Dispositif de transmission de mouvement La présente invention a pour objet un dispositif de transmission de mouvement, comprenant un con vertisseur de couple hydraulique intercalé entre un moteur et un arbre mené, ce convertisseur compor tant un élément menant, une roue motrice, une roue de réaction et une turbine.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un réducteur de vitesse intercalé entre l'élément menant et la roue motrice du convertisseur, ce réducteur fournissant un rap port de réduction d'au moins 1,2 : 1, et des moyens d'accouplement disposés entre un élément du réduc teur de vitesse et l'élément menant du convertisseur, le tout étant agencé de telle manière que lorsque ledit élément menant et la roue motrice tournent par rapport à la turbine, une pression de liquide apparaît dans le convertisseur provoquant le dégagement des moyens d'accouplement et rendant le réducteur de vitesse opérant,
lesdits moyens d'accouplement étant engagés et le réducteur de vitesse rendu inopérant lorsque la pression à l'intérieur du convertisseur tombe.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif faisant l'objet de la présente invention et qui est appliqué à un véhicule entraîné mécaniquement.
La fig. 1 est une vue en coupe du dispositif mon trant le réducteur de vitesse en position inopérante. La fig. 2 est une vue en coupe semblable à la fig. 1 montrant le réducteur dans une position opérante.
La fig. 3 est un graphique concernant les rapports de vitesse. Dans le dispositif représenté, le moteur (non représenté) est relié à l'arbre d'entrée 1 qui est fixé à un boîtier rotatif 2 constituant l'élément menant d'un convertisseur de couple hydraulique, ce boîtier 2 étant relié à un anneau 3 d'un changement de vitesse mécanique épicycloïdal. Une cage 4 portant les engrenages planétaires du changement de vitesse, est fixée à une roue motrice 5 du convertisseur.
Un pignon solaire 6 du changement de vitesse est porté par un manchon 7 et est empêché de tourner en arrière par un dispositif à roue libre 8 intercalé entre le manchon 7 et un carter fixe 9. La roue motrice 5 du convertisseur de couple entraîne une turbine 10 au moyen du liquide dans le circuit hydraulique. 11 désigne une roue de réaction du convertisseur, cet organe étant porté par un manchon 12 qui est empêché de tourner en arrière par un dispositif à roue libre 13 intercalé entre le manchon 12 et le carter fixe 9.
La turbine 10 est montée sur un man chon 14 qui est claveté sur un arbre de sortie 15 relié aux roues du véhicule de la manière connue. La turbine 10 peut ainsi se déplacer d'un mouve ment axial par rapport à l'arbre de sortie 15.
L'anneau 3 présente une face intérieure conique 16 agencée de manière à coopérer avec une face conique extérieure 17 d'un organe 18 pour former un embrayage à friction. Une matière de friction appropriée peut être prévue sur l'une des faces coni ques<B>16,</B> 17. L'organe 18 est monté sur le manchon 7 ou fait partie de celui-ci et est, par conséquent, relié rigidement au pignon solaire 6.
Des ressorts 19 sont logés dans des cavités appropriées ménagées dans l'organe de réaction et sont placés de telle manière qu'ils tendent à déplacer la roue de réaction 11 (et, par conséquent, également la turbine 10) vers la gauche comme représenté à la fig. 1, la poussée étant exercée contre la roue motrice 5 et, de là, par l'intermédiaire de paliers de butée appro priés absorbée dans le dispositif. Un déplacement de la roue de réaction 11 vers la gauche provoque un mouvement correspondant du manchon 12 vers la gauche qui, à son tour, provoque le déplacement du manchon 7 vers la gauche, la poussée étant appliquée par l'intermédiaire d'un palier de butée 20.
Ceci oblige l'organe 18 à se déplacer vers la gauche par rapport à l'anneau 3, de sorte que les faces d'em brayage 16, 17 viennent en prise et provoquent l'em brayage ou l'accouplement de l'anneau et du pignon solaire du réducteur de vitesse, ce dernier étant rendu par là, inopérant comme représenté à la fig. 1. Le réducteur de vitesse transmet alors une puissance dans le rapport 1 : 1.
