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Perfectionnement aux mécanismes de transmission.
L'invention concerne un système de transmission d'énergie du type entraîne par un moteur à combustion interne et comportant un transformateur hydraulique de travail du type cinétique en série avec un changement de vitesse mécanique du type comprenant des roues dentées constamment en prise et des embrayages sélecteurs (ou une ou plusieurs butées à réaction si le changement de vitesse est du genre épicycloïdal) du type à friction. L'invention s'applique particulièrement, mais non exclusivement, à un changement de vitesse épicy- cloldal dans lequel le ou les freins à réaction (et le ou les embrayages sélecteurs s'il y en a) sont du type électro-magnétique dans lequel des pièces coopérantes à friction métal sur métal font partie du circuit magnétique de l'électro-aimant de commande.
La boite Cotai est un exemple bien connu
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d'un tel changement de vitesse électro-magnétique.
Les embrayages sélecteurs à friction et leurs freins doivent généralement être compacts et fonctionnent alors sous des charges spécifiques élevées, d'où il résulte que, particulièrement dans le cas d'embrayages et de freins du type à contact métal sur métal, si la pression d'engagement est élevée, ils ont tendance à fonctionner brutalement et par conséquent à rendre rude le passage des vitesses, alors que si la pression d'engagement est réduite suffisamment pour supprimer la brutalité, ils sont sujets à patiner exagérément lors de l'application d'un cou- ;
ple résistant et à continuer de patiner pendant tout le temps que ce couple est appliqué, ce qui met rapidement hors d'usage les surfaces de friction, Pour remédier à ces inconvénients, on a généralement recours à une aimantation puissante des embrayages et freins des boites Cotai, en sacrifiant ainsi partiellement la douceur d'engagement à la durée de service.
L'invention a pour objet un système perfectionné dans lequel l'inconvénient ci-dessus est considérablement diminué, voir même supprimé.
Elle est basée sur l'utilisation d'une condition particulière qui se produit dans le transformateur hydraulique de travail au moment de l'arrêt ou du renversement de sens du couple. Lorsqu'un tel changement a lieu, la circulation tourbillonnante est freinée dans le circuit de travail et la masse liquide prend momentanément une forme confuse mélangée avec l'air qui peut s'y trouver.
Si le couple est alors subitement appliqué de nouveau, la capacité instantanée de transmission du couple du transformateur est nettement inférieure à celle qu'il présentera lorsque la masse liquide aura repris sa forme d'anneau ou de tourbillono
Conformément à l'invention, la botte comporte un organe
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de commande qui peut être actionné pour le passage des vitesses, tandis que l'organe de commande du régime du moteur (par exemple le papillon des gaz dans un moteur à carburateur) est relié au mécanisme sélecteur de la botte de manière à provoquer ou à permettre au moins certains changements de vitesses exactement ou sensiblement au moment même où se produit un arrêt ou un renversement du couple dans le transformateur hydraulique, lequel est de préférence un accouplement hydraulique.
L'organe de commande est de préférence un pré-sélecteur. Si, cependant, l'on utilise une commande sélective directe, l'opérateur devra l'incliner lorsque l'organe de commande du moteur sera actionné pour provoquer un arrêt ou un renversement du couple dans le transformateur hydraulique.
On a décrit ci-dessous avec référence aux dessins annexés, une forme d'exécution de l'invention, donnée à titre d'exemple, en application à un véhicule automobile routier dont le moteur est relié par un accouplement hydraulique à une botte Cotal à 4 vitesses, comportant un pignon de marche arrière sur sa face d'entrée.
Sur les dessins :
La fig. 1 est une vue en coupe élévation latérale de l'accouplement hydraulique et du mécanisme de changement de vitesse,
La figure 2 est une vue de côté, partiellement en coupe, d'une partie de la voiture montrant le mécanisme de transmission du coté oppposé à celui montré sur la figure 1,
La figure 3 montre une variante d'un détail de la figure 1, partiellement en coupe,
La figure 4 est une coupe élévation de la commande du pré¯sélecteur,
Les figures 5 et 6 sont des vues en coupe respectivement selon les lignes 5-5 et 6-6 de la figure 4, @
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La figure 7 est une vue en plan, partiellement en coupe, du dispositif de commande en regardant par le dessus de la figure 4,
La figure 8 est une coupe selon la ligne 8-8 de la figure 6,
La figure 9 est une coupe élévation partielle du levier de marche arrière,
La figure 10 est un schéma des connections électriques,
Les figures 11 à 13 sont des ooupes schématiques montrant les diverses conditions de fonctionnement de l'accouplement hydraulique.
