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Title:
HYDROKINETIC COUPLING DEVICE HAVING A PRE-DEFINED HEAD LOSS IN AN AXIAL CONDUIT PERIPHERAL TO THE PISTON
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/106289
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a hydrokinetic coupling device (10) consisting of a case (12) and a lockup clutch (18) comprising a piston (20) which can move axially in relation to the case (12) between an engaged position, in which the piston is applied against an annular transverse face of the case (12), and a disengaged position at a distance from the transverse face of the case (12). According to the invention, the piston (20) is delimited radially by a convex peripheral face (20e) and the case (12) comprises an opposing inner concave face, said two faces radially defining an essentially-annular axial conduit (30). The invention is characterised in that the rotating surfaces (20e, 17i) of the piston (20) and the case (12) are shaped such that the value of the head loss experienced by the fluid circulating in the annular conduit (30) is pre-determined as a function of the axial position of the piston (20) in relation to the case (12).

Inventors:
VERHOOG ROEL (FR)
Application Number:
PCT/FR2005/050266
Publication Date:
November 10, 2005
Filing Date:
April 20, 2005
Export Citation:
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Assignee:
VALEO EMBRAYAGES (FR)
VERHOOG ROEL (FR)
International Classes:
F16H45/02; (IPC1-7): F16H45/02
Foreign References:
FR2767371A11999-02-19
US4469206A1984-09-04
US5056631A1991-10-15
Attorney, Agent or Firm:
Vignesoult, Serge (15 rue des Rosiers, SAINT-OUEN, FR)
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Description:
" Dispositif d'accouplement hydrocinétique dont la perte de charge dans un conduit axial périphérique au piston est prédéfinie."

L'invention propose un dispositif d'accouplement hydrocinétique, notamment pour véhicule automobile, du type comportant : - un carter entraîné par un arbre moteur ; - une turbine logée dans le carter et entraînant un arbre mené ; et - un embrayage de verrouillage agencé dans le carter et comportant un piston relié à l'arbre mené qui est mobile axialement par rapport au carter entre une position engagée dans laquelle au moins une face transversale annulaire du piston est en appui contre une face transversale annulaire en vis-à-vis du carter et une position dégagée dans laquelle la face transversale du piston s'étend à distance de la face transversale annulaire en vis-à-vis du carter, du type dans lequel la position axiale du piston par rapport au carter est commandée en modifiant la différence de pression entre une première chambre délimitée notamment par les faces transversales du piston et du carter, et une deuxième chambre globalement formée du reste du volume intérieur du carter, et du type dans lequel le piston est délimité radialement vers l'extérieur par une face périphérique convexe de révolution, et le carter comporte une face concave de révolution interne en vis-à-vis, ces deux faces annulaires de révolution du piston et du carter délimitant radialement un conduit axial globalement annulaire reliant la première chambre à la deuxième chambre. De façon connue, un dispositif d'accouplement hydrocinétique relie un élément d'entrée entraîné par un arbre moteur à un élément de sortie entraînant un arbre mené. L'élément d'entrée est en général un carter dans lequel une roue à aubes solidaire du carter, formant organe impulseur, et une roue de turbine solidaire en rotation de l'arbre mené sont agencées face-à-face. La rotation du carter et de l'organe impulseur provoque la mise en circulation d'un liquide qui entraîne en rotation la roue de turbine et l'arbre mené, avec une certaine différence de vitesses de rotation entre le carter et l'arbre mené, provoquant ainsi une perte de l'énergie transmise entre l'arbre moteur et l'arbre mené. Un embrayage de verrouillage est agencé dans le carter et il permet de solidariser la roue de turbine avec le carter, dès que les conditions de fonctionnement le permettent, afin de réduire la perte d'énergie transmise entre l'arbre moteur et l'arbre mené. L'embrayage de verrouillage comporte un piston qui est mobile axialement par