72 étant serré, le moteur tournerait également en-dessous de la vitesse adoptée pour le ralenti, de sorte que l'effet du régulateur serait d'augmenter l'a- limentation en combustible et le moteur entraînerait donc la roue centrale 69 et, par l'intermédiaire de la couronne dentée 86, les trains IV et V, la roue conique 91 fournissant de l'énergie au volant 102 en augmentant ainsi sa vitesse angulaire.
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L'effet mécanique du volant 71 du moteur sur le volant à inertie
102 est tellement faible que même le couple complet du moteur sert seulement à augmenter à un degré réduit la vitesse angulaire du volant 102, mais ce cou- ple, en étant transmis par le train I exerce un couple sur le porte-satelli- tes 80 et sur l'arbre intermédiaire 82 suivant un rapport de 2,75 : 1 qui est le rapport planétaire du train Io
Si les freins du véhicule sont desserrés-ce couple moteur, exer- cé sur l'essieu et sur les roues du véhicule, oblige le véhicule à se mettre en marche et à accélérer pour un étage de vitesses qui, mesuré sur l'arbre intermédiaire, est compris entre zéro et 680 t/m ce qui correspond à une gam- me de vitesses du moteur comprise entre 340 t/m et 2200 t/m pour l'exemple considéré.
Pendant la période de temps nécessaire pour accélérer suivant cet étage de vitesses, la vitesse du volant à inertie 102 augmenter-ait de plutôt moins de 70 t/m ce qui se manifesterait à la couronne annulaire 86 du train
I par un accroissement inférieur à 1 t/m.
Si l'électro-aimant 126 cesse d'être excité et si, à sa place, on alimente l'électro-aimant 119 pour immobiliser l'armature 118 et la cou- ronne annulaire du train IV, ce dernier fonctionne comme une simple trans- mission réductrice épicycloidale en créant un rapport entre la roue conique
91 et la couronne annulaire 86 du train I d'environ 3,2 : 1, de sorte que la couronne annulaire 86 est obligée de tourner à environ 730 t/m ce qui correspond à 15.000 t/m pour le volant à inertie 1020 Dans ces conditions l'étage des vitesses de l'arbre intermédiaire 82 se trouve entre environ 450 et 1.250 t/m ce qui correspond'à la gamme complète de la vitesse du moteur depuis 0 à 2200 t/m.
La réaction du train I à la couronne annulaire 86 est transmise au volant à inertie 102 ce qui a pour effet de réduire sa vitesse angulaire à environ 220 t/m pendant la période nécessaire pour accélérer pour cette gamme de vitesses,
Si l'électro-aimant 111 est excité à la place de l'électro-aimant
119, l'étage des vitesses de l'arbre intermédiaire est déplacé de la manière décrite à propos de la figure 6, le rapport des couples entre l'arbre 70 et l'arbre intermédiaire 82 étant maintenu à 1:
2,75.. Si l'électro-aimant 112 est alimenté à son tour, l'étage des vitesses est déplacé davantage de sorte que l'arbre intermédiaire tourne entre 10450 et 2.200 t/mo
Entre'l'arbre intermédiaire 82 et l'arbre de sortie 105 est in- tercalé un train planétaire VI dont la fonction réside uniquement à procurer une autre gamme totale de vitesses très faibles pour l'arbre de sortie en plus du rapport 1 : 1 et de la position neutre ou point mort. Ce train VI comprend une couronne annulaire 127 solidaire de l'arbre intermédiaire 82 pour coopérer avec les pignons 128 montés sur un porte-satellites 129 calé sur l'arbre de sortie 105.
Les pignons 128 engrènent également avec une roue centrale 130 solidaire d'un manchon à crabots 131 qui peut être manoeuvré à l'aide d'une fourchètte 132 depuis une position neutre vers la droite afin que les cra- bots 131 puissent être engagés entre les crabots 133 montés sur une partie
134 du carter 108 ou vers la gauche afin que les crabots 131 puissent accro- cher les crabots 135 prévus sur le porte-satellites 1290
Quelles que soient les conditions obtenues pour les positions de la butée d'embrayage,comme expliqué plus haut, le rapport des couples en- tre l'arbre intermédiaire 82 et l'arbre de sortie 105 peut être ou bien 1 : 1 quand les crabots 131 et 135 sont en prise pour bloquer le train VI ou bien environ 1,6 :
1 quand les crabots 131 et 133 sont accrochés ce qui immobili- se la roue centrale 130 et permet au train VI de fonctionner comme une simple transmission réductrice et planétaire. - ...
Pour l'exemple montré, le pignon conique 101 est montré comme étant tourillonné indépendamment du volant 102. Il comporte un électro-ai- mant 136 qui est alimenté par l'intermédiaire d'un contact 137 et qui coo- père avec une armature 138 qui est montée sur le volant 102 de manière à pouvoir tourner par rapport à celui-ci à l'aide de billes de retenue 139 qui permettent un mouvement axial de l'armature 138 relativement au volant 1020
Le but de ce dispositif est que, lorsque le véhicule est hors de service,
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l'électro-aimant 136 peut cesser d'être alimenté de sorte que le volant 102 peut tourner librement sans entraîner le pignon 101, la roue conique 91 et les organes qui en sont solidaires,
Pour toutes les dispositions décrites plus haut,
on préfère que le volant puisse tourner dans une boîte 141 dans laquelle on a fait le vide et à cet effet, comme montré sur la figure 7, on se sert d'une petite pompe 140 pour vidanger le lubrifiant et l'air qui pourrait pénétrer dans l'inter- valle compris entre le carter 108 et la boîte 141 contenant le volant.
Comme le volant tourne dans une crapaudine antifriction 142, les résistances, qui pourraient donner lieu à une perte de vitesse du vo- lant 102 quand l'embrayage électro-magnétique 136,138 n'est pas excité, sont très faibles de sorte que le volant peut continuer à tourner pendant une pé- riode d'environ 20 jours.
Pour procurer au volant à inertie 102 une stabilité gyroscopique considérable, quand il tourne à sa vitesse normale, cette stabilité se réper- cutant sur le carter et sur toute autre partie du véhicule fixée rigidement à celui-ci, il est à conseiller, pour permettre le roulis et les inclinaisons latérales du véhicule sans imposer des sollicitations excessivement élevées aux paliers ou coussinets du volant 102, de prévoir des moyens pour supporter le carter 108 de manière qu'il puisse conserver sa position angulaire par rapport à un axe orienté d'avant en arrière du véhicule malgré les mouvements angulaires du véhicule autour dudit axe, ces moyens pouvant néanmoins trans- mettre un couple de réaction depuis le carter au véhicule.
La figure 7 montre un dispositif bien connu par lequel on obtient une suspension élastique du moteur et de la transmission du véhicule en vue de permettre les mouvements angulaires. Les moyens susdits peuvent comporter des éléments flexibles 143, en caoutchouc ou autres, qui ont subi une tension préalable dans le sens ra- dial de manière à pouvoir supporter le poids de l'ensemble formé par le bloc moteur et par la transmission en prenant appui sur ou dans un organe 144 du châssis du véhicule. Un ou plusieurs éléments analogues sont prévus à l'avant de l'ensemble susdit et ces éléments occupent des em- placements tels qu'ils permettent un mouvement angulaire limité de cet ensem- ble par rapport au châssis du véhicule, autour d'un axe orienté d'avant en arrière.