Si une pression se développe dans la région 2,1 du convertisseur de couple, elle fait agir la turbine comme un piston en tendant à le pousser (et par conséquent également l'organe de réaction 11) vers la droite en comprimant les ressorts 19. Lorsque ce mouvement apparaît, le manchon 12 se déplace vers la droite et un épaulement 22 de ce manchon 12 vient en prise avec l'extrémité gauche du manchon 7 provoquant le déplacement de celui-ci vers la droite. L'organe 18 est alors amené vers la droite et l'em brayage 16, 17 est dégagé Le fonctionnement du dispositif de transmission de mouvement décrit est le suivant En supposant que le moteur et le véhicule soient à l'arrêt, les organes sont dans les positions repré sentées à la fig. 1.
Si maintenant le moteur est mis en marche mais que l'arbre de sortie 15 offre une résistance à la rotation, le boîtier 2 avec la roue motrice 5 tourne par rapport à la turbine 10. Cette rotation relative fait apparaître ou engendre une pression dans le liquide du circuit hydraulique dans la région 21 par le fait que la roue 5 en tournant chasse le liquide à l'extérieur de la turbine 10 fixe. Cette pression provoque le déplacement axial de la turbine vers la droite et, par là, le dégagement de l'embrayage 16, 17. Le pignon solaire 6 tend à tourner en arrière mais est retenu par le dispositif à roue libre 8. Le changement de vitesse est alors opérant et le couple appliqué à la roue motrice 5 est plus grand que celui produit par le moteur.
Ceci fait tourner le moteur (et par conséquent le boîtier 2) encore plus vite par rapport à la turbine fixe 10. La pression dans la région 21 augmente ainsi et une fois que l'embrayage 16, 17 commence à glisser, il est instantanément dégagé de sorte qu'il n'y a pas d'usure anormale sur les faces d'embrayage 16, 17. Les organes ont alors la position représentée à la fig. 2. Lorsque le moteur est accéléré, un couple plus grand est appliqué à la turbine et le véhicule démarre.
En supposant que l'on désire accélérer le véhicule à sa vitesse maximum aussi rapidement que possible le moteur est commandé pour donner sa puissance maximum et son couple est augmenté par le réduc teur de vitesse, ce couple étant transmis à la roue motrice 5. De plus, la charge sur le moteur est moindre que s'il n'y avait pas de réducteur de vitesse intercalé entre lui et la roue motrice de sorte que ce moteur tourne plus rapidement et, en général, développe une puissance plus grande.
Par conséquent, grâce au réducteur de vitesse, il apparaît un couple d'entrée plus grand et une plus grande puissance d'entrée au convertisseur de couple, ce dernier continuant ainsi à agir comme un conver tisseur de couple à une vitesse de la turbine plus élevée que ce ne serait autrement le cas. Tant que la conversion de couple se poursuit, le réducteur de vitesse reste opérant.
En supposant maintenant que le conducteur ne désire plus accélérer ou conduire à une vitesse s'approchant du maximum, il réduit la vitesse du moteur et par conséquent la puissance fournie par celui-ci. Lorsque la puissance fournie par le moteur est suffisamment réduite, la pression dans la région 21 tombe et les ressorts 19 provoquent le réengage ment de l'embrayage 16, 17, les organes reprenant la position représentée à la fig. 1. Le réducteur de vitesse de même que le convertisseur transmettent alors une puissance dans le rapport I : 1 et la roue de réaction 11 peut tourner en avant grâce au dispo sitif à roue libre 13.