Le moteur à combustion interne 20 visible sur la figure 2 est muni sur son vilebrequin 23 d'un accouplement hydraulique 21 dont la roue secondaire ou rotor est boulonnée sur un arbre mené creux 26 lequel est claveté sur l'arbre d'entrée 24 d'une botte épicycloïdale Cotal à 4 vitesses qui est désignée d'une manière générale par 22 et qui comporte un train épicycloïdal d'inversion de marche relié directement à l'arbre d'entrée 24. Ce dispositif qui est décrit de manière plus complète dans le brevet anglais n 444.899 à propos de la figure I de ce dernier, comprend quatre électro-aimants annulaires dont ceux désignés par A et B coopèrent avec une armature commune en forme de disque 27 et ceux désignés par C et D avec une autre armature commune en forme de disque 28.
Les électro-aimants B et C sont montés fixes dans la botte 29 et constituent des éléments de frein à réaction, tandis que les électro-aimants A et D constituent des éléments d'embrayage .L'électro- aimant A est attaché à un arbre creux entraîné 30 du mécanisme d'inversion de marche auquel est également fixé un planétaire 31 d'un train épicycloïdal complexe; l'électro-aimant D est fixé à l'arbre mené 32 du système auquel est également fixé le portesatellite 33 d'un train épicycloïdal simple. L'armature 27 est fixée à la couronne dentée 34 du train complexe tandis que le porte-satellite 35 de ce dernier est fixé à la couronne dentée 36 du train simple. L'armature 28 est fixée au planétaire 37 du train simple.
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Les enroulements d'excitation des électro-aimants sont mis à la terre par une de leurs extrémités alors que l'autre est reliée aux bornes a, b, c, d, les connections avec les électroaimants tournants A et D étant établies au moyen de bagues de frottement 38 et 39.
Ce mécanisme donne quatre vitesses de marche avant, suivant le tableau suivant :
EMI5.1
<tb>
<tb> Vitesses <SEP> électro-aimants <SEP> excités
<tb>
EMI5.2
1-bre ......................... o.. B et 0 2-éme ........................... B et D 3-ème ............................ et a 4-ème(prig;e,çlîrecte) A et D
Le mécanisme de marche arrière comprend un planétaire 40 formé sur l'arbre d'entrée 24, une couronne dentée 41 fixée à l'arbre 30 et un porte-satellite 42 pouvant glisser et tourner sur l'arbre 24 et portant des satellites tels que 43 ayant une denture plus étroite que celle des pièces 40 et 41. Le portesatellite 42 est muni d'une denture 44 pouvant venir en prise alternativement avec la couronne 41 et avec un secteur denté 45 solidaire du carter.
Il peut glisser sous l'action d'un levier de marche arrière 48 agissant par l'intermédiaire d'une tige sélectrice 46 présentant deux entailles de positionnement qui correspondent respectivement à la marche avant et à la marche arrière et qui coopèrent avec une bille 47 poussée par un ressort. Lorsque le porte-satellite 42 est en prise avec le secteur 45, l'arbre 30 se trouve obligé de tourner en sens inverse de l'arbre 24 et plus lentement que celui-ci. Quand le porte-satellite est en prise avec la couronne 41, les arbres 24 et 30 se trouvent rendus solidaires l'un de l'autre.
Le mécanisme pré-sélecteur (figures 3 à 8) comporte un bottier en matière isolante moulée formé d'une partie haute 50 et
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d'une partie basse 51 assemblées l'une à l'autre par des vis 52 et à la barre de direction 53 par des vis 54. La partie haute 50 est munie d'une plaque de contact en arc de cercle 55 et de quatre paires de plots. Chaque plot est désigné par un chiffre et une lettre, le chiffre indiquant la vitesse et la lettre, la borne de la boite Cotai auxquelles le plot est relié électrique- ment. Un bras isolé à balais 56 est pivoté sur un axe 57 touril- lonné dans le bottier, Ce bras porte des balais 58 destinés à con- necter la plaque de contact 55 alternativement avec les diverses r paires de plots.
Une pièce de verouillage 60 pivotée sur des goujons à vis 61 présente une bordure à rebord en arc de cercle munie de trois encoches 62 (fig. 8) dans lesquelles peut s'enga- ger une nervure'59 du bras 56 pour verrouiller ce dernier dans les positions correspondant aux premières, seconde et troisième vitesses (fig. 7). Une marche 62a dans le rebord de la pièce 60 permet au bras 56 de se déplacer entre les positions de point mort et de prise directe, même quand le verrou 60 est en position de blocage. Dans ce oas cependant, le bras est empêché de passer de la prise directe à une vitesse inférieure.