Ceci procure une certaine liberté pour les inclinaisons vers l'a- vant et vers l'arrière, l'effet de ces inclinaisons étant de donner lieu à une précession gyroscopique dans un plan transversal à l'axe susdit, le car- ter 108 pouvant effectuer un mouvement angulaire limité, dans ce plan, autour de l'axe en question à cause du:ou des supports 143 et 144.
Le freinage régénérateur devrait, de préférence, se faire sur les quatre roues porteuses du véhicule mais à cause du transfert effectif du poids du véhicule vers l'avant il est désirable que, pendant les freinages puissants, la plus grande-proportion du freinage soit exercée sur les roues avant. D'autre part, une accélération positive importante sur toute la gam- me des vitesses depuis la mise en marche jusqu'à une vitesse maximum reporte le poids-vers l'arrière de sorte qu'il est désirable que la plus grande pro- portion du couple entraîneur soit exercée sur les roues arrière.
Pour satisfaire à ces deux desiderata, on peut avoir recours à une transmission dans laquelle il se produit une différenciation automati- que sur les roues avant et les roues arrière du véhicule comme montré sur les figures 8, 8A et 8Bo Deux trains planétaires VII et VIII sont établis entre l'arbre intermédiaire 82 et l'arbre de sortie coaxial 145, orienté vers les roues arrière. Le porte-satellites 146 du train VII et celui 147 du train VIII sont-reliés entre eux et à l'arbre intermédiaire 82. Une roue centrale 148 du train VII et une couronne annulaire 149 du train VIII sont calées sur larbre de sortie 145.
Une couronne annulaire 150 du train VII est engagée librement sur l'arbre intermédiaire 82 et elle est solidaire d'un pignon à chaîne double 151 alors que la roue centrale 152 du train VIII est montée librement sur l'arbre de sortie 145 et elle est solidaire d'un sim- ple pignon à chafne 153. Le porte-satellites 146 supporte des pignons 154 coopérant avec une roue centrale 148 et avec la couronne dentée 150 du train VII alors que le porte-satellites 147 supporte les pignons 155 coopérant avec
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la roue centrale 152 et avec la couronne annulaire 149 du train VIII.
Le train VII, qui intervient pendant le retardement régénérateur comme expli- qué ci-après, a un rapport de transmission entre la couronne annulaire 150 et la roue centrale 148 qui est proportionnel à la répartition effective des poids entre les roues avant et les roues arrière du véhicule au degré de retardement le plus élevé. Par contre, le train VIII, qui intervient pendant l'accélération du véhicule, a un rapport de transmission entre la couronne annulaire 149 et la roue centrale 152 qui est proportionnel à la répartition effective des poids entre les roues arrière et les roues avant du véhicule au degré d'accélération le plus élevé.
Une chaîne double, indiquée en traits interrompus, relie en entraînement le pignon double 151 au pignon double 156 (figure 8A) et une chaîne simple relie le pignon 153 au pignon 157 tourillonné, comme le pi- gnon 156, sur un arbre de sortie 158 pour entraîner les roues avant. Une ; came 159 est calée sur l'arbre de sortie 158 et coopère avec deux séries de galets 160, 161 établis côte à côte mais décalés angulairement les uns par rapport aux autres à l'aide d'une cage 162. Les galets 160 coopèrent avec la face cylindrique interne d'un tambour 163 solidaire du pignon à chaîne double. 156 et les galets 161 coopèrent avec la face cylindrique interne d'un tambour 164 solidaire du pignon simple 157.
La rotation, pour l'avancement du véhicule, est indiquée par une flèche sur la figure 8B. Quand le couple moteur est exercé sur le tambour
164 par le pignon 157 dans le sens de l'avancement les galets 161 sont coin- cés entre le tambour 164 et la came 158 ce qui transmet le couple moteur à l'arbre 158 et aux roues avant. Le couple moteur est transmis au pignon 157 par la chaîne, le pignon à chaîne 153 et la roue centrale 152 mais à cause de l'effet d'équilibrage des pignons planétaires 153 du porte-satellites 147 du train VIII un couple proportionnellement plus grand est transmis depuis ces pignons 153 à la couronne annulaire 149 qui entraîne directement l'arbre de sortie 145 pour les roues arrière.
Quand le couple est inversé dans l'arbre intermédiaire 82 et le porte=satellites 147,ccmme pendant un freinage régénérateur, les pignons 153
EMI12.1
tendent a" entraîner la couronne 'annulaire..149 et;la.:rone centrale.'152 en sens inverse. La roue 152 qui est reliée par les pignons à chaîne 153 et 157 et par le tambour 164 aux galets 161 libère ceux-ci quand le sens du couple estin- versé alors que les autres galets 160, qui agissent dans le sens opposé à ce- lui de l'intervention des galets 161, sont coincés entre la came 159 et le tambour 163 de sorte que le couple inversé est transmis audit tambour 163 par les pignons à chaîne double 156 et 151 ainsi que par la couronne annulai- re 150 du train VII.
Le couple, agissant sur cette couronne 150, est compen- sé, à l'aide des pignons 154, par un couple proportionnellement plus bas qui agit sur la roue centrale 148 de l'arbre 145 et qui est orienté de manière à retarder les roues arrière. L'arbre 158, qui entraîne les roues avant, est décalé par rapport à l'arbre 82 et peut être établi sur le c6té du moteur, La partie de gauche du dispositif, montré sur la figure 8, peut être analo- gue à celle qui se-trouve à gauche de la figure 7.
Le dispositif des figures 8, 8A et 8B peut être modifié comme montré sur la figure 9 pour laquelle un seul train planétaire IX est utili- sé au cas où les transferts des poids pendant l'accélération et le freinage sont sensiblement égaux.
Sur la figure 9 l'arbre intermédiaire 82 est solidaire du porte- satellites 165'du train IX, ce porte-satellites supportant les pignons 166 engrenant avec la roue centrale 167 solidaire d'un engrenage de transfert 168.
Une couronne annulaire 169 est solidaire d'un engrenage de transfert 170.
Les engrenages 168 et 170 engrènent respectivemei-t avec des roues dentées 171 et 172 tourillonnées sur un arbre fou 173. Les roues 171 et 172 engrènent avec des roues 174 et 175 tourillonnées sur l'arbre d'entraînement 176 des roues arrière. Une paire d'embrayage à sens unique 180 et 181, qui agissent suivant des directions opposées et qui peuvent être analogues à ceux des fi- gures 8A et 8B, servent à relier en entraînement les roues dentées 171 et 172 alternativement à l'arbre fou 173, aux roues 177 et 178 et à l'arbre d'en-
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traînement 179 des roues avant. Une autre paire d'embrayages analogues 182 et 183, analogues aux embrayages 180 et 181 servent à relier les roues den- tées 174 et 175 alternativement à l'arbre 176 qui agit sur les roues arriè- re.
Quand l'arbre intermédiaire transmet un couple, la plus grande partie de ce couple moteur pour l'avancement est transmise par la couronne dentée 169 du train IX et par les roues dentées 170, 171 et 172 à l'arbre en- traîneur arrière 176, alors que la partie moindre est transmise par la roue centrale 167 à l'aide des roues dentées 168, 171, 177 et 178 à l'arbre entrai- neur avant.
Quand le couple moteur est inversé, en interrompant l'alimenta- tion du moteur en combustible ou en faisant intervenir un freinage régénéra- teur, comme expliqué plus haut, la plus grande partie de ce couple inversé est.transmis depuis la couronne annulaire 169 du train IX par les roues den- tées 170, 172, 177 et 178 à l'arbre entraîneur avant 179 alors que la partie moindre est transmise par les roues dentées 168, 171 et 174 à l'arbre entrai- neur arrière 176.