rapport au carter et à la roue de turbine, et qui est destiné à coopérer par l'intermédiaire de moyens de friction avec une face transversale interne en vis-à-vis d'une paroi radiale avant du carter. Le piston divise le carter en deux chambres, une première chambre avant étant délimitée par le piston et la paroi avant du carter, la deuxième chambre arrière étant globalement constituée par le reste du volume intérieur du carter. Le piston est mobile axialement entre sa position avant d'engagement dite de pontage, et sa position arrière de désengagement dite de dépontage. Le déplacement axial du piston est commandé par un dispositif électronique qui régule la différence de pression de fluide entre chacune des première ou deuxième chambres. Lorsque le piston est en position de dépontage, il est mobile en rotation par rapport au carter. Pour éviter tout contact entre la face périphérique externe de révolution du piston et la face concave interne de révolution en vis-à-vis d'une jupe axiale du carter, le piston et la jupe axiale sont montés avec un jeu radial entre leurs faces annulaires de révolution en vis-à-vis. Les faces annulaires de révolution en vis-à-vis du piston et de la jupe axiale délimitent ainsi un conduit axial annulaire qui relie la première chambre à la deuxième chambre, et dans lequel le fluide en circulation subit une certaine perte de charge, qui dépend notamment de la section de passage du conduit annulaire. Or, le piston et le carter sont deux éléments réalisés par emboutissage de tôles métalliques épaisses. Les écarts dimensionnels du piston et du carter, notamment les dimensions et la forme de leurs faces de révolution en vis-à-vis, sont donc relativement importants. Ainsi, la section de passage du conduit annulaire est particulièrement aléatoire, et il est donc impossible de déterminer avec précision la valeur de la perte de charge subie par le fluide circulant dans le conduit annulaire. Afin d'assurer une commande optimisée du pontage ou du dépontage de l'embrayage de verrouillage, il est nécessaire de connaître avec précision la différence de pression entre la première chambre et la deuxième chambre du carter. Or, la perte de charge se produisant au niveau du conduit annulaire ne pouvant être déterminée avec précision, elle ne peut être utilisée pour la détermination fiable de la différence de pression entre les deux chambres du carter. Ainsi, le manque de précision quant à la valeur de la perte de charge influe sur la précision de la commande du pontage ou du dépontage de l'embrayage de verrouillage. L'invention a pour but de proposer un dispositif d'accouplement hydrocinétique pour lequel il est possible de déterminer avec précision la valeur de la perte de charge subie par le fluide circulant dans le conduit annulaire. Dans ce but, l'invention propose un dispositif d'accouplement hydrocinétique du type décrit précédemment, ou caractérisé en ce que les faces cylindriques du piston et du carter sont conformées de manière que la valeur de la perte de charge subie par le fluide circulant dans ledit conduit annulaire, est prédéterminée en fonction de la position axiale du piston par rapport au carter. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la valeur de la perte de charge est constante quelle que soit la position axiale du piston par rapport au carter ; - la section de passage du conduit annulaire varie en fonction de la position axiale du piston par rapport au carter ; - la section de passage du conduit annulaire est constante quelle que soit la position axiale du piston par rapport au carter ; - la génératrice de la face externe de révolution du piston et la génératrice de la face interne de révolution du carter sont parallèles ; - la génératrice de la face externe de révolution du piston et/ou la génératrice de la face interne de révolution du carter comporte au moins un segment rectiligne ; - la génératrice de la face externe de révolution du piston et/ou la génératrice de la face interne de révolution du carter comporte au moins un segment curviligne ; - la face périphérique convexe du piston et la face concave interne de révolution du carter s'étendent axialement à distance de la face transversale annulaire du piston ; - la face périphérique convexe du