Bien que le mécanisme décrit ci-dessus fonctionne toujours de la manière indiquée, pour que l'appareil de transmission de puissance soit avantageux par rapport au moteur particulier comparativement aux procédés déjà connus de transmission de puissance, il est essentiel que le convertisseur de couple hydrau lique soit de dimension et de construction appropriées par rapport au moteur particulier et que le rapport du changement de vitesse mécanique soit également approprié à la fois audit moteur et au convertisseur de couple.
La dimension et les caractéristiques du moteur seront choisies conformément au travail que le dispo sitif est destiné à fournir et ce choix sera basé sur des principes bien établis de construction mécanique. Dans le dispositif décrit, la dimension et la cons truction du convertisseur de couple hydraulique sont telles que si le moteur est couplé directement à la roue motrice du convertisseur sans interposition d'un changement de vitesse quelconque, et doit tourner à la vitesse maximum possible, alors que la turbine est maintenue fixe (cette vitesse étant désignée par la suite par vitesse à vide),
le moteur atteint alors une vitesse qui n'est pas inférieure à environ 30 % et pas supérieure à environ 70 % de la vitesse à laquelle il développe sa puissance au frein maximum (cette dernière vitesse étant désignée par la suite comme vitesse optimum ).
Le rapport de la vitesse à vide à la vitesse optimum est désigné ci-après par pourcentage de vitesse .
Plus le convertisseur de couple est grand, mieux il transmet une puissance dans le rapport 1 : 1, mais plus la vitesse à laquelle la conversion de couple cesse est faible et l'entraînement n'a lieu que prati quement à 1 : 1 de sorte que, le moteur peut ne pas être apte à développer sa puissance maximum dans des conditions de vitesse et de charge auxquelles ceci est désirable. Si l'on désire que l'appareil fonctionne pendant la plus grande partie de sa marche avec un rapport de transmission de puissance de 1 : 1, on choisira un convertisseur de couple de dimension et de construction telles qu'il donne un pourcentage de vitesse relativement faible.
Si l'on désire que la transmission de puissance agisse pour augmenter le couple du moteur sur une gamme étendue de vitesse, on choisira un convertisseur de couple de dimension et de construction telles qu'il donne un pourcentage de vitesse relativement élevé. Dans le cas d'un moteur d'automobile d'environ 2 litres de cylindrée et d'une puissance au frein d'environ 70 CV,
un convertisseur de couple qui donne un pourcentage de vitesse de 55 % est satisfaisant. Dans la grande majorité des cas le convertisseur de couple est tel que le pour- centage de vitesse n'est pas inférieur à 30 % ou
supérieur à 75 % mais dans des cas exceptionnels il peut être avantageux d'utiliser un convertisseur de couple donnant un pourcentage de vitesse légèrement inférieur à 30 % (mais jamais moins de 25 0/0)
ou un peu plus de 75 0/0 (mais jamais plus de 80 0/0). Un convertisseur de couple de dimension et de cons truction convenant pour le but visé, est celui qui donne un pourcentage de vitesse dans la gamme spécifiée dans ce paragraphe et le précédent.
Le réducteur de vitesse intercalé entre le moteur et la roue motrice fournit un rapport qui n'est pas inférieur à 1,2: 1, car la perte de rendement, les complications mécaniques et la dépense supplémen taire qui résultent inévitablement de la présence d'un tel réducteur ne sont dans la plupart des cas, pas justifiées à moins que ce réducteur ait un rapport nu moins aussi grand que 1,2 : 1. D'autre part, le rapport de réduction ne doit pas être tel qu'avec le réducteur fonctionnant et la turbine maintenue fixe, le moteur soit entraîné en rotation à une vitesse dépassant sa vitesse optimum, et ceci impose une limite à la grandeur du rapport de réduction qui est applicable dans chaque cas.
Dans le dispositif décrit, la grandeur maximum admissible du rapport de réduction doit être rap portée au pourcentage de vitesse comme représenté au graphique de la fig. 3. Ainsi, si le pourcentage de vitesse est de 55 %, le rapport de réduction ne doit pas dépasser 1,5: 1 et s'entend entre 1,2: 1 et 1,5 : 1.
