FR2602843A1 - Boite de vitesses hydrodynamique-mecanique - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION A POUR OBJET UNE BOITE DE VITESSES HYDRODYNAMIQUE-MECANIQUE APPLICABLE NOTAMMENT AUX VEHICULES. LA BOITE DE VITESSES DE L'INVENTION COMPREND UN DIFFERENTIEL 2 DISTRIBUTEUR DE PUISSANCE DISPOSE EN AMONT D'UN CONVERTISSEUR DE COUPLE 3, UNE ROUE DE POMPE 6 REALISEE DE FACON A POUVOIR FREINER FORTEMENT, UNE ROUE DE TURBINE 9 PLACEE DANS LE CONVERTISSEUR EN TRAVERS DU SENS AXIAL DE TELLE SORTE QUE LE FLUIDE PASSE A TRAVERS LA ROUE 6, UN STATOR 7 DE COUPLEURS HYDRAULIQUE ET DANS LA TURBINE 9, LORSQUE LE SENS DE FONCTIONNEMENT EST CELUI DE LA TRACTION; LA BOITE COMPORTE ENCORE UN FREIN 14 DE LA POMPE 6 ET UN DISPOSITIF DE COMMANDE 16 A DISTRIBUTEURS 17, 18.
Description
L'invention est du domaine de la mucanique et elle a pour objet une boîte
d(le vitesses hydrodynamique-mécanique, ou mécanohydrodynamique, de préférence pour des véhicules automobiles, du genlre comportant un convertisseur de couple consistant en une roue de pompe
entraînée par l'organe moteur, en un stator d'embrayage hydraulique immobile dans un carter, en une roue dle turbine orientable en sens inverse de la pompe, ainsi qu'en un dispositif inverseur du sens de marche de la roue de turbine 10 destiné au freinage du véhicule.
On rappelle que, surtout dans des boites de vitesses automatiques pour des véhicules avec lesquels on doit fréquemment démarrer ou freiner, par exemple des omnibus ou autres véhicules utilitaires, on 15 utilise avec succès des convertisseurs hydrodynamiques de couple qui se caractérisent par un démarrage sans usure et
avec lesquels on peut aussi freiner.
Une boîte de vitesses du genre précité a été rendue publique par le brevet allemand 20 20 21 543 (US-PS 3 749 209) qui divulgue une boîte de vitesse hydrodclynamique-mécanique avec un convertisseur de couple dont la roue de turbine est munie d'un dispositif de changement de marche réalisé en engrenage planétaire pour inverser le sens de la rotation en vue d'un freinage. En 25 outre, i.l] est; montré dans ce document les façons possibles d'effectuer le passage du travail de traction au travail de freinage, le plus rapidement possible et malgré tout sans secousse. Par le brevet allemand 23 37 431 30 (US-PS 4 099 426) Il'on connaît en outre une boîte de vitesses, particulièrement pour une utilisation dans les scrapers, dans laquelle on a attribué au moins un convertisseur de couple à chaque sens de marche. Les roues de pompe de tous les convertissseurs de couple de la boite de vitesses 35 sont reliées à des machines de commande et sont actionnées dans le même sens de marche. Les roues de turbine sont partiellement en rotation en sens inverse l 'une par rapport
à l'autre.
En utilisation, la- roue de pompe et la roue de turbine se trouvent ainsi dans un sens de marche contraire dans au moins un convertisseur de couple. 5 La mise en service et la mise hors service du convertisseur de couple s'effectue par le remplissaot et la vidange du liquide de service. Si l'on introduit à présent]e liquide de travail dans un convertisseur de couple avec une turbine momentanément en rotation contraire, celui-ci développe une 10 force de freinage qui peut être modulée au moyen de la machine de commande par le nombre de tours de la pompe concernée. Par le brevet allemand 25 18 186 (US-PS 4 077 502) a été divulguée une boite de vitesses 15 hycdrodynamique-m6canique pour des véhicules avec un convertisseur de couple dont la roue de turbine est en rotation contraire par rapport à la roue de pompe pendant la traction. L'on y a reconnu que les caractéristiques de base de ce type de convertisseur peuvent être exploitées de façon 20 avantageuse pour un freinage hydrodynamique avec une roue de
pompe en rotation. Dans ce cas,]e nombre de tours de la roue dépend du glissement de l 'embrayage à friction d'entrée. Grâce à ces caractéristiques du convertisseur, l'embrayage d'entrée du type connu de freinage hydrodynamique 25 n'est que très peu chargé.