Pour le dispositif de la figure 9 les arbres entraîneurs avant et arrière sont décalés par rapport à l'arbre intermédiaire et ils peuvent être établis à côté du moteur.
Pour chacun des dispositifs décrits plus haut, le volant à iner- tie peut être constitué par un disque qui est plus épais au centre pour di- minuer les tensions internes et qui peut être rendu plus épais à la jante.
Un volant de ce' genre est montré, à titre d'exemple, sur la figure 10 sur laquelle les dimensions des différentes parties sont indiquées par les ré- férences A et J alors que YY désigne l'axe autour duquel le volant tourne.
Les dimensions du volant, exprimées en fonction de A, qui est le rayon du volant, et de B, qui est l'épaisseur de la jante, sont de préférence compri- ses entre les limites suivantes :C = environ 1,5 à 4 de B; D = environ 10% de A; E= entre 30 et 40% de A; F entre 5 et 10% de A; G = entre 20 et 25% de A; H = entre 15 et 20% de A; I = entre 5 et 10 % de A; J = environ 3/8 à 1 de B.
Les valeurs de A et B sont déterminées par l'énergie cinétique nécessaire en tenant compte de la vitesse de rotation.
Les parties 184 et 185 sont de préférence à peu près parallèles et celles désignées par 186, 187 et 188, 189 peuvent être légèrement courbées bien que, pour des facilités de fabrication, on ait recours dé préférence à deux parties faisant des angles différents avec l'axe B-B nomme montré sur la figure 10.
Le volant est constitué de cette manière en vue d'utiliser au mieux la matière dans les limites dictées par le diamètre (qui est limité par des considérations constructives) et par la vitesse (qui est limitée par les pa- liers ou coussinets utilisés).
Il est bien entendu que l'invention peut être appliquée non seu- lement à des mécanismes de propulsion de véhicules mais également à d'autres installations telles que des ascenseurs, des treuils de mines, des appareils de halage, des grues et des engins pour le transport de terres.
Chacun des dispositifs décrits ci-dessus, peutêtre modifié en agençant le train planétaire qui fait partie de la transmission différen- tielle de manière que sa couronne annulaire soit reliée ou soit propre à être reliée aux moyens régulateurs de vitesse alors que sa roue centra- le est reliée ou est propre à être reliée au volant à inertie.
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-PROFECTIONATIONS -DEPORTED TO TRAINING MECHANISMS, 'IN PARTICULAR TO
THOSE'DESVEHICULES AUTOMOBILES.
The invention relates to drive mechanisms and relates, more especially but not exclusively among these mechanisms, to those used for propelling motor vehicles, these mechanisms being of the type comprising a flywheel independent of the engine of the vehicle s 'it exists and is capable of accumulating energy which can be used for propelling the vehicle.
By the expression "motor vehicle" is meant not only automobiles but also airplanes, ships, and submarines.
The object of the invention is to improve mechanisms of this kind, to make the steering wheel such that it can effect or substantially assist in the acceleration of a vehicle or any other component to be driven. - ner for a wide range of speeds and that it can also recover energy when the vehicle speed decreases,
Another object of the invention is to enable a motor vehicle, comprising an engine or any other equivalent source of energy and for which the power / weight ratio is relatively low, to have an efficiency which is equal to that of a vehicle for which the power / weight ratio is much higher,
Yet another object of the invention is to provide a motor mechanism, comprising a motor or any other equivalent source of energy, in which a device to be driven can be started from a stop without the intervention of a clutch. sliding or a hydraulic or electromotive driving mechanism,
The invention consists mainly in making the mechanisms of the type in question include a flywheel, a differential transmission with three elements, means for driving one of said elements to a member to be driven, means for driving said said element. steering wheel 'to another of these elements and control means for connecting the third
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me of said elements to means for adjusting the speed of said member.
The variable speed transmission is preferably of the planetary type with an external toothed ring, a central toothed wheel and a planet carrier provided with pinions or groups of pinions cooperating with said ring gear and with said central wheel. The flywheel can be connected in drive by a speed reducer to the toothed ring gear and the planet carrier can be connected in drive mode to the driving wheels of the vehicle or to any other member to be driven while the central wheel is cooperating. with the aforesaid means by which the speed is regulated.
When the invention is used in conjunction with an engine or any other equivalent source of energy, the driving mechanism may include a differential transmission with two input members connected respectively, in drive, to said engine and to the flywheel and a control member. output connected in drive to the driving wheels of the vehicle or to any other component to be driven. A variable speed transmission may be interposed in the drive link established between the flywheel and the differential transmission.
This can be adjusted so that variable ratios are provided from the motor shaft to the shaft driving the flywheel.
FIGS. 1 to 9 show various embodiments of propellant mechanisms established according to the invention, while FIG. 10 shows, in side view, a preferred form of the flywheel.
Figure 1 shows a propulsion mechanism for a vehicle without an engine, for example a light delivery car, the driving wheels (not shown) of the vehicle being connected, by an auxiliary gearbox with inverter 1, to a horizontal drive shaft 2. An inner sleeve 3 carries a central wheel 4 and can rotate around a shaft 5 which is an extension of the motor shaft 2. An outer sleeve 6 carries a ring gear 7 and can rotate freely on the sleeve 3. A planet carrier 8 is connected to the motor shaft 2 by a sliding clutch 9, 9 'of the hydrokinetic type and it carries the planet gears 10 cooperating with the wheel 4 and with the crown 7. A wheel conical toothed 11, fixed on the sleeve 6, meshes with a bevel pinion 12 whose axis 19 is vertical and is connected directly to the flywheel 3.
A first friction clutch 14 can be clamped to connect the sleeve 6 to the sleeve 3 and a second friction clutch 15 can. be tightened to connect shaft 5 to sleeve 3. A reaction brake 16, fitted in series with a freewheel (not shown) can be tightened to prevent backward rotation of sleeve 3. A third friction clutch ( not shown) can be set between bevel gear 12 and flywheel 13.
The flywheel 13 is a high strength steel disc, the thickness of which decreases from the hub towards the rim. Preferably, it is obtained by forging by forming a single piece with its axis 19. A flywheel having, for example, a diameter of 50 cm and a weight of 105 kgs can be made so as to be able to withstand a tension, similar to that which occurs in a flat disc, from 16 t / cm2 to 30,000 / t / m and at this speed its total kinetic energy is 5.5 CV / h. The weight of the flywheel is supported by an anti-friction thrust bearing 17 which may have a relatively small diameter.
A pad 18, established above the flywheel, must necessarily have a large diameter since it surrounds the part 19 of the flywheel through which the energy is transmitted. However, the bearing 18 only undergoes relatively light radial forces since the vertical position of this axis excludes the significant precession forces which would occur during a turn of the vehicle if the axis of the steering wheel were horizontal. The flywheel 13 is preferably housed in a sealed box from which the pin 19 can exit by passing through a lubricated stuffing box. The excess oil, which exits the stuffing box and collects in the can, can be continuously removed by a drain pump which also operates to maintain a substantial vacuum in the can.
When the vehicle is stationary, the flywheel can be accelerated by tightening the clutch 14. which connects the sleeve 6 to the sleeve 3 and by connecting the shaft 5 to an engine using a dog clutch 20, gearbox 1 being in neutral. The engine torque is transmitted by the shaft
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5, by the driving member 9 'of the hydrokinetic clutch and by the driven member 9 of this clutch to the planet wheels 10, to the toothed ring gear 7, to the conical crown 11 and to the flywheel 13, the components of the planetary transmission being locked together as a result of the engagement of the clutch 14. When the flywheel has reached the desired speed, the shaft 5 is. separate from the engine and the energy stored in the flywheel 13 can be used to drive the vehicle.