Le rapport réel est choisi suivant si. l'on désire qu'il puisse produire une conversion de couple à une vitesse élevée (dans quel cas on choisit un rapport relativement grand) ou si l'on préfère que l'entraînement ait toujours lieu à 1 : 1 au-dessus d'une vitesse relativement faible (dans quel cas on choisit un rapport plus petit).
Comme représenté dans le graphique de la fig. 3, la grandeur admissible maximum du rapport de réduction dans le cas de certains pourcentages de vitesse est le suivant
EMI0003.0057
Pourcentage <SEP> Grandeur <SEP> maximum
<tb> de <SEP> vitesse <SEP> de <SEP> rapport <SEP> de <SEP> réduction
<tb> 30 <SEP> % <SEP> 2.24 <SEP> : <SEP> 1
<tb> 45 <SEP> % <SEP> 1.71 <SEP> : <SEP> 1
<tb> 55 <SEP> '% <SEP> 1.5 <SEP> : <SEP> 1
<tb> 65 <SEP> % <SEP> 1.34 <SEP> : <SEP> 1
<tb> 75 <SEP> 0/0 <SEP> 1.215: <SEP> 1 Dans le dispositif décrit, le rapport du réducteur de vitesse se doit d'étendre dans les limites spécifiées dans ce paragraphe et le précédent.
Plusieurs dispositifs tels que décrit peuvent avoir respectivement des moteurs différents, chacun se distinguant par le couple et la puissance au frein mais tous pouvant néanmoins avoir des convertis seurs de couple hydraulique identiques, une perfor mance et un rendement satisfaisant étant obtenus en choisissant convenablement dans chaque cas le rap port du réducteur de vitesse intercalé entre le moteur et la roue motrice du convertisseur de couple dans les limites spécifiées plus haut.
Motion transmission device The present invention relates to a movement transmission device, comprising a hydraulic torque converter interposed between a motor and a driven shaft, this converter comprising a driving element, a driving wheel, a reaction wheel. and a turbine.
The device according to the invention is characterized in that it further comprises a speed reducer interposed between the driving element and the drive wheel of the converter, this reducer providing a reduction ratio of at least 1.2 : 1, and coupling means arranged between an element of the speed reducer and the drive element of the converter, the whole being arranged in such a way that when said drive element and the drive wheel rotate relative to the turbine, a liquid pressure appears in the converter causing the release of the coupling means and making the speed reducer operative,
said coupling means being engaged and the speed reducer rendered inoperative when the pressure inside the converter drops.
The appended drawing shows, by way of example, an embodiment of the device forming the subject of the present invention and which is applied to a mechanically driven vehicle.
Fig. 1 is a sectional view of the device showing the speed reducer in the inoperative position. Fig. 2 is a sectional view similar to FIG. 1 showing the reducer in an operative position.
Fig. 3 is a graph relating to speed ratios. In the device shown, the motor (not shown) is connected to the input shaft 1 which is fixed to a rotary housing 2 constituting the driving element of a hydraulic torque converter, this housing 2 being connected to a ring 3 of an epicyclic mechanical speed change. A cage 4 carrying the planetary gears of the speed change is fixed to a drive wheel 5 of the converter.
A sun gear 6 of the speed change is carried by a sleeve 7 and is prevented from turning backwards by a freewheel device 8 interposed between the sleeve 7 and a fixed housing 9. The drive wheel 5 of the torque converter drives a turbine 10 by means of the liquid in the hydraulic circuit. 11 designates a converter reaction wheel, this member being carried by a sleeve 12 which is prevented from rotating backwards by a freewheel device 13 interposed between the sleeve 12 and the fixed housing 9.
The turbine 10 is mounted on a sleeve 14 which is keyed on an output shaft 15 connected to the wheels of the vehicle in known manner. The turbine 10 can thus move in an axial movement relative to the output shaft 15.