Les boites de vitesses connues avec des convertisseurs de couple utilisées pour le freinage sont reconnus comme bons. La force lde freinage développée par le convertisseur de couple selon le brevet allemand 30 20 21 543 n'est pourtant pas toujours satisfaisante pour toutes les conditions de service, à cause des dimensions du convertisseur de couple limitées par l'encombrement maximal d'une boite de vitesse. L'augmentation de la force de freinage du convertisseur de couple selon le brevet allemand 35 25 37 431, à l'aide d'une augmentation du nombre de tours des pompes, se fait au détriment d'une alimentation, non
rentable en puissance, par la machine de commande.
L'invention a pouxr' but d'augmenter la force de freinage d'un convertisseur de couple rel ié à une boîte de vitesses dont l a roue de turbine est actionnée en sens inverse en vue d'un freinage, sans nuire au rendement de la boite de vitesse dans son ensemble. Selon la présente invention, une boîte de vitesses à plusieurs rapports, applicable notamment aux véhicules automobiles, comportant un convertisseur de couple consistant en une roue de pompe entraînée par 10 I 'organe moteur, en un stator d'embrayage hydraulique immobile dans un carter, en une roue de turbine orientable en sens inverse de la pompe, ainsi qu'en un dispositif inverseur du sens de marche de l a roue de t urbine det.i né au fi.c:inage du véhicule, comporte ('une manière générale une 15 disposition qui entraîne, pendant le freinage, un mouvement de l. otation de la roue de pompe 6 du conuvert:isseui 3 dirige
dans un sens inverse de celui de a traction.
Les roues de pompe visées par le brevet allemand 25 37 431 restent toujours reliées à la 20 machine de commande pendant le freinage et sont toujours en rotation commune. A cause de la puissance absorbée, due au service parall]èle des deux roues de pompe, on est forcé de vider le convertisseur de couple lorsqu'il ne se trouve pas en état de marche. Dans ce cas, même] 'air enfermé absorbe 25 une certaine partie de la puissance. Un réchauffement néfaste du convertisseur de couple à la suite d'une ventilation d'air est évité ici par la fermeture des aubes
directrices faites de façon amovible.
Le convertisseur de couple du 30 brevet allemand 20 21 543 reste cependant toujours rempli.
La roue de pompe du convertisseur de couple est freinée pendant]le changement de marche dans]la mise en traction purement mécanique jusqu'à l 'arrêt. Aussi pendant le freinage la roue de pompe reste immobile tandis que la roue de 35 turbine fonctionne comme une pompe. Dans ce cas, la roue de pompe joue le rôle d'un stator d'embrayage et détermine 1 'alimentation de la roue de turbine et ainsi 1 'importance -de la force de freinage. Dans ce cas la circulation d(u 1 iquide de service à 1 'intérieur du convertisseur se trouve opposée à celle existant pendant la traction. L'aubage de la roue de pompe cependant n'est optimal que pour la traction 5 et le sens du courant qui y existe. Pour cette raison, on ne peut pas atteindre des valeurs de puissance au frein pleinement satisfaisantes avec ce convertisseur de couple connu. Des essais de freinage avec une roue de pompe desserrée ont échoué, car ici il s'est révélé que le desserrage du frein de la roue de pompe et que la course libre complète de]a roue de pompe conduit à des phénomènes de courants instables dans]le convertisseur. La conséquence en est un épuisement complet de I a force de freinage de l a
roue de turbine.
Cependant les inventeurs ont découvert que la force de freinage de la roue de turbine peut être augmentée si l'on fait en sorte que dans le cas d'un freinage hydrodynamique (à la différence dle celui du brevet allemand 25 1P 186) non seulement la roue de turbine mais 20 aussi la roue de pompe sont en rotation contraire, donc opposée au sens de marche pendant la traction. Dans ce cas, le changement du sens de marche de la roue de pompe, par exemple grâce à une disposition de 'invention, peut être déclenché de façon hydraulique (au début d'un processus de 25 freinage) au moyen de] 'inversion de la marche de la roue de
turbine et par le reversement consécutif de la circulation du liquide de travail dans le convertisseur; c'est à-dire que l a roue de pompe travaille maintenant comme une turbine.
