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Mécanisme de transmission pour véhicules automobiles.
L'invention concerne un mécanisme de transmission pour véhicules automobiles.
Elle a pour objet une combinaison d'un mécanisme de changement de vitesses avec un embrayage hydraulique connu sous le nom de "volant hydraulique".
La combinaison de l'invention a pour effet de faire agir l'embrayage hydraulique dans des conditions de rendement déterminées qui se trouvent dans un rapport donné avec la gamme des rapports de vitesses établie par le mécanisme de changement de vitesses.
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L'embrayage hydraulique peut comporter un type connu quelconque d'ailettes radiales ou des alvéoles profilés d'une forme ordinaire et on peut employer des carters séparés pour l'embrayage et pour l'ensemble de la transmission. Dans la forme de réalisation décrite ci-après, ces deux éléments sont renfermés dans un carter unique.
Ladite forme de réalisation ne comporte pas d'embrayage principal sur le moteur, car l'état de marche à vide ou neutre est obtenu en libérant complètement tous les éléments de contrôle de la transmission, outre que l'embrayage hydraulique comporte un facteur de glissement en marche à vide.
Ainsi qu'on le verra ci-après, la marche arrière séparée est inutile dans le mécanisme décrit ci-après; pour obtenir la marche arrière on utilise un élément de le trans- mission qui fonctionne normalement en marche avant.
On comprendra mieux la nature et la portée de l'invention d'après les caractéristiques de sa mise en oeuvre exposées ci-après avec le dessin annexé à l'appui, sur lequel:
La figure 1 est une demi-coupe d'un mécanisme de transmission suivant l'invention, l'arbre de commande se trouvant à gauche et l'arbre commandé à droite;
La figure 2 est une coupe du mécanisme de la figure 1 suivant la ligne 2-2;
La figure 3 est un graphique indiquant les rendements portés en ordonnées et les vitesses portées en abscisses pour diverses conditions de marche du mécanisme des figures 1 et 2.
Le mécanisme représenté est une combinaison d'un mécanisme de changement de vitesses sélectif avec un turbo-embrayage hydraulique du type connu sous le nom de volant hydraulique, agencée de façon que, pour des rapports de vitesse
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choisis du mécanisme de changement de vitesses le rendement du turbo-embrayage hydraulique augmente proportionnellement, ou inversement que le facteur de glissement dudit embrayage diminue progressivement.
Sur la figure 1, l'arbre de commande 1 du moteur est réuni à un boîtier rotatif 2, èn 3 par des boulons appro- priés ou par un moyen similaire, le palier directeur 4 sup- portant un arbre 5 sur lequel est calée une roue 6 à ailettes de turbine,combinés avec une roue complémentaire 7 à ailettes de turbine. Le bottier 2 entoure et renferme les roues à ailet- tes 6 et 7 et se termine par une bride 9, sur laquelle est fixée une couronne dentée 10.
Un arbre creux 11 entoure l'arbre 5 sur une portion de sa longueur et est relié rigidement à un porte-satellites 12 et à la roue à ailettes 7. Des broches 13 fixées dans le porte-satellites 12 servent d'arbres à des satellites 14, qui engrènent avec la couronne 10 et avec une roue centrale ou planétaire 15 calée sur l'arbre creux 16 qui entoure l'arbre 11. Un élément de tambour 17 calé sur l'arbre 16 constitue une surface de freinage 19 et supporte aussi un groupe d'éléments d'embrayage 20 correspondant avec des éléments d'embrayage 21 disposés de façon à tourner avec le porte-satellites 12.
Un moyeu d'embrayage 22 fixé sur un prolongement vers l'arrière de l'arbre 11 sert de moyen de montage pour un autre groupe d'éléments d'embrayage 23 correspondant avec un groupe d'élé- ments d'embrayage 24 supportés par un tambour 25, qui est en une seule pièce avec une âme 26, la portion extérieure du tam- bour 25 constituant également une surface de freinage. L'âme 26 du tambour 25 est supportée sur l'arbre 11 par un palier 27.