Une manette de présélecteur 63 est fixée à une lame de ressort 64 fixée à son tour à l'axe 57. Cette manette porte un ergot 65 pouvant s'engager dans cinq encoches 66 formées dans la pièce basse 51 du bottier dans des positions correspondant au point mort et à chacune des quatre vitesses. La lame de ressort 64 est reliée au bras 56 par un ressort 69 (figo 4 et 5) en forme d'hélice entourant l'axe 57 avec ses deux bouts croisés puis se prolongeant parallèlement l'un à l'autre, un de chaque coté de deux ergots 67 et 68 fixés respectivement à la lame 64 et au bras 56.
Les extrémités du ressort résistent à l'écartement l'une de l'autre et tendent ainsi à maintenir les deux ergbts 67 et 68 alignés sur l'axe 570
Le verrou basculant 60 est actionné par un poussoir
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70 pivoté sur lui en 71 et guidé en 72 dans la pièce basse 51 du boîtier. Le poussoir 70 est rappelé vers le bas par un ressort 73 et est pivoté en 74 à une bielle 75 présentant une surface de came 76 et une rainure 77. Une plaque oscillante 78, pivotée en 80 sur une console 79 porte un ergot 81 passant dans la rainure 77 et un second ergot 82 venant en contact avec la surface came 76. La plaque oscillante 78 est actionnée par une tringle 83 dont l'extrémité inférieure est guidée en 84 (fig.2) et articulée sur une autre tringle 85 agissant sur le bras du papillon des gaz 86 du moteur 20.
Ce bras du papillon est relié par une tringle 87 à la pédale d'accélérateur 88, le ressort de renvoi du papillon étant désigné par 8Q,
Sur la figure 2, 90 désigne une botte de jonction électrique, 91 la batterie de la voiture, 92 un coupe-circuit et 93 la dynamo.
Lorsqu'une boite Cotai du type illustré sur la figo 1 est entraînée par l'intermédiaire d'un accouplement hydraulique, l'arbre 30 tourne sous l'action du couple d'entraînement de l'accouplement hydraulique quand le moteur est au ralenti et les engrenages électro-magnétiques au point mort, aucun des électroaimants n'étant excité.
Le déplacement du pignon de marche arrière dans ces conditions produit un broutage de la denture 44 du porte satellite sur le secteur 45 ou sur la couronne 41, Ceci peut être évité si l'on prévoit sur le levier de manoeuvre 48 un interrupteur qui peut être actionné pour maintenir en prise l'une des vitesses avant, de préférence la prise directe, pendant la manoeuvre de l'engrenage de marche arrière, On a représenté un interrupteur de ce genre sur la figure 9. Un bloc isolant 100 fixé au levier des vitesses 48 porte deux plots'de contact IOI et 102 reliés électriquement respectivement aux bornes d et a de la botte de vitesse. Une lame de contact 104 munie d'une butée isolée électriquement 105 est fixée à un doigt 103 monté dans le bloc I00.
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Une manette 106 est fixée à une lame de ressort 107 laquelle est à son tour fixée par une vis 108 au levier des vitesses 48. Lorsqu'on saisit en même temps ce levier et la manette 106, la lame 107 appuie sur la butée 105 de la lame de contact 104 et applique cette dernière contre les plots IOI et 102. Le doigt de contact 103 est relié (fig. 10) au pôle négatif de la batterie 91 (dont le pale positif est à la terre) par une résistance 109 qui diminue l'excitation des électro-aimants A et D suffisamment pour empêcher l'engagement brutal des embrayages électro-magnétiques et donc le choc dû à l'arrêt brusque du rotor 25 de l'accouplement hydraulique qui se produirait à défaut de cet arrangement.
La plaque de contact en arc 55 de la commande présélective est reliée par un conducteur IIO à un point du circuit situé sur le côté de la dynamo des contacts III du coupe-circuit. Un interrupteur II2 permet d'exciter directement la commande par la batterie, par exemple en cas de panne de la dynamo.
Le système fonctionne de la manière suivante en marche avant, On supposera que la voiture est à l'arrêt avec le moteur tournant au ralenti, que l'engrenage inverseur est en position .de marche avant et que la manette du présélecteur 63 est un point mort ainsi que le bras de contact 56. Les électro-aimants sont donc hors circuit et le rotor de l'accouplement comme les organes des engrenages méoaniques tournent au ralenti..