Dans ce cas, il est pourtant important de maintenir un 30 certain nombre de tours de la roue de pompe en rotation arrière à l 'aide d'un retardement contrôlé; la force de freinage de la roue de turbine est dépendante du nombre de tours de]a roue de turbine. Une autre possibilité est
encore proposée par 1 'invention.
Suivant une autre caractéristique de l'invention un différentiel distribuant la puissance est disposé en amont du convertisseur de couple et la roue de pompe est ral i sée de façon à pouvoir frei ner avec une grande résistance mécanique; en outre une roue de turbine est placée en travers du sens axial et disposée dans le convertisseur de couple de telle manière que le]iquide de 5 travail, pendant le travail de traction, passe d'abord à travers la roue de pompe, ensuite dans le stator d'embrayage
hydraulique et enfin dans la roue de turbine.
De préférence]la boite de vitesses comporte en outre un élément actionnable pour freiner la 10 roue de pompe dans sa rotation dans le sens de rotation induit par le courant du liquide dans le convertisseur pendant le freinage; avantageusement] 'élément actionnable pour freiner la roue de pompe est un mécanisme de manoeuvre actionnabie par pression et capable de glissement; avanta15 geusement encore la roue de pompe pendant le freinage, peut être couplée avec la roue de turbine à] 'aide d'un organe mécanique de commande; une installation d'embrayage entre la roue de pompe et un arbre relié à la roue de turbine, sert à transmettre la rotation contraire de]la roue de pompe 20 pendant le freinage; avantageusement enfin, la rotation contraire, pendant le freinage, est produite entre]la roue de pompe et la roue de turbine par un engrenange planétaire embrayable qui se trouve dans la botte de vitesses et sert
aussi à d'autres fonctions de réglage.
Suivant une variante de réalisation la botte <le vitesse de] 'invention incorpore un dispositif de commande grâce auquel, dans le cas d'un ordre de freinage, le dispositif de manoeuvre actionnant la roue de pompe pendant la traction est desserré, et le dispositif 30 d'accouplement embrayable pour la rotation contraire de la
roue de pompe est mis en marche.
Suivant une dernière caractéristique la roue solaire de] 'engrenage différentiel peut être freinée au moyen d'un frein différentiel et le dispositif de 35 commande est disposé sur la partie en rotation du frein différentiel. La présente invention sera mieux comprise grace aux figures de la planche unique annexée dans laquelle - la fig.1 est une réprésentation schématique d'une boite de vitesses mécanohydrodynami5 que de l'invention, conforme à une première variante, et - la fig.2 est imne illustration analogue d'une boite de vitesses conforme à une seconde variante.
La fig. 1 montre une boîte de 10 vitesses entrainée par une machine d'entraînement non-représentée, consistant en un arbre menant 1, en un engrenage différentiel 2 connu en soi, en un convertisseur de couple 3, et en un engrenage secondaire 4 connu en lui-même.