Le tambour25esten une seule pièce avec un arbre creux 29 sur lequel est calée une roue centrale 30 qui engrène avec les satellites 31, tournant sur des broches 32 montées @
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dans un porte-satellites 33. Les satellites 31 engrènent aussi avec une couronne dentée 34 en une seule pièce avec un tambour 35 fixé sur l'arbre 5. Le porte-satellites 33 est fixé sur un tambour 36, comportant une surface de freinage extérieure 37 et l'âme 39 du tambour 36 constitue le support du troisième groupe d'engrenages qui assurent la marche arrière.
Ce troi- sième groupe comporte une roue centrale ou planétaire 40, calée sur l'arbre 5, des satellites 41 montés sur des broches 42 qui tournent avec l'âme 39 et sont fixées sur elle et une couronne dentée 43 en une seule pièce avec le tambour 44 qui tourne avec l'arbre commandé ou chargé 50. Le palier de butée 45 supporte l'extrémité de l'arbre 5 dans l'arbre 50.
Un élément de frein 46 agit de façon à empêcher le tambour 17 de tourner; un élément de frein similaire 47 peut bloquer le tambour 35 et un troisième frein 49 peut également empêcher le tambour 36 de tourner.
Le moyen par lequel on accouple et désaccouple les divers embrayages et freins est le suivant:
L'embrayage 20,21 s'accouple par l'action d'une plaque de pression 51 mise en mouvement par des pistons 52 qui se déplacent dans des cylindres 53 en une seule pièce avec le tambour 17. Le fluide sous pression est amené dans les cylindres 53 par des canaux de passage 54 venant d'un presse- étoupe 55 monté au-dessus de l'arbre 11 et recevant le fluide sous pression par un tuyau 56 d'un dispositif de contrôle (non figuré) qui contrôle également la. pression du fluide faisant fonctionner le dispositif appliquant le frein, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 2.
La figure 2 représente l'ensemble du frein 46, mais peut représenter également le dispositif appliquant les freins 47 et 49.
@
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Pour la commande, le frein 46 et l'embrayage 20, 21 et le frein 47 et l'embrayage 23-24 peuvent être manoeuvrés en coordination, tandis que le frein 49 seul a besoin d'être manoeuvré indépendamment. Le dispositif de commande peut être agencé de façon à actionner individuellement un frein ou un embrayage, ou une combinaison de deux freins et de deux embrayages, ou un frein et un embrayage, ou toute autre combinaison nécessaire à volonté pour établir des combinaisons de vitesses différentes.
La figure 2 représente un cylindre 60 dans lequel se meut un piston 59 disposé de façon à comprimer des ressorts 61 et à faire mouvoir une tige de piston 63. Les ressorts 61 agissent normalement sur le piston 59 de façon à faire osciller le levier 64 autour du pivot 65, et à faire cesser par l'intermédiaire de l'alvéole 66 la poussée s'exerçant sur la tige 67 qui pivote autour de l'oeil 69 du ruban de frein 46. L'extrémité fixe 70 du ruban 46 peut être réglée au moyen d'un écrou 71 se vissant sur la partie filetée d'un boulon fendu 72. Un fluide sous pression provenant d'une source extérieure servo motrice,est amené par l'intermédiaire d'un dispositif de commande approprié (non figuré) par l'orifice 75 sur la face supérieure du piston 59 et sur la face inférieure du piston 59 par un orifice 76.
Suivant les caractéristiques de commande choisies par le constructeur, l'orifice 76 peut être relié extérieurement au tuyau 56, de façon à faire manoeuvrer en coordination le frein 46 et l'embrayage 20-21, c'est-à-dire que, lorsque le fluide sous pression arrive par les deux orifices 75 et 54, le frein 46 se desserre et l'embrayage 20-21 s'accouple. Pendant que ce changement s'accomplit, le fluide sous pression peut être admis par l'orifice 76 du cylindre 60, de sorte que la durée du desserrage du frein 46 et la capacité d'entraînement
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de l'embrayage 20-21 peuvent être modifiées.