The ring 3 has a conical inner face 16 arranged so as to cooperate with an outer conical face 17 of a member 18 to form a friction clutch. A suitable friction material may be provided on one of the conical faces <B> 16, </B> 17. The member 18 is mounted on the sleeve 7 or forms part of it and is, therefore, rigidly connected to the sun gear 6.
Springs 19 are housed in suitable cavities in the reaction member and are placed in such a way that they tend to move the reaction wheel 11 (and therefore also the turbine 10) to the left as shown in fig. 1, the thrust being exerted against the driving wheel 5 and, from there, by means of suitable thrust bearings absorbed in the device. A movement of the reaction wheel 11 to the left causes a corresponding movement of the sleeve 12 to the left which, in turn, causes the sleeve 7 to move to the left, the thrust being applied through a bearing of stop 20.
This forces the member 18 to move to the left with respect to the ring 3, so that the engagement faces 16, 17 engage and cause the engagement or coupling of the ring and of the sun gear of the speed reducer, the latter being rendered by this, inoperative as shown in fig. 1. The speed reducer then transmits power in the ratio 1: 1.
If a pressure develops in the region 2.1 of the torque converter, it causes the turbine to act like a piston, tending to push it (and therefore also the reaction member 11) to the right by compressing the springs 19. When this movement occurs, the sleeve 12 moves to the right and a shoulder 22 of this sleeve 12 engages with the left end of the sleeve 7 causing the latter to move to the right. The member 18 is then brought to the right and the clutch 16, 17 is released The operation of the motion transmission device described is as follows Assuming that the engine and the vehicle are stationary, the components are in the positions shown in fig. 1.
If now the motor is started but the output shaft 15 offers resistance to rotation, the housing 2 with the drive wheel 5 rotates relative to the turbine 10. This relative rotation causes or generates pressure in the cylinder. liquid of the hydraulic circuit in region 21 by the fact that the wheel 5, while rotating, drives the liquid out of the fixed turbine 10. This pressure causes the axial displacement of the turbine to the right and, thereby, the disengagement of the clutch 16, 17. The sun gear 6 tends to rotate backwards but is retained by the freewheel device 8. The change of gear speed is then operative and the torque applied to the driving wheel 5 is greater than that produced by the motor.
This makes the engine (and therefore housing 2) spin even faster compared to the stationary impeller 10. The pressure in region 21 thus increases and once the clutch 16, 17 begins to slip, it is instantly disengaged. so that there is no abnormal wear on the clutch faces 16, 17. The members then have the position shown in FIG. 2. When the engine is accelerated, more torque is applied to the turbine and the vehicle starts.
Assuming that it is desired to accelerate the vehicle to its maximum speed as quickly as possible the engine is controlled to give its maximum power and its torque is increased by the speed reducer, this torque being transmitted to the driving wheel 5. De more, the load on the motor is less than if there were no speed reducer interposed between it and the driving wheel so that this motor turns faster and, in general, develops greater power.
Therefore, thanks to the speed reducer, there appears a larger input torque and more input power to the torque converter, the latter thus continuing to act as a torque converter at a higher turbine speed. higher than it would otherwise be. As long as the torque conversion continues, the speed reducer remains in operation.
Assuming now that the driver no longer wishes to accelerate or drive at a speed approaching maximum, he reduces the speed of the engine and therefore the power supplied by it. When the power supplied by the engine is sufficiently reduced, the pressure in region 21 drops and the springs 19 cause the clutch 16, 17 to re-engage, the members returning to the position shown in FIG. 1. The speed reducer as well as the converter then transmit power in the ratio I: 1 and the reaction wheel 11 can turn forward thanks to the freewheel device 13.
Although the mechanism described above still operates as indicated, in order for the power transmission apparatus to be advantageous over the particular engine over the already known methods of power transmission, it is essential that the torque converter hydrau lique is of appropriate size and construction with respect to the particular engine and that the ratio of mechanical speed change is also appropriate for both said engine and the torque converter.