When the clutches 14 and 15 are released and when the brake 16 is applied, the central wheel 4 is kept stationary and the flywheel 13 drives the ring gear 7 which causes the planet carrier 8 to rotate at reduced speed. The planetary transmission therefore functions as a speed reducer so that the member 9 of the hydrokinetic clutch is actuated at a lower speed than the bevel wheel 11 and it transmits a reduced starter and accelerator torque to the member 9 'of said member. clutch, to the shaft 2 and by the gearbox 1 to the vehicle wheels.
Releasing the brake 16 and tightening the clutch 14 connect the central wheel 4 to the ring gear 7 and put the planetary gear in direct gear so that the unit 9 turns faster and transmits a higher starter torque. and ultimately drives the vehicle at a higher speed. The tightening of the friction clutch 15 and of the clutch 14 provides a direct engagement between the flywheel 13 and the motor shaft 2, independently of the clutch 9-9 '.
The, tightening of the clutch 15, in place of the clutch 14, connects the central wheel 4 to the extension 5 of the motor shaft 2, so that at the moment of starting, when the vehicle is still at stationary, the central wheel / 4 is also kept stationary and the annular ring gear 7 drives the planet wheels 10, the satellite carrier 8 and the clutch member 9 at a reduced speed so that the starter torque does not is not excessive.
However, instead of the starting torque quickly disappearing as the vehicle speed increases and the clutch slip decreases, an increase in the vehicle speed causes the center wheel 4 to turn. increase the speed of the clutch member 9 so that the torque transmitted by this member 9 to the member 9 'and by the shaft 2 to the wheels of the vehicle, remains substantially constant.
Figure 2 shows another arrangement for a vehicle intended to be propelled only by the energy accumulated in a flywheel. This arrangement comprises a differential transmission with an output element connected in drive to the driving wheels of the vehicle and two elements. input one of which is connected to the flywheel by a mechanical transmission while the other is connected to a variable speed electric motor which can be powered by a generator driven by the flywheel;,.
The assembly comprises a planetary transmission with a toothed ring 21 connected in drive by a sleeve.22 to the flywheel 23, a central toothed wheel. 24. wedged on an intermediate shaft 3 connected in-drive to an electric motor2 $ with direct current, a planet carrier 26 connected in drive to the output shaft 2 connected to the driving wheels (not shown) of the vehicle, by for example by an inverter mechanism 27, and planet gears 28 each meshing with the planetary ring gear 21 and the central wheel 24.
A double clutch 29, for example of the electromagnetically controlled friction type, serves to connect the toothed wheel 24 to the toothed ring 21 for direct drive or to a fixed support member 30 for the drive to one. reduced speed. A direct current generator 31 is driven by the flywheel 33 and serves to supply the motor 25. The speed of the latter is adjustable, for example by means of a field regulator, so that the motor can provide a positive torque, that is to say a torque in the direction of the drive, for a range of speeds between -rn and + n with r equal to the ratio of the diameters of the crown and the central wheel while n is equal to the speed of the crown.
This provides a range for drive or output speeds between 0 and n. To achieve regenerative braking for the same range of drive speeds, the motor can also be adjusted so that it can provide negative torque for a range of speeds between + n and a value somewhat exceeding - 2n.
For another device without motor and as shown in figure
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gure 3, the flywheel 34 drives, by means of a conical reduction couple 35, the toothed ring 36 of a planetary transmission with a central wheel 37 fixed on a shaft 38 and a planet carrier 39 supporting pi - gnons 40 each meshing with the annular ring gear 36 and with the central wheel 37. A brake 41 can be applied to stop the shaft 38 and thus to obtain a reduced speed while an operable clutch 42, for example - Ple a friction clutch, can connect the shaft 38 to the toothed ring 36 to provide direct drive. A magnetically operated slip clutch 43 may connect shaft 38 to ring gear 36 to provide a transition from reduced speed to direct drive.
A brake 44 allows the shaft 2 to be stopped to facilitate gear change using the gearbox 1.
An application of the invention to a road vehicle, driven by an internal combustion engine, is described with reference to FIG. 4. It is assumed, by way of example, that it is a sports car whose the motor can deliver large torque in the speed range of 800 to 5400 rpm
A differential transmission, which can be ordered so as to be able to provide two gear ratios, comprises two planetary gears I and II.
The train I comprises a central wheel 45 wedged on a shaft 46 which can be connected by a friction clutch 46 'to the motor shaft 47, a planet carrier 48 connected directly to an intermediate shaft 49 suitable for driving. the driving wheels of the vehicle and a toothed ring 50 the number of teeth of which is twice that of the central wheel 45. The planet carrier 48 carries pinions 51 each meshing with the central wheel 45 and the toothed ring gear 50.
Train II comprises a central wheel 52 wedged on a sleeve 53 which can be connected by a friction clutch to the drive shaft 47, a planet carrier 55 connected directly to the toothed crown 50 of the train. I and a toothed ring 56, the number of teeth of which is twice that of the central wheel 52, this ring gear being connected directly to the planet carrier 48 of the train I. The planet carrier 55 carries double pinions 57 and porcure a speed ratio of 1/1 between the ring gear 56 and the central wheel 52 when this planet carrier 55 is immobilized by the friction brake 58 which can be applied to stop the ring gear 50 of the train I and the planet carrier 55 of train II.
A bevel gear 59, which can rotate freely around the intermediate shaft 49, meshes with a bevel gear 60 drive-connected to a flywheel 61 which has a vertical axis and which is arranged as described above. The flywheel can weigh 90 kg., Have a diameter of 50 cm and have a maximum speed of 300,000 rpm.
A planetary gear III, forming a change of speed, is established between the bevel wheel 59 and the reaction assembly constituted by the toothed ring 62 connected directly to the bevel toothed wheel 59 by means of a sleeve. 63 a planet carrier 64 connected directly to said reaction assembly, a central wheel 65 which can be stopped by a friction brake 66 or which can be connected to the ring gear 62 of train III by a friction clutch 67 'and planet gears with gradients 68 which provide a ratio between the speed of the annular ring gear and that of the planet carrier of 2/1 when the central wheel is immobilized by the brake 66.
The reduction ratio obtained by the bevel torque is 5.5 / 1 which gives a maximum speed of 50400 rpm to the bevel wheel 590 This wheel turns in the same direction as the motor.
The different running conditions are as follows:
In first gear, only the clutch 46 'and the brake 58 are applied o The flywheel 61 therefore turns crazy and the intermediate shaft 49 can be accelerated from standstill up to 1800 rpm by the engine alone with a multiplication of torque from 3 to 1 via the I train which functions as a simple epicyclic transmission.
In second gear, only the clutch 46 'and the brake 66 are applied. The aforementioned reaction assembly is therefore driven forward by the flywheel 61 at a maximum speed of 20700 rpm and the intermediate shaft 49 can
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to be accelerated from 1,800 to 3,600 rpm. by engine acceleration. Under these conditions, the torque of the intermediate shaft 49 is about three times greater than the engine torque, the additional energy supplied to the intermediate shaft coming from the flywheel 61.
In third gear, only the clutches 46 'and 67 are tight and the reaction assembly is driven forward by the flywheel at a maximum speed of 5400 rpm. while the intermediate shaft 49 can be accelerated from 30600 to 5,400 rpm also by a torque which is three times greater than the engine torque.