Ou bien la commande de l'arrivée du fluide sous pression dans les orifices 75, 76 du cylindre 60 et dans le tuyau 56, peut être disposée de façon à agir successivement, afin qu'au lieu que le frein se desserre pendant que l'embrayage s'accouple, il existe un temps d'arrêt neutre pendant lequel il ne se produise aucun entrafnement résultant de l'action du frein et de l'embrayage.
La même observation s'applique à l'une quelconque des combinaisons de frein et d'embrayage.
Le mécanisme décrit ci-dessus comporte donc trois groupes unitaires d'engrenages. Le premier groupe unitaire comprend le planétaire central 15, la couronne 10, le portesatellites 12 et les satellites 14 et les éléments combinés à savoir le frein 46 et l'embrayage 20-21, qui fonctionnent de façon que lorsque le frein 46 est appliqué sur le tambour 17, le planétaire 15 sert d'élément de réaction, de sorte que la couronne 10 en tournant fait tourner la, roue à ailettes 7 à une vitesse réduite par rapport à l'arbre du moteur 1. D'autre part, lorsque l'embrayage 20-21 est accouplé et le frein 46 desserré, la liaison établie entre le porte-satellites 12)et le planétaire 15 fait tourner la roue à ailettes 7 à la vitesse du moteur.
En actionnant alternativement le frein 46 et l'embrayage 20-21, on fait varier la, vitesse de rotation de la roue à ailettes 7 par rapport à celle du moteur. Lorsque ni le frein 46, ni l'embrayage 20-21 ne sont actionnés aucun mouvement d'entrafhement ne peut être transmis par l'intermédiaire des roues à ailettes 6, 7 et au reste de la transmission.
Le second groupe unitaire consiste dans la couronne 34, le planétaire 30, les satellites 31, le porte-satellites 33 et les éléments combinés, à savoir le frein 47 et l'embrayage 23, 24, qui fonctionnent de façon à provoquer des variations
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dans l'entraînement entre le premier groupe et les éléments décrits ci-après, qui transmettent la commande à l'arbre commandé 50. En actionnant alternativement le frein 47 et l'embrayage 23-24, on obtient des variations de vitesse entre les arbres 5 et 50 qui résultent des variations de vitesse .subies par la roue centrale 30.
Le troisième groupe unitaire qui se compose de la roue centrale 40, des satellites 41, de la couronne 43 et des éléments combinés, à savoir le frein 49, a deux fonctions : ilsert de transmission de marche arrière lorsque le frein 49 empêche le tambour 36 de tourner et de dispositif d'accouplement variable avec le frein 49 desserré, lorsqu'un couple peut être appliqué à la roue centrale ou planétaire 40 et simultanément à la couronne 34 et lorsque la couronne 43 détermine le couple transmis à l'arbre 50. En actionnant le frein 47 et l'embrayage 23, 24, on agit donc sur les conditions de marche du premier et du second groupe, tandis que le frein 49 sert seulement à établir la marche arrière.
Le fonctionnement est le suivant. Le moteur étant réuni à l'arbre 1 et tournant à vide à faible vitesse, et la charge du véhicule étant appliquée à l'arbre 50, si aucun des freins ni des embrayages décrits n'est serré ni accouplé, il est évident qu'aucun entratnement ne peut exister puisqu'aucune réaction n'est établie entre la couronne 10 tournant à la vitesse du moteur et la couronne 43 réunie à l'arbre commandé 50.