L'entraînement des roues du véhicule non-représenté s'effec15 tue à l 'aide d'un arbre; de sortie 5. Le convertisseur de couple 3 consiste en une roue de pompe 6 et en un stator d'emhrayage hydraulique 7 qui est relié de façon fixe avec un carter de convertisseur 8, ainsi qu'en une roue de turbine 9 disposée dans la zone radiale intérieure du 20 convertisseur de couple 3 et traversée de façon axiale. La roue de turbine 9 est en relation avec 1 'arbre de sortie par l'intermédiaire d'un arbre 10 de la roue de turbine, ainsi que par l'intermédiaire d'ensembles planétaires 11 et 12 de l 'engrenage secondaire. L'entraînement à partitr du 25 moteur s'effectue à l'aide de l 'engrenage différentiel 2 réalisé en engrenage planétaire. Dans ce cas, l'introduction de la puissance s'effectue à l'aide de la couronne 2a cóu train planétaire, la transmission dc la partie de puissance mécanique sur l'arbre <le sortie à 1 'aide du porte-satellite 30 2b, et la transmission de la partie de puissance hydraulique sur la roue de pompe, au moyen de la roue solaire 2c et à l'aide d'un dispositif de commande 14 et d'un arbre 13 de la roue de pompe. On peut arrêter la roue solaire 2c au moyen d'un frein ('-ff6renti,?. 20. DarLs ce cas la puissance du 35 moteur est transmise de façon purement mécanique sur l 'arbre de sortie. En même temps, cependant, la roue de pompe est arrêtée puisque le dispositif de commande 14 est normalement, fermé en état de marche. La disposition des roues de l'engrenage planétaire-différenticl 2 a été en fait réalisée de telle manière que la roue solaire 2c ainsi que la roue de pompe soient en rotation contraire par rapport à J 'arbre 2c 5 et à l 'arbre de sortie 5. Cependant pendant la traction, la roue de turbine 9 est en rotation contraire par rapport à la roue de pompe 6, c'est-à-dire dans le même sens de marche que l 'arbre de sortie, grâce à l'engrenage secondaire 4 ou à l'ensemble planétaire 11. La direction du courant dans le 10 convertisseur a été indiquée, dans la fig.1l, par la flèche T. Pour le freinage on actionne un frein à disques multiples 12 de la couronne de] 'engrenage planétaire. Dans ce cas, la roue de turbine 9 est mise en 15 rotation opposée à l 'aide de l 'ensemble planétaire 11 avec un courant de force simultané. La roue de turbine 9 travaille, dans cet état de marche, comme une pompe et produit dans le convertisseur de couple un courant circulaire renversé par rapport au travail de traction (flèche B) 20 afin que la roue de pompe 6 fonctionne comme une turbine dans le sens de rotation opposé à celui défini pendant la traction. Par un desserrage dosé du dispositif de commande, c'est-à-dire par la mise au point d'un certain réglage dans le dispositif de commande 14, la roue de pompe 6 commence 25 ainsi à tourner. A l 'extrémité radiale intérieure des aubes
de la roue de pompe i] se produit une prétorsion qui mène à une augmentation considérable du moment de freinage développé par la roue de turbine 9.
Par la référence 16 on a indique 30 une particularité de la commande de l'engrenage. Celle-ci comporte deux distributeurs 17 et 18, avec lesquels le fluide de pression transporté par la pompe 19, normalement le liquide de travail de la botte de vitesses, est amené vers les pistons d'actionnement du frein différentiel 2d et
du dispositif de commande 14.
Si un signal d'actionnement du frein différentiel 2d arrive au distributeur 17 (changement dans la zone de service mécanique) celui-ci est passé de la position de repos à la position de travail, et le fluide de pression arrive au piston de manoeuvre du frein différentiel 2d. En même temps, le fluide de pression afflue vers le 5 distributeur 18 qui est maintenu en position ouverte à l'aide d'un ressort afin que le piston de manoeuvre puisse être chargé en pression. Dans l'exemple présent d'exécution, les disques extérieurs se trouvbnt sur la partie du dispositif qui porte les disques intérieurs pour le frein différen10 tiel. De cette manière, on obtient un arrêt simultané de la roue solaire 2c et de la roue de pompe 6. Le distributeur 18 peut en outre être amené en position intermédiaire par un signal "freiner" provenant de la commande de la botte de vitesse. Dans cette position, i] s'effectue une baisse de la 15 pression devant le piston de manoeuvre du dispositif de commande 14. De cette manière, la roue de pompe 6 peut, sous l'influence du moment d(le torsion produit par le courant, comme décrit ci-dessus, prendre un mouvement de rotation dirigeable. Le frein différentiel 2d reste dans ce cas 20 fermé. Après la fin du processus de freinage, le distributeur 18 est de nouveau amené en position complètement ouverte, afin que la roue de pompe 6 s'arrête. Naturellement, il faut pour cela de nouveau desserrer le frein à
disques 12d.