On amène alors la manette du présélecteur dans la position 1; le bras de contact ne venant qu'en position 4 où il est arrêté par la marche 62a du verrou 60 et le ressort 69 est mis sous tensiono On appuie alors sur la pédale d'accélérateur 88 ce qui fait basculer la plaque oscillante 78 dans le sens des aiguilles d'une montre (fig. 4) en amenant le bouton 81 au sommet de sa course et en soulevant le verrou jusqu'à ce que la marche 62a et les encoches 62 situées au-dessous s'écartent du chemin de la nervure 59 du bras porte-balais.
Ce bras passe alors par dessus les points 3 et 2 et vient s'arrê-
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ter en position 1. Pour des raisons de commodité, on s'arrangera pour que le bras de contact se trouve libéré dès que la pédale d'accélérateur en cours d'abaissement aura parcouru 10 % environ de sa course totaleo
Si le rotor de l'accouplement hydraulique se trouvait brusquement arrêté par l'engagement de la première vitesse de manière connue, il imprimerait par inertie un choc à la voiture.
Le système perfectionné réduit ce choc à une valeur indifférente, cela gràce à deux moyens. E premier lieu, comme les électro-aimants sont alimentés en courant par le coté dynamo du coupe-circuit 92, avant que le moteur n'ait atteint la vitesse pour laquelle le coupe-circuit 92 de la dynamo se ferme, la tension disponible pour exciter les électro-aimants est inférieure à celle de la batterie, de sorte que les électro-aimants ne sont que faiblement excités pendant le ralenti quand le couple transmis par accouplement hydraulique est faible. Le rotor de l'accouplement se trouve donc arrêté graduellement.
En second lieu, en allant du point mort vers la position de première vitesse, le bras porte-balais est momentanément arrêté en position de prise directe et l'engagement des électroaimants A et D arrête la rotation du rotor 25 sans choc indésirable, étant donné qu'il n'y a pas multiplication du couple dans la botte ni proportionnellement forte réaction sur la voiture.
Comme le papillon est ouvert, le bras de contact passe rapidement qur les poisitions 3 et 2 avant de s'arrater en position de basse vitesse et, comme le moteur accélère, le coupe-circuit se ferme, la tension totale de la batterie étant appliquée aux électro-aimants B et C, et le couple transmis par l'accouplement hydraulique atteignant une valeur suffisante pour mettre en marche le voiture.
Entre temps, l'abaissement poursuivi de la pédale d'accélérateur a permis au verrou 60 de reprendre sa position de service, le.. dispositif étant de préférence organisé pour que cela se produise lorsque la pédale a parcouru 15 % de sa course,
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Pour passer à une vitesse supérieure, par exemple en seconde, on amène la manette du présélecteur en position 2, le bras.porte-balais restant verrouillé en position 1.
Pendant que la pédale d'accélérateur est encore abaissée et qu'un couple moteur est transmis, la circulation tourbillonnante dans l'accouplement hydraulique a l'allure représentée en figure 11, sur laquelle un anneau creux de tourbillon de liquide entoure un noyau d'air, ou de liquide inerte si ltaccouplement est entièrement rempli de liquideo Si l'on ferme alors le papillon, le moteur commence à freiner la voiture et la circulation tourbillonnaire cesse; au moment où le couple devient nul, le liquide a tendance à se concentrer en un anneau dense contre la paroi externe du circuit de travail tandis que l'air qui peut normalement se trouver dans le noyau du circuit a tendance à se concentrer au voisinage de l'axe de l'accouplement.(Si le couple reste à zéro, on atteint finalement l'état illustré sur la figure 12).
Ainsi, pendant un très court intervalle de temps ; après que le couple est devenu nul, il se forme dans l'accouplement un mélange confus de liquide et d'air, comme représenté sur la figure 13. Ou bien encore, si 1 accouple- ment ne renferme pas d'air, l'anneau de t ourbillon de liquide se trouve détruit ou dans un état confus de mouvement, comme esquissé sur la figure 13, au lieu d'avoir les formes bien déterminées des figures 11 et 12.
Cependant, pendant ce temps là, la libération de la pédale de l'accélérateur a provoqué le soulèvement du verrou 60 et per mis au bras porte-balais de venir en position 2, et les électro- aimants B et D sont excités tandis que l'accouplement est encore dans l'état représenté sur la figure 13 pour lequel sa capacité de transmis- sion du. couple est sensiblement inférieure à celle qu'il aurait quand l'anneau, de tourbillon serait reconstitua (fig.