Si la vitesse du moteur augmente à partir de cette faible vitesse à vide, faisant tourner les satellites 41 et le planétaire 15 entraînés par friction, au moment où un couple de glissement s'établit entre les roues à ailettes 6, 7 par circulation d'huile à travers les canaux de passage des ailettes, l'arbre 5 fait tourner l'engrenage 40 et comme la couronne 43
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est immobile, les satellites 41 tournent et font tourner le tambour 36. Si, à ce moment, on serre le frein 49, la roue à ailettes 6 est soumise à une charge croissante.
Si on suppose que la charge sur l'arbre 50 est forte et que la vitesse de rotation du fluide dans les éléments 6,7 du volant hydraulique est suffisante, la vitesse de la roue à ailettes 7 diminue, de sorte que la couronne 10 tournant sur les satellites 14 qui ralentissent, fait tourner le planétaire 15 et les éléments qui y sont reliés en sens inverse à une certaine vitesse supérieure à celle du moteur. Il est évident que ce couple de forces résiduelles ne peut pas transmettre le mouvement à l'arbre 50, de sorte que le dispositif dans la situation décrite jusqu'à présent ne transmet aucun mouvement et reste neutre.
Si l'on serre seulement le frein 46 qui immobilise le planétaire 15, le couple agissant sur la couronne 10 force la roue à ailettes 7 à tourner à une certaine vitesse inférieure à celle du moteur en raison de la démultiplication résultant des éléments 15, 14 et 10. L'arbre 50 ne peut encore être entraîné, étant donné que la force d'accouplement transmise par la roue à ailettes 7 à la roue à ailettes 6 ne peut que faire tourner le porte-satellites 39 et le tambour 36 qui n'ont aucune liaison soit par le frein 47, soit par l'embrayage 23-24.
On voit donc que pour que le couple soit transmis du moteur à l'arbre commandé 50, il faut qu'il existe une liaison ou une réaction dans le second et le troisième groupe.
Si maintenant le frein 47 est serré également, le planétaire 30 devient un point de réaction. Le frein 46 du premier groupe étant serré, la roue à ailettes 7 est obligée de tourner en transmettant un couple à l'arbre 5 par la roue à ailettes 6. La couronne 34 et le planétaire 40 tournant tous
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deux, le porte-satellites 33 tourne car le planétaire 30 agit comme point d'appui et le porte-satellites 39 tournant avec elle reçoit un couple, à cause de la résistance de la couronne 43, le mouvement de rotation de la couronne 43 et de l'arbre commandé 50 est donc un mouvement composé: le couple provenant de l'arbre 5 est partagé entre les roues d'engrenages 34 et 40 et se recombine à la roue 43 avec un avantage mécanique suivant les rapports des engrenages des second et troisième groupes.
La totalité du couple transmis à l'arbre 50 passe par les roues à ailettes 6 et 7 et la vitesse relative plus faible de la roue 7 par rapport à l'arbre 1 du moteur fait naître un facteur de glissement entre les roues 6 et 7 en un point de la courbe caractéristique de la figure 3 pour les dispositifs à volant hydraulique, où le rendement est faible, par exemple au point X de la courbe OM.
Lorsque le porte-satellites 12 et le planétaire 15 sont accouplés rigidement par l'embrayage 20-21, la roue à ailettes 7 tourne à la vitesse du moteur, et le couple transmis par les roues à ailettes 6,7 est représenté par un certain point Y sur la courbe ST. Pour une gamme donnée des vitesses de l'arbre 1, il existe une série infinie de points X et Y semblables possibles sur les courbes qui précèdent.
Le frein 47 étant serré, il existe donc deux conditions de marche possibles entre les arbres 1 et 50, suivant que le frein 46 ou l'embrayage 20-21 sont actionnés. Ces deux conditions fournissent deux rapports de vitesses avec un degré différent de souplesse dans la marche, l'un comportant un coefficient de glissement, par exemple au point X et l'autre un autre coefficient, par exemple au point Y.
Cette situation résulte évidemment de l'effet d'accouplement variable qui se produit entre les roues à ailettes 6 et 7,
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lorsque la roue 7 tourné à la vitesse du moteur, ou à une vitesse réduite.