In direct drive, only the clutches 46 'and 54 are tight. Consequently, trains I and II are blocked and the intermediate shaft is driven directly by the engine while the flywheel spins.
Regenerative braking is obtained when only clutch 54 and brake 660 are applied. The reaction assembly is driven forward at a maximum speed of 20,700 rpm and the engine speed increases from nominal zero up to 50,400 rpm. m while the intermediate shaft 49 is retained from 5.400 rpm to a stop. It is evident that during regenerative braking energy is supplied to flywheel 61 both by the intermediate shaft and by the motor.
A turbo-hydraulic coupling can be established between the engine and the clutches 46 'and 54. The clutches and brakes can be of the friction type and electromagnetically controlled.
The device described above can be modified as shown in Figure 5 by replacing the train II by a simple planetary gear for! which the diameter of the ring gear 56 is at least 1.75 times and for example 3 times greater than the diameter of the central wheel 52, the latter being connected directly to the ring gear 50 of the train I instead of the planet carrier 55 to constitute the reaction assembly, while planet carrier 55 of train II can be connected directly, by clutch 54, to the engine. This variant makes it possible to obtain the four speeds of the original device of FIG. 4, and, in addition, the following operating conditions.
Overspeed with regeneration. - This is obtained by only applying clutch 54 and brake 660 The reaction assembly rotates, forwards, at a maximum speed of 2,700 rpm while being connected to the flywheel and the engine torque is split between this assembly and the intermediate shaft in the ratio of 1 to 3, the maximum speed of the intermediate shaft being 70200 rpm.
Complete overspeed. - Only clutch 54 and brake 58 (train III being free) are applied. The flywheel spins around and the engine drives the countershaft at a 0.75 to 1 gear ratio.
For the device of FIG. 5, an additional brake can be provided to stop the planet carrier 55 of train II and if this additional brake and the brake 66 are applied by themselves, the flywheel drives the intermediate shaft. backwards at a maximum speed of 900 / rpm.
For the device described above all the engine torque from zero speed to maximum speed is used for each speed which requires a delicate tightening of the clutch at each gear change to provide the superfluous part of the driving force. below idle speed and to allow flywheel losses. This can be avoided by making the number of speed steps greater than the ratio of the train I between the motor shaft and the intermediate shaft. For example, for the ratio 3 1 mentioned above, four speeds would be preferable. Such an arrangement is shown in figure 6.
The device of FIG. 6 comprises four planetary gears designated by I, II, III and IV. The train I comprises a central wheel 69 fitted on a shaft 70 which can be connected to the flywheel 71 of the engine by a disc clutch 72. The train II comprises a central wheel 73 clamped on a sleeve.
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74 which can be connected to the housing 75 of the flywheel 71 by a disc clutch 76. A clutch bearing 77, controlled by a fork (not shown), is used to control by the levers 78 and 79, the clutches 71, 72 and 75, 76 respectively. The stopper has four active positions which are described below. The planet carrier 80 of train I carries the pinions 81 and is integral with an intermediate shaft 82 and the ring gear 83 of train II.
The planet carrier 84 of train II carries the pinions 85 and is integral with the ring gear 86 of train I and the planet carrier 87 which carries the pinions 88 of train III and the ring gear 89 of train IV. The toothed ring 90 of train III is ... connected to a conical toothed wheel 91 by a sleeve 92 while the central wheel 93 of train III is connected to the central wheel 94 of train IV and to a frame 95. The carrier -sàtellites 96 of train IV porte.les pinions 97 which cooperate with the central wheel 94 and with the ring gear 89 and it supports a servo-armature 98 (see Great Britain patent 625,277). The planet carrier 84 of train II and the members 86, 87 and 89 which are part of it support a servo-frame 99.
The bevel wheel 91 meshes with a bevel gear 100 which is part of a shaft 101 integral with a flywheel 102 which is mounted so as to be able to rotate about a vertical axis. On the intermediate shaft 82 is engaged, with a long key, a sleeve with movable claws 103 which can be connected to claws 104 integral with the output shaft 105 provided with a connecting plate 106 or to dogs 107 integral with the housing 108.
The clutch release bearing is shown in its "free" position for which it keeps the two clutches 71, 72 and 75, 76 released. If it is moved forward, that is to say by ' the right towards the left of figure 6, up to a position for which the clutch 75, 76 is engaged while the clutch 71,72 is released, the motor is connected in drive to the central wheel 73 of the train II (braking position). If the stopper 77 is moved rearward from the position shown, i.e. to the right, to a position where the clutch 71,72 is engaged while the clutch 75, 76 remains loose, the motor is driven as a drive to the central wheel 69 of train I (acceleration position).
If the stopper 77 is moved further to the right, the clutch 75,76 is engaged as well as the clutch 71,72 and the motor is driven by both the central wheels 69 and 73 of the wheels. two trains I and II (direct engagement position). The conditions which occur for the above three positions of the clutch release bearing 77 are discussed in detail below.
Acceleration position.-If we feed an electromagnet 109 which is fixed relative to the housing 108 so as to immobilize the armature 99 and with it the toothed ring 86 of the train I, the central wheel 69, the -satellites 80 and pinions 81 operate as an epicyclic reduction gear which provides a speed ratio of about 3: 1 between the motor and the countershaft 82 so that a range of motor speeds from zero to 4,500 rpm corresponds to a range of intermediate shaft speeds from zero to 10500 rpm. If the dogs 103 of the sliding sleeve are hooked to the dogs 104, the intermediate shaft is connected to the drive plate 106 which acts on the driving wheels of the vehicle.
If the electromagnet 109 ceases to be excited and if we supply, in its place, the electromagnet 110 which is part of the same unitary assembly as the electromagnet 109, the ring gear 86 of the train I is connected to the flywheel 102 since the frame 98 and the planet carrier 97 of train IV are kept stationary so that trains II and III operate while being coupled which provides a ratio of approximately 2.1: 1. between the bevel wheel 91 and the annular ring 860. Therefore, if the bevel wheel 91 is driven by the flywheel 102 at a speed of about 4,500 rpm, the ring gear 86 of the train I turns at about 2150 rpm in the same direction as the central wheel 69 of train I.
The torque ratio between the motor and the intermediate shaft is always equal to 1: 3 but the speed stage of the intermediate shaft is increased from -1,500 to 30,000 rpm for a speed range of engine between zero and 4,500 t / mo The engine torque, transmitted by the train I, has an epicyclic reaction, measured at the ring gear 86 of the train I which is approximately twice as large as the engine torque supplied and this torque reaction
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tends to oppose the rotation of the ring gear 86.
However, the high inertia of flywheel 102, which is assumed to rotate at about 220,500 rpm, acts in antagonism with the reaction torque so that the speed of ring gear 86 does not decrease appreciably during. the period required to accelerate the vehicle for the gear stage concerned when the electromagnet 110 is energized.
If the electromagnet 110 ceases to be excited and if an electromagnet 111, also fixed to the housing 108, is supplied, which immobilizes the armature 95 and the central wheel 93 of train III, the wheel conical 91 drives the ring gear 86 of train I through the intermediary of train III, which functions as a simple epicyclic reduction transmission, a ratio of about 1.4: 1 is obtained between the bevel wheel 91 and the ring gear 86 so that the latter rotates at a speed of about 3300 rpm when the bevel gear turns at 40500 rpm.
The motor still drives the intermediate shaft 82 with a torque ratio of about 1: 3 via the train I, but as a result of the rotation of the ring gear 86 the speed stage of I the intermediate shaft 82 is moved up to 2,200 to 3,800 rpm in correspondence with a range of engine speeds from 0 to 4,500 rpm.