11) ou si 1 anneau dense de liquide immobile s'était formé (fig.I2). Il en résulte que le choc dû à l'engagement des électro-aimants est sen-
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siblement réduit si l'on fait en sorte que les opérations d'inversion du couple, de dégagement d'une vitesse et d'engagement de la vitesse immédiatement supérieure s'effectuant dans les courts intervalles de temps nécessaires. En outre, il n'est pas nécessaire que l'attraction magnétique soit aussi puissante qu'elle devrait l'être s'il fallait appliquer les surfaces de friction en engagement synchrone sous le couple total.
Tout passage d'une vitesse quelconque à une vitesse supérieure pendant que la voiture roule s'effectue de la manière qui vient d'être décrite.
Pour passer d'une vitesse supérieure à une vitesse inférieure, pendant la conduite en ville, lorsqu'il faut ralentir ou arrêter la voiture, on peut relâcher complètement l'accélérateur, puis actionner la manette de présélecteur pour choisir une vitesse inférieure. Comme le verrou 60 se trouve alors en position de service, la vitesse supérieure reste engagée jusqu'à ce qu'on abaisse de nouveau la pédale d'accélérateur, le changement de vitesse s'opérant alors et la voiture accélère. Ou bien encore, lorsqu'on passe à une vitesse inférieure, on peut choisir la vitesse inférieure au moyen de la manette 63 tandis que la pédale est encore partiellement abaissée, le changement étant effectue en libérant la pédale de sorte qu'il se produit pendant que l'accouplement hydraulique est dans l'état illustré sur la figure 13.
Le passage d'une vitesse supérieure à une vitesse inférieure, alors qu'il faut une accélération rapide de la voiture ou en montant rapidement une cote, est effectuébde préférence en choisissant la vitesse inférieure voulue tandis que la pédale est presque complètement abaissée, puis en l'enfonçant à fond, ce qui oblige l'ergot 82 de la plaque oscillante 78 (fig. 4) à heurter la surface de came 76 et donc à relever le verrou 60, en permettant au changement de vitesse de se faire. Ou bien encore, cela peut
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être obtenu avec l'accélérateur appuyé à fond, en amenant la manette à la position correspondant à la vitesse inférieure voulue.
Dans les deux cas, l'accélération du moteur est assistée par le couple momentané d'emballement qui se trouve créé, et l'anneau de tourbillon est rompu par cette inversion du couple, malgré que le papillon reste grand ouvert; ainsi la réception de l'entraînement se trouve amortie par la condition régnant dans l'accouplement. Il est recommandé de s'arranger pour que le verrou se trouve en position de service pendant que la pédale de l'accélérateur est abaissée entre 15 et 95 % de sa course, les derniers 5% de la course vers le bas libérant le verrou.
Afin d'empêcher le grincement des dentures pendant le passage entre la marche avant et la marche arrière, on peut prévoir des moyens pour réduire ou supprimer de manière connue la rotation due à l'entraînement ralenti transmis par l'accouplement hydraulique, par exemple un frein sur le rotor ou une soupape annulaire avec un frein de rotor, Lorsqu'on a prévu de tels dispositifs, il n'est pas indispensable d'engager un pignon de l'engrenage de marche avant pendant l'actionnement du levier d'inversion. La figure 3 montre un tel frein de rotor qui est également indiqué sur la figure 2.
Un disque d'armature 49 claveté coulissant sur l'arbre 24 coopère avec un électro-aimant E solidaire de la boite de vitesse 29. Une extrémité de l'enroulement d'excitation de cet électro-aimant est mise à la terre tandis que l'autre est reliée à la borne e. Cette dernière est reliée (fig. 10) au bouton de contact 102 de l'interrupteur sur le levier d'inversion 48, et les conducteurs représentés sur la figure 10 en traits pleins menant aux plots IOI et 102 peuvent être supprimés. Avec cette disposition ainsi modifiée, le sélecteur 46a (fig. 3) peut être pourvu d'une encoche médiane neutre qui coopère avec la bille de positionnement 47.
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Bien que cette invention ait été décrite partiouliè- rement à propos d'un système comprenant un accouplement hydraulique, on comprend aisément qu'elle peut aussi bien être appliquée à des systèmes comportant certains types de convertisseurs hydrauliques de couple, tels par exemple qu'un convertisseur comprenant une botte tournante solidaire du propulseur et une lame annulaire de réaction montée sur un support au voisinage de l'axe de rotation.