piston et/ou la face concave interne de révolution du carter sont réalisées par usinage ; - la valeur du jeu radial "j" entre la face périphérique convexe du piston et la face concave interne de révolution du carter est inférieure ou égale à 1 mm ; - la valeur du jeu radial "j" entre la face périphérique convexe du piston et la face concave interne de révolution du carter est inférieure ou égale à 0,7mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique partielle en coupe axiale d'une demi-vue d'un dispositif d'accouplement hydrocinétique conforme à l'invention ; - les figures 2 à 5 sont des vues à plus grande échelle du détail D du dispositif d'accouplement hydrocinétique représenté à la figure 1 , qui illustrent différents modes de réalisation des faces de révolution du piston et du carter. Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On adoptera l'orientation d'avant en arrière comme étant la direction axiale suivant l'axe A et de droite à gauche en se reportant à la figure 1. On a représenté à la figure 1 un dispositif d'accouplement hydrocinétique 10 comportant un carter avant 12 qui porte sur une face transversale externe 12e des moyens 13 pour sa solidarisation avec l'extrémité d'un arbre menant (non représenté), et dans lequel sont agencés un arbre mené 16, une roue d'impulseur (non représentée), qui est solidaire en rotation du carter 12, une roue de turbine 14, qui est solidaire en rotation de l'arbre mené 16, et un embrayage de verrouillage 18. Le carter 12 comporte une paroi avant 15 s'éteπdant radialement, et dont l'extrémité radiale externe 15e est prolongée vers l'arrière, après une portion coudée à 90°, par une jupe axiale 17. Le bord libre d'extrémité arrière de la jupe axiale 17 est conçu pour permettre la liaison du carter 12 avec un autre carter (non représenté) globalement symétrique du carter 12, de fermeture du dispositif d'accouplement 10. La roue d'impulseur et la roue de turbine 14 sont des composants d'un convertisseur de couple de type conventionnel, qui permet de transmettre le couple d'entraînement fourni par le moteur, lors du démarrage du véhicule, par l'intermédiaire du fluide, généralement de l'huile, contenu dans le volume intérieur du carter 12. L'embrayage de verrouillage 18 permet de réaliser la solidarisation en rotation de l'arbre mené 16 avec le carter 12, pour compenser la perte d'énergie transmise à l'arbre mené 16 qui est due à un "glissement" du fluide dans le convertisseur de couple. L'embrayage de verrouillage 18 comporte un piston 20, qui est solidaire en rotation de la roue de turbine 14 et de l'arbre mené 16, et qui est mobile axialement par rapport au carter 12, par rapport à la turbine 14 et par rapport l'arbre mené 16. Le piston 20 est ainsi apte à occuper une première position avant engagée dite de "pontage", dans laquelle le piston 20 réalise la solidarisation en rotation de l'arbre mené 16 avec le carter 12, et une deuxième position arrière dégagée dite de "dépontage", dans laquelle l'arbre mené 16 n'est pas solidaire en rotation du carter 12 par l'intermédiaire du piston 20. Le document FR-A-2.839.128 décrit le fonctionnement d'un dispositif d'accouplement conventionnel, ainsi que les phases de pontage et le dépontage du piston 20. Le piston 20 comporte une face transversale annulaire avant 20a d'appui contre une face transversale annulaire arrière en vis-à-vis 15a de la paroi avant 15 du carter 12 lorsque le piston 20 est en position de pontage, et une face périphérique externe convexe de révolution 20e qui délimite radialemeπt vers l'extérieur le piston 20. L'embrayage de verrouillage 18 comporte aussi un amortisseur de torsion 24 de structure conventionnelle, qui relie le piston 20 à la roue de turbine 14, et qui permet d'amortir les vibrations transmises à l'arbre mené 16 lorsque l'embrayage est en position de pontage. Le piston 20 divise le volume intérieur du carter 12 en une première chambre avant 26, qui est délimitée axialement par la face d'appui 20a du piston 20 et par la face transversale annulaire en vis-à-vis 15a de la paroi avant 15, et en une deuxième chambre arrière 28, qui est formée par le reste du volume intérieur du carter 12. Comme on peut le voir plus en détails aux figures 2 à 5, les deux chambres 26, 28 