If the electromagnet 111 ceases to be excited and if an electromagnet 112, integral with the bevel wheel 91, is supplied, the annulus ring 86 of the train I is driven by the bevel wheel 91 with a ratio 1: 1 since train III is linked to said bevel gear 91 while train IV remains inert.
Under these conditions, the motor continues to drive the intermediate shaft-with a torque ratio- of 1: 3. But the speed stage of the intermediate shaft 82 is shifted up to 3000 to 4500 rpm in Corresponds to a range of engine speeds from 0 to 4500 rpm
Direct drive position - When the clutch release bearing 77 is in its extreme right position, so that both clutches ??!, 72, and 75, 76 are tight while the engine is linked to the two central wheels 69 and 73 the annular ring 83 of train II is connected to the planet carrier 80 of train I, trains I and II are made integral by the intervention of the two aforementioned clutches and a drive 1 is obtained:
1 between the motor and the intermediate shaft 820 If none of the electromagnets is supplied, there is no drive connection between the motor and the flywheel 102.
Braking position.- When the clutch release bearing 77 is in its extreme position to the left so that the engine drives through the clutch 75, 76 the central wheel 73 of train II and when it is assumed that the vehicle the is running and the intermediate shaft 82 rotates at a speed of 2000 rpm for example, one obtains, when one obtains the electromagnet 110 to retain the servo-armature 98 and the planet carrier 96 of train IV, that the flywheel 102 is connected, via the bevel gear 91, to the ring gear 83 of train II so that the planet carrier 84 is driven at a speed of approximately 20,100 rpm m in the same direction as the motor.
Under these conditions, any torque exerted by the motor on the central wheel 73 is transmitted to the toothed ring 83 of train II as a negative or retarding torque despite the fact that the rotation of the ring 83 is always positive, that is to say - say is done in the same direction as that of the motor. When the electromagnet 110 is energized, the entire range of motor speeds from zero to 4500 rpm therefore causes the intermediate shaft 82 to retard for a range of the speeds of this shaft 82 between approximately 2850 and 1150 t / m.
It should be noted that the engine torque acting on the central wheel 72 and the braking torque acting on the intermediate shaft 82 with the aid of the ring gear 83 of the train II are both transmitted to the door. satellites 84 and from the latter, ¯ by the III and IV gears which act as coupled epicyclic transmissions, to the bevel wheel 97 and to the flywheel 102. This.-has the effect-of-increasing-the speed of the. flywheel and thus accumulate, kinetically, the energy resulting from the braking of the vehicle and that supplied by the regulating torque of the engine.
If the vehicle is moving at a speed higher than that
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which corresponds to the above-mentioned range of speeds for the intermediate shaft 82, the electromagnet 111 can be energized in place of the electromagnet 110 so that the bevel wheel 91 is connected to the planet carrier 84 train II via train III which functions as a simple planetary reduction gear so that the planet carrier 84 rotates at approximately 3300 rpm. Under these conditions the range of engine speeds from zero to 4500 rpm corresponds to a stage of intermediate shaft speeds of between 4500 and 2700 rpm while the vehicle is braked and the energy is accumulated in the steering wheel as explained above.
For this particular example, regenerative braking is not used to bring the vehicle to a standstill, although to obtain this effect it is sufficient to choose appropriate transmission ratios in trains II, III and IV.
Initial accumulation of energy.- In the above it has been assumed that the flywheel .102 is already rotating constantly at a speed of about 22a500 rpm and that it continues to do so for a considerable period without appreciable loss. if you let it spin freely. However, at the start or if the vehicle is not used for several days it is necessary to initiate the rotation of the flywheel 102 or to increase the speed until its rotation corresponds to 22,500 rpm.
This is achieved, assuming that the engine has been started and that the movable dogs 103 have been hooked to the fixed hooks 104 by moving a clutch release bearing 77 to its extreme left position, as for braking, and by exciting the electromagnet 112 which, as explained above, establishes a ratio of 1:
1 between the satellite carrier 84 and the bevel gear 91 so that the energy of the motor is transmitted from the central wheel 73 by the train II, which acts as a simple epicyclic transmission with reduced ratio of 3.4 : 1 between the central wheel 73 and the planet carrier 84, using this planet carrier 84 and the bevel wheel 91 on the flywheel 102.
Under these conditions the full range of engine speeds from zero to 45.00 rpm corresponds to the increase in flywheel speed from zero to 6200 rpm By then energizing the electromagnet 111 instead. of the electromagnet 112 so as to modify the relation existing between the planet carrier 84 and the bevel wheel 91, the speed of the flywheel can be further increased up to 8800 rpm. the electromagnet 110, the maximum motor speed of 4500 rpm gives the flywheel a speed of 14,000 rpm.
At this phase, the dogs 103 of the sliding sleeve are brought to their neutral position and the clutch release bearing 77 is moved to its extreme position to the right so that the trains I and II are linked together. and provide a 1: 1 ratio from the engine to both the free intermediate shaft 82 and the assembly formed by the carrier 84 and the ring gear 86. If the electromagnet 112 is energized again, to the exclusion of the other electromagnets, a 1: 1 drive is obtained between the assembly formed by the planet carrier 84 and the ring gear 86 and the wheel. conical 91 so that the latter is driven at the speed of the engine, which makes it possible to increase the speed of the flywheel up to 220,500 rpm, which corresponds to its maximum speed.
FIG. 7 shows a variant of FIG. 6 for which the clutches 71, 72 and 75, 76 as well as the control mechanism 78, 79 and the clutch bearing 77 are identical to the components, bearing the same reference numbers, of FIG. 6. The same applies to trains I and II except that the assembly comprising the planet carrier 84 of train II and the toothed crown 86 of train I does not include a device with a servo-armature to make this unit integral with the housing.
On the other hand, this assembly is connected by the sleeve 113 both to the planet carrier 87 of train III and to the planet carrier 114 of train IV which, in this case, is on the side of the conical wheel 91 which is spaced apart. of train III ,, The planet carrier 114 of train IV supports pinions 115 which cooperate with the central wheel 116, wedged on the sleeve 92, and with a toothed ring 117 which carries a servo-armature 118 capable of being stopped by an electromagnet 119 mounted on the housing
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108. The ring gear 117 is integral with the planet carrier 120 of the V train.
The planet carrier 120 supports double pinions 121, 122, the number of teeth of the pinions 121 being the smallest and these pinions meshing with a central wheel 123 wedged on the sleeve 1330 The largest pinions 122 mesh with a central wheel 124 integral a servo-armature 125 which can be stopped by an electromagnet 126 integral with the housing 108.
The clutch release bearing 77, as in the case of figure 6, has four characteristic positions which correspond respectively, from right to left, to direct drive, acceleration, neutral (as shown ) and braking. The two braking conditions are identical to those described with the aid of Figure 6 although the ratios in this case allow regenerative braking to zero speed at the output.
The conditions for the initial accumulation are also identical to those of figure 6 except that the first three phases of the accumulation operation for which the clutch release bearing 77 is in its braking position while the intermediate shaft 82 is made integral with the vehicle by hooking the sliding dogs 131 to the dogs 133 or 135, while the vehicle brakes are applied, sufficient to bring the steering wheel to the normal reduced speed of 15,000 rpm
When the stop 77 occupies its acceleration position and when the electromagnet 126 is energized to retain the armature 125 and the central wheel 124 of the train V, the latter rotates while being integral with the train IV, to en- drag with a very high gear ratio by the bevel wheel 91, the central wheel 123,
the sleeve 113 and the ring gear 86 of train I with reversal of the direction of rotation, the ratio being approximately 11.5: 1. When the transmission ratio of the bevel torque is such as when the flywheel turns at 150,000 rpm the bevel wheel makes approximately 2300 rpm in the same direction as the flywheel of the engine one obtains, when the electromagnet 126 is energized, that the ring gear 86 of the train I turns at approximately 200 rpm in direction opposite.