Dans la fig.2 on a montré une autre possibilité avec laquelle on induit une rotation contraire de la roue de pompe. La construction de l 'engrenage correspond à celle de la fig.l1. Cependant en plus de cela on a encore prévu un dispositif d'embrayage 15 entre le 30 dispositif de commande 14a et l'arbre de sortie 5. Le
dispositif d'embrayage peutit également être exécuté comme un embrayage à disques actionné par pression. Dans le dispositif de commanride 16 on a maintenant installé la soupape 17.
Si on] 'actionne, une partie du fluide hydraulique est 35 amenée non seulement au frein différentiel mais aussi à une soupape de changement de marche 20 avec deux positions de travail. Dans] 'une des positions de travail correspondant au service de traction, le fluide afflue vers le piston de manoeuvre du dispositif de réglage 14. Lorsque le signal "freiner" arrive, la soupape 18 prend l'autre position de service, par laquelle le dispositif de réglage 14a est 5 desserré, et, à sa place le dispositif d'embrayage 15 est actionné. La roue de pompe 6 est ainsi couplée sur l'arbre de sortie 5 correspondant à une rotation opposée au sens de marche en traction. Puisque la roue de pompe, comme déjà mentionné, travaille comme une turbine, un moment de torsion 10 minimal est transmis sur l'arbre de sortie 5. L'augmentation du moment de freinage développé par la roue de turbine 9, à la suite de la prétorsion à la sortie de la roue de pompe 6 provenant de la rotation contraire, est pourtant considérable, malgré une petite diminution due au moment de la 15 turbine développé dans la roue de pome 6. f la fin du processus de freinage, le dispositif d'embrayage 15 est de nouveau desserré tandis qu'à sa place, le dispositif de
réglage 14a est fermé.
La disposition du frein diffé20 rentiel 2d, du dispositif de réglage 14a ainsi que celle du dispositif d'embrayage 15 peut être réalisée à l' intérieur de la boite de vitesses, dans un plan donc de façon concentrique l'un dans l'autre ou de façon axiale l'un à côté de l'autre, selon les possibilités de place dans la 25 boite de vitesses ou les dimensions nécessaires. Le transport du fluide hydraulique vers]e dispositif de réglage 14a peut s'effectuer soit à l'aide de l'arbre de la roue solaire 2c soit à l 'aide de l'arbre de la roue de pompe 13. Le fluide hydraulique du piston de manoeuvre peut également 30 être amené vers le dispositif d'embrayage 15 à partir de
] 'arbre de la roue de pompe 13 ou de] 'arbre de sortie 5.
Aussi bien le dispositif de réglage 14a que le dispositif d'embrayage 15 sont exécutés, dans l'exemple de réalisation présent, comme des éléments commandés par disques. Néa35 nmoins, d'autres formes de réalisation sont également possibles. Selon la construction de la boîte de vitesses dans laquelle le convertisseur de couple selon l 'invention est installé, des dispositions différentes peuvent également
être prévues pour rendre possible, pendant]e' freinage, sur la roue de pompe, le mouvement de rotation opposé à la roue de turbine. En outre, il est possible, à l'aide d'un système 5 régulateur de la pression de faire varier la pression de manoeuvre du dispositif de réglage 14a, ou du dispositif d'embrayage 15, de telle manière que la roue de pompe 6 puisse prendre à volonté des nombres de tours à l'aide du glissement variable dclans les rangées des disques. Grâce à o10 celà, on obtient une autre possibilité de régler la puissance de freinage.
En plus des exemples d'exécution représentéb dans les fig.1 et 2, la disposition suivante est également envisageable: la boite de vitesses est exécutée 15 comme une boite purement hydrodynamique sans engrenage différentiel 2 distribuant le rendement entre l'arbre menant et le convertisseur de couple. La roue de pompe 6 du convertisseur de couple est en relation avec l 'arbre menant 1 à] 'aide d'un embrayage amovible, tandis que la turbine 9 20 du convertisseur de couple est en relation avec l'arbre de
sortie 5 à 1 'aide d'un engrenage intermittant et un engrenage inverseur.