The size and characteristics of the motor will be chosen in accordance with the work the device is intended to perform and this choice will be based on well established principles of mechanical construction. In the device described, the size and construction of the hydraulic torque converter are such that if the motor is coupled directly to the drive wheel of the converter without interposition of any speed change, and must rotate at the maximum possible speed, while the turbine is kept fixed (this speed being hereinafter referred to as no-load speed),
the motor then reaches a speed which is not less than approximately 30% and not greater than approximately 70% of the speed at which it develops its maximum brake power (the latter speed being hereinafter referred to as optimum speed).
The ratio of free speed to optimum speed is hereinafter referred to as percentage speed.
The larger the torque converter, the better it transmits power in the 1: 1 ratio, but the slower the speed at which the torque conversion ceases and the drive only takes place at almost 1: 1 so that, the engine may not be able to develop its maximum power under the speed and load conditions at which this is desirable. If you want the device to operate for the greater part of its operation with a power transmission ratio of 1: 1, you will choose a torque converter of size and construction such that it gives a percentage of speed relatively low.
If it is desired that the power transmission act to increase engine torque over a wide speed range, a torque converter of such size and construction will be chosen as to provide a relatively high speed percentage. In the case of an automobile engine of approximately 2 liters of displacement and a brake power of approximately 70 HP,
a torque converter which gives a speed percentage of 55% is satisfactory. In the great majority of cases the torque converter is such that the speed percentage is not less than 30% or
greater than 75% but in exceptional cases it may be advantageous to use a torque converter giving a speed percentage slightly less than 30% (but never less than 25 0/0)
or a little more than 75 0/0 (but never more than 80 0/0). A torque converter of size and construction suitable for the intended purpose is one which gives a percentage speed in the range specified in this paragraph and the previous one.
The speed reducer interposed between the motor and the driving wheel provides a ratio which is not less than 1.2: 1, since the loss of efficiency, mechanical complications and the additional expense which inevitably result from the presence of such a reducer are in most cases not justified unless this reducer has a bare ratio less than 1.2: 1. On the other hand, the reduction ratio should not be as with the With the reduction gear operating and the turbine held stationary, the motor is rotated at a speed exceeding its optimum speed, and this imposes a limit on the size of the reduction ratio which is applicable in each case.
In the device described, the maximum admissible magnitude of the reduction ratio must be brought to the percentage of speed as shown in the graph of FIG. 3. Thus, if the speed percentage is 55%, the reduction ratio should not exceed 1.5: 1 and is between 1.2: 1 and 1.5: 1.
The actual ratio is chosen according to whether. it is desired that it be able to produce torque conversion at a high speed (in which case a relatively large ratio is chosen) or if it is preferred that the drive always take place 1: 1 above a relatively low speed (in which case a smaller ratio is chosen).
As shown in the graph of fig. 3, the maximum allowable magnitude of the reduction ratio in the case of certain speed percentages is as follows
EMI0003.0057
Percentage <SEP> Maximum <SEP> size
<tb> of <SEP> speed <SEP> of <SEP> ratio <SEP> of <SEP> reduction
<tb> 30 <SEP>% <SEP> 2.24 <SEP>: <SEP> 1
<tb> 45 <SEP>% <SEP> 1.71 <SEP>: <SEP> 1
<tb> 55 <SEP> '% <SEP> 1.5 <SEP>: <SEP> 1
<tb> 65 <SEP>% <SEP> 1.34 <SEP>: <SEP> 1
<tb> 75 <SEP> 0/0 <SEP> 1.215: <SEP> 1 In the device described, the speed reducer ratio must extend within the limits specified in this paragraph and the previous one.
Several devices as described may have respectively different motors, each distinguished by torque and brake power but all may nevertheless have identical hydraulic torque converters, performance and satisfactory efficiency being obtained by choosing suitably in each. the ratio of the speed reducer interposed between the motor and the drive wheel of the torque converter within the limits specified above.