Il convient maintenant d'étudier les conditions de marche qui existent lorsque l'embray.age 23-24 est accouplé.
La liaison établie entre le porte-satellites 12 du premier groupe et le planétaire 30 du second groupe réalise un en- trafnement direct du planétaire 30 par la roue à ailettes 7.
Le fait que la roue 7 tourne à la vitesse du moteur ou à une certaine vitesse moindre dépend des conditions dans lesquelles se trouvent le frein 46 et l'embrayage 20-21. La résistance de l'arbre 50 à la couronne 43 établit maintenant ces conditions ; une composante de couple est transmise par la roue 6 au planétaire central 40 du troisième groupe et à la couronne 34 du second groupe et une seconde composante de couple passant par l'arbre 11, le moyeu 22, l'embrayage 23-24 et le planétaire central 30 se combine avec le couple provenant de la couronne 34, ayant pour résultat le mouvement de rotation du porte-satellites 33-42. La première composante de couple transmise à la roue centrale 40 se combine ici avec celle du porte-satellites 42.
L'embrayage 20-21 du premier groupe étant accouplé dans ces conditions, on obtient une prise directe puisque le mouvement de rotation unitaire des pièces rotatives du premier groupe fournit un entraînement dans lequel le glissement relatif entre les roues à ailettes 6 et 7 est démultiplié par le dispositif en série- parallèle comprenant les engrenages des second et troisième groupe.
Le second groupe de courbes L'M' et S'T' de la figure 3 représente les deux gammes de rendement du dispositif d'accouplement hydraulique, lorsque l'embrayage 23-24 est accouplé et que le frein 46 est serré ou que l'embrayage 20-21 est accouplé.
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Le tableau ci-dessous des rapports de vitesse obtenus en actionnant les éléments d'embrayage et de freinage décrits ci-dessus indique la succession des manoeuvres à la disposition du conducteur. La majuscule X dans chaque case indique l'élément qui doit être actionné pour obtenir une gamme de rapports de vitesse donnée:
EMI11.1
<tb>
<tb> Frein <SEP> 46:Embrayage <SEP> 20.21:Frein <SEP> 47:Embrayage <SEP> 35.24 <SEP> Frein <SEP> 49
<tb> Première <SEP> X <SEP> : <SEP> - <SEP> X <SEP> : <SEP> - <SEP>
<tb> seconde <SEP> - <SEP> X <SEP> : <SEP> X <SEP> . <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb> troisième <SEP> X <SEP> : <SEP> - <SEP> - <SEP> X
<tb> quatrième <SEP> - <SEP> X <SEP> :
<SEP> - <SEP> X
<tb> marche <SEP> arrière <SEP> X <SEP> . <SEP> - <SEP> X
<tb> position <SEP> neutre- <SEP> - <SEP> :
<tb>
On remarquera que dans la position nettement neutre où il n'existe aucun entraînement aucun frein n'est serré et aucun embrayage n'est accouplé.
La manoeuvre des freins et des embrayages peut se faire à la main, sous Inaction de la vitesse ou du couple, ou sous l'action de la vitesse et du couple à volonté et peut être effectuée au moyen de relais ou dispositifs simi- laires suivant les besoins.
En raisonde l'augmentation connue de rendement des embrayages hydrauliques, tels que les roues à ailettes 6 et 7 avec la vitesse qui leur est communiquée, les pertes de @ . couple moteur dans le dispositif décrit ci-dessus sont notable- ment réduites par rapport à celles qui se produisent dans les mécanismes où l'embrayage hydraulique se trouve directement entre un arbre moteur et un arbre chargé.