When the vehicle, and therefore the intermediate shaft 82 and the planet carrier 80 are stationary, the central wheel 69 of the train I is driven by the pinions 81 in a direction opposite to that of the rotation of the ring gear 860 At a suitably higher speed this wheel 69 rotates in the same direction as the flywheel 71 of the engine at about 340 rpm. As a result, if the engine is set to idle at 340 rpm, the clutch 71, 72 can be engaged to connect the flywheel 71 of the engine to the shaft 70 and the wheel. central unit 69 without any energy being transmitted from the flywheel 102 to the flywheel 71 of the engine or vice versa, the intermediate shaft 82 and the wheels of the vehicle being stationary.
On the other hand, if the flywheel 102 rotated at a speed greater than the normal speed of 15,000 rpm, the central wheel 69 could be driven at a speed higher, in accordance with that, than 340 rpm and the clutch 70 , 71, when tight, would also drive the flywheel 71 of the engine at this higher speed which would cause the engine governor to cut off the fuel supply to the engine so that the engine would be driven at a higher speed than that of idling only by the energy of the flywheel 102, which would have the effect of reducing the angular speed in excess of the latter,
On the contrary, if the flywheel 102 were to rotate at a speed lower than the normal speed, the central wheel 69 would be driven at a speed lower than the normal speed, i.e. 340 rpm, and the clutch 71,
72 being tight, the engine would also run below the speed adopted for idling, so that the effect of the governor would be to increase the fuel supply and the engine would therefore drive the center wheel 69 and, by through the toothed ring 86, the IV and V trains, the bevel wheel 91 supplying energy to the flywheel 102, thus increasing its angular speed.
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The mechanical effect of the flywheel 71 of the engine on the flywheel
102 is so low that even the full torque of the motor only serves to increase the angular speed of flywheel 102 to a reduced degree, but this torque, being transmitted by train I, exerts torque on the satellite carrier 80 and on the intermediate shaft 82 in a ratio of 2.75: 1 which is the planetary ratio of the train Io
If the brakes of the vehicle are released - this engine torque, exerted on the axle and on the wheels of the vehicle, forces the vehicle to start and accelerate to a gear stage which, measured on the intermediate shaft , is between zero and 680 rpm, which corresponds to a range of engine speeds between 340 rpm and 2200 rpm for the example considered.
During the period of time necessary to accelerate according to this stage of speeds, the speed of the flywheel 102 increases rather less than 70 rpm which would manifest itself at the ring ring 86 of the train.
I by an increase of less than 1 t / m.
If the electromagnet 126 ceases to be excited and if, in its place, the electromagnet 119 is energized to immobilize the armature 118 and the ring crown of train IV, the latter operates as a simple trans - epicyclic reduction mission by creating a relationship between the bevel gear
91 and the ring ring 86 of train I of about 3.2: 1, so that the ring ring 86 is forced to rotate at about 730 rpm which corresponds to 15,000 rpm for the flywheel 1020 In Under these conditions the speed stage of the intermediate shaft 82 is between about 450 and 1,250 rpm which corresponds to the full range of the engine speed from 0 to 2200 rpm.
The reaction of the train I to the annular ring 86 is transmitted to the inertia flywheel 102 which has the effect of reducing its angular speed to approximately 220 rpm during the period necessary to accelerate for this range of speeds,
If the electromagnet 111 is energized instead of the electromagnet
119, the intermediate shaft speed stage is moved as described in connection with Fig. 6, the torque ratio between shaft 70 and intermediate shaft 82 being kept at 1:
2.75 .. If the electromagnet 112 is energized in turn, the gear stage is moved further so that the intermediate shaft rotates between 10450 and 2,200 rpm.
Between the countershaft 82 and the output shaft 105 is interposed a planetary gear VI the function of which is only to provide a further total range of very low speeds for the output shaft in addition to the 1: 1 ratio. and neutral or neutral position. This train VI comprises an annular ring 127 integral with the intermediate shaft 82 to cooperate with the pinions 128 mounted on a planet carrier 129 wedged on the output shaft 105.
The pinions 128 also mesh with a central wheel 130 integral with a dog clutch 131 which can be maneuvered with the aid of a fork 132 from a neutral position to the right so that the hooks 131 can be engaged between them. dogs 133 mounted on a part
134 of the housing 108 or to the left so that the dogs 131 can hook up the dogs 135 provided on the planet carrier 1290
Whatever the conditions obtained for the positions of the clutch release bearing, as explained above, the ratio of torques between the intermediate shaft 82 and the output shaft 105 can be either 1: 1 when the dogs 131 and 135 are engaged to block train VI or else approximately 1.6:
1 when the dogs 131 and 133 are hooked, which immobilizes the central wheel 130 and allows the train VI to function as a simple reduction and planetary transmission. - ...
For the example shown, the bevel gear 101 is shown to be journaled independently of the flywheel 102. It comprises an electromagnet 136 which is supplied via a contact 137 and which co-operates with an armature 138. which is mounted on the flywheel 102 so as to be able to turn relative thereto by means of retaining balls 139 which allow axial movement of the frame 138 relative to the flywheel 1020
The purpose of this device is that, when the vehicle is out of service,
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the electromagnet 136 can cease to be supplied so that the flywheel 102 can turn freely without driving the pinion 101, the bevel wheel 91 and the members which are integral with it,
For all the arrangements described above,
it is preferred that the flywheel can turn in a box 141 in which a vacuum has been made and for this purpose, as shown in figure 7, a small pump 140 is used to drain the lubricant and the air that could enter in the interval between the casing 108 and the box 141 containing the flywheel.
As the flywheel rotates in a friction block 142, the resistances, which could cause the flywheel 102 to lose speed when the electromagnetic clutch 136,138 is not energized, are very low so that the flywheel can continue to run for a period of about 20 days.
To provide the inertia flywheel 102 with considerable gyroscopic stability, when it turns at its normal speed, this stability being reflected on the casing and on any other part of the vehicle rigidly attached to it, it is advisable, to allow the roll and lateral inclinations of the vehicle without imposing excessively high stresses on the bearings or bearings of the flywheel 102, to provide means for supporting the casing 108 so that it can maintain its angular position with respect to an axis oriented from the front behind the vehicle despite the angular movements of the vehicle around said axis, these means being able nevertheless to transmit a reaction torque from the casing to the vehicle.
FIG. 7 shows a well known device by which an elastic suspension of the engine and the transmission of the vehicle is obtained with a view to allowing angular movements. The aforesaid means may comprise flexible elements 143, made of rubber or the like, which have undergone a preliminary tension in the radial direction so as to be able to support the weight of the assembly formed by the engine block and by the transmission by resting on or in a member 144 of the vehicle chassis. One or more similar elements are provided at the front of the aforesaid assembly and these elements occupy positions such as to allow limited angular movement of this assembly with respect to the chassis of the vehicle, around an axis. oriented front to back.
This provides a certain freedom for the inclinations towards the front and towards the rear, the effect of these inclinations being to give rise to a gyroscopic precession in a plane transverse to the aforesaid axis, the housing 108 being able to perform a limited angular movement, in this plane, around the axis in question because of: or supports 143 and 144.