Pendant le freinage, la roue de pompe 6 est détachée de l'arbre menant et, à l'aide d'un 25 élément de réglage par friction qui doit être chargé et capable de glisser, elle est couplée sur l 'arbre menant de façon directe ou indirecte cde telle manière qu'un certain nombre de tours de la pompe soient induits dans le sens inverse de celui de la rotation en traction. Naturellement, 30 la roue de turbine doit aussi, comme dans les exemples de réalisation décrits au début être inversée pendant le freinage par rapport à son sens de marche à 'aide d'un
engrenage d'inversion.
Bien que l'on ait décrit et/ou 35 représenté des formes particulières de réalisation de] 'invention, i] doit être compris que sa portée n'est pas limitée à ces formes de réalisation mais qu'elle s'étend à 1 1
toute boite de vitesses et/ou tout convertisseur de couple comportant]les caracté(ristiques générales ou particul ières énoncées plus haut.
Claims (6)
1.- Boite de vitesse à plusieurs rapports, applicable notanmment aux véhicules automobiles, comportant un convertisseur de couple consistant en une roue de pompe entrainée par l'organe moteur, en un stator d'embrayage hydrauli5 que immobile dans un carter, en une roue de turbine orientable en sens inverse de la pompe, ainsi qu'en un dispositif inverseur du sens de marche de la roue de turbine destiné au freinage du véhicule, caractérisée: par une disposition qui entrai10 ne, pendant le freinage, un mouvement de rotation de la roue de pompe (6) du convertisseur (3) dirigé dans un sens inverse de celui de]a traction; 2.- Boite de vitesses selon la revendication 1, caractérisée: par le fait qu'un différentiel (2) distribuant la puissance est disposé -en amont du convertisseur de couple (3), et la roue de pompe (6) est réalisée de façon à pouvoir freiner avec une grande résistance mécanique;
3.- Boîte de vitesses selon les revendications 1 et 2,
caractérisée: par une roue de turbine (9) placée en travers du sens axial et disposée dans le convertisseur de couple de telle manière que -le liquide 25 de travail, pendant le travail de traction, passe d'abord à travers la roue de pompe (6), ensuite dclans le stator d'embrayage hydraulique (7) et enfin dans la roue de turbine (9);
4.- Boite de vitesses selon une des revendications 1 à 3, 30 caractérisée:
par un élément (14.) actionnable pour freiner la roue de pompe (6) dans sa rotation dans le sens de rotation (fig.l) induit par le courant du liquide dans le convertisseur (3) pendant le freinage; 5.- Boite de vitesses selon la revendication 4, caractéri5 sée: par_ le fait que l'élément actionnable pour freiner la roue de pompe (6) est un mécanisme de manoeuvre (14) actionnable par pression et capable de glissement;
6.- Boite de vitesses selon une des revendications 1 à 3,
caractérisé: par le fait que la roue de pompe (6), pendant le freinage, peut être couplée avec la roue de turbine (9) à l'aide d'un organe mécanique de 15 commande (15) (fig.2); 7.- Boite de vitesses selon la revendication 2, caractérisée: par une installation d'embrayage (15) entre la roue de pompe (6) et un arbre (5) relié à 20 la roue de turbine (9), sert à transmettre la rotation contraire de la roue de pompe (6) pendant le freinage;
8.- Boite de vitesses selon une des revendications 1 à 7,
caractérisée: par le fait que la rotation 25 contraire, pendant le freinage, est produite entre la roue de pompe (6) et la roue de turbine (9) par un engrenage planétaire (11) et (12) embrayable qui se trouve dans l'engrenage et sert aussi à d'autres fonctions de réglage;
9.- Boite de vitesses selon une des revendications 1 à 7,
caractérisée: par un dispositif de commande (16a) grâce auquel dans le cas d'un ordre de freinage, le dispositif de manoeuvre (14) actionnant la roue de' pompe (6) pendant la traction est desserre, et le dispositif d'accouplement (15) embrayable pour la rota5 tion contraire de la roue de pompe (6) est mis en marche; lO.-Boîte de vitesses selon 1a revendication 9, caractérise: par le fait que la roue solaire 10 de l'engrenage différentiel (2) peut être freinée au moyen d'un frein différentiel (2d) et- que le dispositif de commande (14,14a) est disposé sur la partie en
rotation du frein différentiel.
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