De plus, le dispositif de transmission du premier groupe qui comporte un contrôle sélectif de la vitesse relative
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de la roue à ailettes 7 de,commande par rapport à la vitesse de l'arbre du moteur, confère une souplesse remarquable au dispositif fournissant les courbes OM et ST de la figure 3 et vient compléter la gamme de rapports-de vitesses que fournissent les commandes du second groupe dans lequel les résultantes des mouvements à la couronne 43 fournissent quatre gammes de ràpports de vitesse de marche avant, au lieu de quatre rapports de vitesse fixes et définis. C'est-à-dire qu'il existe des gammes de rapports de vitesses, dans lesquelles se produisent des variations suivant la vitesse du moteur et les conditions de marche.
Pour tirer parti complètement des caractéristiques particulières du volant dit hydraulique dont le rendement varie entre des limites si étendues dans une gamme de vitesses donnée, on établit la relation entre les éléments du volant et les rapports sélectifs des engrenages, de façon que pour les faibles rapports de vitesse, l'accouplement hydraulique fonctionne normalement, suivant les portions de moindre rendement de sa courbe de puissance, tandis que, lorsque ces rapports sont grands, non seulement, il fonctionne suivant les portions de plus fort rendement de sa courbe, mais encore le glissement général entre les arbres de commande et commandé est démultiplié en raison de la présence du dispositif de recombinaison du couple qui s'est divisé, combiné avec l'accouplement pour les rapports élevés.
Il existe donc une valeur caractéristique du glissement séparée pour chaque position des commandes du rapport de transmission; le glissement est fort pour les positions correspondant à un rapport faible et faible pour celles qui correspondent à un rapport élevé. Il existe dans le dispositif représenté deux rapports intermédiaires entre le rapport élevé et le rapport faible, et lorsque le rapport augmente progressivement, le rendement de l'accouplement hydraulique augmente également.
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Un des avantages du dispositif de l'invention consiste dans la douceur de la conduite en première vitesse par rapport à celle des combinaisons ordinaires à fluide et à engrenages. Un autre avantage résulte du faible couple de glissement aux faibles vitesses normales du moteur, les groupes de transmission étant réglés pour un faible rapport de multiplication. Cet avantage supprime le phénomène dit de "rampement" que l'on observe ordinairement dans les accouplements hydrauliques de ce type général. Il est connu que dans les volants dits hydrauliques, lorsqu'un des éléments est immobile, le glissement est proportionnel à un facteur plus grand que celui que donne la loi des carrés.
Dans le dispositif suivant l'invention, la vitesse du rotor primaire de l'accouplement hydraulique est réduite, lorsqu'il est réglé pour le rapport de multiplication de première vitesse et le couple de glissement est réduit de ce fait par ce facteur qui se superpose au rapport de démultiplication. De plus, quelle que soit la valeur du glissement, elle n'augmente pas d'après la valeur entière du rapport de multiplication de première vitesse comme dans le cas des dispositifs ordinaires connus, mais ne subit que la multiplication d'une portion de la transmission totale de première vitesse. Par suite, il est évident que le couple de glissement final transmis à l'arbre commandé lorsque le moteur tourne à vide à une valeur extrêmement faible par comparaison avec celle des dispositifs de commande ordinaires de ce type.
Inversement, lorsque la transmission est réglée pour un rapport de vitesses élevé, l'accouplement hydraulique est disposé de façon que le couple du moteur soit transmis par des trajets multiples, c'est-à-dire qu'une partie du couple moteur est transmise par le dispositif mécanique et une partie par l'accouplement hydraulique. L'avantage qui en
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résulte consiste dans le fait que l'accouplement hydraulique fonctionne sous un couple relativement faible et par suite avec un grand rendement. Les pertes de rendement hydraulique ne s'appliquent donc qu'à une portion de l'énergie fournie, dont le reste passe par une transmission mécanique de ren- dement élevé.
Il doit être bien entendu que la description qui précède du dispositif représenté sur le dessin ci-annexé est donnée à titre d'exemple et que ce dispositif peut subir des modifications raisonnablement englobées entre les limites de la portée de l'invention.