Regenerative braking should preferably be done on the four load-bearing wheels of the vehicle but because of the effective transfer of the weight of the vehicle to the front it is desirable that, during hard braking, the greatest proportion of the braking is exerted. on the front wheels. On the other hand, a large positive acceleration over the whole speed range from starting up to a maximum speed shifts the weight backwards so that it is desirable that the greatest proportion of the driving torque is exerted on the rear wheels.
To satisfy these two desiderata, recourse can be had to a transmission in which an automatic differentiation takes place on the front wheels and the rear wheels of the vehicle as shown in figures 8, 8A and 8Bo Two planetary gears VII and VIII are established between the intermediate shaft 82 and the coaxial output shaft 145, oriented towards the rear wheels. The planet carrier 146 of train VII and that 147 of train VIII are connected to each other and to the intermediate shaft 82. A central wheel 148 of train VII and an annular ring 149 of train VIII are wedged on the output shaft 145.
An annular ring 150 of train VII is freely engaged on the intermediate shaft 82 and it is integral with a double chain pinion 151 while the central wheel 152 of train VIII is freely mounted on the output shaft 145 and it is integral with a single chain pinion 153. The planet carrier 146 supports pinions 154 cooperating with a central wheel 148 and with the toothed ring 150 of the train VII while the planet carrier 147 supports the pinions 155 cooperating with
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the central wheel 152 and with the annular ring 149 of train VIII.
The train VII, which intervenes during the regenerative delay as explained below, has a transmission ratio between the annular ring 150 and the central wheel 148 which is proportional to the effective distribution of weight between the front wheels and the rear wheels of the vehicle at the highest degree of retardation. On the other hand, the train VIII, which intervenes during the acceleration of the vehicle, has a transmission ratio between the annular ring 149 and the central wheel 152 which is proportional to the effective distribution of the weights between the rear wheels and the front wheels of the vehicle. at the highest degree of acceleration.
A double chain, shown in broken lines, drives the double sprocket 151 to the double sprocket 156 (figure 8A) and a single chain connects the sprocket 153 to the pinion 157 journaled, like the pinion 156, on an output shaft 158 to drive the front wheels. A ; cam 159 is wedged on the output shaft 158 and cooperates with two series of rollers 160, 161 established side by side but angularly offset with respect to each other by means of a cage 162. The rollers 160 cooperate with the internal cylindrical face of a drum 163 integral with the double chain sprocket. 156 and the rollers 161 cooperate with the internal cylindrical face of a drum 164 integral with the single pinion 157.
The rotation, for the advancement of the vehicle, is indicated by an arrow in FIG. 8B. When the driving torque is exerted on the drum
164 by the pinion 157 in the direction of advance the rollers 161 are wedged between the drum 164 and the cam 158 which transmits the engine torque to the shaft 158 and to the front wheels. The driving torque is transmitted to the pinion 157 by the chain, the chain sprocket 153 and the central wheel 152 but due to the balancing effect of the planetary gears 153 of the planet carrier 147 of train VIII a proportionally greater torque is transmitted from these pinions 153 to the annular ring 149 which directly drives the output shaft 145 for the rear wheels.
When the torque is reversed in the intermediate shaft 82 and the carrier = planet wheels 147, same during regenerative braking, the pinions 153
EMI12.1
tend to "drive the ring crown..149 and; the.: central rone.'152 in the opposite direction. The wheel 152 which is connected by the chain sprockets 153 and 157 and by the drum 164 to the rollers 161 releases them. here when the direction of the torque is reversed while the other rollers 160, which act in the opposite direction to that of the intervention of the rollers 161, are wedged between the cam 159 and the drum 163 so that the reversed torque is transmitted to said drum 163 by double chain sprockets 156 and 151 as well as by ring gear 150 of train VII.
The torque acting on this ring 150 is compensated, with the aid of the pinions 154, by a proportionally lower torque which acts on the central wheel 148 of the shaft 145 and which is oriented so as to retard the wheels. back. The shaft 158, which drives the front wheels, is offset from the shaft 82 and can be set on the side of the motor. The left part of the device, shown in figure 8, can be analogous to that. which is to the left of figure 7.
The device of Figures 8, 8A and 8B can be modified as shown in Figure 9 for which a single planetary gear IX is used in the event that the weight transfers during acceleration and braking are substantially equal.
In FIG. 9 the intermediate shaft 82 is integral with the planet carrier 165 ′ of the train IX, this planet carrier supporting the pinions 166 meshing with the central wheel 167 integral with a transfer gear 168.
An annular ring 169 is integral with a transfer gear 170.
The gears 168 and 170 mesh respectively with toothed wheels 171 and 172 journaled on an idle shaft 173. The wheels 171 and 172 mesh with wheels 174 and 175 journaled on the drive shaft 176 of the rear wheels. A pair of one-way clutches 180 and 181, which act in opposite directions and which may be analogous to those of Figures 8A and 8B, serve to drive the toothed wheels 171 and 172 alternately to the idler shaft. 173, to the wheels 177 and 178 and to the drive shaft
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drag 179 of the front wheels. Another pair of similar clutches 182 and 183, similar to clutches 180 and 181 serve to connect the sprockets 174 and 175 alternately to the shaft 176 which acts on the rear wheels.
When the intermediate shaft transmits a torque, the greater part of this driving torque for advancement is transmitted by the ring gear 169 of the train IX and by the toothed wheels 170, 171 and 172 to the rear drive shaft 176 , while the lesser part is transmitted by the central wheel 167 by means of the toothed wheels 168, 171, 177 and 178 to the front drive shaft.
When the engine torque is reversed, by interrupting the fuel supply to the engine or by initiating regenerative braking, as explained above, most of this reversed torque is transmitted from the ring ring 169 of the engine. train IX by the cogs 170, 172, 177 and 178 to the front drive shaft 179 while the lesser part is transmitted by the cogwheels 168, 171 and 174 to the rear drive shaft 176.
For the device of figure 9 the front and rear drive shafts are offset with respect to the intermediate shaft and they can be established next to the engine.
For each of the devices described above, the flywheel can be constituted by a disc which is thicker in the center to reduce internal tensions and which can be made thicker at the rim.
A flywheel of this kind is shown, by way of example, in Figure 10 in which the dimensions of the different parts are indicated by the references A and J while YY denotes the axis around which the flywheel rotates.
The dimensions of the steering wheel, expressed as a function of A, which is the radius of the steering wheel, and of B, which is the thickness of the rim, are preferably comprised between the following limits: C = approximately 1.5 to 4 of B; D = about 10% of A; E = between 30 and 40% of A; F between 5 and 10% of A; G = between 20 and 25% of A; H = between 15 and 20% of A; I = between 5 and 10% of A; J = about 3/8 to 1 of B.
The values of A and B are determined by the kinetic energy required taking into account the speed of rotation.
The parts 184 and 185 are preferably nearly parallel and those designated 186, 187 and 188, 189 may be slightly curved although, for ease of manufacture, two parts are preferably used making different angles with the The named BB axis shown in figure 10.
The flywheel is constructed in this way with a view to making the best use of the material within the limits dictated by the diameter (which is limited by constructive considerations) and by the speed (which is limited by the bearings or bearings used).
It is understood that the invention can be applied not only to vehicle propulsion mechanisms but also to other installations such as elevators, mine winches, hauling devices, cranes and machinery for. land transport.
Each of the devices described above can be modified by arranging the planetary gear which forms part of the differential transmission so that its annular ring gear is connected or is suitable for being connected to the speed regulating means while its wheel is centered. is connected or is suitable to be connected to the flywheel.