communiquent entre-elles par l'intermédiaire d'un conduit axial 30, de forme globalement annulaire ou tubulaire, qui est délimité par la face périphérique externe 20e du piston 20, et par une face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17 qui s'étend en vis-à-vis de la face périphérique externe 20e du piston 20. Le pontage ou le dépontage de l'embrayage de verrouillage 18 est commandé par un dispositif électronique (non représenté), en fonction notamment de la vitesse de rotation, de la charge du véhicule, et du rapport de la boite de vitesse engagé. Pour commander le mouvement du piston 20, en vue d'obtenir un pontage, ou un dépontage, selon un comportement prédéterminé de l'embrayage de verrouillage 18, le dispositif de commande provoque une variation de la différence de pression de fluide dans la chambre avant 26 et dans la chambre arrière 28. La différence de pression provoque le déplacement axial du piston 20 vers l'avant ou vers l'arrière par rapport au carter 12, et elle provoque par conséquent aussi une circulation de fluide dans le conduit axial 30. Or, le fluide circulant dans le conduit axial 30 subit une perte de charge, dont la valeur dépend notamment du débit du fluide dans le conduit axial 30, qui dépend de la section de passage du conduit axial 30. Afin de déterminer avec précision la section de passage du conduit 30, et conformément à l'invention, la face ou bord périphérique externe 20e du piston 20 et la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17 sont réalisées de manière que la valeur de la perte de charge subie par le fluide est prédéterminée ou prédéfinie pour chaque position axiale du piston 20 par rapport au carter 12. Pour cela, la valeur de la section de passage du conduit axial 30 doit être déterminée avec précision, avec des dispersions dimensionπelles minimales résultantes de la fabrication en série du piston 20 et de la jupe axiale 17. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la valeur de la perte de charge est indépendante de la position axiale du piston 20 par rapport au carter 12, c'est-à-dire qu'elle est constante, quelle que soit la position axiale du piston 20 par rapport au carter 12. Pour cela, comme on peut le voir aux figures 2, 3 et 5, la face périphérique externe 20e du piston 20 et la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17 sont des faces cylindriques de révolution, c'est-à-dire que leurs génératrices sont des segments de droite parallèles à l'axe A principal du dispositif d'accouplement 10. Ainsi, la section de passage du conduit annulaire 30 est constante sur toute la longueur du conduit et quelle que soit la position axiale du piston 20 par rapport au carter 20. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la valeur de la perte de charge varie en fonction de la position axiale du piston 20 par rapport au carter 12. Pour cela, comme on peut le voir à la figure 4, la face périphérique externe 20e du piston 20 et la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17 sont des faces globalement coniques d'axe A, c'est-à-dire que leurs génératrices sont des segments de droite inclinés par rapport à l'axe A principal du dispositif d'accouplement 10. Ainsi, selon un aspect préféré de ce mode de réalisation représenté à la figure 4, lorsque le piston 20 se déplace axialement vers l'avant, la section de passage du conduit axial 30 diminue car la face périphérique externe 20e du piston 20 se rapproche de la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17. Par conséquent, la valeur de la perte de charge augmente. A titre de variante de réalisation (non représentée) de ce mode de réalisation de l'invention, pour lequel la valeur de la perte de charge varie en fonction de la position axiale du piston 20 par rapport au carter 12, les génératrices de la face périphérique externe 20e du piston 20 et de la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17 sont des segments courbes ou curvilignes. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17 et/ou la face périphérique externe 20e du piston 20 sont réalisées par usinage ou par une étape de frappe supplémentaire lors de leur emboutissage, ce qui permet de déterminer avec précision la forme et les dimensions du conduit axial 30. La fabrication de la. face périphérique externe 20e du piston 20 et/ou de la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17 consiste donc en un enlèvement de matière. Or, comme on peut le voir à la figure 3, l'usinage du carter 12 pour réaliser la face concave interne de révolution 17i provoque une réduction de l'épaisseur "e" du carter 12. Lorsque la face concave interne de révolution 17i est située à proximité de la portion coudée à 90° du carter 12, l'épaisseur "e" de cette portion coudée à 90° y est alors fortement réduite, ce qui se traduit par une fragilisation, et par conséquent un risque accru de rupture du carter 12. Comme on peut le voir aux figure 2, 4 et 5, l'extrémité radiale 32 externe du piston 20, dans laquelle la face périphérique externe 20e est réalisée, est recourbée vers l'arrière par rapport à la face d'appui 20a du piston 20. Ainsi, la face périphérique externe 20e du piston 20 et la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17 s'étendent à distance de la portion coudée à 90° du carter 12. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 5, l'extrémité radiale 32 du piston 20 forme une jupe axiale permettant d'accroître encore la distance axiale entre la face périphérique externe 20e du piston, et donc la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17, par rapport à la portion coudée à 90° du carter 12. Selon un mode de réalisation préféré, représenté aux figures, l'extrémité radiale externe 32 est réalisée lors de l'emboutissage du piston 20. Cependant, selon un autre mode de réalisation (non représenté), l'extrémité radiale externe 32 est un élément annulaire rapporté sur le piston, par exemple par soudage ou collage. La forme et les dimensions de la face périphérique externe 20e du piston 20 et de la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale 17 étant connues, il est alors possible de déterminer la valeur de la perte de charge quelles que soient les conditions de fonctionnement du dispositif d'accouplement 10, et pour toutes les positions axiales du piston 20 par rapport au carter 12. Parmi les conditions de fonctionnement du dispositif d'accouplement 10 qui influent sur la valeur de la perte de charge, on cite notamment la température du fluide, qui est différente au démarrage du véhicule ou lorsque le véhicule fonctionne depuis un certain temps. A titre d'exemple des essais comparatifs ont été effectués sur un dispositif d'accouplement où la valeur de distance axiale "k" entre la face avant 20a du piston 20 et la face arrière 15a en vis-à-vis de la paroi avant 15 du carter 12 (représentée à la figure 2), qui est déterminée à partir des tolérances dimensionnelles de plusieurs pièces de l'accouplement, est comprise entre 0,3 et 1 ,3 mm. On a ainsi pu constater que lorsque la valeur de cette distance axiale "k" est comprise entre 0,6 et 1 ,3 mm, la valeur de Ia perte de charge entre la chambre avant 26 et la chambre arrière 28 peut être faible, et provoquer une réduction de la vitesse du pontage trop importante. Il est alors difficile d'actionner le piston 20 avec le temps de réponse souhaité ce qui peut nuire au confort de conduite en créant des à-coups lors de ce pontage. On a pu déterminer que dans ces conditions on obtenait d'excellents résultats quand on utilise l'enseignement de la présente invention. Ceux-ci ont notamment été obtenus en optimisant la valeur "j" du jeu radial entre la face concave interne de révolution 17i de la jupe axiale et la face périphérique externe 20e du piston 20 (représenté figure 2). On a ainsi déterminé que des valeurs du jeu radial "j" inférieures ou égales à 1 mm, voire inférieures ou égales à 0,7mm, permettent d'obtenir une perte de charge suffisante pour provoquer un mouvement rapide du piston 20 et éviter les à-coups lors du pontage. L'invention a été décrite comme se rapportant à un embrayage de verrouillage 18 pour lequel le piston 20 vient directement en appui contre le carter 12 pour réaliser le pontage, c'est-à-dire pour un embrayage du type "monoface". L'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation, et l'embrayage de verrouillage 18 peut comporter des disques de friction intercalés axialement entre le piston 20 et le carter 12, c'est-à-dire un embrayage de type "multi-face".